DE102015215186B3 - Kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents
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Abstract
Kraftstoffhochdruckpumpe (10), aufweisend einen in einem Gehäuse (12) angeordneten Druckraum (14), der einseitig durch eine Kolbenfläche (20) an einem sich in dem Druckraum (14) entlang einer Bewegungsachse (18) translatorisch bewegenden Kolben (16) begrenzt wird, wobei der Druckraum (14) eingangsseitig mit einem Niederdruckzulauf (22) zum Zuführen von Kraftstoff zu dem Druckraum (14) und ausgangsseitig mit einem Hochdruckanschluss (24) verbunden ist, der gemeinsam mit dem Gehäuse (12) ein Auslassvolumen (32) definiert, wobei in dem Niederdruckzulauf (22) ein Einlassventil (26) derart angeordnet ist, dass eine Zulaufbohrung (28) des Niederdruckzulaufes (22) von einem direkt hydraulisch mit dem Druckraum (14) in Verbindung stehenden Zulaufvolumen (30) des Niederdruckzulaufes (22) getrennt wird, wobei ein Druckbegrenzungsventil (38) zum Absteuern eines Überdruckes in dem Auslassvolumen (32) vorgesehen ist, das in einer sich von dem Auslassvolumen (32) in das Gehäuse (12) hinein erstreckenden Bohrung (36) angeordnet ist, wobei die Bohrung (36) in das Zulaufvolumen (30) des Niederdruckzulaufes (22) mündet.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
- Kraftstoffhochdruckpumpen in Kraftstoffeinspritzsystemen werden dazu verwendet, einen Kraftstoff mit einem hohen Druck zu beaufschlagen, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen im Bereich von 250 bar–400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen im Bereich von 2000 bar–2500 bar liegt. Je höher der Druck, der in dem jeweiligen Kraftstoff erzeugt werden kann, desto geringer sind Emissionen, die während der Verbrennung des Kraftstoffes in einer Brennkammer entstehen, was insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft ist, dass eine Verringerung von Emissionen immer stärker gewünscht wird.
- Um die hohen Drücke in dem jeweiligen Kraftstoff erzielen zu können, wird die Kraftstoffhochdruckpumpe typischerweise als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei sich ein Kolben in einem Druckraum translatorisch bewegt und so dem Druckraum zugeführten Kraftstoff periodisch verdichtet und entspannt.
- Der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird dann zumeist über einen Hochdruckanschluss einem Hochdruckdruckbereich, z. B. einem dem Druckraum hydraulisch nachgelagerten Druckspeicher, dem sog. Common-Rail, zugeführt, von wo der Kraftstoff dann über Injektoren in Brennräume der Brennkammern eingespritzt werden kann.
- Um zu verhindern, dass die hydraulisch dem Druckraum nachgelagerten, kraftstoffführenden Elemente des Kraftstoffeinspritzsystems durch zu hohe Überdrücke beschädigt werden, ist zumeist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das überschüssigen Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems absteuert, um diesen zu entlasten.
- Beispielsweise ist dabei bekannt, den überschüssigen Kraftstoff über eine Verbindungsbohrung des Druckbegrenzungsventiles mit dem Druckraum in den Druckraum selbst abzusteuern. Beispielsweise ist in
DE 10 2004 013 307 A1 ein Druckbegrenzungsventil in einer Kraftstoffhochdruckpumpe offenbart, das in einer Sacklochbohrung angeordnet ist, und über eine zu der Sacklochbohrung im Winkel von etwa 90° angeordnete Bohrung mit dem Druckraum fluidisch in Verbindung steht. - Nachteilig an einer solchen Anordnung ist jedoch, dass die Sacklochbohrung als Totwassergebiet und Schmutzspeicher dient, bis das Druckbegrenzungsventil aktiviert wird, was bevorzugt eher selten der Fall sein sollte. Erst bei Inbetriebnahme des Druckbegrenzungsventils wird angesammelter Schmutz dann in den Druckraum befördert.
-
JP 2014 105 668 A - Aufgabe der Erfindung ist es, eine in dieser Hinsicht verbesserte Kraftstoffhochdruckpumpe vorzuschlagen.
- Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Eine Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen in einem Gehäuse angeordneten Druckraum auf, der einseitig durch eine Kolbenfläche an einem sich in dem Druckraum entlang einer Bewegungsachse translatorisch bewegenden Kolben begrenzt wird. Der Druckraum ist eingangsseitig mit einem Niederdruckzulauf zum Zuführen von Kraftstoff zu dem Druckraum und ausgangsseitig mit einem Hochdruckanschluss verbunden, der gemeinsam mit dem Gehäuse ein Auslassvolumen definiert. In dem Niederdruckzulauf ist ein Einlassventil derart angeordnet, dass eine Zulaufbohrung des Niederdruckzulaufes von einem direkt hydraulisch mit dem Druckraum in Verbindung stehenden Zulaufvolumen des Niederdruckzulaufes getrennt wird. Es ist ein Druckbegrenzungsventil zum Absteuern eines Überdruckes in dem Auslassvolumen vorgesehen, das in einer sich von dem Auslassvolumen in das Gehäuse hinein erstreckenden Bohrung angeordnet ist. Die Bohrung mündet in das Zulaufvolumen des Niederdruckzulaufes.
- Die Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, ist daher nun nicht mehr als Sacklochbohrung wie bisher bekannt ausgebildet, sondern weist eine Verbindung mit dem Niederdruckzulauf auf und zwar in dem Bereich, in dem sich das Einlassventil befindet. Dadurch wird verhindert, dass die bisher vorhandene Sacklochbohrung bis zur Aktivierung des Druckbegrenzungsventils Schmutz speichert und dann in die Kraftstoffhochdruckpumpe befördert, da die Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, bereits im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe beständig gespült wird.
- Vorzugsweise ist die Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet, die einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen des Druckbegrenzungsventils und einen Verbindungsbereich zum Herstellen einer hydraulischen Verbindung zu dem Zulaufvolumen aufweist. Der Verbindungsbereich weist einen kleineren Querschnitt auf als der Aufnahmebereich.
- Vorzugsweise weist das Druckbegrenzungsventil eine Rückstellfeder mit einer Längsachse in Kraftrichtung der Rückstellfeder auf, wobei der Verbindungsbereich koaxial mit der Längsachse der Rückstellfeder angeordnet ist. Dadurch kann Kraftstoff, der durch das Druckbegrenzungsventil hindurch strömt, ohne Hindernisse laminar in das Zulaufvolumen abgesteuert werden.
- Vorteilhaft weist der Aufnahmebereich der Bohrung eine die Bohrung senkrecht zur Längsachse der Rückstellfeder begrenzende Endwand auf, die entgegengesetzt zu dem Auslassvolumen angeordnet ist. Die Rückstellfeder stützt sich an der Endwand ab, wobei der Verbindungsbereich in der Endwand angeordnet ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Verbindungsbereiches kleiner ist als der Querschnitt des Aufnahmebereiches, da sich so automatisch die Endwand ausbildet, an der sich die Rückstellfeder abstützen kann.
- In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist die Bohrung einen Verbindungsdurchbruch zu dem Druckraum zum hydraulischen Verbinden der Bohrung mit dem Druckraum auf. Dabei sind der Verbindungsbereich und der Verbindungsdurchbruch beispielsweise durch zumindest einen Teilbereich der Endwand voneinander getrennt.
- Durch Anordnen sowohl des Verbindungsbereiches als auch des Verbindungsdurchbruches wird eine Zirkulation des Kraftstoffes im Betrieb ermöglicht. Dadurch wird eine Ansammlung von Partikeln in einem hinteren Bereich der Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, vermieden bzw. reduziert. Verbindungsdurchbruch und Verbindungsbereich bilden dabei vorteilhaft sich ergänzende Strömungsquerschnitte beim Absteuern von Überdruck durch das Druckbegrenzungsventil.
- In einer Ausführungsform, in der der Verbindungsdurchbruch nicht vorhanden ist, wird die Ablaufbohrung, über die der Überdruck-Kraftstoff abgesteuert wird, im Vergleich zu den üblichen Anordnungen vollständig auf die Durchgangsbohrung verlagert.
- Dabei kann die Durchgangsbohrung, d. h. der Verbindungsbereich, soweit erweitert werden, dass keine Absteuerung in den Druckraum selbst erfolgt, sondern ausschließlich durch den Verbindungsbereich zu dem Zulaufvolumen abgesteuert wird. Dies hat den Vorteil, dass Komponenten des Druckbegrenzungsventiles durch den Wechsel zwischen Druck- und Saugphase innerhalb der Kraftstoffhochdruckpumpe nicht mehr senkrecht in Betriebsrichtung angeströmt und dadurch in Schwingung gebracht werden.
