CN111140678A - 一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置，包括阀体和旋转阀，阀体包括两个贯穿阀体的且并列布置的通道，每个通道内设置有多个沿通道的轴向延伸的导流板，多个导流板将通道分隔成沿周向均匀分布的多个气流道，每个气流道的入口设置有一个旋转阀，旋转阀包括阀片和旋转轴，阀片位于气流道的入口内侧，旋转轴的一端与阀片连接固定且另一端伸出于阀体外侧，旋转轴相对阀体转动连接，阀片能够绕旋转轴的轴线旋转并封堵和打开气流道。该装置能够通过离散方式灵活调整涡流比，方便涡流比和燃烧系统的匹配测试。

Description

一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置

技术领域

本发明涉及发动机试验技术领域，尤其涉及一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置。

背景技术

内燃机缸内空气运动对混合气的形成和燃烧过程有决定性影响，因而也影响着发动机的动力性、经济性、燃烧噪声和有害气体的排放。对于柴油机而言，涡流可以促进燃烧过程中空气和未燃烧的燃料间的混合，提高燃烧速率。但是，涡流比的确定需要考虑不同燃烧系统以及供油系统，涡流比过高，多孔喷油器喷出的油束可能会重叠，同时，过高的涡流比会导致流量系数变低，散热损失增加，使发动机性能变差，排放污染物增加。如果涡流比过低，空气利用率降低，同样也会使燃烧过程和污染物生成量无法达到理想效果。因此，最佳涡流比的确定对于开发高性能低排放柴油机具有重要意义。

在设计开发发动机的气道时，需要首先确定合理的涡流比。目前，确定最佳涡流比的过程主要通过仿真和试验这两种方式。由于喷雾和燃烧过程的仿真精度偏低，因此，通过仿真方式来确定最佳涡流比无法满足设计需求。试验方面，主要通过对实际多缸发动机产品做试验，存在试验成本过高且试验周期长的缺陷。因此，一般采用热力学单缸机进行试验。由于试验过程采用单缸缸盖，使得成本有所降低，然而，试验周期依然较长，无法满足产品开发需求。

现有的在单缸机上用于不同燃烧系统的开放过程中，存在通过在缸盖上游添加涡流比调节装置的做法，其一般是通过连续调节的方式进行涡流比的调整，这种调节方式在长时间使用后，会存在涡流比控制不准确的问题。同时，现有的涡流比调节装置会影响下游气流流动，容易产生回流或扰动，使实际涡流比偏离目标涡流比，导致测试结果失真。

因此，如何方便调整涡流比以进行单缸发动机试验，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置，该装置可以灵活调整涡流比，方便涡流比和燃烧系统的匹配测试。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置，包括阀体和旋转阀，所述阀体包括两个贯穿所述阀体的且并列布置的通道，每个所述通道内设置有多个沿所述通道的轴向延伸的导流板，多个所述导流板将所述通道分隔成沿周向均匀分布的多个气流道，每个所述气流道的入口设置有一个所述旋转阀，所述旋转阀包括阀片和旋转轴，所述阀片位于所述气流道的入口内侧，所述旋转轴的一端与所述阀片连接固定且另一端伸出于所述阀体外侧，所述旋转轴相对所述阀体转动连接，所述阀片能够绕所述旋转轴的轴线旋转并封堵和打开所述气流道。

优选地，所述阀体与所述旋转轴之间设有用于限定所述旋转轴的旋转角度的旋转定位结构。

优选地，所述旋转定位结构包括定位块和定位销，所述定位块固定于所述旋转轴伸出于所述阀体外侧的一端，所述阀体外侧设置有多个绕所述旋转轴周向布置的定位销孔，所述定位销用于将所述定位块固定于所述定位销孔。

优选地，所述气流道的入口横截面为扇形，所述阀片为与所述气流道的入口配合的扇形阀片，所述旋转轴的轴线与所述阀片的对称轴重合布置，且所述旋转轴的轴线与所述通道的轴线垂直布置。

