DE1476397A1 - Water-cooled internal combustion engine - Google Patents
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Description
MOTOBJSH-WEHKB MANNHEIM AG, vorm. B E N ZMOTOBJSH-WEHKB MANNHEIM AG, formerly B E N Z
Abt. stat. ,Motorenbau, 6800 MANNHEIM , Carl-Benz-Straße 5Dept. stat. , Engine construction, 6800 MANNHEIM, Carl-Benz-Strasse 5
Wassergekühlte Brennkraftmaschine Water cooled internal combustion engine
Die Erfindung bezieht sich auf eine wassergekühlte Brennl-iraft= maschine, insbesondere Dieselmaschine mit Einzelzylinderköpfen, bei denen die beiden Gaskanäle von entgegengesetzten Seiten des Zylinderkopfes zu den Ventilsitzen hin führen, mit einem annähernd zentral angeordneten r.,inspritzdüsengehi'use und zwei in der lYuhe der Austrittsstelle des Auslaßkanales gelegenen Kühlwasserüber= trittsöffnungen im Zylinderkopfboden, die mit dem Zylinderkühlmantel in Verbindung stehen und mit einer am anderen oberen Ende des Zylinderkopfes in der Nähe des Einlaßkanales liegenden Kühlwasseraustrittsöffnunp-oThe invention relates to a water-cooled fuel oil machine, in particular a diesel machine with individual cylinder heads, in which the two gas ducts lead from opposite sides of the cylinder head to the valve seats, with an approximately centrally arranged right injector housing and two in the lower part the outlet point of the outlet channel located cooling water transfer openings in the cylinder head base, which are in connection with the cylinder cooling jacket and with a cooling water outlet opening located at the other upper end of the cylinder head near the inlet channel
Die Aufgaben der Erfindung werden darin gesehen, das Kühlwasser derart zu den kühlbedürftigen Stellen von Zylinderkopf und Zy= linder zu leiten, daß örtliche überhitzungen und Unterkühlungen sowie Dampfsöcke vermieden werden und die Brennkraftmaschine somit in die Lage versetzt wird, hohe thermische Beanspruchungen ohne Schäden, insbesondere ohne Zylinderkopfrisse und Verkoken der .'Cinspritzdüsen zu ertragen.The objects of the invention are seen in the fact that the cooling water is delivered to the points of the cylinder head and Zy = that require cooling To lead linder that local overheating and hypothermia as well as steam blocks are avoided and the internal combustion engine This enables high thermal loads without damage, in particular without cylinder head cracks and coking the .'Cinjection nozzles to endure.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemaß durch folgende Haßnahmen gelöst:These objects are achieved in accordance with the present invention by the following measures solved:
a) Jede der beiden Lbertrittsöffnungen mündet in an sich bekann« ter Weise in einen eirrenon, am Zylinderkopf boden über den Über» trittsöffnungen liegenden Kühlwasseraufnehmer, der in ebenfalls in an sich bekannter V/eise durch eine Trennwand gegenüber dem anderen Aufnehmer abgeteilt ist.a) Each of the two openings opens into a well known « in an eirrenon, at the bottom of the cylinder head over the » outlet openings lying cooling water sensor, which is also in a known manner by a partition opposite the is separated from another transducer.
b) Der erste Aufnehmer, ist durch eine Querwand an seiner Ober« seite abgedeckt, die rjcjig Jn2 ^Qr. |ykrecht zur Zylinderachseb) The first transducer is covered by a transverse wall on its upper side, which rjcjig Jn 2 ^ Qr. | y perpendicular to the cylinder axis
- 2 - BAD ORIQfNAL- 2 - BAD ORIQfNAL
verlaufenden, auf mittlerer Höhe des Zylinderkopfes liegenden Ebene von den äußeren Begrenzungswänden des Aufnehmers etwa bis zur Mitte des Zylinderkopfes, das Düsengehäuse umgebend, erstreckt, und steht über eine seitliche in der Nahe des Zylinderkopfbodens und der zentralen Stegpartie zwischen den Gaskanälen liegenden öffnung in aufsteigender Strömungsrichtung in Verbindung mit der Austrittsöffnung.extending, lying at the middle level of the cylinder head plane from the outer boundary walls of the transducer approximately to extends to the center of the cylinder head, surrounding the nozzle housing, and stands over a side in the vicinity of the cylinder head base and the opening located between the gas ducts in an ascending direction of flow in connection with the central web part the outlet opening.
