DE102017108246A1 - Method for determining the leakage of a crankcase ventilation system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Verbrennungskraftmaschine. Grundsätzlich wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Wert eines Anstiegs eines Druckes in einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine analysiert. Sofern der Anstieg im Vergleich mit einem IO-Sollwert diesen übersteigt, liegt eine Leckage im Kurbelgehäuseentlüftungssystem vor. Eine Voraussetzung dieser Leckagebestimmung ist die Herbeiführung eines geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystems. The invention relates to a method for determining the leakage of a crankcase ventilation system of an internal combustion engine. In principle, in the method according to the invention, the value of an increase in pressure in a crankcase of the internal combustion engine is analyzed. If the increase in comparison with an IO setpoint exceeds this, there is a leak in the crankcase ventilation system. A prerequisite for this leak determination is the provision of a closed crankcase ventilation system.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for determining the leakage of a crankcase ventilation system according to the preamble of
Kurbelgehäuseentlüftungssysteme für Verbrennungskraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Während eines Arbeitstaktes der Verbrennungskraftmaschine kommt es zu einem Übertritt von Gas aus einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine über einen zwischen Kolbenringen und Laufbüchse der Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Bewegungsspalt in das Kurbelgehäuse. Ist die Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader aufgeladen, kann es ebenfalls zu einem Überströmen von Gas über eine Ölrückführleitung des Abgasturboladers in das Kurbelgehäuse kommen. Diese Gase werden allgemein als Blow-By Gase bezeichnet.Crankcase ventilation systems for internal combustion engines are well known. During a power stroke of the internal combustion engine, there is a transfer of gas from a combustion chamber of the internal combustion engine via a formed between piston rings and liner of the internal combustion engine movement gap in the crankcase. If the internal combustion engine is charged with an exhaust gas turbocharger, there may also be an overflow of gas via an oil return line of the exhaust gas turbocharger in the crankcase. These gases are commonly referred to as blow-by gases.
Damit der Druck im Kurbelgehäuse nicht unzulässig ansteigt, sind die Kurbelgehäuseentlüftungssysteme zur Konditionierung des Druckes im Kurbelgehäuse vorgesehen. Des Weiteren dienen sie der Vermeidung eines Entweichens der Blow-By Gase in die Umgebung, d.h. in die Atmosphäre. Damit ein möglicher Defekt des Kurbelgehäuseentlüftungssystems rechtzeitig erkannt wird, und es nicht oder nur in geringen Maßen zu einem Austritt der Blow-By Gase in die Atmosphäre kommt, ist erforderlich das Kurbelgehäuseentlüftungssystem auf Dichtheit zu prüfen.So that the pressure in the crankcase does not increase inadmissible, the crankcase ventilation systems are provided for conditioning the pressure in the crankcase. Furthermore, they serve to prevent escape of the blow-by gases into the environment, i. into the atmosphere. In order for a possible defect of the crankcase ventilation system is detected in time, and it is not or only to a small extent to a leakage of blow-by gases into the atmosphere, it is necessary to check the crankcase ventilation system for leaks.
Der Patentschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Die Offenlegungsschrift
Auch aus den Druckschriften
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren zur Leckagebestimmung für ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem anzugeben.It is the object of the present invention to provide an alternative method of determining the leakage for a crankcase ventilation system.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Leckagebestimmung für ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method for determining the leak for a crankcase ventilation system with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystem, wobei das Kurbelgehäuseentlüftungssystem einem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, und das Kurbelgehäuseentlüftungssystem zumindest eine Verbindungsleitung besitzt, die einen Ansaugtrakt mit dem Kurbelgehäuse durchströmbar verbindet, und mit einem Druckregelelement zur Regelung eines Druckes im Kurbelgehäuse, und mit einem Drucksensor, welcher den Kurbelgehäusedruck aufnimmt, und wobei zur Herbeiführung eines geschlossenen Kreislaufes das Kurbelgehäuseentlüftungssystem jede mit der Saugleitung unmittelbar verbundene Verbindungsleitung ein Schließelement aufweist, und wobei in einem
- - ersten Schritt jede mit der Saugleitung unmittelbar verbundene Verbindungsleitung zu einem Messbeginn der Messung des Kurbelgehäusedruckes geschlossen wird und/oder ist,
- - zweiten Schritt die Messung des Kurbelgehäusedruckes über einen Zeitraum ab dem Messbeginn erfolgt, wobei jedem Messzeitpunkt des Zeitraumes der zu diesem Messzeitpunkt gemessene Druck als Druckwert zugeordnet wird, wobei eine Kennlinie mit Hilfe der entsprechenden Messzeitpunkte und zugeordneten Druckwerten ermittelt wird,
- - dritten Schritt eine Bestimmung des Wertes eines Anstiegs der Kennlinie mit Hilfe eines mathematischen Integrals und/oder einer mathematischen Ableitung von mindestens zwei Messzeitpunkten und deren korrespondierenden Druckwerten erfolgt, und
- - vierten Schritt eine Vergleich des ermittelten Wertes des Anstiegs mit einem IO-Sollwert durchgeführt wird, wobei der IO-Sollwert den Wert eines intakten Kurbelgehäuseentlüftungssystems kennzeichnet.
