DE10346430A1 - Automotive cylinder head cylinders are separated by partitions with cut-outs or modified profiles to provide partial elasticity Automotive cylinder head - Google Patents

Automotive cylinder head cylinders are separated by partitions with cut-outs or modified profiles to provide partial elasticity Automotive cylinder head Download PDF

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    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads

Abstract

An automotive in-line cylinder head rests on an engine block crankcase with neighbouring cylinders partitioned by non-cooled walls. The cylinder head (1) has a cover (5), a base (6) and outer sidewalls (2) with holes for screw-fit studs that attach the head to the block. The partition walls (3) are thinner at their centre (8) than the sides, or incorporate stress-relief cut-outs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, die ein Zylinderkurbelgehäuse mit Stegen ohne Stegkühlung aufweist. Der Zylinderkopf weist dabei eine Decke, einen Boden und seitliche Außenwände auf, die mit Schrauben aufnehmenden Durchgängen zum Verschrauben des Zylinderkopfs gegen das Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sind und besitzt außerdem auf den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses aufliegende Querwände zwischen den Außenwänden des Zylinderkopfes.The The present invention relates to a cylinder head of a multi-cylinder Internal combustion engine having a cylinder crankcase with webs without web cooling. The cylinder head has a ceiling, a floor and side Exterior walls on that with screw receiving passages for screwing the cylinder head against the cylinder crankcase are trained and owns as well on the webs of the cylinder crankcase transverse walls between the exterior walls of the Cylinder head.

Bestrebungen zur Verringerung des vom Verbrennungsmotor benötigten Bauraums führen zu kompakteren Zylinderkurbelgehäusen, bei denen der Abstand zwischen den Zylindern klein gehalten wird, so dass die Stege zwischen den Zylindern oftmals nicht aktiv gekühlt werden können, was dazu führt, dass die höchsten Temperaturen im Steg des Zylinderkurbelgehäuses zwischen den Zylindern auftreten.aspirations To reduce the space required by the combustion engine lead to more compact Engine blocks, where the distance between the cylinders is kept small, so that the webs between the cylinders are often not actively cooled can, which causes that the highest Temperatures in the bridge of the cylinder crankcase between the cylinders occur.

Dies führt naturgemäß zu thermischen Verformungen im Bereich der Stege zwischen den Zylindern. Da der Zylinderkopf gegen das Zylinderkurbelgehäuse verschraubt ist, liegen die Querwände des Zylinderkopfes auf den thermisch hochbelasteten Stegen auf, was aufgrund der Verformungen der Stege des Zylinderkurbelgehäuses zu hohen Flächenpressungen im Bereich der Stege und damit zu ungleichmäßigen Druckverteilungen im Bereich der zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und dem Zylinderkopf angeordneten Zylinderkopfdichtung führt.This naturally leads to thermal Deformations in the area of the webs between the cylinders. Since the Cylinder head is bolted against the cylinder crankcase lie the transverse walls of the cylinder head on the thermally highly stressed webs, which is due to the deformations of the webs of the cylinder crankcase high surface pressures in the area of the webs and thus to uneven pressure distributions in the Area disposed between the cylinder crankcase and the cylinder head Cylinder head gasket leads.

Die geschilderte hohe thermische Belastung im Bereich der Stege des Zylinderkurbelgehäuses kann beispielsweise dazu führen, dass sich die Laufbuchsen verformen und somit der Ölverbrauch des Motors ansteigt oder die Blow-By-Rate zunimmt.The described high thermal load in the area of the webs of the Cylinder crankcase can for example, cause that the liners deform and thus the oil consumption of the engine increases or the blow-by rate increases.

