CN110382847B - 运行内燃机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运行内燃机(100)的方法,所述内燃机(100)具有用于压缩输入内燃机(100)中的空气的废气涡轮增压器(5、10、15),其中,所述废气涡轮增压器(5、10、15)的在内燃机(100)的排气线路(20)中的涡轮机(10)的驱动功率通过所述涡轮机(10)的涡轮几何形状的变化被改变,其中,在第一调节算法(I)中,根据在燃烧发动机(55)下游的排气线路(20)中在内燃机(100)的涡轮机(10)前方待调节的额定排气背压(pT1Soll)操控所述废气涡轮增压器(5、10、15)的在燃烧发动机(55)上游的空气供给线路(50)中的压气机(5)的输出端处的额定增压压力(pLSoll),其中,所述额定增压压力(pLSoll)与涡轮机(10)的开口横截面相配,所述开口横截面通过配属于涡轮机(10)的调节元件(25)的调节行程根据配属于预设的额定增压压力(pLSoll)的额定值(25Soll)被操控。按照本发明规定,当同时满足以下条件时,通过第二调节算法(II)在预设涡轮机(10)上游的排气线路(20)中的额定排气背压(pT1Soll)的上限值的情况下通过对第一调节算法(I)的干预以调整后的额定值(25’Soll)操控所述涡轮机(10)的通过第一调节算法(I)操控的调节元件(25),所述条件包括:在第二调节算法(II)的初级调节路径a)中出现涡轮机(10)上游的调节偏差(ΔpT),该调节偏差(ΔpT)由涡轮机(10)上游的实际排气背压(pT1Ist)和涡轮机(10)上游的额定排气背压(pT1Soll)得出,并且在第二调节算法(II)的次级调节路径b)中出现压气机(5)下游的调节偏差(ΔpL),该调节偏差(ΔpL)由压气机(5)的实际增压压力(pLIst)和压气机(5)的输出端处的额定增压压力(pLSoll)得出。
Description
技术领域
本发明涉及一种运行内燃机的方法,所述内燃机具有用于压缩输入内燃机中的空气的废气涡轮增压器,其中,所述废气涡轮增压器的在内燃机的排气线路中的涡轮机的驱动功率通过所述涡轮机的涡轮几何形状的变化被改变。
背景技术
专利文献EP 1 471 234 A2描述了一种废气涡轮增压器(ATL),其设置用于压缩输入内燃机中的空气。其中,该废气涡轮增压器的在内燃机(VKM)的排气线路中的涡轮机的驱动功率通过涡轮几何形状变化而改变。在此也称为具有具备可变涡轮几何形状(VTG)的涡轮机的废气涡轮增压器(ATL),缩写为VTG-ATL。在此,流经涡轮机的废气碰到导向叶片,这些导向叶片可调整并且因此能够改变涡轮机效率。当内燃机驱动车辆时,导向叶片在车辆加速时调整为,使得产生涡轮机的小的开口横截面,小的开口横截面使涡轮机前的排气背压和废气的流速剧烈升高。在该专利文献中描述的方法关于运行具有用于压缩输入空气的废气涡轮增压器的内燃机建议,规定沿废气流动方向在涡轮机后的排气线路中的压力和沿废气流动方向在涡轮机前的排气线路中的压力之间的压力比,并且根据该压力比确定用于调节涡轮几何形状的调节元件的调节量的极限值。如果这种技术用在以柴油驱动的车辆上则称之为通过柴油机-VTG-ATL供给燃烧用空气,并且类似地在用于以汽油驱动的车辆时称之为通过汽油机-VTG-ATL供给燃烧用空气。
已知方法的缺点是,用于调节涡轮几何形状的调节元件的调节量仅由基于沿废气流动方向在涡轮机后的排气线路中的检测压力和沿废气流动方向在涡轮机前的排气线路中的压力的计算得出的数值确定。如前所述,在具有VTG-ATL的内燃机运行时可能产生高的排气背压,高的排气背压引起燃烧室中的高的残余气体含量并且另一方面使动态状态下的增压压力调节变差。尤其这种引起增压压力调节变差的动态状态在常规的方法中未被考虑。
