CN107850017A - 内燃机用流体加速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种安装在流体的输送通道中以增加流体速度的流体加速装置。流体加速装置包括:主体,形成为圆筒形结构以设置于流体的输送通道上;中心孔,用于在所述主体的中心朝上下方向上形成文氏管通道,并且在所述文丘里通道的内周面具备螺旋引导槽;以及多个中间孔,以所述中心孔的中心沿着中心孔的边缘朝所述主体的上下方向形成。本发明的流体加速装置简单地设置于利用流体的通常的装置上用于提高流体的速度。

Description

内燃机用流体加速装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种安装在用于向内燃机的发动机供给进气的输送通道上的内燃机 用流体加速装置,更详细而言,涉及能提高流通的空气的流速的适用文丘里管结构的内燃 机用流体加速装置。
背景技术
[0002]通常,内燃机发动机的四个驱动动作为依次进行吸入、压缩、爆发、排气的动作后 产生功率。
[0003]发动机功率是在气缸内的燃烧室发生的热能。此时,所述燃烧室位于发动机的头 部将密封在内部的微粒化的燃料与空气瞬间燃烧后得到功率,此时为了提高功率需要燃烧 更多的燃料来增加单位时间内产生的能量,此时需要更多的吸入空气量。
[0004]但不能单纯地增大燃烧为了获得确实的高效率要符合多个周边条件。
[0005]所述发动机的功率与使用的空气量成正比,为了增加吸气量,需要变更每个气缸 的排量或改善空气流量或使用气缸数量来变更量。此时,作为向燃烧室供给必要空气的通 路,吸气装置是用于提高发动机的耐久性的非常重要的装置。
[0006]在发动机的四个驱动动作中,从最初吸入的空气的入口与最终排出的排气口产生 对空气流动发生阻力作用的各种复杂步骤的进气压力与排气压力。
[0007]如图1所示,从最初吸入口至最终排气口的渠道依次经过进气过滤器311、进气管 32、节气门体33、缓冲罐34、进气歧管:35、头部(进气口)36、汽缸内的燃烧室37、气缸盖(排气 口)38,排气歧管39、排气管40、催化剂装置41、中间管42、主消声器43以及尾管44。此时,进 气管是指将进气过滤器连接到节气门体的管。
[0008]进气压力是以燃烧室为基准的流入端,排气端的排气压力是阻力气流。
[0009]另外,在进排气系统中,具有进气门与排气门同时打开的气门重叠时段,以通过使 用气流的惯性来增加空气供应效率。
[0010]所述重叠根据发动机的旋转速度在一秒钟内重复产生几十至几百次,在气门重叠 时段丧失进气门的气密密封状态的作用,使得导致回闪问题。为了防止这种情况,若没有设 置气门重叠时段,则无法利用空气的惯性及活塞的垂直往复运动接收大量的空气压力的机 械负载,从而效率大大降低,因此必须要设计气门重叠时段。
[0011]此外,进气脉动波在进气期间,借助惯性力进入的空气被进气门的关闭施加压力 的同时,产生相反的流程,并与进入的空气相碰撞,使得进入的外部的空气受妨碍,从而脉 动波影响节气门体的入口或进气过滤器(空气过滤器的入口),这样的进气妨碍导致发动机 功率下降的原因之一。
[0012]为了解决所述问题,目前已经提出了各种类似的技术。通常公知的技术有龙卷风、 旋流器、喷射阀、涡轮增压器、增压器、中间冷却器装置等的气门重叠时段的用于获得可变 惯性效果的凸轮轴。
[0013]这些装置是用于使吸入的空气获得更有效的惯性以及用于强制压力下流动的装 置,但是难以达到预期的效果,并且提高密度来供给时,需要配置用于冷却高密度空气的冷 却器等补充装置,因此非常复杂且制造成本增加。
发明内容
[0014] 要解决的技术问题
[0015]本发明是鉴于所述诸多问题而提出的,其目的在于,提供一种通过安装在用于流 入内燃机的流体的空气的移动通道中而改善进气流体的流速,并形成涡流,可以控制流体 的移动,从而使形成涡流的流体与移动通道之间的摩擦最小化的内燃机用流体加速装置。 [0016]技术方案
