DE102012024365A1 - Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) für eine Zylinderabschaltung über eine als nasslaufende Reibkupplung ausgeführte Trennkupplung (2) zwischen zwei Kurbelwellenteilen (3, 4) verfügt, um einen ersten mit dem Abtrieb (5) verbundenen Kurbelwellenteil (3) eines ersten Brennkraftmaschinenteils (6) von einem zweiten Kurbelwellenteil (4) eines zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) zu trennen, wobei mittels der Trennkupplung (2) während einer Reibphase Verlustleistung erzeugt und die dabei entstehende Reibwärme zum Erwärmen eines in einem gemeinsamen Schmiermittelsumpf (8) der Brennkraftmaschine (1) befindlichen Schmiermittels (9) verwendet wird, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in der Warmlaufphase befindet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung unter Verwendung wenigstens einer Kupplungseinrichtung.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um das Warmlaufverhalten von Brennkraftmaschinen und die Aufwärmung der für den Betrieb der Brennkraftmaschinen erforderlichen Betriebsmittel zu beschleunigen, um somit den Verbrauch und die Schadstoffemissionen zu verringern.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 101 25 437 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer dieselmotorischen Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem das von einer Lamellen-Kupplungseinrichtung abgeführte Kühlöl als Kraftstofföl der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Als besonders bevorzugt wird vorgeschlagen, dass beispielweise ein Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine mit einem Kühlölkreislauf der Lamellen-Kupplungseinrichtung zusammengeschaltet wird, um vorzugsweise das Öl aus einem Brennkraftmaschinensumpf als Kühlöl zur Lamellen-Kupplungseinrichtung zu führen. Durch die Nutzung von in dem betreffenden Ölsumpf enthaltenem Öl für den Betrieb der Brennkraftmaschine kann das Öl im betreffenden Ölsumpf kontinuierlich erneuert werden. Es sind jedoch aufwendige Maßnahmen erforderlich, um die Schmierung der Brennkraftmaschine sicherzustellen und ein Leerpumpen des Brennkraftmaschinensumpfes und somit eine Unterbrechung der Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Des Weiteren müssen Kompromisse hinsichtlich der Qualität und der Zusammensetzung des als Schmieröl verwendeten Kraftstofföls eingegangen werden, da das Öl sowohl als Kraftstoff, als auch als Schmieröl Einsatz finden soll.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 103 42 893 A1 ist ein Verfahren zum Erwärmen von Getriebeöl bekannt, bei welchem während der Warmlaufphase des Getriebes Verlustleistung in Schaltelementen, insbesondere durch nasslaufende Lamellenkupplungen und/oder Lamellenbremsen erzeugt wird, und die dabei entstehende Wärme an das im Ölkreislauf zirkulierende Öl abgegeben wird. Es wird beschrieben, dass die Verlustleistung in den Schaltelementen durch zusätzliche Reibphasen zwischen den Lamellen produziert wird. Als vorteilhaft wird angeführt, dass die Wärme unmittelbar im Ölkreislauf und den Reibelementen entsteht und somit nicht zusätzlich übertragen werden muss. Es wird jedoch nicht beschrieben, wie die zusätzlichen Reibphasen dem Betrieb des Getriebes untergeordnet werden. Des Weiteren kann es zum erhöhten Verschleiß und einem damit verbundenen aufwändigen Austausch der Reibbeläge im Getriebe kommen.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen zur Zylinderabschaltung bei Brennkraftmaschinen bekannt, um den Wirkungsgrad bei Teillast zu verbessern und somit den Kraftstoffverbrauch und die mit dem Abgas in die Umgebung abgegebenen Schadstoffmengen zu verringern.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 28 28 298 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei welchem eine Zylinderabschaltung während des Teillastbetriebes durch eine Abtrennung eines Kurbelwellenteils von einem mit dem Abtrieb verbundenen Kurbelwellenteil erfolgt. Dabei werden die dem abgetrennten Kurbelwellenteil zugeordneten abzuschaltenden Zylinder stillgesetzt. Die Wiederzuschaltung des abgetrennten Kurbelwellenteils erfolgt winkelgetreu und zündfolgerichtig. Dazu wird eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche zwischen einem zu- beziehungsweise abschaltbaren Kurbelwellenteil und dem mit dem Abtrieb verbundenen Kurbelwellenteil eine schaltbare Trennkupplung aufweist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Trennkupplung als Lamellenkupplung ausgebildet.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung unter Verwendung wenigstens einer Kupplungseinrichtung bereitzustellen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Schmiermittelerwärmung für eine Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung unter Verwendung wenigstens einer Kupplungseinrichtung bereit, mit welchem der Teillast- oder Schubbetrieb der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase in vorteilhafter Weise zur Aufwärmung des Schmiermittels genutzt werden kann.
