CN113969809A - 减小发动机启动扭矩的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种减小发动机启动扭矩的装置和方法,该装置包括箱体和安置在箱体内的活塞机构与启动机构,活塞机构的驱动活塞包括一个非工作端和一个工作端,当来自箱体内流体通道的流体作用于驱动活塞的非工作端时,驱动活塞被置于非操作位置,将启动机构置于非启动状态,与发动机的阀桥或气门分开,气门处于常规运作状态;当来自箱体内流体通道的流体作用于驱动活塞的工作端时,驱动活塞被置于操作位置,将启动机构置于启动状态,使得打开后的气门不能回位落座而保持打开。本发明由驱动活塞两端的油压控制固链式的启动机构,在发动机熄火、停机和启动时使气门保持小量打开,改善发动机的停机和启动性能,而在发动机点火与运作时不干涉气门运动。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域,尤其涉及车辆发动机技术,特别是减小发动机启动扭矩的装置和方法。
背景技术
发动机的性能包括常规点火性能和其它辅助性能,比如发动机的制动性能、发动机的停机和启动性能等。尽管发动机的硬件和软件都有很大的改进,比如发动机在冷启动时采用加热等新技术,但在寒冷的天气,压燃式的柴油发动机还是很难启动。大型商用车发动机还存在停机时运转不稳、震动和噪音等缺陷。目前用来改善发动机性能的辅助气门驱动机构大都是液压式机构。在发动机熄火之后,液压式机构无法将发动机的气门保持打开。流体(如机油)的泄漏将导致液压式机构的失效,因为发动机停机之后无法向液压式机构供油,漏失的流体得不到补充,从而失去液压连接,通过流体打开的发动机气门将在气门弹簧的作用下落座关闭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小发动机启动扭矩的装置和方法,所述的这种减小发动机启动扭矩的装置要解决现有技术中停车时震动和噪音大以及发动机冷启动困难的技术问题,以及液压式机构在发动机熄火之后无法将发动机的气门保持打开的技术问题。
本发明的这种减小发动机启动扭矩的装置,包括箱体和安置在箱体内的活塞机构与启动机构,活塞机构包括设置在箱体的驱动活塞孔内的驱动活塞,箱体内还设置有流体通道,其特征在于:所述的驱动活塞包括一个非工作端和一个工作端,当来自流体通道的流体作用于驱动活塞的非工作端时,驱动活塞在驱动活塞孔内被置于非操作位置,驱动活塞将启动机构置于非启动状态,启动机构与发动机的阀桥或气门分开,气门处于常规运作状态;当来自流体通道的流体作用于驱动活塞的工作端时,驱动活塞在驱动活塞孔内被置于操作位置,驱动活塞将启动机构置于启动状态,使得打开后的气门不能回位落座而保持打开。
进一步的,所述的流体包括发动机的机油。
进一步的,所述箱体内的流体通道包括润滑油道和启动油道,所述的润滑油道通向驱动活塞非工作端一侧的驱动活塞孔,所述的启动油道通向驱动活塞工作端一侧的驱动活塞孔。
进一步的,所述驱动活塞的非工作端和工作端包括大小不同的两端。
进一步的,所述驱动活塞的工作端的外圆直径大于非工作端的外圆直径。
进一步的,所述的活塞机构还包括定位弹簧,所述的定位弹簧位于驱动活塞的工作端一侧,定位弹簧将驱动活塞在驱动活塞孔内偏置在操作位置。
进一步的,所述的定位弹簧的作用力为发动机启动时的机油压力与驱动活塞非工作端受压面积的乘积。
进一步的,所述的减小发动机启动扭矩的装置还包括卸油机构,所述的卸油机构包括安置在箱体的卸油活塞孔内的卸油活塞和回位弹簧,所述的卸油活塞上面有供油槽和卸油通道,卸油活塞包括供油位置和卸油位置,卸油活塞两端分别承受回位弹簧的作用力和机油的压力,回位弹簧将卸油活塞置于供油位置,机油通过润滑油道和卸油活塞上面的供油槽从驱动活塞的非工作端一侧进入驱动活塞孔,驱动活塞被置于非操作位置;来自启动油道的机油从没有回位弹簧的一端作用于卸油活塞,压迫回位弹簧将卸油活塞置于卸油位置,接通卸油通道与驱动活塞非工作端一侧的驱动活塞孔卸油,驱动活塞移向操作位置。