[0017]为了实现所述目的,本发明提供了一种内燃机用流体加速装置,包括:主体,形成 为圆筒形结构设置于流体的输送通道上;中心孔具备文丘里通道与引导槽,文丘里通道在 所述主体的中央朝上下方向形成,引导槽形成为螺旋形设置于所述文丘里通道的内周面; 以及多个中间孔,以所述中心孔作为中心沿着中心孔的边框朝所述主体的上下方向形成。 [0018] 有益效果
[0019]根据本发明的流体加速装置可以容易地安装在使用流体的现有装置中以改善流 体速度。
[0020] 当将根据本发明的流体加速装置安装在供给到内燃机的发动机的空气通道中时, 通过文氏管结构及其他几何通道结构去除吸入空气的水分,增加流速来提高燃料与空气的 混合效率。因此,提高气缸内的空气充填率,发挥节省燃料的效果,从而可以提高发动机的 燃烧性能。
[0021] 另外,在利用汽油、轻油、LPG等燃料的内燃机的空气流动中产生涡流,使得燃料与 空气能够通过涡流顺畅地混合。因此能提高在规定容量气缸状态下的燃烧爆发的反应速 度,从而可以获得更高的发动机功率效率并减少由于不完全燃烧而导致的烟雾等污染。 [0022]另外,在将本发明应用于与进气管(进气管道)等车辆的发动机连接的内燃机的情 况下,不受车辆的高速行驶或低速行驶的影响,缓冲罐在进气管中的作用,即通过过滤器的 空气被持续储存并用于在发动机运转期间以规定压力供应空气。即,由于通过车辆的低速 运转与高速运转而供应到发动机的流体的流量相对发动机的曲柄转数来供应,使得空气的 供应不是规定,导致汽车燃料的比重高且空气的比重下降而不能完全燃烧的问题。
[0023] 然而,当根据本发明的流体加速装置组装在节流阀的尖端及进气管的端部之间 时,作用为储存流体的缓冲罐,从而操作气缸盖时,向发动机持续地供给流体。
[0024] 此外,根据本发明的流体加速装置能够改善进气歧管前端的缓冲罐的问题。
[0025] 具体地,在进气歧管的前端部设置有缓冲罐,但当车辆高速行驶时,规定量的空气 从缓冲罐向进气歧管供应空气,但在低速行驶时,由于在缓冲罐缺乏空气使得无法向进气 歧管的每条线上供给规定量的空气。相反,当本发明的流体加速装置组装在进气管中时,即 使当车辆低速行驶时,流体加速装置与缓冲罐一起存储空气并将空气输送到进气歧管,因 此当安装流体加速装置时,不受车辆的行驶速度的影响,向进气歧管规定地供给空气。
附图说明
[0026] 图1是具备现有的吸气排气装置的内燃机的发动机构成图示出节气门重叠状态的 示意图。
[0027] 图2是用于说明根据本发明的流体加速装置的立体图。
[0028] 图3是用于说明根据本发明的流体加速装置的后视立体图。
[0029] 图4及图5是用于说明根据本发明的流体加速装置的截面图。
[0030] 图6是用于说明流入口及排出口的损失系数的图表。
[0031] 图7是用于说明根据扩大的排出口的内角的损失系数的图表。
[0032] 图8是用于说明根据本发明的流体加速装置的俯视图。
[0033] 图9及图10是用于说明安装在进气管道中的流体加速装置的示意图。
[0034] 图11是用于说明根据本发明的流体加速装置的另一实施例的分解立体图。
[0035] 图12是示出图11的流体加速装置的立体图。
[0036] 图13是示出图11的流体加速装置的俯视图。
[0037] 图14是示出图12的流体加速装置的侧视图。
[0038] 图15是示出图12的流体加速装置的局部剖视立体图。
[0039] 图16是示出图12的流体加速装置的截面图。
具体实施方式
[0040] 参照附图详细描述根据本发明优选实施例的内燃机用流体加速装置(以下称为 “流体加速装置”)。
[0041] 图2是用于说明根据本发明的流体加速装置的立体图,图3是用于说明根据本发明 的流体加速装置的后视立体图。
[0042]如图2及3所示,根据本发明的流体加速装置包括形成为圆柱形结构的主体100、形 成在主体100的中心处的中心孔200以及形成在所述中心孔200的周边的主体100中的多个 中间孔300,进一步包括选择性地围绕主体100的侧面的盖400以及用于连接所述主体100与 盖400的支撑杆500。
