CN101092889A - 相位角检测装置和用于内燃机的采用了该相位角检测装置的可变气门正时控制装置 - Google Patents

Abstract

一种相位角检测装置，包括：中间旋转构件，该中间旋转构件改变由驱动构件驱动的从动构件的工作角；检测单元，该检测单元检测与从动构件的工作角对应的中间旋转构件的转动角，并且将该转动角作为检测脉冲信号输出；控制器，该控制器接收检测脉冲信号，并且计算在检测脉冲信号和预先设定的参考脉冲信号之间的脉冲上升时间差。该控制器根据脉冲上升时间差，从从动构件的所有工作角中检测出从动构件的预定中间角度位置。

Description

相位角检测装置和用于内燃机的采用了该相位角检测装置的可变气门正时控制装置

技术领域

本发明涉及用来检测在至少两个旋转构件之间的旋转相位差的相位角检测装置，更具体地说，涉及用于内燃机的可变气门正时控制装置的相位角检测装置，所述可变气门正时控制装置根据发动机工况可变地控制内燃机的进气侧或排气侧气门的开/关正时。

背景技术

近年来，已经提出并且开发出各种可变气门正时控制装置。在与US7143730(B2)对应的日本专利临时公开文献No.2005-180307(在下面称为“JP2005-180307”)中已经披露了一种这样的可变气门正时控制装置。

在JP2005-180307中所披露的可变气门正时控制装置包括：正时链轮，从发动机的曲轴向该正时链轮传递转矩(转动力)；凸轮轴，该凸轮轴相对于正时链轮被可在预定角度范围内相对转动地支撑；固定连接在凸轮轴上的套筒；以及旋转相位控制机构(或相对角度相位控制或改变机构)，该旋转相位控制机构设在正时链轮和套筒之间，以便根据发动机工况控制或改变凸轮轴相对于正时链轮的旋转相位。

旋转相位控制机构包括：形成在正时链轮中的径向方向导向窗；形成在螺旋导盘表面上的螺旋引导件(螺旋导槽)；具有两个端部的联杆构件；可枢转地设置的基端部分和可滑动地支撑在径向方向导向窗中的顶端部分，从而顶端部分可以沿着径向方向导向窗在径向方向上滑动；接合部分，它设在联杆构件的顶端部分处，并且其顶端(球形部分或半球形凸起)与螺旋引导件接合；以及磁滞制动器，用于根据发动机工况向螺旋导盘施加制动力。

在给磁滞制动器的电磁线圈通电时，电磁制动器通过磁滞构件对螺旋导盘施加作用。通过这个制动动作，联杆构件的接合部分(顶端部分)在由螺旋引导件引导的同时沿着径向方向导向窗在径向方向上运动或滑动。套筒(还有凸轮轴)因此可以相对于正时链轮在预定的角度范围内转动。由此，根据发动机工况可变地控制进气门的开/关正时。

发明内容

在JP2005-180307中的可变气门正时控制装置中，对于检测在正时链轮和凸轮轴之间的相对转动角度或相位的方法而言，将来自用于检测凸轮轴的凸轮转动角度的凸轮角传感器的凸轮角信息和来自用于检测曲柄轴转动角度的曲柄角传感器的曲柄角信息输入到控制器中，然后该控制器对上述两个输入信息进行计算，并且获得凸轮轴的凸轮转动角度相对于曲柄轴的曲柄转动角度的相位差。

另外，在电磁制动式可变气门正时控制装置中，在发动机停止状态中，通过弹簧力来正常控制螺旋导盘向最延迟的转动角度侧转动。并且，在发动机起动之后，通过随着发动机转速提高而施加电磁制动，控制螺旋导盘向提前的转动角度侧转动。

但是，为了改善在发动机起动时的发动机起动性能，在最延迟的转动角度侧附近改变螺旋导盘的螺旋引导件的曲率。也就是说，螺旋引导件的外端侧稍微向内折弯或弯曲，从而凸轮轴的旋转相位在发动机起动时相对于曲柄轴的旋转相位变为稍微提前的相位。因此，螺旋引导件的外端侧形成为使得在发动机起动之后，通过施加电磁制动，使凸轮轴的旋转相位从稍微提前的相位变为最延迟的相位。另外，剩余部分的螺旋引导件形成为通过进一步施加相同的电磁制动，使凸轮轴的旋转相位从最延迟相位变为最提前相位。

在螺旋引导件的外端侧的曲率在最延迟转动角侧附近变化的情况下，在从发动机起动开始施加电磁制动时，由于延迟控制和提前控制这两者连续地进行，所以难以通过凸轮角传感器和曲柄角传感器检测出相对旋转相位差。也就是说，由于通过通电施加相同的电磁制动而使凸轮轴的旋转相位向不同的方向、即沿着延迟相位方向和提前相位方向变化，所以难以只是通过凸轮角和曲柄角传感器来精确地执行相位控制。

换句话说，在只是通过由凸轮角和曲柄角传感器检测出的相应信息来执行相位控制的情况中，用于电磁制动式可变气门正时控制装置的受控变量的精度不够，因此不能精确地执行气门正时控制。

因此，本发明的目的在于提供一种相位角检测装置，该相位角检测装置能够高精度地检测出在至少两个旋转构件之间的旋转相位差。

根据本发明的一个方面，相位角检测装置包括：中间旋转构件，该中间旋转构件改变由驱动构件驱动的从动构件的工作角；检测单元，该检测单元检测与从动构件的工作角对应的中间旋转构件的转动角，并且将该转动角作为检测脉冲信号输出；控制器，该控制器接收检测脉冲信号并且计算在检测脉冲信号和预先设定的参考脉冲信号之间的脉冲上升时间差，并且该控制器根据脉冲上升时间差，由从动构件的所有工作角中检测出从动构件的预定中间角度位置。

根据本发明的另一个方面，相位角检测装置包括：驱动旋转构件，它与发动机曲柄轴同步地由发动机曲柄轴转动；从动旋转构件，它与具有用来打开/关闭发动机气门的凸轮的凸轮轴连接，并且由驱动旋转构件驱动；相位改变机构，它具有中间旋转构件，并且，通过改变中间旋转构件的转动角，改变从动旋转构件相对于驱动旋转构件的旋转相位角；检测单元，该检测单元检测中间旋转构件的转动角并且将该转动角作为检测脉冲信号输出；控制器，该控制器计算出在检测脉冲信号和与驱动旋转构件的转动角对应的参考脉冲信号之间的脉冲上升时间差，并且该控制器根据脉冲上升时间差，从从动旋转构件的所有旋转相位角中检测出从动旋转构件的预定中间角度位置。