可选地，所述涡流比调节装置还包括支撑架，所述支撑架包括连接于所述通道外端面的支撑底板和同轴贯穿于所述通道内的支撑轴，所述导流板的一侧连接于所述通道的内壁且另一端连接于所述支撑轴，所述支撑轴通过连接筋板与所述支撑底板连接固定。

优选地，所述支撑轴的外周设置有多个与所述导流板一一对应的且沿轴向延伸的滑插固定部，所述导流板伸向所述通道轴心的一侧滑插固定于所述支撑轴的所述滑插固定部。

优选地，所述支撑轴的外周设置有与多个所述旋转轴一一对应的旋转支撑孔，所述旋转轴伸向所述通道内侧的一端与所述旋转支撑孔转动配合。

优选地，所述支撑底板位于所述通道的出口的外端面，所述支撑底板的外周和所述阀体的外周对应布置有用于连接缸盖的安装孔。

优选地，所述通道的内壁沿周向布置有多个用于可拆卸连接所述导流板的导流板固定结构。

优选地，每个所述通道内布置有四个所述导流板。

本发明提供的一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置，包括阀体和旋转阀，阀体包括两个贯穿阀体的且并列布置的通道，每个通道内设置有多个沿通道的轴向延伸的导流板，多个导流板将通道分隔成沿周向均匀分布的多个气流道，每个气流道的入口设置有一个旋转阀，旋转阀包括阀片和旋转轴，阀片位于气流道的入口内侧，旋转轴的一端与阀片连接固定且另一端伸出于阀体外侧，旋转轴相对阀体转动连接，阀片能够绕旋转轴的轴线旋转并封堵和打开气流道。

本发明的工作过程如下：

在气道吹风试验台上，调整两个通道中各个阀片的开启和关闭状态，记为状态一，将各个旋转阀位置固定，随后进行稳态吹风测试，获得当前状态一的各个阀片组合对应的第一涡流比；然后，通过转动旋转轴以更改部分阀片的开闭状态，记为状态二，继续进行稳态吹风测试，获得状态二对应的第二涡流比；以此类推，依次变换两个通道中各个阀片的开闭状态，并进行相应的测试，从而可以获得多个不同的阀片开闭组合所对应的涡流比，然后将每次试验的阀片开闭组合状态与对应的涡流比记录下来，形成涡流比查询表。然后，将该涡流比调节装置安装到单缸发动机上，通过查表的方式选择不同的涡流比效果，最后进行涡流比和燃烧系统的匹配测试，以获得当前燃烧系统配置下的最佳涡流比需求。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明利用两个通道中多个阀片不同的开闭组合状态，实现了以离散方式精确调整涡流比的效果，控制涡流比更加准确，为单缸机测试过程提供了便于查询的结果，方便进行涡流比和燃烧系统的匹配测试；

2）本发明可通过控制旋转轴的转动角度，实现涡流比的可调范围灵活可变；

3）本发明通过在通道内设置导流板，保证气体进入缸内的流动状态与实际发动机一致，测试时不会影响缸内燃烧过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中的涡流比调节装置的整体结构出气侧的示意图；

图2为本发明具体实施例中的涡流比调节装置的整体结构进气侧的示意图；

图3为本发明具体实施例中的旋转轴与阀体之间的旋转定位结构的示意图；

图4为本发明具体实施例中的旋转轴的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中的阀片的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中的支撑架的结构示意图；

