CN101487411B - 废气处理系统、发动机单元以及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够进行先进的废气处理的废气处理系统、发动机单元以及车辆。一种用于发动机(20)的废气处理系统(30),包括:连接到发动机的废气导管(31),废气从发动机引入该废气导管中;设置在废气导管中的还原催化剂(38);设置在废气导管中的还原催化剂(38)下游的氧化催化剂(41);和形成空气供应路径(34)的路径形成构件(33),从设置了还原催化剂(38)的一个部分的上游的管段到位于该部分下游的管段沿着废气导管(31)中的还原催化剂(38)设置该路径形成构件。空气供应路径(34)从还原催化剂(38)上游的一个部分引入空气,并且在还原催化剂(38)的下游和氧化催化剂(41)的上游的一个部分中将引入的空气供应到废气导管(31)。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气处理系统,一种包括该系统的发动机单元,以及一种包括该发动机单元的车辆。
背景技术
传统上,已经公开了各种废气处理系统。例如,专利文献1公开了一种发动机,它使得在燃烧室中燃烧过的气体进行所谓的二次燃烧。具体地,专利文献1公开了一种发动机,用于将空气供应到发动机中的废气出口附近的区域的空气供应路径连接到该发动机。在该发动机中,通过在发动机运转时在燃烧室中产生的负压力,来自空气供应路径的空气与一部分燃烧过的气体一起供应到燃烧室。所供应的空气和燃烧过的气体在燃烧室中再次燃烧。由此,包含在燃烧过的气体中的碳氢化合物和一氧化碳被氧化,并且产生水和二氧化碳。这导致废气中含有的碳氢化合物和一氧化碳的浓度降低。
除了利用燃烧室中的二次燃烧的废气处理系统,传统上提出了各种废气设备,其中催化剂用来降低废气中含有的一氧化碳和碳氢化合物的浓度。
专利文献1
JP-A-Sho 55-164716
发明内容
本发明所要解决的问题
废气条例近年来已经更加严格。在这种情况下,要求比通过上述传统的废气处理系统的废气处理先进得多的废气处理。例如,已经要求先进的废气处理,它能够比传统技术更加降低一氧化碳和碳氢化合物的浓度并且与传统技术相比进一步降低氮氧化物(NOx)的浓度。
考虑到这个问题完成了本发明,并且其目的在于提供一种能够进行先进的废气处理的废气处理系统。
用于解决该问题的手段
根据本发明的用于发动机的废气处理系统包括:废气导管、还原催化剂、氧化催化剂和路径形成构件。该废气导管连接到发动机。废气被从发动机引入到废气导管中。还原催化剂设置在废气导管中。氧化催化剂设置在废气导管中的还原催化剂的下游。在路径形成构件中形成空气供应路径。从其中设置了还原催化剂的一个部分上游的管段到该部分下游的管段,沿着废气导管中的还原催化剂设置空气供应路径。空气供应路径从还原催化剂的上游的一个部分引入空气。在还原催化剂的下游和氧化催化剂的上游的一个部分中,空气供应路径将所引入的空气供应到废气导管。
根据本发明的发动机单元包括上述根据本发明的废气处理系统。
根据本发明的车辆包括该发动机单元。
本发明的效果
本发明能够提供一种能够进行先进的废气处理的废气处理系统。
附图说明
图1是摩托车的示意性右侧视图;
图2是摩托车的示意性右侧视图;
图3是摩托车的示意性正视图;
图4是废气处理系统的局部剖视图;
图5是废气导管的一个部分的放大侧视图;
图6是沿着图5中的线VI-VI截取的局部视图;
图7是从下游端部看到的废气管道单元的立体图;
图8是用于描述在空气从下游部分被引入到空气供应路径的情形中空气引入导管的布置的概念图;
图9是根据第一修改的摩托车的示意性右侧视图;
图10是第二修改中的废气管道单元的局部剖视图。
附图标记
1:摩托车
10:车体框架
10a:车辆侧安装部
20:发动机
21:空气净化器((第一)进气系统部件)
23:发动机单元
24:空气净化器((第二)进气系统部件)
30:废气处理系统
31:废气导管
33:外侧导管(路径形成构件)
34:空气供应路径
