CN110131009B - 一种用于内燃机的两级可变气门升程机构 - Google Patents

一种用于内燃机的两级可变气门升程机构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于内燃机发动机零部件技术领域的用于内燃机的两级可变气门升程机构，所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的凸轮套筒(2)活动套装在凸轮轴(1)上，电磁阀(3)与能够控制阀芯A(6)和阀芯B(7)伸缩切换的控制部件连接，凸轮套筒(2)上设置的引导槽(8)的引导槽A面(9)包括A面直线部Ⅰ(11)、A面C形曲线部(12)、A面直线部Ⅱ(13)，引导槽B面(10)包括B面直线部Ⅰ(14)、B面曲线部(15)、B面直线部Ⅱ(16)，本发明的用于内燃机的两级可变气门升程机构，结构简单，能够方便可靠实现凸轮轴和凸轮套筒的相对位置的调节，实现气门升程凸轮的两级调整，从而确保内燃机能够时刻在最佳工况下工作。

Description

一种用于内燃机的两级可变气门升程机构
技术领域
本发明属于内燃机发动机零部件技术领域，更具体地说，是涉及一种用于内燃机的两级可变气门升程机构。
背景技术
内燃机作为目前热效率最高、应用最为广泛的动力机械，发出的总功率占全世界所用动力装置总功率的90％，是世界石油能源的主要消费渠道。随着汽车保有量的增加，内燃机石油消费量将迅速增加，石油供需矛盾必然日趋严重，在消耗大量能源的同时，内燃机也是大气环境，特别是城市大气环境污染的最大源泉，由此可见，创新内燃机技术，对于节约能源，减轻环境污染具有重大意义。另一方面，随着世界各国排放法规的日趋严格，低排放和环保已经成为发动机进入市场的前提条件，成为目前汽车工业所面临的重要课题。传统内燃机，气门升程是固定不变的，导致无论是大负荷还是小负荷工况，气门升程开启一样，造成能源浪费，热效率低。现有技术中的可变气门升程存在以下缺陷：1.结构复杂，引导槽结构较复杂，加工成本高；2.两段式滚子摇臂结构的可变气门升程技术响应速度慢(液压控制)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，能够方便可靠实现凸轮轴和凸轮套筒的相对位置的调节，实现气门升程凸轮的两级调整，从而确保内燃机能够时刻在最佳工况下工作，降低油耗，提高性能，有利于节省能源的用于内燃机的两级可变气门升程机构。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种用于内燃机的两级可变气门升程机构，所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构包括凸轮轴、凸轮套筒、电磁阀，凸轮轴上设置多组凸轮部，每组凸轮部分别包括一个高凸轮和一个低凸轮，凸轮套筒活动套装在凸轮轴上，电磁阀上设置阀芯A、阀芯B，电磁阀与能够控制阀芯A和阀芯B伸缩切换的控制部件连接，凸轮套筒上设置凹进的引导槽，引导槽包括引导槽A面和引导槽B面，引导槽A面包括A面直线部Ⅰ、A面C形曲线部、A面直线部Ⅱ，引导槽B面包括B面直线部Ⅰ、B面曲线部、B面直线部Ⅱ。
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的引导槽沿凸轮套筒外表面一周布置，所述引导槽的引导槽A面的A面直线部Ⅰ和引导槽B面的B面直线部Ⅰ平行布置，引导槽A面的A面直线部Ⅱ和引导槽B面的B面直线部Ⅱ平行布置，引导槽B面的B面直线部Ⅰ后端与B面曲线部前端位于同一条直线上。
