DE102011117334A1 - Mechanical propelled compressor device for combustion engine mounted in motor car, has magnetic coupling structure having rotational acceleration sensor for detecting momentary operating mode of compressor unit - Google Patents

Mechanical propelled compressor device for combustion engine mounted in motor car, has magnetic coupling structure having rotational acceleration sensor for detecting momentary operating mode of compressor unit Download PDF

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Abstract

The compressor device (100) has a rotary screw compressor unit (110) and a magnetic coupling structure (120) for switching of the compressor unit. The magnetic coupling structure has one rotational acceleration sensor (130) for detecting momentary operating mode of the compressor unit. The compressor unit has input shaft (113) which is connected to magnetic coupling structure. The sensor is arranged in power transmission point between input shaft and quiescent portion (121). An independent claim is included for combustion engine for motor car.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdichtereinrichtung bzw. ein Auflademodul für einen Verbrennungsmotor, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei diese Verdichtereinrichtung einen Kompressor und eine Magnetkupplung zum Schalten des Kompressors umfasst. Die Erfindung betrifft ferner auch einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Verdichtereinrichtung.The invention relates to a compressor device or a charging module for an internal combustion engine, in particular for use in a motor vehicle, wherein said compressor device comprises a compressor and a magnetic coupling for switching the compressor. The invention further relates to an internal combustion engine with such a compressor device.

Es ist bekannt, zur Leistungssteigerung und/oder zur Verbesserung des Wirkungsgrads eines Verbrennungsmotors eine mechanisch angetriebene Verdichtereinrichtung der eingangs genannten Art vorzusehen, über die dem Brennraum des Verbrennungsmotors verdichtete Verbrennungsluft zugeführt werden kann. Zur Steuerung oder Regelung der Verdichtungsleistung ist es erforderlich, den momentanen Betriebszustand der Verdichtereinrichtung zu ermitteln, was bspw. über die Erfassung der Drehzahl eines rotierenden Verdichtungselements erfolgt. Bei nicht mechanisch angetriebenen Turboladern kann die Drehzahl durch wenigstens einen Beschleunigungsaufnehmer (nachfolgend als Beschleunigungssensor bezeichnet) erfasst werden, der am Turboladergehäuse befestigt wird, wie in der DE 198 18 124 C2 beschrieben.It is known, to increase the performance and / or to improve the efficiency of an internal combustion engine to provide a mechanically driven compressor device of the aforementioned type, via which the combustion chamber of the internal combustion engine compressed combustion air can be supplied. To control or regulate the compression power, it is necessary to determine the current operating state of the compressor device, which takes place, for example, via the detection of the rotational speed of a rotating compression element. In non-mechanically driven turbochargers, the speed may be detected by at least one accelerometer (hereinafter referred to as an acceleration sensor) attached to the turbocharger housing, as in US Pat DE 198 18 124 C2 described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdichtereinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine verbesserte Erfassung des momentanen Betriebszustands ermöglicht.The invention has for its object to provide a compressor device of the type mentioned, which allows an improved detection of the current operating state.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Verdichtereinrichtung, die einen Kompressor und eine Magnetkupplung zum Schalten des Kompressors umfasst, wobei die Magnetkupplung wenigstens einen Beschleunigungssensor aufweist, mit dem der momentane Betriebszustand der Verdichtereinrichtung erfasst werden kann.The object is achieved with a compressor device comprising a compressor and a magnetic coupling for switching the compressor, wherein the magnetic coupling has at least one acceleration sensor with which the current operating state of the compressor device can be detected.

Der wenigstens eine Beschleunigungssensor zur Erfassung eines momentanen Betriebszustands der erfindungsgemäßen Verdichtereinrichtung ist an der Magnetkupplung, die den Kompressor schaltet und dadurch wahlweise mit einem mechanischen Abtrieb des Verbrennungsmotors verbindet, angeordnet. Mit dem Beschleunigungssensor kann damit insbesondere auch ein momentaner Betriebszustand der Magnetkupplung erfasst und bspw. an ein Motorsteuergerät übertragen werden.The at least one acceleration sensor for detecting a current operating state of the compressor device according to the invention is arranged on the magnetic coupling, which switches the compressor and thereby selectively connects with a mechanical output of the internal combustion engine. With the acceleration sensor can thus in particular a current operating state of the magnetic coupling detected and, for example, be transmitted to an engine control unit.