c) Der Auslaßkanal liegt derart .oberhalb des zweiten Aufnehmers, daß sich zwischen dem Auslaßkanal und den benachbarten Bauteilen des Zylinderkopfes mit Ausnahme der Querwand ein bis zur Ober« seite des Zylinderkopfes reichender, zusammenhängender freier Raum in an sich bekannter Weise befindet, der mit der"Austritts* öffnung in Verbindung steht und daß die Trennwand in der Nähe des Düsengehäuses liegt.c) The outlet channel is located above the second sensor, that between the exhaust port and the adjacent components of the cylinder head, with the exception of the transverse wall, there is a side of the cylinder head, there is contiguous free space in a known manner, which is associated with the "outlet * Opening is in communication and that the partition is in the vicinity of the nozzle housing.
Dadurch, daß das Kühlwasser in zwei voneinander getrennte Aufnehmer geleitet wird, läßt sich eine klare Mengenaufteilung des Kühlwassers auf die kritischen Stellen Zylinderkopfboden, Düsen= gehäuse, Stegpartie und Auslaßkanal erzielen.Because the cooling water is in two separate sensors is routed, a clear distribution of the cooling water can be made to the critical points cylinder head base, nozzles = achieve housing, web section and exhaust port.
Es ist zwar schon ein wassergekühlter Zylinderkopf x) bekannt, dessen Gaskanäle anders angeordnet sind als eingangs erwähnt, der aber im übrigen dem Merkmal a entspricht. Bei diesem Zylin= derwkopf liegt die Wand, welche die beiden Kühlwasseraufnehmer voneinander trennt, an der Seite des Auslaßkanales, die der be= nachbarten äußeren Begrenzungswand des Zylinderkopfes am nach« sten liegt. Dadurch steht mindestens die halbe Oberfläche des heißen Auslaßkanales mit dem Kühlwasserstrom in Berührung, der die Stegpartie kühlt. Dieses Kühlwasser wird dadurch so stark erwärmt, daß es nur noch relativ wenig Wärme von dieser thermisch am höchsten beanspruchten Stelle des Zylinderkopfes abführen kann, wodurch die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine begrenzt wird.A water-cooled cylinder head x ) is already known, the gas ducts of which are arranged differently than mentioned at the beginning, but which otherwise corresponds to feature a. In this cylinder head, the wall which separates the two cooling water receivers lies on the side of the outlet channel which is closest to the adjacent outer boundary wall of the cylinder head. As a result, at least half the surface of the hot outlet channel is in contact with the cooling water flow, which cools the web section. This cooling water is heated so much that it can only dissipate relatively little heat from this point of the cylinder head which is thermally most stressed, which limits the performance of the internal combustion engine.
x) Deutsche Patentschrift 814 685 x ) German patent specification 814 685
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Durch die im Merkmal c angegebene Lage der Trennwand wird dem= . gegenüber erreicht, daß der die Stegpartie kühlende Wasserstrom nur noch weniger als ein Viertel der Oberfläche des heißen Aus= laßkanales berührt, dadurch weniger aufgeheizt wird und so ho= here Leistung der Brennkraftmaschine ohne Zylinderkopfrisse er= möglicht. Diesem Ziel dient auch die gemäß Merkmal b angeordnete Querwand, die verhindert, daß ein großer Teil des aus der Je» weiligen Ubertrittsöffnung zuströmenden Kühlwassers in die hö= heren wenig kühlbedürftigen Partien des Zylinderkopfes aufsteigt und somit für die Kühlung der Stegpartie verloren geht.Due to the position of the partition specified in feature c, the =. opposite achieved that the water flow cooling the web part only touches less than a quarter of the surface of the hot outlet duct, which means that it is less heated and so ho = here performance of the internal combustion engine without cylinder head cracks er = possible. This aim is also served by the transverse wall arranged according to feature b, which prevents a large part of the Temporary overflow opening of inflowing cooling water into the Hö = Heren parts of the cylinder head that do not need cooling rises and is thus lost for the cooling of the web part.