- - the first step closes each connecting line directly connected to the suction line to a measurement start of the measurement of the crankcase pressure and / or is,
- the second step is the measurement of the crankcase pressure over a period of time from the beginning of the measurement, the pressure measured at that time of measurement being assigned as a pressure value to each measurement time point of the time period, a characteristic curve being determined with the aid of the corresponding measurement times and associated pressure values,
- - Third step, a determination of the value of an increase in the characteristic using a mathematical integral and / or a mathematical derivative of at least two measurement times and their corresponding pressure values is carried out, and
- - fourth step, a comparison of the ascertained value of the increase is made with an IO setpoint, wherein the IO setpoint characterizes the value of an intact crankcase ventilation system.
In einem dichten Kurbelgehäuseentlüftungssystem steigt nach einem vollständigen Schließen des Schließelements bzw. sofern mehrere Schließelemente ausgebildet sind, nach einem vollständigen Schließen sämtlicher Schließelemente, der Druck im Kurbelgehäuse langsam an. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Kennlinie des Druckes über der Zeit eine Steigung bzw. einen Anstieg mit einem kleinen Wert aufweist. Dieser über der Zeit langsame Druckanstieg ist darin begründet, dass in einem geschlossenen, mit anderen Worten nahezu dichten Kurbelgehäuseentlüftungssystem, ein im Kurbelgehäuse üblicherweise gegenüber einem Umgebungsluftdruck herrschender Unterdruck nur langsam ausgeglichen wird.In a sealed crankcase ventilation system increases after a complete closing of the closing element or if more closing elements are formed, after a complete closing of all closing elements, the pressure in the crankcase slowly. In other words, a characteristic of the pressure over time has a slope of a small value. This slowly increasing pressure over time is due to the fact that in a closed, in other words almost dense crankcase ventilation system, a negative pressure prevailing in the crankcase usually relative to an ambient air pressure is compensated only slowly.
Sofern im Kurbelgehäuse ein schneller Druckanstieg zu messen ist, bedeutet dies, dass eine Leckagestelle im Kurbelgehäuseentlüftungssystem vorliegt, da über die Leckagestelle Umgebungsluft in das Kurbelgehäuseentlüftungssystem gelangt und einen schnellen Druckausgleich herbeiführen möchte oder herbeiführt.If a rapid increase in pressure is to be measured in the crankcase, this means that there is a leakage point in the crankcase ventilation system, since ambient air enters the crankcase ventilation system via the leakage point and would like to bring about or cause rapid pressure equalization.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass durch die Betrachtung von Druckwerten bei zumindest zwei Messzeitpunkten eine verbesserte Aussage über eine Leckage des Kurbelgehäuseentlüftungssystems getroffen werden kann. Insbesondere, sofern mehrere Messzeitpunkte und ihre korrespondierenden Druckwerte ausgewertet werden, ist eine weitere, noch treffsichere Aussage möglich. Ein weiterer Vorteil ist in einer hohen Trennschärfe bei der Beurteilung eines defekten und somit leckagebehafteten Kurbelgehäuseentlüftungssystems und eines intakten und somit leckagefreien Kurbelgehäuseentlüftungssystem zu sehen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Aussage ausgehend von jedem im Zeitraum der Messung ermittelten Druck bewertet werden kann und somit bspw. kein Prüfdruck des Kurbelgehäuseentlüftungssystems erforderlich ist.An advantage of the method according to the invention is the fact that an improved statement about a leakage of the crankcase ventilation system can be made by considering pressure values at at least two measurement times. In particular, if several measurement times and their corresponding pressure values are evaluated, a further, more accurate statement is possible. Another advantage is to be seen in a high selectivity in the assessment of a defective and thus leaking crankcase ventilation system and an intact and thus leak-free crankcase ventilation system. An additional advantage is that the statement can be evaluated on the basis of any pressure determined in the period of the measurement and thus, for example, no test pressure of the crankcase ventilation system is required.