DE102018216176A1 - Fuel delivery device for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Kraftstofffördereinrichtung (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Pumpe (10,16), wobei durch die mindestens eine Pumpe (10,16) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) in einen Hochdruckbereich gefördert wird, wobei der Hochdruckbereich einen Buffertank (18) und einen Hochdruckspeicher (20) aufweist. Eine Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie (40) ist mit dem Vorratsbehälter (12) verbunden.Fuel delivery device (1) for a fuel injection device of an internal combustion engine with at least one pump (10, 16), with the at least one pump (10, 16) delivering fuel from a storage container (12) to a high pressure area, the high pressure area being a buffer tank (18 ) and a high pressure accumulator (20). A device for converting fuel into cooling energy (40) is connected to the storage container (12).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Reduzierung des Druckes im Vorratsbehälter einer Kraftstofffördereinrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1.The invention relates to a fuel delivery device for a fuel injection device of an internal combustion engine and a method for reducing the pressure in the reservoir of a fuel delivery device according to the preamble of independent claim 1.

Eine solche Kraftstofffördereinrichtung ist aus der DE 10 2006 052 109 A1 bekannt. Dieses Fahrzeug weist eine mit einem Gas betriebene Brennkraftmaschine auf, wobei das Gas in einem Gastank bevorratet wird. Wird in dem Gastank ein vorgegebener Gasdruck überschritten, was beispielsweise durch Wärmeeinträge aus der Umgebung erfolgen kann, wird eine Druckentlastung des Gastanks eingeleitet. Diese Druckentlastung erfolgt über ein Überdruckventil, durch das das Gas in die Umgebung abgelassen wird.Such a fuel delivery device is from the DE 10 2006 052 109 A1 known. This vehicle has an internal combustion engine operated with a gas, the gas being stored in a gas tank. If a predetermined gas pressure is exceeded in the gas tank, which can occur, for example, through heat input from the environment, pressure relief of the gas tank is initiated. This pressure relief takes place via a pressure relief valve, through which the gas is released into the environment.

Aus der DE 10 2015 212 988 A1 ist eine Kraftstofffördereinrichtung bekannt mit einem Gastank, in dem das Gas im flüssigen Zustand bevorratet wird. Bei einer längeren Standzeit des Fahrzeugs steigt in dem Gastank der Innendruck durch Wärmeeinträge aus der Umgebung an. Um eine unzulässig hohe Druckzunahme in dem Gastank zu vermeiden, ist eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die eine mit dem Gastank zusammenwirkende Abführleitung mit einem Überdruckventil umfasst, so dass das Gas in die Umgebung abgelassen werden kann.From the DE 10 2015 212 988 A1 is known a fuel delivery device with a gas tank in which the gas is stored in the liquid state. If the vehicle is parked for a longer period of time, the internal pressure in the gas tank rises due to heat input from the surroundings. In order to avoid an inadmissibly high pressure increase in the gas tank, a safety device is provided which comprises a discharge line cooperating with the gas tank with a pressure relief valve, so that the gas can be discharged into the environment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gasbetriebenes Fahrzeug anzugeben, das eine verbesserte Kraftstofffördereinrichtung zur Reduzierung des Druckes im Vorratsbehälter einer Kraftstofffördereinrichtung aufweist.The invention is based on the object of specifying a gas-powered vehicle which has an improved fuel delivery device for reducing the pressure in the reservoir of a fuel delivery device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass der Druck im Vorratsbehälter reduziert werden kann und dabei die im Kraftstoff vorhandenen Energie zum Antrieb der einer Einrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie genutzt werden kann.The fuel delivery device according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that the pressure in the reservoir can be reduced and the energy present in the fuel can be used to drive a device for converting fuel into cooling energy.