[0043]所述流体加速装置安装在利用空气与燃料等流体的汽车的内燃机上,以改善沿着 所述内燃机的移动通道流动的流体的移动速度。此外,可以被应用到需要增加除了汽车等 内燃机外的流体速度的各种机械或设备(吸尘器等)。
[0044]以下参照附图具体地说明各结构要素。
[0045] 参照图2及图3,根据本发明的流体加速装置包括主体100。
[0046]所述主体100形成为圆筒形安装在流体的移动通道上,当主体100用于发动机时, 主体100配置在气缸盖与进气歧管之间,进气歧管的入口部(缓冲罐的前方),吸入空气过滤 器与进气歧管之间的吸气管路(进气管)的端部,根据通过吸气过滤器之后的位置等发动机 结构选择性地结合。此时,进气管是指连接进气过滤器与节气门体的管道。
[0047]图4及图5是示出根据本发明的流体加速装置的截面图。
[0048] 根据图4,流入槽110可以设置在流入流体的主体100的上部。所述流入槽11〇形成 为平缓的曲线,使得通过主体100内部的流体能够顺畅地流入中心孔200与中间孔300,使得 流过主体100的流体与主体100的上部接触时,能减少产生的阻力。
[0049]因此,所述流入槽部形成为具有主体100的内角b为3〇°至6〇°的曲面。在一个具体 的实施方案中,根据本发明的流入槽被形成为在前端形成为具有60内角的曲面,然后被形 成为具有内角逐渐减小的曲面,末端形成为具有30内角的曲面。此时,内角b指的是形成在 主体100的中心轴线与所述流入槽的曲面的切线所形成的内角的两倍的角。
[0050] 此外,在所述流入槽设置有多个中间孔300的流入部,并与中心孔200的流入部连 通。
[0051 ] 如图3所示,主体100的下面,S卩后端优选地形成为扁平或圆形。
[0052]如图4及5所示,所述主体100形成为外周面的上下截面具有流线形,使得最大限度 地减少空气的阻力。主体1〇〇形成为中心部分具有长于上部及下部的外径。通过盖400及支 撑杆500形成的侧孔450的流入口与排出口被加宽形成,并且流入口与排出口之间的通道窄 于流入口及排出口,以减小通过所述侧孔形成涡流的流体引起的阻力。
[0053]如图2及图3所示,根据本发明的流体加速装置包括中心孔200。
[0054] 所述中心孔200在所述主体100的中心处沿上下方向形成文丘里通道,并且在所述 文丘里通道的内周表面具备螺旋引导槽240。中心孔200不仅用于增加通过所述文丘里通道 的流体的速度,而且用于旋转流体。此时,文丘里通道的两个端部具有宽截面面积并且朝着 中心部分逐渐变窄的通道,当空气流过文丘里通道时,由于具有大截面积的部分与具有小 截面积的部分之间的压力差,空气迅速排出。基于伯努利定理说明流体速度的变化。
[0055] S卩,由于文氏管通道的空气压力的变化,流入中心孔200的空气在文氏管通道中流 动非常快,同时空气通过形成在内壁的螺旋引导槽240旋转移动。
[0056]具体地,在所述中心孔200的用于流入流体的流入部设置具有30 °至60。的内角a的 第一倾斜面220。此时,内角a表示主体1〇〇的中心轴线与设置在所述中心孔的流入部的曲面 的切线构成的内角的两倍的角。
[0057]此时,由于当中心孔200的流入部锋利或突出时,随着流动分离区域增加损失也增 力口,因此,优选地,所述流入部的第一倾斜面220被设置为曲面。
[0058]为了减小对所述中心孔200的出口的流体的摩擦阻力,排出口具有第二倾斜面 230,第二倾斜面230具有小于所述流入部的内角a的50% (优选地,15%至50%)的内角。即, 当在中心孔200的流入部与排出部形成曲面时,减少尾迹阻力及摩擦力。
[0059]例如,当在中心孔200的流入部处设置具有50的内角的第一倾斜面220时,优选地, 具有7_5至25内角的第二倾斜面230设置在中心孔200的排出部。当在中心孔2〇〇的流入部处 设置具有30°的内角的第一倾斜面220时,优选地,中心孔200的排出部具有4.5。至15。内角 的第二倾斜面230,此时,如图7所示,可以最大限度地减少摩擦阻力。