根据本发明的又一个方面，根据发动机工况控制发动机气门的开/关正时的内燃机的可变气门正时控制装置包括：驱动旋转构件，它与发动机曲柄轴同步地由发动机曲柄轴转动；从动旋转构件，它与具有用来打开/关闭发动机气门的凸轮的凸轮轴连接，并且由驱动旋转构件驱动；相位改变机构，它具有改变从动旋转构件相对于驱动旋转构件的旋转相位角的中间旋转构件，并且通过控制中间旋转构件的转动角来改变凸轮的旋转相位角；检测系统，它检测中间旋转构件和驱动旋转构件的转动角；控制器，它计算出在中间旋转构件和驱动旋转构件之间的旋转相位差；并且该控制器根据旋转相位差，从从动旋转构件的所有旋转相位角中检测出从动旋转构件的中间角度位置，该中间角度位置与在发动机气门开/关正时的延迟和提前方向控制区域之间的中点对应。

参照附图，从下面的说明中将了解本发明的其它目的和特征。

附图说明

图1为内燃机的可变气门正时控制装置的纵向剖视图，其上应用了根据本发明的相位角检测装置。

图2为从后侧方向观察时该可变气门正时控制装置的分解透视图。

图3为从前侧方向观察时该可变气门正时控制装置的分解透视图。

图4为沿着图1的A-A线截取的该可变气门正时控制装置的剖视图。

图5是显示出从图1的箭头B方向观察时的第一和第二目标凸起的图示。

图6为示意图，显示出在第一和第二目标凸起以及引导接合销的螺旋导槽之间的位置关系。

图7为沿着图1的A-A线截取的可变气门正时控制装置的剖视图。

图8为在驱动和从动旋转构件之间的旋转相位变为最延迟的相位位置的情况下、沿着图1的C-C线截取的可变气门正时控制装置的剖视图。

图9为在驱动和从动旋转构件之间的旋转相位变为最提前的相位位置的情况下、沿着图1的C-C线截取的可变气门正时控制装置的剖视图。

图10为曲线图，显示出在螺旋导盘的转动角和螺旋导槽距螺旋导盘中心的位置以及凸轮相位之间的关系。

图11A、11B和11C显示出在发动机起动时(图11A)、在最延迟的相位位置(图11B)、以及在最提前的相位位置(图11C)的第一和第二目标凸起的脉冲信号。

图12为显示出根据本发明由控制器进行相位检测的方式的流程图。

图13为控制器的控制流程图。

具体实施方式

下面将参照这些附图，对应用于内燃机的可变气门正时控制装置的相位角检测装置的实施方案进行说明。在下面的说明中，术语“前”和“后”用于确定一个元件相对于另一个元件的位置，而不应该解释为限定性术语。并且，在图2和3中，“前侧”为扭簧16侧(后面将要描述)，而“后侧”为凸轮1a侧(也将在后面描述)。另外，虽然下面的每个实施方案都应用于内燃机进气门的开/关正时控制，但是也能够应用于排气门的开/关正时控制。

首先，将参照图1至9对采用了该相位角检测装置的可变气门正时控制装置进行说明。该可变气门正时控制装置包括：可转动地支承在发动机的缸盖(未示出)上的凸轮轴1、可转动地设置在凸轮轴1的前侧的正时链轮2(作为驱动旋转构件或驱动构件)、以及设置在正时链轮2内以便改变或控制凸轮轴1和正时链轮2之间的相对旋转相位(或简称为相对相位)的相对角度相位控制机构(简称相位转换器或相位改变机构)3。

凸轮轴1具有：用于各个气缸的两个凸轮1a、1a，它们设置在凸轮轴1的外周面上，以驱动相应的进气门；从动旋转构件(从动轴构件或者从动构件)4，其通过凸轮螺栓5与凸轮轴1的前端连接，以便从动旋转构件4和凸轮轴1相互同轴地对齐；以及螺旋并固定在从动旋转构件4的前端部分上的套筒6。

从动旋转构件4具有圆柱形轴部分4a和大直径阶梯状凸缘部分4b。轴部分4a设有用于容纳从中穿过的凸轮螺栓5的孔。另外，轴部分4a在其前端部分处的外周表面上形成有外螺纹，以便将套筒6拧在其上。凸缘部分4b在轴部分4a的后端部分处(在与凸轮轴1的前端轴向对应的位置)与轴部分4a形成为一体。

套筒6在其后端部分处的内周表面上形成有内螺纹6a，以便将轴部分4a拧入。而且，通过环形敛缝器将套筒6敛缝，以便防止在将套筒6完全并紧紧地拧到轴部分4a上并且固定在轴部分4a上之后、该套筒6转动。

对于正时链轮2而言，多个链轮齿2a沿着圆周方向与正时链轮2的外周形成为一体。然后，将具有这种环形链轮齿2a的正时链轮2连接到发动机曲柄轴(未示出)上，并且通过正时链条(未示出)转动。另外，正时链轮2在链轮齿2a内侧具有板构件2b，其形状基本上为盘形。板构件2b在其中心处设有孔2c，用于容纳从中穿过的从动旋转构件4的轴部分4a。板构件2b(正时链轮2)因此由从动旋转构件4的轴部分4a的外周面可转动地支撑。在正时链轮2的后端(在凸轮轴1侧的端部)，用于驱动辅助设备的第二链轮2’(未示出)由螺栓与正时链轮2联接。

另外，板构件2b设有分别由平行相对的侧壁形成的两个径向方向导向窗7、7(作为径向引导件)。更具体地说，每个径向方向导向窗7、7贯通板构件2b形成(即，径向方向导向窗7、7穿透板构件2b)，从而每个径向方向导向窗7、7沿着正时链轮2的直径方向设置。另外，在板构件2b中于径向方向导向窗7、7之间分别设有两个导孔2d、2d(这两个导孔2d、2d也穿透板构件2b)。这些径向方向导向窗7和导孔2d设置用于接收从中穿过的联杆构件8(随动部分，将在后面描述)的顶端部分8b(也将在后面描述)和基端部分8a(也将在后面描述)，并且因此顶端部分8b和基端部分8a能够分别沿着径向方向导向窗7和导孔2d运动或滑动。

