DE102019213712A1 - Method for monitoring the operation of a fuel supply device of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Überwachung des Betrieb einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass von einem Kraftstoffqualitätssensor (20) der Kraftstoffversorgungseinrichtung gemessene, die Qualität des von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderten Kraftstoffs betreffende Daten empfangen werden (100), und durch Vergleich mit Referenzdaten (110), die einen Referenzkraftstoff spezifizieren, festgestellt wird (120), ob der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderte Kraftstoff dem Referenzkraftstoff entspricht oder nicht.Method for monitoring the operation of a fuel supply device of a motor vehicle (10), characterized in that data relating to the quality of the fuel delivered by the fuel supply device and measured by a fuel quality sensor (20) of the fuel supply device are received (100), and by comparison with reference data (110) ), which specify a reference fuel, it is determined (120) whether the fuel delivered by the fuel supply device corresponds to the reference fuel or not.

Description

Stand der TechnikState of the art

Gemäß einer aktuellen Publikation der europäischen Kommission (Quelle: https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2050_de) ergibt sich mit Hinblick auf den Verkehrsbereich, dass die Emissionen bis 2050 um mehr als 60 % gegenüber dem Stand von 1990 gesenkt werden könnten. Kurzfristig ließen sich Emissionssenkungen durch eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz benzin- und dieselbetriebener Fahrzeuge erzielen. Mittel- bis langfristig bieten Plug-In-Hybrid- und Elektrofahrzeuge die größte Aussicht auf Erfolg. Im Luft- und Straßengüterverkehr werden verstärkt Biokraftstoffe eingesetzt, da sich der Schwerlastverkehr nicht vollständig auf Strom umstellen lässt. Am 17. April 2019 verabschiedeten das Europäische Parlament und der Rat die Verordnung (EU) 2019/631 zur Festlegung von CO2-Emissionsnormen für neue Personenkraftwagen und neue leichte Nutzfahrzeuge (Vans) in der EU für die Zeit nach 2020.According to a current publication of the European Commission (source: https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2050_de), with regard to the transport sector, emissions will be more than 60% by 2050 compared to the level of 1990 could be reduced. In the short term, emissions reductions could be achieved by improving the fuel efficiency of gasoline and diesel-powered vehicles. In the medium to long term, plug-in hybrid and electric vehicles offer the greatest prospect of success. Biofuels are being used more and more in air and road freight transport because heavy goods vehicles cannot be completely converted to electricity. On April 17, 2019, the European Parliament and the Council adopted Regulation (EU) 2019/631 laying down CO2 emission standards for new passenger cars and new light commercial vehicles (vans) in the EU for the period after 2020.

Die durchschnittlichen CO2-Emissionen der in der EU zugelassenen Neuwagen müssen bis 2025 um 15 % und bis 2030 um 37,5 % gegenüber den Emissionsgrenzwerten für 2021 gesenkt werden. Bei neuen leichten Nutzfahrzeugen muss der Rückgang 15 % bis 2025 bzw. 31 % bis 2030 betragen. Diese Zielvorgaben gelten für die gesamte EU-Fahrzeugflotte.The average CO2 emissions of new vehicles registered in the EU must be reduced by 15% by 2025 and by 37.5% by 2030 compared to the emission limit values for 2021. For new light commercial vehicles, the decline must be 15% by 2025 and 31% by 2030. These targets apply to the entire EU vehicle fleet.

Die Verordnung enthält auch einen Mechanismus, mit dem die Übernahme emissionsfreier und emissionsarmer Fahrzeuge auf technologieneutrale Weise gefördert werden kann.The regulation also contains a mechanism by which the takeover of zero and low-emission vehicles can be promoted in a technology-neutral way.

Gemäß einer verbreiteten Einschätzung sind diese Emissionsziele für 2030 nicht lediglich über reine Motorsteuerungs- bzw. Abgasnachbehandlungsmaßnahmen zu erreichen. Eine erhebliche CO2-Reduktion kann durch Einsatz von synthetischen und/oder Bio-Kraftstoffen erreicht werden. Derartige Kraftstoffe bieten auch ein erhebliches Potenzial zur Reduktion weiterer Schadstoffe, siehe z.B. https://toolfuel.eu/.According to a widespread assessment, these emission targets for 2030 cannot be achieved solely through engine control or exhaust gas aftertreatment measures. A considerable reduction in CO2 can be achieved by using synthetic and / or bio-fuels. Such fuels also offer considerable potential for reducing other pollutants, see e.g. https://toolfuel.eu/.