Der momentane Betriebszustand der Verdichtereinrichtung kann bspw. anhand der Drehzahl eines rotierenden Verdichtungselements im Kompressor bestimmt werden, wozu der Beschleunigungssensor zur Drehzahlmessung eingesetzt wird. Der momentane Betriebszustand kann bspw. auch anhand eines Kupplungsvorgangs in der Magnetkupplung bestimmt werden. Das Einkuppeln und Auskuppeln der Magnetkupplung führt nämlich zu Stößen, Drehstößen und/oder Drehzahländerungen, die mit dem Beschleunigungssensor erfasst werden können. Dadurch kann z. B. der Anschlagzeitpunkt, an dem der Kraftfluss bzw. die Drehmomentenübertragung zum Kompressor hergestellt wird, und/oder Lösezeitpunkt, an dem der Kraftfluss bzw. die Drehmomentenübertragung zum Kompressor unterbrochen wird, sehr genau erfasst werden. Ferner kann es beim Einkuppeln und/oder beim Auskuppeln zu mehr oder weniger starken Überschwingeffekten (des Kupplungsankers) kommen, was gleichfalls mit dem Beschleunigungssensor erfasst werden kann. Der Beschleunigungssensor kann im Übrigen auch zur Erfassung eines zunehmenden Verschleißes der Magnetkupplung eingesetzt werden.The current operating state of the compressor device can be determined, for example, based on the rotational speed of a rotating compression element in the compressor, for which purpose the acceleration sensor is used for speed measurement. The current operating state can, for example, also be determined on the basis of a coupling process in the magnetic coupling. The engagement and disengagement of the magnetic coupling namely leads to shocks, rotational shocks and / or speed changes that can be detected with the acceleration sensor. As a result, z. B. the stop time at which the power flow or the torque transmission to the compressor is made, and / or release time at which the power flow or the torque transmission to the compressor is interrupted, are detected very accurately. Furthermore, more or less strong overshoot effects (of the coupling armature) can occur during engagement and / or during disengagement, which can also be detected with the acceleration sensor. Incidentally, the acceleration sensor can also be used to detect an increasing wear of the magnetic coupling.

Durch den Beschleunigungssensor der erfindungsgemäßen Verdichtereinrichtung wird quasi wenigstens ein „zusätzliches Messsignal” bereitgestellt, anhand dessen die gesamte Performance der Verdichtereinrichtung und/oder des Verbrennungsmotors verbessert werden kann. Hierzu können die von dem Beschleunigungssensor erfassten Signale oder Werte, was auch quantitative Messwerte einschließen kann, an ein Motorsteuergerät übermittelt werden, das dann die erfindungsgemäße Verdichtereinrichtung und/oder den Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung des wenigstens einen zusätzlichen Messsignals in geeigneter Weise betreiben und insbesondere steuern und/oder regeln kann.As a result of the acceleration sensor of the compressor device according to the invention, at least one "additional measurement signal" is provided, on the basis of which the overall performance of the compressor device and / or of the internal combustion engine can be improved. For this purpose, the signals or values detected by the acceleration sensor, which may also include quantitative measured values, are transmitted to an engine control unit, which then appropriately operate and in particular control the compressor device according to the invention and / or the internal combustion engine taking into account the at least one additional measurement signal and / or or can regulate.

Die Magnetkupplung kann einen äußeren Antrieb und einen inneren Abtrieb (nachfolgend auch als Anker bezeichnet) umfassen, wobei Antrieb und Abtrieb auch vertauscht sein können. Durch magnetische und insbesondere elektromagnetische Steuerung kann wahlweise ein Kraftfluss bzw. eine Drehmomentenübertragung zwischen dem äußeren Antrieb und dem inneren Abtrieb hergestellt oder aufgehoben werden. Der äußere Antrieb kann mit einem verbrennungsmotorseitigen mechanischen Abtrieb (bzw. einer verbrennungsmotorseitigen Antriebseinheit) drehfest verbunden werden. Der innere Abtrieb bzw. Anker kann mit einer Eingangswelle des Kompressors drehfest verbunden werden. D. h. der Kompressor weist eine Eingangswelle bzw. einen Eingangszapfen auf, der permanent oder gegebenenfalls auch wahlweise mit dem Abtrieb bzw. Anker der Magnetkupplung drehfest verbunden ist oder verbunden werden kann (bspw. durch einen axial beweglichen Anker), was letztlich abhängig ist vom Aufbauprinzip der Magnetkupplung.The magnetic coupling may include an outer drive and an inner output (hereinafter also referred to as anchor), wherein drive and output can also be reversed. By magnetic and in particular electromagnetic control can optionally be established or canceled a power flow or a torque transmission between the outer drive and the inner output. The outer drive can be rotatably connected to a combustion engine-side mechanical output (or a combustion engine-side drive unit). The inner output or armature can be rotatably connected to an input shaft of the compressor. Ie. the compressor has an input shaft or an input pin which is permanently or optionally also selectively rotatably connected to the output or armature of the magnetic coupling or can be connected (eg. By an axially movable armature), which is ultimately dependent on the principle of construction of the magnetic coupling ,