Im kälteisolierten Vorratsbehälter (z.B. LNG-Tank, Kryo-Tank) wird der gasförmige Kraftstoff bei einer Temperatur von -140°C gespeichert. Aufgrund der niedrigen Temperaturen befindet sich der Kraftstoff in der flüssigen Phase. Für den motorischen Betrieb sind aber deutlich höhere Temperaturen nötig (ca. -20°C). Durch einen Wärmeeintrag von außen, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung, oder durch erwärmten Kraftstoff, welcher durch die Rücklaufleitung zurück in den Vorratsbehälter strömt, kann sich die Temperatur des Kraftstoffes im Vorratsbehälter erhöhen.The gaseous fuel is stored at a temperature of -140 ° C in the cold-insulated storage container (e.g. LNG tank, cryo tank). Due to the low temperatures, the fuel is in the liquid phase. However, significantly higher temperatures are required for motor operation (approx. -20 ° C). The temperature of the fuel in the storage container can increase as a result of heat input from the outside, for example due to solar radiation, or due to heated fuel which flows through the return line back into the storage container.

Der Kraftstoff im Vorratsbehälter kann aufgrund des Wärmeeintrages eine Änderung des Aggregatszustandes erfahren, so dass sich ein Teil des Kraftstoffes von der flüssigen in die gasförmige Phase umwandelt, welches einen Druckanstieg im Vorratsbehälter bedingt.The fuel in the reservoir can experience a change in the state of the aggregate due to the heat input, so that part of the fuel converts from the liquid to the gaseous phase, which causes a pressure increase in the reservoir.

Durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie kann Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter entweichen und zum Antrieb einer Kältemaschine genutzt werden. Auf diese Weise geht die Energie, die sich im Kraftstoff befindet nicht ungenutzt, beispielsweise durch ein Ausströmen in die Umwelt, verloren.The device for converting fuel into cooling energy allows fuel to escape from the storage container and be used to drive a cooling machine. In this way, the energy in the fuel is not wasted, for example due to an outflow into the environment.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.Advantageous refinements and developments of the device according to the invention are specified in the dependent claims.

Es ist von Vorteil, wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie eine Absorptionskältemaschine aufweist, da diese einen besonders hohen Wirkungsgrad hat.It is advantageous if the device for converting fuel into cooling energy has an absorption refrigerator, since this has a particularly high efficiency.

Ein Anschluss, der im oberen Bereich des Vorratsbehälters angeordnet ist, ist vorteilhaft, um sicherzustellen, dass vornehmlich Kraftstoff in der gasförmigen Phase aus dem Vorratsbehälter entweicht. Durch eine Entnahme das Kraftstoffes in der gasförmigen Phase wird das Selbstkühlpotential des Vorratsbehälters erhöht.A connection, which is arranged in the upper region of the storage container, is advantageous in order to ensure that primarily fuel escapes from the storage container in the gaseous phase. Removing the fuel in the gaseous phase increases the self-cooling potential of the storage container.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch ein Druckregelventil, welches in der Abströmleitung angeordnet ist, da die Menge an Kraftstoff, welche aus dem Vorratsbehälter strömt exakt und auf einfache Weise gesteuert werden kann.A further advantage results from a pressure control valve which is arranged in the outflow line, since the amount of fuel which flows out of the storage container can be controlled precisely and in a simple manner.

Ein in der Abströmleitung angeordneter Wärmetauscher ist vorteilhaft, da über diesen der aus dem Vorratsbehälter entnommene Kraftstoff erwärmt werden kann, so, dass er die für die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie benötigte Betriebstemperatur annehmen kann.A heat exchanger arranged in the outflow line is advantageous because it can be used to heat the fuel removed from the storage container so that it can assume the operating temperature required for the device for converting fuel into cooling energy.

Es ist von Vorteil, wenn durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie eine Fahrzeugkabine kühlbar ist, da diese durch überschüssigen Kraftstoff, also Kraftstoff welcher ansonsten ungenutzt abgegeben würde, angetrieben wird. Dies führt zu einer Reduzierung des gesamten Kraftstoffverbrauches im Kraftfahrzeug, da der Kraftstoffverbrauch der Nebenaggregate sinkt.It is advantageous if a vehicle cabin can be cooled by the device for converting fuel into cooling energy, since it is driven by excess fuel, that is to say fuel which would otherwise be emitted unused. This leads to a reduction in the total fuel consumption in the motor vehicle, since the fuel consumption of the auxiliary units decreases.

