CN111836948A - 摇臂控制系统 - Google Patents

Abstract

具有用于在制动操作中致动两个或多个发动机气门中的至少一个的专用摇杆的内燃发动机中的气门致动系统可以包括偏置部件，例如压缩弹簧、拉伸弹簧、弹簧锁、液压致动器、气动致动器，其用于在远离运动源的偏置方向上偏置专用摇杆；和限制部件，例如包括止动螺钉的物理挡块或集成在偏置部件中的挡块，其用于限制专用摇杆在偏置方向上的运动。偏置部件和限制部件在操作期间将专用摇杆保持在受控状态和正中立位置。

Description

摇臂控制系统

优先权要求和相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月7日提交的标题为“摇臂控制系统”的美国临时申请序列号62/639,993的优先权，其主题通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于循环操作内燃发动机中的气门的系统。更具体地，本公开涉及在发动机气门机构中利用摇臂的发动机气门致动系统，其包括可以专用于通过改变进气门和排气门的操作特性控制发动机动力的摇臂，例如在发动机气门机构的中的发动机制动或其他辅助气门运动操作中。本公开进一步涉及用于控制这种摇臂的运动的系统。

背景技术

内燃发动机依靠气门致动系统来控制发动机的进气门和排气门，进而在操作过程中控制燃烧成分和产物进出燃烧室的流量。在四冲程工作循环中，在气缸内移动的活塞的进气冲程期间，进气门打开以使燃料和空气进入膨胀的燃烧室。在压缩冲程中，进气门关闭，燃烧成分被活塞压缩。然后点燃压缩的燃烧成分，引起活塞的动力冲程。在排气冲程中，打开排气门，以使燃烧产物随着活塞在气缸中的移动而逸出。该操作通常被称为发动机的“正动力”操作，并且在正动力操作期间施加到气门的运动通常被称为“主事件”气门致动运动。除主要事件致动外，发动机气门致动系统还可包括有助于辅助气门致动运动以支持诸如发动机制动(动力吸收)、排气再循环(EGR)等等功能的特征。可以使用赋予一个或多个发动机气门的“辅助”事件来实现这种气门运动。气门运动通常由一个或多个旋转凸轮作为运动源进行控制。凸轮从动件、推杆、摇臂和其他可形成气门机构的元件将运动直接从凸轮表面传递到气门。对于辅助事件，可以在气门机构中使用“空动(lost motion)”装置或可变长度的致动器，以促进辅助事件气门运动。空动装置是指一类技术解决方案，其中与单独通过各个凸轮表面进行致动而将发生的运动相比，气门运动被修改。空动装置可以包括其长度、刚度或可压缩性被改变和控制的装置，以便于在气门的主事件操作之外或替代主事件操作而有助于选择性地发生辅助事件。辅助运动气门系统可以利用专用的摇臂来支持一个或多个发动机气门上的辅助事件。在这样的系统中，主事件摇杆促进了主事件运动，而专用摇杆则促进了辅助运动，专用摇杆通常由诸如凸轮的专用运动源驱动。专用摇杆可以包括被控制为吸收或传递运动的活塞致动器。当活塞致动器处于活动状态时(例如，处于扩展配置中)，专用摇臂被称为处于活动状态，并将运动从制动凸轮传递到运动接收组件(例如发动机气门)。当活塞致动器处于非活动状态时(例如，处于缩回配置中)，专用摇杆被称为处于非活动状态。在非活动状态下，摇杆可以与制动凸轮以及气门脱离。这样，专用摇杆可处于不受控制的状态。

在传统的气门机构中，利用凸轮从动件和偏置机构(例如气门弹簧或外部弹簧)，摇臂可以在受控状态下运行，在该状态下，会损坏运动传递部件(即，凸轮或凸轮表面)和运动接收元件(发动机气门或推杆)。例如，在高运行速度下，凸轮和气门机构部件的加速，结合这些部件和摇臂的惯性，可导致气门机构中通常应接触的部件(例如，摇臂)之间发生分离。部件的这种分离和随后的重新接触可导致气门机构接触表面和部件损坏，在某些情况下甚至可能导致发动机气门与活塞之间发生接触。

