DE102018212663B3 - Combined EGR and exhaust gas cooler valve - Google Patents

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Abstract

Ein kombiniertes AGR- und Abgaskühler-Ventil (G) weist zumindest einem Zufluss (1), zumindest zwei Abflüsse (2, 3) und zumindest eine weitere Öffnung (4) auf, wobei zwischen dem Zufluss (1) und einem Abfluss (3), sowie zwischen dem Zufluss (1) und der weiteren Öffnung (4) jeweils ein durch ein federnd gelagertes Ventilelement (9, 10) verschließbarer Ventilsitz vorgesehen ist, und wobei die Ventilelemente (9, 10) an einem gemeinsamen Schaft (8) derart federnd gelagert sind, das beide Ventilsitze verschließbar und einzeln öffenbar sind, während der andere geschlossen bleibt.A combined EGR and exhaust gas cooler valve (G) has at least one inflow (1), at least two outlets (2, 3) and at least one further opening (4), between the inflow (1) and an outflow (3). , as well as between the inflow (1) and the further opening (4) is provided in each case by a spring-mounted valve element (9, 10) closable valve seat, and wherein the valve elements (9, 10) on a common shaft (8) so resilient are stored, the two valve seats are closed and individually openable, while the other remains closed.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kombiniertes AGR- und Abgaskühler-Ventil sowie ein Abgasrückführsystem mit einem derartigen Ventil.The present invention relates to a combined EGR and exhaust gas cooler valve and an exhaust gas recirculation system with such a valve.

Stand der TechnikState of the art

Abgasrückführsysteme dienen der Reduzierung von Schadstoffausstoß und der Verbesserung der Effizienz von Verbrennungsmotoren. Hierbei kann beispielsweise bei aufgeladenen Dieselmotoren die Stickoxyderzeugung durch Rückführung des Abgases reduziert werden. In einem Abgasrückführsystem lenkt ein Abgasrückführventil einen Teil des Abgases aus dem Abgaskrümmer zurück zum Ansaugtrakt des Motors, wo es sich mit Frischluft vermischt. Nachteilig ist dabei, dass aufgrund der heißen rückgeführten Abgasluft die Ansaugluft des Motors insgesamt erwärmt wird, was zur Verringerung der Motorleistung führen kann. Aus diesem Grund wurden Motoren entwickelt, welche über einen oder mehrere AGR-Kühler verfügen, welche gesteuert durchströmt und ggf. selektiv geschaltet werden können, um unterschiedliche Kühlleistungen für unterschiedliche Motorzustände bereitzustellen. Aus der DE 10 2016 211 725 A1 ist eine effiziente Ventilanordnung für zwei Abgaskühler bekannt. Bestimmte Betriebszustände sind jedoch, insbesondere wenn ein einziger Abgaskühler vorhanden ist, nicht darstellbar.Exhaust gas recirculation systems serve to reduce pollutant emissions and improve the efficiency of internal combustion engines. In this case, for example, in charged diesel engines, the nitrogen oxide production can be reduced by recycling the exhaust gas. In an exhaust gas recirculation system, an EGR valve directs a portion of the exhaust gas from the exhaust manifold back to the intake manifold of the engine where it mixes with fresh air. A disadvantage is that due to the hot recirculated exhaust air, the intake air of the engine is heated in total, which can lead to a reduction in engine performance. For this reason, engines have been developed which have one or more EGR coolers which can be flowed through and possibly selectively switched to provide different cooling capacities for different engine conditions. From the DE 10 2016 211 725 A1 is an efficient valve assembly for two exhaust gas cooler known. Certain operating conditions, however, especially if a single exhaust gas cooler is present, not representable.