导孔2d、2d中的每一个在孔2c的径向外侧沿着圆周方向形成为弧形。并且，导孔2d沿着圆周方向的长度设定为与基端部分8a的可动范围相对应的长度(换句话说，导孔2d的长度设定为与在凸轮轴1和正时链轮2之间的相对旋转相位的相位变化范围相对应的长度)。

两个联杆构件8、8(作为可动构件)中的每一个形成为弧形，并且在从动旋转构件4的凸缘部分4b的前侧，具有上述两个端部：基端部分8a和顶端部分8b。基端部分8a和顶端部分8b两者都形成为圆柱形，并且分别朝着板构件2b伸出。另一方面，在凸缘部分4b的后侧(在凸轮轴1侧)形成有两个径向伸出的杠杆凸起4p、4p。另外，在每个杠杆凸起4p处设有穿过杠杆凸起4p和凸缘部分4b的孔4h。于是，基端部分8a由销9支撑并且可转动或可枢转地固定在从动旋转构件4上。并且，销9的一个端部压配合在上述孔4h中。

如上所述，联杆构件8的顶端部分8b可滑动地接合在径向方向导向窗7中。顶端部分8b形成有朝着前方方向打开的保持孔10。另外，在该保持孔10中，设有在前端具有球形端部的接合销11(作为被接合部分)和将接合销11朝着前方方向(朝着螺旋导槽或螺旋槽15(将在后面描述))偏压穿过径向方向导向窗7的螺旋弹簧12。接合销11的球形端部可滑动地接合在螺旋导盘13(或螺旋盘，将在后面描述)的螺旋导槽15(也将在后面描述)中，并且因此，顶端部分8b在被沿着螺旋导槽15引导的同时、在径向方向导向窗7中并且沿着该径向方向导向窗7径向运动或滑动。

更具体地说，顶端部分8b可滑动地与径向方向导向窗7接合，并且基端部分8a通过销9可转动地固定在从动旋转构件4上。通过这一设置或配置，在顶端部分8b借助由螺旋导槽15引导的接合销11所引起的外力、在径向方向导向窗7中并且沿着该径向方向导向窗7径向地运动或滑动时，基端部分8a在导孔2d中并且沿着导孔2d运动或滑动。从动旋转构件4因此相对于正时链轮2沿着与顶端部分8b的径向运动方向对应的圆周方向转动确定的角度，该确定的角度与顶端部分8b的位移对应(也就是说，从动旋转构件4的工作角由于螺旋导盘13的转动而改变)。

至于面对着板构件2b的前侧的螺旋导盘13，如图1所示，螺旋导盘13包括具有滚珠轴承14的圆柱形部分13a和在圆柱形部分13a的后端处与圆柱形部分13a形成一体的圆盘部分13b。然后，利用滚珠轴承14将螺旋导盘13可转动地支撑在从动旋转构件4的轴部分4a上。两个螺旋导槽15、15中的每一个形成在螺旋导盘13的后表面上(也就是说，形成在凸轮轴1侧)。用作螺旋引导件的螺旋导槽15的横截面为半圆形。联杆构件8的接合销11的球形端部11a可滑动地与螺旋导槽15接合，从而被沿着螺旋导槽15引导。

螺旋导盘13通过高密度烧结工艺形成(高密度烧结工艺：在对模制成中间旋转构件的粉末金属进行加压成型和初始烧结(初始烧结工艺)之后，在高压下压制中间旋转构件的初始烧结压实体(再加压工艺))。因此，在通过高密度烧结工艺形成螺旋导盘13的烧结合金或烧结金属的同时，还形成螺旋导槽15，然后形成中间旋转构件。

从图6、8和9中可以看出，螺旋导槽15、15中的每一个彼此分开布置。另外，每个螺旋导槽15形成为使得其螺旋半径沿着正时链轮2的旋转方向逐渐减小。更具体地说，位于螺旋导槽15的最外面部分处的最外面的沟槽部分15a(即，从弯曲点15c到顶端的部分)形成为在弯曲点15c处以预定的角度向内弯曲。另外，在最外面的沟槽部分15a的纵向长度的中央部分周围，该最外面的沟槽部分15a稍微向内进一步弯曲一小角度。

也就是说，螺旋导槽15具有两个部分：最外面的沟槽部分15a和除了最外面的沟槽部分15a之外的正常部分15b。正常部分15b的螺旋变化率(旋转相位变化率)(或者正常部分15b的收敛速度)是恒定的。换句话说，正常部分15b的螺旋半径沿着正时链轮2的转动方向逐渐减小。另一方面，最外面的沟槽部分15a的收敛速度比正常部分15b的收敛速度小。也就是说，最外面的沟槽部分15a沿着螺旋导盘13的切线基本上成直线地形成，并且最外面的沟槽部分15a的长度L设定为相对较长。

另外，减速器或减速机构由上面的螺旋导盘13、螺旋导槽15、联杆构件8、接合销11等构成，如图10所示，在凸轮轴1和正时链轮2之间与相对于正时链轮2的相位的凸轮相位对应的相对转动相变角θ1(或转换角θ1)根据螺旋导盘13的转动而变化。更具体地说，转换角θ1相对于螺旋导盘13的转动角θ的变化率(被称为减速比)在分别与最外面的沟槽部分15a和正常部分15b对应的A部分和B部分之间是不同的。在该实施方案中，与最外面的沟槽部分15a对应的减速比被设定为大于正常部分15b的减速比，并且，与最外面的沟槽部分15a对应的减速比被设定为大于或等于6(至少θ∶θ1＝1∶6)。

当螺旋导盘13在接合销11与螺旋导槽15接合的情况下相对于正时链轮2沿着延迟方向相对转动时，联杆构件8的顶端部分8b在被螺旋导槽15引导的同时、在径向方向导向窗7中并且沿着该径向方向导向窗7在径向向内方向上运动。这时，凸轮轴1沿着提前方向转动。图9显示出最提前的相位位置(状态)。另一方面，在螺旋导盘13相对于正时链轮2沿着提前方向相对转动时，顶端部分8b沿着径向向外方向运动。这里，当接合销11(还有顶端部分8b)在被引导的同时到达弯曲点15c时，使凸轮轴1最延迟。图8显示出最延迟的相位位置(状态)。

