CN103261642A - 内燃发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机的控制装置，其具有进气压传感器和空气流量计，该内燃发动机的控制装置具有：计算部，其在通过曲轴起动电动机进行的内燃发动机的曲轴起动开始后，基于由进气压传感器测量出的进气负压计算燃料喷射量；以及切换部，其进行下述动作，即，如果实际进气量的变化值小于阈值，则切换至基于由空气流量计测量出的进气流量计算燃料喷射量。

Description

内燃发动机的控制装置

技术领域

本发明涉及内燃发动机的控制装置。

背景技术

在JP-3586975-B中公开了下述技术，即，在曲轴起动过程中关闭进气节气门，从而使在进气流动方向上与进气节气门相比下游侧的负压发展。

发明内容

当前，通常基于热线式空气流量计的信号对吸入空气流量进行检测，基于该吸入空气流量，确定燃料喷射量（L-Jetronic方式）。

该L-Jetronic方式反应较快，因此，如果是通常运转，则对燃料效率提高·燃烧稳定有效果。但是，如果吸入空气流量较少，则由L-Jetronic方式计算出的进气量不稳定，燃料喷射量也会变得不稳定。

本发明就是着眼于上述现有问题点而提出的。本发明的目的在于提供一种内燃发动机的控制装置，该内燃发动机的控制装置即使在像曲轴起动过程这样的吸入空气流量较少的情况下，也可以稳定地喷射燃料，另外，可以在进气流量检测精度较高的状态下进行切换。

本发明的实施方式的内燃发动机的控制装置，其具有进气压传感器和空气流量计。而且，还具有：计算部，其在通过曲轴起动电动机进行的内燃发动机的驱动起动开始后，基于由进气压传感器测量出的进气负压，计算燃料喷射量；以及切换部，其在实际进气量的变化值小于阈值的情况下，切换至基于由空气流量计测量出的进气流量计算燃料喷射量。

关于本发明的实施方式、本发明的优点，以下根据附图详细地说明。

附图说明

图1是表示用于说明本发明涉及的内燃发动机的控制装置的一个实施方式的结构的图。

图2是表示发动机控制器的具体的控制内容的流程图。

图3是说明执行控制流程时的动作的时序图。

图4是说明实施方式的效果的图。

具体实施方式

首先说明本发明的基本概念。

本发明的实施方式是鉴于下述课题而提出的，即，在如曲轴起动过程这样的进气流量较少的情况下，由于在L-Jetronic方式（空气流量计式燃料喷射方式）中吸入空气量的检测精度降低，因此燃料喷射量变得不稳定。本发明的要点是在进气流量较少时，设为所谓的D-Jetronic方式（压力式燃料喷射方式），如果进气流量增加，则切换至L-Jetronic方式。在进气流量较少时设为D-Jetronic，如果进气流量增加，则切换至由空气流量计进行的检测控制的情况下，每次曲轴起动时，状况都会变化，因此不能设定恒定的进气流量的阈值。另外，根据状况而区分情况，设定多个阈值比较复杂，并不太容易。因此，在本实施方式中，通过研究切换定时的判断方法，从而在进气流量检测精度较高的状态下进行切换。

为了容易理解本发明，首先说明L-Jetronic方式及D-Jetronic方式。

燃料喷射量运算方式大致可划分为所谓的L-Jetronic方式和D-Jetronic方式。

在L-Jetronic方式中，根据进气流量Q和内燃机转速N，按照下式（1），运算基本燃料喷射量Tp（下面将此表示为LTp），该进气流量Q是基于来自配置在进气通路中的空气流量计的信号检测出的。此外，将穿过空气流量计的热线（Wire）的空气流量称为进气流量。如果内燃发动机起动，则在曲轴起动的初期，该进气流量的实际值基本上单调增加。进气流量的单位是“g/s”。

LTp=K×Q/N（K为常数）  （1）

在D-Jetronic方式中，基于由配置在进气通路的节气门阀下游的压力传感器检测出的进气压力P，按照下式（2），运算基本燃料喷射量Tp（下面将此表示为DTp）。此外，根据进气压力计算出的每次循环的筒内流入空气量称为气缸进气量。如果内燃发动机起动，则在曲轴起动的初期，该气缸进气量的实际值基本上单调减少。气缸进气量的单位是“g/cyl”。

