CN101120158B - 平衡轴模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车等的内燃机的平衡轴模块，包括一个平衡轴(2)和一个至少部分容纳平衡轴(2)的并且借助于轴承(4、5、6)保持该平衡轴的筒子(3)，其中筒子(3)具有至少一个粗油蒸汽入口(32、33)，该粗油蒸汽入口与平衡轴(2)的一个离心力分离器(38)连接；并且包括一个在平衡轴(2)的内部输送油蒸汽的输送装置(35)，该输送装置的叶轮(36)设置在平衡轴(2)上，该平衡轴在输送装置(35)的下游具有至少一个纯油蒸汽出口(34)。离心力分离器具有至少一个设置在平衡轴的平衡轴元件(7)上的离心元件(40)，用于将颗粒由粗油蒸汽分离出来，离心元件是一个螺旋输送器(41)。

Description

平衡轴模块
技术领域
本发明涉及一种汽车等的内燃机的平衡轴模块，包括一个平衡轴和一个至少部分容纳该平衡轴的并且借助于轴承保持该平衡轴的筒子，其中筒子具有至少一个粗油蒸汽入口，该粗油蒸汽入口与平衡轴的一个离心力分离器连接；并且包括一个在平衡轴内部输送油蒸汽(Blowby-Gas)的输送装置，该输送装置的叶轮设置在平衡轴上，该平衡轴在输送装置的下游具有至少一个纯油蒸汽出口。
背景技术
已知的是，在汽车等的内燃机中为了平衡曲轴传动惯性力采用至少一个平衡轴。另外这种平衡轴可能有选择地或者附加地实现气体力平衡。
发明内容
本发明的目的在于拓宽平衡轴的使用领域，使得尤其在简单的结构和可靠的运行中承担其他的功能。
该目的由汽车等的内燃机的平衡轴模块通过如下方式解决，即模块设有一个平衡轴和一个至少部分地容纳该平衡轴的且借助于轴承保持该平衡轴的筒子，其中筒子至少具有一个粗油蒸汽入口，该粗油蒸汽入口与平衡轴的离心力分离器连接；并且包括在平衡轴内部输送油蒸汽的输送装置，该输送装置的叶轮设置在平衡轴上，该平衡轴在输送装置的下游具有至少一个纯油蒸汽出口，离心力分离器具有至少一个设置在平衡轴的平衡轴元件上的离心元件，用于将颗粒由粗油蒸汽分离出来，离心元件是一个螺旋输送器。因此平衡轴不仅承担惯性力平衡和/或气体力平衡，而且将油蒸汽导回至内燃机的进气管道(Ansaugtrakt)和/或增压器，其中这尤其以相对较短的途径并且在内燃机的相对高温的区域内进行。油蒸汽通过内燃机的燃烧室的不可避免的泄漏产生，也就是说，经由内燃机的活塞环到达发动机内部的并且从而到达曲轴箱内的油蒸汽通过平衡轴导回，使得在很小的空间需求、很小的重物嵌件和很小的成本的情况下得到一个简单的解决方案。为了实现用于油蒸汽的流动路径，平衡轴模块在平衡轴附近具有筒子，平衡轴模块借助于轴承旋转地容纳在该筒子内。因此平衡轴在运行时旋转，而筒子静止。为了尤其用油滴等加载的粗油蒸汽进入到筒子内，该筒子具有至少一个粗油蒸汽入口，该粗油蒸汽入口与平衡轴的离心力分离器连接。因此已进入的粗油蒸汽到达离心力分离器，因此包含在气体中的颗粒尤其是油滴通过离心力作用进行分离。因此由粗油蒸汽产生纯油蒸汽，该纯油蒸汽输送到平衡轴的至少一个纯油蒸汽出口，由此出发纯油蒸汽可以通向内燃机的进气管道的抽吸管和/或增压器。平衡轴模块的输送装置承担油蒸汽的输送，其中输送装置的叶轮处于平衡轴上，即抗旋转地设置在该平衡轴上并且因此具有与平衡轴相同的转速。因此平衡轴的旋转用于输送油蒸汽。在此始终保证，相对于曲轴箱内的压力情况在平衡轴内部产生负压，以便产生期望的油蒸汽流并且可以由纯油蒸汽出口流出。
本发明的一种进一步方案设定，输送装置是一个泵尤其是一个侧向通道泵。如已经提及的那样，泵的叶轮借助于平衡轴进行驱动。因此泵的固定部分即泵壳体固定地构成并且尤其是属于筒子。
另外有利的是，离心力分离器是一个离心力油分离器。粗油蒸汽尤其设有细微的油滴，所述油滴借助于离心力油分离器几乎完全分离，使得由加载的粗油蒸汽成为被清洁的纯油蒸汽。已分离的油滴导回到内燃机的油回路中。