所述的引导槽包括引导槽中心线，引导槽中心线设置为穿过A面直线部Ⅰ和B面直线部Ⅰ中间位置的结构，引导槽中心线设置为穿过A面直线部Ⅱ和B面直线部Ⅱ中间位置的结构，引导槽中心线穿过A面C形曲线部，穿过A面C形曲线部的部分引导槽中心线设置为能够从A面C形曲线部外部位置穿过的结构。
所述的引导槽A面的A面C形曲线部设置为能够向B面曲线部方向凸出的结构，引导槽B面的B面曲线部设置为能够向B面曲线部外部位置凸出的结构。
所述的电磁阀的阀芯A的半径为R,阀芯B7的半径为R,R1设置为与R2相等的结构，引导槽中心线到圆柱体的阀芯A中心线的距离为h1，引导槽中心线到阀芯B中心线的距离为h2，h1设置为与h2相等的结构。
所述的引导槽A面的A面直线部Ⅰ和引导槽B面的B面直线部Ⅰ之间的距离等于R1+h1+h2+R2的结构，所述引导槽A面的A面直线部Ⅱ1和引导槽B面的B面直线部Ⅱ之间的距离等于R1+R2的结构。
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构从低凸轮状态切换到高凸轮状态时，控制部件设置为能够控制电磁阀通电，从而控制阀芯A伸出的结构，控制部件控制电磁阀的阀芯A伸出时，凸轮套筒设置为能够在凸轮轴的旋转作用下，引导引导槽A面的A面直线部Ⅰ与阀芯A接触的结构，引导槽A面的A面直线部Ⅰ与阀芯A接触后，阀芯A设置为能够带动凸轮套筒相对于凸轮轴轴向向右滑移h1+h2距离的结构，引导槽A面的A面直线部Ⅱ与阀芯A接触时，引导槽B面的B面直线部Ⅱ1设置为能够带动带动凸轮套筒相对于凸轮轴轴向向左滑移h2距离的结构，引导槽B面的B面直线部Ⅱ带动带动凸轮套筒相对于凸轮轴1向左滑移h2距离后，控制部件设置为能够控制电磁阀的阀芯A收缩到初始状态的结构。
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构从高凸轮状态切换到低凸轮状态时，控制部件设置为能够控制电磁阀通电，从而控制阀芯B伸出的结构，控制部件控制电磁阀的阀芯B伸出时，凸轮套筒设置为能够在凸轮轴的旋转作用下，引导引导槽面B的B面直线部Ⅰ与阀芯B接触的结构，引导槽面B的B面直线部Ⅰ与阀芯B接触时，阀芯B设置为能够带动凸轮套筒相对于凸轮轴轴向向左滑移h2距离的结构，阀芯B带动凸轮套筒相对于凸轮轴轴向向左滑移h2距离后，控制部件设置为能够控制电磁阀的阀芯B收缩到初始状态的结构。
所述的引导槽8为螺旋槽或斜面形。
所述的电磁阀3内设置阀芯回位部件，阀芯回位部件为弹簧、电磁铁、永磁铁中的一种。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，通过凸轮轴、凸轮套筒、电磁阀，设置在凸轮套筒上的引导槽的配合，以及引导槽的槽面走向设置、电磁阀的阀芯与引导槽的布置位置、控制部件对电磁阀的控制时机的设置，在发动机处于不同工况时，控制部件能够控制不同阀芯伸出，从而伸出的阀芯(阀芯销)与引导槽的引导槽A面或引导槽B面对应配合，从而在阀芯凸轮轴转动带动凸轮套筒转动过程中，阀芯会作用在引导槽A面或引导槽B面的不同位置，因为引导槽A面或引导槽B面为曲面，这样，阀芯作用在引导槽A面或引导槽B面的不同位置时，就会引导凸轮套筒相对于凸轮轴轴向移动。不同阀芯作用在不同引导槽面上，就能够实现带动凸轮套筒向左滑移或向右滑移的功能。这样，在发动机开发过程中，通过在控制部件内设置控制策略，就能够在发动机的不同工况下，使得凸轮套筒向不同方向轴向移动，从而使得发动机的高凸轮或低凸轮交替工作，使得发动机始终在最佳工况下工作。本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，结构简单，能够方便可靠实现凸轮轴和凸轮套筒的相对位置的调节，实现气门升程凸轮的两级调整，从而确保内燃机能够时刻在最佳工况下工作，降低油耗，提高性能，有利于节省能源。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的结构示意图；