专利文献EP 1586756A1也描述了一种运行内燃机的方法和装置,其能够在没有废气涡轮增压器VTG-ATL的效率损失的情况下实现最大的加速度。该内燃机包括废气涡轮增压器的用于压缩输入内燃机的空气的压气机和用于调节压气机的输出端处的额定增压压力的调节元件。该调节元件根据内燃机的排气线路中的有待调节的排气背压被操控。其中规定,根据额定增压压力确定压气机上的额定压力比,从而根据压气机上的额定压力比确定具有废气涡轮增压器的可变涡轮几何形状的涡轮机上的额定膨胀比,其中,额定膨胀比描述待调节的排气背压和涡轮机的输出端处的压力之间的比,并且调节元件根据额定膨胀比被操控。在此不利的是,用于调节涡轮几何形状的调节元件的调节量也仅由一个计算得出的数值确定,该数值基于沿废气流动方向在涡轮机后的排气线路中的检测压力和沿废气流动方向在涡轮机前方的排气线路中的压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种方法,所述方法以希望的方式影响涡轮机前的排气背压并且同时考虑内燃机运行时的动态状态。
本发明的出发点是一种运行内燃机的方法,所述内燃机具有用于压缩输入内燃机中的空气的废气涡轮增压器,其中,所述废气涡轮增压器的在内燃机的排气线路中的涡轮机的驱动功率通过所述涡轮机的涡轮几何形状的变化被改变,其中,在第一调节算法中,根据在燃烧发动机下游的排气线路中在内燃机的涡轮机前有待调节的额定排气背压操控所述废气涡轮增压器的在燃烧发动机上游的空气供给线路中的压气机的输出端处的额定增压压力,其中,所述额定增压压力与涡轮机的开口横截面相配,所述开口横截面通过配属于涡轮机的调节元件的调节行程根据配属于预设的额定增压压力的额定值被操控,
按照本发明规定,当同时满足以下条件时,通过第二调节算法在预设涡轮机上游的排气线路中的额定排气背压的上限值的情况下通过对第一调节算法的干预以调整的额定值操控涡轮机的通过第一调节算法操控的调节元件,所述条件包括:
在第二调节算法的初级调节路径中出现涡轮机上游的调节偏差,该调节偏差由涡轮机上游的实际排气背压和涡轮机上游的预设的额定排气背压得出,并且
在第二调节算法的次级调节路径中出现压气机下游的调节偏差,该调节偏差由压气机的实际增压压力和压气机的输出端处的额定增压压力得出。
优选规定,第二调节算法通过多条调节路径考虑内燃机的动态状态并且在需要的情况下在干预点中干预第一调节算法。
此外优选地,将涡轮机上游的实际排气背压和预设的额定排气背压输入第二调节算法的初级调节路径内的第一减运算模块并且算出调节偏差。
此外优选规定,将第二调节算法的初级调节路径的调节偏差和第一调节算法的额定值在干预点中输入第二减运算模块,其中,属于第一调节算法的额定值的额定排气背压借助由第一减运算模块产生的调节偏差修正,从而在干预点中产生修正的额定值并且该修正的额定值通过开关输出,从而根据内燃机的动态状态修正所述涡轮机的调节元件的调节行程。
优选规定,在第二调节算法的初级调节路径的调节偏差输入干预点中的第二减运算模块中之前修改第二调节算法的初级调节路径的调节偏差,方式是借助特征曲线使调节偏差平滑并且借助按照特征曲线的低通滤波器与环境压力有关地设有放大因子,从而将修改的调节偏差传递至干预点中的第二减运算模块中。
最后优选规定,在第二调节算法的初级调节路径中的调节偏差和次级调节路径中的调节偏差已分别超出滞后模块的可预设的阈值后将第二调节算法的初级调节路径中的调节偏差和次级调节路径中的调节偏差激活并且通过″和″运算导引到干预点的开关上,其中,所述开关仅当两个调节偏差均激活时才闭合,从而第二调节算法在干预点中对第一调节算法的干预仅当开关闭合时才进行。
此外,本发明还要求保护一种内燃机,所述内燃机设置用于实施所述方法,所述内燃机包括用于压缩输入内燃机中的空气的废气涡轮增压器、压气机、燃烧发动机和具有可变涡轮几何形状的涡轮机,所述涡轮机通过轴与压气机连接,所述内燃机还具有控制器,在所述控制器中存储有计算机可读的用于实施所述方法的程序算法和必要时需要的特征曲线。