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt die Messung über den Zeitraum direkt einem Abschaltzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine. Dies hat den Vorteil, da insbesondere heutzutage die in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen eine Start-Stopp-Vorrichtung aufweisen und somit die Verbrennungskraftmaschine insbesondere in einem Stadtbetrieb mehrmals abgeschaltet wird. Somit ergeben sich mehrere Messergebnisse in Form der Messzeitpunkte und ihren korrespondierenden Kurbelgehäusedrücke, wodurch eine weitere gesicherte Aussage zu einem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems zu machen ist. Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine durch eine schnell zu erzielende Aussage zum Zustand, bspw. durch die zahlreichen Abschaltvorgänge im Stadtbetrieb, aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass sehr kleine Leckagestellen, ab ca. 2mm detektiert werden können.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the measurement over the period directly follows a switch-off time of the internal combustion engine. This has the advantage that in particular nowadays the internal combustion engines used in a motor vehicle have a start-stop device and thus the internal combustion engine is switched off several times, in particular in a city mode. Thus, there are several measurement results in the form of the measurement times and their corresponding crankcase pressures, which is another strong statement to make a condition of the crankcase ventilation system. Furthermore, the inventive method is characterized when switching off the internal combustion engine by a statement to be made quickly to the state, for example. By the numerous shutdown operations in city operation, from. Another advantage is that very small leakage points, from about 2mm can be detected.
In einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Messung über den Zeitraum während eines Lastsprunges der Verbrennungskraftmaschine. Da bei einer Lasterhöhung eine so genannte Teillastentlüftungsleitung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems geschlossen wird und bis zu einem bestimmten Zeitpunkt eine so genannten Volllastentlüftungsleitung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems noch nicht geöffnet ist, liegt während des Lastsprunges ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem vor und kann zu Bestimmung einer möglichen Leckage genutzt werden.In an alternative embodiment of the method according to the invention, the measurement takes place over the period during a load step of the internal combustion engine. Since in a load increase a so-called part-load ventilation line of the crankcase ventilation system is closed and a so-called full load vent line of the crankcase ventilation system is not yet open, there is a closed crankcase ventilation system during the load step and can be used to determine a possible leakage.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Kurbelgehäuseentlüftungssystem niemals vollständig dicht sein kann, da über diverse Stellen, bspw. der Verbrennungskraftmaschine selbst, deren Kolben und entsprechende Steuerelemente, Einlass und Auslassventile, unterschiedlich positioniert sind und somit eine Einströmung von Umgebungsluft erlauben könnten. Daher wird in diesem Zusammenhang ein leckagefreies Kurbelgehäuseentlüftungssystem auch als ein dichtes Kurbelgehäuseentlüftungssystem bei geschlossenen Verbindungsleitungen bezeichnet.It should be noted at this point that the crankcase ventilation system can never be completely leak-tight, as the combustion engine itself, its pistons and corresponding control elements, inlet and outlet valves are positioned differently over various locations and thus could permit an inflow of ambient air. Therefore, in this context, a leak-free crankcase ventilation system is also referred to as a sealed crankcase ventilation system with the connecting lines closed.
Sofern das erfindungsgemäße Verfahren während eines Lastsprunges eingesetzt wird, ist es zur fehlerfreien Bestimmung einer möglichen Leckage des Kurbelgehäuseentlüftungssystems vorteilhaft, wenn über einen dem Zeitraum der Messung unmittelbar vorangehenden weiteren Zeitraum der Kurbelgehäusedruck einen IO-Sollwert aufweist.If the method according to the invention is used during a load step, it is advantageous for the error-free determination of a possible leakage of the crankcase ventilation system if the crankcase pressure has an IO setpoint over a further period of time immediately preceding the measurement.