现有技术的控制装置已经利用偏置装置以通过将摇杆的凸轮从动件端部偏向凸轮来提供一些程度的控制。然而，在典型的专用摇臂系统中，通常无法通过在相反方向上施加偏置力来控制摇臂运动，即，将摇臂的气门端部朝着气门和将摇臂的凸轮从动件端部远离凸轮偏压。这是因为当气门通过例如本领域中已知的气门桥经受主事件运动时，这样的构造将使摇杆“追赶”气门或运动接收部件。

在结合有可具有活动状态和非活动状态的可变气门致动部件的系统中，保持摇臂的受控操作可能甚至更为重要。在具有可变致动器的停用状态的气门机构中，气门机构中的部件之间可能存在更大的间隙。因此，不受控制的摇臂可能会增加接触面在操作过程中“追逐”或分离的可能性，从而导致重新接触时产生高冲击力以及过度磨损和/或损坏部件。

因此，提供解决上述缺点和现有技术中的其他缺点的系统将是有利的。

发明内容

响应于前述挑战，本公开提供了气门致动系统的各种实施例，其始终保持摇杆的受控操作。

根据一个方面，一种用于致动内燃发动机中的两个或更多个发动机气门中的至少一个的系统可以包括：至少一个专用摇杆，其用于在辅助操作中致动两个或更多个发动机气门中的至少一个；运动源，例如凸轮、推杆或附加的摇臂，其用于将运动传递给所述专用摇杆的运动源侧；运动接收部件，例如发动机气门、气门桥或另一个摇臂，其用于从所述专用摇杆的运动接收部件侧接收运动；和摇杆运动控制组件，其用于控制所述专用摇杆的运动，所述摇杆运动控制组件包括：偏置部件，例如压缩弹簧、拉伸弹簧、弹簧锁、液压致动器或气动致动器，其用于沿从所述运动源偏置的方向偏置所述专用摇杆；和限制部件，例如包括止动螺钉的物理挡块或集成在所述偏置部件中的挡块，其用于限制所述专用摇杆沿所述偏置的方向的运动。

根据另一方面，所描述的摇杆控制系统在整个操作中将所述摇臂保持在受控状态，无论所述摇杆处于将运动从运动源传递至运动接收部件的活动状态，还是处于它没有传递运动的非活动状态。所描述的摇杆控制系统可以使气门机构中包装更加容易，具有降低的成本，改善的响应时间，改善的耐久性以及减少的发动机寄生损耗。

通过下面的详细描述，本公开的其他方面和优点对于普通技术人员将是显而易见的，并且以上方面不应被视为穷举或限制。前面的一般描述和下面的详细描述旨在提供本公开的发明方面的示例，并且绝不应解释为限制或限定所附权利要求书中限定的范围。

附图说明

通过下面的详细描述以及附图，本发明的上述以及其他伴随的优点和特征将变得显而易见，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。将理解，说明书和实施例旨在作为根据本公开的方面的说明性示例，而并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围在所附权利要求中阐明。

