CN1256741A - 控制液压作动的进气/排气阀和燃料喷射器的控制模件 - Google Patents

Abstract

公开了一种控制模件(10),它控制内燃机无凸轮液压驱动进、排气阀(20、22)和一液压驱动燃料喷射器(18)。该模件包含一个控制进气阀(20)的阀组件,一个控制排气阀(22)的阀组件和一个控制燃料喷射器(18)的阀组件。这些阀组件最好各包含一对电磁线圈作动的双向滑阀。这些电磁线圈被由模件内的一电子组件产生的数字脉冲作动。这些电磁线圈作动的滑阀控制来往于燃料喷射器(18)和进、排气阀(20、22)的液压流体的流量。该液压流体开、闭进、排气阀(20、22)以及燃料喷射器(18)。

Description

控制液压作动的进气/排气阀 和燃料喷射器的控制模件

发明背景

1.发明领域

本发明涉及控制液压驱动内燃机的燃料喷射器和进/排气阀的作动的控制模件。

2.相关技术说明

压燃式内燃机包含多个配置在机体燃烧腔内的往复移动活塞。一个将高压燃料喷雾到燃烧室内的燃料喷射器与每一堵塞有关联。燃料与经进气阀被引入燃烧室的空气相混合。燃烧后，排气经排气阀流出燃烧室。燃料的喷射和进、排气阀的运动通常由机械凸轮控制。凸轮效率较低，且易于磨损。此外，凸轮不允许发动机改变燃料喷射定时或进/排气阀的开闭。

授与Sehechfer并转让给Ford Motor co的美国专利No.5,255,641和授与Cannon并转让给Caterpillar Inc.的美国专利No.5,339,777公开了液压驱动进/排气阀，它们不需要凸轮去开、闭这些阀。进/排气阀的运动受电磁线圈作动的流体阀控制。当这些流阀处在一活塞内时，液压流体流入一封闭的进/排气阀的杆部。液压流体对该杆施加一力，该杆开启气阀。当流体阀被切换到另一位置时，进/排气阀移回到原始关闭位置。流体阀由电子控制器切换。该控制器能改变进/排气阀的定时，使发动机性能最佳。

授与Sturman的美国专利No.5,460,329公开了一种液压驱动燃料喷射器。该Sturman喷射器包含一个连于一电子控制器的电磁线圈作动流体阀。该阀和控制器控制燃料被喷入发动机燃烧室内的定时和数量。为了计算在Schechter和cannon专利中所公开的无凸轮进/排气阀的时间，在Sturman专利中公开的液压驱动燃料喷射器终是作为单独的组件来设置的，它必须被个别地装配到发动机机体上。此外，由于电线长度的制造公差可能有变化，这种变化可能改变传送给各电磁作动控制阀的驱动信号的定时和幅值。该驱动信号的变化可能使发动机的性能恶化。因此，希望提供一种单个电子液压模件，它能控制无凸轮液压驱动进/排气阀和燃烧室的燃料喷射器。还希望该单个模件具有最少的外部电线。

进/排气阀的电磁作动流体阀一般连于单个微处理机，后者根据许多输入参数，如燃料输入、液压总压力，环境温度等的变化能改变阀定时。该微处理机能改变该流体阀的驱动信号的开始时间和持续时间，以得到所希望的结果。由于制造公差的变化，不同阀对同一驱动脉冲可有不同的应答。例如，赋予相同的驱动脉冲，在同一发动机中，一个进气阀的开启时间可能比另一进气阀的短。

Schechter专利公开了一种工艺方法，其中每个阀被标定到一个修正值。该修正值被储存在发动机的电子设备中，并用于缩短或延伸各阀的驱动脉冲，这样，所有阀全都开启相同的时间。Schechter技术虽然对于补偿制造公差变化是有效的，然而已并不补偿发动机工作寿命内出现的各种变化。例如，一个阀可能粘住而需要更多的能量来将其移到开启位置。因此希望提供一种模件，它们各别地分析这些进/排气阀和燃料喷射器，以确保相应的燃料室在发动机工作寿命内以最佳性能工作。