  • Die Brennkraftmaschine verfügt für eine Zylinderabschaltung über eine Trennkupplung zwischen zwei Kurbelwellenteilen, um einen ersten mit dem Abtrieb der Brennkraftmaschine verbundenen Kurbelwellenteil von einem zweiten Kurbelwellenteil zu trennen. Die Trennkupplung kann dabei direkt oder über Zwischenglieder mit dem jeweiligen Kurbelwellenteil verbunden sein. Jedes Kurbelwellenteil ist einem Brennkraftmaschinenteil zugeordnet, welcher wenigstens eine Zylindereinheit umfasst. Es ergibt sich eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei über eine Trennkupplung voneinander trennbaren und wiederverbindbaren Kurbelwellenteilen, wobei dem ersten Kurbelwellenteil ein erster Brennkraftmaschinenteil mit wenigstens einer Zylindereinheit und dem zweiten Kurbelwellenteil ein zweiter Brennkraftmaschinenteil mit wenigstens einer Zylindereinheit zugeordnet ist.
  • Die als nasslaufende Reibkupplung ausgeführte Trennkupplung umfasst wenigstens eine Reibpaarung mit wenigstens einem Reibbelag und kann als Einscheibenkupplung oder unter Verwendung von mehreren Reibpaarungen als Lamellenkupplung ausgeführt sein. Die Trennkupplung ist einerseits mit dem ersten, mit dem Abtrieb der Brennkraftmaschine verbundenen Kurbelwellenteil und andererseits mit dem zweiten Kurbelwellenteil verbunden. Mittels der Trennkupplung kann der erste Kurbelwellenteil und der zweite Kurbelwellenteil verbunden oder nicht verbunden werden. Die Trennkupplung taucht wenigstens teilweise in den Schmiermittelsumpf der Brennkraftmaschine ein, um die durch die Reibung innerhalb der wenigstens einen Reibpaarung bereitgestellte Reibwärme abzuführen.
  • Zum Schließen der Kupplung, also zum Verbinden des zweiten Kurbelwellenteils mit dem ersten Kurbelwellenteil, wird eine Anpresskraft auf die wenigstens eine Reibpaarung gebracht, so dass ein Drehmoment zwischen den Kurbelwellenteilen übertragen werden kann. In vorteilhafter Weise ist die Trennkupplung im Normalzustand, also im unbetätigten Zustand geschlossen, so dass die beiden Kurbelwellenteile im Normalzustand verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch vorgespannte Federelemente erfolgen.
  • Während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, wenn also eine vorbestimmte Betriebstemperatur des Schmiermittels noch nicht erreicht ist, kann mittels der Trennkupplung in einer Reibphase Verlustsleistung zur Bereitstellung von Reibwärme aus der Antriebsleistung des ersten Kurbelwellenteils umgewandelt werden. Mittels der Trennkupplung kann eine Reibphase realisiert werden, in welcher es im Vergleich zum geschlossenen Zustand der Trennkupplung zu einem erhöhten Schlupf, also einem erhöhten Drehzahlunterschied und somit zu einer erhöhten Wärmeentwicklung innerhalb der Reibpaarung kommt. Die Reibphase wird eingeleitet, wenn die Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase im Teillastbereich oder im Schubbetrieb betrieben wird. Dazu wird von dem zweiten Brennkraftmaschinenteil ein Bremsmoment bereitgestellt, so dass sich der Schlupf innerhalb der Trennkupplung erhöht. Weiterhin kann die Anpresskraft auf die wenigstens eine Reibpaarung reduziert werden, so dass sich der Schlupf erhöht.
