DE2636944A1 - IC engine cylinder valve control system - has hydraulic transmission stopping or starting required cylinder valves - Google Patents

IC engine cylinder valve control system - has hydraulic transmission stopping or starting required cylinder valves

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DE2636944A1 DE19762636944 DE2636944A DE2636944A1 DE 2636944 A1 DE2636944 A1 DE 2636944A1 DE 19762636944 DE19762636944 DE 19762636944 DE 2636944 A DE2636944 A DE 2636944A DE 2636944 A1 DE2636944 A1 DE 2636944A1
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Abstract

The internal combustion engine gas valves can be stopped in closed state and restarted. This arrangement is used in engines with large number of cylinders where for fuel economy reasons one or more cylinders are stopped. The specific fuel consumption at low load is kept low and toxicity of exhaust gases is reduced. Between a valve actuating cam and a gas exchange valve is fitted a hydraulic force transmission system. This system is closed when the gas exchange valve is operational. The hydraulic system is opened and is at zero pressure when the cylinder valve is to be stationary. The force of a cam is transmitted by a pumping plunger to the pressurised liquid and from this to the piston connected to the cylinder valve stem.

Description

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INSTITUT FÜR MOTORENBAU PROF. HUBER e.V.INSTITUTE FOR ENGINE BUILDING PROF. HUBER e.V.

München, den 29.7.1976 La-IzMunich, July 29, 1976 La-Iz

Antrieb für Gaswechselventile von BrennkraftmaschinenDrive for gas exchange valves of internal combustion engines

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für die Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen, die in Abhängigkeit von wählbaren Betriebszuständen der Brennkraftmaschine einzeln oder in Gruppen in geschlossenem Zustand stillgelegt und aus dem Ruhezustand heraus wieder in Betrieb genommen werden können. Derartige Antriebe für Gaswechselventile sind zweckmäßig, insbesondere für Brennkraftmaschinen größerer Zylinderzahl, bei denen im Teillastbetrieb bekanntlich verhältnismäßig hohe spezifische Brennstoffverbräuche auftreten, wenn die erforderte geringe Wellenleistung durch gleichen Betrieb aller Zylinder erzielt wird. Die gleiche Motorleistung läßt sich bei derartigen Brennkraftmaschinen auch dadurch erzielen, daß man im Teillastbetrieb nur einen Teil der Zylinder die gesamte Arbeit verrichten läßt, während die restlichen Zylinder abgeschaltet sind.The invention relates to a drive for the gas exchange valves of internal combustion engines that depend on selectable operating states the internal combustion engine shut down individually or in groups in the closed state and from the idle state can be put back into operation. Such drives for gas exchange valves are useful, especially for internal combustion engines with a larger number of cylinders, which are known to be relatively high in partial load operation specific fuel consumption occurs when the required low shaft power is achieved through the same operation of all cylinders will. The same engine output can also be achieved in internal combustion engines of this type by operating in part-load operation allows only some of the cylinders to do all the work, while the remaining cylinders are switched off are.

Dadurch lassen sich wesentliche Verbesserungen im Brennstoffverbrauch, aber auch bei den Abgasemissionen der Brennkraftmaschine erzielen.This enables significant improvements in fuel consumption, but also achieve with the exhaust emissions of the internal combustion engine.

Das Abschalten von Zylindern kann bekanntlich durch einfaches Absperren der Brennstoffzufuhr erfolgen. Weitere Verbesserungen bei Teillast lassen sich erreichen, wenn man zusätzlich zum Absperren der Brennstoffzufuhr die Gaswechselventile der abgeschalteten Zylinder geschlossen hält.It is known that cylinders can be switched off by simply shutting off the fuel supply. Further improvements at part load can be achieved if, in addition to shutting off the fuel supply, the gas exchange valves of the switched off cylinder keeps closed.

