CN102187069A - 用于车辆的旋转泵 - Google Patents
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Abstract
用于车辆的旋转泵，旋转泵旨在泵送对一个车载的系统中的排气进行污染控制的一种液体并且包括一个转子(4)、一个定子(5)、以及一个压力传感器(2)，该转子和定子被定位在一个壳体中，该壳体包括界定了一个主要的内体积的一个壁并且整合了用于该泵的一个出口管，并且该压力传感器被定位在该壳体的主要的内体积之内。
Description
技术领域
本发明涉及一种旨在车载的旋转泵，并且具体是一种用于尿素SCR系统的泵；它还涉及配备有这样一个泵的一种储箱并且还涉及这种泵/储箱在一种SCR系统中的用途。
背景技术
随着对重型货车的废气排放的欧四(Euro IV)标准于2005年生效，已经是必须将用于NOx(或氮氧化物)污染控制的装置付诸实施。
大多数重型货车制造商们所使用的、用于将NOx的排放减少到一个要求的数值的系统包括与还原剂(如尿素)进行一种选择性催化反应(“尿素SCR”或使用通过尿素的分解作用在排气中原位生成的氨进行的选择性催化还原)。
为了做到这一点，必要的是为车辆装备包含一种尿素溶液的储存箱、一个用于对有待注入排气管线中的尿素的量进行计量的装置、以及一个用于将尿素溶液供给这个用于对有待注入的尿素的量进行计量的装置的装置。总体上，该供给装置包括由电动机驱动的一个旋转泵。
这些车辆可以装备有其他液体泵，例如装备有一个燃料泵、装备有可以对直接进入到燃料(具体是柴油)中以便减少微粒的排放的一种添加剂进行计量的泵、等等。
对于这些“车载”泵的共同的一个特征在于以下事实，即：为了最佳的效率(就压力和速度两方面而言)它们理想地应具有的一个有限的尺寸。这些泵总体上是由任何类型一个电动机来驱动的旋转泵，优选地是一个磁性耦合的电动机，以便避免使用动态密封。
因此，在本申请人名下的申请PCT/EP2008/058943(为此目的，其内容通过引用结合到本申请中)说明了由一个磁性耦合的电动机来驱动的一个旋转燃料泵。这样一个泵传送了一个受控制的液体流动，其流动速率和压力二者均受到控制。用于控制所传送的流动的一种手段是在该SCR系统中在泵出口处植入一个压力传感器并且调节该泵的运行，这样使得在泵出口处的压力遵循一个设置点的压力值。这个传感器可以被植入SCR系统的供给装置中。这种类型的一个解决方案必需将该传感器手动组装到该装置上以及因此而来一个附加的组装成本。
一个替代的解决方案包括将该压力传感器直接附装到泵上。在这种情况下，该泵/传感器的组件的尺寸受到不利的影响。这个解决方案还要求特别注意该泵/传感器的界面处的密封，液体从该泵的内部泄漏到外部的风险是可能的。
US 5,120,201披露了一种液体泵，它整合了一个压力传感器，但是在所述泵的出口管内，即在一个压力不稳定的区域内。
发明内容
本发明的目的是提供一个电动机驱动的旋转泵，该旋转泵具有减少的尺寸并且不具有以上说明的这些缺点。
为此目的，本发明涉及一种旋转泵，该旋转泵旨在泵送对车载系统中的排气进行污染控制的一种液体并且包括一个转子、一个定子、以及一个压力传感器，该转子和定子被置于一个壳体中，该壳体包括界定了一个主要的内体积(该转子和该定子实际上被定位的地方)的壁并且整合了一个出口管，并且该压力传感器同样被置于该泵的壳体中、但是在其主要的内体积内而不在出口管中(这两个元件各自具有它们的内体积并且所述这些内部体积彼此连通，但是该压力测量是在该泵的壳体主要的内体积中进行的、优选地在与该出口管间隔开的一个区域中，例如：通过将该压力传感器定位/固定在与该泵的出口管相反的一个壁上)。