Die eingangs erwähnten und die unter c aufgeführten Merkmale bewirken zusammen, daß der Einlaßkanal, insbesondere seine sonst rißgefährdeten Übergangsstellen zu den äußeren Begrenzungswänden des Zylinderkopfes von mehreren, etwa gleich stark erwärmten Strömen heißen Kühlwassers bespült werden und so vor gefährlichen Wärmespannungen geschützt sind. Bei dem vorerwähnten bekannten Zylinderkopf liegen diese übergangssteilen in einem Totwasser= gebiet und werden dadurch nicht genügend erwärmt, so daß sie der Wärmedehnung der übrigen heißeren Teile des Zylinderkopfes nur ungenügend folgen können und somit stark rißgefährdet sind.The features mentioned at the beginning and those listed under c together have the effect that the inlet duct, in particular its otherwise transition points to the outer boundary walls at risk of cracking of the cylinder head are flushed by several, roughly equally heated streams of hot cooling water and thus from dangerous Thermal stresses are protected. In the aforementioned known cylinder head, these transition parts are in a dead water = area and are not heated enough, so that they only the thermal expansion of the other hotter parts of the cylinder head can follow insufficiently and are therefore at great risk of cracking.
Es ist schon ein weiterer Zylinderkopf x) mit einer auf mittle= rer Höhe liegenden Querwand bekannt, bei dem die Ventilkanäle anders als eingangs gesagt angeordnet sind und bei dem nur eine mit dem Zylinderkühlmantel in Verbindung stehende Übertritts* öffnung vorhanden ist. Bei dem bekannten Zylinderkopf liegt je= doch die Querwand nicht über dem Kühlwasseraufnehmer, was außer' dem bereits erwähnten Nachteil des Ausweichens des Kühlwasser= stromes in höhergelegene Partien noch den weiteren Nachteil hat, daß an einem nach oben verlaufenden Teil der bekannten Querwand Dampfblasen hängen bleiben und nicht zur Austrittsöffnung entweichen können, was eine örtliche Unterbrechung der Kühlung mit gefährlichen Polgen für die Sicherheit des Zylinderkopfes nach sich ziehen kann.Another cylinder head x ) with a transverse wall located at the middle level is already known, in which the valve channels are arranged differently than mentioned at the beginning and in which there is only one transfer opening connected to the cylinder cooling jacket. In the known cylinder head, however, the transverse wall is not above the cooling water sensor, which, in addition to the already mentioned disadvantage of evading the cooling water flow into higher areas, has the further disadvantage that vapor bubbles stick to an upward part of the known transverse wall and cannot escape to the outlet opening, which can result in a local interruption of the cooling with dangerous poles for the safety of the cylinder head.
) Britische Patentschrift 583 652 . 4 _) British Patent 583,652. 4 _
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Im Gegensatz dazu ist das Kühlwasser durch die Maßnahmen gemäß Merkmal b gezwungen in der Nähe des Zylinderkopfbodens vorbei zu strömen und das Einspritzdüsengehäuse an seiner heißesten ·' und im Hinblick auf die Verkokung der Düsenöffnungen am meisten gefährdeten Stelle mit hoher Geschwindigkeit zu bespülen und dadurch wirksam zu kühlen. Außerdem bewirken die Maßnahmen gemäß Merkmal b, daß die an dem heißen Zylinderkopfboden entstehenden Dampfblasen in aufsteigender Strömungsrichtung d.h. ohne hängen ?,u bleiben zu der Austritts öffnung gelangen können.In contrast to this, the measures according to feature b forced the cooling water to pass near the bottom of the cylinder head to flow and the injection nozzle housing at its hottest · 'and in terms of coking of the nozzle openings most To wash the endangered area at high speed and thus to cool it effectively. Also effect the measures according to feature b that those arising on the hot cylinder head base Steam bubbles in an ascending direction of flow i.e. without getting stuck ?, u can get to the outlet opening.