液压驱动燃料喷射器的液压流体通常由一泵和一系列流体管路供应。该流体系统通常包含一弹簧偏压释压阀，它开启以确保流体压力不超过某个值。该泵在该系统按旁通模式工作期间进行工作，以克服释压阀的弹簧。因此希望为无凸轮发动机提供一种液压系统，其中，流体压力能被控制而无需任何附加的部件，或者无需泵进行额外的工作来降低该系统内的压力。

某些内燃机包含一透平增压器组件，它改变流入燃烧室内的空气流量。某些透平增压器包含复杂的电子设备，以改变和控制流入燃烧室内的空气流量。该电子设备增加了发动机的造价和复杂性。因此希望提供单个控制模件，它能控制一燃料喷射器，一进气阀，一排气阀和一透平增压组件。

发明简述

本发明涉及一控制模件，它控制内燃机的无凸轮液压驱动进、排气阀和一液压驱动燃料喷射器。该模件包含一个控制该进气阀的阀组件，一个控制该排气阀的阀组件和一个控制该燃料喷射器的阀组件。这些阀组件最好各自包含一对电磁线圈驱动的双向滑阀。这些电磁线圈由模件内的电子组件产生的数字脉冲作动。这些电磁线圈作动的滑阀控制往返于燃料喷射器和进、排气阀的液压流体流量。该液压流体开、闭进、排气阀。该液压流体还作动燃料喷射器，将燃料喷入发动机的燃料室。可将各模件的电子组件连到一主微处理机上，后者对各组件提供指令。各电子组件处理这些指令，自这些液压作动装置的反馈信号和随时间变化的数据，以确保燃料喷射器和进、排气阀所需的操作。该模件是一种较轻和紧凑的部件，它可被安装在发动机的燃烧室上。各模件通常需要不多于3条电线，这使组件的复杂性和造价减至最低。可作动模件中的一个来为发动机液压系统提供旁通。此外，可改变排气阀定时来控制一透平增压器。

附图简介

图1是表示安装于内燃机的控制模件的顶视图；

图2是该控制模件的剖视图；

图3是表示移到开启位置的排气阀的控制模件剖视图；

图4是燃料喷射器的剖视图；

图5是燃料喷射器的剖视图；

图6是流体控制阀的剖视图；

图7是本发明的电气系统的简图；

图8是表示透平增压器的简图；

图9是多个模件液压系统的简图。

发明详述

参照附图，尤其是各标号，图1-3表示本发明的控制模件10。模件10通常被安装在发动机机体14的盖12上。机体14有多个燃烧室16，各包含一往复活塞(未示)。一燃料喷射器18，一进气阀20和一排气阀22与每一燃烧室16相联接。燃料喷射器18、进气阀20和排气阀22是各自被液压驱动的一些装置，它们无需凸轮。模件10通过引导液压流体往复返于装置18、20和22来控制燃料喷射器18、进气阀20和排气阀22的运作。

如图2、3中所示，模件10包括一壳体24。在壳体24中，有一燃料喷射器阀组件26，一进气阀组件28和一排气阀组件30。壳体24还有一对凹穴32，它们容纳进气阀20的阀杆34和排气阀22的阀杆34。进气阀组件28控制液压流体流量以移动阀杆34在开、闭位置之间作往复运动。同样，排气阀组件30控制液压流体以移动阀杆34在开、闭位置之间作往复运动。

排气阀杆34连于头部36，后者接合一销38和一动力柱40。销38和柱40自关闭位置将排气阀移至开启位置。用设置在壳体24的一对相应腔道44内的一对回归销42将头部36偏置到关闭位置。腔道44连通到壳体24内的一压力流体管路46。流体管道46和腔道44包含一种压力液压流体，它对回归销42施加压力，回归销将头部36和阀22推入上部关闭位置。

销38和动力柱40均处在液压腔48内，后者与一公共管道50连通。在该优先的实施例中，排气阀组件30包括两个电磁线圈作动的双向滑阀52和54。阀52与压力流体管路46和公共管路50相连。阀54与公共管路50和排空管路56相连。壳体24还有一通气管路58，后者允许经销38和柱40泄漏的流体通到排空管路56。

