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JP3558792B2 - インテークマニホールドと吸気制御装置及びその製造方法 - Google Patents

インテークマニホールドと吸気制御装置及びその製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関、特に多気筒エンジンのインテークマニホールドと吸気制御装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関では、吸気の充填効率を高めて出力の向上を図る上で、いわゆる吸気慣性効果を利用することが有効で、吸気通路断面積が一定の場合、該効果が最も効果的に得られる吸気通路の長さはエンジン回転数の上昇に従って短くなる。
【0003】
そこで、エンジン回転数に応じて作動する円筒形のロータリ弁を設け、このロータリ弁の円周(外周)を囲む気筒数だけの渦巻状吸気通路に所要の燃焼空気を分配する吸気制御装置が特開昭60−216064号公報で公知である。
【0004】
この吸気制御装置では、ロータリ弁の外周に、該ロータリ弁と同軸状に円筒状のケーシングが設けられている。そしてこのケーシングの上方からエンジンの気筒数と同数の分岐管が分岐されており、該分岐管がシリンダヘッドに固着されて各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続され、これによりエアクリーナからロータリ弁と渦巻状の吸気通路を経て各気筒に至る吸気系が構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、ロータリ弁の外周に設けられる円筒状のケーシングと該ケーシングから分岐する複数の分岐管が一体的に形成されてインテークマニホールドを構成しており、かつ各分岐管がロータリ弁の外周を囲む渦巻状の吸気通路を形成しているため、ケーシングと分岐管を製作するのに中子溶融成形で作られる一体品を利用することが考えられる。特に車輌軽量化のために、上記部品を樹脂化する場合にこのような要求が強い。
【0006】
ところが、中子溶融成形によるケースと分岐管(つまりインテークマニホールド)の成形は中子の製作とか、成形後の中子の溶融工程等の面倒な作業を要し、製作が簡便化されないという問題点があった。
【0007】
また、ロータリ弁の回転に必要な隙間からの吸気の洩れによる吸気慣性効果の低下という問題点もあった。
そこで本発明はかかる問題点を解消できるインテークマニホールドと吸気制御装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1の発明は、
ほぼ筒状の筒状部(2a)と、該筒状部(2a)に軸方向に間隔をおいて並設形成した複数のマニホールド通路出口(2d)とを有する外筒(2)と、
該外筒(2)の内側に配設された筒状部(3a)と、該筒状部(3a)の外周に軸方向に間隔をおいて並設形成した複数の鍔状通路壁(3b)を有する内筒(3)とを具備し、
隣り合う通路壁(3b)同士と外筒(2)の周壁とで区画された空間がマニホールド通路(6)を構成して前記マニホールド通路出口(2d)の対応する一つずつに連通するように外筒(2)に内筒(3)が挿入配設され、
かつ、内筒(3)が、外筒(2)の前記マニホールド通路出口(2d)の上部内壁面(2d″)とつながる遮断壁(3c)を外周に備えており、更に、該遮断壁(3c)に近接して、遮断壁(3c)に対して前記マニホールド通路出口(2d)の上流側にあたる筒状部分に各マニホールド通路(6)に対応してそれぞれマニホールド通路入口(3d)を設けたことを特徴とするインテークマニホールドである。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1のインテークマニホールドを備えた吸気制御装置であって、