图1是摇杆控制系统的示例实施方式的示意性局部截面图。

图2是摇杆控制系统的第二示例实施方式的示意性局部截面图。

图3是摇杆控制系统的第三示例实施方式的示意性局部截面图。

图4和图5分别是摇杆控制系统的第四示例实施方式的俯视图和侧视图的示意图。

图6和图7分别是摇杆控制系统的第五实施方式的俯视图和侧视图的示意图。

图8、8.1和9是摇杆控制系统的第六实施方式的等距视图。

图10和11是摇杆控制系统的第七实施方式的示意图。

具体实施方式

图1是根据本公开的方面的示例性摇杆控制系统100的示意图。用于实施控制系统100的一般环境可以包括摇臂轴110，其以横截面示出，其上枢转地安装有专用的辅助摇臂120。摇臂轴110可包括用于使控制流体(例如由泵部件(未示出)以工作压力提供的油)流动的通道112和114。摇臂120可以包括运动源侧122，该运动源侧具有安装在其上的用于接合凸轮140的凸轮辊130，凸轮140构成用于经由凸轮辊130向摇臂120提供运动的运动源。摇臂120还可包括运动接收部件侧124，用于将运动传递给诸如发动机气门150的运动接收部件。例如，在此使用的摇杆运动源侧122和运动接收部件侧124可以指的是例如在摇臂轴110的中心轴线的相应侧上的摇臂120的任何部分。摇臂120的运动接收部件侧124可以包括形成在其中的致动缸125，用于容纳致动器活塞组件160的部件，该致动器活塞组件可以通过在也容纳在摇臂120中的控制气门170的控制下经由控制通道126供给的液压控制流体选择性地致动。控制气门170可以使致动器活塞组件160(示意性地示出)呈现激活状态，在该状态下活塞162从致动缸125伸出，或者呈现停用状态，其中活塞162缩回到致动缸125中。在激活状态下，控制气门170与致动器缸125建立液压流体的锁定体积，使得致动器活塞组件160处于液压刚性状态，以便在制动或其他辅助动作中向气门150施加摇臂运动。诸如气门桥或桥销的其他中间气门机构部件可以设置在致动器活塞162和气门150的杆之间。在通常在内燃发动机的正动力操作期间发生的停用状态下，致动器活塞组件处于液压被动状态，即，控制气门170允许液压流体从致动器气缸125排出，并且活塞162在内部弹簧(未示出)的力作用下被缩回到致动缸125中，从而在发动机气门150的杆的端部之间产生间隙或间隙空间。此外，在停用状态下，在凸轮140的整个旋转过程中存在间隙空间，当凸轮辊遇到代表外部基圆的凸轮凸角142的峰和遇到凸轮内部基圆时在活塞162和气门150之间都存在间隙。因此，在发动机的正动力操作期间，在凸轮140的整个旋转过程中，致动器活塞162将不与气门150或其他中间气门机构部件接触。而且，凸轮辊130可以不与凸轮140的表面接触。

根据本公开的方面，可以提供偏置部件180以增强对摇臂120的控制。偏置部件可以包括压缩弹簧182，其设置在固定支撑件184和摇臂120的在运动接收部件侧124上的一部分之间。摇臂可包括用于接合弹簧182的底部的平坦表面186，并且可从平坦表面186延伸凸起的圆形弹簧引导件188，该引导件可与弹簧182的内径一致。固定支撑件184可以是从固定在发动机盖上的凸轮盖或柱延伸的板或壁架。固定支撑件184可以包括从其延伸的上部圆形弹簧引导件189，以增加压缩弹簧182的支撑和稳定性。因此，偏置部件可在摇臂上在远离凸轮辊的方向提供恒定的偏置力。即，偏置方向趋向于保持凸轮辊从凸轮表面移位，并且趋向于朝着气门150的方向偏置摇臂运动分量接收端。而且，可以选择压缩弹簧182的强度比发动机上的气门弹簧的强度轻(即，较低的弹簧常数)。当可变致动器处于激活或伸出状态时，该构造将允许偏置弹簧182压缩，从而摇臂可以枢转以允许凸轮辊接触凸轮表面并占据其间的任何间隙。

根据本公开的方面，控制系统100可以包括用于限制摇臂120在偏置方向上的运动的限制部件190。限制部件190可包括用于限制摇臂120的运动源端122的运动的物理挡块。物理挡块可以是止动螺钉192的形式，其可调节地支撑在固定安装板194上，并且可以包括摇杆接合端196。安装板194可以固定在凸轮盖上或在固定在气缸盖上的柱上。摇杆120可设置有用于接合止动螺钉192的平坦表面129。可提供锁定紧固件193以将止动螺钉192相对于安装板194锁定在适当的位置。如将认识到的，图1中所示的实施方式可以在没有限制部件或物理挡块的情况下使用，因为偏置部件将使摇臂始终保持与运动接收元件(发动机气门)接触。在发动机制动模式下，致动器活塞将克服偏置力并推动摇臂凸轮辊与凸轮接触。

如将认识到的，在发动机的正动力操作期间，或者当摇臂120以其他方式不与气门机构中其他部件接触时，偏置部件180和限制部件190的组合将操作以将摇臂120保持在受控的正限定的中立位置。还将认识到，在不脱离本公开中阐述的发明方面的情况下，上述的以及在本文的不同实施方式中进一步描述的限制部件和偏置部件可定位在摇臂上的不同位置。