如图3所示，当阀52开启而阀54关闭时，压力液压流体流入腔48，推动销38和柱40。销38和柱40的面积大于回归销42的面积，因此，液压流体将排气阀22推至开启位置。动力柱40移动到它接合壳体24内台阶60为至。即使在动力柱40被台阶60阻挡之后，销38还继续移动排气阀22。动力柱40对最初开启排气阀22提供一附加的力。应当明白，当排气阀22关闭时，在燃烧室内的废气压力是较高的。动力柱40提供充足的力来克服高废气压力。当排气阀22开启时，废气压力迅速下降。只有小销38需要克服燃烧室内的低压废气来移动排气阀22。

当阀52关闭和阀54开启时，腔48接通排空管路56。回归销42推动头部36，并将排气阀22移回到关闭位置。模件10可包括一排气阀位置传感器组件62，后者包括一磁铁64和一霍尔效应传感器66。霍尔效应传感器66提供一个输出电压，该输出电压随着销38和排气阀22移离磁铁64而降低。

进气阀杆32还有一阀头70，后者与销72和一对回归销74相联。回归销74设置在与压力流体管路76连通的腔道75内。销72设置在与公共管路80连通的液压腔78内。在该优选的实施例中，进气阀组件28包括一对电磁线圈作动的双方滑阀82和84。阀82与压力流体管路76和公共管路80接通。阀84与公共管路和排空管路86接通。壳体24还可具有通气管路88。

当阀82开启和阀84关闭时，液压流体推动销72，并将进气阀20自关闭位置移至开启位置。当阀82关闭两阀84开启时，回归销74推动阀头70，并将进气阀20移回到关闭位置。模件10还可有一进气阀位置传感器组件，后者包括磁铁92和霍尔效应传感器94。

在该优选实施例中，燃料喷射器阀组件18包括一对电磁作动双向滑阀96和98。阀96接通压力流体管路100和一公共管路102。阀98接通公共管线102和排空管路104。公共管路102接通壳体24的圆柱部106。如图1所示，圆柱部106可经一流体管路108接通到一燃料喷射器的相应孔口。排空管路104可包含一压力传感器110，后者用以监测燃料喷射器18的工作。

当阀96开启而阀98关闭时，对燃料喷射器18供给压力液压流体。当阀98开启而阀96关闭时，允许液压流体自燃料喷射器18流入排空管路104。

图4和5表示燃料喷射器18的一个优选实施例。燃料喷射器18包括一连于外壳122的顶体120。外壳122包含一增强器体124，一通道体126和一针阀壳体128。针阀壳体128具有若干孔130，它们允许燃料自燃料喷射器18喷出。

燃料喷射器18包括一增强器132，后者有一活塞134和一头部136。头部136有一腔穴138，与圆柱通道140连通。圆柱通道140连通流体管路108和模件壳体24的圆柱部106。增强器132与设置在增强器体124中一对相应腔道144内的一对回归销142相联。腔道144连通于与压力液体流体接通的输送口146。增强器头部136的面积大于回归销142，这样，当在圆柱通道140处供以压力流体时，增强器132向下移动。当圆柱通道142接通而排空时，回归销142将增强器132移回到原始位置，在增强器头部下面的穴部145通常与一排空管路联接，以防止建立液静压力，该液静压力可能对增强器132的向下运动产生反作用。

增强器活塞134在增强器体124中的燃料腔146内移动。燃料腔146经一通道150和一单向止回阀152与一对燃料孔口148接通。燃料腔146经分别在本体126和128中的通道156和158也与一针阀腔154连通。针阀160由销162偏置在关闭位置，在该位置上与通道163成流体连通，而通道163与腔道144及压力液压流体连通。

当模件10被作动使阀96开启而阀98关闭时，压力流体自模件10的圆柱部106流入增强器头部136的腔穴138内。如图6所示，液压流体移动增强器132，并将燃料腔146内燃料推入针阀腔154中。止回阀152阻止燃料经燃料孔口148流回。燃料压力将针阀160提供到一开启位置，将燃料经孔口130喷出。

当阀96关闭和阀98开启时，圆柱通道140接通模件10的排空管路104。回归销142向上推动增强器132。增强器活塞134的移动将更多的燃料抽入燃料腔146。该销162将针阀160推回到关闭位置，该过程可以重复。

图6表示用于模件10内的电磁线圈作动双向滑阀的一个优选实施例。该阀包括一个设置在滑阀腔172内的滑阀170。滑阀170有一对环槽174，能使一对输入孔口176和输出孔口178之间成流体连通。作为例子，对于阀96来说，输入孔口176可以是压力流体管路100，而输出孔口178可以是公共管路102。双输入孔口176构成一个阀，其中作用在滑阀170上的流体力处在相反的方向。相反的流体力彼此抵消，因此构成一动态平衡阀。