另外，当控制螺旋导盘13进一步转动时，接合销11(还有顶端部分8b)被引导并且定位在最外面的沟槽部分15a处。这时，凸轮轴1的相位从上述最延迟相位位置(图8)稍微改变到适合于发动机起动的稍微提前的相位位置(简称发动机起动相位)。

借助控制力或操作力施加机构(将在后面描述)，相对于凸轮轴1对上述螺旋导盘13提供相对操作转动力。在提供操作转动力时，经由由螺旋导槽15引导的接合销11的球形端部11a借助操作力在径向方向导向窗7中并且沿着该径向方向导向窗7径向移动。这时，通过运动转换机构或联杆构件8的工作，从动旋转构件4沿着其转动方向移动，或者在转动力的作用下相对于正时链轮2相对转动。也就是说，可滑动地接合在径向方向导向窗7和螺旋导槽15中的联杆构件8用于将顶端部分8b沿着径向方向导向窗7的径向移动转换成基端部分8a沿着导孔2d的周向移动。换句话说，可摇摆地与径向方向导向窗7和螺旋导槽15两者联接的联杆构件8用作运动转换器，并且因此使从动旋转构件4转动。

如图1所示，操作力施加机构包括：扭簧16(作为偏压装置，即用于施力的装置)，该扭簧16经由套筒6沿着正时链轮2的转动方向永久性地向螺旋导盘13施力；磁滞制动器17(电磁制动器)，它有选择地产生抵抗扭簧16的力的制动力，以便沿着与正时链轮2的转动方向相反的方向向螺旋导盘13施力；以及控制器24(ECU：电控单元，输出部分)，它根据发动机工况控制磁滞制动器17的制动力。通过控制器24根据发动机工况适当地控制磁滞制动器17的制动力，螺旋导盘13相对于正时链轮2相对转动，或者保持或维持这些转动位置。

从图1可以看出，扭簧16设置在套筒6外面。并且扭簧16的第一端部16a径向插入到形成在套筒6的前端部分处的孔中并且固定在套筒6上。另一方面，扭簧16的第二端部16b插入到形成在圆柱形部分13a沿着轴向方向的前侧处的孔中，并且固定到圆柱形部分13a上。扭簧16用来在发动机已经停止之后沿着起动旋转相位的方向对螺旋导槽13施力并使其旋转。

对于磁滞制动器17而言，该磁滞制动器17包括成一体地连接并且固定在螺旋导盘13的前部外周上的磁滞环18、布置在磁滞环18的前侧处的环形线圈磁轭19、以及在圆周方向上用线圈磁轭19围绕、以便在线圈磁轭19中感应出磁通的电磁线圈20。控制器24根据发动机工况精确控制向电磁线圈20施加的电流，因此产生出相对较大的磁通量。

磁滞环18由磁性半硬化材料(即，磁滞材料)制成，该材料具有在外部磁场变化之后显示出具有相位延迟的磁通量变化的特性。如图4所示，磁滞环18的顶端部分18a被设置成使得顶端部分18a位于沿着圆周的相对的磁极齿21、22(将在后面描述)之间的圆柱形气隙中，并与所述相对的磁极齿分离开(顶端部分18a不与磁极齿21、22接触)，其中，所述相对的磁极齿21、22形成于线圈磁轭19的内、外周表面上。磁滞环18因此受到来自线圈磁轭19的制动作用。

线圈磁轭19形成为基本上的圆柱形，从而线圈磁轭19沿圆周围绕着电磁线圈20。另外，线圈磁轭19由发动机罩(未示出)通过振抖或间隙吸收机构(或间隙消除器)不可转动地保持着。还有，线圈磁轭19通过设在线圈磁轭19的圆柱形内表面处的滚珠轴承23支撑在螺旋导盘13的圆柱形部分13a上，从而螺旋导盘13相对于线圈磁轭19转动。

如将在下面针对磁极齿21、22所详细描述的那样，从图2至4中可以看出，线圈磁轭19包括在其后侧处(在螺旋导盘13侧)、在其内部空间部分中的环形磁轭部分19a、和以规则的间距沿圆周布置在线圈磁轭19的内部空间部分的内周面和环形磁轭部分19a的外周面上的多个相对的磁极齿21、22。更具体地说，形成为突起形状并且用来产生磁场的磁极齿21、22中的每一个(作为磁场产生部分)按照交错的结构沿圆周布置。也就是说，在磁极齿21、22的每个齿和磁极齿21、22的每个突起部分之间的每个凹入部分设置在圆周气隙的相对侧上。因此，当给电磁线圈20通电时，在相对的相邻突起部分之间产生磁场。也就是说，相对于磁滞环18圆周方向以一定角度产生磁场。如上所述，磁滞环18的顶端部分18a位于沿圆周的相对的磁极齿21、22之间的圆柱形气隙中，并且顶端部分18a不与磁极齿21、22接触。更具体地说，在顶端部分18a的外周面与磁极齿21之间的气隙和在顶端部分18a的内周面与磁极齿22之间的气隙被分别设定为极小的距离，以获得大的磁力。

当电磁线圈20在线圈磁轭19中感应出磁通，而且磁滞环18转动并且在相对的磁极齿21、22之间的磁场中移动时，由于在磁滞环18中的磁通方向和磁场方向之间的差异，而产生出制动力。因此，磁滞制动器17用来制动磁滞环18或者使磁滞环18的转动停止。制动力的强度与磁滞环18的转动速度(即，在磁滞环18和相对的磁极齿21、22之间的相对速度)无关，但是基本上与磁场的强度(即，提供给电磁线圈20的磁化电流的量)成正比。也就是说，如果提供给电磁线圈20的磁化电流的量恒定，则制动力的强度也不变。

相对角度相位控制机构3具有正时链轮2的径向方向导向窗7、联杆构件8、接合销11、杠杆凸起4p、螺旋导盘13、螺旋导槽15、操作力施加机构等。

如图1、2、5和6所示，四个第一目标凸起25固定地设在与正时链轮2的链轮齿2a相对的外周面上。四个第一目标凸起25以规则的间隔(90°角)沿着圆周方向设置。该第一目标凸起25设置用于通过转动角检测传感器27(检测部分，将在后面描述)检测正时链轮2(曲柄轴)的转动角。也就是说，转动角检测传感器27获取正时链轮2的转动角(或转动位置)，并且获得基础或参考脉冲信号。