图2是根据本公开的方面的另一示例摇臂控制系统200的示意图。在该示例中，限制部件290被集成到偏置部件280中，该偏置部件在摇臂220的运动源侧222上施加向上的力。销钉或螺栓292可以包括俘获或以其他方式固定在运动源侧224的头部293。销钉或螺栓292还可以包括终止于肩部296的止动部分295和进一步向上延伸至弹簧固定板298的引导部分297，该弹簧固定板可以螺纹固定至引导部分297的末端。引导部分297延伸穿过固定的引导板294中的通道291，该引导板可固定至发动机汽缸盖和/或从固定至发动机汽缸盖的柱延伸。压缩弹簧282设置在固定引导板294的上表面与弹簧保持板298之间，并在其上施加向上的力，从而在远离凸轮240的方向上偏压运动源端222和摇臂120的凸轮辊230。如将认识到的，引导部分297以及因此摇臂220的向上行进受到肩部296的限制，该肩部具有在固定引导板294中的通道291的较大尺寸(直径)。为了示出细节，示出了肩部296处于从固定的引导板294移位的位置。将认识到，在主要事件运动期间(即，当运动源和运动接收组件力未施加到摇臂上时)，控制系统200操作，以将摇臂220保持在正限定的中立位置，因为弹簧282保持肩部296靠着固定引导板294。

图3是另一示例摇臂控制系统300的示意图，其中偏置部件380可以是设置在摇臂320的运动源侧322上的液压部件的形式。液压部件可包括形成在摇臂380中并与控制流体通道328流体连通的液压缸381，该控制流体通道也形成在摇臂380中并延伸至摇臂轴孔326以接收加压的液压流体。液压活塞384可以设置在液压缸中，并且将通过缸381中的加压液压流体从摇臂320向外偏置。止动板388可以固定在发动机气缸盖上。当活塞384接触止动板388时，活塞384将在向上的方向上将偏压力施加在摇臂322上，从而使摇臂运动源侧322偏离凸轮340。限制部件390可以限制摇臂320在偏置方向上的运动。限制部件390可以类似于相对于图1描述的部件，并且可以包括物理挡块，其用于限制摇臂322的运动源端322的运动。物理挡块可以是止动螺钉392的形式，其可以可调节地支撑在固定安装板394上，并且可以包括用于接合摇臂320的平坦区域329的摇臂接合端396。安装板394可以固定在凸轮盖上或在固定在气缸盖上的柱上。可提供锁定紧固件393以将止动螺钉392相对于安装板394锁定在适当的位置。为了控制液压部件的偏压力，可以设置压力调节装置或控件以与控制流体通道328和液压缸381连通。

图4和图5示出了用于专用摇臂420的另一示例摇臂控制系统400，其中使用位于专用(辅助)摇臂420和主事件摇臂520之间并与之协作的元件实现偏置部件和限制部件。图4是俯视图，图5是专用(辅助)摇杆420的侧视示意图。在图5中，省略了主事件摇杆主体。然而，主事件摇杆上的与制动摇杆420上的元件相互作用的元件，即主事件摇杆止动凸片526和主事件摇杆弹簧支撑件522，被示出为阴影元件(点画)。在该示例中，用于专用摇杆420的偏置部件可以包括压缩弹簧480和从制动摇杆420延伸的专用摇杆弹簧支撑件422。专用摇杆弹簧支撑件422可包括第一圆形弹簧引导件424，其直径对应于弹簧480的内径，以将弹簧保持在正位置并用于稳定。弹簧480的相对端接合主事件摇杆弹簧支撑件522，其可以包括第二圆形弹簧引导件524。在图4和5的示例系统400中，限制部件可以包括主事件摇杆止动凸片526，其从主事件摇杆520延伸并且适于接合专用摇杆弹簧支撑件422。在该构造中，制动摇臂420在趋于使凸轮辊430远离凸轮运动的方向上偏置(图5中的顺时针方向)。此外，主事件摇杆止动凸片526对专用摇杆在偏置方向上的行进提供了限制，从而相对于在制动摇杆的停用状态期间的主事件摇杆运动，正限定了专用摇杆526的中立位置。从本公开中将认识到，与上面图1-3的示例中的摇臂所呈现的静态位置相比，专用摇杆在该示例中的“正”位置是相对于主事件摇杆520的运动限定的。因此，在主事件运动期间，在专用摇杆处于停用状态的情况下，即使当凸轮外部基圆与凸轮对齐时，专用摇杆也会与主事件摇杆正向运动，并且凸轮辊仍不与凸轮接触。当专用摇杆处于激活状态时，主事件摇杆比率可在专用摇杆致动器活塞和气门端之间产生大的间隙。然后，专用摇臂致动器活塞伸出，并且在从主事件到辅助操作的切换状态下，弹簧480受到压缩，制动摇杆沿凸轮辊430朝向凸轮移动的方向移动，从而使制动摇杆运动在辅助操作循环中在凸轮表面的控制下进行。