Figurenliste Figure list

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

  • 1 zeigt eine Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Preferred embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
  • 1 shows a fuel delivery device of an internal combustion engine in a schematic representation according to a first embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Kraftstofffördereinrichtung 1 aufweist. Die Kraftstofffördereinrichtung 1 weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt.In the 1 A fuel injection device of an internal combustion engine is shown, which has a fuel delivery device 1 having. The fuel delivery system 1 has a feed pump 10th on that fuel from a reservoir 12th sucks.

Der Vorratsbehälter 12 kann zur Aufnahme von Kraftstoff, welcher als verflüssigtes Gas (LNG) bzw. Gas in der flüssigen Phase vorliegt, ausgebildet sein.The reservoir 12th can be designed to receive fuel which is in the form of liquefied gas (LNG) or gas in the liquid phase.

Die Kraftstofffördereinrichtung 1 ist zur Förderung von Gas in der flüssigen Phase als Kraftstoff ausgelegt. Im Vorratsbehälter 12 wird das Gas in flüssigem Aggregatszustand bzw. in der flüssigen Phase bei sehr niedrigen Temperaturen aufgenommen. Um das Gas in dem flüssigen Aggregatszustand bzw. der flüssigen Phase zu halten, muss das Gas unter sehr niedrigen Temperaturen im Vorratsbehälter 12 aufbewahrt werden. Der Vorratsbehälter 12 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Isolierung auf, um einen Wärmeeintrag von außen in den Kraftstoff zu vermeiden.The fuel delivery system 1 is designed to pump gas in the liquid phase as a fuel. In the storage container 12th the gas is taken up in the liquid state or in the liquid phase at very low temperatures. In order to keep the gas in the liquid aggregate state or the liquid phase, the gas must be in the storage container at very low temperatures 12th be kept. The reservoir 12th In a preferred embodiment, it has insulation in order to avoid heat being introduced into the fuel from the outside.

Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe 16 gefördert, die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung 1 ist. Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 gefördert.Through the feed pump 10th becomes fuel to the suction side of at least one high pressure pump 16 promoted, which is also part of the fuel delivery system 1 is. Through the at least one high pressure pump 16 becomes fuel in a high pressure area of the fuel injector 1 promoted.

Die Förderpumpe 10 kann entweder im Vorratsbehälter 12 oder außerhalb des Vorratsbehälters 12 angeordnet sein und den Kraftstoff auf ein erstes Druckniveau verdichten, während die Hochdruckpumpe 16 der Förderpumpe 10 nachgeordnet ist und den Kraftstoff vom ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau, insbesondere ein Druckniveau zwischen 500 und 600 bar, verdichtet.The feed pump 10th can either be in the storage container 12th or outside the storage container 12th be arranged and compress the fuel to a first pressure level while the high pressure pump 16 the feed pump 10th is arranged downstream and compresses the fuel from the first pressure level to a second pressure level, in particular a pressure level between 500 and 600 bar.

Der Hochdruckbereich umfasst einen Buffertank 18 und einen Hochdruckspeicher 20, wobei der Hochdruckspeicher 20 mit mindestens einem Injektor 21 zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum, verbunden ist.The high pressure area includes a buffer tank 18th and a high pressure accumulator 20th , the high pressure accumulator 20th with at least one injector 21 for injecting fuel into the combustion chamber.

Die Injektoren 21 können als Dual-Fluid-Injektoren ausgebildet sein und mit einem Hochdruckrail 22 für flüssigen Kraftstoff verbunden sein.The injectors 21 can be designed as dual fluid injectors and with a high pressure rail 22 connected for liquid fuel.