另一方面，四个第二目标凸起26固定地设在螺旋导盘13的外周面上，从而第二目标凸起26在靠近第一目标凸起25的位置处沿着凸轮轴1的方向面对着第一目标凸起25。该四个第二目标凸起26沿着圆周方向以规则的间隔(90°角)设置。该第二目标凸起26设置用于通过转动角检测传感器27检测螺旋导盘13的转动角。也就是说，转动角检测传感器27还获取螺旋导盘13的转动角(或转动位置)，并且获得脉冲信号。这里，关于在第一和第二目标凸起25、26的位置之间的关系，在图5、6和11A中可以看出，在发动机停止状态下的初始位置中，第二目标凸起26沿着与正时链轮2的转动方向(发动机的转动方向)相反的方向与第一目标凸起25间隔开20°角(度)。这是为了防止第一和第二目标凸起25、26的脉冲信号在图10中从初始位置到弯曲点15c的A部分或区域中重叠。

另外，第一和第二目标凸起25、26分别设置有四个原因在于，转动角检测传感器27能够实时地检测正时链轮2和螺旋导盘13的转动角，并且还能够防止上述的脉冲在A部分中的重叠和通过。

另外，为了让转动角检测传感器27区分或识别相应的目标凸起，将第一目标凸起25在圆周方向上的宽度“W”设定为大于第二目标凸起26的宽度“W1”。(也就是说，与曲柄轴的转动角对应的参考脉冲信号的脉冲宽度和与螺旋导盘13的转动角对应的检测脉冲信号的脉冲宽度相互不同。这里，为了识别出相应的转动角，代替不同的凸起宽度，也可以使目标凸起的形状相互不同。)

转动角检测传感器27还用作检测发动机rpm(转速)的常规曲柄角传感器。该转动角检测传感器27采用了常规的霍耳元件，并且传感器27的顶端部分靠近第一和第二目标凸起25、26的边缘设置。于是，转动角检测传感器27通过Hall IC检测第一和第二目标凸起25、26，并且将相应的脉冲电压输出给控制器24。这里，检测单元或系统由第一和第二目标凸起25、26和转动角检测传感器27构成。

控制器24，根据来自作为曲柄角传感器的用于检测发动机转速(发动机rpm)的转动角检测传感器27、用于检测凸轮轴1的转动角的凸轮角传感器、用于从进气量检测出发动机负载的气流计、节气门打开传感器、发动机温度传感器以及其它部件(这些未示出)的输入信息，检测当前的发动机工况，然后根据该发动机工况输出提供给电磁线圈20的控制电流信号。

另外，控制器24根据来自转动角检测传感器27的输入脉冲信号，从相应的转动角中检测出在正时链轮2和螺旋导盘13之间的旋转相位差。

在下面将对相对角度相位控制机构3和操作力施加机构的操作进行详细说明。当磁滞制动器17的电磁线圈20在点火开关关掉的发动机停止状态中断电时，螺旋导盘13通过扭簧16的力相对于正时链轮2沿着发动机的转动方向完全转动。这时，如图6所示，接合销11的球形端部11a移位并且定位于螺旋导槽15的最外面的沟槽部分15a的顶端部分处，因此凸轮轴1相对于发动机曲柄轴的旋转相位变为发动机起动相位，这是与最延迟相位位置相比稍微提前的相位位置，并且保持在该位置处。也就是说，在发动机起动时的发动机气门开关正时被设定为适合于发动机起动的正时。如上所述，对于这时在第一和第二目标凸起25、26之间的位置关系而言，第二目标凸起26位于沿着与正时链轮2的转动方向相反的方向与第一目标凸起25间隔20°角(度)的位置处。

除此之外，在接通点火开关以进行发动机起动时，存在这样一种可能性，即，由于在起动发动机时出现或产生干扰力、例如交变转矩或正和/或负转矩波动，所以螺旋导盘13被意外地转动。更详细地说，在发动机起动期间出现正和/或负转矩波动，并且这些波动被传递给螺旋导盘13。因此，存在旋转导盘13可能会克服扭簧16的力而被意外转动的危险。但是，如上所述，由于接合销11(球形端部11a)稳定地保持或维持在最外面的沟槽部分15a的顶端15d处，所以凸轮轴1相对于发动机曲柄轴的旋转相位保持在适合于发动机起动的相位位置处。因此，这能够改善发动机的起动性能。

另外，在该实施方案中，螺旋导槽15的最外面的沟槽部分15a向内弯曲，并且其减速比设定为大于或等于6。因此，由于设置在最外面的沟槽部分15a(顶端15d)处的接合销11反抗最外面的沟槽部分15a的操作或工作阻力变大，所以将螺旋导盘13稳定地保持在那里。因此避免了螺旋导盘13的意外转动，而且在发动机起动时稳定地维持了凸轮轴1的旋转相位，并且确保了良好的发动机起动性能。

在发动机起动之后，在发动机以低转速工作、例如怠速状态期间，当通过控制器24向电磁线圈20提供控制电流时，在磁滞制动器17处产生的磁力用作在螺旋导盘13上克服扭簧16的力的制动力。这时，向电磁线圈20提供与正常情况相比相对更大的控制电流，以便被引导的接合销11从顶端15d侧迅速向弯曲点15c运动。若就此更详细地说明，则如从图8中可以看出的那样，在提供该控制电流并且将制动力作用在螺旋导盘13上时，螺旋导盘13沿着与正时链轮2的转动相反的方向相对转动。同时，正时链轮2在接合着顶端部分8b(还有由螺旋导槽15引导的接合销11)的同时，在径向方向导向窗7中保持转动。因此，接合销11在螺旋导槽15中迅速朝着弯曲点15运动，并且，顶端部分8b也通过上述提供的控制电流在径向方向导向窗7中沿着该径向方向导向窗7在径向向外方向上运动。因此，从动旋转构件4相对于正时链轮2的旋转相位通过运动转换机构或联杆构件8的工作向最延迟的相位位置改变。因此，凸轮轴1相对于发动机曲柄轴的旋转相位(即，在凸轮轴1和发动机曲柄轴之间的旋转相位)朝着适合于低转速工况的最延迟的相位位置改变。这不仅能够改善发动机转动的稳定性，而且还能够改善在怠速状态下的燃油经济性。