内筒(3)の内側にエンジンの運転条件に応じて回動する円筒状のロータリ弁(17)を設けると共に、内筒(3)の筒状部(3a)の前記遮断壁(3c)と前記マニホールド通路入口(3d)の間に第2のマニホールド通路入口(3e)を設け、エンジンの高回転時にはロータリ弁(17)を通じて第2のマニホールド入口(3e)と連通する吸気通路が形成されることを特徴とするものである。
【0010】
請求項3の発明は、
内筒(3)の通路壁(3b)の外周に形成された嵌合部(3b′)と、外筒(2)の内周面に形成されて前記通路壁外周の嵌合部(3b′)と嵌合する別の嵌合部(2a′)とからなる外筒(2)に対する内筒(3)の軸方向の位置決めと両筒(2)(3)間のシールを行う嵌合部の組み合わせ(8)と、
外筒(2)に対する内筒(3)の円周方向の位置決めを行う嵌合部(9)とを具備したことを特徴とする請求項1または2の吸気制御装置である。
【0011】
請求項4の発明は、内筒筒状部(3a)の外側まわりにエンジンの気筒数と同数のマニホールド通路(6)を並設形成し、内筒(3)の内側空間に連通するよう、マニホールド通路入口(3d)と第2のマニホールド通路入口(3e)を設け、内筒(3)内に挿入されて回転し、マニホールド通路入口(3d)(3e)を選択的に開閉連通するロータリ弁(17)を備えた吸気制御装置であって、
マニホールド通路入口(3d)と第2のマニホールド通路入口(3e)で2分される内筒内周の距離の短い側で、ロータリ弁(17)の外周側と内筒筒状部(3a)の内周側の一部が当接して該外周と内周の隙間をシールすることを特徴とする吸気制御装置である。
【0012】
請求項5の発明は、請求項1のインテークマニホールドにおいて、外周端側(3bb)が外筒(2)の内面に接してマニホールド通路(6)形成側に湾曲する通路壁(3b)を有する内筒(3)を備えたことを特徴とするものである。
【0013】
そして、請求項6の発明は、内筒(3)の通路壁(3b)の外周端側(3bb)を外筒(2)の内側に接してマニホールド通路(6)形成側に湾曲する形状に形成するのに、内筒(3)単品状態で、通路壁(3b)の外周端側(3bb)の湾曲該当部位に、所定形状につくられかつ加熱機によって加熱した金具(52)を押し当てて形状形成することを特徴とするインテークマニホールド用内筒の製造方法である。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態をいくつかの実施例に基づいて説明する。
〔実施例1〕
図1(a)(b)、図2及び図3(a)(b)において、1はインテークマニホールドで、樹脂製の外筒2に樹脂製の内筒3を挿入嵌合して、図示左端に円板形の外筒蓋4を嵌めてその外周を外筒2に溶着してシールしてある。符号4′はこのシール部を示す。
【0015】
外筒2は大径の円筒形筒状部2aと小径の円筒部2bとが段部2cを介して一体的に形成されている。2dは筒状部2aに形成されたマニホールド通路出口で、外筒2の軸方向に所定の間隔をおいて4気筒エンジン用として4個並設されている。2eはマニホールド通路出口2dを図示されてないエンジンの各気筒の吸気ポートへそれぞれ接続するためのフランジで外筒2に一体成形されている。
【0016】
マニホールド通路出口2dを構成する分岐管部の壁面内周の一部は、図1(b)に示す断面において、筒状部2aの内周2a″の接線2d′で形成されている。そのため前記分岐管部は図1(b)では左右方向の直管部として示されている。
【0017】
内筒3はほぼ円筒形の筒状部3aと、該筒状部3aの外周に軸方向に間隔をおいて5個の鍔状通路壁3bを一体的に樹脂成形されており、かつこの内筒3を外筒2の筒状部2aに挿入嵌合した状態で、前記分岐管の図1(b)における図示上部内壁面2d″とつながる壁面を有する遮断壁3cを備えている。この遮断壁3cの図1(b)における壁面3c′は同図では左右方向の直線で示され、筒状部3aの図1(b)における外周円弧部分の接線になっている。3dは内筒3の筒状部3aの図1(b)における遮断壁3cのすぐ上部に設けたマニホールド通路入口で、筒状部3aの内側に形成されたサージタンク5の空気を外筒2の筒状部2aと内筒3の通路壁3b及び筒状部3aで区画された4個のマニホールド通路6へそれぞれ導く。
【0018】