每个阀有一第一电磁线圈180和一第二电磁线圈182。各电磁线圈180和182包括一个绕在线圈架186周围的线圈184。电磁线圈180和182由插入壳体24内的端盖188固定。当通电时，第一电磁线圈180将滑阀170移到第一位置，在该位置上，允许流体自输入孔口176流至输出孔口178。当第二电磁线圈182通电时，滑阀170移至第二位置，使滑阀170阻止流体流经该阀。滑阀170最好包含一内腔道190，后者防止流体被阻隔在滑阀170端部和端盖188之间。

在该优选的实施例中，滑阀170和端盖188是由诸如52100的磁钢构成的。模件壳体24也可由磁钢材料构成。该磁钢保持足够的磁性以产生一磁力，即使当阻止对电磁线圈的供电，该磁力也将滑阀170保持适当的位量。因此，该阀能通过提供给电磁电圈180和182之一的短数字脉冲切换。

参照图1，模件10最好包含一电子组件200，后者提供切换该流体控制阀和作动燃料喷射器18及进、排气阀20和22的数字驱动脉冲。该电子组件200包括许多安装于一印刷电路板204上的整体电路202。该印刷电路板204经模件10内的一些内线206连于流体控制阀的电磁线圈。该电路板204还连于自模件10延伸的3根导线208。这些导线中的两根通常对整体电路202提供电力，而其余的导线为往返于该电子组件200的数字逻辑信号提供管道。

作为另一实施例，载有数字信号的导线可以是联结于相应的测光仪和光接收器的滤光电缆。这些光纤系统能在较高的定额下工作，对诸如来自发动机的电磁干扰的电骚音不敏感。

本发明提供了一种价格较低的模件，它能方便地安装在发动机缸盖上。模件10需要为连接到发动机其它电子设备上所需的最少数量的外部导线。每一模件还能连接到诊断设备上以便能测试和分析各别的燃烧室。

图7表示一电子系统220。该系统包括一主机控制器222，它连于对应于各燃烧室的发动机气缸模件的电子组件200。虽然只表示了一个发动机气缸模件200，然而，要明白该主控器222连于多个气缸模件200。

主控器222通常是一个微处理机，它连于多个发动机传感器224，如空气温度，发动机转速等。主控器222对气缸模件200提供一系列指令。每一气缸模件200包含一微处理机226，它自主处理系统222接收指令，处理指令，并提供输出以作动燃料喷射器18和进、排气阀。

气缸模件200通常包含一些电子驱动器电路228，后者驱动流体控制阀的电磁线圈。气缸模件200还可有易失的记忆装置(随机存取存储器RAM)230和非易失的记忆装置(只读存储器ROM)232，它们储存能被微处理机226处理的资料。RAM装置230能储存一些软件子程序，它们被微处理机226采用以作动喷射器18和阀20、22。微处理机226还从进气阀位置传感器90、排气阀位置传感器及压力传感器110接收一些反馈信号。

各模件的微处理机226能处理输入指令，各种反馈信号和储存资料，以便对喷射器18和阀20、22提供所需的作动。每一喷射器和进/排气阀可各不相同地应答由一气缸模件产生的给定数字脉冲。此外，ROM装置232可包含各装置18、20或22的修正系数。这些修改系数可在模件10、喷射器18和阀20、22的标订程序中确定。这些修改系数可用于改变提供给这些滑阀的数字驱动脉冲的定时和持续时间。

此外，各模件10能通过传感这些装置的运动来补偿各部件的变化，然后在下一循环中调节数字脉冲。例如，气缸模件200可对阀82和84提供一数字脉冲，以开启进气阀20。进气阀位置传感器90对阀20的实际运动提供反馈。若阀20在所希望的时刻或行程内并不移动，则气缸模件200可储存该反馈并利用该资料来为下一循环调节该数字脉冲。同样，微处理机226可根据由压力传感器110传感到的自喷射器18的圆柱通道140流出的液压流体的压力来确定燃料量。微处理机226能利用这些资料来为下一循环修正数字驱动脉冲。在每一循环内或在一预定数的循环后该气缸模件继续修正该驱动信号。这样，本发明提供了一种局部处理能力，它能修正、处理并补偿在发动机使用期内喷射器18和阀20、22的变化。

