CN202900405U - 一种涡轮增压发动机 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压发动机，包括主运动系统，配气系统，进排气系统，冷却系统，润滑系统，点火系统，电喷系统、曲轴箱强制通风系统及燃油蒸发净化系统，技术要点是：在主轴承座上斜方向上装有冷却活塞用的机油喷嘴；由三层带缝隙不锈钢钢板组成的歧管垫排气口；由气门的锥形阀片边沿处的锥体耐磨材料，以及对应设置的靠近环形凹槽的气门座耐磨工作端面；在主轴承盖的下部设置的固定设置在气缸体和主轴承盖安装凸台上的加强板，在加强板与曲轴相对应的位置上留有加强板落油孔。采用进气可变正时技术，降低发动机油耗；在气缸体主轴承座上安装活塞冷却喷嘴；增加进气量，发动机的平均有效压力有所提高，对相关零件机械强度的补强，发动机动力适应性提升。

Description

一种涡轮增压发动机

技术领域

本实用新型属于汽油发动机技术领域，特别涉及一种涡轮增压发动机。 

背景技术

在国家节能减排政策和能源危机及环境保护等因素的影响下，作为有效降低汽车油耗、改善汽车尾气排放污染，在节能减排的同时又提高了发动机的动力性，这一举两得的技术---涡轮增压技术逐渐被广大消费者所接受，所以，开发涡轮增压发动机已势在必行。为对应快速增长的中国汽车市场需求，提高公司产品的商品性，开发了高性能、低油耗、低污染的1.5升小排量涡轮增压汽油发动机。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种采用活塞冷却机油喷嘴、三层气缸垫结构、增加气门耐磨性能、连续可变气门正时技术的涡轮增压发动机。 

本实用新型的目的是这样实现的，它包括有由铝制气缸体、气缸盖，曲轴、曲轴减震皮带轮、活塞、活塞销、活塞环、连杆总成组成的主运动系统，由进、排气凸轮轴、进、排气门、V.V.T.轮组件、机油控制阀、正时链及链轮、曲轴正时链轮、挺柱、气门弹簧、气门弹簧锁夹、气门弹簧上、下座，气门油封组成的可变气门正时的配气系统，由树脂制进气歧管总成、铸铁排气歧管、涡轮增压器、气压机进、出接口、增压器水管组件、增压器润滑油管、回油管组件组成的进、排气系统，由进水接口、水泵、链轮室壳组件、发动机缸体、缸盖中的水套、节温器、出水管组成的冷却系统，由油底壳、机油集滤器、链轮室壳组件、机油滤清器和机体中的油道组成的润滑系统，由火花塞、点火线圈、发电机组成的点火系统，由曲轴角度传感器、凸轮轴位置传感器、燃油分配管总成、电子节气门、爆震传感器、进气温度压力传感器、水温传感器组成的电喷系统以及由P.C.V阀、树脂制气缸盖罩组成的曲轴箱强制通风系统和由碳罐电磁阀及连接管路组成的燃油蒸发净化系统，起动机，其特征是：在铝制气缸体主轴承座上的斜方向上安装有冷却活塞用的机油喷嘴；在歧管垫排气口的环形边沿处中间层不锈钢钢板的两侧分别设置有一带有缝隙结构的不锈钢钢板，该不锈钢钢板靠近环形边沿处的端部与歧管排气口垂直平齐，而另一端则固定在排气歧管垫中间层不锈钢钢板上；在进气门或/和排气门的锥形阀片边沿处设置有一环形凹槽，在环形凹槽的内部堆焊有锥体耐磨材料；在靠近环形凹槽的气门座工作端设置有一环形槽，在环形槽内烧结有一层与环形凹槽相对应的气门座耐磨工作端面；在主轴承盖的下部设置有一加强板，该加强板通过安装螺栓固定设置在气缸体和主轴承盖安装凸台上；在加强板与曲轴相对应的位置上还留有加强板落油孔。 