Bei Überschreitung eines dem Fahrzeuggewicht entsprechenden CO2-Limits unter Zertifizierungsbedingungen werden ab 2020 höhere Strafzahlungen gefordert. Wenn der durchschnittliche CO2-Ausstoß eines Fuhrparks eines Herstellers in einem bestimmten Jahr sein Ziel überschreitet, muss der Hersteller für jedes zugelassene Fahrzeug eine Emissionsüberschreitungsprämie zahlen. Bis 2018 beträgt diese Prämie 5 € für das erste g/km Überschreitung; 15 € für das zweite g/km; 25 € für das dritte g/km; 95 € für jedes weitere g/km. Ab 2019 beträgt die Strafe 95 € pro g/km Zielüberschreitung.If a CO2 limit corresponding to the vehicle weight is exceeded under certification conditions, higher penalties will be required from 2020. If the average CO2 emissions of a manufacturer's fleet in a given year exceed its target, the manufacturer must pay an excess emissions premium for each vehicle registered. Until 2018, this premium is € 5 for the first g / km overrun; 15 € for the second g / km; 25 € for the third g / km; 95 € for each additional g / km. From 2019 the fine will be € 95 per g / km overrun.

Bereits heute werden Anreize in Form von finanziellen Zuschüssen oder Steuervorteilen vom gesetzlichen Regelwerk eingesetzt um bestimmte Produkte oder Technologien zu fördern, z.B. der Anreizmechanismus für emissionsfreie und emissionsarme Fahrzeuge (ZLEV). Ein ZLEV ist in der Verordnung als Personenkraftwagen oder Lieferwagen mit CO2-Emissionen zwischen 0 und 50 g/km definiert.Incentives in the form of financial grants or tax advantages are already being used by the statutory regulations to promote certain products or technologies, e.g. the incentive mechanism for zero-emission and low-emission vehicles (ZLEV). A ZLEV is defined in the ordinance as a passenger car or delivery van with CO2 emissions between 0 and 50 g / km.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfinder erwarten, dass zukünftig, ähnlich wie bei Diesel-Kraftstoff, Anreize z.B. in Form von Steuervorteilen für den Einsatz von synthetischen Kraftstoffen vergeben werden und dass Fahrzeughersteller zukünftig Fahrzeuge mit entsprechenden Kraftstoffen zertifizieren. Es ist aber als bisher ungelöstes Problem erkannt worden, sicherzustellen, dass der Endnutzer die für sein Fahrzeug zugelassenen (und für die in der Zertifizierung festgehaltenen CO2-Werte notwendigen) Kraftstoffe auch tatsächlich tankt, besonders solange fossile Kraftstoffe neben synthetischen Kraftstoffen parallel verfügbar sind.The inventors expect that in the future, similar to diesel fuel, incentives will be granted, e.g. in the form of tax advantages for the use of synthetic fuels, and that vehicle manufacturers will in future certify vehicles with the corresponding fuels. However, it has been recognized as a hitherto unsolved problem to ensure that the end user actually fills up with the fuels approved for his vehicle (and required for the CO2 values specified in the certification), especially as long as fossil fuels are available alongside synthetic fuels.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dient ein Kraftstoffqualitätssensor als „Enabler“ um Kraftstoffeigenschaften zu detektieren und das CO2 Reduktionspotenzial des getankten Kraftstoffes direkt und/oder indirekt zu ermitteln. Beispielsweise über vernetzte Daten entsteht die Möglichkeit, die Überprüfung der Konformität des getankten Kraftstoffes zur CO2-Bilanz bzw. der Entscheidung zu einer Gegenmaßnahme oder Sanktion dem Datenempfänger zu überlassen.In connection with the present invention, a fuel quality sensor serves as an “enabler” to detect fuel properties and to directly and / or indirectly determine the CO2 reduction potential of the fuel in the tank. Via networked data, for example, it is possible to leave the checking of the conformity of the fuel in the tank with the CO2 balance or the decision on a countermeasure or sanction to the data recipient.

Demnach ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass von einem Kraftstoffqualitätssensor gemessene, die Qualität des Kraftstoffs betreffende Daten empfangen werden und durch Vergleich mit Referenzdaten, die den synthetischen Kraftstoff spezifizieren, festgestellt wird, ob der verwendete Kraftstoff dem Referenzkraftstoff entspricht oder ob er das nicht tut.Accordingly, the invention provides in particular that data relating to the quality of the fuel measured by a fuel quality sensor are received and it is determined by comparison with reference data that specify the synthetic fuel whether the fuel used corresponds to the reference fuel or whether it does not.