在该状态之后，在正常驾驶状态下发动机以高转速工作期间，为了使旋转相位朝着最提前的相位位置改变，通过控制器24向电磁线圈20提供更大的控制电流。在螺旋导盘13的磁滞环18通过上述控制电流而受到制动力时，螺旋导盘13沿着与正时链轮2的转动相反的方向进一步相对转动。因此，在图9中可以看出，接合销11由螺旋导槽15引导，并且朝着正常部分15b的最里面的部分运动，并且顶端部分8b也在径向方向导向窗7中沿着该径向方向导向窗7在径向向内方向上运动。因此，从动旋转构件4相对于正时链轮2的旋转相位通过运动转换机构或联杆构件8的工作朝着最提前的相位位置改变。因此，凸轮轴1相对于发动机曲柄轴的旋转相位朝着最提前的相位位置改变。这能够导致发动机产生出高功率。

这里，在图10中显示出上述的螺旋导槽和相对于螺旋导盘13的转动角θ的旋转相位的特性。在图10中可以看出，螺旋导槽15的形状、即螺旋导槽离螺旋导盘13中心的距离或位置对应于实线X。也就是说，在螺旋导槽15的中部位置或点(或部分)处(不是在螺旋导槽15的两个端部处)，设定或定位最延迟的相位位置。另一方面，实线Y显示出相对于正时链轮2(曲柄轴)的相位的凸轮相位。

首先，关于实线X，它在A部分从发动机起动的早期阶段的初始位置“a”(与顶端15d对应)朝着怠速状态的最延迟的相位位置“b”(与弯曲点15c对应)上升。另一方面，在B部分或区域中从最延迟的相位位置“b”到在正常驱动状态下高转速发动机工况的最提前的相位位置“c”(与正常部分15b的最里面的部分对应)，实线X平缓下降。至于实线Y，它在A部分中从发动机起动的早期的初始位置“a’”向怠速状态的最延迟的相位位置“b’”下降。另一方面，在B部分中从最延迟的相位位置“b’”到高转速发动机工况的最提前的相位位置“c’”，实线Y平缓上升。

因此，在该实施方案中，通过螺旋导槽15的特定形状的最外面的沟槽部分15a的设置，即通过设置具有小相变速度(大减速比)的最外面的沟槽部分15a，发动机能够容易地起动的提前相位区域或范围加宽，并且因此，在该提前相位区域中的接合销11的工作阻力变大。也就是说，在螺旋导盘13受到由于干扰力而导致的不期望有的转矩时，螺旋导盘13试图沿着使接合销11朝着弯曲点15c运动的转动方向转动。并且这时，接合销11试图在最外面的沟槽部分15a的顶端15d处沿着径向向外方向(由图6中的箭头所示)运动。但是，由于接合销11的运动被顶端15d的外边缘挡住，所以能够限制该运动。因此，即使在沿着转动方向的干扰、例如交变转矩出现并且被传递给联杆构件8或螺旋导盘13的情况下，螺旋导盘13也不会出现不期望有的转动。因此，在接合销11和最外面的沟槽部分15a之间的紧固力在发动机起动时得到改善，并且由此确保了稳定且良好的发动机起动性能。

另外，在发动机起动之后，通过增加提供给电磁线圈20的控制电流，能够利用增强的制动力来使螺旋导盘13沿着与正时链轮2的转动方向相反的方向迅速转动。因此，能够防止在最延迟和提前方向上气门正时控制的响应变差。

在图10中，关于虚线P和Q，它们是在整个螺旋导槽以恒定的曲率形成、而不是象这个实施方案那样在弯曲点15c处向内弯曲的情况中，螺旋导槽和相对于螺旋导盘13的旋转角θ的旋转相位的特性。

如上所述，转动角检测传感器27和控制器24精确地检测在A和B部分之间的中部点中的相位角。也就是说，如图11A至11C所示，通过转动角检测传感器27获取并且输出脉冲信号(电压)。在图11A中所示的发动机起动的早期阶段的初始位置中，第一目标凸起25的脉冲信号S和第二目标凸起26的脉冲信号D以20°角(度)的规则间隔发送或输出。

当在发动机起动之后状态变为怠速状态时，通过给电磁线圈20供电，将制动力作用在螺旋导盘13上，因此，螺旋导槽15的位置(接合销11在螺旋导槽15上的位置)和凸轮相位分别向图10中的中部点“b”、“b”改变。在图11B中所示的最延迟的相位位置中，第一和第二目标凸起25、26间隔预定的角度。更详细地说，第二目标凸起26的脉冲信号D从图11A的初始位置进一步改变50.5°角。也就是说，第二目标凸起26的每个脉冲信号D(1’、2’、3’和4’)与第一目标凸起25的每个脉冲信号S(1、2、3和4)间隔70.5°角。

另外，在状态从正常驱动状态向高转速发动机工况改变时，制动力保持作用在螺旋导盘13上，因此，上述位置向最提前的相位位置“c”、“c’”改变。第一和第二目标凸起25、26如图11C所示，相互进一步间隔开251°角。

这样，转动角检测传感器27将该相对角度改变或变化输出给控制器24。然后，可以通过下面的检测方式检测出在凸轮轴1和正时链轮2之间的相对转动角(提前-最延迟-最提前)。

图12和13为相对转动角的检测和控制的流程图。控制器24根据来自转动角检测传感器27的第一和第二目标凸起25、26的输出脉冲信号，按该流程检测和控制相对转动角。

首先，在图12中的步骤S1处，控制器24从正时链轮2(曲柄轴)的旋转速度中读取出发动机速度N(rpm)，所述旋转速度是从由转动角检测传感器27获取的第一目标凸起25的转动位置获得的。

在步骤S2中，控制器24通过对从转动角检测传感器27输出的第一和第二目标凸起25、26的脉冲宽度进行比较来识别脉冲信号S(参考脉冲信号)和脉冲信号D。这时，控制器24判断较宽的脉冲为脉冲信号S，而较窄的脉冲为脉冲信号D。

在步骤S3中，控制器24检测在脉冲信号S和D之间的上升时间差Δt。在步骤S4中，控制器24通过下面的公式由上升时间差Δt计算出相位差θ1。

θ1＝Δt/(N/60)×360×2(°CA)