图7为本发明具体实施例中的阀体的结构示意图；

图8为本发明具体实施例中各个阀片在状态一时的开闭状态示意图；

图9为本发明具体实施例中各个阀片在状态二时的开闭状态示意图。

图1至图9中：

1-阀体、2-支撑架、3-旋转轴、4-阀片、5-安装孔、6-导流板、21-支撑底板、22-连接筋板、23-支撑轴、24-滑槽、25-旋转支撑孔、11-定位槽、12-定位销孔、31-定位块、32-旋钮、33-阀片固定孔、41-旋转轴安装孔、42-旋转轴连接钉、61-导流板末端凸起、100-通道、10-气流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，更加方便地进行涡流比和燃烧系统的匹配测试，本发明提供一种涡流比调节装置，通过该装置可以实现以离散方式来精确调整涡流比，通过确定合理的涡流比后，再定向开发特定涡流比匹配的气道。

请参照图1至图9，本发明提供了一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置，包括阀体1和旋转阀，阀体1包括两个贯穿阀体1的且并列布置的通道100，每个通道100内设置有多个沿通道100的轴向延伸的导流板6，多个导流板6呈辐射状分布，并将通道100分隔成沿周向均匀分布的多个气流道10，每个气流道10的入口设置有一个旋转阀，旋转阀包括阀片4和旋转轴3，阀片4位于气流道10的入口内侧，旋转轴3的一端与阀片4连接固定且另一端伸出于阀体1外侧，旋转轴3相对阀体1转动连接，阀片4能够绕旋转轴3的轴线旋转并封堵和打开气流道10。

需要说明的是，阀体1的入口截面可以设计为圆形、矩形、方形等形状，其优选设计为圆形口特征，能够便于与旋转阀的阀片4密封配合。阀体1内的两个通道100分别对应缸盖的切向气道和螺旋气道。阀体1的出口截面优选设计为矩形特征，与缸盖气道入口形式一致，保证气流可以顺利进入进气道，避免在调节装置和缸盖之间产生流动分离等不利现象。通道100内的多个导流板6起到稳定气流的作用。旋转轴3相对阀体1转动连接，并且采用环形密封结构以保证阀体1侧壁开孔的连接气密性。旋转轴3伸出于阀体1外侧的一端可以设计有旋钮32，便于手动通过旋钮32控制旋转轴3的旋转角度。

优选地，阀体1与旋转轴3之间设有用于限定旋转轴3的旋转角度的旋转定位结构。通过该旋转定位结构可以锁定旋转轴3相对阀体1转动的角度，从而锁定阀片4在气流道10中的开闭状态或保持在特定的旋转角度。本方案具体可以通过设计旋转定位结构的不同锁定位置，以控制每个阀片4按照预设的几个旋转角度进行锁定，从而使阀片4可按照不同打开程度控制每个气流道10内的进气流量，进而实现更多种涡流比的灵活调整。例如，旋转定位结构可以仅设置0°和90°两个锁定角度，旋转轴3在旋转至0°时控制阀片4关闭气流道10；旋转轴3在旋转至90°时控制阀片4打开气流道10并且使阀片4沿气流道10的轴向投影面积最小，此时，气流道10内的气体流量最大，本方案通过更改每个旋转轴3的不同旋转角度，使得每个阀片4都具有0°和90°两个旋转位置，并对应气流道10的打开和关闭两种状态，通过组合变换两个通道100中各个阀片4的不同旋转位置，即可调节出多个涡流比；当试验需要更多不同涡流比时，可以在上述举例中的0°和90°两个旋转角度的基础上，增加45°位置，仍然采用旋转定位结构进行锁定，即可实现更多涡流比的调节。

需要说明的是，上述旋转定位结构具体可以设计为多种结构形式，例如定位销结构形式，或者卡扣形式，或者螺纹锁定结构等等，优选地，请参照图3，本方案中的旋转定位结构包括定位块31和定位销，定位块31固定于旋转轴3伸出于阀体1外侧的一端，阀体1外侧设置有多个绕旋转轴3周向布置的定位销孔12，定位销用于将定位块31固定于定位销孔12。当旋转轴3带动定位块31相对阀体1旋转预设角度时，且当定位块31上的定位孔与阀体1上设置的定位销孔12对准时，可以将定位销插在孔中，即可实现定位块31与阀体1的锁定。进一步优选地，本方案还在阀体1外侧设置有定位槽11，定位块31在定位槽11中旋转，定位槽11具体可以设计成一个位于旋转轴3一侧的扇形凹槽，定位槽11的周向两端则限定了旋转轴3的最大旋转角度范围，例如，将定位槽11设计为90°扇形凹槽结构时，定位槽11的两端即分别用于限定旋转轴3的0°旋转位置和90°旋转位置，定位块31的下部在定位槽11中往复摆动，定位块31的上部则可以卡在定位槽11的上端面，便于设置定位销孔12以及固定定位销。