Aus der DE 19713246 C2 ist bereits ein Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine bekannt geworden, mit dem versucht wird, eine Anpressung des Zylinderkopfs an das Zylinderkurbelgehäuse insbesondere über den Umfang jedes Brennraums zu erreichen, um eine Vergleichmäßigung der Druckkräfte über den Zylinderkopf zu erreichen. Zu diesem Zweck ist nach dieser Druckschrift eine Ausbildung der die Schrauben aufnehmenden Schraubenpfeifen bekannt geworden derart, dass diese Schraubenpfeifen in einem Abstand zum Zylinderkopfboden enden.From the DE 19713246 C2 already a cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine is known, with which it is attempted to achieve a contact pressure of the cylinder head to the cylinder crankcase, in particular over the circumference of each combustion chamber in order to achieve an equalization of the compressive forces on the cylinder head. For this purpose, according to this document, an embodiment of the screw-receiving screw pipes has become known in such a way that these screw pipes end at a distance from the cylinder head floor.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf zu schaffen, der die Ausbildung von starken Flächenpressungen im Bereich der ohne Stegkühlung arbeitenden Stege des Zylinderkurbelgehäuses vermeidet.Of the present invention is based on the object, a cylinder head to provide the training of strong surface pressures in the field of without web cooling avoids working webs of the cylinder crankcase.

Die Erfindung schafft nunmehr zur Lösung dieser Aufgabe einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The Invention now provides for the solution of this Task a cylinder head with the features of claim 1. Advantageous Embodiments thereof are described in the further claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die angesprochenen hohen Flächenpressungen und damit verbundenen Nachteile dadurch zu vermeiden, dass der Zylinderkopf im Bereich der Stege des Zylinderkurbelgehäuses weicher ausgestaltet wird, so dass eine gewisse Verformung der Stege des Zylinderkurbelgehäuses zugelassen wird.Of the The present invention is based on the idea addressed high surface pressures and to avoid associated disadvantages in that the cylinder head softer in the region of the webs of the cylinder crankcase, so that a certain deformation of the webs of the cylinder crankcase is allowed.

Die Erfindung schafft daher nunmehr einen Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, die ein Zylinderkurbelgehäuse mit Stegen ohne Stegkühlung besitzt, wobei der Zylinderkopf eine Decke, einen Boden und seitliche Außenwände aufweist, die mit Schrauben aufnehmenden Durchgängen zum Verschrauben des Zylinderkopfes gegen das Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sind und der Zylinderkopf Querwände zwischen den Außenwänden besitzt, die auf den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses aufliegen und diese Querwände elastisch nachgiebig ausgebildet sind derart, dass sie sich bei der Zunahme von Spannungen in den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses verformen.The The invention therefore now provides a cylinder head of a multi-cylinder Internal combustion engine, which has a cylinder crankcase with webs without web cooling, wherein the cylinder head has a ceiling, a floor and lateral outer walls, the screw receiving passages for screwing the cylinder head against the cylinder crankcase are formed and the cylinder head has transverse walls between the outer walls, which rest on the webs of the cylinder crankcase and these transverse walls elastic Compliant are formed such that they increase in size deformed by stresses in the webs of the cylinder crankcase.

Damit wird mit anderen Worten erreicht, dass eine gewisse Formänderung der Stege des Zylinderkurbelgehäuses aufgrund ihrer thermisch bedingten Ausdehnung zugelassen wird und sich zu diesem Zweck die auf den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses aufliegenden Querwände des Zylinderkopfes elastisch verformen, so dass sich die Stege des Zylinderkurbelgehäuses ausdehnen können und diese Ausdehnung nicht zu einer starken Zunahme der Flächenpressung im Bereich der Kontaktfläche zwischen den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses, der Zylinderkopfdichtung und den Querwänden des Zylinderkopfes führt.In order to In other words, that achieves some shape change the webs of the cylinder crankcase due to their thermal expansion is permitted and For this purpose, resting on the webs of the cylinder crankcase transverse walls of the cylinder head deform elastically, so that the webs of the cylinder crankcase can expand and this expansion does not lead to a sharp increase in surface pressure in the area of the contact surface between the webs of the cylinder crankcase, the cylinder head gasket and the transverse walls of the cylinder head leads.