本结构的进气采用连续可变气门正时机构。 

本结构采用由凸轮轴直接驱动气门的直打式挺柱结构。 

所述的加强板是通过第三、第四、第五主轴承盖固定在气缸体安装凸台上的；在第三、第四、第五主轴承盖上，设置有固定限位加强板的主轴承盖凸台。 

本结构的凸轮轴驱动方式采用滚子链传动，并采用自动涨紧器涨紧链条。 

所述歧管排气口边沿处的缝隙结构的长度为1.5～3毫米，缝隙结构的宽度为0.45～0.7毫米。靠近歧管排气口环形边沿处的不锈钢钢板外表面上还涂有铝银浆耐热涂层，铝银浆耐热涂层的宽度为3～7毫米，厚度为0.02～0.04毫米。 

所述的锥体耐磨材料为：硬质合金，钴基合金，镍基合金或钴铬合金；所述的气门座耐磨工作端面的烧结材料为：铸铁，铁钼合金，铁钼硅合金或钒硅合金。 

本实用新型的优点是： 

本实用新型发动机优点：采用先进的汽油机涡轮增压技术，具有小型轻量化、高性能、低油耗、高环保的性能。具体技术特点：

1. 采用铝缸体及树脂制零部件、高集成型铝制链轮室壳组件，轻量化；

2. 配气机构采用单缸4气门、双顶置中空凸轮轴、直打式挺柱、连续可变气门正时技术； 

3. 采用铝制气缸体和铸铁气缸套，缸套直接预铸在气缸体中；

4. 采用三层金属结构的气缸垫；

5. 凸轮轴驱动方式采用滚子链传动，并采用自动涨紧器涨紧链条；

6. 采用涨断连杆设计及制造技术；

7. 采用废气涡轮增压技术；

8. 排放可适应欧IV、欧V；

由于采用进气可变正时技术，使得发动机的燃油经济性得到了提高。为降低活塞的热负荷强度，采用了在气缸体主轴承座上安装活塞冷却喷嘴，在一定的机油压力下，将机油喷射到活塞内腔表面以冷却活塞。由于进气量的增加，发动机的平均有效压力有所提高，对相关零件机械强度进行了补强，可以适应发动机动力性的提升。本实用新型还具有结构简单合理，成本低，使用寿命长，安全可靠等优点。