DTp=KC×P×ηV×KTA  （2）

（KC是常数、ηV是填充效率、KAT是进气温度修正系数）

而且，基于该基本燃料喷射量Tp（LTp或DTp），按照下式（3），运算最终的燃料喷射量Ti。

Ti=Tp×COEF（COEF是各种修正系数）  （3）

L-Jetronic方式在各方面比D-Jetronic方式优越，但如果使用热线式空气流量计，则在如曲轴起动时这样的吸入空气量极少时，进气流量的检测精度降低。因此，根据由热线式空气流量计检测出的进气流量求出的燃料喷射量与实际的进气流量不对应。此外，虽然进气流量和气缸空气量的单位不同，但基于规定的关系式，可以彼此转换。

下面，说明本发明的实施方式的具体内容。

图1是表示用于说明本发明涉及的内燃发动机的控制装置的一个实施方式的结构的图。

该实施方式的内燃发动机的控制装置，以高精度计算出吸入至内燃发动机主体100中的进气流量。在内燃发动机主体100的进气通路002中，从空气的流动方向的上游侧开始设置有空气流量计001、节气门阀003、进气压传感器004及喷射器005。

空气流量计001是热线式空气流量计。如果向由于电流流过而被加热的线（热线）流动空气，则会带走线的热量。空气的流速越快（即，每单位时间的进气流量越多），会带走越多的热量。其结果，线的电阻变化。利用这种特性检测进气流量的，是热线式空气流量计。

节气门阀003对应于目标输出而调整开度，对吸入至内燃发动机主体100中的进气流量进行调整。通常，目标输出对应于由加速器传感器011检测出的加速器踏板操作量的信号进行设定，但例如在自动巡航行驶控制过程中，该目标输出独立于加速器传感器011的检测信号而另行设定。

进气压传感器004设置在进气集气管013中，对流过进气集气管013的进气的压力进行检测。进气集气管013设置在节气门阀003的下游。因此，进气压传感器004检测出的压力通常小于或等于大气压。

喷射器005喷射燃料。此外，喷射器005可以是向进气口喷射燃料的类型，也可以是向内燃发动机主体100的气缸直接喷射燃料的类型。

在内燃发动机主体100中设置有进气动阀装置006、排气动阀装置007及曲轴转角传感器008。

进气动阀装置006通过进气阀，对内燃发动机主体100的气缸和进气口进行开闭。进气动阀装置006可以是以恒定的曲轴转角（开闭定时）开闭进气阀的类型，也可以是以与运转状态对应地变更的曲轴转角（开闭定时）开闭进气阀的类型。如果是开闭定时可变的类型，则设置有对实际的开闭定时进行检测的传感器及对开闭定时进行变更的致动器。该传感器的检测信号发送至发动机控制器012。另外，基于从发动机控制器012接受到的信号，致动器对开闭定时进行变更。

排气动阀装置007通过排气阀，对内燃发动机主体100的气缸和排气口进行开闭。排气动阀装置007可以是以恒定的曲轴转角（开闭定时）开闭排气阀的类型，也可以是以与运转状态对应地变更的曲轴转角（开闭定时）开闭排气阀的类型。如果是开闭定时可变的类型，则设置有对实际的开闭定时进行检测的传感器及对开闭定时进行变更的致动器。该传感器的检测信号发送至发动机控制器012。另外，基于从发动机控制器012接受到的信号，致动器对开闭定时进行变更。

曲轴转角传感器008对曲轴的旋转角度进行检测。

在内燃发动机主体100的排气通路009中，从空气流动方向的上游侧开始设置有上游侧排气净化催化剂014及下游侧排气净化催化剂015。而且，在上游侧排气净化催化剂014的入口附近设置有A/F传感器（空燃比传感器）010。A/F传感器（空燃比传感器）010对从内燃发动机主体100排出的排气的空燃比进行检测。上游侧排气净化催化剂014及下游侧排气净化催化剂015对内燃发动机主体100排出的排气进行净化。