Um diese elastische Verformbarkeit der Querwände des Zylinderkopfes zu erreichen, können die Querwände Durchlässe und/oder Ausnehmungen aufweisen, also ganz allgemein gezielt vorgesehene die Verformung der Querwände zulassende Bereiche.Around to achieve this elastic deformability of the transverse walls of the cylinder head, can they transverse walls passages and / or have recesses, that is quite specifically intended the deformation of the transverse walls permissible areas.

Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, dass eine Vielzahl von Querschnittsformen bezüglich dieser Durchlässe und/oder Ausnehmungen möglich sind, wie beispielsweise Bohrungen, Schlitze, Fenster, Vertiefungen, Stege oder auch Mischformen hieraus.It will be readily apparent to those skilled in the art that a variety of cross-sectional shapes are possible with respect to these passages and / or recesses, such as bores. Slits, windows, depressions, bridges or mixed forms of these.

Alle diese genannten Durchlässe und/oder Ausnehmungen sorgen letztlich nur dafür, dass die Querwände verglichen mit durchgehenden Querwänden weniger Kräfte aufnehmen können und sich somit unter Einwirkung vorbestimmter Kräfte stärker verformen als eine durchgehende Querwand und somit elastisch nachgiebiger ausgebildet sind als eine durchgehende Querwand.All these passages called and / or recesses ultimately only ensure that the transverse walls are compared with continuous transverse walls less forces be able to record and thus deform more under the action of predetermined forces than a continuous one Transverse wall and thus elastically yielding are formed as a continuous Bulkhead.

Neben den bereits geschilderten Maßnahmen an der Querwand ist es auch möglich, die Querwände dadurch elastisch nachgiebiger auszubilden, dass die Wand stärke der Querwände von der Decke des Zylinderkopfs zum Boden hin abnimmt. Auch ist es möglich, die stärkere elastische Verformbarkeit der Querwände dadurch zu erreichen, dass die Querwände eine sich zwischen den Außenwänden des Zylinderkopfes zur Mitte hin verjüngende Wandstärke besitzen.Next the already described measures it is also possible on the transverse wall the transverse walls thereby form elastically yielding that the wall thickness of the transverse walls decreases from the ceiling of the cylinder head to the ground. It is too possible, the stronger one Elastic deformability of the transverse walls to achieve that the transverse walls one between the outer walls of the cylinder head tapering towards the middle Have wall thickness.

Schließlich ist es auch möglich, die Querwände dadurch elastisch nachgiebig auszubilden, dass sie aus einem Werkstoff gebildet sind, der niedrigere Festigkeitswerte als der Werkstoff der Außenwände besitzt, was durch eine gesteuerte Einbringung unterschiedlicher Werkstoffe beim Gießvorgang des Zylinderkopfes erfolgen kann.Finally is it also possible the transverse walls characterized elastically yielding that they are made of a material are formed, the lower strength values than the material the outer walls has, what by a controlled introduction of different materials during the casting process the cylinder head can be done.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. These shows in:

1 eine stark schematisierte Darstellung eines Zylinderkopfs nach der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung mehrerer möglicher Ausbildungen der Querwände des Zylinderkopfs; und 1 a highly schematic representation of a cylinder head according to the present invention for explaining a plurality of possible configurations of the transverse walls of the cylinder head; and

2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1 zur Erläuterung weiterer möglicher Ausführungsformen des Zylinderkopfs. 2 a representation similar to that after 1 to explain further possible embodiments of the cylinder head.

1 der Zeichnung zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine stark schematische Darstellung eines Zylinderkopfes 1 nach der vorliegenden Erfindung. 1 The drawing shows a perspective view of a highly schematic representation of a cylinder head 1 according to the present invention.

Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der Zylinderkopf 1 in Längsrichtung verlaufende Außenwände 2 auf, die über Querwände 3 verbunden sind, so dass sich bei dem dargestellten Zylinderkopf 1 eine Konfiguration für einen 4-Zylinder-Motor ergibt.As it is readily apparent, the cylinder head 1 longitudinal outer walls 2 on, across the transverse walls 3 are connected, so that in the illustrated cylinder head 1 gives a configuration for a 4-cylinder engine.

An den seitlichen Außenwänden 2 sind Durchgänge 4 zur Aufnahme von nicht näher dargestellten Zylinderkopfschrauben vorgesehen, mit denen der Zylinderkopf 1 gegen ein Zylinderkurbelgehäuse verschraubt werden kann.On the lateral outer walls 2 are passages 4 provided for receiving cylinder head bolts, not shown, with which the cylinder head 1 can be screwed against a cylinder crankcase.

Die Durchgänge 4 erstrecken sich von der Decke 5 bis zum Boden 6 des Zylinderkopfes 1.The passages 4 extend from the ceiling 5 to the ground 6 of the cylinder head 1 ,

Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der Zylinderkopf 1 in der dargestellten Ausführungsform für einen 4-Zylinder-Motor drei elastisch nachgiebige Querwände 3 auf, die im Bereich des Bodens 6 des Zylinderkopfes 1 unter Zwischenschaltung einer nicht dargestellten Zylinderkopfdichtung an den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses aufliegen.As it is readily apparent, the cylinder head 1 in the illustrated embodiment for a 4-cylinder engine, three elastically yielding transverse walls 3 on that in the area of the ground 6 of the cylinder head 1 rest with the interposition of a cylinder head gasket, not shown, on the webs of the cylinder crankcase.

Wenn der Motor in Betrieb genommen wird und sich die ohne Stegkühlung arbeitenden Stege des Zylinderkurbelgehäuses ausdehnen, so können die elastisch nachgiebigen Querwände 3 des Zylinderkopfes 1 die sich aufgrund der thermischen Ausdehnungen der Stege des Zylinderkurbelgehäuses in Richtung der Hochachse der Querwände 3 ergebenden Druckkräfte nicht aufnehmen, ohne sich elastisch zu verformen, so dass im Bereich der Kontaktfläche zwischen den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses und den Querwänden 3 des Zylinderkopfes 1 geringere Flächenpressungen auftreten, als dies bei vollflächigen Querwänden 3 des Zylinderkopfes 1 der Fall wäre.When the engine is put into operation and the webs of the cylinder crankcase working without web cooling expand, the elastically yielding transverse walls can 3 of the cylinder head 1 due to the thermal expansions of the webs of the cylinder crankcase in the direction of the vertical axis of the transverse walls 3 do not absorb resulting compressive forces without deforming elastically, so that in the region of the contact surface between the webs of the cylinder crankcase and the transverse walls 3 of the cylinder head 1 lower surface pressures occur than with full-surface transverse walls 3 of the cylinder head 1 the case would be.

Um nun die Querwände 3 des Zylinderkopfes 1 elastisch nachgiebig auszugestalten, sind in 1 der Zeichnung drei verschiedene Möglichkeiten dargestellt, die lediglich der Erläuterung dienen und die Erfindung nicht darauf beschränken, dass ein Zylinderkopf 1 regelmäßig die in 1 dargestellte Kombination der Möglichkeiten zur Erzielung einer elastisch nachgiebigen Querwand aufweisen muss.Around the transverse walls now 3 of the cylinder head 1 elastically yielding, are in 1 the drawing illustrated three different ways that are merely illustrative and not limit the invention that a cylinder head 1 regularly in 1 shown combination of ways to achieve an elastically resilient transverse wall must have.