本发明设定，离心力分离器具有至少一个设置在平衡轴的平衡轴元件上的离心元件，用于将颗粒由粗油蒸汽中分离出来。粗气与离心元件接触，在此颗粒沉淀在离心元件上并且通过离心力作用径向朝外输送并且按这样的方式方法聚集并且导回到发动机润滑剂回路中。
离心元件是一个螺旋输送器。螺旋输送器的壁执行双功能，其中该双功能一方面用作为离心元件并且因此尤其是收集油滴并且径向导走，其中油滴最后作为油膜聚集在筒子的内侧上；并且另一方面螺旋输送器的输送作用导致，油膜朝粗油蒸汽入口的方向进行输送，使得已聚集的油在那里出来并且可以输送到内燃机的润滑剂盘。
另外有利的是，螺旋输送器的输出端部位于粗油蒸汽入口的区域内，以便已分离的油导回到曲轴箱内。
本发明一种进一步方案设定，在平衡轴内通过输送装置的气体输送作用并且与离心力分离器的气体输送作用相反地在平衡轴的每个转速中实现相对于在内燃机的曲轴箱内的气体压力的负压。因此输送装置保证在平衡轴中产生负压，其中离心力分离器不仅使颗粒由油蒸汽分离，而且因此尤其是由于其颗粒输送作用(当存在螺旋输送器时尤其如此)产生气体输送作用，但是该气体输送作用反作用于输送装置的气体输送作用。因此必须始终这样满足布置，使得输送装置的气体输送作用相对于离心力分离器的气体输送作用占优势，以便在平衡轴中实现期望的负压，因此在曲轴箱内的油蒸汽流动到平衡轴的内部中。用于气体输送所需的负压作用必须在平衡轴的每个转速中并且因此在内燃机的每个转速中保证。如果内燃机具有较高的转速，那么因此在曲轴箱内粗油蒸汽的压力上升，因为油蒸汽量上升。因此在平衡轴内的输送作用也必须提高，以便实现在曲轴箱内的气体压力与在平衡轴内的气体压力之间的压力降。
有利的是，粗油蒸汽入口是一个径向开口。优选地设置多个入口，所述入口在筒子的圆周上彼此间隔距离分布地设置。
纯油蒸汽出口在平衡轴上优选在平衡轴元件的端部上，该平衡轴元件尤其构成为空心轴或者构成为平衡轴管。
可以设定，螺旋输送器具有两个反向卷绕的螺旋输送器部段，其中螺旋输送器部段的相应的输出端分别配设至少一个粗油蒸汽入口。两个螺旋输送器部段的输送方向是彼此反向的，也就是说已分离的颗粒大致从由两个螺旋输送器部段组成的螺旋输送器的中间或者由其中一个螺旋输送器部段在平衡轴的其中一个端部的方向上进行输送或者由另一螺旋输送器部段在平衡轴的另一端部的方向上进行输送，以便分别到达配设的粗油蒸汽入口并且在那里出来，也就是说，相应的粗油蒸汽入口因此构成一个用于分离的颗粒的颗粒出口。
尤其设定，通过粗油蒸汽入口进入的粗气沿着在筒子与平衡轴元件之间构成的通道流动直至螺旋输送器的输入部段并且平衡轴元件在输入部段的区域内具有至少一个导入到平衡轴元件的内部中的气体开口。由于这种气体导向，保证粗气与离心力分离器的尽可能强烈的接触，以便能够进行尽可能有效的气体清洁。已清洁的气体通过导入到平衡轴元件内部中的气体开口到达轴向通道优选中心通道内，该通道同轴于平衡轴的旋转轴线地延伸，以便从那里出发通过输送装置可以输送至纯油蒸汽出口。
有利的是，通道在将螺旋输送器支承在平衡轴元件上的间隔件的区域内构成。因此涉及一个环形通道，它的轴向长度相应于螺旋输送器的或者相应的各螺旋输送器部段的长度。该通道在平衡轴元件即平衡轴管的周面(
Figure G2006800052368D00041
)与离心力分离器的分离元件之间构成。通过间隔件实现足够的中间空间，因此能够实现气体流动和颗粒的分离。
本发明的一种进一步方案设定，输送装置具有一个输送壳体，该输送壳体配设于筒子并且因此在运行时静止。输送装置尤其是侧向通道泵的输送壳体具有与设置在平衡轴上的叶轮协调的气体输送空间和气体导走空间。