附图说明

    图1是本实用新型的局部剖视结构示意简图； 

图2是图1的左侧阶梯剖视结构示意简图；

图3是图2中B-B剖视结构示意简图；

图4是图2中A向放大结构示意简图；

图5是图1的前视图结构示意简图；

图6是图1的右视图结构示意简图；

图7是图1的局部横剖结构示意简图；

图8是图1中涡轮增压器及相关件结构示意简图；

图9是图1中链轮室壳组件前视图结构示意简图；

图10是图1中链轮室壳组件后视图结构示意简图；

图11是图10中D-D剖视结构示意简图；

图12是图10中C-C剖视结构示意简图；

图13是图1中加强板安装配合结构示意简图；

图14是图1中排气歧管垫结构示意简图；

图15是图14中E-E剖视结构示意简图；

图16是图1中进气门座、排气门座，进气门、排气门结构示意简图；

图17是图16的俯视图；

图18是图1中气缸盖、进气门和进气门座、排气门和排气门座配合结构示意简图；

图19是图1中起动机安装配合结构示意简图；

图20是图19中F-F剖视结构示意简图；

图21是图1中飞轮组件结构示意简图；

图22是图21中G-G剖视结构示意简图；

图23、图24是本实用新型实例的性能指标及外特性曲线图。

    附图主要部分的符号说明 

1-点火线圈；2-树脂制气缸盖罩，3-燃油分配管总成，4-进气温度压力传感器，5-碳罐电磁阀，6-碳罐电磁阀连接管路，7-电子节气门，8-活塞销，9-连杆组件，10-曲轴，11-连杆轴承，12-飞轮组件，13-油底壳，14-机油集滤器，15-曲轴减震皮带轮，16-活塞，17-气缸体，18-气缸套，19-气缸盖，20-链轮室壳组件，21-火花塞，22-树脂制进气歧管总成，23-机油滤清器，24-活塞冷却喷嘴，25-涡轮增压器，26-排气歧管垫，27-铸铁排气歧管，28-进气凸轮轴，29-进气门，30-排气门，31-气门弹簧下座，32-气门油封，33-气门弹簧，34-气门弹簧锁夹，35-气门弹簧上座，36-排气凸轮轴，37-直打式挺柱，38-凸轮轴位置传感器，39-曲轴角度传感器，40-水泵，41-进水接口，42-发电机，43-机油控制阀，44-P.C.V阀，45-出水接管，46-水温传感器，47-小循环管，48-出气接口，49-压气机进气接口，50-活塞环，51-节温器，52-导向链杆组件，53-曲轴正时链轮，54-涨紧器杆组件，55-正时链条，56-正时链张紧器，57-凸轮轴链轮，58-V.V.T.轮组件，59-增压器润滑油管，60-回油管组件，61-增压器水管组件，62-后油封盖，63-加强板，64-加强板固定螺栓，65-进气门座，66-排气门座，67-起动机，68-机油滤清器支架。

    下面将结合附图通过实例对本实用新型作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本实用新型其中的例子而已，并不代表本实用新型所限定的权力保护范围，本实用新型的权利保护范围以权利要求书为准。 

具体实施方式

实例1

由图1～24所示，图中的17为气缸体、19为气缸盖、曲轴为10、曲轴减震皮带轮15、活塞16、活塞环50、活塞销8、连杆组件9、连杆轴承11和飞轮组件12、后油封盖62组成的主运动系统；由进气凸轮轴28、排气凸轮轴36、进气门29、排气门30、V.V.T.轮组件58、机油控制阀43、正时链条55、凸轮轴链轮57、曲轴正时链轮53、正时链张紧器56、涨紧器杆组件54、导向链杆组件52、直打式挺柱37、气门弹簧33、气门弹簧锁夹34、气门弹簧上座35、气门弹簧下座31，气门油封32组成的可变气门正时配气系统；由树脂制进气歧管总成22、铸铁排气歧管27、涡轮增压器25、压气机进气接口49、出气接口48、增压器水管组件61、增压器润滑油管59、回油管组件60组成的进、排气系统；由进水接口41、水泵40、链轮室壳组件20、气缸体中的水套、气缸盖中的水套、节温器51、出水接管45、小循环管47组成的冷却系统；由油底壳13、机油集滤器14、链轮室壳组件20、机油滤清器23和机体中的油道组成的润滑系统；由火花塞21、点火线圈1、发电机42组成的点火系统；由曲轴角度传感器39、凸轮轴位置传感器38、燃油分配管总成3、电子节气门7、爆震传感器、进气温度压力传感器4、水温传感器46组成的电喷系统；以及由P.C.V阀44、树脂制气缸盖罩2组成的曲轴箱强制通风系统；由碳罐电磁阀5及连接管路6组成的燃油蒸发净化系统。

在铝制气缸体主轴承座上的斜方向上安装有冷却活塞用的机油喷嘴24，分别安装在气缸体1～4主轴承座上；在排气歧管垫26的环形边沿处中间层不锈钢钢板26-02的两侧分别设置有一带有缝隙结构的不锈钢钢板26-01及26-03，该不锈钢钢板靠近环形边沿处的端部与歧管排气口垂直平齐，而另一端则固定在排气歧管垫中间层不锈钢钢板26-02上；在进气门或/和排气门的锥形阀片边沿处设置有一环形凹槽，在环形凹槽的内部堆焊有锥体耐磨材料；在靠近环形凹槽的气门座工作端设置有一环形槽，在环形槽内焊接有一层与环形凹槽相对应的气门座耐磨工作端面；在主轴承盖的下部设置有一加强板，该加强板通过安装螺栓固定设置在气缸体和主轴承盖安装凸台上；在加强板与曲轴相对应的位置上还留有加强板落油孔。 

该发动机排量为1.499升，缸径为75mm，冲程为84.8mm，缸心距为83mm。缸体采用特殊铝合金材料，通过低压离心铸造技术，将四个钢套与铝合金缸体铸成一个整体。在气缸体主轴承座斜上方向安装了活塞冷却喷嘴，对活塞进行强制冷却。 