マニホールド通路6は図1(b)の横断面図において、内筒3の筒状部3aの外周をほぼ1周回する円弧状に形成され、本実施例ではほぼ315°の円周角に亘って形成され、その下流は、マニホールド通路出口2dに連通する直線状通路7に接続されている。
【0019】
外筒2の筒状部2aは図3(a)に拡大図示するように符号θで示す角度を有し、これにほぼ同様の角度を有する内筒3の通路壁3bを容易に挿入してインテークマニホールド1を組み立てる。
【0020】
筒状部2aの内周には環状の凹溝2a′が5つ刻設され、これに対応して通路壁3bの外周に環状の凸条3b′が形成されている。従って、図3(a)に示す矢印Aのように内筒3を外筒2内へ挿入すると凸条3b′が対応する凹溝2a′内へ嵌合しスナップアクションでしっくりと嵌着され、両筒内の気密シールが保たれ、各気筒に連通するインテークマニホールド通路6同士の間の漏れが防止される。
【0021】
こうして、凹溝2a′に凸条3b′が嵌合した図3(b)の状態では嵌合部としての凹溝2a′と凸条3b′からなる嵌合部の組み合わせ8によって、外筒2と内筒3間の気密シールが保たれるばかりでなく、両筒相互の軸方向の位置決めがされる。
【0022】
なお、図1(b)に示すように、外筒2の筒状部2aの内周に突出し紙面に直角な軸方向に延びる凸条と、この凸条に嵌合すべく遮断壁3cの図示左端面に形成した凹溝…この凹溝は紙面に直角な軸方向に延びる…とからなる嵌合部9が外筒2に対する内筒3の円周方向の位置決めを行う。
【0023】
外筒2と内筒3の軸方向や円周方向の相対的位置決めとかシールのための嵌合用凹凸は、必要な位置に必要な個数、適切な形状で設ければ良い。
こうすることで、マニホールド通路出口2dを形成する分岐管の上部内壁面2d″と遮断壁3cの壁面3c′とが図1(b)に示すように一直線上に面一となり、吸気が滑らかに抵抗無く流れる。
【0024】
また、前記軸方向の位置決め用の嵌合部の組み合わせ8も同様に吸気抵抗の発生を抑える。
また、この実施例では、外筒2と内筒3の円周方向の位置決め用として、図1(a)に示すように、内筒3の右端面に形成した凸部と、外筒2の段部2cに形成した凹部とを互いに嵌合させてなる嵌合部10,10を追加して設けてある。
【0025】
11は外筒2の小径の円筒部2bに挿入固定したスロットルボデーで、スロットルバルブ12を取り付けたスロットルシャフト13を回動可能に軸承している。14はスロットル開度を検出して電気信号に変換するスロットルセンサ、15は外筒2とスロットルボデー11との間の気密シールである。
【0026】
符号16で示す空気流入口から流入した空気はスロットルバルブ12を通過してサージタンク5に入る。そして、各マニホールド通路入口3dを通って対応するマニホールド通路6に入り、筒状部3aの周りをほぼ1周回の円周角だけ図1(b)における時計方向に周回して、それぞれのマニホールド通路出口2dから図示されてない各気筒の吸気ポートへと導かれる。
【0027】
〔実施例2〕
図4(a)(b)と図5に示す実施例2は、前記実施例1の一部を変形したものである。
【0028】
図4(a)には、鍔状通路壁3bの外周端側をマニホールド通路6側にそれぞれ湾曲した分岐壁3bbを有する内筒3が示してある。同図(b)は、同図(a)に示す内筒3を外筒2の円筒形筒状部2aの内側に挿入組み付けした状態を示す。
【0029】
分岐壁3bbの湾曲により、マニホールド通路6を、鋭角が少ない、より円形断面に近づけている。分岐壁3bbの湾曲により、マニホールド通路6間の分岐壁3bb間には空間50が生じる。
【0030】
本実施例では、マニホールド通路6の断面が、鋭角部が少なくなることで、吸気の流れ損失が小さくなり、一層の出力向上に役立つ。
また、空間50は内部からの騒音の伝達を押さえたり、外面から内部への熱の伝達を押さえるのに有効である。
【0031】
図5は図4(a)に示した内筒3の分岐壁3bbを形成する方法を示す図である。
図4(a)のように湾曲する前の分岐壁3bb′(図5)は、分岐前の鍔状通路壁から分かれて略半径方向に延びた形状である。また、このとき、分岐壁外周の直径は、図4(b)の外筒2の内径よりも大きい。