Aus der FR 2 872 862 A1 geht ein kombiniertes AGR- und Kühler-Ventil mit einem Zufluss, einem Abfluss und einer weiteren Öffnung hervor, wobei zwischen dem Zufluss und der weiteren Öffnung sowie zwischen der weiteren Öffnung und dem Abfluss jeweils ein durch ein federnd gelagertes Ventilelement verschließbarer Ventilsitz vorgesehen ist. Ein ähnliches Ventil mit zwei federnd gelagerten Ventilelementen geht aus der US 2011/0108013 A1 hervor. Dies gilt gleichermaßen für die EP 2 133 546 A1 .From the FR 2 872 862 A1 is a combined EGR and radiator valve with an inlet, a drain and a further opening, wherein between the inflow and the further opening and between the other opening and the drain each provided by a spring-mounted valve element valve seat is provided. A similar valve with two spring-mounted valve elements goes out of the US 2011/0108013 A1 out. This applies equally to the EP 2 133 546 A1 ,

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes AGR- und Abgaskühler-Ventil zu schaffen, durch das eine Vielzahl von Betriebszuständen realisierbar sind.Against this background, the invention has for its object to provide a combined EGR and exhaust gas cooler valve, through which a variety of operating conditions can be realized.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Ventil.The solution to this problem is achieved by the valve described in claim 1.

Demzufolge weist diese zumindest einen Zufluss, zumindest zwei Abflüsse und zumindest eine weitere Öffnung auf, wobei zwischen dem Zufluss und einem Abfluss sowie zwischen dem Zufluss und der weiteren Öffnung jeweils ein durch ein federnd gelagertes Ventilelement verschließbarer Ventilsitz vorgesehen ist. Jeweils sind die Ventilelemente an einem gemeinsamen Schaft derart federnd gelagert, dass beide Ventilsätze verschließbar und einzeln öffenbar sind, während der andere geschlossen bleibt. Mit anderen Worten führt eine Bewegung des gemeinsamen Ventilschafts derart, dass einer der beiden Ventilsitze geöffnet wird, zu einer Kraft auf das andere Ventilelement in dessen Schließrichtung. Beim jeweiligen Öffnen stützt sich somit das geschlossene Ventilelement an seinem Ventilsitz ab, und typischerweise gegen eine Federkraft im Bereich dieses geschlossenen Ventilsitzes erfolgt eine Öffnung des anderen Ventils.Accordingly, this has at least one inflow, at least two outlets and at least one further opening, wherein between the inflow and an outflow and between the inflow and the further opening in each case a closable by a spring-mounted valve element valve seat is provided. In each case, the valve elements are resiliently mounted on a common shaft so that both sets of valves are closable and individually openable, while the other remains closed. In other words, a movement of the common valve stem such that one of the two valve seats is opened leads to a force on the other valve element in its closing direction. During the respective opening thus the closed valve element is supported on its valve seat, and typically takes place against a spring force in the region of this closed valve seat an opening of the other valve.

Hierdurch ist in dem Fall, dass beide Ventilsätze geschlossen sind, beispielsweise ein Betriebszustand möglich, bei dem das gesamte Abgas aus dem Zufluss in den (nicht geschlossenen) ersten Abfluss strömt, der beispielsweise mit der Abgasanlage verbunden sein kann, so dass das keine Abgasrückführung, jedoch auch keine Umgehung eines Abgaskühlers erfolgt. Die gesamte, in dem Abgas enthaltene Wärmeenergie kann somit, beispielsweise zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums, genutzt werden.In this way, in the case that both sets of valves are closed, for example, an operating state is possible in which the entire exhaust gas flows from the inflow into the (not closed) first outflow, which can be connected to the exhaust system, for example, so that no exhaust gas recirculation, However, there is no bypass of an exhaust gas cooler. The entire heat energy contained in the exhaust gas can thus be used, for example for heating the vehicle interior.

