DE102017206251B3 - Wassertankeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung - Google Patents

Wassertankeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung Download PDF

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Abstract

Wassertankeinrichtung für eine Brennkraftmaschinen mit Wassereinspritzung aufweisendeinen Wassertank (1) mit einem Innenvolumen (2), welches von einer Tankwandung (3) wenigstens abschnittsweise begrenzt ist und in welchem eine Flüssigkeit für die Wassereinspritzung in der Brennkraftmaschine speicherbar ist, undeine Filtereinrichtung (4), welche zur Reinigung von Kraftstoffdampf aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine eingerichtet ist, wobei die Filtereinrichtung (4) eine Wärmetransferfläche (5) aufweist und wobei die Filtereinrichtung (4) fluiddicht gegenüber der im Innenvolumen (2) aufnehmbaren Flüssigkeit abgeschlossen ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Filtereinrichtung (4) derart am Wassertank (1) angeordnet ist, dass über die Wärmetransferfläche (5) ein Wärmeaustausch mit der im Wassertank (1) speicherbaren Flüssigkeit ermöglicht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wassertankeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und ein Betriebsstoffversorgungssystem gemäß Patentanspruch 8. Eine Wassertankeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs ist aus dem Stand der Technik und insbesondere aus der DE 10 2015 208480 A1 bekannt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Wassereinspritzung für eine Brennkraftmaschine, welche in Hubkolbenbauweise ausgeführt und nach dem Otto-Prinzip betreibbar ist, beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
  • Seit langem ist es bekannt, Wasser in die Brennräume eines Hubkolbenmotors einzubringen, um dadurch die Leistung zu steigern und/oder den Verbrauch abzusenken. Die für die Wassereinspritzung notwendigen Komponenten sind dabei zusätzliche Komponenten, welche einen zusätzlichen Bauraumbedarf im Kraftfahrzeug verursachen, daher ist es erforderlich, ein derartiges System möglichst kompakt, bezogen auf die Baugröße, auszuführen.
  • Die US 2015/0219045 A1 befasst sich mit einem Kraftstoffaufbereitungssystem.
  • Die DE 10 2015 208480 A1 schlägt eine Wassereinspritzung für eine Brennkraftmaschine mit einem Wassertank und einem in dem Wassertank angeordneten Filter vor.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wassertankeinrichtung sowie ein Betriebsstoffversorgungssystem mit einem solchen Wassertank anzugeben, welche eine kompakte Baugröße aufweisen. Diese Aufgabe wird durch eine Wassertankeinrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch sowie durch ein Betriebsstoffversorgungssystem gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einer Wassertankeinrichtung eine Einrichtung zum Aufnehmen von Wasser, welches für die Einbringung in zu mindestens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, zu verstehen. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, insbesondere in Hubkolbenbauweise, zu verstehen, wobei diese Brennkraftmaschine vorzugsweise nach dem Otto-Prinzip betreibbar ist.
  • Diese Wassertankeinrichtung weist zum Aufnehmen von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit einen Wassertank mit einem Innenvolumen auf, wobei dieses Innenvolumen durch eine Tankwandung wenigstens abschnittsweise oder vorzugsweise vollständig, begrenzt ist. Die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser, ist insbesondere in diesem Innenvolumen speicherbar, so dass der Wassertank insbesondere einen Behälter zum Aufnehmen einer Flüssigkeit darstellt.
  • Weiter weist die Wassertankeinrichtung eine Filtereinrichtung auf. Diese Filtereinrichtung ist insbesondere zum Reinigen von Kraftstoffdampf bzw. Kraftstoffgasen aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine eingerichtet. Insbesondere zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche nach dem Otto-Prinzip betreibbar ist, wird ein Kraftstoff verwendet, vorzugsweise Ottokraftstoff bzw. Benzin, wobei dieser Kraftstoff unter Umgebungsbedingungen Dampf oder Gase abgibt, welche in die Umwelt abgeführt werden. Insbesondere um die Umweltbelastungen gering zu halten ist die Filtereinrichtung vorgesehen, durch welche dieser Dampf oder diese Gase strömen, bevor diese in die Umwelt gelangen.