【0032】
湾曲してない分岐壁3bb′を図4(a)で符号3bbで示すように湾曲させるには、所定の湾曲形状を有する金具52を加熱機53で加熱し、分岐壁3bb′に押し当てて所定の形状に加工する。なお、X−Xは内筒3の軸線である。
【0033】
この時、所定の受け具…加熱機能を有しても良い…51を用いると更に効果的である。
〔実施例3〕
図6(a)(b)及び図7に示す実施例3は、前記実施例1のインテークマニホールド1に、吸気慣性効果を利用するためのロータリ弁を付設した吸気制御装置である。
【0034】
インテークマニホールド1を構成する各要素とその機能は殆ど前記実施例1の場合と同じであるため、それらの各要素には実施例1と同一符号をつけて、その説明を省略する。
【0035】
この実施例2では、内筒3に、第2のマニホールド通路入口3eが設けられている。この第2のマニホールド通路入口3eは図6(b)に示すように、内筒3の筒状部3aの遮断壁3cとマニホールド通路入口3dの間に設けられている。
【0036】
17は円筒形のロータリ弁で、内筒3の円筒形筒状部3aの内側にわずかの隙間をもって挿入配設され、その軸18,19が軸受20,21に回動可能に軸受されている。
【0037】
軸18は図6(a)におけるロータリ弁17の図示左端内周に取り付けられた円板状部分18aの中心に一体的に形成され、外筒蓋4に取り付けた軸受20に支承されている。
【0038】
また軸19は、同図におけるロータリ弁17の図示右端に設けた半径方向の3本の腕に取り付けられ、外筒3に形成された軸受21に支承されている。軸受21は外筒3と一体成形された半径方向に延びる3本の腕と一体に樹脂成形されている。
【0039】
22はダイアフラムアクチュエータで、図示されてないエンジンの排気圧力で作動し、レバー23を介してロータリ弁17を作動させる。
ロータリ弁17には、図6(b)に示すように、低回転時にマニホールド通路入口3dに連通する第1の通孔17dと、高回転時にロータリ弁17が矢印B方向つまり反時計方向に回動した時に第2のマニホールド通路入口3eに連通する第2の通孔17eがマニホールド通路6の数だけ、マニホールド通路6の位置に合わせて設けてある。
【0040】
従って、エンジンの低回転時にはロータリ弁17の通孔17dが図6(b)に示す位置にあって、サージタンク5内の空気は第1の通孔17dからマニホールド通路入口3dを通ってマニホールド通路6に入り、内筒3の円筒形筒状部3aの回りをほぼ1周回して直線状通路7を経てマニホールド通路出口2dからエンジン100の図示されてない対応する気筒の吸気ポートへ導かれる。このときのマニホールド通路6を流れる空気の実質的な経路は、円筒形筒状部3aのほぼ1周分であり、長い距離である。
【0041】
エンジンの高回転時にはダイアフラムアクチュエータ22がロータリ弁17を図6(b)に示す位置から矢印Bに示すように反時計方向に回動させるため、サージタンク5内の空気は第2の通孔17eから第2のマニホールド通路入口3eを通ってマニホールド通路6へ入り、すぐに直線状通路7を経てマニホールド通路出口2dからエンジン100の図示されてない対応する気筒の吸気ポートへ導かれる。このときのマニホールド通路6を流れる空気の実質的な経路は、極めて短い。
【0042】
こうして吸気慣性効果を利用してエンジンの出力を向上する。
なお、図6(b)に示す実施例3では、ロータリ弁17に、1気筒当り二つの通孔17dと17eを円周方向に離して配設したが、両通孔の間の筒状部17aの壁をなくして、一つの大きな通孔にしても同じ効果が得られる。
【0043】
ところで、エンジンの低回転時に第2の通孔17eと第2のマニホールド通路入口3eとは連通していないが、両者が図6(b)に示すように近い位置にあり、しかも内筒3の筒状部3aの内周とロータリ弁17の外周との間に隙間があるため、低速回転時にこの隙間を介して第2の通孔17eから第2のマニホールド通路入口3eへ空気が流入し、低回転時の吸気通路の実質的な長さが短くなり出力トルクが低下するという問題点が残される。