Eine gleichmäßige Kühlwasserverteilung im Zylinderkühlmantel wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß bei geneigt angeordneter Zylinderachse eine dritte Uberströmöffnung im Zylinderkopfboden gegenüber der Austrittsöffnung liegt, deren Querschnitt kleiner als der Gesamtquerschnitt der die Aufnehmer speisenden ersten und zweiten Iberströmöffnungen ist, wobei dem Zylinderkühlraum das Kühlwasser von einer an seiner tiefsten Stelle unterhalb der ersten und zweiten Uberströmöffnung liegenden Eintrittsöffnung zuströmt. Die angestrebte gleichmäßige Kühlwascor= strömung entsteht trotz des kürzeren Weges von der Eintritts»» öffnung zu den beiden ersten Uberströmöffnungen dadurch, daß diese beiden Durchgänge längere wesentlich widerstandsreichere Strömungswege im Zylinderkopf versorgen als die dritte engere Oberströmöffnung.A uniform cooling water distribution in the cylinder cooling jacket is advantageously achieved in that with the cylinder axis arranged at an incline a third overflow opening in the cylinder head base opposite the outlet opening, the cross section of which is smaller than the total cross-section of the first and second overflow openings feeding the transducers, the cylinder cooling chamber the cooling water from an inlet opening located at its deepest point below the first and second overflow opening flows in. The desired uniform Kühlwascor = Despite the shorter path from the inlet opening to the first two overflow openings, the flow arises from the fact that these two passages supply longer, much more resistant flow paths in the cylinder head than the third, narrower one Upper flow opening.
Ein Abzug von Dampfblasen aus dem ersten Aufnehmer nach oben · kann vorteilhaft auch noch zusätzlich dadurch erreicht werden, daß die Querwand das Düsengehäuse mit Spiel umgibt.A withdrawal of vapor bubbles upwards from the first receiver can also advantageously be achieved by that the transverse wall surrounds the nozzle housing with play.
Die vorgenannte Aufgabe kann auch dadurch gelöst werden, daß die Querwand eine Entlüftungsöffnung aufweist, die über der den ersten Aufnehmer versorgenden Uberströmöffnung liegt und deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt dieser .UberströmöffnungThe aforementioned object can also be achieved in that the transverse wall has a vent opening which is above the The overflow opening supplying the first sensor is located and its cross section is smaller than the cross section of this overflow opening
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs» gegenstandes dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention » object shown.
. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf und den Zy= linder längs der Linie I - I in Fig. 2, wobei Schnitt» ebene und Zylinderachse zusammen fallen.. Fig. 1 shows a section through the cylinder head and the Zy = linder along the line I - I in Fig. 2, where section » plane and cylinder axis coincide.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf längs der Linie II - II in Fig. 1.FIG. 2 shows a section through the cylinder head along the line II-II in FIG. 1.