  • Durch die Erhöhung des Schlupfes wird die Wärmeentwicklung innerhalb der wenigstens einen Reibpaarung erhöht. Die während einer Reibphase bereitgestellte Reibwärme innerhalb der wenigstens einen Reibpaarung wird zum Erwärmen des Schmieröles verwendet, da die Reibwärme der als nasslaufende Reibkupplung ausgeführten Trennkupplung direkt über das Schmiermittel im Schmiermittelsumpf der Brennkraftmaschine abgeführt wird.
  • Der Schlupf innerhalb der wenigstens einen Reibpaarung wird dadurch hervorgerufen, dass der erste Kurbelwellenteil weiter angetrieben wird und der zweite Kurbelwellenteil gebremst oder stillgesetzt wird. Zusätzlich kann die Anpresskraft reduziert werden, um den Schlupf weiter zu erhöhen. Im einfachsten Anwendungsfall kann der zweite Kurbelwellenteil durch die Reibung, also durch die Festkörper- und Flüssigkeitsreibung innerhalb des zweiten Brennkraftmaschinenteils, sowie durch die aufzubringende Ladungswechselarbeit innerhalb des zweiten Brennkraftmaschinenteils ohne besondere Maßnahmen gebremst werden. Dazu wird wenigstens die Kraftstoffzufuhr zur wenigstens einen Zylindereinheit des zweiten Brennkraftmaschinenteils ausgesetzt, so dass keine Verbrennung stattfinden kann und somit kein Antriebsmoment von dem zweiten Brennkraftmaschinenteil bereitgestellt wird.
  • Dem Antrieb des zweiten Brennkraftmaschinenteils über die Trennkupplung durch den ersten Brennkraftmaschinenteil steht das Bremsmoment entgegen. Dabei kann der erste Brennkraftmaschinenteil betrieben werden oder sich im Schubbetrieb befinden. Wird der erste Brennkraftmaschinenteil betrieben, stellt der erste Brennkraftmaschinenteil die Antriebsleistung bereit. Befindet sich der erste Brennkraftmaschinenteil im Schubbetrieb, wird die Antriebsleistung aus dem Schubbetrieb über den ersten Brennkraftmaschinenteil übertragen. Dazu kann zur Reduzierung des Schubmomentes der Ladungswechsel des ersten Brennkraftmaschinenteils unterbunden werden. Durch die Antriebsleistung des ersten Brennkraftmaschinenteils und die entgegengesetzte Bremsleistung des zweiten Brennkraftmaschinenteils ergibt sich in Abhängigkeit der Anpresskraft auf das wenigstens eine Reibpaar der Trennkupplung der Schlupf und somit eine entsprechende Wärmeentwicklung als Verlustleistung.
  • In Abhängigkeit der Anpresskraft kommt es während der Reibphase dazu, dass der zweite Brennkraftmaschinenteil über die Trennkupplung vom ersten Brennkraftmaschinenteil angetrieben wird, wobei das Bremsmoment des zweiten Brennkraftmaschinenteils überwunden wird oder die Trennkupplung kein Antriebsmoment zum zweiten Brennkraftmaschinenteil übertragen kann und somit das gesamte Antriebsmoment innerhalb der Trennkupplung in Wärme umgewandelt wird und der zweite Brennkraftmaschinenteil still steht. Die Reibphase kann auch dazu genutzt werden, während des Schubbetriebs zusätzliche Bremsleistung zum Abbremsen des ersten Brennkraftmaschineteils aufzubringen und somit die Wärmeentwicklung zu erhöhen.
  • Die Bremsleistung des zweiten Brennkraftmaschinenteils kann durch eine Beeinflussung der Ladungswechselarbeit verändert werden, indem beispielsweise eine Veränderung der Drosselung des Ladungswechsels durch Betätigung einer Drosselklappe oder von Ladungswechselventilen der wenigstens einen zugeordneten Zylindereinheit erfolgt.