[0060]图6是用于说明流入口及排出口的损失系数的图表。(流体力学7/E,作者:Frank M. Wh i te,出版者:McGraw-Hi 11,2012年2 月 24 日)。
[0061]如图6a所示,当形成突出的流入口时,或如图油的右侧截面图所示,流入口形成为 锋利的边缘时,流动分离区增加,使得损失也增加。另一方面,如图6b的左侧截面图所示,当 流入口形成为曲面时,有助于流体的移动,并且损失也会减少。此时,图6的K表示损耗系数, t表示管的厚度,d表示管的直径,1表示管突出的长度,L表示倾斜角的长度,r表示圆部的曲 率半径。
[0062]图7是用于说明根据扩大的排出口的内角的损失系数的图表。(流体力学7/E,作 者:Frank M.White,出版者:McGraw-Hill,2012年2月24日)。如图7所示,当排出流体的排出 部扩张时,损失系数K在大约7的内角处具有大约0.16的最小值。此时,di表示入口的直径, D2表示出口直径,VI表示入口速度,V2表示出口速度,g表示重力加速度,hL表示损失量(水 头损失)。
[0063]如上所述,中心孔200大大增加了供应到发动机的空气的量,根据螺旋引导槽24〇 的操作而将空气的流动改变为涡流的形式,并且显著增加了空气发动机的流入速度。
[0064]因此,中心孔200增加了空气的吸入速度,以细分作为不完全燃烧的原因的空气中 的水分颗粒,由于气流的涡流形式而适当地混合燃料与空气并且通过向发动机供应大量的 空气来增加发动机中的空气压缩比与压缩热,提高点火点,并且降低空燃比以完全燃烧燃 料,因此,防止由废气引起的环境污染,节省了燃料,并且提高了发动机功率。
[0065]如图2及图3所示,根据本发明的流体加速装置包括中间孔300。
[0066] 所述中间孔3〇0以所述中心孔200为中心沿着所述中心孔2〇〇的边缘在所述主体 100的上下方向上设置,并且穿过中间孔300的空气线性地流动。
[0067]沿着所述中心孔200的螺旋引导槽240形成的涡流穿过中心孔200的末端部后,与 输送通道的墙壁或穿过所述侧孔的空气碰撞,使得能防止消失涡流状态,并且通过所述中 心孔与侧孔的空气保持涡流形式供给到发动机,从而做成引导作用的空气流动。
[0068] 优选地,多个中间孔300的截面积的总和是中心孔200的最小截面积的1.1至! . 5 倍。流过中间孔300的流体的流量根据中心孔200的前端处的流体的速度及压力用于补偿通 过中心孔200的流体速度的变化。当流过中心孔200的流体在后端部发生涡流现象,穿过中 间孔300的流体用作空气幕,以防止已通过中心孔200的流体的速度降低。
[0069] 而且,当流体以低速流入流体加速装置时,中间孔300用于补充每单位时间通过中 心孔200的螺旋引导槽240的流体的不足量。换句话说,由于中间孔300具有比中心孔200的 流体路径更短的流体路径,因此低速流入的流体比中心孔200更快地穿过中间孔300,中间 孔300即使在不施加高压时也能够稳定地供应流体。
[0070] 中间孔300的数量根据流体加速装置的尺寸而改变,并且不限于任何特定的数量。 优选地,在主体100中设置三到十个。
[0071] 如图2和3所示,根据本发明的流体加速装置包括盖400。
[0072] 所述盖400与所述主体100的侧面隔开的状态围绕所述主体100的外周表面,如图8 所示,盖400与支撑杆500—起在中间孔300外侧形成侧孔450。
[0073]侧孔450用于生成沿着所述管的内侧面移动的流体,使得防止通过中心孔200及中 间孔300的流体撞击提供输送通道的管的内侧面的现象。换句话说,侧孔450通过对所述管 的内侧面提供气幕效应而减小穿过中心孔2〇〇及中间孔3〇〇的流体与所述管之间产生的摩 擦阻力。
[0074] 为了使流体顺畅地流入所述侧孔450中,优选地,盖400的长度等于或大于主体1〇〇 的长度。