So ist es nach einer Ausführungsform des Zylinderkopfes möglich, die Querwände 3 mit einem oder mehreren Durchlässen 7 elastisch nachgiebiger auszugestalten. Anstelle der Durchlässe 7 können auch nicht durchgehende Ausnehmungen in den Querwänden ausgebildet sein, so dass diese eine rippenförmige Konfiguration einnehmen. Die in 1 der Zeichnung dargestellte Querwand zwischen dem zweiten und dritten Zylinder weist ein sich in Richtung zur Mitte zwischen den seitlichen Außenwänden 2 hin verjüngendes Profil 8 auf. Bei der Querwand zwischen dem dritten und dem vierten Zylinder ist in 1 der Zeichnung eine parabelförmi ge Ausnehmung 9 der Querwand 3 dargestellt.Thus, according to one embodiment of the cylinder head, it is possible to use the transverse walls 3 with one or more passages 7 to design elastically yielding. Instead of the passages 7 also not continuous recesses may be formed in the transverse walls, so that they occupy a rib-shaped configuration. In the 1 the drawing shown transverse wall between the second and third cylinder has a towards the center between the lateral outer walls 2 tapered profile 8th on. In the transverse wall between the third and the fourth cylinder is in 1 the drawing a parabelförmi ge recess 9 the transverse wall 3 shown.

Weitere Möglichkeiten einer elastisch nachgiebigen Querwand 3 sind in 2 der Zeichnung dargestellt, die in einer ebenfalls stark schematisierten Darstellung einen Zylinderkopf 1 nach der Erfindung zeigt.Further possibilities of an elastically yielding transverse wall 3 are in 2 The drawing shown in a likewise highly schematic representation of a cylinder head 1 according to the invention shows.

So weist bei dieser Ausführungsform die Querwand 3 zwischen dem ersten und zweiten Zylinder dreieckförmige Ausnehmungen 10 auf. Bei der Querwand 3 zwischen dem zweiten und dem dritten Zylinder ist eine Konfiguration der Querwand 3 gewählt, bei der die Wandstärke der Querwand 3 von der Decke 5 des Zylinderkopfes 1 zum Boden 6 hin abnimmt, so dass sich ein keilförmiges Profil 11 ergibt.Thus, in this embodiment, the transverse wall 3 between the first and second cylin the triangular recesses 10 on. At the transverse wall 3 between the second and the third cylinder is a configuration of the transverse wall 3 chosen, at which the wall thickness of the transverse wall 3 from the ceiling 5 of the cylinder head 1 to the ground 6 decreases, leaving a wedge-shaped profile 11 results.

Schließlich zeigt die Querwand 3 zwischen dem dritten und dem vierten Zylinder ein modifiziertes keilförmiges Profil 12, nach dem die Wandstärke der Querwand 3 von der Decke 5 zum Boden 6 hin abnimmt und zusätzlich die Wandstärke des sich ergebenden keilförmigen Profils 12 zur Mitte der Querwand 3 hin weiterhin abnimmt, so dass eine sehr elastisch nachgiebige Querwand 3 geschaffen wurde.Finally, the bulkhead shows 3 between the third and the fourth cylinder a modified wedge-shaped profile 12 , according to the wall thickness of the transverse wall 3 from the ceiling 5 to the ground 6 decreases and in addition the wall thickness of the resulting wedge-shaped profile 12 to the middle of the transverse wall 3 continues to decrease, so that a very elastic transverse wall 3 was created.

Schließlich zeigt die Stirnwand 13 des Zylinderkopfes 1 nach 2 noch langlochförmige Ausnehmungen 14, die bei einem ausgeführten Zylinderkopf 1 im Bereich der Querwände 3 innerhalb der einzelnen Zylinder vorliegen würde und somit die in 2 gewählte Darstellung lediglich der weiteren Erläuterung der Möglichkeiten der Ausbildung der Querwände 3 zur Erreichung einer elastischen Nachgiebigkeit dienen.Finally, the front wall shows 13 of the cylinder head 1 to 2 still slot-shaped recesses 14 that with a running cylinder head 1 in the area of the transverse walls 3 would be present within the individual cylinder and thus the in 2 chosen representation only the further explanation of the possibilities of forming the transverse walls 3 serve to achieve an elastic compliance.