  • Weiterhin kann an dem zweiten Brennkraftmaschinenteil wenigstens eine steuerbare Einrichtung zum aktiven Bremsen und/oder aktiven Stillsetzen des zweiten Brennkraftmaschinenteils vorgesehen sein, um die Bremsleistung zu steuern. Die Einrichtung kann als einfache Reibbremse, als Generator oder Pumpe sowie als Arretierungseinrichtung ausgeführt und direkt oder indirekt mit dem zweiten Kurbelwellenteil des zweiten Brennkraftmaschinenteils verbunden sein. Die steuerbare Einrichtung kann sich weiterhin wenigstens teilweise in dem gemeinsamen Schmiermittelsumpf der Brennkraftmaschine befinden, um die beim aktiven Bremsen entstehende Wärme an das Schmiermittel abzuführen.
  • Der Schlupf der Trennkupplung und somit die Wärmeentwicklung innerhalb der wenigstens einen Reibpaarung kann also über die Anpresskraft auf die wenigstens eine Reibpaarung der Trennkupplung und/oder über die Bremsleistung des zweiten Brennkraftmaschinenteils gesteuert werden. Damit ist es möglich, den Schlupf der Trennkupplung in Abhängigkeit der Schmiermitteltemperatur und/oder in Abhängigkeit der Reibbelagtemperatur zu regeln, wobei ein vordefinierter Schwellenwert einer Schmiermitteltemperatur und/oder ein vordefinierter Schwellenwert einer Reibbelagtemperatur nicht überschritten werden soll. Dadurch wird eine Temperaturüberwachung bereitgestellt, mit welcher der Reibbelag der Reibpaarung vor zu hohem Verschleiß oder Zerstörung durch zu hohe Temperaturen geschützt werden kann.
  • Ausführungsbeispiel
  • Beispielhaft wird hier eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) während der Warmlaufphase dargestellt. in der dazugehörigen Figur zeigt:
  • 1: eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine (1) für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zur Schmiermittelerwärmung wird für den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) verwendet, welche für eine Zylinderabschaltung über eine als nasslaufende Reibkupplung ausgeführte Trennkupplung (2) zwischen zwei Kurbelwellenteilen (3, 4) verfügt, dargestellt in 1. Die Trennkupplung (2) ist derart ausgeführt, dass die beiden Kurbelwellenteile (3, 4) getrennt und wieder verbunden werden können, um somit einem ersten, mit dem Abtrieb (5) verbundenen Kurbelwellenteil (3) eines ersten Brennkraftmaschinenteils (6) von einem zweiten Kurbelwellenteil (4) eines zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) zu trennen. Weiterhin kann mittels der Trennkupplung (2) eine Reibphase realisiert werden, in welcher es im Vergleich zum geschlossenen Zustand der Trennkupplung (2) zu einem erhöhten Schlupf, also einem erhöhten Drehzahlunterschied und somit zu einer erhöhten Wärmeentwicklung innerhalb der Reibpaarung kommt. Mittels der Trennkupplung (2) wird während der Reibphase Verlustleistung erzeugt und die dabei entstehende Reibwärme zum Erwärmen des in einem gemeinsamen Schmiermittelsumpf (8) der Brennkraftmaschine (1) befindlichen Schmiermittels (9) verwendet, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) im Teillastbetrieb oder im Schubbetrieb befindet. Dazu wird der zweite Brennkraftmaschinenteil (4) gebremst oder stillgesetzt, indem die Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einer Zylindereinheit (11) des zweiten Brennkraftmaschinenteils (4) verringert oder ausgesetzt wird. Dadurch wird mit dem zweiten Brennkraftmaschinenteil (4) ein Bremsmoment beziehungsweise eine Bremsleistung bereitgestellt, welches dem Antriebsmoment beziehungsweise der Antriebsleistung des ersten Brennkraftmaschinenteils (3) entgegenwirkt. Die geforderte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (1) im Teillastbetrieb muss durch eine Erhöhung der Kraftstoff- und Frischgaszufuhr zu wenigstens einer Zylindereinheit (10) des ersten Brennkraftmaschinenteils (3) sichergestellt werden. Im Schubbetrieb kann die Bremsleistung zum Abbremsen des ersten Brennkraftmaschinenteils (6) erhöht werden.