38:还原催化剂
39a:连接部
41:氧化催化剂
50:橡胶构件
51:废气导管侧安装部
具体实施方式
下文中,将利用图1所示的摩托车1描述本发明的示例性实施例的情形。然而,根据本发明的车辆不限于图1所示的摩托车1。根据本发明的车辆可以是四轮车辆或者跨坐式车辆。在这里,“跨坐式车辆” 意指骑行者跨坐在座位(鞍座)上的车辆。除了摩托车,跨坐式车辆包括ATV(全地形车辆)等。
在本发明中,摩托车也不限于图1所示的类型。在本发明中,“摩托车”是广义上的摩托车。更具体地,在本发明中,“摩托车”包括狭义上的摩托车、机动脚踏两用车、单脚滑行车、越野车辆等。在本说明书中,“摩托车”包括其中多个一体旋转的轮子至少构成或者前轮或者后轮并且通过使车辆倾斜而改变其行驶方向的车辆。
在下面的说明中,前、后、右或者左方向是根据坐于座位19上的骑行者的角度的方向。
实施例
摩托车1的总体结构
图1和2是摩托车1的示意性右侧视图。图3是摩托车1的示意性正视图。如图1和2所示,摩托车1包括车体框架10。头管11可旋转地插入车体框架10的前端部中。手把12固定到头管11的上端。如图3所主要示出的,一对右和左前叉13a和13b连接到头管(head pipe)11。前叉13a和13b向前且斜向下地延伸。前轮14可旋转地安装在该一对右和左前叉13a和13b的端部上。
向后延伸的后臂15可摆动地安装在车体框架10上。后轮16可旋转地安装在后臂15的后端上。后轮16通过驱动力传递装置(未示出)连接到稍后描述的发动机20的输出轴。因此,在发动机20中产生的驱动力被传递到后轮16并且由此后轮16旋转。
沿着车辆宽度方向延伸的一对右和左脚踏(foot step)17a和17b安装在车体框架10的后端上。如图1和2所示,在侧视图中,脚踏17a和17b设置在在稍后描述的发动机20和排气消音器40之间。
发动机20被悬挂在车体框架10上。发动机20与在稍后描述的废气处理系统30一起构成发动机单元23。如图2所示,作为进气系统部件的空气净化器21连接到发动机20的气缸体20a。化油器22设置在空气净化器21和发动机20的气缸体20a之间。化油器22连接到燃料箱(未示出)。由此,从空气净化器21供应的空气和燃料在化油器22中混合,并且产生空气-燃料混合物。所产生的空气-燃料混合物被供应到发动机20的燃烧室。
在该实施例中,将针对以下情形进行描述,其中空气净化器21设置作为进气系统部件。然而,本发明不限于该结构。例如,可以设置不具有空气过滤器的空气室而不是空气净化器21。
废气处理系统30
发动机20连接到废气处理系统30。废气处理系统30连接到发动机20的燃烧室(未示出)。废气处理系统30是用于净化从发动机20的燃烧室排放的废气并且将所净化的气体排放到车辆之外的设备。
如图4所主要示出的,废气处理系统30包括作为路径形成构件的废气导管31和外侧导管33。废气导管31连接到发动机20。废气路径37在废气导管31中形成。通过废气管道39和排气消音器40形成废气路径37。从发动机20排放的废气被引入到废气路径37中。被引入到废气导管31中的废气在废气路径37中被净化并且从摩托车1排放。
废气导管31包括废气管道39和排气消音器40。废气管道39连接到气缸体20a前面的发动机20的燃烧室。废气管道39先被从气缸体20a向前拉伸,此后在中途部分中弯曲,并且从中途部分向后且斜向下地延伸。排气消音器40连接到废气管道39的后端。
废气管道39包括上游导管39b、中游导管39c和下游导管39d。上游导管39b连接到发动机20。中游导管39c连接到上游导管39b的 端部。下游导管39d连接到中游导管39c的端部。
还原催化剂38设置在中游导管39c中。还原催化剂38是用于将氮氧化物(NOx)还原成氧气(O2)和氮气(N2)的催化剂,如由下面的化学式(1)所示。
2NOx→xO2+N2……(1)
还原催化剂38不限于特定类型。还原催化剂38的特殊实例为Pt/Al2O3催化剂、Cu-ZSM-5催化剂、钙钛矿催化剂、Au催化剂等等。