Ein Referenzkraftstoff ist im Sinne der Erfindung folgendes: Eine Menge von Kraftstoffen welche gesetzliche Normanforderungen erfüllen - z.B. EN228 oder EN590 für aktuelle mineralische Kraftstoffe, oder EN15940 für synthetische DieselkraftstoffeA reference fuel in the sense of the invention is the following: A quantity of fuels which meet legal standard requirements - e.g. EN228 or EN590 for current mineral fuels, or EN15940 for synthetic diesel fuels

Der Kraftstoffqualitätssensor kann ein NMR-Sensor (Kern-Spin-Resonanz) sein, bevorzugt ein miniaturisierter NMR-Sensor. Die zugehörige Messmethode wirkt insofern sehr selektiv, dass durch die frequenzabhängige Kopplung der eingesetzten Wechselfelder mit magnetischen Atomkern-Dipolen (Spins) immer nur ein Atomkerntyp gleichsam im Fokus der Messung ist. Beispielsweise ist die Methode des Wasserstoff-NMR (1H-NMR) besonders geeignet, um derartige Kraftstoffe, welche in der Regel aus HC-Ketten zusammengesetzt sind, zu untersuchen.The fuel quality sensor can be an NMR (nuclear spin resonance) sensor, preferably a miniaturized NMR sensor. The associated measurement method is very selective in that, due to the frequency-dependent coupling of the alternating fields used with magnetic atomic nucleus dipoles (spins), only one type of atomic nucleus is at the focus of the measurement. For example, the hydrogen-NMR (1H-NMR) method is special suitable for investigating such fuels, which are usually composed of HC chains.

Fortschritte in der Magnet- und ASIC-technologie ermöglichen eine drastische Miniaturisierung der aus der Forschung bekannten NMR-Laborgeräte hin zu Sensorgrößen, die in automobilen Anwendungen üblich sind.Advances in magnet and ASIC technology enable a drastic miniaturization of the NMR laboratory devices known from research to sensor sizes that are common in automotive applications.

Komponenten zum Aufbau eines NMR-Automotive-Kraftstoffsensors sind insbesondere ein (Permanent- oder Elektro-) Magnet zur Erzeugung eines B0-Magnetfeldes, welches die Atomkern-Spins ausrichtet (Ruhelage). Zusätzlich ein Kanal der die zu messende Flüssigkeit, bzw. den Kraftstoff, durch das Magnetfeld leitet. Senkrecht zum B0-Magnetfeld ausgerichtet ist eine Antenne vorgesehen, welche in Resonanz zu den zu messenden Atomkernen ein Stör-Wechselmagnetfeld B1 anlegt und die Impulsantwort der Spins auf die Störung aufzeichnet. Die Impulsantwort beinhaltet bereits die spektrale Information zur qualitativen und quantitativen Gemisch- bzw. Kraftstoffanalyse.Components for setting up an NMR automotive fuel sensor are in particular a (permanent or electro) magnet for generating a B0 magnetic field that aligns the atomic nucleus spins (rest position). In addition, a channel that conducts the liquid to be measured or the fuel through the magnetic field. An antenna is provided, aligned perpendicular to the B0 magnetic field, which applies an interference alternating magnetic field B1 in resonance with the atomic nuclei to be measured and records the impulse response of the spins to the interference. The impulse response already contains the spectral information for qualitative and quantitative mixture or fuel analysis.

Der Kraftstoffqualitätssensor kann alternativ ein optischer Sensor sein, der auf optischer Spektroskopie basiert, insbesondere auf differenzieller optischer AbsorptionsSpektroskopie. Insbesondere werden Übergänge zwischen verschiedenen elektronischen Zustände der Moleküle des Kraftstoffs messbar. Für die optische Spektroskopie ist insbesondere eine breitbandige Quelle (idealerweise UV - IR) und ein ebenso breitbandiger spektral auflösender Detektor oder eine UV-IR Detektorkombination erforderlich.The fuel quality sensor can alternatively be an optical sensor based on optical spectroscopy, in particular on differential optical absorption spectroscopy. In particular, transitions between different electronic states of the fuel molecules can be measured. For optical spectroscopy, a broadband source (ideally UV-IR) and an equally broadband spectrally resolving detector or a UV-IR detector combination are required.

Die zu empfangenen Daten werden vorzugsweise mittels einem mit dem Kraftfahrzeug mitgeführten Sender an den Empfänger gesendet. Es kann sich bei dem Sender beispielsweise um eine oder um einen Teil einer Connectivity Box handeln.The data to be received are preferably sent to the receiver by means of a transmitter carried along with the motor vehicle. The transmitter can be, for example, one or part of a connectivity box.

In Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem Fall, in dem festgestellt wird, dass der Kraftstoff dem Referenzkraftstoff nicht entspricht, also beispielsweise kein synthetischer Kraftstoff ist, Maßnahmen ergriffen werden. Bei den Maßnahmen kann es sich beispielsweise um eine Warnung und/oder eine Änderung der Betriebsweise des Fahrzeugs handeln, beispielsweise eine Dynamikdrosselung oder die Verhinderung eines erneuten Motorstarts. Die Maßnahmen können darauf abzielen, mittels Dynamikdrosselung die Einhaltung der vorliegenden Emissionsgrenzwerte trotz Nichteinsatz des Referenzkraftstoffes zu gewährleisten. Alternativ, sollten durch Nichteinsatz des Referenzkraftstoffes die vorliegenden Emissionsgrenzwerte beispielsweise nicht einhaltbar sein, kann als Maßnahme die Verhinderung eines erneuten Motorstarts empfohlen werden.In a further development, it is provided that measures are taken in the event that it is determined that the fuel does not correspond to the reference fuel, that is to say, for example, that it is not a synthetic fuel. The measures can be, for example, a warning and / or a change in the operating mode of the vehicle, for example a dynamic throttling or the prevention of a restart of the engine. The measures can aim to ensure compliance with the existing emission limit values by means of dynamic throttling, despite not using the reference fuel. Alternatively, if the existing emission limit values cannot be complied with because the reference fuel is not used, the recommended measure can be to prevent the engine from restarting.

Es ist auch denkbar, dass - eine entsprechende Vernetzung vorausgesetzt - behördliche Maßnahmen wie Steuernachforderungen oder ähnliches insbesondere automatisiert erhoben werden. Je nach regionalen Gegebenheiten sind weitere Maßnahmen vorstellbar.It is also conceivable that - assuming appropriate networking - official measures such as additional tax claims or the like are collected, in particular automatically. Further measures are conceivable depending on the regional circumstances.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens durchzuführen, sowie einen nichtflüchtigen Speicher, auf welchem dieses Computerprogramm gespeichert ist, und eine elektronische Recheneinheit welche diesen Speicher umfasst.The invention also relates to a computer program which is set up to carry out the steps of the method, as well as a non-volatile memory on which this computer program is stored, and an electronic processing unit which comprises this memory.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 Figure 3 shows an embodiment of the present invention.
  • 2 veranschaulicht das Ausführungsbeispiel anhand eines Blockdiagramms. 2 illustrates the embodiment with the aid of a block diagram.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In der 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor und einer zugehörigen Kraftstoffversorgungseinrichtung dargestellt. Von einem Kraftstoffqualitätssensor 20 der Kraftstoffversorgungseinrichtung können Daten bereitgestellt werden, die die Qualität des von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderten Kraftstoffs betreffen.In the 1 is a motor vehicle 10 shown with an internal combustion engine and an associated fuel supply device. From a fuel quality sensor 20th the fuel supply device can be provided with data relating to the quality of the fuel delivered by the fuel supply device.

Es kann vorgesehen sein, dass der Kraftstoffqualitätssensor ein NMR-Sensor ist, insbesondere ein miniaturisierter NMR-Sensor. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kraftstoffqualitätssensor ein optischer Sensor ist und auf Spektroskopie basiert, insbesondere ein UV-, ein NIR- oder ein kombinierter UV/NIR- Sensor.It can be provided that the fuel quality sensor is an NMR sensor, in particular a miniaturized NMR sensor. Alternatively, it can be provided that the fuel quality sensor is an optical sensor and is based on spectroscopy, in particular a UV, a NIR or a combined UV / NIR sensor.

Im Fahrzeug 10 ist ein Sender 30 (beispielsweise in einer Connectivity-Box) vorgesehen, der die Daten an einen Datenempfänger 40, bei dem es sich beispielsweise um einen Rechner und/oder um eine Cloud handelt, überträgt.In the vehicle 10 is a broadcaster 30th (for example in a connectivity box) that sends the data to a data receiver 40 , which is, for example, a computer and / or a cloud.