图2为本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的阀芯与引导槽接触时结构示意图；
图3为本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的引导槽的展开结构示意图；
附图中标记分别为：1、凸轮轴；2、凸轮套筒；3、电磁阀；4、高凸轮；5、低凸轮；6、阀芯A；7、阀芯B；8、引导槽；9、引导槽A面；10、引导槽B面；11、A面直线部Ⅰ；12、A面C形曲线部；13、A面直线部Ⅱ；14、B面直线部Ⅰ；15、B面曲线部；16、B面直线部Ⅱ；17、引导槽中心线。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1-附图3所示，本发明为一种用于内燃机的两级可变气门升程机构，所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构包括凸轮轴1、凸轮套筒2、电磁阀3，凸轮轴1上设置多组凸轮部，每组凸轮部分别包括一个高凸轮4和一个低凸轮5，凸轮套筒2活动套装在凸轮轴1上，电磁阀3上设置阀芯A6、阀芯B7，电磁阀3与能够控制阀芯A6和阀芯B7伸缩切换的控制部件连接，凸轮套筒2上设置凹进的引导槽8，引导槽8包括引导槽A面9和引导槽B面10，引导槽A面9包括A面直线部Ⅰ11、A面C形曲线部12、A面直线部Ⅱ13，引导槽B面10包括B面直线部Ⅰ14、B面曲线部15、B面直线部Ⅱ16。上述结构,通过凸轮轴、凸轮套筒、电磁阀，设置在凸轮套筒上的引导槽的配合，以及引导槽的槽面走向设置、电磁阀的阀芯与引导槽的布置位置、控制部件对电磁阀的控制时机的设置，在发动机处于不同工况时，控制部件(发动机ECU)能够控制不同阀芯伸出，从而伸出的阀芯(阀芯销)与引导槽的引导槽A面或引导槽B面对应配合，从而在凸轮轴转动带动凸轮套筒转动过程中，阀芯会作用在引导槽A面或引导槽B面的不同位置，因为引导槽A面或引导槽B面为曲面，这样，阀芯作用在引导槽A面或引导槽B面的不同位置时，就会引导凸轮套筒相对于凸轮轴轴向移动。不同阀芯作用在不同引导槽面上，就能够实现带动凸轮套筒向左滑移或向右滑移的功能。这样，在发动机开发过程中，通过在控制部件内设置控制策略，就能够在发动机的不同工况下，使得凸轮套筒向不同方向轴向移动，使得发动机的高凸轮或低凸轮交替工作，使得发动机始终在最佳工况下工作。而引导槽A面9包括A面直线部Ⅰ11、A面C形曲线部12、A面直线部Ⅱ13，引导槽B面10包括B面直线部Ⅰ14、B面曲线部15、B面直线部Ⅱ16，这样，引导槽A面9为沿凸轮套筒一周布置的曲面形状，引导槽B面10为沿凸轮套筒一周布置的曲面形状，在阀芯作用在不同引导槽面时，能够方便快捷推动凸轮套筒相对于凸轮轴轴向左移或右移。本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，结构简单，能够方便可靠实现凸轮轴和凸轮套筒的相对位置的调节，实现气门升程凸轮的两级调整，从而确保内燃机能够时刻在最佳工况下工作，降低油耗，提高性能，有利于节省能源。