Der Zylinderkopf besteht im wesentlichen aus der Bodenplatte 1, der Decke 2, den Seitenwänden 3, 4, 5 und 6, dem Einlaßkanal 7 und dem Auslaßkanal 8. In der Nähe der Zylinderachse 9 liegt das Einspritzdüsengehäuse 10» das die nicht dargestellte Sin= spritzdüse eines Dieselmotors mit direkter Einspritzung oder auch beispielsweise die Zündkerze einer Otto-Gasmaschine auf= nehmen kann. In der Nähe der Außenwand 4 liegen die erste Übertrittsöffnung 11 und die zweite (Jbertrittsöffnung 12 im Zylinderkopfboden 1. In der Nähe der gegenüberliegenden Außenwand 6 liegen die dritte Uberströmöffnung 13 und die Austritts= öffnung 14. Die öffnung 11 mündet in den ersten Aufnehmer 15 und die Öffnung 12 mündet in den zweiten Aufnehmer 16. Die Räume 15 und 16 sind durch die Trennwand 17 gegeneinander ab= getrennt, die vom Boden 1 bis zum Auslaßkanal $ reicht. Der erste Aufnehmer 15 ist durch die Querwand 18 an seiner Oberseite abgedeckt, die das Düsengehäuse 10 mit Spiel umgibt und bis zur Zylinderachse 9 reicht, (Fig. 1), sowie sich in einer senkrecht zur Zylinderachse 9 verlaufenden Ebene zwischen den Außenwänden 3, 4 und dem Auelaßkanal 8 erstreckt. In der Querwand 18 befindet sich eine Entlüftungöffnung 19, die über der Überströmöffnung 11 liegt.Der Querschnitt der öffnung 19 ist kleiner als der Querschnitt der öffnung 11, vorzugsweise im Verhältnis 1 : 10. Der zweite Aufnehmer 16 ist an seiner Oberfläche durch den Aus» laßkanal 8 derart abgedeckt, daß sich zwischen dem größten Teil des Auslaßkanales und der benachbarten Außenwand 5 ein freierThe cylinder head essentially consists of the base plate 1, the ceiling 2, the side walls 3, 4, 5 and 6, the inlet channel 7 and the outlet channel 8. In the vicinity of the cylinder axis 9 lies the injection nozzle housing 10 »the Sin = spray nozzle, not shown, of a diesel engine with direct injection or also, for example, the spark plug of a gasoline engine can take on =. Near the outer wall 4 are the first Transfer opening 11 and the second (transfer opening 12 in the Cylinder head base 1. In the vicinity of the opposite outer wall 6 are the third overflow opening 13 and the outlet = Opening 14. The opening 11 opens into the first sensor 15 and the opening 12 opens into the second receiver 16. The spaces 15 and 16 are mutually separated by the partition 17 = separated, which extends from the bottom 1 to the outlet channel $. The first transducer 15 is through the transverse wall 18 on its upper side covered, which surrounds the nozzle housing 10 with play and extends to the cylinder axis 9, (Fig. 1), as well as in a perpendicular to the cylinder axis 9 extending plane between the outer walls 3, 4 and the Auelaßkanal 8 extends. Located in the transverse wall 18 there is a vent 19, which is above the overflow opening 11. The cross section of the opening 19 is smaller than the Cross section of the opening 11, preferably in a ratio of 1:10. The second sensor 16 is on its surface through the outlet » lasskanal 8 covered in such a way that between most of the outlet channel and the adjacent outer wall 5 is a free one
909822/0523 "6"909822/0523 " 6 "
~6~ U76397~ 6 ~ U76397
Raum 20 befindet. Zwischen den Gaskanälen 7 und 8 liegt die StegpartieZfin der Nähe der Zylinderachse 9. Der Zylinderkühl= ■ raum 22 wird durch die Zylinderbüchse 23 und Zylinderkühlmantel 24 begrenzt und hat annähernd ringförmigen Querschnitt. Er steht nicht mit den Kühlräumen der benachbarten Zylinder in Verbindung, sondern wird lediglich über die Eintrittsöffnung 25 aus einem Verteilerkanal 26 mit frischem Kühlwasser versorgt. Der Vertei= lerkanal 26 erstreckt sich entlang dem sonst nicht dargestellten Zylinderblock und versorgt die anderen Zylinder in gleicher V/eise.Room 20 is located. Between the gas channels 7 and 8 is the Web partZfin near the cylinder axis 9. The cylinder cooling = ■ Space 22 is delimited by the cylinder liner 23 and cylinder cooling jacket 24 and has an approximately annular cross-section. He's standing not with the cooling chambers of the adjacent cylinder in connection, but is only made of one via the inlet opening 25 Distributor channel 26 supplied with fresh cooling water. The distributor channel 26 extends along the otherwise not shown Cylinder block and supplies the other cylinders in the same way.