[0075] 而且,如图4及图5所示,当所述主体100的外周面在垂直方向上具有流线型结构 时,优选地,所述盖400具有均匀的内径,使得侧孔450的流入部与排出部宽且连接流入部与 排出部的通道窄。基于所述结构,通过所述侧孔450的空气的速度加快。
[0076] 如图2和3所示,根据本发明的流体加速装置包括支撑杆500。
[0077] 所述支撑杆500在主体100与盖400之间沿着所述主体100的竖直方向设置,以所述 盖400固定在主体100上,如图8所示,支撑杆500与所述盖400—起在中间孔300外侧形成侧 孔450。
[0078]优选地,所述支撑杆5〇〇以扭曲或倾斜的曲线形状沿着主体100的上下方向设置在 所述主体100的侧面,使得通过形成在所述盖400与主体100之间的侧孔450流入的流体旋转 同时被排出以形成涡流。此时,支撑杆500在流入到侧孔450的流体上形成涡流,从而,减小 施加到流入侧孔450的流体的阻力。
[0079]如图2及图3所示,根据本发明的流体加速装置包括环形凸缘600。
[00S0]所述环形凸缘600沿所述盖400的外周面设置,并提供蛭石环700安装在盖400的外 周面上的空间。环形凸缘600设置在盖400的中心处。
[0081]此时,当使用根据本发明的流体加速装置时,使用如下所述的伯努利方程来计算 流入部与排出口之间的空气速度的增加。
[0082]例如,当本发明的流体加速装置的外径A1是7〇时,流体的速度VI是6,中心孔200的 末端的内径是22,八个中间孔300的内径分别是8.5,盖400的内径是68,侧孔450的厚度是 3.5,并且支撑杆500的宽度是1时,流体加速装置的排出口的总截面积A2与流经所述排出口 的流体的速度V2的【数学式1】如下所示。
[0083] 数学式1
[0084] 【等式1】
[0085] A1XV1=A2XV2
[0086] A1=jt/4X (70) 2 = 3846.5
[0087] VI = 6m/s
[0088] A2 = Ji/4 (22) 2+8Xjt/4X (8.5) 2+
[0089] {nX (34)2-jiX (34-3.5) 2-8X 1X3.5} =1514.52
[0090] V2 = 3846.5/1514.52 X6m/s = 15.24m/s
[0091] 另外,当其他条件相同并且中心孔200的末端的内径是26时,关于流体加速装置的 排出口的总截面积A2与通过所述排出口的流体的流速V2的【数学式2】为如下所示。
[0092] 数学式2
[0093] 【等式2】
[0094] A1XV1=A3XV3
[0095] A3 = jt/4X (26) 2+8X ji/4X (8.5) 2+
[0096] {jt X (34) 2-Ji X (34-3 • 5) 2_8 X 1 X 3 • 5} = 1665 • 24
[0097] V3 = 3846.5/1665.24 X 6m/s = 13.86m/s
[0098]如上所示,假设流入流体加速装置的前端的流体的速度是6,当中心孔200的内径 是22时,流过流体加速装置的流体的速度增加为2 • 54倍,中心孔200的内径为26时,流过流 体加速装置的流体速度增加2 • 31倍。此时,所述等式不包括在流体加速装置的前端处的流 体的压力/摩擦系数/粘度,并且流体的速度可以根据压力或摩擦系数或粘度等不同。
[0099]图9及图10是用于说明安装在进气管道中的流体加速装置的示意图,图^是用于 说明根据本发明的流体加速装置的另一实施例的分解立体图。
[0100]参照图9至图11所示,根据本发明的流体加速装置可以进一步包括蛭石环700、蛭 石帽800或两者。
[0101]蛭石环700或蛭石帽800可以设置于安装在内燃机中的流体加速装置中,在内燃机 移动吸入空气。
[0102]图12是示出图11的流体加速装置的立体图,图13是示出图11的流体加速装置的俯 视图,图14是示出图12的流体加速装置的侧视图,图15是示出图12的流体加速装置的局部 剖视立体图,图16是示出图12的流体加速装置的截面图。