Es hat sich gezeigt, dass eine Begrenzung des Zeitraumes auf höchstens der Zeitraum 60 Sekunden zur Bewertung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems, d. h. mit anderen Worten zur Leckagebestimmung hinreichend ist zur zuverlässigen Diagnose. Somit ist ein sehr schnelles Verfahren und aussagesicheres Verfahren realisiert.It has been found that limiting the time period to at most the 60 second period for evaluating the crankcase ventilation system, i. H. In other words, the leakage determination is sufficient for reliable diagnosis. Thus, a very fast method and reliable method is realized.
Zur vereinfachten und somit kostengünstigen Regelung funktioniert das Schließelement in Form eines selbstregelnden Rückschlagventils. Somit sind keine Regelungs- und/oder weitere Steuerelemente zum Schließen der mit dem Schließelement versehenen Verbindungsleitung erforderlich.For simplified and therefore cost control, the closing element works in the form of a self-regulating non-return valve. Thus, no control and / or other controls for closing the connecting line provided with the closing element are required.
Vorteilhaft wird das Ergebnis der Leckagediagnose in einem Display eines die Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs angezeigt. Somit ist der Betreiber des Kraftfahrzeugs nahezu jederzeit über den Zustand seines Kurbelgehäuseentlüftungssystem informiert und kann, sofern eine Leckage bzw. eine Leckagestelle vorliegt, schnell eine Werkstatt aufsuchen, damit nicht unzulässigerweise Leckagefluid, bzw. Blow-By Gas in die Umgebung gelangt. Advantageously, the result of the leakage diagnosis is displayed in a display of a motor vehicle having the internal combustion engine. Thus, the operator of the motor vehicle is almost always informed about the condition of his crankcase ventilation system and, if there is a leak or leakage, quickly visit a workshop, so not impermissibly leakage fluid, or blow-by gas enters the environment.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem, -
2 in einem p-t-Diagramm einen Kennlinie eines Kurbelgehäusedrucks bei leckagefreiem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems, einen Kennlinie des Kurbelgehäusedrucks bei Leckagezustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems sowie einen Kennlinie eines Umgebungsdruckes bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine, und -
3 in einem p-t-Diagramm einen Kennlinie in einer Saugleitung der Verbrennungskraftmaschine, einen Kennlinie in einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine und die Kennlinie des Umgebungsdruckes bei einem Lastsprung der Verbrennungskraftmaschine.
-
1 in a schematic representation of an internal combustion engine with a crankcase ventilation system, -
2 in a pt diagram, a characteristic of a crankcase pressure at leak-free condition of the crankcase ventilation system, a characteristic curve of the crankcase pressure at leakage condition of the crankcase ventilation system and a characteristic of an ambient pressure with the internal combustion engine off, and -
3 in a pt diagram, a characteristic in a suction line of the internal combustion engine, a characteristic curve in a crankcase of the internal combustion engine and the characteristic of the ambient pressure at a load step of the internal combustion engine.
Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine
Der Zylinderkopf
Aufgrund der translatorischen und kippenden Bewegung des Kolbens ist ein zwischen dem Kolben und der Zylinderbuchse ausgebildeter Bewegungsspalt nicht vollständig abdichtbar, wobei zur Abdichtung nicht näher dargestellte Kolbenringe an einem Außenumfang des Kolbens bewegbar aufgenommen sind. Während der Bewegung des Kolbens kommt es zu einem Diffundieren von im Brennraum vorliegenden Gas, d.h. sowohl Frischluft als auch Abgas, einem so genannten Blow-By Gas, aus dem Brennraum über den Bewegungsspalt in das Kurbelgehäuse
Zur Vermeidung eines das Kurbelgehäuse
Damit das Blow-By Gas nicht unmittelbar in die Umgebung gelangen kann, ist ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem
Der Verbrennungskraftmaschine
Zwischen dem Dosierelement
Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem
Die Abscheideeinheit
Des Weiteren kann das Kurbelgehäuseentlüftungssystem
Im Kurbelgehäuse
Damit das Blow-By Gas aus dem Kurbelgehäuse
Grundsätzlich wird zur Herbeiführung eines Unterdruckes im Kurbelgehäuse
Befindet sich der Verbrennungsmotor
Selbstredend ist im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine
Weist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem
Diese kann mit Hilfe einer Messung des Kurbelgehäusedruckes, der über einen bestimmten Zeitraum
Die Rückschlagventile
In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Prüfung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems
In
Die Messung des Kurbelgehäusedruckes erfolgt über den Zeitraum
Zur Leckageerkennung ist ein so genannter IO-Sollwert in einer nicht näher dargestellten Regel- und Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine
In einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wert des Anstiegs in Form einer mathematischen Ableitung der mit Hilfe der ermittelten Druckwert-Zeitpunkt-Paaren bestimmten Kennlinie
In einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wert des Anstiegs durch Bestimmung eines mathematischen Integrals der mit Hilfe der ermittelten Druckwert-Zeitpunkt-Paaren bestimmten Kennlinie
Steigt der Druck im Kurbelgehäuse
Steigt der Druck im Kurbelgehäuse
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Prüfung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems
In
Zur gesicherten Diagnose ist es notwendig, dass im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
Es erfolgt somit bei geschlossenem Kurbelgehäuseentlüftungssystem
Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit die folgenden Verfahrensschritte auf:The method according to the invention thus has the following method steps:
Erster Verfahrensschritt:First process step:
Schließen jeder mit der Saugleitung
Zweiter Verfahrensschritt:Second process step:
Messung des Kurbelgehäusedruckes über den Zeitraum
Dritter Verfahrensschritt:Third procedural step:
Bestimmung des Wertes eines Anstiegs der Kennlinie
Vierter Verfahrensschritt:Fourth process step:
Vergleich des Wertes des ermittelten Anstiegs mit dem IO-Sollwert.Comparison of the value of the ascertained increase with the IO setpoint.
Das Ergebnis der Leckagebestimmung kann bspw. insbesondere bei einem Defekt des Kurbelgehäuseentlüftungssystems
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit insbesondere durch die Beurteilung einer Mehrzahl von zu bestimmten Messzeitpunkten gemessenen Kurbelgehäusedrücken auf. Grundsätzlich wird ein Druckanstieg bewertet, wobei der Wert des Anstiegs ermittelt wird. Dies kann auf das Basis von Absolut- oder Relativdrücken erfolgen.The method according to the invention is therefore characterized in particular by the evaluation of a plurality of crankcase pressures measured at specific measuring times. Basically, a pressure increase is evaluated, whereby the value of the increase is determined. This can be done on the basis of absolute or relative pressures.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Kurbelgehäusecrankcase
- 33
- Zylinderkopfcylinder head
- 44
- Kurbelgehäuseentlüftungcrankcase ventilation
- 55
- KurbelgehäuseentlüftungssystemCrankcase ventilation system
- 66
- Abgasturboladerturbocharger
- 77
- Verdichtercompressor
- 88th
- Ansaugtraktintake system
- 99
- Dosierelementmetering
- 1010
- Erste VerbindungsleitungFirst connection line
- 1111
- Abscheideeinheitseparation unit
- 1212
- Zweite VerbindungsleitungSecond connection line
- 1313
- Saugleitungsuction
- 1414
- Dritte VerbindungsleitungThird connection line
- 1515
- DruckregelelementPressure control element
- 1616
- Vierte VerbindungsleitungFourth connection line
- 1717
- Fünfte VerbindungsleitungFifth connection line
- 1818
- Drucksensorpressure sensor
- 1919
- Erstes RückschlagventilFirst check valve
- 2020
- Zweites Rückschlagventil Second check valve
- pp
- Druckwertpressure value
- tt
- MesszeitpunktMeasuring time
- t1t1
- Messbeginnmeasurement start
- t2t2
- Messendemeasuring
- KiO K iO
- Erste KennlinieFirst characteristic
- KniO K niO
- Zweite KennlineSecond characteristic
- KS K S
- Vierte KennlinieFourth characteristic
- KU K U
- Dritte KennlinieThird characteristic
- TT
- ZeitraumPeriod
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