为了已清洁的油蒸汽从平衡轴的内部进入输送壳体至叶轮并且从那里通过输送壳体又输送到平衡轴的内部，输送壳体的输入侧通过至少一个径向穿过平衡轴元件的气体出口与平衡轴元件的内部连接。为了气流由叶轮又可以流入到平衡轴的内部，输送壳体的输出侧通过至少一个径向穿过平衡轴元件的气体入口与平衡轴元件的内部连接。优选设置多个彼此间隔距离的、设置在平衡轴元件的圆周上的气体出口以及气体入口。
本发明的一种进一步方案设定，在气体出口与气体入口之间的平衡轴的内部具有一个轴向封闭件，从而输送装置不短路，因此朝输送装置也不实现旁通。
有利的是，平衡轴的轴承这样设置，使得由所述轴承出来的轴承润滑剂到达该粗油蒸汽入口。因此轴承润滑剂尤其是油也导回到内燃机的润滑剂回路中。
本发明的一种进一步方案设置至少一个配设于筒子的通向粗油蒸汽入口的轴承润滑剂通道。该轴承润滑剂通道可以轴向搭接轴承。因此轴承润滑剂通道由其中一个轴承侧输送至另一个轴承侧，以便到达位于那里的粗油蒸汽入口。
最后有利的是，纯油蒸汽出口与内燃机的进气管道的抽吸管和/或增压器连接，以便油蒸汽输送至进气管道或者增压器管道。
附图说明
各附图借助于实施例描述本发明，而且各图中：
图1显示平衡轴模块的纵向剖视图，
图2显示在图1的箭头I的方向上图1的平衡轴模块的端视图，其中存在一个部分剖示的描述。
具体实施方式
图1和图2显示用于汽车等的内燃机的平衡轴模块1。平衡轴模块1具有一个平衡轴2以及一个在平衡轴2旋转时静止的筒子3。平衡轴2借助于轴承4、5和6可旋转地支承在筒子3内。平衡轴2具有一个以平衡轴管8的形式的平衡轴元件7，因此该平衡轴元件构成一个空心轴9。偏心于平衡轴2的旋转轴线10地在该平衡轴内部11中设置一个平衡重物12。平衡轴2的旋转驱动通过与该平衡轴抗旋转地连接的驱动齿轮13实现，该驱动齿轮设置在由筒子3伸出的空心轴接管14上。平衡轴管8具有一个圆柱形的部段15，它过渡到圆锥形扩宽的部段16内。在此连接一个相对于圆柱形部段15直径较大的圆柱形部段17，该部段17过渡到圆锥形变小的部段18内。跟着是一个圆柱形部段19。该部段19具有与圆柱形部段15一样的直径。在此连接一个圆锥形变小的部段20，跟着是一个圆柱形的部段，该圆柱形部段过渡到在直径方面略微较小的圆柱形的部段22内，一个在直径方面还较小的圆柱形部段23连接到该部段22上，该部段23构成空心轴接管14。筒子3构成管形的并且具有一个圆柱形的部段24，该部段24在一个端部上过渡到直径较小的圆柱形部段25上并且该部段24的另一端部区域26借助于轴承6轴向封闭。为了装配，在端部27的区域内设置一个装配接板28，该装配接板具有一个用于固定元件例如螺纹螺钉的固定开口29。
平衡轴管8的圆柱形部段15借助于封闭元件30密封。在从圆柱形部段21至圆柱形部段22的过渡区域中设置一个轴向封闭件31。轴承4在圆柱形部段15的区域内；轴承5在圆柱形部段19的区域内并且轴承6设置在圆柱形部段22的邻接在圆柱形部段23上的区域内。在圆锥形部段16的区域内筒子3具有多个在圆周上分布地设置的彼此在圆周上间隔距离的粗油蒸汽入口32。在圆柱形部段17的而且邻接在圆锥形部段18上的区域内筒子3具有多个彼此间隔距离地设置的在圆周上的粗油蒸汽入口33。为了简便起见下面仅称为入口32和33。平衡轴管8的配设于空心轴接管14的端部轴向敞开地构成，使得在那里构成一个纯油蒸汽出口34，下面为了简便起见该纯油蒸汽出口称为出口34。圆柱形部段21和圆柱形部段22的过渡区域配设一个输送装置35，该输送装置具有一个抗旋转地与平衡轴管8连接的叶轮36并且具有一个静止的配设于筒子3的输送壳体37，该输送壳体在叶轮36的两侧延伸。在圆锥形部段16、圆柱形部段17和圆锥形部段18的区域内在平衡轴管8的内部11中设置偏心的平衡重物12。