作为与废气管道39一起构成废气管道单元32的路径形成构件,外侧导管33设置在废气管道39的外侧。换句话说,废气管道39插入在外侧导管33中。
外侧导管33和废气管道39以基本相等的长度形成。外侧导管33的基部被焊接并固定到废气管道39的基部。另一方面,外侧导管33的端部不固定到废气管道39的端部。例如,在外侧导管33和废气管道39在它们的两个端部处被固定到一起的情形中,由于外侧导管33和废气管道39的膨胀或者收缩,应力将施加在外侧导管33和废气管道39上。然而,在该实施例中,如上所述,外侧导管33和废气管道39仅仅在发动机20侧的它们的基部处被固定到一起。因此,即使外侧导管33和废气管道39膨胀或者收缩,应力也不易于作用在外侧导管33和废气管道39上。
外侧导管33形成为具有比废气管道39的外径更大的内径。废气管道39和外侧导管33以如此方式设置,使得除了在废气管道39和外侧导管33之间的连接部之外,废气管道39的外周边表面和外侧导管33的内周边表面并不接触。在外侧导管33的内壁和废气管道39的外壁之间形成空气供应路径34。因此,空气供应路径34形成为沿着废气 导管31围绕废气导管31。具体地,空气供应路径34形成为从在其中设置了还原催化剂38的一个部分的上游的管段到该部分下游的管段沿着废气导管31中的还原催化剂38围绕废气导管31。更具体地,空气供应路径34形成为从连接到发动机20的废气管道39的连接部39a到废气管道39的后端沿着整个围绕废气导管31。
空气从还原催化剂38上游的一个部分被引入到空气供应路径34。引入到空气供应路径34中的空气被供应到在废气导管31中形成的废气路径的还原催化剂38下游和稍后描述的氧化催化剂41上游的一个部分。
具体地,空气引入导管35连接到外侧导管33到发动机20的连接部。空气引入导管35通向空气供应路径34。空气引入导管35的端部连接到图1和2所示的空气净化器21。因此,被引入到空气引入导管35中的空气通过空气净化器21在还原催化剂38上游的一个部分中被供应到空气供应路径34。
如图4和7所示,在平面视图中基本为圆形的引入端口39e在废气管道39的下游部分中形成。引入端口39e在其中设置了还原催化剂38的部分的更下游的部分中形成。空气供应路径34和废气路径37通过引入端口39e而连通。因此,供应到空气供应路径34的空气从引入端口39e在还原催化剂38下游的部分中被引入到废气路径37。
排气消音器40连接到废气管道单元32的下游端。氧化催化剂41在排气消音器40的下游端中设置在废气路径37中。
氧化催化剂41是用于将一氧化碳(CO)和碳氢化合物(CxHy)氧化成二氧化碳(CO2)和水(H2O)的催化剂,如由下面的化学式(2)和(3)所示。
2CO+O2→2CO2……(2)
4CxHy+(4x+y)O2→4xCO2+2yH2O……(3)
氧化催化剂41不限于特定类型。氧化催化剂41的特殊实例有沸石催化剂、AL2O3催化剂、Pt催化剂、Pd催化剂、Pt/Pd催化剂、Au催化剂等等。
下面,将参考图5、6和7描述废气导管31的安装结构。如图5和6所示,废气导管31通过所谓的橡胶安装来安装在车体框架10上。这里,“橡胶安装”意指经由橡胶构件的安装。具体地,车辆侧安装部10a设置在车体框架10上。如图6所示,基本柱形的橡胶构件50被放置在车辆侧安装部10a上。
同时,废气导管侧安装部51设置在废气导管31上。具体地,废气导管侧安装部51被焊接到废气导管31并且由此固定到废气导管31。废气导管侧安装部51具有基本柱形的柱体部52。该柱体部52和车辆侧安装部10a经由橡胶构件50彼此固定。具体地,柱体部52和车辆侧安装部10a利用插入柱体部52中的机器螺钉53和螺母54而固定到一起。
如图5所示,废气导管侧安装部51安装在废气导管31的外侧导管33上。因此,空气供应路径34介于废气管道39和废气导管侧安装部51之间。
废气处理
接下来,将主要参考图4描述在废气处理系统30中的废气处理。从发动机20排放的废气被引入到废气路径37中。引入到废气路径37中的废气被供应到设置在废气路径37中的还原催化剂38。废气中的氮氧化物(NOx)被还原催化剂38降低并且分解成氮气(N2)和水(H2O)。由此,废气中的氮氧化物浓度降低。