气缸盖采用先进的屋脊式燃烧室，小夹角的气门配置，双顶置凸轮轴、四气门的结构型式。进、排气凸轮轴通过直打式挺柱直接驱动气门，消减了摇臂和摇臂轴及液压挺柱零件，体现了小型、轻量化和低成本的优势。 

在气缸盖的上端布置有树脂制的摇臂室罩盖，其上安装有四个独立的点火线圈1，分别单独控制四个火花塞21。 

针对增压发动机恶劣工况的需要，对活塞、活塞销、连杆等零件都进行了特殊的强化处理。为降低摩擦损失，在活塞裙部表面印刷了树脂涂层。 

曲轴通过曲轴正时链轮53和正时链条55以及安装在进气凸轮轴前端的V. V.T轮组件58和安装在排气凸轮轴前端的凸轮轴链轮57驱动进、排气凸轮轴。在正时链条55的左侧布置有自动涨紧器56和涨紧器杆组件54，右侧布置有导向链杆组件52，保证了正时链条始终处于涨紧工作状态。电脑控制单元（ECU）根据曲轴角度传感器39和凸轮轴位置传感器38提供的发动机工况信号，通过控制机油控制阀43（O.C.V阀）工作的频率，来调整进入V .V.T轮组件内的机油压力，从而改变进气凸轮轴的正时，达到发动机最佳工作状况。 

在正时链条的前面是多功能铝制链轮室壳组件20,它将机油泵、润滑油路、发动机支架及水泵水路一体化，实现了多功能小型轻量化。通过曲轴上的机油泵驱动齿轮直接驱动机油泵内转子，内转子带动外转子转动，从而将内、外转子之间腔体内机油挤出，进入气缸体主油道内，时刻保证机油供应。 

如图8所示，20-02为机油泵盖，20-03为内转子，20-05为外转子，20-04为油封。20-06为泄压弹簧，20-07为螺塞，20-08为泄压塞，当主油道机油压力超过限值时，通过泄压塞放掉部分机油。20-01为双头螺柱，安装在链轮室壳上，将发动机与整车前悬置一起连接。 

在曲轴前端布置了两段式曲轴减震皮带轮15，靠近发动机侧的一段用来驱动水泵40、发电机42和空调压缩机，外侧的一段用来驱动动力转向泵。另外，在气缸盖的后端面安装有出水接管45和水温传感器46以及节气门加热出水管和暖风入水管。在发动机左侧（从发动机后端看）布置了树脂进气歧管22，电子节气门体7和燃油导轨。在发动机右侧布置了排气歧管27和涡轮增压器25。如图8所示，25-01为涡轮增压器的蜗壳，25-02为压壳，25-03为中间体，25-04为执行器。 

在气缸体左侧前部布置有树脂进水接口41，节温器51安装在缸体入水口处，小循环管47和暖风回水管共用一根水管，直接进入气缸体入水口处。 

在气缸体的主轴承座上安装有单体式主轴承盖，分别为第一主轴承盖17-01，第二主轴承盖17-02，第三主轴承盖17-03，第四主轴承盖17-04和第五主轴承盖17-05。为提高曲轴箱裙部与主轴承盖的刚度，减小发动机的振动和噪音，在气缸体底部安装有加强板63。用七个加强板固定螺栓64将加强板分别固定安装在气缸体底面螺纹孔和第三主轴承盖17-03、第四主轴承盖17-04、第五主轴承盖17-05凸台螺纹孔内。 

将所述起动机67从发动机内侧固定在气缸体安装起动机端上，在飞轮12-01的侧面还设置有一与起动机作动时避免干涉的飞轮环形避让槽12-03；在靠近起动机67安装到气缸体安装起动机端位置的机油滤清器支架68上，还设置有一便于安装起动机的机油滤清器支架抹斜结构68-01；飞轮环形避让槽的槽宽为3～5mm，槽深为4～6mm。由于起动机67是从发动机内侧固定在气缸体安装起动机端面上，起动时起动机小齿轮和飞轮齿圈12-02啮合，为避免起动机作动时和飞轮12-01干涉，在飞轮靠近气缸体侧端面加工了环形避让槽12-03。由于起动机靠近机油滤清器支架68，为避免安装起动机时造成两者干涉，对机油滤清器支架进行了抹斜结构68-01的设计。 