Das Kühlwasser tritt aus der Öffnung 25, die unter den Öffnungen 11 und 12 liegt, in den Raum 22 ein. Je ein Teilstrom 27 fließt direkt zu den Öffnungen 11 und 12, während Je ein weiterer Teil= strom 28, die Zylinderbüchse 23 umspülend, zu der Öffnung 13 gelangt und von dort als Teilstrom 29 zur Austrittsöffnung 14 fließt. Der zur Öffnung 11 fließende Teilstrom 27 verzweigt sich in dem ersten Aufnehmer 15 in die Teilströme 30 und 31, die den betreffenden Teil der Bodenplatte 1, das Düsengehäuse 10, die Stegpartie 21 und die angrenzende Wand des Auslaßkanales 8 kühlen und dann über den Einlaßkanal 7 zur Ausströmöffnung 14 fließen. Aus den Teilströmen 30 und 31 zweigen weitere Teilströme 32 und 33 - ersterer durch die Öffnung 19 und letzterer durch den Spalt zwischen der Querwand 18 und dem Düsengehäuse 10 - ab, die etwaige noch nicht aus dem Aufnehmer 15 abgeführte Dampf= blasen entfernen, welche die Kühlwirkung stören könnten. Der aus der Öffnung 12 austretende Teilstrom 34 kühlt die Bodenplatte 1 und den Auslaßkanal 8 im Bereich des zweiten Aufnehmers 16 und fließt dann über den Einlaßkanal 7 zum Austritt 14. Dabei können etwaige Dampfblasen durch den Raum 20 nach oben entweichen. üb ist zu erkennen, daß der Einlaßkanal 7, der nicht zu den kühlbedürftigen, sondern eher zu den zu beheizenden Stellen eines Zylinderkopfes gehört, an seiner Oberseite von dem erwärmten Kühlwasser umströmt wird, während ihm an seiner Unterseite aus der heißen Bodenplatte 1 Wärme zugeführt wird. Dadurch nehmen alle Bauteile des Zylinderkopfes eine ziemlich «leiche Tempe=The cooling water enters the space 22 from the opening 25, which is located below the openings 11 and 12. A partial flow 27 each flows directly to the openings 11 and 12, while a further partial flow 28, which flows around the cylinder liner 23, reaches the opening 13 and flows from there as a partial flow 29 to the outlet opening 14. The partial flow 27 flowing to the opening 11 branches in the first receiver 15 into the partial flows 30 and 31, which cool the relevant part of the base plate 1, the nozzle housing 10, the web part 21 and the adjoining wall of the outlet channel 8 and then via the inlet channel 7 flow to the discharge opening 14. From the substreams 30 and 31 branch off further substreams 32 and 33 - the former through the opening 19 and the latter through the gap between the transverse wall 18 and the nozzle housing 10 - which remove any steam not yet discharged from the receiver 15, which remove the Could interfere with the cooling effect. The partial flow 34 exiting from the opening 12 cools the base plate 1 and the outlet channel 8 in the area of the second receiver 16 and then flows via the inlet channel 7 to the outlet 14. Any steam bubbles can escape upwards through the space 20. It can be seen that the inlet channel 7, which is not one of the places in a cylinder head that needs cooling, but rather one of the places to be heated, is surrounded by the heated cooling water on its upper side, while heat is supplied to it on its underside from the hot base plate 1 . As a result, all the components of the cylinder head have a fairly low tempe- rature
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ratur an, was das Auftreten von Wärmerissen verhindert. Dadurch, daß die Teilströme 30, 31 und 34 einen widerstandsreicheren Weg zurücklegen als der Teilstrom 29» gelingt die Herstellung einer gleichmäßigen Kühlströmung um die Zylinderbüchse 23 in Gestalt der ^eilströme 27 und 28. Eine zu starke Betonung der Teilströme 28 wird dabei dadurch verhindert, daß der Gesamtquerschnitt der öffnungen 11 und 12 größer als der Querschnitt der Öffnung 13 ist. Ein Verhältnis von 8 : 1 hat sich als zweckdienlich erwiesentemperature, which prevents the occurrence of heat cracks. Because the partial flows 30, 31 and 34 have a more resistive path as the substream 29 »succeeds in producing one uniform cooling flow around the cylinder liner 23 in shape of the partial currents 27 and 28. Too much emphasis on the partial currents 28 is thereby prevented that the total cross-section of the Openings 11 and 12 larger than the cross section of the opening 13 is. A ratio of 8: 1 has been found to be useful
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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