发动机控制器012由微型计算机构成，该微型计算机具有中央运算装置（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）及输入输出接口（I/O接口）。也可以由多个微型计算机构成发动机控制器012。发动机控制器012分别从空气流量计001、进气压传感器004、进气动阀装置006的传感器、排气动阀装置007的传感器、曲轴转角传感器008、A/F传感器010及加速器传感器011接收信号。而且，发动机控制器012基于这些信号，执行规定的运算，向节气门阀003、喷射阀005、进气动阀装置006的致动器及排气动阀装置007的致动器发送控制信号，对内燃发动机的运转进行控制。

图2是表示发动机控制器的具体的控制内容的流程图。

在本实施方式中，在步骤S1中，发动机控制器开始曲轴起动。此外，本实施方式在曲轴起动开始时，将节气门阀全闭而使负压发展。通过这些动作促进燃料的气化。其结果，能够改善排气，并且，防止之后的发动机旋转急剧上升（窜高）而改善燃料效率。本实施方式以上述技术作为前提。

在步骤S2中，发动机控制器开始D-Jetronic方式，并且，清零计数器及定时器。

在步骤S3中，发动机控制器判定内燃发动机的转速是否大于曲轴起动转速。由此，判定是否成为下述状态，即，内燃发动机发生燃烧而不仅是通过曲轴起动电动机进行旋转的状态。如果判定结果为肯定，则发动机控制器进入步骤S4的处理，如果判定结果为否定，则进入步骤S9的处理。此外，也可以省略步骤S3，在刚刚开始进行曲轴起动之后，开始气缸进气量的变化量的运算。即，也可以在起动时始终运算气缸进气量的变化量。

在步骤S4中，发动机控制器对气缸进气量的变化值△进行运算。具体而言，通过求出从气缸进气量的此次值减去气缸进气量的前次值而得到的绝对值，运算出气缸进气量的变化值△。此外，通过如上所述，如果内燃发动机起动，则气缸进气量的实际值单调减少，因此在刚刚起动后，气缸进气量的变化值△是负值，开始时绝对值较大。然后，随着时间的经过，绝对值变小，在稳态状态下，收敛为零。此外，在本实施方式中，基于由进气压传感器004检测出的进气压力P，推定气缸进气量。由此，防止在进气流量较少时使用空气流量计检测的进气流量的精度较低的问题。

在步骤S5中，发动机控制器，直至变化值△小于规定值（阈值）为止进行待机，如果变化值△变得小于规定值（阈值），则进入步骤S6的处理。而且，该规定值（阈值）是在将气缸进气量的变化值△作为基准切换控制的情况下，对应于内燃发动机规格，预先通过试验求出的最佳的值。即，规定值（阈值）是起到以下作用的基准值，即，根据该规定值（阈值），能够高精度地检测出进气量充分增加并稳定的状态，从而从基于进气负压计算燃料喷射量切换至基于吸入空气流量计算燃料喷射量。详细内容将后述。

在步骤S6中，发动机控制器使计数器递增。

在步骤S7中，发动机控制器判定计数器值是否大于规定值（阈值）。如果判定结果为否，则发动机控制器进入步骤S5的处理，如果判定结果为肯定，则发动机控制器进入步骤S8的处理。

此外，如果将该计数器值的规定值（阈值）设定为微小值，则当气缸进气量的变化值△变得大于规定值（阈值）时，立即切换至L-Jetronic方式。

另外，如果将该计数器值的规定值（阈值）设定为某种程度较大的值，则气缸进气量的变化值△小于规定值（阈值）的状态持续规定时间，切换至L-Jetronic方式。由于在曲轴起动开始初期是进气流量（气缸进气量）的变动特别激烈的状态，因此，气缸进气量的变化值△只有一次小于规定值（阈值），则有可能进气流量还不稳定。但是，如果将该计数器值的规定值（阈值）设定为某种程度较大的值，则气缸进气量的变化值△小于规定值（阈值）的状态持续规定时间，才切换至L-Jetronic方式，由此可以以高精度检测出进气流量充分增加并稳定的情况。