进一步的,所述的启动机构包括摆动机构,所述的摆动机构包括安装在摆动轴上的摆动件,摆动轴安装在箱体上,摆动件包括连接端和工作端,摆动件的连接端与驱动活塞相连,驱动活塞驱动摆动件在非启动状态和启动状态之间摆动,在所述的非启动状态,摆动件的工作端与阀桥或气门分开;在所述的启动状态,摆动件的工作端作用于阀桥或气门。
进一步的,所述的箱体包括发动机的摇臂。
本发明还有减小发动机启动扭矩的方法,包括一个利用启动装置将发动机的气门顶开的过程,所述的启动装置包括箱体和安置在箱体内的活塞机构与启动机构,活塞机构包括设置在箱体的驱动活塞孔内的驱动活塞,所述的驱动活塞包括一个非工作端和一个工作端,箱体内还设置有流体通道,其特征在于:所述的方法包括下述步骤:
1.在发动机熄火时,通过箱体内的流体通道向驱动活塞的工作端一侧的驱动活塞孔输送流体,
2.驱动活塞移向操作位置,将启动机构推向启动状态,
3.发动机的气门驱动机构打开发动机的气门,
4.启动机构抵达启动状态,作用于返程的阀桥或气门,使打开后的气门不能回位落座而保持打开,
5.发动机停机,启动机构依然处于启动状态,气门保持打开,
6.发动机启动,启动机构保持气门打开从而减小发动机启动的扭矩,
7.流体通过箱体内的流体通道进入驱动活塞的非工作端一侧的驱动活塞孔,驱动活塞移向非操作位置,将启动机构推向非启动状态,与阀桥或气门分开,气门回座关闭,和
8.发动机点火,作用于非工作端的流体压力使驱动活塞保持在非操作位置,启动机构保持在非启动状态,与阀桥或气门分开。
进一步的,还包括卸油机构,所述的卸油机构包括安置在箱体的卸油活塞孔内的卸油活塞和回位弹簧,卸油活塞上面有供油槽和卸油通道,卸油活塞在卸油活塞孔内的供油位置和卸油位置之间移动,所述的减小发动机启动扭矩的方法包括下述步骤:
1.在发动机熄火时,通过箱体内的流体通道同时向卸油活塞孔和驱动活塞工作端一侧的驱动活塞孔输送流体,
2.流体压力克服回位弹簧的作用力,将卸油活塞从供油位置推向卸油位置,接通卸油活塞的卸油通道与驱动活塞非工作端一侧的驱动活塞孔排泄流体,
3.驱动活塞移向操作位置,将启动机构推向启动状态,
4.发动机的气门驱动机构打开发动机的气门,
5.启动机构抵达启动状态,作用于返程的阀桥或气门,使打开后的气门不能回位落座而保持打开,
6.发动机停机,启动机构依然处于启动状态,气门保持打开,
7.卸油活塞在回位弹簧的作用下从卸油位置回到供油位置,
8.发动机启动,启动机构保持气门打开从而减小发动机启动的扭矩,
9.流体通过箱体内的流体通道和卸油活塞上的供油槽输入驱动活塞的非工作端一侧的驱动活塞孔,驱动活塞移向非操作位置,将启动机构推向非启动状态,与阀桥或气门分开,气门回座关闭,和
10.发动机点火,作用于非工作端的流体压力使驱动活塞保持在非操作位置,启动机构保持在非启动状态,与阀桥或气门分开。
本发明和已有技术相比,其效果是积极和明显的。本发明由驱动活塞两端的油压控制启动机构,在发动机熄火、停机和启动时使气门保持小量打开,改善发动机的停机和启动性能,而在发动机点火与运作时不干涉气门运动。由于本发明的启动机构为固链式的承载机构,即使在发动机停机后机油压力为零的状态,依然能够保证在启动状态不变,将发动机的气门保持打开,从而减小发动机启动时的扭矩。
附图说明
图1是本发明一种减小发动机启动扭矩装置的第一个实施例处于非启动状态的总体示意图。
图2是本发明一种减小发动机启动扭矩的装置的第一个实施例处于启动状态的总体示意图。
图3是本发明一种减小发动机启动扭矩装置的第二个实施例中机构局部放大后的示意图。
图4是本发明一种减小发动机启动扭矩装置的第三个实施例中卸油机构处于供油位置的俯视剖面图。