  • Die Filtereinrichtung weist insbesondere ein Filterelement auf, welches von dem zuvor genannten Dampf oder Gas vor dessen Austritt in die Umwelt durchströmbar ist und weiter weist diese Filtereinrichtung ein Filtergehäuse mit einer Wärmetransferfläche auf, wobei über diese Wärmetransferfläche ein Wärmeaustausch mit der die Filtereinrichtung umgebenden Umwelt ermöglicht ist. Insbesondere ist diese Wärmetransferfläche als ein Oberflächenbereich der Filtereinrichtung, vorzugsweise ein Oberflächenbereich des Filtergehäuses, zu verstehen.
  • Die Filtereinrichtung oder genauer das Filterelement ist, insbesondere durch das Filtergehäuse, fluiddicht gegenüber dem im Innenvolumen des Wassertanks speicherbaren Wassers abgeschlossen. Insbesondere durch diese Ausgestaltung der Filtereinrichtung, kann kein Wasser aus dem Wassertank in die Filtereinrichtung gelangen und damit auch nicht in das Filterelement eintreten.
  • Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung derart am Wassertank angeordnet, dass über die Wärmetransferfläche ein Wärmeaustausch mit dem im Wassertank speicherbaren Wasser ermöglicht ist. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung vollständig außerhalb oder bevorzugt teilweise außerhalb des Innenvolumens des Wassertanks angeordnet und weiter vorzugsweise ist die Filtereinrichtung vollständig innerhalb oder bevorzugt teilweise innerhalb dieses Innenvolumens angeordnet. Ein Wärmeaustausch über die Wärmetransferfläche ist insbesondere dann ermöglicht, wenn die Filtereinrichtung in unmittelbarer Nähe des Wassertanks oder vorzugsweise wenigstens teilweise oder vollständig innerhalb des Innenvolumens angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist unter der unmittelbaren Nähe in diesem Sinn zu verstehen, dass die Wärmetransferfläche, für den Fall dass die Filtereinrichtung außerhalb des Innenvolumens angeordnet ist, einen minimalen Abstand von 50 mm oder weniger, vorzugsweise von 20 mm oder weniger und besonders bevorzugt von 10 mm oder weniger zu dem Wassertank aufweist, vorzugsweise kontaktiert die Wärmetransferfläche die Tankwandung oder ist besonders bevorzugt ein Teil der Tankwandung. Insbesondere mit einer Anordnung der Filtereinrichtung außerhalb des Innenvolumens ist eine besonders einfache Wartung der Filtereinrichtung ermöglicht. Insbesondere mittels einer Anordnung der Filtereinrichtung, wenigstens teilweise, innerhalb des Innenvolumens ist ein besonders guter Wärmeaustausch mit dem im Wassertank speicherbaren Wasser ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Filtereinrichtung unmittelbar, also insbesondere innerhalb des zuvor genannten Abstandsbereichs, an der Tankwandung, welche das Innenvolumen des Wassertanks wenigstens teilweise begrenzt, von außen angeordnet. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung in einem Bereich der Tankwandung angeordnet, in welchem diese das Innenvolumen des Wassertanks begrenzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Filtereinrichtung, wenigstens teilweise, innerhalb des Innenvolumens des Wassertanks angeordnet. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung vollständig innerhalb des Innenvolumens angeordnet. Insbesondere mittels einer vollständigen Aufnahme der Filtereinrichtung in den Wassertank, sind ein besonders guter Wärmeaustausch und ein kompakter Aufbau erreichbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Tankwandung einen Durchtrittsbereich auf. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung teilweise innerhalb des Innenvolumens des Wassertanks angeordnet und tritt in diesem Durchtrittsbereich durch die Tankwandung, welche das Innenvolumen begrenzt. Vorzugsweise ist in diesem Durchtrittsbereich eine Dichtungseinrichtung angeordnet, mit welcher das Innenvolumen, insbesondere in Verbindung mit der Filtereinrichtung, gegenüber der den Wassertank umgebenden Umwelt fluiddicht abgeschlossen ist. Vorzugsweise weist diese Dichtungseinrichtung wenigstens eine Dichtungslippe auf, welche die Filtereinrichtung kontaktiert. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Filtereinrichtung eine Überwurfmutter auf, mit welcher die Filtereinrichtung im Durchtrittsbereich an der Tankwandung befestigt ist. Insbesondere mittels der beschriebenen Ausgestaltung ist die Filtereinrichtung über den Dichtungsbereich durch die Tankwandung geführt, insbesondere ragt ein Teil der Filtereinrichtung in dieses Innenvolumen und ein Teil der Filtereinrichtung ist außerhalb des Innenvolumens und somit ist die Filtereinrichtung beziehungsweise das Filterelement einfach auswechselbar und daher ist eine besonders einfache Wartung der Filtereinrichtung ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Tankwandung ein erster Rastabschnitt angeordnet und an der Filtereinrichtung ist ein zweiter Rastabschnitt angeordnet. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung mit der Tankwandung über diesen ersten und zweiten Rastabschnitt derart verbindbar, dass diese beiden Rastabschnitte zusammen eine Rastverbindung ausbilden. Insbesondere mittels dieser Rastverbindung ist die Filtereinrichtung an der Tankwandung befestigt und somit ist eine einfache Montage der Filtereinrichtung an der Tankwandung erreichbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Filtereinrichtung ein Filterelement auf, insbesondere weist dieses Filterelement als einen Bestandteil Aktivkohle auf oder besteht vorzugsweise aus Aktivkohle. Insbesondere ist das Filterelement als sogenannter Aktivkohlefilter ausgestaltet. Insbesondere Aktivkohlefilter haben sich als besonders wirksame Filter für den vorliegenden Zweck erwiesen. Beim Filtern des Kraftstoffdampfs kann es zum Erwärmen des Filterelements kommen, insbesondere durch die Wärmeabfuhr/Wärmetransfer in die im Wassertank aufnehmbare Flüssigkeit, insbesondere Wasser, wird die Erwärmung des Filterelements verringert und die Filterwirkung verbessert.
  • Weiterhin ist ein Betriebsstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit einem Wassertank gemäß der zuvor beschriebenen Bauart vorgesehen. Dieses Betriebsstoffversorgungssystem weist einen Kraftstofftank mit einem Kraftstoff-Innenvolumen auf. In diesem Kraftstoff-Innenvolumen ist Kraftstoff für die Brennkraftmaschine speicherbar, wobei dieser Kraftstoff zur Verbrennung in dieser Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Weiter weist dieses Betriebsstoffversorgungssystem eine Kraftstoffdampfzuleitung auf, mit welcher das Kraftstoff-Innenvolumen mit der Filtereinrichtung fluidleitend verbindbar ist bzw. verbunden ist. Weiter weist dieses System eine Kraftstoffdampfableitung auf, mit welcher die Filtereinrichtung mit der das Betriebsstoffversorgungssystem umgebenden Umwelt fluidleitend verbindbar ist bzw. verbunden ist. Bezogen auf die Strömungsrichtung aus dem Kraftstoff-Innenvolumen in die das Betriebsstoffversorgungssystem umgebende Umwelt ist die Filtereinrichtung stromabwärts zu diesem Kraftstoff-Innenvolumen angeordnet und die Kraftstoffdampfableitung ist stromabwärts zu der Kraftstoffdampfzuleitung angeordnet.
  • Insbesondere ist es mit einer solchen Wassertankeinrichtung und einem solchen Betriebsstoffversorgungssystem ermöglicht, einen geringen Bauraumbedarf zu erreichen und weiter ist es ermöglicht, insbesondere wenn ein Aktivkohlefilter Verwendung findet, diesen durch die im Wassertank speicherbare Flüssigkeit, insbesondere Wasser, thermisch zu stabilisieren. Eine derartige Filtereinrichtung erwärmt sich beim Filtern, also beim Beladen des Aktivkohlefilters und beim Reinigen, also in einem Spülbetrieb der Filtereinrichtung, kühlt sich die Filtereinrichtung ab. Insbesondere dadurch, dass über die Wärmetransferfläche ein Wärmeaustausch mit der im Wassertank speicherbaren Flüssigkeit ermöglicht ist, wird die Filtereinrichtung thermisch stabilisiert (Temperaturschwankungen des Filterelements werden verringert), diese erwärmt sich also weniger stark bzw. kühlt sich weniger stark ab. Insbesondere durch diesen Wärmetransfer zwischen Filtereinrichtung und im Wassertank speicherbaren Wasser wird also die Wirksamkeit der Filtereinrichtung verbessert und es werden weniger Emissionen an die Umwelt abgegeben.