附图说明
以下结合附图阐述本发明。在附图中:
图1示出用于实施所述方法的内燃机的示意图,该内燃机具有所属的部件;
图2示出用于描述按照本发明的方法和相应的内燃机的功能图,该内燃机具有所属的部件。
具体实施方式
在图1中,内燃机用附图标记100标记。
内燃机100包括燃烧发动机55,燃烧发动机55可以例如设计为汽油发动机或柴油发动机。新鲜空气通过空气供给线路50沿箭头方向输入燃烧发动机55。在此,在空气供给线路50中布置有废气涡轮增压器的压气机5,用于压缩输入燃烧发动机55中的新鲜空气。废气涡轮增压器通过轴15被涡轮机10驱动,涡轮机10布置在内燃机100的排气线路20中。因此,废气涡轮增压器包括压气机5、轴15和涡轮机10。
沿废气的流动方向,在涡轮机10前方的排气线路20中存在第一压力pT1Ist和确定的废气温度TABG。
沿废气的流动方向,在涡轮机10后方的排气线路20中存在第二压力pT2。
第一压力pT1Ist可以以已知的方式借助压力传感器65测量或以不同的方式建模。
第一压力pT2Ist可以以已知的方式借助压力传感器75测量或以不同的方式建模。
为了实施沿新鲜空气的流动方向存在于增压器5下游的空气供给线路50中的预设的额定增压压力pLSoll操控涡轮机10的调节元件25。调节元件25以已知的方式调整涡轮机10的导向叶片并且因此改变涡轮机10的涡轮效率和有效的开口横截面。
涡轮机10的导向叶片的调整通过调节元件25的调节量或调节行程实现。
在常规方法中,为了实施增压器5的预设的额定增压压力pLSoll,预设用于调节元件25的调节行程的额定值25Soll。涡轮机10的导向叶片则由于调节行程的实施的额定值被调节为,使得产生的涡轮效率引起增压器5的希望的额定增压压力。
借助涡轮机10前的第一压力pT1Ist即排气背压、排气线路20中的废气质量流和用于调节元件25的调节行程的实际值25Ist之间的物理关系可以由预设的压力比pT1Ist-pT2Ist算出用于调节元件25的调节行程的关于最大涡轮功率的极限值。但在该方法中考虑的状态仅适用于内燃机100的稳态状态,如同在专利文献EP1 471 234 A2中公开的那样,其中,仅考虑排气线路20中的压力比pT1Ist-pT2Ist。
为了改进,本发明建议一种方法,该方法影响涡轮机10前方的排气背压pT1Ist,从而以有利地方式考虑内燃机100运行中的动态状态,如同以下根据图1和图2进一步综合阐述的那样。
按照本发明的方法使用排气背压-调节算法I,调节算法I尤其在动态的运行状态下被按照图2的调节算法II叠加,如同后续会详述的那样,其中,动态的运行状态由于增压器5的实际增压压力pLIst和增压器5的额定增压压力pLSoll之间的调节偏差而存在。
排气背压-调节算法I可以是已描述的排气背压-调节算法I或由现有技术已知的另外的排气背压-调节算法。
按照本发明的调节算法II按照图1和图2具体地使用如下输入参数。
借助未示出的转速传感器检测燃烧发动机55的发动机转速n。
此外,借助未示出的压力传感器提供环境压力pU。
如前所述,第一压力pT1Ist(涡轮机10前方(即上游)的排气背压)由压力传感器65测量或者以不同的方式建模并且提供作为模型参数。
此外,借助未示出的压力传感器测量增压器5的实际增压压力pLIst和增压器5的额定增压压力pLSoll,并且在次级增压压力调节路径b)中算出调节偏差ΔpL=(pLSoll-pLIst),该调节偏差也用作调节算法II的输入参数。
如果该调节偏差ΔPL=0,则实际增压压力pLIst具有希望的额定值,从而不需要对调节算法I进行干预,因为具有调节偏差ΔpL=0的增压压力调节路径b)处于稳态状态。
如果调节偏差ΔpL>0,则实际增压压力pLIst不具有希望的额定值,从而需要对目前的调节算法I进行干预,因为增压压力调节路径b)在调节偏差ΔpL>0的情况下不处于稳态状态。