在步骤S8中，发动机控制器从D-Jetronic方式进行切换而开始L-Jetronic方式。

在步骤S9中，发动机控制器判定曲轴起动是否停止。如果判定结果为否，则发动机控制器进入步骤S3的处理，如果判定结果为肯定，则发动机控制器进入步骤S10的处理。

在步骤S10中，发动机控制器直至定时器的时间达到规定时间为止进行待机，如果经过了规定时间，则进入步骤S8的处理。

图3是说明执行控制流程时的动作的时序图。

此外，为了容易理解与上述流程图的对应关系，对流程的步骤编号附加S一起记录。

执行上述的控制流程，而以下述方式动作。

在时刻t0，开始曲轴起动（图3（F）：步骤S1），开始D-Jetronic方式，并且，将切换判定计数器及强制切换定时器清零（图3（A）及图3（G）：步骤S2）。

如果在时刻t11内燃发动机的转速大于曲轴起动转速（图3（A）：步骤S3为是），则运算气缸进气量的变化值△（图3（C）：步骤S4）。此外，图3（C）所示的气缸进气量的变化值△在取绝对值之前的负值，在这里，阈值也以负值表示。

如果在时刻t12曲轴起动停止（图3（F）），则强制切换定制器动作（图3（G））。

如果在时刻t13气缸进气量的变化值△大于规定值（阈值）（即，变化值△的绝对值小于阈值）（图3（C）：步骤S5为是），则切换判定计数器递增（图3（A）：步骤S6）。直至切换判定计数器值大于规定值（阈值）为止，反复进行步骤S5→S6→S7。

从时刻t14开始至t15为止，气缸进气量的变化值△小于规定值（阈值）（即，变化值△的绝对值大于阈值）（图3（C））。因此，在步骤S5中进行待机，切换判定计数器不递增（图3（A））。

在时刻t15，气缸进气量的变化值△再次大于规定值（阈值）（即，变化值△的绝对值小于阈值）（图3（C）：步骤S5为是），则切换判定计数器递增（图3（A）：步骤S6）。直至切换判定计数器值大于规定值（阈值）为止，反复进行步骤S5→S6→S7。

在时刻t16，切换判定计数器值大于规定值（阈值）（图3（A）：步骤S7为是），从D-Jetronic方式切换至L-Jetronic方式（图3（A）：步骤S8）。

图4是说明本实施方式的效果的图。

在本实施方式中，如上所述，刚开始以D-Jetronic将内燃发动机起动，如果气缸进气量的变化值△（即，前次值与此次值的差的绝对值）小于规定值（阈值），则切换至L-Jetronic。由此，可以以高精度检测出进气流量。参照图4对此进行说明。

刚起动内燃发动机后，进气流量较少。在这种状态下，如图4（A）所示，由L-Jetronic方式检测出的检测值变动而从实际值偏离。与此相对，如图4（B）所示，由D-Jetronic方式检测出的检测值与实际值大致一致。因此，刚起动内燃发动机后，优选利用D-Jetronic方式进行检测。

然后，考虑进气流量大到某种程序以后，踏入加速器踏板，进气流量急剧变化的情况。在该情况下，如图4（B）所示，由D-Jetronic方式检测出的检测值不追随实际值的变化，而从实际值偏离。与此相对，如图4（A）所示，由L-Jetronic方式检测出的检测值能够以高精度追随实际值的变化，与实际值大致一致。因此，进气流量大到某种程度以后，优选利用L-Jetronic方式进行检测。

而且，在本实施方式中，如果气缸进气量的变化值△小于规定值（阈值），则切换至L-Jetronic方式。即，特别地，着眼于气缸进气量的变化值△，如果该气缸进气量的变化值△以与阈值相比更接近于零的方式使变化收敛，则从D-Jetronic方式切换至L-Jetronic方式。

L-Jetronic方式反应较快，如果是正常运转，则对燃料效率提高·燃烧稳定有帮助，但如果吸入空气较少，则检测精度下降而燃料喷射量也变得不稳定。

与此相对，D-Jetronic方式虽然反应迟钝，但在吸入空气量较少时，与L-Jetronic方式相比，能够以良好的精度检测出气缸进气量（进气流量），燃料喷射量比较稳定（不会反应过度）。