  • Das Bremsen beziehungsweise das Stillsetzen des zweiten Brennkraftmaschinenteils (4) kann durch eine steuerbare Einrichtung (12) zum aktiven Bremsen und/oder aktiven Stillsetzen unterstützt und gesteuert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Trennkupplung
    3
    erster Kurbelwellenteil
    4
    zweiter Kurbelwellenteil
    5
    Abtrieb
    6
    erstes Brennkraftmaschinenteil
    7
    zweites Brennkraftmaschinenteil
    8
    Schmiermittelsumpf
    9
    Schmiermittel
    10
    Zylindereinheit des ersten Brennkraftmaschinenteils
    11
    Zylindereinheit des zweiten Brennkraftmaschinenteils
    12
    steuerbare Einrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10125437 A1 [0003]
    • DE 10342893 A1 [0004]
    • DE 2828298 A1 [0006]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) für eine Zylinderabschaltung über eine als nasslaufende Reibkupplung ausgeführte Trennkupplung (2) zwischen zwei Kurbelwellenteilen (3, 4) verfügt, um einen ersten mit den Abtrieb (5) verbundenen Kurbelwellenteil (3) eines ersten Brennkraftmaschinenteils (6) von einen zweiten Kurbelwellenteil (4) eines zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) zu trennen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Trennkupplung (2) während einer Reibphase Verlustleistung erzeugt und die dabei entstehende Reibwärme zum Erwärmen eines in einem gemeinsamen Schmiermittelsumpf (8) der Brennkraftmaschine (1) befindlichen Schmiermittels (9) verwendet wird, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in der Warmlaufphase befindet.
  2. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Brennkraftmaschinenteil (7) gebremst oder stillgesetzt wird, indem die Kraftstoffzufuhr zu wenigstens einer Zylindereinheit (11) des zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) ausgesetzt wird.
  3. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherung der geforderten Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (1) im Teillastbetrieb die Kraftstoff- und Frischgaszufuhr zu wenigstens einer Zylindereinheit (10) des ersten Brennkraftmaschinenteils (6) erhöht wird.
  4. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung des Schubmomentes des ersten Brennkraftmaschinenteils (6) während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine (1) der Ladungswechsel des ersten Brennkraftmaschinenteils (6) unterbunden wird.
  5. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf der Trennkupplung (2) über die Bremsleistung des zweiten Brennkraftmaschinenteils gesteuert wird.
  6. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsleistung des zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) durch die Veränderung der Ladungswechselarbeit wenigstens einer Zylindereinheit (11) des zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) gesteuert wird.
  7. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsleistung des zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) durch eine steuerbare Einrichtung (12) zum aktiven Bremsen und/oder aktiven Stillsetzen des zweiten Brennkraftmaschinenteils (7) gesteuert wird.
  8. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim aktiven Bremsen innerhalb der steuerbaren Einrichtung (12) entstehende Wärme zum Erwärmen des in einem gemeinsamen Schmiermittelsumpf (8) der Brennkraftmaschine (1) befindlichen Schmiermittels (9) verwendet wird.
  9. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf der Trennkupplung (2) über die Anpresskraft auf eine Reibpaarung gesteuert wird.
  10. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf der Trennkupplung (2) in Abhängigkeit der Temperaturentwicklung an wenigstens einem Reibbelag der Reibpaarung geregelt wird, wobei ein vordefinierter Schwellenwert einer Reibbelagtemperatur nicht überschritten werden soll.
  11. Verfahren zur Schmiermittelerwärmung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf der Trennkupplung (2) in Abhängigkeit einer Schmiermitteltemperatur geregelt wird, wobei ein vordefinierter Schwellenwert einer Schmiermitteltemperatur nicht überschritten werden soll.
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