Eine Vorrichtung zur Stillegung von Gaswechselventilen ist aus SAE-paper 680399 bekannt. Diese Vorrichtung nach Stivender hat den Nachteil eines langen Schaltweges, einer hohen Schaltdauer und einer relativ großen Schaltkraft, außerdem erfolgtA device for shutting down gas exchange valves is known from SAE paper 680399. This device according to Stivender has the disadvantage of a long switching path, a long switching duration and a relatively large switching force, also takes place

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die Ventilstillegung kontinuierlich zwischen maximalem Hub und Nullhub. Eine weitere Vorrichtung ist aus der Patentanmeldung P 196 2916 bekannt, bei der der Ventilantrieb hydraulisch und durch ein Magnetventil intermittierend erfolgt und der Ventilhub durch Änderung des Systemsdrucks eingestellt wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß der Leistungsbedarf der Hydraulikpumpe relativ hoch ist, daß die Steuerzeiten und die Ventilerhebungskurven drehzahlabhängig sind, und die elektronische Steuerung aufwendig ist.the valve shutdown continuously between maximum lift and zero lift. Another device is from the patent application P 196 2916 known, in which the valve drive takes place hydraulically and intermittently by a solenoid valve and the valve lift is adjusted by changing the system pressure. This device has the disadvantage that the power requirement of the hydraulic pump is relatively high, that the control times and the valve lift curves are speed-dependent and the electronic control is complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei laufender Brennkraftmaschine, bei beliebiger Drehzahl innerhalb des Betriebsbereichs einzelne, oder Gruppen von Gaswechselventilen abhängig von wählbaren Betriebszuständen der Brennkraftmaschine im geschlossenem Zustand stillzulegen oder aus dem Ruhezustand heraus wieder in Betrieb zu nehmen, ohne die obengenannten Nachteile, also mit kurzen Schaltwegen, niedriger Schaltdauer, ohne große Schaltkraft, mit geringer Verlustleistung, sowie mit drehzahlunabhängigen Steuerzeiten und Ventilerhebungskurven, sowie geringem elektronischen Regelaufwand.The invention is based on the object with ongoing Internal combustion engine, at any speed within the Operating range individual or groups of gas exchange valves depending on selectable operating states of the internal combustion engine shut down in the closed state or put back into operation from the idle state without the above Disadvantages, that is, with short switching paths, short switching times, without great switching force, with low power dissipation, as well with speed-independent control times and valve lift curves, as well as little electronic control effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Nockenantrieb und den Gaswechselventilen ein hydraulisches Kraftübertragungssystem angeordnet ist, welches geschlossen ist wenn die Gaswechselventile arbeiten und welches offen und dadurch drucklos ist, wenn die Gaswechselventile stillgelegt sind.This object is achieved in that between the cam drive and the gas exchange valves, a hydraulic power transmission system is arranged, which is closed is when the gas exchange valves are working and which is open and therefore depressurized when the gas exchange valves are shut down are.

Zum öffnen eines Gaswechselventils wird die von der Nockenwelle eingeleitete Kraft über einen Pumpenstempel auf eine Druckflüssigkeit und von dieser auf einen mit dem Ventilschaft verbundenen Arbeitskolben übertragen. In der Schließphase bleibt das Ventil über den Arbeitskolben, die Druckflüssigkeit und den Pumpenstempel kraftschlüssig zum Steuernocken. Um die Gaswechselventile stillzulegen, wird der mit Druckflüssigkeit gefüllte Raum durch ein Schaltventil geöffnet,The camshaft is used to open a gas exchange valve introduced force via a pump ram on a hydraulic fluid and transferred from this to a working piston connected to the valve stem. In the closing phase the valve remains non-positively connected to the control cam via the working piston, the hydraulic fluid and the pump piston. To shut down the gas exchange valves, the space filled with hydraulic fluid is opened by a switching valve,

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wodurch die vom Pumpenstempel verdrängte Flüssigkeit durch dieses Ventil abströmen kann, so daß sich kein Druck zur Betätigung des Arbeitskolbens und somit des Gaswechselventils aufbauen kann. Um den Kraftschluß zum Nocken in der Schließphase beizubehalten, wird der Pumpenstempel durch eine Rückholfeder in seine Ausgangslage gebracht. Die vorher verdrängte Flüssigkeitsmenge wird dann über ein Rückschlagventil aus einem Flüssigkeitsdruckspeicher nachgeliefert, so daß bei der Rückholbewegung kein Unterdruck unter dem Pumpenstempel entsteht.whereby the liquid displaced by the pump ram can flow out through this valve, so that there is no pressure for actuation the working piston and thus the gas exchange valve can build up. To the frictional connection to the cam in the closing phase to maintain, the pump ram is brought into its starting position by a return spring. The previously suppressed The amount of liquid is then replenished from a pressure reservoir via a check valve, so that at the return movement does not create a vacuum under the pump ram.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich am Umfang des Pumpenzylinders eine öffnung, so daß bei Nockenhub Null der Pumpenstempel diese gerade freigibt, daß dann Flüssigkeit, die über das Rückschlagventil aus dem Flüssigkeitsspeicher in den Druckflüssigkeitsraum nachströmt, durch diese Öffnung abströmt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß dieser entlüftet wird.In a further embodiment of the invention is located on Circumference of the pump cylinder an opening so that when the cam stroke is zero, the pump plunger just releases it so that liquid, which flows through the non-return valve from the fluid reservoir into the hydraulic fluid chamber, through this opening flows off. This arrangement ensures that it is vented.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Entlüftungsöffnung und dem Schaltventil ein Druckhalteventil nachgeschaltet, wodurch ein zu starker Druckabfall und eine damit verbundene Gasausscheidung aus der Druckflüssigkeit vermieden wird.According to a further embodiment of the invention, the ventilation opening is and a pressure holding valve connected downstream of the switching valve, whereby an excessive pressure drop and a associated gas separation from the hydraulic fluid is avoided.