In einem zweiten Betriebszustand ist weiterhin eine vollständige Nutzung der Wärmeenergie möglich, durch eine steuerbare, das heißt zwischen 1 und 100 % einstellbare Öffnung des Ventils zu dem zweiten Abfluss kann jedoch eine gesteuerte Abgasrückführung erfolgen. In diesem Betriebszustand bleibt das zweite Ventil geschlossen, damit das Abgas weiterhin vollständig durch den Abgaskühler, und nicht dessen Bypass strömt, um die gesamte Wärmeenergie nutzen zu können. In diesem Fall strömt das entsprechend der gestalteten Öffnung nicht rückgeführte Abgas durch den vorangehend als ersten bezeichneten Auslass zur Abgasanlage.In a second operating state, a complete utilization of the heat energy is still possible, but controlled controllable exhaust gas recirculation can take place through a controllable, that is to say between 1 and 100% adjustable opening of the valve to the second outflow. In this operating state, the second valve remains closed, so that the exhaust gas continues to flow completely through the exhaust gas cooler, and not its bypass, in order to be able to use all the heat energy. In this case, the unreacted exhaust gas corresponding to the designed opening flows through the exhaust gas outlet previously referred to as first.

In einem dritten Betriebszustand ist das typischerweise zur Frischluftseite führende Ventil geschlossen, so dass keine Abgasrückführung erfolgt, jedoch der Bypass eines Abgaskühlers geöffnet, so dass dieser umgangen wird, und dem Abgas keine Wärmeenergie entzogen wird.In a third operating state, the valve typically leading to the fresh air side is closed, so that no exhaust gas recirculation takes place, but the bypass of an exhaust gas cooler is opened so that it is bypassed, and no heat energy is withdrawn from the exhaust gas.

In vorteilhafter Weise können sämtliche der genannten Betriebszustände mit einem einzigen Aktuator realisiert werden. Insofern stellt die Erfindung ein einziges Ventil mit einem Zufluss, zwei Abflüssen und einer weiteren Öffnung dar, die beispielsweise als Zufluss von einem Kühler-Bypass genutzt werden kann. In diesem Fall wäre das erfindungsgemäße Ventil stromabwärts des Kühlers und seines Bypasses angeordnet, so dass im Fall eines geschlossenen Ventils stromabwärts des Bypasses das Abgas den Strömungspfad durch den Abgaskühler wählt. Wenn das Ventil geöffnet ist, sind die Druckverhältnisse derart, dass das Abgas durch das geöffnete Ventil von dem Kühler-Bypass zuströmt. Der Abgaskühler stellt nämlich, verglichen mit dem Strömungspfad zur Abgasanlage, den größeren Strömungswiderstand dar.Advantageously, all of the mentioned operating states can be realized with a single actuator. In this respect, the invention represents a single valve with an inflow, two outlets and a further opening, which can be used for example as an inflow from a radiator bypass. In this case, the valve according to the invention would be arranged downstream of the radiator and its bypass, so that in the case of a closed valve downstream of the bypass, the exhaust gas selects the flow path through the exhaust gas cooler. When the valve is opened, the pressure conditions are such that the exhaust gas through the open valve of flows to the radiator bypass. The exhaust gas cooler is in fact, compared to the flow path to the exhaust system, the greater flow resistance.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.Preferred developments of the valve according to the invention are described in the further claims.

Eine besonders einfache Gestaltung des erfindungsgemäßen Ventils wird ermöglicht, wenn die Ventilsitze in entgegengesetzten Richtungen öffenbar sind, und die jeweiligen Ventile an entgegengesetzten Seiten federnd gelagert sind. Hierdurch ergibt sich in besonders einfacher Weise das oben beschriebene „Abstützen“ des jeweils geschlossenen Ventilelements in dem Fall, dass das andere Ventilelement geöffnet werden soll.A particularly simple design of the valve according to the invention is made possible when the valve seats can be opened in opposite directions, and the respective valves are resiliently mounted on opposite sides. This results in a particularly simple manner, the above-described "supporting" the respective closed valve element in the event that the other valve element is to be opened.

Für eine definierte Anordnung der Zu-, Abflüsse und der weiteren Öffnung bezüglich der dazwischen angeordneten Ventilelemente hat sich die Ausbildung jeweiliger Gasräume zwischen dem Zufluss und den Ventilsitzen sowie zwischen dem jeweiligen Ventilsitz und einem Abfluss und der weiteren Öffnung als günstig erwiesen.For a defined arrangement of the inflows, outflows and the further opening with respect to the valve elements arranged therebetween, the formation of respective gas spaces between the inflow and the valve seats and between the respective valve seat and a drain and the further opening has proven to be favorable.