Der Beschleunigungssensor kann an einer Außenfläche des Magnetkupplungsgehäuses befestigt bzw. daran angebunden sein. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor am Anker der Magnetkupplung angeordnet bzw. angebunden ist. Die Befestigung bzw. Anbindung des Beschleunigungssensors kann bspw. durch Verkleben, Verlöten, Verschrauben oder dergleichen erfolgen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor im Bereich des Kraftübertragungspunktes zwischen der Eingangswelle des Kompressors und dem Anker der Magnetkupplung angeordnet ist. Damit können an einem besonders aufschlussreichen Punkt unmittelbar Signale bzw. Werte erfasst werden.The acceleration sensor may be attached to or attached to an outer surface of the magnetic coupling housing. However, it is preferably provided that the acceleration sensor is arranged on the armature of the magnetic coupling or is connected. The attachment or connection of the acceleration sensor can, for example, by gluing, soldering, screwing or the like. Particularly preferably, it is provided that the acceleration sensor is arranged in the region of the force transmission point between the input shaft of the compressor and the armature of the magnetic coupling. This allows signals or values to be recorded directly at a particularly informative point.

Unter einem Kompressor wird hierin allgemein ein mechanisch angetriebener Verdichter zum Komprimieren von Verbrennungsluft verstanden. Demgemäß ist ein Turbolader kein Kompressor, da dieser nicht mechanisch, sondern mittels Abgasturbine durch einen Abgasstrom angetrieben wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem Kompressor um einen Schraubenverdichter handelt. Ein Schraubenverdichter ist einfach aufgebaut, hat kleine Abmessungen, eine geringe Masse, eine gleichmäßige und pulsationsfreie Förderung sowie einen ruhigen Lauf. In bekannter Weise umfasst der Schraubenverdichter zwei parallel angeordnete und mechanisch zwangsgekoppelte Wellen mit ineinandergreifenden schraubenförmigen Verzahnungen. Die Schraubenwellen sind in einem Verdichtergehäuse angeordnet. Bevorzugt weist der Schraubenverdichter nur eine Eingangswelle auf. Die Verdichtungsleistung ist von der Eingangswellendrehzahl abhängig.A compressor is generally understood herein to mean a mechanically driven compressor for compressing combustion air. Accordingly, a turbocharger is not a compressor, since it is not driven mechanically, but by means of an exhaust gas turbine through an exhaust gas flow. It is preferably provided that the compressor is a screw compressor. A screw compressor is simple in design, has small dimensions, low mass, uniform and pulsation-free delivery, and smooth running. In known manner, the screw compressor comprises two parallel and mechanically positively coupled waves with interlocking helical gears. The screw shafts are arranged in a compressor housing. Preferably, the screw compressor has only one input shaft. The compaction performance depends on the input shaft speed.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens ein Beschleunigungssensor als Drehbeschleunigungssensor ausgebildet ist, mit dem z. B. Drehbeschleunigungen des Ankers unmittelbar erfasst werden können. Ein solcher Drehbeschleunigungssensor kann auch zur Erfassung translatorischer Beschleunigungen ausgebildet sein.It is particularly preferably provided that at least one acceleration sensor is designed as a rotational acceleration sensor, with the z. B. spin accelerations of the armature can be detected immediately. Such a rotational acceleration sensor can also be designed to detect translational accelerations.

Mit dem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser Verbrennungsmotor wenigstens eine erfindungsgemäße Verdichtereinrichtung aufweist.With the independent claim, the solution of the problem also extends to an internal combustion engine for a motor vehicle, said internal combustion engine having at least one compressor device according to the invention.