最后,将由目前的调节算法I已知的用于调节元件25的调节行程的额定值25Soll提供给新的调节算法。
当然,用于调节元件25的调节行程的额定值25Soll可以是根据专利文献EP1471234A2的方法确定的额定值。但要指出,按照本发明的方法也同样能够用于已知的其它方法,其它方法以不同于专利文献EP 1 471 234 A2中描述的方式确定用于调节元件25的调节行程的额定值。
按照本发明,在新的调节算法II内执行已提到的次级增压压力调节路径b)和初级调节路径a)。
初级排气背压调节路径a)涉及涡轮机10前方(燃烧发动机55下游)的实际排气背压pT1Ist相对于涡轮机10前方的额定排气背压pT1Soll的调节偏差ΔpT=(pT1Soll-pT1Ist)。
额定排气背压pT1Soll作为需要遵守的值、尤其作为可预设的上限值与环境压力pU和燃烧发动机55的转速n(参见特征曲线K1)有关地被输入调节算法II的排气背压调节路径a)中的用于确定调节偏差ΔpT=(pT1Soll-pT1Ist)的减运算模块SB1中(参见图2)。
如果涡轮机10前方的排气背压的调节偏差ΔpT=0,则不需要第二调节算法II根据排气背压调节路径a)对目前的调节算法I进行干预,因为当调节偏差ΔpT=0时,排气背压调节处于希望的稳态状态。
如果涡轮机10前方的排气背压的调节偏差ΔpT>0,则需要第二调节算法II根据排气背压调节路径a)对目前的调节算法I进行干预,因为当调节偏差ΔpT>0时,排气背压调节不处于希望的稳态状态。
涡轮机10前方的排气背压的算出的ΔpT>0的调节偏差被输送至滞后模块B1,滞后模块B1检查,ΔpT1Ist-pT1Soll>0的调节偏差处于具有较小的调节偏差的第一带中还是处于具有较大的调节偏差的第二带中。仅当确定存在较大的调节偏差时,才激活、也就是开启滞后模块HB1的输出端。因此,在有利的方式中不考虑排气背压调节路径a)的很小的调节偏差ΔpT>0。当算出的调节偏差ΔpT>0超出预设的极限值(阈值)时,激活滞后模块B1的输出端。
与之类似,将实际增压压力pLIst相对于额定增压压力pLSoll的算出的调节偏差ΔpL=(pLSoll-pLIst)>0也导引至滞后模块HB2,滞后模块HB2检查,ΔpL>0的调节偏差处于具有较小的调节偏差的第一带中还是处于具有较大的调节偏差的第二带中。仅当确定高于可预设的阈值的较大的调节偏差处于第二带中时,才激活、也就是开启滞后模块B2的输出端。因此,在有利的方式中不考虑增压压力调节路径b)的很小的调节偏差ΔpL>0。当算出的调节偏差ΔpT>0超出预设的极限值(阈值)时,激活滞后模块B2的输出端。
通过滞后模块HB1、HB2避免快速地重复开启和关闭过程、也就是说避免快速激活和停用调节路径a)、b)。
按照本发明,仅当两个输出端、即初级调节路径a的输出端和次级调节路径b)的输出端(&)都激活时才启用新的调节算法II。
由此同时识别究竟是否存在排气背压pT1Ist的排气背压调节偏差ΔpT1Soll-pT1Ist>0和是否存在内燃机100运行中的动态的运行状态、也就是增压压力调节偏差ΔpLSoll-pLIst>0。仅在这两者同时存在的情况下才输出准许指令,该准许指令通过图2中的&运算表示。
通过该准许指令将用于调节元件25的调节行程的常规的额定值25Soll通过切换开关S功能上释放给干预点E用于可能的干预。换言之,从所示未接通的位置切换在图2中示出的开关S并且实现按照本发明的干预。
然后,将开关S切换至另外的减运算模块SB2上的在干预点E中示出的存在于涡轮机10前方的排气背压pT1Ist的调节偏差ΔpT=Δ(pT1Ist-pT1soll)上。
由此现在根据初级调节路径a)的第一减运算模块SB1后方的调节偏差ΔpT1Ist-pT1Soll将常规的额定值25Soll借助减运算模块SB2输出为符合第二减运算模块SB2中的偏差的修正值、即修正的额定值25’Soll,也就是说,根据出现的动态状态、尤其根据次级调节路径b)的ΔpL>0的增压压力调节偏差改变常规的额定值25Soll,但仅当在初级调节路径a)中总体上存在ΔpT>0的排气背压调节偏差时才实施这种改变。