Im Hinblick auf die Bauart des Ventils wird derzeit die Ausbildung zumindest eines Ventilelements als Ventilteller oder -klappe bevorzugt. Im Fall von Ventiltellern ist der Ventilschaft translatorisch bewegbar, und die Ventilteller weisen jeweils eine Öffnung auf, durch welche sich der Ventilschaft für die federnde Lagerung erstreckt. Im Fall von Ventilklappen wäre der gemeinsame Schaft typischerweise drehend oder schwenkend betätigbar.With regard to the design of the valve, the formation of at least one valve element as a valve plate or flap is currently preferred. In the case of valve plates, the valve stem is translationally movable, and the valve discs each have an opening through which extends the valve stem for the resilient mounting. In the case of valve flaps, the common shaft would typically be rotationally or pivotally operable.

Wenngleich das erfindungsgemäße Ventil allein einsetzbar ist, bildet ein Abgasrückführ(AGR)-System mit zumindest einem derartigen Ventil einen weiteren Gegenstand der Erfindung.Although the valve according to the invention can be used alone, an exhaust gas recirculation (EGR) system with at least one such valve forms a further subject of the invention.

In diesem Fall wird, wie bereits angedeutet, bevorzugt, dass der Zufluss mit der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors verbunden ist, ein Abfluss mit der Abgasanlage, der zweite Abfluss mit der Frischluftseite des Motors für die Abgasrückführung, und die weitere Öffnung mit dem Auslass von einem Kühler-Bypass. Durch diese Gestaltung sind die oben genannten Betriebszustände in vorteilhafter Weise darstellbar.In this case, as already indicated, it is preferred that the inflow is connected to the exhaust pipe of an internal combustion engine, an outflow to the exhaust system, the second outflow to the fresh air side of the exhaust gas recirculation engine, and the further opening to the outlet from a radiator -Bypass. With this configuration, the above-mentioned operating conditions can be displayed in an advantageous manner.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Abgasrückführsystem mit einem erfindungsgemäßen Ventil;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils; und
  • 3a - c verschiedene Betriebszustände des Ventils gemäß 2.
Hereinafter, an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
  • 1 an exhaust gas recirculation system with a valve according to the invention;
  • 2 an embodiment of the valve according to the invention; and
  • 3a - c different operating states of the valve according to 2 ,

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der ErfindungDetailed description of a preferred embodiment of the invention

Wie in 1 zu erkennen ist, führt von einem Verbrennungsmotor H eine Abgasleitung A zum einen über die Leitung B zu einem Abgaskühler F und zum anderen zu einem den Kühler F umgehenden Bypass C. Stromabwärts des Kühlers F und des Bypasses C befindet sich das erfindungsgemäße Ventil G. Eine erste Leitung D führt von dem Ventil G zur Abgasanlage, und eine zweite Leitung E zur Frischluftseite des Verbrennungsmotors H, um auf diesen Weg Abgas zurückzuführen.As in 1 It can be seen from an internal combustion engine H an exhaust pipe A on the one hand via the line B to an exhaust gas cooler F and on the other to a cooler F immediate bypass C , Downstream of the radiator F and the bypass C is the valve of the invention G , A first line D leads from the valve G to the exhaust system, and a second line e to the fresh air side of the internal combustion engine H to return to this path exhaust.

In 2 ist das erfindungsgemäße Ventil G schematisch im Detail gezeigt. Dieses weist einen Zufluss 1 auf, der typischerweise mit der Abgasleitung A des Verbrennungsmotors H verbunden ist. Ein erster Abfluss 2, der nicht durch ein Ventil verschließbar ist, ist typischerweise mit der Abgasanlage verbunden, so dass in dem in 2 gezeigten Zustand keine Abgasrückführung erfolgt. Es sei bereits an dieser Stelle erwähnt, dass in diesem Zustand auch der Bypass des Kühlers verschlossen ist, so dass die gesamte Wärmeenergie des Abgases durch den Kühler entzogen und beispielsweise für die Beheizung des Fahrgastinnenraums genutzt werden kann.In 2 is the valve according to the invention G shown schematically in detail. This has an inflow 1 on, typically with the exhaust pipe A of the internal combustion engine H connected is. A first outflow 2 which is not closable by a valve is typically connected to the exhaust system, so that in the in 2 shown state no exhaust gas recirculation takes place. It should already be mentioned at this point that in this state, the bypass of the radiator is closed, so that the entire heat energy of the exhaust gas can be withdrawn by the radiator and used for example for heating the passenger compartment.