模件10还能用于控制车用发动机的其它功能。例如，在通常称作Jake制动的过程中，有时希望利用燃烧室来降低发动机转速。在Jake制动程序中，将空气吸入燃烧室，但不供给燃料。进气和排气被这样操作，使发动机作功以压缩燃烧室的空气。为压缩该空气而产生的功率降低了发动机转速。主控器222可产生指令信号，以进入Jake制动程序，其中这些模件的微处理机226作动阀20和22，使发动机活塞压缩空气。微处理机222和226能根据发动机转速等提供指令和数字脉冲，以改变阀20和22的定时来获得所希望的制动效果。

图8表示这些模件的另一应用。发动机可有一透平增压器组件240，后者控制进入燃烧室的空气流。该总成240可包括一个设置在发动机排气歧管244内的废气透平242和一个设置在发动机进气歧管248内的进气透平246。进气透平246经一轴248和废气透平242相连，这样透平246和透平242一起转动。

模件10能控制排气阀22的开度，以控制通过废气透平242的废气量以及进气透平246转动的定时和速度。改变进气透平246的转速便改变了进入燃烧室的空气量。因此，模件10通过改变排气阀22的运动能控制进入燃烧室的空气流量。可以理解，模件10还可控制进气阀20的开度，以进一步控制空气流。

图9表示一个用以作动喷射器18和阀20、22的液压流体系统260。该系统260包括一低压泵262和一高压泵264。高压泵264的输出连于一总流体管路266。总管路266连于模件10a-d的压力流体管路46，76和100。系统260还有一条连于模件10a-d的排空管路56、86和104的排空管路268。该系统还可有一个处在该总管路266中的单向止回阀270，一个处在这些液压流体泵和槽274之间的过滤器272。总压力能被连于微处理机222的压力传动器276传感。

模件10a-d之一连于该总的一旁通管路278。该旁通管路278和模件10a能用于控制该系统内的总压力。作为例子，旁通管路278可连于模件10a的进气阀组件28的压力流体管路76，不过要明白，旁通管路278可连于排气阀组件30或燃料喷射器阀组件26。

当进气阀22不被作动时，进气阀组件28的阀82和84可被开启，以允许总管路266内的流体流到排出管路268来降低总压力。因此，进气阀组件28可以具有第一、第二和第三模式，在第一模式中，阀82开启而阀84关闭以允许流体开启进气阀20；在第二模式中阀82关闭而阀84开启以允许流体关闭进气阀20；在第三模式中，阀82和84均开启以产生旁通功能。该旁通功能是在无任何附加部件下提供的。此外，该泵不必如现有技术的弹簧偏压卸压阀所要求的那样工作来使这些阀保持在开启位置。微处理机222能通过传感器276感知总压力，并相应地开启这些阀以控制该系统的横杆压力。

参照图2、3和8，在运行中，微处理机222可接收一个提高发动机转速的输入信号。微处理机222对气缸模件提供一输出指令。模件10的处理机226处理该指令，产生输出驱动信号以作动进气阀组件28，并开启进气阀20。在一计算时间周期后，这些模件的处理机226产生输出信号以关闭该气阀20。

按照一软件程序和输入指令，模件处理机226产生输出信号，在所希望的时刻作动燃料喷射器18，并持续所希望的时间间隔。这些输出信号对于各模件去补偿部件的变化是唯一的。模件处理机226最后产生输出信号以开、闭排气阀22。这些传感器提供了反馈信息，这些信息被储存起来，并在下一循环中使用。

虽然已说明了并在附图中表示了例证性的实施例，然而，应当明白，这些实施例仅仅是示例性的，而非对广泛的本发明的限制，因此，本发明并不限于所示和所说明的特定构造和安排，因为对于该技术领域内的普通熟练人员可以有种种其它的修改。

Claims (20)