Die Strömungsquerschnitte vom Druckflüssigkeitsraum über das Schaltventil und das Druckhalteventil, sowie dessen Öffnungsdruck sind so bemessen, daß bei geöffnetem Schaltventil keine Betätigung des Gaswechselventils stattfindet.The flow cross-sections from the hydraulic fluid space via the The switching valve and the pressure holding valve, as well as its opening pressure, are dimensioned in such a way that when the switching valve is open, none Actuation of the gas exchange valve takes place.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Arbeitskolben mit einer an sich bekannten hydraulischen Dämpfungseinrichtung ausgerüstet, die aus einem Spaltraum zwischen Arbeitskolben und Arbeitskolbenzylinder besteht, aus welchem kurz vor Aufsetzen des Gaswechselventil Flüssigkeit verdrängt werden muß, so daß die Kolbenbewegung gedämpft wird (DT-OS 2/46505)In a further embodiment of the invention, the working piston is equipped with a hydraulic damping device known per se equipped, which consists of a gap between the working piston and working piston cylinder, from which briefly Before the gas exchange valve is fitted, the liquid must be displaced so that the piston movement is dampened (DT-OS 2/46505)

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Im einfachsLen Fall erfolgt das Öffnen und Schließen des Schaltventiles in Abhängigkeit von der Fahrhebelstellung der Brennkraftmaschine, ohne daß eine definierte Phasenbeziehung zwischen Nockenwellenstellung und Schaltzeitpunkt besteht.In the simplest case, the switching valve is opened and closed depending on the driving lever position of the internal combustion engine, without a defined phase relationship between Camshaft position and switching time exist.

Wenn Schaltzeitpunkt und Gaswechselventilbewegung zusammenfallen, kommt es zu einer Störung derselben, die aber nur höchstens einen Ventilhub so beeinflußt, daß dann nicht der volle Ventilsteuerzeitquerschnitt erreicht wird.If the switching time and the gas exchange valve movement coincide, there is a disturbance of the same, but only at most influences a valve lift in such a way that then not the full valve timing cross section is achieved.

Um diese Störung zu vermeiden, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Schaltzeitpunkt mit der Phasenlage des Nockens so abgestimmt, daß er nur dann eintreten kann, wenn in der Nockenhubfunktion eine Grundkreisphase beginnt. Diese Abstimmung kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß der Fahrhebel in einer Schaltstellung ein Signal auslöst, das in Verbindung mit einem zweiten Signal, ausgelöst durch den Beginn der Grundkreisphase des Nockens gemeinsam das Schaltventil steuert.In order to avoid this disruption, there is a further refinement According to the invention, the switching time is coordinated with the phase position of the cam so that it can only occur when a base circle phase begins in the cam lift function. This coordination can, for example, be achieved in this way be that the joystick triggers a signal in a switching position, which is triggered in conjunction with a second signal jointly controls the switching valve by starting the base circle phase of the cam.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die einfachste Ausführung der Erfindung, mit der Nockenwelle 1, dem Pumpenstempel 2, dem Hydraulikraum 3, dem Arbeitskolben 4 und dem Gaswechselventil 5, bei dessen Betätigung dieses Systems geschlossen ist. Werden die Gaswechselventile stillgelegt, ist das Schaltventil 6 geöffnet, so daß während der Abwärtsbewegung des Pumpenstempel Flüssigkeit abströmt. Während der Rückholbewegung, die durch die Rückholfeder 7 erzwungen wird, strömt aus einem Druckbehälter Flüssigkeit durch das Rückschlagventil 8 in den Hydraulikraum 3 nach.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. 1 shows the simplest embodiment of the invention with which Camshaft 1, the pump ram 2, the hydraulic chamber 3, the working piston 4 and the gas exchange valve 5, in which Actuation of this system is closed. If the gas exchange valves are shut down, the switching valve 6 is open so that liquid flows off during the downward movement of the pump plunger. During the return movement caused by the return spring 7 is forced, liquid flows from a pressure vessel through the check valve 8 into the hydraulic chamber 3.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, bei der die Achsen von Arbeitskolben und Pumpenstempel zueinander versetzt sind. Die Nockenwelle 1 steuert über den Schlepphebel 9, den Pumpenstempel 2 und über die Flüssigkeit im Hydraulikraum den Arbeitskolben 4 und das Gaswechselventil 5. Während der Grundkreisphase der Nockenwelle 1 strömt als Ersatz für Leckmengen Flüssigkeit aus einem Druckbehälter 10 über dasFig. 2 shows a further embodiment of the invention, in which the axes of the working piston and pump ram are offset from one another are. The camshaft 1 controls via the rocker arm 9, the pump ram 2 and via the fluid in the hydraulic chamber the working piston 4 and the gas exchange valve 5. During the base circle phase, the camshaft 1 flows as a substitute for Leakage of liquid from a pressure vessel 10 via the