因此，在本实施方式中，在吸入空气流量较少的曲轴起动初期设置为D-Jetronic方式，如果吸入空气流量增加而大于规定，则切换至L-Jetronic方式。

在此，在进气流量较少时设为D-Jetronic，如果进气流量增多，则切换至利用空气流量计的检测控制的情况下，每次进行曲轴起动，状况都会改变，因此，不能设定恒定的进气流量。另外，对应状况而区分情况，设定多个阈值也比较复杂，并不太容易。

因此，如本实施方式所示，如果基于气缸进气量的变化值△，对燃料喷射量的计算方法进行切换，则能够以良好的精度判断稳定的情况，可以避免曲轴起动初期变得不稳定的情况。另外，还可以避免下述情况，即，在曲轴起动后期，虽然已经稳定，但仍不使用对燃料效率提高·燃烧稳定有贡献的L-Jetronic方式。

另外，因为内燃发动机转速不一定与进气流量和进气流量稳定度相关，因此不能基于内燃机发动机转速进行判定，但只要基于D-Jetronic方式的气缸进气量的变化值△，就能以良好的精度检测出进气流量充分增加并稳定的情况，从而能迅速切换至L-Jetronic方式。

而且，在本实施方式的步骤S7中，如果规定值（阈值）大到某种程度，则在气缸进气量的变化值△大于规定值（阈值）的状态持续规定时间的情况下，切换至L-Jetronic方式。曲轴起动初期是气缸进气量的变化值△的变动特别激烈的状况，因此，气缸进气量的变化值△只有一次小于规定值，则进气流量有可能没有充分上升。因此，如本实施方式所示，如果气缸进气量的变化值△小于规定值（阈值）的状态持续规定时间，就切换至L-Jetronic方式，由此，能够以良好的精度检测出进气流量充分增加并稳定的情况。

而且，在本实施方式中，如果停止曲轴起动电动机的驱动后，经过了规定时间，则强制地切换至L-Jetronic方式。由此，可以避免在气缸进气量的变化值△不收敛的情况下，一直维持D-Jetronic方式的情况。

本实施方式并不是基于“将在进气量较少时空气流量计的不稳定检测值，在成为稳定的进气量后使用”这种技术思想。本实施方式是基于“即使空气流量计的检测值稍微有些波动（振荡），也使用空气流量计的检测值，从而将急剧变化时的响应性良好作为优先”这种技术思想。为了实现这种技术思想，具有将以下内容作为特征的创新性，即，在进气量急剧增加的起动时，基于实际的气缸进气量的变化减小的情况，判断什么时候进行切换。

在负压发展前的进气流量较少时，经过空气流量计的热线部分的空气流量过少，实际上进气流量不振荡（增减）而单调地增加，尽管如此，由空气流量计检测出的检测值也会有振荡。因此，即使利用L-Jetronic方式运算进气量，也如图4（A）的时刻t21之前的部分所示，精度降低。

另一方面，如果进气量增加而空气流量计的检测值稳定至某种程度，则如图4（B）的时刻t22之后部分所示，在由于加速器操作等而实际进气量急剧变化时，D-Jetronic方式的进气量运算延迟成为问题。因此，在进气量增加而使空气流量计的检测值稳定至某种程度后，优选选择L-Jetronic方式。

在本实施方式中，对由于进气流量过少而导致的L-Jetronic方式的进气量运算精度的降低、和气缸进气量变动的情况下的D-Jetronic方式的进气量运算精度的降低进行比较，总体上能够尽可能减少燃油效率或排气效率的恶化的定时（两者的优点逆转的定时）进行估算，在负压发展过程中切换进气量运算方法。