由于涡轮增压发动机排气温度和压力都较高，若采用传统的上、下两层不锈钢钢板制作的排气歧管垫26，由于制造和焊接误差，上、下两层垫排气口处的密封筋带不能完全重合，会造成筋的错位，由此带来筋的弹力损失，在高温、高压气体的作用下，会造成排气歧管漏气，所以设计采用了三层结构的排气歧管垫26。其结构为上层不锈钢钢板26-01，中间层不锈钢钢板26-02和下层不锈钢钢板26-03。在歧管排气口的环形边沿处的两侧分别设置有一带有缝隙结构的不锈钢钢板26-01和26-03，该不锈钢钢板靠近环形边沿处的端部与歧管排气口垂直平齐，而另一端则固定焊接在中间层不锈钢钢板26-02上。在排气歧管垫上、下不锈钢钢板外表面的排气口环形边沿一定宽度范围内还涂有铝银浆耐热涂层，以确保密封带可靠密封。 

由于涡轮增压发动机热负荷增加，为提高气门和气门座圈的耐磨性，对气门和气门座圈的配合部位结构进行了改进设计。本实用新型所述的气门包括：进气门和排气门，气门座包括：进气门座和排气门座。利用焊接技术完成局部结构改变，增强局部强度。由于下述的进气门与排气门结构相同，进气门座与排气门座结构相同，因此以进气门和进气门座为例进行说明。 

进气门座圈65是镶嵌在气缸盖进气道19-02进气出口端，由座侧合金65-01与非座侧合金65-02通过高温烧结在一起，而形成气门座耐磨工作端面。与进气门29配合的部分为座侧合金65-01，采用了耐磨材料。进气门29的锥形阀片边沿处设置有一环形凹槽，在环形凹槽的内部堆焊有锥体耐磨材料29-01；在靠近环形凹槽的气门座工作端设置有一环形槽，在环形槽内烧接有一层与环形凹槽内锥体耐磨材料30-01相对应的气门座耐磨工作端面。排气门座圈66是镶嵌在气缸盖排气道19-01排气出口端，也是由座侧合金66-01与非座侧合金66-02通过高温烧结在一起。与排气门30配合的部分为座侧合金66-01，也采用了耐磨材料而形成了气门座耐磨工作端面。排气门30的锥形阀片边沿处设置有一环形凹槽，在环形凹槽的内部堆焊有锥体耐磨材料30-01。 

所述的锥体耐磨材料为：硬质合金，钴基合金，镍基合金或钴铬合金；所述的气门座耐磨工作端面的烧结材料为：铸铁，铁钼合金，铁钼硅合金或钒硅合金。 

本实用新型多点电喷废气涡轮增压发动机为四行程汽油机，其工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。  

在进气行程中，进气门打开，活塞由上止点向下运行，经过压气机增压的空气经过中冷器、电子节气门、进气歧管进入缸盖的进气道，电脑控制单元（ECU）控制喷油器开启，将燃油喷射到进气道内，并与空气混合，混合后的可燃气体从两个进气门进入到气缸里。

在活塞下行过了下止点后，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞向上止点移动，进入压缩行程，进入气缸体内的可燃混合气被压缩。 

在压缩行程终了前，活塞运行接近上止点时，ECU控制点火线圈使火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，高温高压的可燃混合气燃烧膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，此为膨胀过程。 

当膨胀接近终了时，排气门打开，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点运行时，继续将废气强制排出燃烧室内，进入排气道，再进入排气歧管和涡轮增压器，最后从整车排气管内排出。 

通过上述这一工作循环过程，发动机完成了从热能转化为机械能，从活塞的上下往复运动转化为曲轴的旋转运动，从而输出了动力。 

由于该发动机采用了废气涡轮增压技术，在排气过程中，从排气歧管排出的废气进入到增压器蜗壳内，靠废气的能量推动涡轮转动，通过中间体带动增压器的压气机工作，空气进入压气机后，被压气机压缩增压，再输送到进气系统内。 