Die vorstehenden Erläuterungen machen nun deutlich, dass mehrere Varianten zur Ausbildung einer elastisch nachgiebigen Querwand des Zylinderkopfes möglich sind. So können runde, langlochförmige und beliebige andere Formen aufweisende Durchbrüche vorgesehen sein. Ebenfalls sind Verringerungen der Wandstärke der Querwände in Querwandquerrichtung oder Querwandhochrichtung möglich. Auch sind Kombinationen der in den Zeichnungen dargestellten Maßnahmen zur Herbeiführung einer elastischen nachgiebigen Querwand möglich. Schließlich ist es auch noch möglich, zur Ausbildung der Querwände 3 einen Werkstoff zu wählen, der sich bezüglich seiner Festigkeitswerte von dem Werkstoff zur Ausbildung der Stirnflächen und der Außenwände 2 des Zylinderkopfes 1 durch niedrigere Festigkeitswerte unterscheidet.The above explanations make it clear that several variants for forming an elastically resilient transverse wall of the cylinder head are possible. Thus, round, slot-shaped and any other shapes having breakthroughs may be provided. Likewise, reductions in the wall thickness of the transverse walls in transverse transverse direction or transverse wall vertical direction are possible. Combinations of the measures shown in the drawings to bring about an elastic resilient transverse wall are also possible. Finally, it is also possible to form the transverse walls 3 to choose a material which, with regard to its strength values, is of the material for forming the end faces and the outer walls 2 of the cylinder head 1 distinguished by lower strength values.

Claims (5)

Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, die ein Zylinderkurbelgehäuse mit Stegen ohne Stegkühlung besitzt, wobei der Zylinderkopf (1) eine Decke (5), einen Boden (6) und seitliche Außenwände (2) aufweist, die mit Schrauben aufnehmenden Durchgängen (4) zum Verschrauben des Zylinderkopfs (1) gegen das Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sind und auf den Stegen des Zylinderkurbelgehäuses aufliegende Querwände (3) zwischen den Außenwänden (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände (3) elastisch nachgiebig ausgebildet sind derart, dass sie sich bei der Zunahme von Spannungen in den Stegen verformen.Cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine, which has a cylinder crankcase with webs without web cooling, wherein the cylinder head ( 1 ) A blanket ( 5 ), a floor ( 6 ) and lateral outer walls ( 2 ) having screw-receiving passages ( 4 ) for screwing the cylinder head ( 1 ) are formed against the cylinder crankcase and resting on the webs of the cylinder crankcase transverse walls ( 3 ) between the outer walls ( 2 ), characterized in that the transverse walls ( 3 ) are elastically yielding such that they deform with the increase of stresses in the webs. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände (3) Durchlässe (7; 10; 14) und/oder Ausnehmungen aufweisen.Cylinder head according to claim 1, characterized in that the transverse walls ( 3 ) Passages ( 7 ; 10 ; 14 ) and / or recesses. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Querwände (3) von der Decke (5) zum Boden (6) hin abnimmt.Cylinder head according to claim 1 or 2, characterized in that the wall thickness of the transverse walls ( 3 ) from the ceiling ( 5 ) to the ground ( 6 ) decreases. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände (3) eine sich zwischen den Außenwänden (2) zur Mitte hin verjüngende Wandstärke (8) besitzen.Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that the transverse walls ( 3 ) one between the outer walls ( 2 ) to the middle tapered wall thickness ( 8th ). Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände (3) aus einem Werkstoff gebildet sind, der niedrigere Festigkeitswerte als der Werkstoff der Außenwände (2) besitzt.Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that the transverse walls ( 3 ) are made of a material having lower strength values than the material of the outer walls ( 2 ) owns.
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