图6和7示出了另一示例控制系统600，其是图4和5的系统的修改版本，用于在倾向于使凸轮辊630与凸轮接触的方向上在专用摇杆620上提供偏置力。图6是俯视图，图7是专用摇杆620的侧视示意图。在图7中，省略了主事件摇杆主体。然而，与专用摇杆620上的元件相互作用的主事件摇杆上的元件，即，主事件摇杆弹簧支撑件722和主事件摇杆止动凸片726，被示出为阴影元件(点画)。在该示例中，用于专用摇杆620的偏置部件可以包括压缩弹簧680和从专用摇杆620延伸的专用摇杆弹簧支撑件622。专用摇杆弹簧支撑件622可包括第一圆形弹簧引导件624，其直径对应于弹簧680的内径，以将弹簧保持在正位置并用于稳定。弹簧680的相对端接合主事件摇杆弹簧支撑件722，其可以包括第二圆形弹簧引导件724。在图6和7的示例系统600中，限制部件可以包括主事件摇杆止动凸片726，其从主事件摇杆720延伸并且适于接合专用摇杆弹簧支撑件622。在该构造中，专用摇杆620在趋于使凸轮辊430朝向凸轮运动的方向上偏置(图7中的逆时针方向)。此外，主事件摇杆止动凸片726对制动摇杆在偏置方向上的行进提供了限制，从而在专用摇杆的停用状态期间相对于主事件摇杆运动，限定了专用摇杆620的正位置。将认识到，当在基圆上时，辅助(专用)摇杆620将被偏压成与凸轮接触。而且，当致动器活塞被致动时，辅助摇杆弹簧凸片622和主事件摇杆止动凸片726之间仍可能存在小的间隙。主事件摇杆止动凸片726通常在操作的主事件提升部分期间与专用摇杆弹簧支撑件622接触。从本公开中将认识到，与上面图1-3的示例中的摇臂所呈现的静态位置相比，专用摇杆在该示例中的“正”位置是相对于主事件摇杆720的运动限定的。因此，在主事件运动期间，在专用摇杆处于停用状态的情况下，即使当凸轮外部基圆与凸轮对齐时，专用摇杆620也会与主事件摇杆处于正限定的位置进行运动，并且凸轮辊仍不与凸轮接触。当专用摇杆处于激活状态时，主事件摇杆比率可在专用摇杆致动器活塞和气门端之间产生大的间隙。然后，专用摇臂致动器活塞伸出，并且在从主事件到辅助操作的切换状态下，弹簧680受到压缩，专用摇杆沿凸轮辊630朝向凸轮移动的方向移动，从而使专用摇杆运动在辅助操作循环中在凸轮表面的控制下进行。