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的引导槽8沿凸轮套筒2外表面一周布置，所述引导槽8的引导槽A面9的A面直线部Ⅰ11和引导槽B面10的B面直线部Ⅰ14平行布置，引导槽A面9的A面直线部Ⅱ13和引导槽B面10的B面直线部Ⅱ16平行布置，引导槽B面10的B面直线部Ⅰ14后端与B面曲线部15前端位于同一条直线上。所述的引导槽8包括引导槽中心线17，引导槽中心线17设置为穿过A面直线部Ⅰ11和B面直线部Ⅰ14中间位置的结构，引导槽中心线17设置为穿过A面直线部Ⅱ13和B面直线部Ⅱ16中间位置的结构，引导槽中心线17穿过A面C形曲线部12，穿过A面C形曲线部12的部分引导槽中心线17设置为能够从A面C形曲线部12外部位置穿过的结构。上述结构,对引导槽8的不同引导槽面形状及相对布置位置进行限定，使得引导槽面能够可靠与阀芯配合，实现控制。
所述的引导槽A面9的A面C形曲线部12设置为能够向B面曲线部15方向凸出的结构，引导槽B面10的B面曲线部15设置为能够向B面曲线部15外部位置凸出的结构。上述结构，对A面C形曲线部12和B面曲线部15的凸出方向进行限定，这样，进一步对引导槽面的曲面形状进行精确限定，提高发动机工作时的整体精确度。
所述的电磁阀3的阀芯A6的半径为R1,阀芯B7的半径为R2,R1设置为与R2相等的结构，引导槽中心线17到圆柱体的阀芯A6中心线的距离为h1，引导槽中心线17到阀芯B7中心线的距离为h2，h1设置为与h2相等的结构。所述的引导槽A面9的A面直线部Ⅰ11和引导槽B面10的B面直线部Ⅰ14之间的距离等于R1+h1+h2+R2的结构，所述的引导槽A面9的A面直线部Ⅱ13和引导槽B面10的B面直线部Ⅱ16之间的距离等于R1+R2的结构。
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构从低凸轮状态切换到高凸轮状态时，控制部件设置为能够控制电磁阀3通电，从而控制阀芯A6伸出的结构，控制部件控制电磁阀3的阀芯A6伸出时，凸轮套筒2设置为能够在凸轮轴1的旋转作用下，引导引导槽A面9的A面直线部Ⅰ11与阀芯A6接触的结构，引导槽A面9的A面直线部Ⅰ11与阀芯A6接触后，阀芯A6设置为能够带动凸轮套筒2相对于凸轮轴1轴向向右滑移h1+h2距离的结构，引导槽A面9的A面直线部Ⅱ13与阀芯A6接触时，引导槽B面10的B面直线部Ⅱ16设置为能够带动带动凸轮套筒2相对于凸轮轴1轴向向左滑移h2距离的结构，引导槽B面10的B面直线部Ⅱ16带动带动凸轮套筒2相对于凸轮轴1向左滑移h2距离后，控制部件设置为能够控制电磁阀3的阀芯A6收缩到初始状态的结构。上述结构,从低凸轮状态切换到高凸轮状态时,电磁阀通电阀芯A伸出，凸轮套筒在凸轮轴的旋转作用下，引导槽A面与阀芯A接触，在阀芯A作用下,凸轮套筒与凸轮轴产生轴向右滑移，移动距离约2倍行程(即阀芯A从位置a运动至位置b)，然后与引导槽B面接触，使凸轮套筒向左移动h距离。完成低凸轮到高凸轮的切换后，阀芯A再在控制部件控制下回位到伸出前的初始位置。
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构从高凸轮状态切换到低凸轮状态时，控制部件设置为能够控制电磁阀3通电，从而控制阀芯B7伸出的结构，控制部件控制电磁阀3的阀芯B7伸出时，凸轮套筒2设置为能够在凸轮轴1的旋转作用下，引导引导槽面B的B面直线部Ⅰ14与阀芯B7接触的结构，引导槽面B的B面直线部Ⅰ14与阀芯B7接触时，阀芯B7设置为能够带动凸轮套筒2相对于凸轮轴1轴向向左滑移h2距离的结构，阀芯B7带动凸轮套筒2相对于凸轮轴1轴向向左滑移h2距离后，控制部件设置为能够控制电磁阀3的阀芯B7收缩到初始状态的结构。上述结构,从高凸轮状态切换到低凸轮状态时，阀芯B伸出，凸轮套筒在凸轮轴的旋转作用下，引导槽面B与阀芯B接触，在阀芯B的作用下,凸轮套筒与凸轮轴产生轴向左滑移，移动距离h(阀芯B从位置c运动至位置b),完成高凸轮到低凸轮的切换，控制部件再控制阀芯B实现回位到伸出前的初始位置。