在步骤S5中，控制器24由公式θ＝θ1-20°(初始设定值的转动角20°(曲柄角40°))计算出正时链轮2和凸轮轴1之间的转换角θ。

这样，在该实施方案中，由在第一和第二目标凸起25、26之间的相对转动位置，可以检测出螺旋导盘13的转动角θ、即在正时链轮2和凸轮轴1之间的相对转动转换角θ。

接下来，将根据图13对A和B部分的判断方式和控制的改变方式进行说明。

在步骤S11中，控制器24检测螺旋导盘13的当前转动角θ。在步骤S12中，对当前转动角θ是否大于或等于相位角θt进行判断。这里，θt为与最延迟相位位置“b、b’”(螺旋导槽15的弯曲点15c)对应的相位角。在该实施方案中，将相位角θt设定为50.5°(凸轮角)。

在该步骤S12中，如果判断转动角(转换角)θ等于点“b、b’”的相位角θt，则控制器24能够判断出螺旋导盘13处于中部位置或点(最延迟的相位位置)。另一方面，如果判断转动角θ大于相位角θt，则控制器24能够判断螺旋导盘13从点“b、b’”定位到点“c、c’”侧(在提前侧)。

当在步骤S12中控制器24判断转动角θ大于或等于相位角θt时，该程序前进至步骤S13。在该步骤S13中，控制器24根据发动机工况判断控制器24将转动角θ控制到延迟侧还是提前侧。

这里，例如，在控制转动角θ向延迟侧(沿着延迟相位方向)变化的情况中，该程序前进至步骤S14。在步骤S14中，控制器24执行使提供给电磁线圈20的控制电流减小的控制。通过该电流控制，螺旋导盘13在扭簧16的弹簧力作用下沿着延迟相位方向(沿着点“b”的方向)转动。

另一方面，在步骤S13中，在控制转动角θ向提前侧(沿着提前相位方向)改变的情况中，该程序前进至步骤S15。在步骤S15中，控制器24执行使提供给电磁线圈20的控制电流增大的控制。通过该电流控制，制动力作用在螺旋导盘13上，并且螺旋导盘13因此而相对于正时链轮2沿着提前相位方向相对转动。

返回步骤S12，在控制器24判断转动角θ小于相位角θt时，即，在判断转动角θ小于中部位置(最延迟的相位位置)时，该程序前进至步骤S16。

在步骤S16中，螺旋导盘13从中部点(最延迟的相位位置)“b、b’”定位到点“a，a’”侧。控制器24根据发动机工况判断控制器24将转动角θ朝着延迟侧还是提前侧控制。这里，在将转动角θ控制为从点“a、a’”侧向中部点侧改变的情况下，该程序前进至步骤S17。

在步骤S17中，控制器24执行使提供给电磁线圈20的控制电流增大的控制。通过该电流控制，制动力作用到螺旋导盘13上，并且螺旋导盘13朝着最延迟的相位侧(向中部点)转动，并且经过最延迟的相位位置向提前侧进一步转动。

另一方面，在步骤S16中，在控制转动角θ朝着点“a、a’”侧进一步改变的情况下，该程序前进至步骤S18。在步骤S18中，控制器24执行使提供给电磁线圈20的控制电流减小的控制。通过该电流控制，螺旋导盘13借助扭簧16的弹簧力沿着提前相位方向(沿着点“a”的方向)转动。

如上所述，根据该实施方案，控制器不检测凸轮轴1的旋转相位角，而是直接检测螺旋导盘13的旋转相位角，然后通过螺旋导盘13的检测脉冲信号D和参考脉冲信号S检测出在正时链轮2和凸轮轴1之间的相位角差。因此，能够检测出在正时链轮2和凸轮轴1之间的相对旋转相位，并且检测中部转动角(最延迟的相位角)也变得可能。并且与通过凸轮角和曲柄角传感器独自或单独检测出转动角的情况相比，能够改善相位角检测的精度。

采用该检测方法或方式，控制器24能够判断控制器24是通过提高提供给电磁线圈20的控制电流来执行相位提前控制还是相位延迟控制。还有，控制器24能够判断控制器24是通过减小提供给电磁线圈20的控制电流来执行相位提前控制还是相位延迟控制。

关于脉冲检测，在通过施加制动力使螺旋导盘13从中部位置(最延迟的相位位置)向提前侧(沿着提前相位方向)转动时，如图11C所示，第二目标凸起26(脉冲信号D)通过第一目标凸起25(脉冲信号S)。因此，不能从在第一和第二目标凸起25、26之间的相对位置检测出相位差。在该情况中，在该第一目标凸起25(脉冲信号S)为参考位置(参考脉冲信号)的情况下，控制器24通过将由凸轮角传感器检测出的凸轮角信号与脉冲信号S进行比较，检测出在正时链轮2和凸轮轴1之间的相对旋转相位差。

在该实施方案中，磁滞制动器17用于相对角度相位控制机构3。因此，通过提高提供给电磁线圈20的控制电流，能够获得相当高的制动力。因此，通过在发动机起动和正常操作控制初期之间增大控制电流，可以容易且有效地防止从发动机起动到正常工况的相位变化响应变差。

另外，螺旋导槽15除了变化速率小的最外面的沟槽部分15a之外，可以形成为所期望的形状。因此，在发动机起动之后，能够在不影响控制的情况下执行所期望的控制。

如上所述，通过根据发动机工况改变控制电流量来控制磁滞制动器17的制动力，具有相位控制的可变气门正时控制装置不仅能够将在曲柄轴和凸轮轴1之间的相对旋转相位向最延迟/提前旋转相位控制，而且还可以向任意旋转相位控制。因此，例如，通过在扭簧16的弹簧力和磁滞制动器17的制动力之间的平衡，还可以将相对旋转相位保持或维持在凸轮角为50.5°的大致中部位置处。

本发明不限于上述实施方案的结构，作为相对角度相位控制机构，螺旋导盘13可以由齿轮减速机构或机械减速齿轮机构形成，它具有多个齿轮并且以预定的齿轮比输出单向旋转力(转矩)。在该情况中，为了由传感器获取并且产生(输出)脉冲信号，可以在齿轮减速机构的输出侧设置至少一个目标凸起。

另外，作为与发动机曲柄轴同步地由发动机曲柄轴转动的驱动旋转构件，可以采用由弹性正时带驱动的正时带轮或由齿轮啮合而不是链轮驱动的构件。

另外，代替电磁制动器，相对角度相位控制机构可以具有斜齿轮类型制动器。

而且，作为用于对螺旋导盘施力以便使其沿着一个方向转动的单元或机构，代替使用扭簧，也可以采用以下装置。即，按照下述方式设定螺旋导槽的收敛速率：通过采用在凸轮轴处产生的正、负转矩波动之间的转矩差作为动力源，将螺旋导盘朝着适合于发动机起动的转动位置转动。