由于采用了涡轮增压器，使得进入气缸内的可燃混合气流量增加，在压缩行程终了时的混合气温度和压力也增高，为避免发动机发生爆震，在发动机设计时对压缩比进行了适当的调整。由于增压后，运动件负荷加大，所以对相应运动件进行了强化设计，对活塞采用冷却喷嘴进行强制冷却。 

Claims (10)

1.一种涡轮增压发动机，它包括有由铝制气缸体、气缸盖，曲轴、曲轴减震皮带轮、活塞、活塞销、活塞环、连杆总成组成的主运动系统，由进、排气凸轮轴、进、排气门、V.V.T.轮组件、机油控制阀、正时链及链轮、曲轴正时链轮、挺柱、气门弹簧、气门弹簧锁夹、气门弹簧上、下座，气门油封组成的可变气门正时的配气系统，由树脂制进气歧管总成、铸铁排气歧管、涡轮增压器、气压机进、出接口、增压器水管组件、增压器润滑油管、回油管组件组成的进、排气系统，由进水接口、水泵、链轮室壳组件、发动机缸体、缸盖中的水套、节温器、出水管组成的冷却系统，由油底壳、机油集滤器、链轮室壳组件、机油滤清器和机体中的油道组成的润滑系统，由火花塞、点火线圈、发电机组成的点火系统，由曲轴角度传感器、凸轮轴位置传感器、燃油分配管总成、电子节气门、爆震传感器、进气温度压力传感器、水温传感器组成的电喷系统以及由P.C.V阀、树脂制气缸盖罩组成的曲轴箱强制通风系统和由碳罐电磁阀及连接管路组成的燃油蒸发净化系统，起动机，其特征是：在铝制气缸体主轴承座上的斜方向上安装有冷却活塞用的机油喷嘴；在歧管垫排气口的环形边沿处中间层不锈钢钢板的两侧分别设置有一带有缝隙结构的不锈钢钢板，该不锈钢钢板靠近环形边沿处的端部与歧管排气口垂直平齐，而另一端则固定在排气歧管垫中间层不锈钢钢板上；在进气门或/和排气门的锥形阀片边沿处设置有一环形凹槽，在环形凹槽的内部堆焊有锥体耐磨材料；在靠近环形凹槽的气门座工作端设置有一环形槽，在环形槽内烧结有一层与环形凹槽相对应的气门座耐磨工作端面；在主轴承盖的下部设置有一加强板，该加强板通过安装螺栓固定设置在气缸体和主轴承盖安装凸台上；在加强板与曲轴相对应的位置上还留有加强板落油孔。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：进气门进气采用连续可变气门正时机构。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：进、排气门采用由凸轮轴直接驱动气门的直打式挺柱结构。

4.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：所述的加强板是通过第三、第四、第五主轴承盖固定在气缸体安装凸台上的；在第三、第四、第五主轴承盖上，设置有固定限位加强板的主轴承盖凸台。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：凸轮轴驱动方式采用滚子链传动，并采用自动涨紧器涨紧链条。

6.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：所述歧管排气口边沿处的缝隙结构的长度为1.5～3毫米，缝隙结构的宽度为0.45～0.7毫米。

7.根据权利要求1或6所述的涡轮增压发动机，其特征是：靠近歧管排气口环形边沿处的不锈钢钢板外表面上还涂有铝银浆耐热涂层，铝银浆耐热涂层的宽度为3～7毫米，厚度为0.02～0.04毫米。

8.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：所述的锥体耐磨材料为：硬质合金，钴基合金，镍基合金或钴铬合金；所述的气门座耐磨工作端面的烧结材料为：铸铁，铁钼合金，铁钼硅合金或钒硅合金。

9.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：将所述起动机从发动机内侧固定在气缸体安装起动机端上，在飞轮的侧面还设置有一与起动机作动时避免干涉的飞轮环形避让槽。

10.根据权利要求9所述的涡轮增压发动机，其特征是：在靠近起动机安装到气缸体安装起动机端位置的机油滤清器支架上，还设置有一便于安装起动机的机油滤清器支架抹斜结构；飞轮环形避让槽的槽宽为3～5mm，槽深为4～6mm。

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