所述的引导槽8为螺旋槽或斜面形。
所述的电磁阀3内设置阀芯回位部件，阀芯回位部件为弹簧、电磁铁、永磁铁中的一种。这样，实现各阀芯的可靠回位。阀芯的伸出和回位，通过控制电磁阀的控制部件控制，满足发动机需求。
本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，凸轮套筒向左滑移或向右滑移到位后，控制部件控制限位销伸出，限位轴插装到凸轮套筒上的对应限位槽内，实现凸轮套筒轴向限位。需要状态切换时，控制部件提前控制限位销收缩，解除轴向限位。而后，在发动机的凸轮套筒再次滑移后，限位销会再插装到另一个对应的限位槽内。
本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，通过凸轮轴、凸轮套筒、电磁阀，设置在凸轮套筒上的引导槽的配合，以及引导槽的槽面走向设置、电磁阀的阀芯与引导槽的布置位置、控制部件对电磁阀的控制时机的设置，在发动机处于不同工况时，控制部件能够控制不同阀芯伸出，从而伸出的阀芯(阀芯销)与引导槽的引导槽A面或引导槽B面对应配合，从而在阀芯凸轮轴转动带动凸轮套筒转动过程中，阀芯会作用在引导槽A面或引导槽B面的不同位置，因为引导槽A面或引导槽B面为曲面，这样，阀芯作用在引导槽A面或引导槽B面的不同位置时，就会引导凸轮套筒相对于凸轮轴轴向移动。不同阀芯作用在不同引导槽面上，就能够实现带动凸轮套筒向左滑移或向右滑移的功能。这样，在发动机开发过程中，通过在控制部件内设置控制策略，就能够在发动机的不同工况下，使得凸轮套筒向不同方向轴向移动，从而使得发动机的高凸轮或低凸轮交替工作，使得发动机始终在最佳工况下工作。本发明所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，结构简单，能够方便可靠实现凸轮轴和凸轮套筒的相对位置的调节，实现气门升程凸轮的两级调整，从而确保内燃机能够时刻在最佳工况下工作，降低油耗，提高性能，有利于节省能源。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于内燃机的两级可变气门升程机构，其特征在于：所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构包括凸轮轴(1)、凸轮套筒(2)、电磁阀(3)，凸轮轴(1)上设置多组凸轮部，每组凸轮部分别包括一个高凸轮(4)和一个低凸轮(5)，凸轮套筒(2)活动套装在凸轮轴(1)上，电磁阀(3)上设置阀芯A(6)、阀芯B(7)，电磁阀(3)与能够控制阀芯A(6)和阀芯B(7)伸缩切换的控制部件连接，凸轮套筒(2)上设置凹进的引导槽(8)，引导槽(8)包括引导槽A面(9)和引导槽B面(10)，引导槽A面(9)包括A面直线部Ⅰ(11)、A面C形曲线部(12)、A面直线部Ⅱ(13)，引导槽B面(10)包括B面直线部Ⅰ(14)、B面曲线部(15)、B面直线部Ⅱ(16)；
所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构的引导槽(8)沿凸轮套筒(2)外表面一周布置，所述引导槽(8)的引导槽A面(9)的A面直线部Ⅰ(11)和引导槽B面(10)的B面直线部Ⅰ(14)平行布置，引导槽A面(9)的A面直线部Ⅱ(13)和引导槽B面(10)的B面直线部Ⅱ(16)平行布置，引导槽B面(10)的B面直线部Ⅰ(14)后端与B面曲线部(15)前端位于同一条直线上；