值得提及的是该压力在液体存在的这个泵的壳体内部的每个地方都是粗略地相同的，但是它在该主要的内体积中比在该出口管内更稳定。出于同一原因，优选地不将该压力传感器置于该泵的入口中(或其附近)。
根据本发明的泵是由一个电动机(优选地是一个磁性耦合的电动机)驱动的任何已知类型的一种旋转泵，其控制优选地是电子的(由一个ECM或电子控制模块来管理的)。在本实施方案中，该泵的电动机被完全整合在该泵的壳体中，这给出一个非常紧凑的模块。
这个泵旨在泵送的流体是一种化合物，该化合物在正常使用条件下是液体(因此根据本发明的泵是液体泵并且不是气体压缩机)并且它是用在车辆排气的污染控制的背景之中。例如，这种液体可以是用于微粒过滤器(PF)再生的一种添加剂或可以被注入排气中以减少其NOx含量。这种类型的液体必须非常精确地进行计量以便使污染控制有效，这证明了需要稳定的压力测量的合理性。
在一种PF添加剂的情况下，这总体上是在基于烃的溶剂的溶液中的一种催化剂的组合物，该组合物用于在压燃点火发动机中由重烃的不完全燃烧所产生的固态碳化的微粒的低温燃烧。表述“重烃”被理解为是指在环境温度下是液体或糊状的一种燃料，其分子包括多于9个的碳原子。这种重烃的一个实例是一种油馏分，被称为瓦斯油，它能够使用在柴油类型的发动机中。合适的液体添加剂的多个实例是在基于烃的溶液中的铁盐和铈盐。具体地讲，在商品名
下可获得的溶液是尤其适合于PF的。
然而，本发明特别良好地适用于一种还原剂，该还原剂能够还原车辆发动机的排气中存在的NOx。这有利地是在水性溶液中的一种氨前体。本发明使用尿素的水性溶液并且具体是低共熔的水/尿素溶液(如
溶液)给出了良好结果，其尿素含量是在31.8wt％与33.2wt％之间并且它包含大约18wt％的氨。本发明还可以适用于同样在水性溶液中的尿素/甲酸铵混合物，它是在商品名
下销售的并且包含大约13％的氨。相对于尿素，后者具有的优点是仅从-35℃(与-11℃不同)起才冻结，但是具有的缺点是与甲酸的释放相关的腐蚀问题。
根据本发明，该压力传感器是定位在该泵的壳体的主要的内体积之中。该泵的壳体总体上由限定所述内体积的一个壁组成、整合了用于该泵的一个出口管、并且包围/包含/保护该泵的多个部件，尤其是转子、定子、压力传感器、一个机械泵送元件以及可选择地一个电子板。使用单一术语“壳体”的事实不排除以上提及的壁的划分，并且具体地讲，该壳体优选被分成不包含液体并且是不泄漏的一个腔室以及其中存在液体的一个腔室。
根据本发明的一个优选变体，该转子是包含在一个罩壳中的磁性转子，该罩壳被固定(不与该转子一起转动)并且优选地它是以一种密封的方式连接到泵的出口(排出)管上。该罩壳包括一个上壁并且基本上具有一个圆柱体的形状。这个罩壳有利地是由不锈钢制成的(适当时，优选地是由对尿素具有良好耐受性的级别制成的)。该罩壳还可以有利地是由一种塑料制成的，该塑料能够经受与尿素的接触。例如，它可以是聚酰胺(优选地PA-6，6)、PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚苯二甲酰胺)。
该转子罩壳包含液体以及总体上的一个空气穴，其体积随着泵中液体的压力而变化，其方式为使得乘积：压力×体积是恒定的。这个空气穴是没有抽空的，因为在该转子与其罩壳之间的空间仅具有一个“开口”(事实上，它是通过一个自由液体表面的所限制的空间)并且因此在该转子罩壳的这个部分中不存在液压回路。根据将压力传感器整合在这个空气穴中的实施方案使之可能在尿素冻结并且体积增加时限制损坏压力传感器的风险。