图8、8.1和9是示例摇杆控制系统800的等距视图，其利用位于摇杆轴周围并适于将摇杆820保持在正限定的中立的居中位置的扭簧880，其中摇杆820不接触运动源和运动接收部件。扭簧880可以包括主体882，该主体设置在凹口822内并且相对于摇臂轴颈824处于大体同心的取向。主体882可以包括运动源侧延伸部884和运动接收部件侧延伸部886，它们均容纳在摇杆820中的凹部826内并且都邻接凹部826的相应壁。可以通过紧固螺栓852固定到发动机气缸盖的保持板850包括保持板凹部854，该保持板凹部限制了扭簧880的运动源侧延伸部884和运动接收部件侧延伸部886相对于保持板850的行进。应当理解，当摇杆820旋转时，延伸部884和882可以从保持板凹部854的壁进行有限的位移。因此，限制了摇杆820在两个旋转方向上的旋转。当摇杆820处于停用状态时，在主事件操作期间，摇杆820通过扭簧880保持在静态位置。当摇杆820处于激活状态时，在辅助操作期间，致动器活塞860延伸，使摇杆820抵抗由延伸部886提供的偏压力而旋转，并使凸轮辊830占据与凸轮的任何间隙。摇杆820处于居中位置。运动接收部件侧延伸部886在摇杆上施加偏压力，该偏压力趋于保持摇杆凸轮辊830不与凸轮接触和远离凸轮。当随后停用辅助操作时，摇杆820在扭簧880的控制下返回其居中的受控中立位置。

图10和11是另一摇杆控制系统1000的示意图，其中偏置部件1080在凸轮1040的方向上在摇杆运动源侧1024上提供偏压力。压缩弹簧1082设置在相对于气缸盖固定的固定支撑板1084与相对端上的弹簧保持器1086之间。弹簧保持器1086被支撑在保持凸缘1090上，该保持凸缘固定到延伸穿过固定支撑板1084的螺纹紧固件1092的端部。弹簧1082的伸展因此被保持凸缘1090限制。弹簧座构件1096通过螺纹紧固件固定到摇臂1020，并且可以包括在其中形成的轮廓凹部1098。凹部1098的形状和取向使得在保持凸缘1090和凹部1098之间保持间隙1099以允许油的积聚并且将弹簧力与弹簧座构件1096隔离。

尽管已经参考特定示例实施例描述了本发明的实施方式，但是显而易见的是，可以对这些实施例进行各种修改和改变，而不背离权利要求中所阐述的本发明的更广泛的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (14)

1.一种用于致动内燃发动机中的两个或更多个发动机气门中的至少一个的系统，所述系统包括：

至少一个专用摇杆，其用于在辅助操作中致动两个或更多个发动机气门中的所述至少一个；

运动源，其用于将运动传递到所述专用摇杆的运动源侧；

运动接收部件，其用于从所述专用摇杆的运动接收部件侧接收运动；和

摇杆运动控制组件，其用于控制所述专用摇杆的运动，所述摇杆运动控制组件包括：

偏置部件，其用于沿远离所述运动源的偏置方向偏置所述专用摇杆；和

限制部件，其用于限制所述专用摇杆在所述偏置方向上的运动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏置部件适于在所述专用摇杆的所述运动接收部件侧上施加偏置力。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述偏置部件包括适于接合所述专用摇杆上的表面的弹簧。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述限制部件适于接合所述专用摇杆的所述运动源侧。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述限制部件是可调节的止动件。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏置部件适于在所述专用摇杆的所述运动源侧上施加偏置力。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏置部件包括固定至所述摇杆的销和适于向所述销施加偏压力的弹簧。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述销在销引导件内延伸，以引导所述销相对于其滑动运动。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述限制部件包括在所述销上的肩部，用于限制所述销相对于所述引导件的运动。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括用于传递主事件气门运动的主事件摇杆，其中所述偏置部件与所述主事件摇杆协作地关联。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述偏置部件包括布置在所述主事件摇杆和所述专用摇杆之间的弹簧。

12.根据权利要求1所述的系统，还包括用于传递主事件气门运动的主事件摇杆，其中所述限制部件包括所述专用摇杆上的适于接合所述主事件摇杆的挡块。

13.根据权利要求1所述的系统，还包括用于传递主事件气门运动的主事件摇杆，其中所述限制部件包括所述专用摇杆上的第一挡块，其适于接合所述主事件摇杆上的第二挡块。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述摇杆运动控制组件包括偏置组件，其用于将所述摇杆朝中立位置偏置，在所述中立位置中所述摇杆运动源侧不与所述运动源接合，并且所述摇杆运动接收部件侧不与所述运动接收部件接合。

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