具有降低的氮氧化物浓度的废气在废气管道39的下游端处与经由空气供应路径34供应的空气相混合。由此,废气中的氧浓度增加。具有更高氧浓度的废气被供应到设置在排气消音器40中的氧化催化剂41。废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(CxHy)被氧化催化剂41氧化,并且产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。这导致从废气处理系统30排放的废气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的浓度降低。
功能和效果
如上所述,在该实施例中,还原催化剂38和氧化催化剂41都设置在废气导管31中。还原催化剂38将废气中的氮氧化物分解成氮气和氧气。氧化催化剂41将废气中的碳氢化合物和一氧化碳分解成二氧化碳和水。因此,如在该实施例中那样,还原催化剂38和氧化催化剂41均被提供,并且由此废气中的氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳的浓度都能够被降低。
如在专利文献1中所公开的,通过燃烧室中的再燃烧,碳氢化合物和一氧化碳的浓度能够被降低。然而,难以通过再燃烧来充分地降低碳氢化合物和一氧化碳的浓度。如在该实施例中那样,使用氧化催化剂能够更有效地降低碳氢化合物和一氧化碳的浓度。
在该实施例中,来自空气供应路径34的空气在还原催化剂38的下游和氧化催化剂41的上游的部分中被引入到废气导管31。因此,空气不被供应到在其中设置了还原催化剂38的环境中。因为它是发动机中的燃料-空气混合物,废气几乎不含有氧气。因此,还原催化剂38周围的环境中的氧浓度非常低。另一方面,空气从空气供应路径34被供应到其中设置了氧化催化剂41的环境。因此,在其中设置了氧化催化剂41的环境中的氧浓度增加。因此,利用这种结构,能够增加还原催化剂38和氧化催化剂41的催化剂活性。结果,废气中的氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳的浓度都能够被更有效地降低。
在该实施例中,空气供应路径34从它的上游部分到它的下游部分沿着废气管道39形成。因此,空气供应路径34中的空气被废气管道39加热。严格说来,经由废气管道39向空气供应路径34中的空气供应通过废气管道39流动的高温废气的热。由此,空气供应路径34中的空气被加热。结果,从引入端口39e供应到废气管道39中的空气温度高于外侧的空气温度。因此,在其中设置了氧化催化剂41的部分的环境温度变得高于在新鲜空气被直接引入到废气管道39中的情形中的温度。结果,能够增加氧化催化剂41的催化剂活性。能够进一步有效地降低废气中的碳氢化合物和一氧化碳的浓度。
因为消音器40中的废气温度变得较高,氧化催化剂41能够设置在消音器40的更下游的部分中。氧化催化剂41设置在消音器40的更下游部分中,并且由此能够提高发动机20的输出。换句话说,利用该实施例,能够增加消音器40中的废气的温度。这允许有效地降低碳氢化合物和一氧化碳的浓度并且增加发动机20的输出。
由于空气供应路径34中的空气被加热,废气管道39的温度下降。然而,热不从废气直接带走。被高温废气加热的废气管道39的热仅仅供应到空气。因此,废气管道39中的废气温度并没大大降低。在其中设置了还原催化剂38的环境的温度并没大大降低。因此,能够保持还原催化剂38的高催化剂活性。
在该实施例中,从其中了设置还原催化剂38的部分的上游的管段到该部分下游的管段沿着废气导管31中的还原催化剂38形成空气供应路径34。因此,由于催化反应而被加热的还原催化剂38被通过空气供应路径34的空气冷却。这防止了还原催化剂38的过度加热。因此,这防止废气导管31中的在其中设置了还原催化剂38的部分退化和脱色。