[0103] 如图9至图16所示,所述蛭石环700安装在所述环形凸缘600上,并设置在所述盖 400的外周面上,并由蛭石制成。蛭石环700可以具有与盖400的外径相对应的内径,以便安 装在与盖400的外周面接触的环形凸缘600上。此时,蛭石环700可以是通过加热及压缩蛭石 而制成。
[0104]蛭石是单斜晶系粘土矿物,具有CMg、Fe 3+、Al 3(Al,Si)4 0 10(0H)2 • 4H 2 0的 化学成分,并且是由铝镁铁硅酸盐氢氧化物制成的粘土矿物。此外,蛭石的稠度为12,比重 为2.76,呈浅灰色或棕色,并具有珍珠光泽。另外,蛭石容易被酸分解,阳离子交换能力高, 加热时膨胀,多孔,吸湿性高。
[0105]以与盖400的外周面插入结合的状态插入于进气管中的蛭石环700通过吸收包含 在吸入到流体加速装置的流入部的空气内的水分而膨胀到大于初始外径,使得流体加速装 置牢固地连接到进气管并提供密封效果。
[0106] 参照图9至图16,所述蛭石帽800设置在用于流入流体的主体100的上部,并形成面 向所述中心孔200与中间孔300的通孔,并由蛭石制成。蛭石帽800具有与中心孔200的流入 部对应的外部形状,以与中心孔200的流入部紧密接触。
[0107] 蛭石帽800用于吸收包含在流入到流体加速装置流入部的空气中的水分,从而减 少流经中心孔200与中间孔300以及侧孔450的流体内包含的水分含量。当减少与发动机的 燃料混合的空气的水分时,燃料效率增加并且减少煤烟。
[0108] 根据本发明的流体加速装置为,如图9及图10所示,具有蛭石环700与蛭石帽800的 流体加速装置10的上部插入于进气管A的内部,使得蛭石环700与蛭石帽800顺畅地与吸入 空气接触。
[0109] 如图10所示,蛭石环700与蛭石盖800吸收通过内燃机的进气中包含的水分。此时, c表示己经穿过中心孔200的流体,m表示已穿过中间孔300的流体,s表示已穿过侧孔450的 流体。
[0110] 以上参照本发明的优选实施例说明了本发明,但在本领域的技术人员可理解为在 不脱离本发明的思想及范围的情况下,可以进行多种修改及变更。

Claims (8)

1.一种流体加速装置,其特征在于,包括: 主体,形成为圆筒形结构以设置于流体的输送通道上; 中心孔,用于在所述主体的中心朝上下方向上形成文氏管通道,并且在所述文丘里通 道的内周面具备螺旋引导槽;以及 多个中间孔,以所述中心孔的中心沿着中心孔的边缘朝所述主体的上下方向形成。
2. 根据权利要求1所述的流体加速装置,其特征在于,在所述中心孔的流入所述流体的 流入部设置内角为30 °至60°的第一倾斜面,在排出所述流体的排出部形成具有所述流入部 的15 °乂至50 %的内角的第二倾斜面。
3. 根据权利要求2所述的流体加速装置,其特征在于,所述流入部的第一倾斜面为曲 面。
4. 根据权利要求1所述的流体加速装置,其特征在于,进一步包括: 盖,与所述主体的侧面隔开的状态围绕所述主体的侧面;以及 支撑杆,朝主体的上下方向设置在主体与盖之间,使得所述盖固定在主体上。
5. 根据权利要求4所述的流体加速装置,其中,所述主体的中央部分的外径大于所述主 体的上部及下部的外径。
6. 根据权利要求4所述的流体加速装置,其特征在于,所述支撑杆在所述主体的侧面沿 着所述主体的上下方向以弯曲形状设置,使得通过形成在所述盖与主体之间的侧孔流入的 流体旋转的同时排出。
7. 根据权利要求4所述的流体加速装置,其特征在于,进一步包括: 环形凸缘,沿着所述盖的外周面设置;以及 > 蛭石环,安装在所述环形凸缘,并设置在所述盖的外周面上,由輕石制成。
8. 根据权利要求1所述的流体加速装置,其特征在于,进一步包括蛭石帽,所述蛭石帽 设置在用于流入所述流体的所述主体的上部,在所述蛭石帽形成与所述中心孔与中间孔面 对的通孔。
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