需要说明的是，每个通道100内气流道10的数量以及每个气流道10的横截面形状由通道100和导流板6的分布来决定，例如，当通道100为圆柱形孔时，可以通过设置四个导流板6来形成四个横截面为直角扇形的气流道10，也可以通过设置三个、五个、六个或更多个导流板6来形成三个、五个、六个或更多个横截面为不同角度扇形的气流道；当通道100为横截面为矩形的孔时，可以通过设置四个导流板6来形成四个横截面为矩形或三角形的气流道，等等。优选地，如图2、图8和图9所示，本方案中的气流道10的入口横截面为扇形，阀片4为与气流道10的入口配合的扇形阀片，旋转轴3的轴线与阀片4的对称轴重合布置，且旋转轴3的轴线与通道100的轴线垂直布置。其中，旋转轴3与扇形阀片的对称轴重合布置，以便于带动阀片4在气流道10内顺利翻转。

在另一种优选方案中，本发明提供的涡流比调节装置还包括支撑架2，支撑架2用于辅助固定各个导流板6，支撑架2包括连接于通道100外端面的支撑底板21和同轴贯穿于通道100内的支撑轴23，导流板6的一侧连接于通道100的内壁且另一端连接于支撑轴23，支撑轴23通过连接筋板22与支撑底板21连接固定。支撑底板21与阀体1端部连接固定，连接筋板22则将支撑底板21和支撑轴23连接固定，从而可以使支撑轴23与阀体1共同形成牢固的支撑结构。

请参照图1，优选地，支撑底板21位于通道100的出口的外端面，支撑底板21的外周和阀体1的外周对应布置有用于连接缸盖的安装孔5。将该涡流比调节装置安装于单缸发动机的缸盖上时，利用螺栓穿过安装孔5将该调节装置整体固定在缸盖上方，将进气管连接在阀体1的进气侧，此时，支撑架2的支撑底板21则被夹在阀体1与缸盖之间，为了保证阀体1与缸盖进气口之间的连接牢固度和气密性，本方案还在阀体1与支撑底板21之间安装有垫片。

另外，为了减小连接筋板22对气流道10内进气流动的影响，本方案将连接筋板22的延伸方向设计为与导流板6的端部边缘一致，即，连接筋板22在通道100的轴向的投影与导流板6重合布置，如此设置，即可进一步避免连接筋板22对气流的干扰影响。

优选地，支撑轴23的外周设置有多个与导流板6一一对应的且沿轴向延伸的滑插固定部，导流板6伸向通道100轴心的一侧滑插固定于支撑轴23的滑插固定部。在组装该调节装置时，可以先将各个导流板6固定在通道100内壁，各个导流板6的朝向通道100轴心的一端共同形成用于插入支撑轴23的空间，再将支撑轴23插入到该空间中，同时，利用滑插固定部将各个导流板6连接于支撑轴23的周向。

需要说明的是，上述滑插固定部可以设计为滑槽或滑轨结构，优选地，本方案在支撑轴23的周向开设有多个沿轴向延伸的滑槽24，如图6所示，相应地，导流板6朝向通道100轴心的一侧设计有导流板末端凸起61，在组装时，将导流板末端凸起61插入到支撑轴23的滑槽24中，即可实现连接固定。