即,在该实施例中,能够有效地降低被加热至过高温度的废气管 道39和还原催化剂38的温度,而不用大大降低废气温度而影响催化剂活性。
利用本发明能够防止废气管道39过度的温度增加和废气管道39的脱色。对于在视觉可辨位置上设置废气管道39的摩托车而言,本发明是特别有用的。
考虑到防止还原催化剂38的过度加热,也许可能的是,空气从在其中设置了还原催化剂38的部分的上游的部分被供应到废气管道39。然而,在这种情形中,在其中设置了还原催化剂38的环境中的氧浓度一定增加。进而,废气管道39中的废气温度大大降低。因此,还原催化剂38的催化剂活性降低,并且因此难以执行先进的废气处理。
在空气从下游部分被引入到空气供应路径并且空气从上游部分被供应到废气路径的情形中,如在专利文献1中所公开的废气处理系统中那样,存在如下问题,即摩托车1的坡角变小。现在参考的图8是示意性视图,其中为了说明方便起见另外提供了空气引入导管35a、空气引入导管35b、空气引入导管35c和空气引入导管35d。
首先,将针对如下情形进行说明,即使用设置成从废气管道39向上延伸的空气引入导管35a。在此情形中,如图8所示,空气引入导管35a设置在脚踏17a的内部,并且因此坡角θ并不变小。然而,空气引入导管35a在位置方面干扰发动机20。因此,需大大地改变发动机20的形状或者布置来设置空气引入导管35a。即,难以提供空气引入导管35a。
类似地,也难以提供沿着车辆宽度方向向外并且从废气管道39斜向上延伸的空气引入导管35b,因为它在位置方面干扰诸如脚踏17a的其它构件。
如果提供从废气管道39沿着车辆宽度方向向外延伸的空气引入导管35c或者从废气管道39向下延伸的空气引入导管35d,则坡角变小。最小地面间隙也变得低于在提供空气引入导管35d的情形。
如上所述,存在如下问题,即坡角θ变小并且最小地面间隙变得低于从下游部分向空气供应路径引入空气的情形。然而,如果如在该实施例中那样从上游部分向空气供应路径引入空气,则坡角并不变小或者最小地面间隙也不变低。换句话说,利用从上游部分向空气供应路径引入空气的结构,能够获得大的坡角和高的最小地面间隙。
如图4所示,在该实施例中,在废气管道39和在废气管道39外侧设置的外侧导管33之间形成空气供应路径34。即,空气供应路径34围绕废气管道39的外周边形成。因此,能够有效地防止废气管道39被过度加热。进而,因为在废气管道39的外侧设置了外侧导管33,如果废气管道39的颜色改变,废气管道39并不被明显地看到。因此,能够保持良好的外观。
优选的是,废气管道39和外侧导管33以如此方式设置,使得除了它们的端部之外,废气管道39的外周边表面和外侧导管33的内周边表面并不接触。由此,能够均匀而有效地防止废气管道39被过度加热。
也许可能的是,形成空气供应路径的管道沿着废气管道39安装而不提供外侧导管33。然而,在这种情形中,视觉可辨部件增加并且结构变得复杂。这导致在部件之间的距离更小。然而,在设置外侧导管33并且由此形成空气供应路径34的情形中,视觉可辨部件并不增加并且能够足够远地设置部件。例如,废气管道39设置在四轮车辆中的在视觉上较难辨出的位置中,等等。另一方面,废气管道39设置在摩托车中的在视觉上相对可辨出的位置中。因此,借助于设置外侧导管33而形成空气供应路径34的技术对于摩托车来说是特别有用的。
相反,沿着废气管道39安装在其中形成空气供应路径的管道的结构对于废气管道39在视觉上较难辨出的四轮车辆来说也是有用的。
在该实施例中,空气供应路径34的上游端达到废气管道39至发动机20的连接部39a。具体地,在该实施例中,空气供应路径34的上游端达到发动机20。因此,能够有效地冷却在较高温度下被加热的废气管道39的连接部39a。因此,能够防止经受最高温度并且对退化最敏感的废气管道39的连接部39a退化并且因此脱色。
空气供应路径34围绕在高温下加热的废气管道39的连接部39a形成,并且由此能够有效地加热空气供应路径34中的空气。因此,从引入端口39e供应到废气路径37的空气能够被加热到更高温度。结果,能够进一步有效地提高氧化催化剂41周围的环境温度。因此,能够进一步有效地提高氧化催化剂41的催化剂活性。这导致从废气处理系统30排放的废气中的二氧化碳和碳氢化合物的浓度的进一步有效降低。