换言之,涡轮机10的导向叶片在这种情况下根据调节行程的按照本发明的额定值25’Soll调节为,使得产生的涡轮效率除了引起涡轮机10的最佳的涡轮功率外根据希望的额定排气背压ΔpT1Soll和动态状态在新的调节算法II的次级调节路径b)中还引起增压器5的在燃烧发动机55前的相应的额定增压压力pLSoll。
现在以有利的方式主动地根据排气背压pTlSoll的高于第一滞后模块HB1的可预设的带的调节偏差ΔpT>0并且根据高于第二滞后模块HB2的可预设的带的增压压力调节偏差ΔpL>0调节涡轮机10前方的排气背压pT1Ist。
在这种情况下,当排气背压调节偏差ΔpT输入干预点E中的第二减运算模块SB2之前,评估排气背压调节偏差ΔpT。
这种评估通过排气背压调节偏差的修改(ΔpTmod.)(pT1Soll-pTlIst)mod.实现,方式是按照特征曲线K2通过低通滤波器使排气背压调节偏差ΔpT=(pT1Soll-pT1Ist)平滑并且按照特征曲线K3与环境压力pU有关地设有放大因子。
通过所述方法有利地保证,通过算出的或模型化的排气背压pT1Ist影响对VTG-ATL的操控,使得避免排气背压pT1Ist的过高的积聚。由此实现的效果是,有效地减少燃烧发动机55的气缸的燃烧室中的残余气体含量。
此外,改善了运转平稳性和燃烧效率的改进以及VTG-ATL的可调节性,因为通过所述方法减小增压压力过冲(Ladedrucküberschwingern)。
按照所述方法,将用于确定排气背压pT1Ist的排气背压传感器或排气背压pT1Ist的模型值与汽油机-VTG-ATL或柴油机-VTG-ATL组合使用是控制和调节中的新措施。
有利地,通过主动调节排气背压pT1Ist能够考虑燃烧发动机55和排气装置的VTG-ATL的全部公差和构件散布。
有利地,车辆的行驶动力得以改善,因为通过根据增压压力pT1Ist主动调节排气背压pT1Ist在扭矩构建方面优化发动机控制,而不像以前那样仅仅通过排气背压调节在扭矩构建方面优化发动机控制。由此,最终行驶性能得以改善,因为车辆在使用所述方法时由于考虑了动态状态而更平和地加速。
附图标记列表
100 内燃机
5 压气机
10 涡轮机
15 轴
20 排气线路
25 调节元件
25Soll 调节元件的额定值
25’Soll 调节元件25的修正的额定值
50 空气供给线路
55 燃烧发动机
n 发动机转速
60 质量流量计
65 压力传感器
75 压力传感器
pT1 涡轮机10上游的第一压力
TABG 涡轮机10上游的废气温度
pT2 涡轮机10上游的第二压力
pT1Ist 涡轮机10上游的实际排气背压
pT1Soll 涡轮机10上游的额定排气背压
ΔpT=Δ(pT1Soll-pT1Ist)涡轮机上游的调节偏差ΔpT
pLSoll压气机5下游的额定增压压力
pLIst 压气机5的实际增压压力
ΔpL=(pLSoll-pLIst) 压气机5下游的调节偏差ΔpL
I 常规的调节算法
II 按照本发明的调节算法
a) 初级调节路径
b) 次级调节路径
pU 环境压力
SB1 第一减运算模块
SB2 第二减运算模块
HB1 滞后模块
HB2 滞后模块
E 干预点
S 开关
K1,K2,K3 特征曲线
Claims (3)
1.一种运行内燃机(100)的方法,所述内燃机(100)具有用于压缩输入内燃机(100)中的空气的废气涡轮增压器(5、10、15),其中,所述废气涡轮增压器(5、10、15)的在内燃机(100)的排气线路(20)中的涡轮机(10)的驱动功率通过所述涡轮机(10)的涡轮几何形状的变化被改变,其中,在第一调节算法(I)中,根据在燃烧发动机(55)下游的排气线路(20)中在内燃机(100)的涡轮机(10)前方待调节的额定排气背压(pT1Soll)操控所述废气涡轮增压器(5、10、15)的在燃烧发动机(55)上游的空气供给线路(50)中的压气机(5)的输出端处的额定增压压力(pLSoll),其中,所述额定增压压力(pLsoll)与涡轮机(10)的开口横截面相配,所述开口横截面通过配属于涡轮机(10)的调节元件(25)的调节行程根据配属于预设的额定增压压力(pLSoll)的额定值(25Soll)被操控,