Die Verdichtereinrichtung kann mit einem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors verbunden sein, insbesondere derart, dass die von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor erfassten Signale oder Werte an das Motorsteuergerät übermittelt werden. Bevorzugt ist das Motorsteuergerät dafür ausgebildet, den Betrieb der Verdichtereinrichtung und/oder des Verbrennungsmotors anhand wenigstens eines von dem Beschleunigungssensor erfassten Betriebsparameters zu steuern oder zu regeln.The compressor device may be connected to an engine control unit of the internal combustion engine, in particular such that the signals or values detected by the at least one acceleration sensor are transmitted to the engine control unit. Preferably, the engine control unit is designed to control or regulate the operation of the compressor device and / or of the internal combustion engine based on at least one operating parameter detected by the acceleration sensor.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the single FIGURE. From this description, further features and advantages. Concrete features of this embodiment may represent general features of the invention. Features associated with other features of this embodiment may also represent individual features of the invention.

1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Verdichtereinrichtung in einer schematischen Schnittansicht. 1 shows an example of a compressor device according to the invention in a schematic sectional view.

Die nachfolgend verwendeten Richtungsangaben beziehen sich lediglich auf die in 1 gezeigte Darstellung, die von der realen Einbaulage der gezeigten Verdichtereinrichtung abweichen kann.The directions given below refer only to those in 1 shown representation that may differ from the real installation position of the compressor device shown.

Die insgesamt mit 100 bezeichnete Verdichtereinrichtung umfasst einen Kompressor 110 und eine Magnetkupplung 120 zum Schalten des Kompressors 110. Bei dem Kompressor 110 handelt es sich um einen Schraubenverdichter, der zwei in einem Verdichtergehäuse 111 angeordnete Schraubenwellen 112a und 112b umfasst, die in bekannter Weise miteinander kämmen können. Die Schraubenwellen 112a und 112b sind über ein Getriebe 114 mechanisch zwangsgekoppelt. Mit 115 ist eine druckseitig angeordnete Strömungsklappe bezeichnet.The total with 100 designated compressor device comprises a compressor 110 and a magnetic coupling 120 for switching the compressor 110 , At the compressor 110 it is a screw compressor, the two in a compressor housing 111 arranged screw shafts 112a and 112b comprises, which can comb each other in a known manner. The screw shafts 112a and 112b are about a gearbox 114 mechanically positively coupled. With 115 is called a pressure side arranged flow flap.

Die linke Schraubenwelle 112a setzt sich nach unten fort und bildet die Eingangswelle 113 des Kompressors 110. Die Eingangswelle 113 ist drehfest mit einem Anker 121 der angeflanschten Magnetkupplung 120 verbunden oder wahlweise verbindbar. Mit 122 ist die Antriebswelle der Magnetkupplung 120 bezeichnet, die wiederum mit einem verbrennungsmotorseitigen mechanischen Abtrieb drehfest verbunden ist. Durch elektrisches Betätigen der Magnetkupplung 120 kann in an und für sich bekannter Weise der Kraftfluss bzw. die Drehmomentenübertragung zwischen der äußeren Antriebswelle 122 und dem inneren Anker 121 bzw. zwischen der äußeren Antriebswelle 122 und der Eingangswelle 113 des Kompressors 110 hergestellt oder unterbrochen werden.The left screw shaft 112a continues down and forms the input shaft 113 of the compressor 110 , The input shaft 113 is rotatable with an anchor 121 the flanged magnetic coupling 120 connected or optionally connectable. With 122 is the drive shaft of the magnetic coupling 120 denotes, which in turn is rotatably connected to a combustion engine side mechanical output. By electrically actuating the magnetic coupling 120 can in a conventional manner, the power flow or the torque transmission between the outer drive shaft 122 and the inner anchor 121 or between the outer drive shaft 122 and the input shaft 113 of the compressor 110 be prepared or interrupted.

Erfindungsgemäß weist die Verdichtereinrichtung 100 wenigstens einen an der Magnetkupplung 120 angeordneten Beschleunigungssensor 130 auf, mit dem der momentane Betriebszustand der Verdichtereinrichtung 100 und insbesondere der Magnetkupplung 120 erfasst werden kann, wie obenstehend erläutert. Die erfassten Signale bzw. Werte werden an ein Motorsteuergerät 200 übermittelt. Mit 210 ist eine Verbindungsleitung zwischen dem Beschleunigungssensor 130 und dem Motorsteuergerät 200 bezeichnet. Die Verbindung kann bspw. auch über ein am Kraftfahrzeug vorhandenes Bussystem erfolgen.According to the invention, the compressor device 100 at least one on the magnetic coupling 120 arranged acceleration sensor 130 on, with the current operating state of the compressor device 100 and in particular the magnetic coupling 120 can be detected, as explained above. The detected signals or values are sent to an engine control unit 200 transmitted. With 210 is a connection line between the acceleration sensor 130 and the engine control unit 200 designated. The connection can, for example, also take place via a bus system present on the motor vehicle.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Beschleunigungssensor 130 außenliegend angeordnet und an die äußere Antriebswelle 122 der Magnetkupplung 120 angebunden. Der Beschleunigungssensor 130 kann jedoch auch innenliegend angeordnet und an den Anker 121 oder an die Eingangswelle 113 des Kompressors 110 angebunden sein. In the embodiment shown, the acceleration sensor is 130 arranged outside and to the outer drive shaft 122 the magnetic coupling 120 tethered. The acceleration sensor 130 However, it can also be placed inside and attached to the anchor 121 or to the input shaft 113 of the compressor 110 be connected.