需要说明的是，本方案中的旋转阀结构中，旋转轴3可以通过焊接固定、铆钉固定、螺钉固定等多种方式实现与阀片4的连接固定，优选地，请参照图4和图5，阀片4的主体内部开设有旋转轴安装孔41，阀片4外部设置有贯穿至旋转轴安装孔41内侧的旋转轴连接钉42，旋转轴3上设置有与旋转轴连接钉42一一对应的阀片固定孔33。组装旋转阀时，先将阀片4放置到气流道10的入口内侧，并使阀片4的旋转轴安装孔41对准阀体1侧壁上的旋转轴通过孔，然后，将旋转轴3从阀体1外部插入到阀体1的旋转轴通过孔和阀片4的旋转轴安装孔41中，最后，将旋转轴连接钉42与旋转轴3上的阀片固定孔33连接固定，至此便完成了旋转阀的组装。

优选地，支撑轴23的外周还设置有与多个旋转轴3一一对应的旋转支撑孔25，旋转轴3伸向通道100内侧的一端与旋转支撑孔25转动配合。在组装该调节装置时，将支撑轴23插入到通道100中之后，随后将阀片4放置到气流道10的入口内侧，然后从阀体1外侧插入旋转轴3，并利用连接件将旋转轴3与阀片4固定，旋转轴3伸入到通道100内侧的一端则插入到支撑轴23的旋转支撑孔25中，至此，完成了整个涡流比调节装置的组装。本方案通过在支撑轴23上开设用于支撑旋转轴3的旋转支撑孔25，可以与阀体1上开设的通孔一同形成对旋转轴3两端的有效支撑，保证旋转轴3转动过程的平顺性，避免旋转轴3发生变形失效。

需要说明的是，本方案中的导流板6可以通过焊接固定或一体成型等方式设置于通道100的内侧，还可以通过插槽固定、螺栓固定等方式实现与阀体1之间的可拆卸连接固定。优选地，本方案在通道100的内壁沿周向布置有多个用于可拆卸连接导流板6的导流板固定结构，导流板固定结构具体可以设计为插槽结构、卡扣结构或固定销结构等，如此设置，本方案提供的涡流比调节装置整体成为可拆卸结构，从而可以根据不同的试验需求随时更改阀体1内的导流板6分布形式，从而形成多种不同组合的气流道10结构，同时匹配相应形状的阀片4结构，就可以实现多种涡流比效果。

在一种具体实现方案中，本方案中每个通道100内布置有四个导流板6，每个通道100内则分别布置有四个阀片4，每个阀片4具有0°和90°两个旋转位置，如图1至图9所示。

下面结合具体试验过程来介绍本发明涡流比调节装置的具体工作过程：

在气道吹风试验台上，调整两个通道100中各个阀片4的开启和关闭状态，以图8为例（图8中标注有气流道10的位置代表该处的阀片4处于打开状态，标注有阀片4的位置代表该处的阀片4处于关闭状态），将图8对应的阀片开闭组合状态记为状态一，然后将各个旋转阀位置固定，随后进行稳态吹风测试，获得当前状态一的各个阀片组合对应的第一涡流比；然后，通过转动旋转轴3以更改部分阀片的开闭状态，将各个阀片4调整到如图9所示的状态（图9中的标注含义与图8一样），将图9对应的阀片开闭组合状态记为状态二，继续进行稳态吹风测试，获得状态二对应的第二涡流比；以此类推，依次变换两个通道100中各个阀片4的开闭状态，并进行相应的测试。在每个阀片4具有0°和90°两个旋转位置的条件下，每个通道100的进气状态有5种，通过开启不同位置和不同数目的阀片4，两个通道100一共能调整出25个不同的组合，再除去一些相同流通结构的组合，一共可以获得13个不同的涡流比。依次测试完之后，将每次试验的阀片开闭组合状态与对应的涡流比记录下来，形成涡流比查询表。然后，将该涡流比调节装置安装到单缸发动机上，通过查表的方式选择不同的涡流比效果，最后进行涡流比和燃烧系统的匹配测试，以获得当前燃烧系统配置下的最佳涡流比需求。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明利用两个通道100中多个阀片4不同的开闭组合状态，实现了以离散方式精确调整涡流比的效果，控制涡流比更加准确，为单缸机测试过程提供了便于查询的结果，方便进行涡流比和燃烧系统的匹配测试；