Zwischen dem Buffertank 18 und dem Hochdruckspeicher 20 ist ein Druckregler 19 angeordnet. Der Druckregler 19 ermöglicht eine Einstellung der gewünschten Druckverhältnisse im Hochdruckspeicher 20, indem er die Kraftstoffstoffmenge, die aus dem Buffertank 18 in den Hochdruckspeicher 20 strömt regelt.Between the buffer tank 18th and the high pressure accumulator 20th is a pressure regulator 19th arranged. The pressure regulator 19th enables the desired pressure conditions in the high-pressure accumulator to be set 20th by changing the amount of fuel coming out of the buffer tank 18th in the high pressure accumulator 20th flows regulates.

Zwischen der Hochdruckpumpe 16 und dem Buffertank 18 ist ein Wärmetauscher 31 angeordnet. Der Wärmetauscher 31 überträgt thermische Energie auf den Kraftstoff in der Leitung zwischen Hochdruckpumpe 16 und Buffertank 18.Between the high pressure pump 16 and the buffer tank 18th is a heat exchanger 31 arranged. The heat exchanger 31 transfers thermal energy to the fuel in the line between the high pressure pump 16 and buffer tank 18th .

Durch einen Wärmeeintrag in den Vorratsbehälter 12 kann der Kraftstoff im Vorratsbehälter 12 eine Aggregatsänderung erfahren und sich von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase oder in einen Zwischenzustand mit geringerer Dichte umwandeln. Dies bewirkt eine Druckerhöhung des Kraftstoffes im Vorratsbehälter 12, welche so groß sein kann, dass Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 entweichen muss, um nicht den zulässigen Höchstdruck zu überschreiten.By introducing heat into the storage container 12th can the fuel in the reservoir 12th experience an aggregate change and convert from the liquid phase to the gaseous phase or to an intermediate state with lower density. This causes an increase in the pressure of the fuel in the reservoir 12th , which can be so large that fuel from the reservoir 12th must escape in order not to exceed the permissible maximum pressure.

Eine Abströmleitung 30 ist über einen Anschluss 36 mit dem Vorratsbehälter 12 verbunden und ermöglicht, dass Kraftstoff, insbesondere Gas in der gasförmigen Phase aus dem Vorratsbehälter 12 entweichen kann, falls der Druck des Kraftstoffes im Vorratsbehälter 12 zu hoch wird.An outflow pipe 30th is via a connection 36 with the reservoir 12th connected and allows fuel, especially gas in the gaseous phase from the reservoir 12th can escape if the pressure of the fuel in the reservoir 12th gets too high.

Der Anschluss 36 kann im oberen Bereich des Vorratsbehälters 12 angeordnet sein, um sicherzustellen, dass vornehmlich Kraftstoff in der gasförmigen Phase aus dem Vorratsbehälter 12 entweicht. In einer besonderen Ausführungsform ist der Anschluss 36 am oberen Rand des Vorratsbehälter 12 angeordnet. In der 1 ist eine gestrichelte Linie innerhalb des Vorratsbehälters 12 gezeigt, welche andeutet in welchen Bereichen sich vornehmlich Kraftstoff in der flüssigen Phase und Kraftstoff in der gasförmigen Phase befindet.The connection 36 can be in the upper area of the storage container 12th be arranged to ensure that primarily fuel in the gaseous phase from the reservoir 12th escapes. In a special embodiment, the connection 36 at the top of the storage container 12th arranged. In the 1 is a dashed line inside the reservoir 12th shown, which indicates in which areas there is primarily fuel in the liquid phase and fuel in the gaseous phase.

Die Abströmleitung 30 verbindet den Vorratsbehälter 12 mit einer Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie 40.The discharge line 30th connects the reservoir 12th with a device for converting fuel into refrigeration energy 40 .

In der Abströmleitung 30 zwischen Vorratsbehälter 12 und Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Antriebsenergie 40 ist ein Druckregelventil 32 angeordnet ist, so dass die Menge an Kraftstoff die aus dem Vorratsbehälter 12 in die Absaugleitung 30 strömen kann, bewusst gesteuert werden kann. Abhängig vom gewünschten Druckverlust im Vorratsbehälter 12 kann das Druckregelventil 32 für längere oder kürzere Zeit geöffnet werden.In the discharge line 30th between storage containers 12th and device for converting fuel into drive energy 40 is a pressure control valve 32 is arranged so that the amount of fuel comes from the reservoir 12th into the suction line 30th can flow, can be controlled consciously. Depending on the desired pressure drop in the Storage container 12th can the pressure control valve 32 open for longer or shorter times.