- Vorzugsweise ist der Verbindungsdurchbruch in einer sich parallel zu der Längsachse der Rückstellfeder erstreckenden Seitenwand der Bohrung angeordnet. Dadurch entsteht vorzugsweise eine Anordnung in einem Winkel von etwa 90° zu dem Verbindungsbereich, so dass der abzusteuernde Kraftstoff in verschiedene Raumrichtungen abgesteuert werden kann.
- Vorzugsweise erstreckt sich eine Hochdruckanschlusslängsachse des Hochdruckanschlusses im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsachse des Kolbens. Eine Bohrungslängsachse der Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, ist in einem Winkel zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 2° und 8°, vorzugsweise zwischen 4° und 6°, zu der Hochdrucklängsachse angeordnet.
- Vorzugsweise weist die Bohrungslängsachse der Bohrung im Wesentlichen einen Winkel zwischen 95° und 105°, insbesondere 98° und 102°, zu der Bewegungsachse des Kolbens auf. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem in einer Bohrung angeordneten Druckbegrenzungsventil; -
2 eine Querschnittansicht durch die Linie II-II in1 von oben auf die Kraftstoffhochdruckpumpe mit dem Druckbegrenzungsventil; -
3 eine Längsschnittdarstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe aus1 in einer Detailansicht im Bereich des Druckbegrenzungsventils; und -
4 eine Längsschnittdarstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe aus1 in einer weiteren Detailansicht im Bereich eines Druckraumes der Kraftstoffhochdruckpumpe. -
1 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe10 . In einem Gehäuse12 der Kraftstoffhochdruckpumpe10 ist ein Druckraum14 angeordnet, in dem sich ein Kolben16 entlang einer Bewegungsachse18 translatorisch auf- und abbewegt und so einen in dem Druckraum14 angeordneten Kraftstoff periodisch verdichtet und entspannt. Der sich in dem Druckraum14 bewegende Kolben16 weist eine Kolbenfläche20 auf, die den Druckraum14 nach unten hin begrenzt. Zum Zuführen des Kraftstoffes in den Druckraum14 ist der Druckraum14 eingangsseitig mit einem Niederdruckzulauf22 verbunden. - Druckbeaufschlagter Kraftstoff wird ausgangsseitig über einen Hochdruckanschluss
24 zu einem Hochdruckbereich25 geführt. Der Hochdruckanschluss24 führt den druckbeaufschlagten Kraftstoff dann weiter zu einem beispielsweise nachgelagerten Common-Rail. - In dem Niederdruckzulauf
22 ist ein Einlassventil26 angeordnet, das eine Zulaufbohrung28 von einem Zulaufvolumen30 trennt, das hydraulisch direkt mit dem Druckraum14 in Verbindung steht. Das Zulaufvolumen30 ist jedoch kein Teil des Druckraumes14 . - Der Hochdruckanschluss
24 ist so ausgebildet, dass er mit dem Gehäuse12 gemeinsam ein Auslassvolumen32 definiert, in das der druckbeaufschlagte Kraftstoff über ein Auslassventil34 gelangt. Von diesem Auslassvolumen32 erstreckt sich eine Bohrung36 in das Gehäuse12 hinein. In der Bohrung36 ist ein Druckbegrenzungsventil38 angeordnet, das Kraftstoff aus dem Hochdruckanschluss24 absteuert, wenn sich in dem Hochdruckbereich25 ein zu starker Überdruck aufbaut. -
2 zeigt eine Querschnittdarstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe10 entlang der Linie II-II in1 in einer Ansicht von oben. Hier ist zu sehen, dass sich die Bohrung36 , in der das Druckbegrenzungsventil38 angeordnet ist, komplett von dem Hochdruckanschluss24 bzw. dem Auslassvolumen32 bis zu dem Zulaufvolumen30 erstreckt. Die Bohrung36 ist daher als Durchgangsbohrung42 ausgebildet. - Die Bohrung
36 weist einen Aufnahmebereich44 auf, in dem das Druckbegrenzungsventil38 aufgenommen ist, und umfasst weiter einen Verbindungsbereich46 , der die Verbindung zwischen dem Aufnahmebereich44 und dem Zulaufvolumen30 des Niederdruckzulaufes22 herstellt. Der Verbindungsbereich46 weist dabei einen kleineren Querschnitt auf als der Aufnahmebereich44 , so dass sich eine Rückstellfeder48 des Druckbegrenzungsventiles38 an einer dadurch entstehenden Endwand50 der Bohrung36 abstützen kann. Der Verbindungsbereich46 ist damit in der Endwand50 angeordnet. - Die Rückstellfeder