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Rückschlagventil 8 in den Hydraulikraum 3, wobei die Entlüftung durch die Ringnut 11 und das Druckhalteventil 12 erfolgt. Bei Ventilstillegung ist das Schaltventil 6 geöffnet, wobei ein zu starker Druckabfall durch das Druckhalteventil 13 verhindert wird. Die durch den Pumpenstempel verdrängte Flüssigkeit strömt durch das Schaltventil 6 und das Druckhalteventil ab, ohne daß eine ausreichende Kraft auf den Arbeitskolben 4 übertragen wird. Bei der Rückholbewegung des Pumpenstempels 2, die durch die Rückholfeder 7 kraftschlüssig erfolgt, strömt aus einem Druckbehälter 10 Flüssigkeit durch das Rückschlagventil 8 in den HydraulincrauF. 3, so daß in diesem kein Unterdruck entsteht. Um ein hartes Aufschlagen des Gaswechselventils auf den Sitz 14 zu verhindern, ist am Arbeitskolben 4 eine hydraulische Dämpfungseinrichtung 15 angebracht.Check valve 8 in the hydraulic chamber 3, the venting taking place through the annular groove 11 and the pressure holding valve 12. When the valve is shut down, the switching valve 6 is opened, an excessive pressure drop being prevented by the pressure holding valve 13. The liquid displaced by the pump ram flows through the switching valve 6 and the pressure holding valve without a sufficient force being transmitted to the working piston 4. During the return stroke of the pump plunger 2, which is by friction by the return spring 7, flowing from a pressurized container 10 of liquid through the check valve 8 in the Hydrauli n crauF. 3, so that there is no negative pressure in this. In order to prevent the gas exchange valve from hitting the seat 14 hard, a hydraulic damping device 15 is attached to the working piston 4.

Fig. 3 zeigt schematisch eine mögliche Steuerung der Abstimmung von SehaltZeitpunkt zur Nockenbewegung. Der Fahrhebel 16 löst in der Stellung 0 ein Signal X^ aus, das einem logischen Signalverarbeitungsgerät 17 zugeführt und dort gespeichert wird, bis der von der Nockenwelle 1 angetriebene Schlepphebel 9 bei Erreichen der Grundkreisphase ein weiteres Signal X2 gibt, durch das der Schaltimpuls Y zur Betätigung des Schaltventils 6 freigegeben wird.Fig. 3 shows schematically a possible control of the coordination of SehaltZeitpunkt to the cam movement. The drive lever 16 triggers a signal X ^ in position 0, which is fed to a logic signal processing device 17 and stored there until the rocker arm 9 driven by the camshaft 1 emits a further signal X 2 when the base circle phase is reached, through which the switching pulse Y to actuate the switching valve 6 is released.