  • Nachfolgend ist die Erfindung bzw. einzelne Merkmale dieser, in teilweise schematisierter Art in den Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
    • 1: einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Wassertankeinrichtung,
    • 2: einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Wassertankeinrichtung,
    • 3: einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Wassertankeinrichtung,
    • 4: einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Wassertankeinrichtung,
  • In 1 ist eine erste Ausführungsform der Wassertankeinrichtung mit einem Wassertank 1 dargestellt, bei welchem die Kraftstoffdampfzuleitung und - ableitung durch einen Flansch in den Wassertank 1 geführt sind. Die Filtereinrichtung 4 ist im Innenvolumen 2 des Wassertanks 1 angeordnet, dieses Innenvolumen 2 ist durch die Tankwandung 3 begrenzt und in diesem ist Wasser oder ein Gemisch auf Wasserbasis für die Einspritzung in der Brennkraftmaschine aufnehmbar.
  • Die Außenoberfläche der Filtereinrichtung 4 bildet die Wärmetransferfläche 5 aus. Im Bereich des Filterelements 4 ist die Filtereinrichtung 4 oder genauer ausgedrückt das Filtergehäuse 12, in welchem das Filterelement 11 angeordnet ist und auf dessen Oberfläche die Wärmetransferfläche 5 angeordnet ist, aufgebrochen dargestellt. Durch diese Art der Darstellung wird erkennbar, dass die Wärmetransferfläche 5 mindestens im Bereich dieses Filterelements 11 angeordnet ist und dass somit ein besonders guter Wärmetransfer vom Filterelement 11 über die Wärmetransferfläche 5 in das im Wassertank 1 speicherbare Wasser ermöglicht ist.
  • Die Filtereinrichtung 4 ist vollständig im Innenvolumen 2 des Wassertanks 1 angeordnet und wird am Wassertank 1 an der Tankwandung 3 durch die Rastverbindungen 8 gehalten.
  • Die Filtereinrichtung 4 ist über die Kraftstoffkampfzuleitung 9 fluidleitend mit einem Kraftstofftank verbunden, so dass Kraftstoffdampf dem Filterelement 11 zuführbar ist und durch dieses beim Durchtreten gereinigt wird. Ist der Kraftstoffdampf durch das Filterelement 11 getreten und gereinigt, tritt dieser durch die Kraftstoffdampfableitung 10 in die den Wassertank 1 umgebende Umwelt 7.
  • In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Wassertankeinrichtung dargestellt, dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen.
  • Die Filtereinrichtung 4 tritt in den beiden Durchtrittsbereichen 6 durch die Tankwandung 3 des Wassertanks 1 aus dem Innenvolumen 2 nach außen in die den Wassertank 1 umgebende Umwelt 7. In den Durchtrittsbereichen 6 ist jeweils eine Dichtungseinrichtung angeordnet, so dass durch die Durchtrittsbereiche 6 keine Flüssigkeit aus dem Innenvolumen 2 austreten kann. Über die Rastverbindungen 8 ist die Filtereinrichtung 4 an der Tankwandung 3 gehalten. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eine einfache Wartung der Filtereinrichtung ermöglicht, da an dieser die Kraftstoffdampfzuleitung und -ableitung 9, 10 einfach anschließbar sind und die Filtereinrichtung 4 zur Wartung aus dem Wassertank 1 entnehmbar ist.
  • In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Wassertankeinrichtung dargestellt, dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen eingegangen.
  • Die Filtereinrichtung 4 ist an der Tankwandung 3 des Wassertanks 1 von außen angeordnet und über die Wärmetransferfläche 5 ist ein Wärmeaustausch mit der im Innenvolumen 2 des Wassertanks 1 speicherbaren Flüssigkeit ermöglicht. Über die Rastverbindungen 8 ist die Filtereinrichtung 4 an der Tankwandung 3 gehalten. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Wartung der Filtereinrichtung 4 weiter vereinfacht. Zusätzlich kann die Filtereinrichtung mittels einer oder mehrerer Überwurfmuttern (nicht dargestellt) gegen unplanmäßiges Verrutschen gegenüber dem Wassertank 1 gesichert werden.
  • In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Wassertankeinrichtung dargestellt, dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen eingegangen.