这个空气穴总体上被定位在该罩壳的上壁的下面，根据本发明的一个优选的实施方案，该压力传感器被紧固到该转子罩壳的上壁上。该压力传感器的这个位置使之可能获得在该泵出口处的液体压力的一个稳定测量，虽然如以上所解释的不是在那直接测量的。该泵的出口压力测量是由该泵的ECM来使用以调节该泵的出口压力，这样使得该液体以一个稳定的压力被注入到该系统中用于将SCR系统送入一个注射器中，这独立于该注射器的控制频率、独立于所注射的液体的流速、并且独立于由排气和注射器的打开/关闭所造成的压力波动。
优选地，该泵送作用(抽吸/排出)本质上是使用附接到一个旋转轴上的一个机械泵送元件来实现的。这应理解为是指一个元件其几何形状使得其旋转产生一种泵送作用。
一个齿轮泵是特别适合的。
该旋转轴被附接到磁性转子上，它可以通过施加一个磁场来启动(转动)。表述“磁性转子”应理解为是指是该转子优选包括至少一个磁体。这个磁体可以是一个单一的磁体并且该旋转轴可以穿过这个磁体。可替代地，它可以是围绕该轴定位(优选以一种对称方式)的若干磁体。
根据本发明的泵包括用于将一个磁场施加到上述转子上的一个定子，该定子包括一个或多个磁线圈。该定子的这些线圈与通过插入其罩壳的转子直接相接触。液体被抽入泵中并且在转子的罩壳中循环；它与该转子但不与该定子相接触。
用于这些线圈的电力供应以及该泵控制优选地受到电子控制，如先前解释的。因此，根据本发明的泵还包括一个或多个印刷电路板(电子板)。
这个泵总体上包括一个过滤器，该过滤器优选地包围了机械泵送元件并且这个泵穿过过滤器进行抽吸，这样使得它被保护免受污染。
这个泵被一个壳体包围，该壳体包括一个下腔室以及一个盖件。
根据本发明的一个优选的变体，该下腔室包括一个上部分以及一个下部分，该上部分与盖件和转子罩壳形成了一个密封腔室，该密封腔室包围了定子和这些电子板，并且该下部分包围了转子、过滤器以及机械泵送元件。
根据这个变体，该转子罩壳可以例如通过一种螺钉连接而紧固到下腔室上。
优选地，它是使用多个凸缘或一个中间紧固部件以及一个密封件(例如O型环类型的)以一种密封的方式来紧固的。因此它将该腔室的内体积分成与该液体相接触的一个下部分以及一个上部的“密封的”部分。
优选地，将用于控制泵的这个或这些电子板整合到该腔室的上部分中。更优选地，这个或这些电子板是通过拧紧或夹紧而接合到盖件上的，该盖件被紧固(例如通过焊接)到该腔室的上部分上。
同样优选地，用于泵控制的这个板或这些电子板被转移到该泵的壳体的外部。
该压力传感器可以属于任何已知类型。电容或压阻类型或应变计类型的传感器是优选的。
该压力传感器包括一个测量元件。该测量元件可以是由不同类型的材料制成的。它优选地是由陶瓷、金属(特别是不锈钢)或一种半导体制成的。
该压力传感器的供电和运行控制优选是电子控制的。因此，该压力传感器还包括一个印刷电路板(电子板)，该印刷电路板通过多个电连接件而电连接到该测量元件上。
根据本发明，该压力传感器被定位于该泵的壳体中，并且它总体上被整合到该泵的一个部件之中。
术语“整合”应理解为是指将该传感器紧固(例如通过夹紧、拧紧、焊接，等)到该泵的一个部件上的任何方法。
在压力传感器被紧固到转子罩壳上的变体中，它优选地是通过重叠模制、焊接、粘合、机械组装(例如拧紧、夹持，等)来紧固到该罩壳的上壁中。
在根据本发明的系统的一个变体中，压力传感器的电子板被接合到测量元件上。优选地，该电子板和该测量元件被固定到罩壳上，例如通过胶合，经过机械固定(例如通过卷边)优选地使用一个密封件；通过重叠模制....。一种通过卷边的固定在实际中给出了良好结果。
在根据本发明的系统的另一个变体中，测量元件和压力传感器的电子板是分开的。
优选地，该壳体被分成两个腔室(一个密封的腔室以及存在流体的一个腔室)，并且该测量元件是位于二者的界面上。
当该转子是如以上说明在一个罩壳中时，后者有利地构成这个界面的至少一部分。
因此，可以设想出根据本发明的系统的不同实施方案。