如图5所示,在该实施例中通过所谓的橡胶安装来安装废气导管31。因此,例如,在废气导管31达到较高温度的情形中,橡胶构件50可能退化。在该实施例中,废气导管侧安装部51安装在外侧导管33上。因此,废气导管侧安装部51通过空气供应路径34与被加热至相对高的温度的废气管道39分离。换句话说,具有低导热性的空气供应路径34介于废气导管侧安装部51和废气管道39之间。这防止从废气管道39到废气导管侧安装部51的热传导。因此,能够防止废气导管侧安装部51的温度增加,并且能够防止橡胶构件50的退化。
第一修改
在以上实施例中针对空气引入导管35连接到空气净化器21的情形进行了描述。换句话说,描述了发动机20和空气引入导管35共用空气净化器21的情形。然而,本发明不限于这种结构。例如,如在图 9所示的摩托车1a中那样,能够提供特别用于空气引入导管35的空气净化器24。
如图9所示,在独立于空气净化器21提供空气净化器24的情形中,优选的是,空气净化器24设置在发动机20的前面。这种结构能够缩短在空气供应路径34和空气净化器24之间的距离。因此,该结构能够提高向空气供应路径34供应空气的效率。
可以设置另一进气部而不是空气净化器24。例如,能够设置空气室而不是空气净化器24。
第二修改
在以上实施例中针对外侧导管33被用作路径形成构件的情形进行了描述。然而,本发明不限于这种结构。例如,如图10所示,在其中形成空气供应路径34的管道60可以沿着废气管道39设置。
其它修改
在以上实施例中针对从基部到端部通过整个废气管道39形成空气供应路径34的情形进行了描述。然而,本发明不限于这种结构。空气供应路径34可以仅仅在废气管道39的一个部分中形成,如果它从在其中设置了还原催化剂的部分的上游的管段到该部分下游的管段沿着废气管道39形成。
在以上实施例中,利用在作为示例性情形的车辆中安装的废气处理系统30描述了根据本发明的废气处理系统。然而,根据本发明的废气处理系统不限于在车辆中安装的系统。根据本发明的废气处理系统可以安装在固定式发动机上。固定式发动机的一个特殊实例是发电机。
Claims (7)
1.一种用于发动机的废气处理系统,包括:
连接至所述发动机的废气导管,并且废气从所述发动机被引入至所述废气导管;
设置在所述废气导管中的还原催化剂;
氧化催化剂,所述氧化催化剂设置在所述废气导管中的所述还原催化剂的下游;以及
形成空气供应路径的路径形成构件,所述路径形成构件从其中设置有所述还原催化剂的部分的上游管段至该部分的下游管段沿着所述废气导管中的所述还原催化剂而设置,
其中,所述空气供应路径从所述还原催化剂的上游部分引入空气,并且在位于所述还原催化剂的下游和所述氧化催化剂的上游的部分中将所引入的空气供应到所述废气导管,
所述路径形成构件包括设置在所述废气导管外侧的外侧导管,并且
所述空气供应路径形成在所述外侧导管的内周边表面和所述废气导管的外周边表面之间。
2.根据权利要求1所述的废气处理系统,其中,所述空气供应路径的上游端达到所述废气导管与发动机相连的连接部。
3.一种发动机单元,包括根据权利要求1的所述废气处理系统。
4.一种车辆,包括根据权利要求3的所述发动机单元。
5.根据权利要求4所述的车辆,还包括:
车体框架;
设置在所述车体框架上的车辆侧安装部;以及
置于车辆侧安装部上的橡胶构件,以及
废气导管侧安装部,所述废气导管侧安装部设置在所述外侧导管上,并且经由所述橡胶构件安装在所述车辆侧安装部上的。
6.根据权利要求4所述的车辆,还包括:
连接到所述发动机的第一进气系统部件;和
连接到所述空气供应路径的第二进气系统部件。
7.根据权利要求4所述的车辆,其中,所述车辆是摩托车。
Applications Claiming Priority (3)
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