在平衡轴管8的圆柱形部段17的外侧上存在一个离心力分离器38，该离心力分离器构成为离心力油分离器39并且具有一个以螺旋输送器41的形式的离心元件40，该螺旋输送器由两个反向卷绕的螺旋输送器部段42和43构成。螺旋输送器41的螺旋件44在离心力分离器38的整个长度上在相同的方向上倾斜地构成，尽管两个螺旋输送器部段42和43具有不同的输送方向即彼此相反指向的输送方向，以便该元件能够以一种形式制造，使得毫无问题的脱膜是可能的。两个螺旋输送部器段42和43分别具有一个输入部段45和46，其中两个输入部段45和46关于圆柱形部段17的纵向延伸方向大致位于中间。另外两个螺旋输送器部段42和43分别具有一个输出端47和48，其中输出端47配设于入口32并且输出端48配设于入口33。螺旋输送器41借助于间隔件49抗旋转地固定在圆柱形部段17的外面的周面上，使得在螺旋件44与平衡轴管8的外侧之间构成为一个环形的通道50，该通道在螺旋输送器41的整个长度上延伸并且相通地与入口32和33连接以及与气体开口51′相通，所述气体开口配设于螺旋输送器41的中间的区域、穿过平衡轴管8并且从而建立从通道50到平衡轴管8的内部11的连接。螺旋件44具有一个外径，该外径略微小于在筒子的圆柱形部段24的区域内的该筒子的自由内部空间，使得在那里朝螺旋件44仅有一个很小的间隙。
轴承5的朝输送装置35的方向指向的侧面与一个抗旋转地固定在平衡轴管8上的离心盘51对置。其中相对于离心盘51和轴承5构成一个较小的间隙52。圆柱形部段21由多个在圆周上彼此间隔距离的气体出口53穿过。相应构成的和设置的气体入口54处于圆柱形部段22的区域内，其中气体出口53和气体入口54穿过平衡轴管8。气体入口53导向到输送装置35的输送壳体37的内部。气体出口54由输送壳体37的内部导向到空心轴9的内部11。这种布置这样满足，使得气体出口53位于轴向封闭件31的其中一个侧面上并且气体入口54位于轴向封闭件31的另一侧面上。轴承5由多个在圆周上分布地设置的润滑剂通道55穿过，所述润滑剂通道使得间隙52与入口33连接。一个未显示的内燃机的曲轴箱56的内部处于筒子3的外面，也就是说平衡轴模块1设置在曲轴箱56的内部中。出口34导向未描述的进气管道或者内燃机的一个未显示的增压器。
得到如下功能：汽车的未显示的内燃机通过驱动齿轮13驱动平衡轴2，该平衡轴与内燃机的转速相应地旋转并且由轴承4、5和6支承，所述轴承处于筒子3的内部。由于平衡轴2的旋转运动，构成一个侧向通道泵57的输送装置35的叶轮36进行旋转，因此在平衡轴管8的内部11中产生负压，该负压相对于曲轴箱56的内部构成压力降。因此经由活塞环泄漏的粗油蒸汽由内燃机的气缸通过入口32和33吸入。油蒸汽进入到环形的通道50内并且按这样的方式方法到达离心元件40，该离心元件由螺旋输送器41构成。因为螺旋输送器41由两个反向卷绕的螺旋输送器部段42和43构成，所以由粗油蒸汽分离的、处于离心元件40上的颗粒尤其是小油滴径向朝外输送并且在此输送到筒子3的圆柱形部段24的内周面上并且由于两个螺旋输送器部段42和43的输送作用朝入口32和33的方向输送连续增长的油滴或者构成的润滑剂薄膜尤其是油膜。最后这样构成的润滑剂薄膜或者油膜由入口32和33出来，因此所述入口构成颗粒出口58和59。
通过离心力分离器38清洁的粗油蒸汽现在作为纯油蒸汽通过气体开口51′进入到在圆柱形部段17内的平衡轴管8的内部11中并且由于侧向通道泵57的抽吸作用到达气体出口53。从而气流径向地离开平衡轴管8的内部11并且经由输送壳体37的其中一个侧面到达叶轮36并且从那里至输送壳体37的另一侧面并且然后径向向内通过气体入口54又进入到平衡轴管8的内部11中并且最后流动至出口34并且按这样的方式方法以清洁的形式到达内燃机的进气管道或者到达一个或多个在那里存在的增压器。