【0044】
吸気通路の実質的な長さが短い高回転時には、前記隙間を介して吸気が洩れても吸気慣性効果に悪影響はないが、吸気通路の実質的な長さが長い低回転時には、前記隙間を介して吸気が洩れると吸気慣性効果が小さくなるからである。
【0045】
そこで、かかる問題点を解消する発明として請求項4を完成させた。次の実施例4はこの発明に対応する。
〔実施例4〕
この実施例では図8〜図10に示すように、内筒3に前記遮断壁3cから筒状部3aの内側に突出し、かつ内筒3の軸方向に延びる凸条3fを形成すると共に、ロータリ弁17の外周にエンジンの低回転時において前記凸条3fに係合する第2の凸条17gを突出させてかつ軸方向に延在させて形成し、両凸条3f,17gの対向面を平面状にするか少なくとも一方の例えば第2の凸条17gの対向面にシール用弾性部材としてのゴムシール24を取り付けた。
【0046】
このゴムシール24はロータリ弁17の軸方向に伸びていて、エンジンの低回転時にゴムシール24が相手側である内筒3の凸条3fの対向面に当接してサージタンク5から第2のマニホールド通路入口3eへの空気の漏れを無くす。
【0047】
従って、低回転時におけるエンジンの出力トルクの低下が防止できる。
なお、実施例4では、ロータリ弁17の通孔17fは、実施例3における通孔17dと17eとを連通させた程度の円周角(長さ)の一つの通孔として形成されている。
【0048】
つまり、低回転時には第2のマニホールド通路入口3eがロータリ弁17で閉じられていてサージタンク5に直接連通せず、高回転時には少なくとも第2のマニホールド通路入口3eがロータリ弁17を介してサージタンク5に連通するようにロータリ弁17の通孔17fが設定されている。
【0049】
なお、シール24の材質はゴムに限ることはなく、シールの必要程度に応じてシール材を選べば良い。弾性変形可能な樹脂あるいはシール部材を使わないで前記両凸条同士を直接当接させても良い。
【0050】
【発明の効果】
本発明のインテークマニホールドと吸気制御装置及びその製造方法は上述のように構成されているので、インテークマニホールドを構成する主たる部品の外筒と内筒を製作するのに中子溶融成形を用いることなく容易に樹脂成型でき軽量化とコスト低減に役立つ。
【0051】
また、マニホールド通路が内筒の筒状部を周回する円形の通路に近いかたちで気筒の数だけ並設されるため全体をコンパクトに小形化できる割に通路長を長くとれる。そしてエンジンの高回転時には通路長を大幅に短くでき、吸気慣性効果を有効に利用してエンジンの広い回転数範囲に亘り、出力アップができる。
【0052】
またインテークマニホールドの小形化と、外部への露出部が主として外筒の外表面だけなので表面積が低減でき、さらに外筒と内筒が一体でないので、外筒から内筒への熱伝導が抑制される。また、樹脂化の実現により断熱効果が増して吸気温度を低減でき、この面からもエンジンの出力が向上する。さらにまた、外筒と内筒構成物の間に微小空間が生じるので、これが熱伝導や、外部への騒音の伝わりをも低減する。
【0053】
以上のことをまとめると、コンパクト化(小形化)、軽量化、低コスト化できると共にエンジンの出力向上を実現できる。
また、ロータリ弁を用いない方式の場合と、ロータリ弁を用いて吸気慣性効果を利用する場合に用いるインテークマニホールドの主要部品を共用化できる利点がある。
【0054】
また、請求項3の発明では、更に吸気通路長が長いとき吸気管を構成する外筒と内筒のシールが向上され、吸気通路長が短いとき、少しぐらい洩れても良いので製造が楽にできる。また、外筒と内筒の位置決めを確実にすることで、吸気通路(管路)のつながり部に段差ができないため、通気抵抗が減少する。更にまた、請求項4の発明では外筒と内筒の隙間をシールすることで低回転域における出力低下を防止できる。そして、これらの事柄はエンジンの出力向上に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で(a)は縦断面図、(b)は横断面図で図2のB−B断面である。