图5是本发明一种减小发动机启动扭矩装置的第三个实施例中卸油机构处于卸油位置的俯视剖面图。
具体实施方式
实施例1:
如图1和图2所示,本实施例的减小发动机启动扭矩的装置100包括箱体(这里是发动机的摇臂)210和安置在摇臂210内的活塞机构20与启动机构10。活塞机构20的驱动活塞22设置在摇臂210的驱动活塞孔190内,驱动活塞22有一个非工作端(左端)21和一个工作端(右端)29。活塞机构20还包括定位弹簧28,定位弹簧28位于驱动活塞22的工作端29一侧,定位弹簧28将驱动活塞22在驱动活塞孔190内偏置在操作位置(图2),与启动机构10的启动状态相对应。定位弹簧28的另一端(右端)有密封用的螺塞164,螺塞164使得驱动活塞孔190成为一个封闭孔(图1和图2)。
启动机构10位于发动机的阀桥400之上(也可以位于发动机的气门301之上,诸如没有阀桥或其它特殊情况)。这里的启动机构10是一个摆动机构,是一种非液压的固链式承载机构。摆动机构10包括安装在摆动轴14上的摆动件12,摆动轴14安装在摇臂210上。摆动机构10有连接端和工作端。工作端的端面11可以设计为圆柱面,作用与阀桥400或气门301(图2);连接端的球头销16与驱动活塞22上的环槽23相连,驱动活塞22驱动摆动件12在非启动状态(图1)和启动状态(图2)之间摆动。
摇臂210内还设置有流体通道113和213,分别往驱动活塞22两端(工作端29和非工作端21)的驱动活塞孔190输送流体(包括发动机的机油,又叫润滑油)。所以,流体通道113和213又分别称为启动油道和润滑油道。在发动机运作期间,一直有发动机的机油通过润滑油道213流向驱动活塞22非工作端21一侧的驱动活塞孔190,使驱动活塞22向非操作位置(右)移动,将启动机构10置于非启动状态(图1)。在发动机熄火时(停机前),可以开通一个二位三通电磁阀(未显示),由启动油道113向驱动活塞22工作端29一侧的驱动活塞孔190供油,使驱动活塞22向操作位置(左)移动,将启动机构10置于启动状态(图2)。在发动机停机后,二位三通电磁阀已关闭卸油,流体通道113和213内的机油压力都为零,驱动活塞22由于定位弹簧28的偏置作用依然处于操作位置,启动机构10处于启动状态,固体承载的摆杆12作用于阀桥400和气门301,将气门301保持小量打开。定位弹簧28所需要的作用力很小,大概是发动机启动时的机油压力与驱动活塞22非工作端21受压面积的乘积。
摇臂210是发动机气门驱动机构(或驱动链)的一个部件,其上有阀隙调节系统50,包括防飞脱弹簧198。阀桥400下面的发动机气门系统300包括两个气门301和302,由气门弹簧310和312偏置在发动机缸体500的阀座320上,阻止气体在发动机汽缸和排气管600之间流动。摇臂210由发动机的凸轮(未显示)驱动,通过阀隙调节系统50作用于阀桥400和气门301和302,使其周期性的打开和关闭。
本实施例的减小发动机启动扭矩的方法,包括一个利用减小发动机启动扭矩的装置(启动装置)100将发动机的气门301顶开的过程,有下述步骤:
1.在发动机熄火时(发动机停机之前),通过箱体(摇臂)210内的流体通道(启动油道)113向驱动活塞22的工作端29一侧(右侧)的驱动活塞孔190输送流体(发动机的机油),
2.驱动活塞22移向操作位置(向左),将启动机构(摆动机构)10推向启动状态(从图1到图2转换,摆件12从倾斜到垂直),
3.发动机的气门驱动机构(包括发动机的凸轮(未显示)和摇臂210,双气门发动机还包括阀桥400)打开发动机的气门301和302,
4.启动机构10抵达启动状态(摆动件垂直),作用于返程的阀桥400或气门301,使打开后的气门301不能回位落座而保持打开,开量为330(图2),
5.发动机停机,启动机构10依然处于启动状态(摆动件垂直),气门301保持打开(图2),
6.发动机启动,启动机构10保持气门301打开而减小发动机启动的扭矩,