Ein zweiter Abfluss 3 ist, wie in 2 erkennbar, durch den Ventilteller 9 verschließbar und führt typischerweise zu der Frischluftseite E des Motors, so dass auf diesem Wege eine Abgasrückführung erfolgen kann. Die weitere Öffnung 4 ist mit den Kühler-Bypass C verbunden, kann jedoch, wie in 2 dargestellt, verschlossen werden.A second outflow 3 is how in 2 recognizable by the valve plate 9 closable and typically leads to the fresh air side E of the engine, so that in this way an exhaust gas recirculation can take place. The further opening 4 is with the radiator bypass C connected, however, as in 2 shown, closed.

In 2 ist ferner erkennbar, dass die beiden Ventilteller 9, 10 jeweils an dem Ventilschaft 8 federnd, in dem gezeigten Fall mittels Federn 5, 6 gelagert sind, so dass beispielsweise die Feder 6 zusammengedrückt wird, wenn der „andere“ Ventilteller 9 geöffnet wird (vgl. 3b) und umgekehrt (vgl. 3c). In dem gezeigten Fall stehen die Federn 5, 6 ferner unter Vorspannung, so dass sich die Feder an dem jeweiligen, zu öffnenden Ventilteller zunächst entspannt und anschließend ein Anschlag 11, 12 für die Mitnahme des Ventiltellers für dessen Öffnung (vgl. 3b und c) sorgt.In 2 It can also be seen that the two valve plates 9 . 10 each at the valve stem 8th resilient, in the case shown by means of springs 5 . 6 are stored, so that, for example, the spring 6 is compressed when the "other" valve disc 9 is opened (cf. 3b) and vice versa (see Fig. 3c). In the case shown are the springs 5 . 6 further biased, so that the spring first relaxes on the respective valve disc to be opened and then a stop 11 . 12 for the entrainment of the valve disk for its opening (see. 3b and c ).

In 3a ist zunächst derjenige Betriebszustand dargestellt, in dem beide Ventilsitze geschlossen sind, und das Abgas somit von der Abgasleitung A vollständig zur Abgasanlage D, ohne Abgasrückführung und ohne Umgehung des Abgaskühlers strömt. Der Abgaskühler wird nicht umgangen, da die weitere Öffnung 4 die von dem Kühler-Bypass C kommt, geschlossen ist.In 3a is first shown that operating state in which both valve seats are closed, and thus the exhaust gas from the exhaust pipe A completely to the exhaust system D , flows without exhaust gas recirculation and without bypassing the exhaust gas cooler. The exhaust gas cooler is not bypassed because the further opening 4 that from the radiator bypass C comes, is closed.

Dies gilt auch für den in 3b gezeigten Betriebszustand, in dem jedoch das zur Frischluftseite E führende Ventil geöffnet ist, so dass die Menge des rückgeführten Abgases einstellbar ist. Entsprechend den Anforderungen und entsprechend der Stellung des Ventiltellers 9 zwischen der Abgasleitung A und der Frischluftseite E wird die gewünschte Abgasmenge zurückgeführt, während das verbleibende Abgas zur Abgasanlage D strömt.This also applies to the in 3b shown operating state, in which, however, the fresh air side e leading valve is opened, so that the amount of recirculated exhaust gas is adjustable. According to the requirements and according to the position of the valve disk 9 between the exhaust pipe A and the fresh air side e the desired amount of exhaust gas is returned, while the remaining exhaust gas to the exhaust system D flows.