Das Druckregelventil 32 kann so angesteuert werden, dass der Druck im Vorratsbehälter 12 sinkt. Dies kann durch eine Wahl der Öffnungszeiten oder Öffnungsquerschnitte des Druckregelventils 32, welche ermöglichen, dass eine gewisse Menge an Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 entweicht, erfolgen.The pressure control valve 32 can be controlled so that the pressure in the reservoir 12th sinks. This can be done by selecting the opening times or opening cross-sections of the pressure control valve 32 , which allow a certain amount of fuel to come out of the reservoir 12th escapes, take place.

Ein Wärmetauscher 33 kann in der Abströmleitung 30 angeordnet sein, damit der Kraftstoff erwärmt wird bevor er zur Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Antriebsenergie 40 strömt.A heat exchanger 33 can in the discharge line 30th be arranged so that the fuel is heated before it to the device for converting fuel into drive energy 40 flows.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie 40 eine Kältemaschine. Die Kältemaschine kann insbesondere als Absorptionskältemaschine ausgebildet sein.According to a first embodiment, the device for converting fuel into cooling energy 40 a chiller. The chiller can be designed in particular as an absorption chiller.

Durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie 40 kann beispielsweise eine Fahrzeugkabine 41 gekühlt werden.Through the device for converting fuel into cooling energy 40 can, for example, a vehicle cabin 41 be cooled.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102006052109 A1 [0002]DE 102006052109 A1 [0002]
  • DE 102015212988 A1 [0003]DE 102015212988 A1 [0003]

Claims (9)

Kraftstofffördereinrichtung (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Pumpe (10,16), wobei durch die mindestens eine Pumpe (10,16) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) in einen Hochdruckbereich gefördert wird, wobei der Hochdruckbereich einen Buffertank (18) und einen Hochdruckspeicher (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie (40) mit dem Vorratsbehälter (12) verbunden ist.Fuel delivery device (1) for a fuel injection device of an internal combustion engine with at least one pump (10, 16), with the at least one pump (10, 16) delivering fuel from a storage container (12) to a high pressure area, the high pressure area being a buffer tank (18 ) and a high-pressure accumulator (20), characterized in that a device for converting fuel into cooling energy (40) is connected to the storage container (12). Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie (40) eine Kältemaschine ist.Fuel delivery device (1) after Claim 1 , characterized in that the device for converting fuel into cooling energy (40) is a refrigerator. Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie (40) eine Absorptionskältemaschine ist.Fuel delivery device (1) after Claim 1 , characterized in that the device for converting fuel into cooling energy (40) is an absorption refrigerator. Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie (40) über eine Abströmleitung (30) mit dem Vorratsbehälter (12) verbunden ist.Fuel delivery device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the device for converting fuel into cooling energy (40) is connected to the storage container (12) via an outflow line (30). Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmleitung (30) im oberen Bereich des Vorratsbehälters (12) angeordnet ist.Fuel delivery device (1) after Claim 4 , characterized in that the outflow line (30) is arranged in the upper region of the storage container (12). Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Kraftstoff in Kälteenergie (40) eine Fahrzeugkabine (41) kühlbar ist.Fuel delivery device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a vehicle cabin (41) can be cooled by the device for converting fuel into cooling energy (40). Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckregelventil (32) in der Abströmleitung (30) angeordnet ist.Fuel delivery device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a pressure control valve (32) is arranged in the outflow line (30). Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (33) in der Abströmleitung (30) angeordnet ist.Fuel delivery device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger (33) is arranged in the outflow line (30). Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (12) zur Aufnahme von Kraftstoff als verflüssigtes Gas (LNG) bzw. Gas in der flüssigen Phase ausgebildet ist.Fuel delivery device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage container (12) is designed to hold fuel as a liquefied gas (LNG) or gas in the liquid phase.
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