所述的引导槽(8)包括引导槽中心线(17)，引导槽中心线(17)设置为穿过A面直线部Ⅰ(11)和B面直线部Ⅰ(14)中间位置的结构，引导槽中心线(17)设置为穿过A面直线部Ⅱ(13)和B面直线部Ⅱ(16)中间位置的结构，引导槽中心线(17)穿过A面C形曲线部(12)，穿过A面C形曲线部(12)的部分引导槽中心线(17)设置为能够从A面C形曲线部(12)外部位置穿过的结构；
引导槽A面(9)的A面C形曲线部(12)设置为能够向B面曲线部(15)方向凸出的结构，引导槽B面(10)的B面曲线部(15)设置为能够向B面曲线部(15)外部位置凸出的结构；
所述的电磁阀(3)的阀芯A(6)的半径为R1,阀芯B(7)的半径为R2,R1设置为与R2相等的结构，引导槽中心线(17)到圆柱体的阀芯A(6)中心线的距离为h1，引导槽中心线(17)到阀芯B(7)中心线的距离为h2，h1设置为与h2相等的结构；
所述的引导槽A面(9)的A面直线部Ⅰ(11)和引导槽B面(10)的B面直线部Ⅰ(14)之间的距离等于R1+h1+h2+R2的结构，所述的引导槽A面(9)的A面直线部Ⅱ(13)和引导槽B面(10)的B面直线部Ⅱ(16)之间的距离等于R1+R2的结构。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，其特征在于：所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构从低凸轮状态切换到高凸轮状态时，控制部件设置为能够控制电磁阀(3)通电，从而控制阀芯A(6)伸出的结构，控制部件控制电磁阀(3)的阀芯A(6)伸出时，凸轮套筒(2)设置为能够在凸轮轴(1)的旋转作用下，引导引导槽A面(9)的A面直线部Ⅰ(11)与阀芯A(6)接触的结构，引导槽A面(9)的A面直线部Ⅰ(11)与阀芯A(6)接触后，阀芯A(6)设置为能够带动凸轮套筒(2)相对于凸轮轴(1)轴向向右滑移h1+h2距离的结构，引导槽A面(9)的A面直线部Ⅱ(13)与阀芯A(6)接触时，引导槽B面(10)的B面直线部Ⅱ(16)设置为能够带动带动凸轮套筒(2)相对于凸轮轴(1)轴向向左滑移h2距离的结构，引导槽B面(10)的B面直线部Ⅱ(16)带动带动凸轮套筒(2)相对于凸轮轴(1)向左滑移h2距离后，控制部件设置为能够控制电磁阀(3)的阀芯A(6)收缩到初始状态的结构。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，其特征在于：所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构从高凸轮状态切换到低凸轮状态时，控制部件设置为能够控制电磁阀(3)通电，从而控制阀芯B(7)伸出的结构，控制部件控制电磁阀(3)的阀芯B(7)伸出时，凸轮套筒(2)设置为能够在凸轮轴(1)的旋转作用下，引导引导槽面B的B面直线部Ⅰ(14)与阀芯B(7)接触的结构，引导槽面B的B面直线部Ⅰ(14)与阀芯B(7)接触时，阀芯B(7)设置为能够带动凸轮套筒(2)相对于凸轮轴(1)轴向向左滑移h2距离的结构，阀芯B(7)带动凸轮套筒(2)相对于凸轮轴(1)轴向向左滑移h2距离后，控制部件设置为能够控制电磁阀(3)的阀芯B(7)收缩到初始状态的结构。
4.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，其特征在于：所述的引导槽(8)为螺旋槽或斜面形。
5.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的两级可变气门升程机构，其特征在于：所述的电磁阀(3)内设置阀芯回位部件，阀芯回位部件为弹簧、电磁铁、永磁铁中的一种。
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