其特征在于,当同时满足以下条件时,通过第二调节算法(II)在预设涡轮机(10)上游的排气线路(20)中的额定排气背压(pT1Soll)的上限值的情况下通过对第一调节算法(I)的干预以调整后的额定值(25’Soll)操控所述涡轮机(10)的通过第一调节算法(I)操控的调节元件(25),所述条件包括:
在第二调节算法(II)的初级调节路径a)中出现涡轮机(10)上游的排气背压-调节偏差(ΔpT),所述排气背压-调节偏差(ΔpT)由涡轮机(10)上游的实际排气背压(pT1Ist)和涡轮机(10)上游的预设的额定排气背压(pT1Soll)得出,并且
在第二调节算法(II)的次级调节路径b)中出现压气机(5)下游的增压压力-调节偏差(ΔpL),所述增压压力-调节偏差(ΔpL)由压气机(5)的实际增压压力(pLIst)和压气机(5)的输出端处的额定增压压力(pLSoll)得出,其中,
在第一减运算模块(SB1)中,在第二调节算法(II)的排气背压调节路径a)内输入涡轮机(10)上游的实际排气背压(pT1Ist)和预设的额定排气背压(pT1Soll),并且确定所述排气背压-调节偏差(ΔpT),其中,
在将所述第二调节算法(II)的初级调节路径a)的排气背压-调节偏差(ΔpT)在干预点(E)中输入第二减运算模块(SB2)之前修改所述第二调节算法(II)的初级调节路径a)的排气背压-调节偏差(ΔpT),其中,通过特征曲线K2使排气背压-调节偏差(ΔpT)平滑并且通过按照特征曲线K3的低通滤波器与环境压力(pU)有关地设有放大因子,从而在干预点(E)中将修改后的排气背压-调节偏差(ΔpTmod.)传递给第二减运算模块(SB2),
其中,将修改过的排气背压-调节偏差(ΔpTmod.)和第一调节算法(I)的属于预设的额定增压压力(pLSoll)的额定值(25Soll)在干预点(E)中输入所述第二减运算模块(SB2),并且在所述干预点(E)中形成修正的额定值(25’Soll)并且所述修正的额定值(25’Soll)通过开关(S)输出,
其中,在仅当初级调节路径a)的输出端和次级调节路径b)的输出端都被激活并且所述开关(S)闭合时才在考虑内燃机(100)的动态状态的情况下在干预点(E)中修正涡轮机(10)的调节元件(25)的调节行程。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第二调节算法(II)的初级调节路径a)中的排气背压-调节偏差(ΔpT)和次级调节路径b)中的增压压力-调节偏差(ΔpL)已分别超出属于各自调节路径(a)、b))的一个滞后模块(HB1、HB2)的可预设的阈值后,将所述第二调节算法(II)的初级调节路径a)中的排气背压-调节偏差(ΔpT)和次级调节路径b)中的增压压力-调节偏差(ΔpL)激活并且通过″和″运算(&)导引到干预点(E)的开关(S)上。
3.一种内燃机(100),设置用于实施权利要求1或2所述的方法,所述内燃机(100)包括用于压缩输入内燃机(100)中的空气的废气涡轮增压器(5、10、15)、压气机(5)、燃烧发动机(55)和具有可变涡轮几何形状的涡轮机(10),所述涡轮机(10)通过轴(15)与压气机(5)相连,所述内燃机(100)还具有控制器,在所述控制器中存储有计算机可读的用于实施所述方法的程序算法和必要时需要的特征曲线。
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