48 weist eine Längsachse52 auf, die sich entlang der Kraftrichtung der Rückstellfeder48 erstreckt. Die Bohrung36 verläuft koaxial mit dieser Längsachse52 und zwar derart, dass auch der Verbindungsbereich46 koaxial mit der Längsachse52 der Rückstellfeder48 angeordnet ist. Dadurch kann über das Druckbegrenzungsventil38 abgesteuerter Kraftstoff laminar direkt in das Zulaufvolumen30 abgesteuert werden. - Wie weiter aus
1 und2 hervorgeht, ist eine Hochdruckanschlusslängsachse54 des Hochdruckanschlusses24 senkrecht zu der Bewegungsachse18 des Kolbens16 angeordnet. Auch die Längsachse56 des Auslassventiles34 ist senkrecht zu der Bewegungsachse18 des Kolbens16 angeordnet. Die Bohrungslängsachse58 der Bohrung36 dagegen ist nicht, wie es bislang bekannt war, ebenfalls senkrecht zu der Bewegungsachse18 des Kolbens16 angeordnet, sondern in einem Winkel α zu der Hochdruckanschlusslängsachse54 . Dieser Winkel α bewegt sich dabei in einem Bereich zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 2° und 8°, vorzugsweise zwischen 4° und 6°.3 zeigt eine Längsschnittansicht der Kraftstoffhochdruckpumpe10 aus1 in einem Detailbereich des Druckbegrenzungsventiles38 bzw. der Bohrung36 . Hier ist zu sehen, dass die Bohrung36 nicht nur horizontal gewinkelt (vgl.2 ) zu der Hochdruckanschlusslängsachse54 angeordnet ist, sondern auch senkrecht gewinkelt, so dass sich ein Winkel β zwischen Bohrungslängsachse58 und Bewegungsachse18 ergibt, der sich in einem Bereich zwischen 95° und 105°, insbesondere zwischen 98° und 102°, bewegt. -
4 zeigt eine weitere Längsschnittdarstellung im Detail in einem Bereich des Druckraumes14 . Hier ist zu sehen, dass die Bohrung36 in einer bevorzugten Ausgestaltung nicht nur den Verbindungsbereich46 zu dem Zulaufvolumen30 aufweist, sondern auch einen Verbindungsdurchbruch62 , der die Bohrung36 direkt mit dem Druckraum14 verbindet. Der Verbindungsdurchbruch62 ist dabei in einer Seitenwand64 der Bohrung36 angeordnet, die sich parallel zu der Längsachse52 der Rückstellfeder48 erstreckt und damit den Aufnahmebereich44 für das Druckbegrenzungsventil38 mit definiert. - Dadurch, dass der Verbindungsdurchbruch
62 zusätzlich zu dem Verbindungsbereich46 vorhanden ist, kann im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe10 eine Zirkulation des Kraftstoffes erzielt werden, wodurch die Bohrung36 beständig durchgespült und von Verschmutzungen gereinigt werden kann. - Auch beim Herstellungsprozess der Kraftstoffhochdruckpumpe
10 hat das Vorhandensein des Verbindungsbereiches46 große Vorteile. Denn die normalerweise vorhandene Ablaufbohrung von der Bohrung36 in den Druckraum14 hinein wird für gewöhnlich durch ein Anbohren des Druckraumes14 erzeugt. Dadurch entsteht eine undefinierte Kontur, die einerseits durch die Toleranzschwankungen schwierig zu entgraten ist, andererseits beim weiteren Bearbeiten der Baukurve wie z. B. dem Honen zur Beschädigung der Bauteile führen kann. Zusätzlich besteht der Nachteil, wenn die Bohrung36 als Sacklochbohrung ausgeführt ist, dass sich im hinteren Bereich insbesondere beim Herstellungsprozess (Honen) Partikel ansammeln können und die Bohrung36 verstopfen können. Bislang ist es bekannt, beispielsweise durch speziell angefertigte Spüllanzen, die mit Hochdruck den Honschlamm entfernen, die Bohrung36 auszuspülen. Da jedoch das Druckbegrenzungsventil38 im Herstellungsprozess zumeist bereits in der Bohrung36 vorhanden ist, besteht immer die Gefahr, dass die Rückstellfeder48 beim Honprozess bzw. beim Lanzenspülen beschädigt wird. Dies kann nun dadurch verhindert werden, dass vorteilhaft lediglich der Verbindungsbereich48 vorsehen wird, der so ausgestaltet ist, dass auf den Verbindungsdurchbruch62 verzichtet werden kann. In vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei sogar auf das Lanzenspülen verzichtet werden, was zu einer Steigerung der Prozesssicherheit oder Vereinfachung des Prozesses führen kann. - Ist dagegen der Verbindungsdurchbruch
62 vorhanden, kann auch im Herstellungsprozess eine Zirkulation der Reinigungssuspension beim Waschen erzeugt werden, wodurch die Bohrung36 besser gespült werden kann.