1.液压驱动燃料喷射器、液压驱动进气阀和液压驱动排气阀的一种阀组件，包括：

一壳体；

一燃料喷射器阀组件，它设置在所述壳体内，用以控制液压流体至燃料喷射器的流量；

一进气阀组件，它设置在所述壳体内，用以控制液压流体至进气阀的流量；

一排气阀组件，它设置在所述壳体内，用以控制液压流体至排气阀的流量。

2.按权利要求1所述的阀组件，其特征在于所述燃料喷射器阀组件、进气阀组件和排气阀组件各包括一对移动一滑阀的电磁线圈。

3.按照权利要求2所述的阀组件，其特征在于还包括一电子组件，它设置在所述壳体内，并对所述电磁线圈提供电力。

4.按照权利要求3所述的阀组件，其特征在于所述电子组件对所述电磁线圈提供多个数字脉冲。

5.按照权利要求4所述的阀组件，其特征在于所述滑阀由剩余电磁力栓入两位置中的一个，该剩余电磁力将所述滑阀吸至所述壳体。

6.按照权利要求1所述的阀组件，其特征在于所述燃料喷射器阀组件，所述进气阀组件和所述排气阀组件各包括一对双向滑阀。

7.一种具有一液压驱动燃料喷射器的内燃机控制模件，包括：

一个壳体；

一个自所述壳体延伸的液压驱动进气阀；

一个自所述壳体延伸的液压驱动排气阀；

一个燃料喷射器阀组件，它配置在所述壳体内，并控制液压流体到燃料喷射器的流量；

一个进气阀组件，它配置在所述壳体内，并控制液压流体到所述进气阀的流量；

一个进气阀组件，它配置在所述壳体内，并控制液压流体到所述排气阀的流量。

8.一种按权利要求7所述的控制模件，其特征在于所述燃料喷射器阀组件、进气阀组件、排气阀组件各包括一对移动一滑阀的电磁线圈。

9.一种按照权利要求8所述的控制模件，其特征在于还包括一电子组件，它配置在所述壳体内，对所述电磁线圈提供电力。

10.一种按照权利要求9所述的控制模件，其特征在于所述电子组件对所述电磁线圈提供多个数字脉冲。

11.一种按照权利要求10所述的控制模件，其特征在于各滑阀由剩余电磁力栓入两位置中的一个，该剩余电磁力将所述壳体吸至所述壳体。

12.一种按照权利要求7所述的控制模件，其特征在于所述燃料喷射器阀组件、进气阀组件和排气阀组件各包括一对双向滑阀。

13.一种按照权利要求7所述的控制模件，其特征在于所述进气阀和排气阀各包括一液压驱动销，后者将所述进、排气阀移至开启位置。

14.一种按照权利要求13所述的控制模件，其特征在于所述排气阀包括一个液压驱动动力销，该销将所述排气阀最初移至开启位置，其中，所述动力销的断面积大于所述销的断面积。

15.一种按照权利要求10所述的控制模件，其特征在于还包括一对位置传感器，它与所述电子部件、进气阀和排气阀联接。

16.一种包含一个第一液压控制装置和一个第二液压控制装置的内燃机液压控制装置，包括：

一个泵，它自一输出孔口泵送流体；

一根压力总管路，与所述泵的输出孔口联接；

一个排出管；

一个第一阀组件，它与所述压力总管路、排空管路和第一液压控制装置接通，所述第一阀组件被切换到第一或第二或第三模式，其中，当第一阀组件处在第一模式时，第一液压控制装置与所述压力总管路连通；当第一阀组件处在第二模式时，第一液压控制装置与所述排出管路连通；当第一阀组件处在第三模式时，所述压力总管路与所述排出管路连通；

一个第二阀组件，它与所述压力总管路、排出管路和第二液压控制装置接通，所述第二阀组件被切换到第一或第二模式，其中，当所述第二阀组件处在第一模式时，第二液压控制装置与所述压力总管路连通；当所述第二阀组件处在第二模式时，与所述排出管路连通。

17.按照权利要求16所述的系统，其特征在于所述第一阀组件和第二阀组件各包含一对双向滑阀。

18.按照权利要求17所述的系统，其特征在于，每一双向控制阀包括一对移动一滑阀的电磁线圈。

19.按照权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括一个第一电子组件和一个第二电子组件，前者对所述第一阀组件的电磁线圈提供电力，后者对所述第二阀组件的电磁线圈提供电力。

20.按照权利要求19所述的系统，其特征在于，所述双向阀的滑阀被由所述电子组件产生的数字脉冲栓入某一位置。

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