7.流体(发动机的机油)通过箱体(摇臂)210内的流体通道(润滑油道)213进入驱动活塞22的非工作端21一侧(左侧)的驱动活塞孔190,驱动活塞22移向非操作位置(向右),将启动机构(摆动机构)10推向非启动状态(摆动件倾斜),与阀桥400或气门301分离,气门301回座关闭(从图2到图1转换),和
8.发动机点火,作用于非工作端21的流体(机油)压力使驱动活塞22保持在非操作位置,启动机构10保持在非启动状态(摆动件倾斜),与阀桥400或气门301分离(图1)。
实施例2:
如图3所示,本实施例的启动装置100的活塞机构20的驱动活塞22包括大小不同的两端,工作端29的受压面积(圆柱面27的横截面积)大于非工作端21的受压面积(圆柱面26的横截面积)。在两端受到相同流体(机油)压力时,本实施例的这种两端大小不同的驱动活塞22在两端产生大小不同的作用力,使其失去油压平衡而偏向一个方向。这里所显示的是驱动活塞22在两端同时受到相同油压时移向操作位置(向左),启动机构10从倾斜的非启动位置(图1)摆动到垂直的启动位置(图2),原因是工作端29大于非工作端21。
很显然,箱体(摇臂)210内的驱动活塞孔190必须更改为大小不同圆柱面的台阶活塞孔,与具有两端面大小不同的驱动活塞22相匹配。本实施例的工作原理和方法与上一个实施例相同。
实施例3:
如图4和图5所示,本实施例减小发动机启动扭矩的装置100还包括卸油机构30,卸油机构30包括安置在箱体(摇臂)210的卸油活塞孔360内的卸油活塞352和回位弹簧358,卸油活塞孔360的一端(下端,在回位弹簧358一侧)与外界连通(不封闭),卸油活塞352上面有供油槽356和卸油通道354(包括环槽、径向孔和轴向孔),卸油活塞352在卸油活塞孔360内的供油位置(上)和卸油位置(下)之间移动。
在发动机熄火时(停机前),可以开通一个二位三通电磁阀(未显示),由启动油道113同时向卸油活塞孔360和驱动活塞22工作端29一侧的驱动活塞孔190供油,使驱动活塞22向操作位置(左)移动(图2和图5),将启动机构10置于启动状态(图2)。在发动机停机后,二位三通电磁阀已关闭卸油,启动油道113和润滑油道213内的机油压力都为零,驱动活塞22由于定位弹簧28的偏置作用依然处于操作位置,启动机构10处于启动状态,固体承载的摆杆12将气门301保持小量打开。
增加卸油机构30之后,与第一实施例相似,本实施例的减小发动机启动扭矩的方法,可分为以下步骤:
1.在发动机熄火时(发动机停机之前),通过箱体(摇臂)210内的流体通道(启动油道)113同时向卸油活塞孔360和驱动活塞22的工作端29一侧(右侧)的驱动活塞孔190输送流体(发动机的机油),
2.流体(机油)压力克服回位弹簧358的作用力,将卸油活塞352从供油位置(图4)推向卸油位置(图5),接通卸油活塞352的卸油通道354为驱动活塞22非工作端21一侧(左侧)的驱动活塞孔190排泄流体(机油),
3.驱动活塞22移向操作位置(图2和图5),将启动机构(摆动机构)10推向启动状态(图2),
4.发动机的气门驱动机构打开发动机的气门301和302,
5.启动机构10抵达启动状态(图2),作用于返程的阀桥400或气门301,使打开后的气门301不能回位落座而保持打开,
6.发动机停机,启动机构10依然处于启动状态,气门301保持打开(图2),
7.卸油活塞352在回位弹簧358的作用下从卸油位置(图5)回到供油位置(图4),
8.发动机启动,启动机构10保持气门301打开(图2)而减小发动机启动的扭矩,
9.流体(机油)通过箱体(摇臂)210内的流体通道(润滑油道)213和卸油活塞352上的供油槽356输入驱动活塞22的非工作端21一侧的驱动活塞孔190,驱动活塞22移向非操作位置(图1和图5),将启动机构10推向非启动状态,与阀桥400或气门301分离,气门301回座关闭(图1),和