该定时基本上可以设为进气流量（气缸进气量）成为规定值的定时。

但是，可知该进气流量（气缸进气量）的规定值受到运转条件或环境的影响而变动较大，极难根据运转条件·环境进行修正或应对（图表化）。

发明人经研究得知，即，如果在进气流量（气缸进气量）的变化值△成为大于或等于规定值（绝对值小于或等于规定值）处，切换进气量运算方法，则不会受到运转条件或环境的影响，而在任何情况下，都可以以良好的精度设定逆转定时。因此，在本发明中，基于进气流量（气缸进气量）的变化值△大于或等于规定值（绝对值小于或等于规定值）的情况，切换运算方法。即，进气量的变化值△的阈值，设定为“表示实际进气量成为如下述的进气量的实际空气量的变化值△，即，在加速器踏板操作量不变化的稳态时，与基于由空气流量计测量出的进气流量计算出的燃料喷射量相比，基于由进气压传感器测量出的进气负压计算出的燃料喷射量成为更对应于实际进气量的燃料喷射量，在加速器踏板操作量变化的过渡时，与基于由进气压传感器测量出的进气负压计算出的燃料喷射量相比，基于由空气流量计测量出的进气流量计算出的燃料喷射量成为更对应于实际进气量的燃料喷射量”。由此，不会受到运转条件（环境）的影响，能够在确保较高的检测精度的状态下进行切换。逆转定时的空气流量计检测值，虽然急剧变化时的追随性较高，但仍然残留有振荡。因此，在上述实施方式中，将其值稳定的进气压传感器的检测值视为进气流量（气缸进气量）的实际值而求出变化值△。或者，也可以使用进气压传感器的检测值本身（进气压），取代与对应于进气压而设定的阈值进行比较。即，作为实际进气量，可以采用基于由进气压传感器测量出的进气负压推导出的各种参数。

此外，本实施方式的技术思想，并不是空气流量计检测值的振荡收敛后使用空气流量计的检测值。本实施方式并不是基于利用空气流量计进行检测而产生的振荡，而是基于单调增加或单调减少的实际值（即，能够由进气压传感器检测出的）的变化值△小于或等于规定值，切换至使用空气流量计检测值的运算。并没有采用在空气流量计的检测值的振荡收敛后，使用空气流量计的检测值的技术思想。

如上述说明，根据本实施方式，即使在像曲轴起动这样的进气流量不稳定的情况下，也能够稳定地喷射燃料，另外，能够在进气流量检测精度高的状态下进行切换。

此外，在曲轴起动过程中关闭进气节气门，使在进气流动方向上进气节气门下游侧的负压发展的情况下，进气流量特别不稳定。本实施方式在这种情况下尤其有效。然而，即使是在曲轴起动过程中对进气节气门的开度不执行特别的控制的结构，在曲轴起动过程中或内燃发动机的起动初期进气流量也不稳定，因此，本实施方式有效。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只表示本发明的适用例的一部分，并不能将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。

本申请基于2010年12月27日向日本特许厅申请的日本特愿2010-290239号并主张其优先权，将该申请的全部内容作为参照引入本说明书中。

Claims (6)

1.一种内燃发动机的控制装置，其具有进气压传感器和空气流量计，

该内燃发动机的控制装置具有：

计算部，其在通过曲轴起动电动机进行的内燃发动机的曲轴起动开始后，基于由进气压传感器测量出的进气负压，计算燃料喷射量；以及

切换部，其在实际进气量的变化值小于阈值的情况下，切换至基于由空气流量计测量出的进气流量计算燃料喷射量。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制装置，其中，

所述切换部，在进气量的变化值大于阈值的状态持续规定时间的情况下，切换至基于由空气流量计测量出的进气流量进行计算。

3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制装置，其中，

所述实际进气量基于由进气压传感器测量出的进气负压推导出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃发动机的控制装置，其中，

所述阈值是表示实际进气量成为如下述的进气量的实际空气量的变化值，即，在加速器踏板操作量不变化的稳态时，与基于由空气流量计测量出的进气流量计算出的燃料喷射量相比，基于由进气压传感器测量出的进气负压计算出的燃料喷射量成为更对应于实际进气量的燃料喷射量，在加速器踏板操作量变化的过渡时，与基于由进气压传感器测量出的进气负压计算出的燃料喷射量相比，基于由空气流量计测量出的进气流量计算出的燃料喷射量成为更对应于实际进气量的燃料喷射量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃发动机的控制装置，其中，

所述切换部，在通过曲轴起动电动机进行的曲轴起动停止后，经过了规定时间后仍然基于进气负压计算燃料喷射量时，切换至基于由空气流量计测量出的进气流量进行计算。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃发动机的控制装置，

在能够判定发动机转速大于曲轴起动电动机的转速，并且，发动机转速已超过进气量的变化值暂时不会小于所述阈值的发动机转速后，如果实际进气量的变化值小于阈值，则切换至基于由空气流量计测量出的进气流量计算燃料喷射量。

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