2）本发明可通过控制旋转轴3的转动角度，实现涡流比的可调范围灵活可变；

3）本发明通过在通道100内设置导流板6，保证气体进入缸内的流动状态与实际发动机一致，测试时不会影响缸内燃烧过程；

4）本发明提供的涡流比调节装置结构紧凑、布置简单，可靠性较高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种适用于单缸发动机试验的涡流比调节装置，其特征在于，包括阀体（1）和旋转阀，所述阀体（1）包括两个贯穿所述阀体（1）的且并列布置的通道（100），每个所述通道（100）内设置有多个沿所述通道（100）的轴向延伸的导流板（6），多个所述导流板（6）将所述通道（100）分隔成沿周向均匀分布的多个气流道（10），每个所述气流道（10）的入口设置有一个所述旋转阀，所述旋转阀包括阀片（4）和旋转轴（3），所述阀片（4）位于所述气流道（10）的入口内侧，所述旋转轴（3）的一端与所述阀片（4）连接固定且另一端伸出于所述阀体（1）外侧，所述旋转轴（3）相对所述阀体（1）转动连接，所述阀片（4）能够绕所述旋转轴（3）的轴线旋转并封堵和打开所述气流道（10）。

2.根据权利要求1所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述阀体（1）与所述旋转轴（3）之间设有用于限定所述旋转轴（3）的旋转角度的旋转定位结构。

3.根据权利要求2所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述旋转定位结构包括定位块（31）和定位销，所述定位块（31）固定于所述旋转轴（3）伸出于所述阀体（1）外侧的一端，所述阀体（1）外侧设置有多个绕所述旋转轴（3）周向布置的定位销孔（12），所述定位销用于将所述定位块（31）固定于所述定位销孔（12）。

4.根据权利要求1所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述气流道（10）的入口横截面为扇形，所述阀片（4）为与所述气流道（10）的入口配合的扇形阀片，所述旋转轴（3）的轴线与所述阀片（4）的对称轴重合布置，且所述旋转轴（3）的轴线与所述通道（100）的轴线垂直布置。

5.根据权利要求1所述的涡流比调节装置，其特征在于，还包括支撑架（2），所述支撑架（2）包括连接于所述通道（100）外端面的支撑底板（21）和同轴贯穿于所述通道（100）内的支撑轴（23），所述导流板（6）的一侧连接于所述通道（100）的内壁且另一端连接于所述支撑轴（23），所述支撑轴（23）通过连接筋板（22）与所述支撑底板（21）连接固定。

6.根据权利要求5所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述支撑轴（23）的外周设置有多个与所述导流板（6）一一对应的且沿轴向延伸的滑插固定部，所述导流板（6）伸向所述通道（100）轴心的一侧滑插固定于所述支撑轴（23）的所述滑插固定部。

7.根据权利要求5所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述支撑轴（23）的外周设置有与多个所述旋转轴（3）一一对应的旋转支撑孔（25），所述旋转轴（3）伸向所述通道（100）内侧的一端与所述旋转支撑孔（25）转动配合。

8.根据权利要求5所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述支撑底板（21）位于所述通道（100）的出口的外端面，所述支撑底板（21）的外周和所述阀体（1）的外周对应布置有用于连接缸盖的安装孔（5）。

9.根据权利要求1所述的涡流比调节装置，其特征在于，所述通道（100）的内壁沿周向布置有多个用于可拆卸连接所述导流板（6）的导流板固定结构。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡流比调节装置，其特征在于，每个所述通道（100）内布置有四个所述导流板（6）。

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