Der Beschleunigungssensor 130 liefert Signale bzw. Werte, die von der Motorsteuerung bzw. dem Motorsteuergerät 200 für den Betrieb und insbesondere zur Steuerung oder Regelung der Verdichtereinrichtung 100 und/oder des Verbrennungsmotors verwendet werden können, wodurch eine bessere Performance des Verdichterbetriebs und/oder des Motorbetriebs erzielt werden kann.The acceleration sensor 130 provides signals or values from the engine control unit or the engine control unit 200 for the operation and in particular for the control or regulation of the compressor device 100 and / or the internal combustion engine can be used, whereby a better performance of the compressor operation and / or the engine operation can be achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19818124 C2 [0002] DE 19818124 C2 [0002]

Claims (9)

Verdichtereinrichtung (100) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei diese Verdichtereinrichtung (100) einen Kompressor (110) und eine Magnetkupplung (120) zum Schatten des Kompressors (110) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkupplung (120) wenigstens einen Beschleunigungssensor (130) aufweist, mit dem der momentane Betriebszustand der Verdichtereinrichtung (100) erfasst werden kann.Compressor device ( 100 ) for an internal combustion engine, in particular for use in a motor vehicle, this compressor device ( 100 ) a compressor ( 110 ) and a magnetic coupling ( 120 ) to the shadow of the compressor ( 110 ), characterized in that the magnetic coupling ( 120 ) at least one acceleration sensor ( 130 ), with which the current operating state of the compressor device ( 100 ) can be detected. Verdichtereinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (130) am Anker (121) der Magnetkupplung (120) angeordnet ist.Compressor device ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the acceleration sensor ( 130 ) at the anchor ( 121 ) of the magnetic coupling ( 120 ) is arranged. Verdichtereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (110) eine Eingangswelle (113) aufweist, die wahlweise mit einem Anker (121) der Magnetkupplung (120) kraftschlüssig verbunden werden kann.Compressor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 110 ) an input shaft ( 113 ), optionally with an anchor ( 121 ) of the magnetic coupling ( 120 ) can be connected non-positively. Verdichtereinrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (130) im Bereich des Kraftübertragungspunktes zwischen der Eingangswelle (113) und dem Anker (121) angeordnet ist.Compressor device ( 100 ) according to claim 3, characterized in that the acceleration sensor ( 130 ) in the region of the force transmission point between the input shaft ( 113 ) and the anchor ( 121 ) is arranged. Verdichtereinrichtung (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (110) als Schraubenverdichter ausgebildet ist.Compressor device ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 110 ) is designed as a screw compressor. Verdichtereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (130) ein Drehbeschleunigungssensor ist.Compressor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the acceleration sensor ( 130 ) is a spin sensor. Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Verbrennungsmotor eine Verdichtereinrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Internal combustion engine for a motor vehicle, characterized in that this internal combustion engine has a compressor device ( 100 ) according to one of the preceding claims. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (130) der Verdichtereinrichtung (100) mit einem Motorsteuergerät (200) des Verbrennungsmotors verbunden ist.Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the acceleration sensor ( 130 ) of the compressor device ( 100 ) with an engine control unit ( 200 ) of the internal combustion engine is connected. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät (200) dafür ausgebildet ist, den Betrieb der Verdichtereinrichtung (100) und/oder des Verbrennungsmotors anhand wenigstens eines von dem Beschleunigungssensor (130) erfassten Betriebsparameters zu steuern oder zu regeln.Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the engine control unit ( 200 ) is adapted to control the operation of the compressor device ( 100 ) and / or the internal combustion engine based on at least one of the acceleration sensor ( 130 ) to control or regulate captured operating parameters.
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