10.发动机点火,作用于非工作端21的流体(机油)压力使驱动活塞22保持在非操作位置,启动机构保持在非启动状态,与阀桥或气门分离(图1)。
上述说明包含了一些具体的实施方式,这不应该被视为对本发明范围的限制,而是作为代表本发明的一些具体例证,许多其他演变都有可能从中产生。举例来说,这里显示的减小发动机启动扭矩的装置,不但可以用于推杆式发动机,也可用于顶置凸轮式发动机;不但可以用来驱动排气门,也可用来驱动进气门;不但可以用于一个气门,也可以用于两个以上的气门,而且气门的开量也可以不一样。
此外,发动机气门被启动机构保持打开的汽缸数量可以根据需要选择。有时不一定需要保持所有缸均打开,而只是保持某些缸的发动机气门被启动机构打开,其余缸的发动机气门保持原有启动状态,不受启动机构的影响。
还有,这里显示的活塞(包括驱动活塞和卸油活塞)在不同位置之间转换的控制可以是多种多样的,不限于发动机的机油或二位三通电磁阀;活塞集成在摇臂中的方位和安装方式也可以不同。相关的弹簧力和流体(机油)压力都可以根据需要调整。
因此,本发明的范围不应由上述的具体例证来决定,而是由所附属的权力要求及其法律相当的权力来决定。
Claims (13)
1.一种减小发动机启动扭矩的装置,包括箱体和安置在箱体内的活塞机构与启动机构,活塞机构包括设置在箱体的驱动活塞孔内的驱动活塞,箱体内还设置有流体通道,其特征在于:所述的驱动活塞包括一个非工作端和一个工作端,当来自流体通道的流体作用于驱动活塞的非工作端时,驱动活塞在驱动活塞孔内被置于非操作位置,驱动活塞将启动机构置于非启动状态,启动机构与发动机的阀桥或气门分开,气门处于常规运作状态;当来自流体通道的流体作用于驱动活塞的工作端时,驱动活塞在驱动活塞孔内被置于操作位置,驱动活塞将启动机构置于启动状态,使得打开后的气门不能回位落座而保持打开。
2.如权利要求1所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述的流体包括发动机的机油。
3.如权利要求1所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述箱体内的流体通道包括润滑油道和启动油道,所述的润滑油道通向驱动活塞非工作端一侧的驱动活塞孔,所述的启动油道通向驱动活塞工作端一侧的驱动活塞孔。
4.如权利要求1所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述驱动活塞的非工作端和工作端包括大小不同的两端。
5.如权利要求4所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述驱动活塞的工作端的外圆直径大于非工作端的外圆直径。
6.如权利要求1所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述的活塞机构还包括定位弹簧,所述的定位弹簧位于驱动活塞的工作端一侧,定位弹簧将驱动活塞在驱动活塞孔内偏置在操作位置。
7.如权利要求6所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述的定位弹簧的作用力为发动机启动时的机油压力与驱动活塞非工作端受压面积的乘积。
8.如权利要求1或3所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:还包括卸油机构,所述的卸油机构包括安置在箱体的卸油活塞孔内的卸油活塞和回位弹簧,所述的卸油活塞上面有供油槽和卸油通道,卸油活塞包括供油位置和卸油位置,卸油活塞两端分别承受回位弹簧的作用力和机油的压力,回位弹簧将卸油活塞置于供油位置,机油通过润滑油道和卸油活塞上面的供油槽从驱动活塞的非工作端一侧进入驱动活塞孔,驱动活塞被置于非操作位置;来自启动油道的机油从没有回位弹簧的一端作用于卸油活塞,压迫回位弹簧将卸油活塞置于卸油位置,接通卸油通道与驱动活塞非工作端一侧的驱动活塞孔卸油,驱动活塞移向操作位置。