由轴承4出来的润滑剂由于进入到入口32内的粗油蒸汽的抽吸作用进行抽吸并且到达圆锥形部段16上并且从那里至入口32。因此出来的轴承润滑剂与油膜结合，该油膜由离心力分离器38过来。由轴承5出来的轴承润滑剂或者经由在轴承5与圆锥形部段18之间构成的环形间隙直接到达入口33或者在轴承5的另一侧面上至间隙52并且因此与离心盘51接触，该离心盘用于径向输送，使得轴承润滑剂尤其是作为轴承润滑剂薄膜引导通过润滑剂通道55并且引导直至入口33，使得在此也进行与润滑剂的结合，该润滑剂由离心力分离器38进行输送。
尽管如此显而易见的是，由粗油蒸汽分离出来的颗粒尤其是分离出来的油导回到曲轴箱56的内部中并且清洁的油蒸汽又输送到内燃机。
由于该气体导回装置，已知的平衡轴仅在直径方面略微较大地构成，该气体导回装置仅具有很小的空间需求，因为平衡轴模块相对地不进行气体输送。另外气体导回在发动机区域内进行，该区域具有较高的温度，使得不用担心结冰现象等。另外描述的结构具有很小的质量，因为几乎不必采用附加的构件。
附图标记列表
1    平衡轴模块
2    平衡轴
3    筒子
4    轴承
5    轴承
6    轴承
7    平衡轴元件
8    平衡轴管
9    空心轴
10   旋转轴线
11   内部
12   平衡重物
13   驱动齿轮
14   空心轴接管
15   圆柱形部段
16   圆锥形部段
17   圆柱形部段
18   圆锥形部段
19   圆柱形部段
20   圆锥形部段
21   圆柱形部段
22   圆柱形部段
23   圆柱形部段
24   圆柱形部段
25   圆柱形部段
26   端部区域
27   端部
28   装配接板
29   固定开口
30   封闭元件
31   轴向封闭件
32   粗油蒸汽入口
33   粗油蒸汽入口
34   纯油蒸汽出口
35   输送装置
36   叶轮
37   输送壳体
38   离心力分离器
39   离心力油分离器
40   离心元件
41   螺旋输送器
42   螺旋输送器部段
43   螺旋输送器部段
44   螺旋件
45   输入部段
46   输入部段
47   输出端
48   输出端
49   间隔件
50   通道
51   离心盘
51′ 气体开口
52   间隙
53   气体出口
54   气体入口
55   润滑剂通道
56   曲轴箱
57   侧向通道泵
58   颗粒出口
59   颗粒出口

Claims (21)

1.汽车的内燃机的平衡轴模块(1)，包括一个平衡轴(2)和一个至少部分容纳平衡轴(2)的并且借助于轴承(4、5、6)保持该平衡轴的筒子(3)，其中筒子(3)具有至少一个粗油蒸汽入口(32、33)，该粗油蒸汽入口与平衡轴(2)的一个离心力分离器(38)连接；并且包括一个在平衡轴(2)的内部输送油蒸汽的输送装置(35)，该输送装置的叶轮(36)设置在平衡轴(2)上，该平衡轴在输送装置(35)的下游具有至少一个纯油蒸汽出口(34)，离心力分离器(38)具有至少一个设置在平衡轴(2)的平衡轴元件(7)上的离心元件(40)，用于将颗粒由粗油蒸汽分离出来，其特征在于：离心元件(40)是一个螺旋输送器(41)。
2.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：输送装置(35)是一个泵。
3.按权利要求2所述的平衡轴模块，其特征在于：所述泵是一个侧向通道泵(57)。
4.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：离心力分离器(38)是一个离心力油分离器(39)。
5.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：平衡轴元件(7)是一个空心轴(9)或者是一个平衡轴管(8)。