  • Die Filtereinrichtung 4 ist vollständig im Innenvolumen 2 des Wassertanks 1 angeordnet. Die Kraftstoffdampfzu- und ableitung sind über die Wellrohre 9a und 10a gebildet. Diese Wellrohre 9a, 10a können einstückig mit der Tankwandung 3 und/oder mit der Filtereinrichtung 4 verbunden sein. Vorzugsweise kann die Tankwandung 3 und das oder die Wellrohre 9a, 10a und/oder die Filtereinrichtung 4 und das oder die Wellrohre 9a, 10a als zwei Komponenten Spritzgussbauteil ausgebildet sein. Weiter vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Wellrohre 9a, 10a mit der Tankwandung 3 oder mit der Filtereinrichtung 4 verschweißt oder wird während des Herstellverfahrens der Tankwandung 3 oder der Filtereinrichtung 4 mit Kunststoff umspritzt und so mit dieser stoffschlüssig verbunden. Derartige Herstellverfahren sind aus dem Stand der Technik für Kunststoffbauteile bekannt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wassertank
    2
    Innenvolumen
    3
    Tankwandung
    4
    Filtereinrichtung
    5
    Wärmetransferfläche
    6
    Durchtrittsbereich durch die Tankwandung
    7
    den Wassertank umgebende Umwelt
    8
    Rastverbindung
    9
    Kraftstoffdampfzuleitung
    9a
    Wellrohr für die Kraftstoffdampfzuleitung
    10
    Kraftstoffdampfableitung
    10a
    Wellrohr für die Kraftstoffdampfableitung
    11
    Filterelement
    12
    Filtergehäuse

Claims (8)

  1. Wassertankeinrichtung für eine Brennkraftmaschinen mit Wassereinspritzung aufweisend einen Wassertank (1) mit einem Innenvolumen (2), welches von einer Tankwandung (3) wenigstens abschnittsweise begrenzt ist und in welchem Wasser für die Wassereinspritzung in der Brennkraftmaschine speicherbar ist, und eine Filtereinrichtung (4), welche zur Reinigung von Kraftstoffdampf aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine eingerichtet ist, wobei die Filtereinrichtung (4) eine Wärmetransferfläche (5) aufweist und wobei die Filtereinrichtung (4) fluiddicht gegenüber von im Innenvolumen (2) aufnehmbaren Wasser abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (4) derart am Wassertank (1) angeordnet ist, dass über die Wärmetransferfläche (5) ein Wärmeaustausch mit im Wassertank (1) speicherbarem Wasser ermöglicht ist.
  2. Wassertankeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (4) unmittelbar an der Tankwandung (3) des Wassertanks von außen und damit außerhalb des Innenvolumens (2) angeordnet ist.
  3. Wassertankeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (4), wenigstens abschnittsweise, innerhalb des Innenvolumens (2) angeordnet ist.
  4. Wassertankeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankwandung (3) in einem Durchtrittsbereich (6), in welchem die Filtereinrichtung (4) durch die Tankwandung (3) in das Innenvolumen (2) eintritt, eine Dichtungseinrichtung aufweist, mit welcher das Innenvolumen (2) gegenüber der den Wassertank (1) umgebenden Umwelt (7) fluiddicht abgeschlossen ist.
  5. Wassertankeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (4) eine Überwurfmutter aufweist, mit welcher die Filtereinrichtung (4) im Durchtrittsbereich (6) an der Tankwandung (3) befestigt ist.
  6. Wassertankeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Tankwandung (3) ein erster Rastabschnitt angeordnet ist, dass an der Filtereinrichtung (4) ein zweiter Rastabschnitt ausgebildet ist, dass diese beiden Rastabschnitte zusammen eine Rastverbindung (8) ausbilden, mit welcher die Filtereinrichtung (4) an der Tankwandung (3) befestigbar ist.
  7. Wassertankeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (4) zum Reinigen von Kraftstoffdampf ein Filterelement (11) aufweist, und dass dieses Filterelement (11) zu mindestens teilweise als einen Bestandteil einen Aktivkohlefilter aufweist.
  8. Betriebsstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit einem Wassertank (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Kraftstofftank mit einem Kraftstoff-Innenvolumen, in welchem Kraftstoff für diese Brennkraftmaschine speicherbar ist, und mit einer Kraftstoffdampfzuleitung (9), welche das Kraftstoff-Innenvolumen mit der Filtereinrichtung (11) fluidleitend verbindet und mit einer Kraftstoffdampfableitung (10), welche die Filtereinrichtung (11) mit der den Wassertank (1) umgebenden Umwelt (7) verbindet.
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