Im in 3c gezeigten Fall erfolgt wegen des geschlossenen Ventils 9 keine Abgasrückführung, jedoch eine Umgehung des Abgaskühlers infolge des geöffneten Ventils 10, das mit dem Kühler-Bypass C verbunden ist. Da der Strömungswiderstand durch den Kühler-Bypass C geringer ist als der durch den Kühler führende, alternative Strömungsweg umströmt das Abgas zu weitgehend 100 % den Abgaskühler und gelangt somit ungekühlt durch das geöffnete Ventil 10 zur Abgasanlage D.Im in 3c Case shown occurs because of the closed valve 9 No exhaust gas recirculation, but a bypass of the exhaust gas cooler due to the open valve 10 that with the radiator bypass C connected is. As the flow resistance through the radiator bypass C is less than the leading through the radiator, alternative flow path flows around the exhaust gas to a large extent 100% of the exhaust gas cooler and thus passes uncooled through the open valve 10 to the exhaust system D ,

Claims (6)

Kombiniertes AGR- und Abgaskühler-Ventil (G) mit zumindest einem Zufluss (1), zumindest zwei Abflüssen (2, 3) und zumindest einer weiteren Öffnung (4), wobei zwischen dem Zufluss (1) und einem Abfluss (3), sowie zwischen dem Zufluss (1) und der weiteren Öffnung (4) jeweils ein durch ein federnd gelagertes Ventilelement (9, 10) verschließbarer Ventilsitz vorgesehen ist, und wobei die Ventilelemente (9, 10) an einem gemeinsamen Schaft (8) derart federnd gelagert sind, dass beide Ventilsitze verschließbar und einzeln öffenbar sind, während der andere geschlossen bleibt.Combined EGR and exhaust gas cooler valve (G) with at least one inflow (1), at least two outlets (2, 3) and at least one further opening (4), wherein between the inflow (1) and an outflow (3), and between the inflow (1) and the further opening (4) in each case by a spring-mounted valve element (9, 10) closable valve seat is provided, and wherein the valve elements (9, 10) on a common shaft (8) are resiliently mounted in that both valve seats are closable and individually openable while the other remains closed. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ventilsitze in entgegengesetzten Richtungen öffenbar und die Ventilelemente (9, 10) an entgegengesetzten Seiten federnd gelagert sind.Valve after Claim 1 , characterized in that the valve seats are openable in opposite directions and the valve elements (9, 10) are spring-mounted on opposite sides. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass zwischen dem Zufluss (1) und den Ventilsitzen, sowie zwischen dem jeweiligen Ventilsitz und einem Abfluss (3) sowie der weiteren Öffnung (4) jeweils ein Gasraum (13, 14, 15) vorgesehen ist.Valve after Claim 1 or 2 , characterized in that between the inflow (1) and the valve seats, and between the respective valve seat and a drain (3) and the further opening (4) each have a gas space (13, 14, 15) is provided. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass zumindest ein Ventilelement (9, 10) ein Ventilteller oder eine Ventilklappe ist, und der Schaft (8) translatorisch verschiebbar oder schwenkbar ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that at least one valve element (9, 10) is a valve plate or a valve flap, and the shaft (8) is translationally displaceable or pivotable. AGR-System mit zumindest einem Ventil (G) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche.EGR system with at least one valve (G) according to at least one of the preceding claims. AGR-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass der Zufluss (1) mit der Abgasleitung (A) eines Verbrennungsmotors (H) verbunden ist, ein Abfluss (2) mit der Abgasanlage (D) verbunden ist, der zweite Abfluss (3) mit der Frischluftseite (E) des Motors verbunden ist, und die weitere Öffnung (4) mit dem Auslass (C) eines Kühler-Bypasses verbunden ist.EGR system after Claim 5 , characterized in that the inflow (1) with the exhaust pipe (A) of an internal combustion engine (H) is connected, an outflow (2) with the exhaust system (D) is connected, the second outflow (3) with the fresh air side (E) of Motor is connected, and the further opening (4) is connected to the outlet (C) of a radiator bypass.
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