根据一个第一实施方案，该传感器的测量元件和电子板被紧固(例如通过卷边、胶合、或焊接)到该转子罩壳的一个侧壁上并且构成所述罩壳的盖件。在这个变体中，因此该转子罩壳的上壁是由传感器的电子板和测量元件构成的，这样使得这个测量元件与该流体相接触。
根据一个第二实施方案，测量元件和电子板被紧固到转子罩壳的上壁的罩壳的内侧上，即在流体存在的一侧上。在该罩壳的上壁中制造了一个孔口，这样使得压力传感器的电子板与泵的ECM之间的多个电连接件能够穿过罩壳的壁。
根据一个第三实施方案，该罩壳的上壁包括配备有2个末端的一个管道，一个末端通向该转子罩壳的内部而一个末端上紧固了该压力传感器的测量元件。优选地该管道具有的直径实质上小于该转子罩壳直径，这样使得只是该测量元件在距该罩壳的一个距离处与该罩壳内存在的流体相接触，并且该传感器的电子板不与该流体相接触。
根据一个第四实施方案，测量元件被紧固到转子罩壳上壁上在罩壳上壁中制造的一个开口的地方，并且该传感器的电子板紧固在距该罩壳的一段距离处。优选地，该电子板被整合到用于控制该泵的电子板之中。例如，该传感器的电子板与用于控制泵的电子板的组件是重叠模制到该泵壳体的盖件上。
在将泵在一个液体(例如尿素)储箱中浸没的情况下，该泵的壳体优选包括形状为钟形的一个部件，该部件优选地不延伸(至少不是完全地)到储箱的底部并且不靠近过滤器。最特别优选地，该钟形结构和该过滤器被定位为以便产生用于流体的一条通道，这样使得在该泵是处于“向前”驱动(为了供给流体)时，该流体从该钟的下面穿过该钟的内表面与该过滤器的外表面之间的一个环形空腔而被抽吸以便最终由该机械泵送元件抽吸穿过这个过滤器。
换言之：该钟形结构优选地在其下部具有至少一个开口(它优选地是一个环形开口，该环形开口占据了其整个下圆周，这意思是说该钟形结构事实上放置在过滤器上而不在储箱的底部上)，并且它被定位为使得在其内表面与该过滤器的外表面之间产生一个环形空腔，通过该环形空腔液体能够经过该钟形结构的下开口被抽吸穿过该过滤器。
这个变体的优点是如果对泵和过滤器进行清洗(例如通过在相反方向旋转该泵、然后使它停止)，那么在该过滤器周围形成了一个空气穴，这确保后者保持干燥直到该泵重新启动，在冻结的情况下这将因此是更快的(因为在该过滤器中将会因此肯定会防止形成冰堵塞块)。
具有浸没的泵、过滤器、带有上钟形的泵体以及下腔室的这种变体在根据本发明的泵被整合到在一个储箱中浸没的一个基板上的情况下是特别有利的。例如，在本申请人名下的申请PCT/EP2007/055613中说明了此种基板，为此目的，其内容通过引用结合到本申请中。表述“基板”应理解为是指总体上一个被压平的安装板或部件(即该部件的厚度小于其长度或直径)，旨在挡住该储箱的下壁中的一个开口。应该注意的是这个部件可以是空心的并且限定一个腔室，该腔室通过一个添加剂能够流动穿过的孔口与该储箱相连通。它总体上具有一个任何形状的自身闭合的周界。通常，它的周界具有一个圆形的形状。优选地，这块基板整合了若干其他有源的储存器和/或计量元件，并且最特别优选地的是，它整合了与在该添加剂储箱中已有的、从其中离开的、或者到达其中的液体添加剂相接触的所有的有源部件。
在这种情况下，对于该泵的壳体的下腔室有利的是包括一个基本上圆柱形的壁，该壁配备有一个底座并且与该基板模制成为一体。优选地，该壳体还包括一个盖件，该盖件以一种密封的方式与这个圆柱形的壁进行组装。
本发明还涉及一种紧凑的模块，该模块包括一个泵、至少部分围绕该泵的一个过滤器。
优选地，这个模块被整合到一个基板上，该基板浸没在诸如先前说明的一个液体储箱中。
因此，本发明还涉及其中浸没了如以上说明的泵的一个液体储箱，这样使得该泵的壳体包括形状为钟形的一个部件，该部件在其下部分具有至少一个开口并且该部件被定位为以便在其内表面与过滤器的外表面之间产生一个环形空腔，经由该环形空腔能够抽吸该液体穿过过滤器。