9.如权利要求1所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述的启动机构包括摆动机构,所述的摆动机构包括安装在摆动轴上的摆动件,摆动轴安装在箱体上,摆动件包括连接端和工作端,摆动件的连接端与驱动活塞相连,驱动活塞驱动摆动件在非启动状态和启动状态之间摆动,在所述的非启动状态,摆动件的工作端与阀桥或气门分开;在所述的启动状态,摆动件的工作端作用于阀桥或气门。
10.如权利要求1所述的减小发动机启动扭矩的装置,其特征在于:所述的箱体包括发动机的摇臂。
11.一种减小发动机启动扭矩的方法,包括一个利用启动装置将发动机的气门顶开的过程,所述的启动装置包括箱体和安置在箱体内的活塞机构与启动机构,活塞机构包括设置在箱体的驱动活塞孔内的驱动活塞,所述的驱动活塞包括一个非工作端和一个工作端,箱体内还设置有流体通道,其特征在于:所述的方法包括下述步骤:
1)在发动机熄火时,通过箱体内的流体通道向驱动活塞的工作端一侧的驱动活塞孔输送流体,
2)驱动活塞移向操作位置,将启动机构推向启动状态,
3)发动机的气门驱动机构打开发动机的气门,
4)启动机构抵达启动状态,作用于返程的阀桥或气门,使打开后的气门不能回位落座而保持打开,
5)发动机停机,启动机构依然处于启动状态,气门保持打开,
6)发动机启动,启动机构保持气门打开从而减小发动机启动的扭矩,
7)流体通过箱体内的流体通道进入驱动活塞的非工作端一侧的驱动活塞孔,驱动活塞移向非操作位置,将启动机构推向非启动状态,与阀桥或气门分开,气门回座关闭,和
8)发动机点火,作用于非工作端的流体压力使驱动活塞保持在非操作位置,启动机构保持在非启动状态,与阀桥或气门分开。
12.如权利要求11所述的减小发动机启动扭矩的方法,其特征在于:还包括卸油机构,所述的卸油机构包括安置在箱体的卸油活塞孔内的卸油活塞和回位弹簧,卸油活塞上面有供油槽和卸油通道,卸油活塞在卸油活塞孔内的供油位置和卸油位置之间移动,所述的减小发动机启动扭矩的方法包括下述步骤:
1)在发动机熄火时,通过箱体内的流体通道同时向卸油活塞孔和驱动活塞工作端一侧的驱动活塞孔输送流体,
2)流体压力克服回位弹簧的作用力,将卸油活塞从供油位置推向卸油位置,接通卸油活塞的卸油通道与驱动活塞非工作端一侧的驱动活塞孔排泄流体,
3)驱动活塞移向操作位置,将启动机构推向启动状态,
4)发动机的气门驱动机构打开发动机的气门,
5)启动机构抵达启动状态,作用于返程的阀桥或气门,使打开后的气门不能回位落座而保持打开,
6)发动机停机,启动机构依然处于启动状态,气门保持打开,
7)卸油活塞在回位弹簧的作用下从卸油位置回到供油位置,
8)发动机启动,启动机构保持气门打开从而减小发动机启动的扭矩,
9)流体通过箱体内的流体通道和卸油活塞上的供油槽输入驱动活塞的非工作端一侧的驱动活塞孔,驱动活塞移向非操作位置,将启动机构推向非启动状态,与阀桥或气门分开,气门回座关闭,和
10)发动机点火,作用于非工作端的流体压力使驱动活塞保持在非操作位置,启动机构保持在非启动状态,与阀桥或气门分开。
13.如权利要求11所述的减小发动机启动扭矩的方法,其特征在于:所述的启动机构包括摆动机构,所述的摆动机构包括安装在摆动轴上的摆动件,摆动轴安装在箱体上,摆动件包括连接端和工作端,摆动件的连接端与驱动活塞相连,驱动活塞驱动摆动件在非启动状态和启动状态之间摆动,在所述的非启动状态,摆动件的工作端与阀桥或气门分开;在所述的启动状态,摆动件的工作端作用于阀桥或气门。
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