6.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：螺旋输送器(41)的输出端(47、48)位于粗油蒸汽入口(32、33)的区域内。
7.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：在平衡轴(2)内通过输送装置(35)的气体输送作用并且与离心力分离器(38)的气体输送作用相反地在平衡轴(12)的每个转速中实现相对于在内燃机的曲轴箱(56)内的气体压力的负压。
8.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：粗油蒸汽入口(32、33)是一个径向开口。
9.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：纯油蒸汽出口(34)是一个轴向开口。
10.按权利要求6所述的平衡轴模块，其特征在于：螺旋输送器(41)具有两个反向卷绕的螺旋输送器部段(42、43)，其中各螺旋输送器部段(42、43)的相应的输出端(47、48)分别配设至少一个粗油蒸汽入口(32、33)。
11.按权利要求10所述的平衡轴模块，其特征在于：通过粗油蒸汽入口(32、33)进入的粗气沿着在螺旋输送器(41)与平衡轴元件(7)之间构成的通道(50)至少部分地流动直至螺旋输送器(41)的输入部段(45、46)或者直至各螺旋输送器部段(42、43)的输入部段(45、46)，并且平衡轴元件(7)在输入部段(45、46)的区域内具有至少一个导入到平衡轴元件(7)的内部(11)内的气体开口(51′)。
12.按权利要求11所述的平衡轴模块，其特征在于：通道(50)在至少一个将螺旋输送器(41)支承在平衡轴元件(7)上的间隔件(49)的区域内构成。
13.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：输送装置(35)具有一个输送壳体(37)，该输送壳体配设于筒子(3)中。
14.按权利要求13所述的平衡轴模块，其特征在于：输送壳体(37)的输入侧通过至少一个径向穿过平衡轴元件(7)的气体出口(53)与平衡轴元件(7)的内部(11)连接。
15.按权利要求13或14所述的平衡轴模块，其特征在于：输送壳体(37)的输出侧通过至少一个径向穿过平衡轴元件(7)的气体入口(54)与平衡轴元件(7)的内部(11)连接。
16.按权利要求15所述的平衡轴模块，其特征在于：在气体出口(53)与气体入口(54)之间的平衡轴(2)的内部(11)具有一个轴向封闭件(31)。
17.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：平衡轴(2)的各轴承(4、5、6)这样设置，使得由所述轴承出来的轴承润滑剂到达粗油蒸汽入口(32、33)。
18.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于至少一个配设于筒子(3)中的、通向粗油蒸汽入口(32、33)的轴承润滑剂通道(55)。
19.按权利要求18所述的平衡轴模块，其特征在于：轴承润滑剂通道(55)轴向搭接轴承(4、5、6)。
20.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：粗油蒸汽入口(32、33)是用于分离的颗粒的颗粒出口(58、59)。
21.按权利要求1所述的平衡轴模块，其特征在于：纯油蒸汽出口(34)与内燃机的抽吸管和/或增压器连接。
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