优选地，本发明还涉及一种液体储箱，在该液体储箱中泵被整合到在该储箱中浸没的一个基板上，并且该泵的壳体的下部分包括一个基本上圆柱形的壁，该壁配备有与该基板模制为一体的一个底座。
本发明还涉及如上所说明的一种泵或一种储箱在一种使用了低共熔的水/尿素溶液的SCR系统(用于选择性催化还原在车辆的排气中的NOx的系统)的用途。
附图说明
图1至图11非限制性地展示了本发明，它们示出了：：
图1：通过根据本发明的一个优选变体的泵的多个特定部件的垂直截面；
图2：这些相同部件的分解视图；
图3：这些相同部件的分解截面视图；
图4：根据一个相似变体的泵和浸没的基板的垂直截面；
图5：根据与图4相似的另一个变体的泵的一个部分的放大图；
图6、图7：根据本发明的一个有利变体的泵的旋转轴和转子；
图8至图11：示意性地，将一个压力传感器紧固到一个转子罩壳上的不同方法。
在这些图中，相同的数字指代相同的部件。
具体实施方式
图1中所展示的是一个罩壳1，该罩壳围绕根据本发明的一个有利变体的泵的一个磁性转子4并且它是旨在将一种尿素溶液注入柴油发动机车辆的排气中。该罩壳1包括一个上壁1’。一个定子5完全围绕该罩壳1而定位。一个压力传感器2被紧固到罩壳1的上壁1’上。这包括一个电子板(未示出)，该电子板电连接到一个用于控制该泵的电子板3上。该传感器的电子板可以被重叠模制到或整合到该电子板3上。电子板3包括例如一个印刷电路板(PCB)。
图2和图3展示了由定子5包围的罩壳1。在罩壳1的上壁1’上方是PCB 3，并且在上壁1’与PCB 3之间有可能整合如图1中所展示的压力传感器2，这能够以若干方式实现，特别是图8至图11中所展示的方式。
图4表示了被整合到一个浸没的基板11中的泵的一个变体的截面视图。该基板11包括与其模制成为一体的一个尿素收集器11’、以及还有同样与其模制成为一体并且旨在被连接到一条管线上的一个出口管10，该管线用于将尿素供给发动机(未示出的部件)的排气。根据本变体，该泵被一个壳体包围，该壳体包括一个下腔室13以及一个盖件12。该下腔室13包括一个下部分6以及一个上部分14。
下部分6包围了一个过滤器7并且在其底部部分中具有至尿素收集器11’的一个周边开口，这样使得这个泵能够穿过周边开口和过滤器7来抽吸尿素收集器11’中存在的尿素。该泵包括一个旋转轴8，该旋转轴被附接到一个转子4上以及一个机械泵送元件9上。转子4被一个罩壳1所包围，尿素在该罩壳中循环并且该罩壳以一种密封的方式被紧固到下腔室13上。
罩壳1、盖件12以及上部分14构成一个尿素不可渗透的腔室。
罩壳1被构成定子5的磁性线圈所包围。该泵的运行是由一个控制器(未示出)来管理的，该控制器包括至少一个电子板3。
图5表示了根据与图4相似的另一个变体的泵的一个部分的放大图，展示了转子/罩壳/定子的组装件。在这个图中，该罩壳1是通过多个凸缘18并且通过一个O型环20以一种密封方式紧固到下腔室13上。定子5是通过多个螺钉15紧固到下腔室13上。
图6中所展示的是如图4中所展示的泵的旋转轴8。这个轴8被附接到一个机械泵送元件9上并且在旨在附接到该转子上的一个末端处包括一个扁平的区段16，其形状能够与转子4中制成的一个相应的轮廓17相配合，这样使得当转子4通过与定子5的磁性耦合来进行驱动时，轴8同样被驱动并且该机械泵送元件能够产生一种运动用于通过该泵来传送尿素。
图8至图11表示了根据本发明的系统的不同变体。
图8展示的变体中压力传感器2构成罩壳1的上壁。它可以通过卷边(将该罩壳的横向壁的上边缘折叠到其上)而被固定到其上。压力传感器2包括一个测量元件以及一个电子板，该电子板通过多个电连接件19以电子方式连接到一个用于控制该泵的ECM(未示出)上。