关于径向方向导向窗，代替该机构，也可以采用用来可滑动地保持和引导接合部分的滑动凸起或导槽。

在上述实施方案中，采用具有底部的螺旋导槽。但是，也可采用没有底部的螺旋导槽，即，穿透中间旋转构件(螺旋导盘13)的螺旋导槽。进而，可以通过形成凸起来形成螺旋导槽。另外，可动构件可以形成为任意适当的形状，并且可以在可动构件的顶端部分处设置作为滑动构件的辊或滚珠。

另外，在上述实施方案中，设有四个目标凸起。目标凸起的数量不局限于四个。在正时链轮2和螺旋导盘13处可以分别设有至少一个目标凸起。

另外，在上述实施方案中，为了检测正时链轮2和螺旋导盘13的转动角，设有目标凸起。但是，代替目标凸起，可以形成用于检测相应转动角的标记或标记部分、例如槽口。还是在该情况中，为了识别出相应的转动角(为了产生出两个不同的脉冲信号)，标记的形状或长度在正时链轮2和螺旋导盘13之间是不同的。

该申请基于2006年6月21日提交的在先日本专利申请No.2006-171420。该日本专利申请No.2006-171420的整个内容通过参照被结合在本文中。

虽然上面已经参照本发明的某些实施方案对本发明进行了说明，但是本发明不限于上述实施方案。本领域普通技术人员在上面教导的启示下能够对这些实施方案作出各种改变和变化。本发明的范围参照以下权利要求限定。

Claims (13)

1.一种相位角检测装置，包括：

中间旋转构件，该中间旋转构件改变由驱动构件驱动的从动构件的工作角；

检测单元，该检测单元检测与从动构件的工作角对应的中间旋转构件的转动角，并且将该转动角作为检测脉冲信号输出；

控制器，该控制器接收检测脉冲信号，并且计算在检测脉冲信号和预先设定的参考脉冲信号之间的脉冲上升时间差，并且

该控制器根据所述脉冲上升时间差，从从动构件的所有工作角中检测出从动构件的预定中间角度位置。

2.一种相位角检测装置，包括：

驱动旋转构件，该驱动旋转构件与发动机曲柄轴同步地由发动机曲柄轴转动；

从动旋转构件，该从动旋转构件与具有用来打开/关闭发动机气门的凸轮的凸轮轴连接，并且由驱动旋转构件驱动；

相位改变机构，该相位改变机构具有中间旋转构件，并且通过改变中间旋转构件的转动角，相对地改变从动旋转构件相对于驱动旋转构件的旋转相位角；

检测单元，该检测单元检测中间旋转构件的转动角，并且将该转动角作为检测脉冲信号输出；

控制器，该控制器计算出在检测脉冲信号和与驱动旋转构件的转动角对应的参考脉冲信号之间的脉冲上升时间差，并且

该控制器根据脉冲上升时间差，从从动旋转构件的所有旋转相位角中检测出从动旋转构件的预定中间角度位置。

3.一种内燃机的可变气门正时控制装置，该装置根据发动机工况控制发动机气门的开/关正时，该装置包括：

驱动旋转构件，该驱动旋转构件与发动机曲柄轴同步地由发动机曲柄轴转动；

从动旋转构件，该从动旋转构件与具有用来打开/关闭发动机气门的凸轮的凸轮轴连接，并且由驱动旋转构件驱动；

相位改变机构，该相位改变机构具有中间旋转构件，该中间旋转构件相对地改变从动旋转构件相对于驱动旋转构件的旋转相位角，并且该相位改变机构通过控制中间旋转构件的转动角来改变凸轮的旋转相位角；

检测系统，该检测系统检测中间旋转构件和驱动旋转构件的转动角；

控制器，该控制器计算出在中间旋转构件和驱动旋转构件之间的旋转相位差，并且

该控制器根据旋转相位差，从从动旋转构件的所有旋转相位角中检测出从动旋转构件的中间角度位置，该中间角度位置与在发动机气门开/关正时的延迟和提前方向控制区域之间的中间点对应。

4.如权利要求2所述的相位角检测装置，其中：

所述中间旋转构件由具有螺旋沟槽的螺旋盘形成，用于将凸轮的转动位置控制在从最提前的相位位置经过中间位置到最延迟的相位位置的范围内，

所述驱动旋转构件由将发动机曲柄轴的转动力传递给凸轮轴的链轮形成，

从动旋转构件具有在沿着螺旋沟槽运动的同时、在链轮的径向方向上运动的随动部分，并且

通过控制螺旋盘的转动方向来控制随动部分的径向运动。

5.如权利要求4所述的相位角检测装置，其中：

所述螺旋盘在其外表面上具有至少一个标记部分，用于由检测单元检测螺旋盘的转动角。

6.如权利要求5所述的相位角检测装置，其中：

所述标记部分由目标凸起形成。

7.如权利要求2所述的相位角检测装置，其中：

所述中间旋转构件由齿轮减速机构形成，该齿轮减速机构具有多个齿轮并且以预定的齿轮比输出单向转动力。

8.如权利要求7所述的相位角检测装置，其中：

所述齿轮减速机构在其输出侧具有至少一个标记部分，用于由检测单元检测齿轮减速机构的转动角。

9.如权利要求8所述的相位角检测装置，其中：

所述标记部分由目标凸起形成。

10.如权利要求2所述的相位角检测装置，其中：

与中间旋转构件的检测转动角对应的检测脉冲信号和与驱动旋转构件的转动角对应的参考脉冲信号至少在脉冲宽度上是不同的，并且

利用设在检测单元中的一个传感器对检测脉冲信号和参考脉冲信号进行检测。

11.如权利要求10所述的相位角检测装置，其中：

所述控制器通过脉冲信号的脉冲宽度差来识别检测脉冲信号和参考脉冲信号，并且，计算出检测脉冲信号相对于参考脉冲信号的延迟。

12.如权利要求2所述的相位角检测装置，其中：

与中间旋转构件的检测转动角对应的检测脉冲信号和与驱动旋转构件的转动角对应的参考脉冲信号在发动机起动时相互改变。

13.如权利要求12所述的相位角检测装置，其中：

检测脉冲信号在发动机起动时相对于参考脉冲信号改变20°角。

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