【図2】図1(b)のA−A断面視図である。
【図3】図1の実施例の要部を拡大した詳細図で、(a)は組立前の状態を、(b)は組立後の状態を示す。
【図4】図1〜図3の実施例の一部を変形した実施例の要部を示す図で、(a)は内筒の一部を示す拡大縦断面図、(b)は内筒を外筒に挿入した状態の一部を示す拡大縦断面図である。
【図5】図4(a)に示す内筒の製造方法を説明する図である。
【図6】本発明の他の実施例で、(a)は縦断面図、(b)は横断面図で図7のD−D断面である。
【図7】図6(b)のC−C断面視図である。
【図8】更に他の実施例の要部横断面図である。
【図9】図8のE部拡大図である。
【図10】図8と図9の実施例に用いるロータリ弁の斜視図である。
【符号の説明】
1 インテークマニホールド
2 外筒
2a 筒状部
2a′ 嵌合部
2d マニホールド通路出口
2d″ マニホールド通路出口の壁の一部
3 内筒
3a 筒状部
3b 通路壁
3bb 外周端側(分岐壁)
3b′ 嵌合部
3c 遮断壁
3d マニホールド通路入口
3e 第2のマニホールド通路入口
3f 凸条
6 マニホールド通路
8 嵌合部の組み合わせ
9 嵌合部
17 ロータリ弁
17g 第2の凸条
24 シール用弾性部材
52 金具

Claims (6)

  1. ほぼ筒状の筒状部と、該筒状部に軸方向に間隔をおいて並設形成した複数のマニホールド通路出口とを有する外筒と、
    該外筒の内側に配設された筒状部と、該筒状部の外周に軸方向に間隔をおいて並設形成した複数の鍔状通路壁を有する内筒とを具備し、
    隣り合う通路壁同士と外筒の周壁とで区画された空間がマニホールド通路を構成して前記マニホールド通路出口の対応する一つずつに連通するように外筒に内筒が挿入配設され、
    かつ、内筒が、外筒の前記マニホールド通路出口の上部内壁面とつながる遮断壁を外周に備えており、更に、該遮断壁に近接して、遮断壁に対して前記マニホールド通路出口の上流側にあたる筒状部分に各マニホールド通路に対応してそれぞれマニホールド通路入口を設けたことを特徴とするインテークマニホールド。
  2. 内筒の内側にエンジンの運転条件に応じて回動する円筒状のロータリ弁を設けると共に、内筒の筒状部の前記遮断壁と前記マニホールド通路入口の間に第2のマニホールド通路入口を設け、エンジンの高速回転時にはロータリ弁を通じて第2のマニホールド入口と連通する吸気通路が形成されることを特徴とする請求項1記載のインテークマニホールドを備えた吸気制御装置。
  3. 内筒の通路壁の外周に形成された嵌合部と、外筒の内周面に形成されて前記通路壁外周の嵌合部と嵌合する別の嵌合部とからなる外筒に対する内筒の軸方向の位置決めと両筒間のシールを行う嵌合部の組み合わせと、
    外筒に対する内筒の円周方向の位置決めを行う嵌合部とを具備したことを特徴とする請求項1または2記載の吸気制御装置。
  4. 内筒筒状部の外側まわりにエンジンの気筒数と同数のマニホールド通路を並設形成し、内筒の内側空間に連通するよう、マニホールド通路入口と第2のマニホールド通路入口を設け、内筒内に挿入されて回転し、マニホールド通路入口を選択的に開閉連通するロータリ弁を備えた吸気装置であって、
    マニホールド通路入口と第2のマニホールド通路入口で2分される内筒内周の距離の短い側で、ロータリ弁の外周側と内筒筒状部の内周側の一部が当接して該外周と内周の隙間をシールすることを特徴とする吸気制御装置。
  5. 外周端側が外筒の内面に接してマニホールド通路形成側に湾曲する通路壁を有する内筒を備えたことを特徴とする請求項1記載のインテークマニホールド。
  6. 内筒の通路壁の外周端側を外筒の内側に接してマニホールド通路形成側に湾曲する形状に形成するのに、内筒単品状態で、通路壁の外周端側の湾曲該当部位に、所定形状につくられかつ加熱機によって加熱した金具を押し当てて形状形成することを特徴とするインテークマニホールド用内筒の製造方法。
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