在图9的变体中，压力传感器2被紧固(例如通过重叠模制或胶合)到罩壳1的上壁的内侧上，即尿素循环的地方。在罩壳1的上壁中制造了一个孔口，这样使得这些电连接件19能够穿过罩壳1的壁并且允许在该电子板与该ECM之间建立一种电连接。
在图10的变体中，罩壳1的上壁包括配备有2个末端的一个管道21，一个末端通向该罩壳1的内部而一个末端上连接了压力传感器2。根据这个变体，传感器2在距罩壳1的上壁一段距离处与在该泵中循环的流体相接触。
在来自图11的变体中，测量元件2”和压力传感器2的电子板2’是分开的并且通过这些连接件19进行电连接。只有该测量元件被紧固到罩壳1的上壁上与在罩壳1中制成的一个开口相对齐，该电子板被电连接到ECM上。
Claims (12)
1.旋转泵，该旋转泵旨在泵送对在一个车载系统中的排气进行污染控制的一种液体并且包括一个转子(4)、一个定子(5)、以及一个压力传感器(2)，该转子和定子被定位在一个壳体中，该壳体包括界定了一个主要的内体积的一个壁并且整合了用于该泵的一个出口管，并且该压力传感器被定位在该壳体的主要的内体积之内。
2.根据前一权利要求所述的泵，其特征在于，该壳体被分成不包含液体并且是不泄漏的一个腔室以及其中存在液体的一个腔室。
3.根据以上权利要求中的任一项所述的泵，其中该转子是装在一个固定的罩壳(1)中的一个磁性转子(4)，该固定的罩壳包括一个上壁(1’)，该压力传感器(2)被紧固到该罩壳(1)的上壁(1’)上。
4.根据前一权利要求所述的泵，其特征在于，它包括既被附接到一个机械泵送元件(9)上又被附接到该磁性转子(4)上的一个旋转轴(8)。
5.根据前一权利要求所述的泵，其特征在于，它包括包围该泵送元件(9)的一个过滤器(7)以及至少一个电子板(3)，其特征在于，它被一个壳体包围，该壳体包括一个下腔室(13)以及一个盖件(12)，并且其特征在于该下腔室(13)包括：
一个上部分(14)，该上部分与该盖件(12)和该罩壳(1)形成了一个密封的腔室，该腔室包围了该定子(5)以及该电子板(3)；以及
一个下部分(6)，该下部分包围了该过滤器(7)以及该机械泵送元件(9)。
6.根据前一权利要求所述的泵，其特征在于，该罩壳(1)是通过一种螺钉连接(15)而紧固到该下腔室(13)上。
7.根据权利要求5或6所述的泵，其特征在于，该电子板(3)被整合到该上部分(14)之中。
8.根据权利要求3至7中的任一项所述的泵，其特征在于，该压力传感器(2)包括一个测量元件(2”)以及一个电子板(2’)，并且其特征在于该电子板(2’)以及该测量元件(2”)被固定到该罩壳(1)上。
9.根据权利要求5至7中的任一项所述的泵，其特征在于，该压力传感器(2)包括一个测量元件(2”)以及一个电子板(2’)，并且其特征在于该测量元件(2”)被紧固到该罩壳(1)的壁上并且该电子板(2’)被整合到用于控制该泵的该电子板(3)之中。
10.用于一种排气污染控制液体的储箱，其中浸没了根据前一权利要求的一个泵，其特征在于，该泵的壳体包括形状为钟形的一个部件，该部件在其下部分具有至少一个开口并且被定位为以便在其内表面与过滤器(7)的外表面之间产生一个环形空腔，通过该环形空腔能够穿过该过滤器(7)而抽吸该液体。
11.根据前一权利要求所述的储箱，其特征在于，该泵被整合到浸没在该储箱中的一个基板(11)之中，并且其特征在于该泵的壳体的下部分(13)包括一个基本上圆柱形的壁，该壁配备有一个底座，该底座与该基板(11)模制成为一体。
12.根据权利要求1至9中的任一项所述的泵或根据权利要求10和11中的任一项所述的储箱在使用了一种低共熔的水/尿素溶液的一个SCR系统(用于选择性催化还原在车辆的排气中的NOx的系统)的用途。
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