Claims (8)
- Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ), aufweisend einen in einem Gehäuse (12 ) angeordneten Druckraum (14 ), der einseitig durch eine Kolbenfläche (20 ) an einem sich in dem Druckraum (14 ) entlang einer Bewegungsachse (18 ) translatorisch bewegenden Kolben (16 ) begrenzt wird, wobei der Druckraum (14 ) eingangsseitig mit einem Niederdruckzulauf (22 ) zum Zuführen von Kraftstoff zu dem Druckraum (14 ) und ausgangsseitig mit einem Hochdruckanschluss (24 ) verbunden ist, der gemeinsam mit dem Gehäuse (12 ) ein Auslassvolumen (32 ) definiert, wobei in dem Niederdruckzulauf (22 ) ein Einlassventil (26 ) derart angeordnet ist, dass eine Zulaufbohrung (28 ) des Niederdruckzulaufes (22 ) von einem direkt hydraulisch mit dem Druckraum (14 ) in Verbindung stehenden Zulaufvolumen (30 ) des Niederdruckzulaufes (22 ) getrennt wird, wobei ein Druckbegrenzungsventil (38 ) zum Absteuern eines Überdruckes in dem Auslassvolumen (32 ) vorgesehen ist, das in einer sich von dem Auslassvolumen (32 ) in das Gehäuse (12 ) hinein erstreckenden Bohrung (36 ) angeordnet ist, wobei die Bohrung (36 ) in das Zulaufvolumen (30 ) des Niederdruckzulaufes (22 ) mündet. - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (36 ) als Durchgangsbohrung (42 ) ausgebildet ist, die einen Aufnahmebereich (44 ) zum Aufnehmen des Druckbegrenzungsventils (38 ) und einen Verbindungsbereich (46 ) zum Herstellen einer hydraulischen Verbindung zu dem Zulaufvolumen (30 ) aufweist, wobei der Verbindungsbereich (46 ) einen kleineren Querschnitt aufweist als der Aufnahmebereich (44 ). - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (38 ) eine Rückstellfeder (48 ) mit einer Längsachse (52 ) in Kraftrichtung der Rückstellfeder (48 ) aufweist, wobei der Verbindungsbereich (46 ) koaxial mit der Längsachse (52 ) der Rückstellfeder (52 ) angeordnet ist. - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (44 ) der Bohrung (36 ) eine die Bohrung (36 ) senkrecht zu der Längsachse (52 ) der Rückstellfeder (52 ) begrenzende Endwand (50 ) aufweist, die entgegengesetzt zu dem Auslassvolumen (32 ) angeordnet ist, wobei sich die Rückstellfeder (48 ) an der Endwand (50 ) abstützt, und wobei der Verbindungsbereich (46 ) in der Endwand (50 ) angeordnet ist. - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (36 ) einen Verbindungsdurchbruch (62 ) zu dem Druckraum (14 ) zum hydraulischen Verbinden der Bohrung (36 ) mit dem Druckraum (14 ) aufweist. - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsdurchbruch (62 ) in einer sich parallel zu der Längsachse (52 ) der Rückstellfeder (52 ) erstreckenden Seitenwand (64 ) der Bohrung (36 ) angeordnet ist. - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Hochdruckanschlusslängsachse (54 ) des Hochdruckanschlusses (24 ) im Wesentlich senkrecht zu der Bewegungsachse (18 ) des Kolbens (16 ) erstreckt, und dass die Bohrungslängsachse (58 ) der Bohrung (36 ) in einem Winkel (α) zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 2° und 8°, vorzugsweise zwischen 4° und 6°, zu der Hochdruckanschlusslängsachse (54 ) angeordnet ist. - Kraftstoffhochdruckpumpe (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungslängsachse (58 ) der Bohrung (36 ) im Wesentlichen in einem Winkel (β) zwischen 95° und 105°, insbesondere 98° und 102°, zu der Bewegungsachse (18 ) des Kolbens (16 ) angeordnet ist.
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