In der 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockdiagramms veranschaulicht. Es zeigt folgende Verfahrensschritte:

  • - Empfangen von Daten, die die Qualität des von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderten Kraftstoffs betreffen und die von einem Kraftstoffqualitätssensor 20 gesendet wurden (Verfahrensschritt 100).
  • - Vergleich der Daten mit Referenzdaten, die einen Referenzkraftstoff spezifizieren, der zum Betrieb des Kraftfahrzeugs gesetzlich oder behördlich zugelassen und/oder monetär gefördert ist (Verfahrensschritt 110).
  • - Auf Basis des Vergleichs Festgestellung, ob der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderte Kraftstoff dem Referenzkraftstoff entspricht oder nicht (Verfahrensschritt 120).
  • - Ergreifen von Maßnahmen, falls der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderte Kraftstoff dem Referenzkraftstoff nicht entspricht (Verfahrensschritt 130).
In the 2 the method according to the invention is illustrated using a block diagram. It shows the following process steps:
  • - Receiving data relating to the quality of the fuel delivered by the fuel supply device and from a fuel quality sensor 20th were sent (procedural step 100 ).
  • - Comparison of the data with reference data that specify a reference fuel that is legally or officially approved and / or funded for the operation of the motor vehicle (procedural step 110 ).
  • - On the basis of the comparison, it is determined whether the fuel delivered by the fuel supply device corresponds to the reference fuel or not (method step 120 ).
  • - Taking measures if the fuel delivered by the fuel supply device does not correspond to the reference fuel (method step 130 ).

Claims (9)

Verfahren zur Überwachung des Betrieb einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass von einem Kraftstoffqualitätssensor (20) der Kraftstoffversorgungseinrichtung gemessene, die Qualität des von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderten Kraftstoffs betreffende Daten empfangen werden (100), und durch Vergleich mit Referenzdaten (110), die einen Referenzkraftstoff spezifizieren, festgestellt wird (120), ob der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderte Kraftstoff dem Referenzkraftstoff entspricht oder nicht, wobei der Referenzkraftstoff eine Menge von Kraftstoffen ist, welche gesetzliche Normanforderungen erfüllen - z.B. EN228 oder EN590 für aktuelle mineralische Kraftstoffe oder EN15940 für synthetische Diesel Kraftstoffe - und der Referenzkraftstoff zum Betrieb des Kraftfahrzeugs gesetzlich oder behördlich zugelassen und/oder incentiviert ist.Method for monitoring the operation of a fuel supply device of a motor vehicle (10), characterized in that data relating to the quality of the fuel delivered by the fuel supply device and measured by a fuel quality sensor (20) of the fuel supply device are received (100), and by comparison with reference data (110) ), which specify a reference fuel, it is determined (120) whether the fuel delivered by the fuel supply device corresponds to the reference fuel or not, the reference fuel being a quantity of fuels that meet legal standard requirements - e.g. EN228 or EN590 for current mineral fuels or EN15940 for synthetic diesel fuels - and the reference fuel for operating the motor vehicle is legally or officially approved and / or incentivized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkraftstoff ein synthetischer Kraftstoff ist, und festgestellt wird, ob der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderte Kraftstoff dieser synthetische Kraftstoff ist oder ein anderer Kraftstoff, beispielsweise ein fossiler Kraftstoff.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the reference fuel is a synthetic fuel, and it is determined whether the fuel delivered by the fuel supply device is this synthetic fuel or another fuel, for example a fossil fuel. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffqualitätssensor (20) ein NMR-Sensor ist, insbesondere ein miniaturisierter NMR-Sensor ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the fuel quality sensor (20) is an NMR sensor, in particular a miniaturized NMR sensor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffqualitätssensor (20) ein optischer Sensor ist und auf Spektroskopie basiert, insbesondere ein NIR- oder UV- oder kombinierter UV/NIR-Sensor.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the fuel quality sensor (20) is an optical sensor and is based on spectroscopy, in particular a NIR or UV or combined UV / NIR sensor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu empfangenen Daten mittels einem mit dem Kraftfahrzeug mitgeführten Sender (30) gesendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the data to be received are sent by means of a transmitter (30) carried along with the motor vehicle. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem festgestellt wird, dass der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung geförderte Kraftstoff dem Referenzkraftstoff nicht entspricht, Maßnahmen ergriffen werden (130), insbesondere eine Medien-Meldung an den Fahrer (akustisch/schriftlich) oder eine Dynamikdrosselung des Motorbetriebs, oder eine Verhinderung eines weiteren Motorstarts.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the event that it is determined that the fuel delivered by the fuel supply device does not correspond to the reference fuel, measures are taken (130), in particular a media message to the driver (acoustic / in writing) or a dynamic throttling of the engine operation, or a prevention of a further engine start. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen.Computer program which is set up to carry out the steps of the method according to one of the preceding claims. Nichtflüchtiger Speicher, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorangehenden Anspruch gespeichert ist.Non-volatile memory on which a computer program according to the preceding claim is stored. Elektronische Recheneinheit (40) welche einen nichtflüchtigen Speicher nach dem vorangehenden Anspruch umfasst.Electronic computing unit (40) which comprises a non-volatile memory according to the preceding claim.
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