)1.Ing.D.Gwinner) (Dipl.Ing.H.Lanz)) 1.Ing.D.Gwinner) (Dipl.Ing.H.Lanz)

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Claims (11)

INSTITUT FÜR MOTORENBAU PROF. HUBER e.V.INSTITUTE FOR ENGINE BUILDING PROF. HUBER e.V. PatentansprücheClaims /1.- Antrieb für die Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen die in Abhängigkeit von wählbaren Betriebszuständen der Brennkraftmaschine einzeln oder in Gruppen in geschlossenem Zustand stillgelegt und aus dem Ruhezustand heraus wieder in Betrieb genommen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Nockenantrieb und den Gaswechselventilen ein hydraulisches Kraftübertragungssystem angeordnet ist, welches geschlossen ist, wenn die Gaswechselventile arbeiten und welches offen und dadurch drucklos ist, wenn die Gaswechselventile stillgelegt sind./ 1.- Drive for the gas exchange valves of internal combustion engines depending on selectable operating states of the internal combustion engine individually or in groups in closed Can be shut down and put back into operation from the idle state, characterized in that that a hydraulic power transmission system is arranged between the cam drive and the gas exchange valves which is closed when the gas exchange valves are working and which is open and therefore depressurized, when the gas exchange valves are shut down. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Nockenwelle eingeleitete Kraft über einen Pumpenstempel auf die Druckflüssigkeit und von dieser auf einen mit dem Gaswechselventilschaft verbundenen Arbeitskolben übertragen wird, daß der Druckflüssigkeitsraum durch ein Schaltventil geöffnet werden kann, durch das die vom Pumpenstempel verdrängte Flüssigkeit abströmen kann, ohne einen für die Öffnung des Gaswechselventils ausreichenden Druck aufzubauen, und daß der Druckflüssigkeitsraum durch ein Rückschlagventil aus einem Druckbehälter mit Flüssigkeit wieder befüllt wird, wenn der Pumpenstempel in die Nullage zurückgeholt wird.2. Drive according to claim 1, characterized in that the force introduced by the camshaft via a pump ram onto the hydraulic fluid and from this onto a working piston connected to the gas exchange valve stem is transmitted that the pressure fluid space through a switching valve can be opened through which the liquid displaced by the pump plunger can flow out, without building up sufficient pressure to open the gas exchange valve, and that the pressure fluid space is refilled with liquid from a pressure vessel through a check valve when the Pump plunger is brought back into the zero position. 3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenstempel bei geöffnetem Schaltventil durch eine Feder kraftschlüssig mit der Nockenwelle zurückgeholt wird.3. Drive according to claim 1 and 2, characterized in that the pump ram through when the switching valve is open a spring is brought back frictionally with the camshaft. 4. Antrieb nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schaltventil ein Druckhalteventil angebracht ist, dessen Druck so eingestellt ist, daß bei4. Drive according to claims 1-3, characterized in that a pressure holding valve is attached after the switching valve whose pressure is set so that at 809808/0126809808/0126 Öffnen des Schaltventils der Druckabfall nicht schlagartig erfolgt und das Gaswechselventil nicht geöffnet wird, andererseits ein zu starker Druckabfall verhindert wird.When the switching valve opens, the pressure drop does not occur suddenly and the gas exchange valve is not opened, on the other hand an excessive pressure drop is prevented. 5. Antrieb nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß im Pumpenzylinder Öffnungen so angebracht sind, daß der Pumpenstempel in Nullage diese gerade freigibt, so daß der Druckflüssigkeitsraum dadurch entlüftet wird, während der Nockengrundkreis durchfahren wird.5. Drive according to claim 1-4, characterized in that openings are attached in the pump cylinder so that the Pump plunger in the zero position just releases it, so that the hydraulic fluid space is thereby vented while the cam base circle is passed through. 6. Antrieb nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß den Öffnungen am Umfang des Pumpenzylinders ein Druckhalteventil nachgeschaltet ist.6. Drive according to claim 1-5, characterized in that the openings on the circumference of the pump cylinder have a pressure holding valve is downstream. 7. Antrieb nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben mit einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung ausgestattet ist.7. Drive according to claim 1-6, characterized in that the working piston with a hydraulic damping device Is provided. 8. Antrieb nach Anspruch 1 -7, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftübertragenden Druckflüssigkeitsräume mehrerer Gaswechselventile durch ein einziges Schaltventil gesteuert werden.8. Drive according to claim 1 -7, characterized in that the force-transmitting pressure fluid chambers of several Gas exchange valves can be controlled by a single switching valve. 9. Antrieb nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzeitpunkt durch geeignete Steuerung an den Beginn der Grundkreisphase des Nockentriebes gelegt ist.9. Drive according to claim 1-8, characterized in that the switching time by suitable control to the Beginning of the base circle phase of the cam drive is placed. 10. Antrieb nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckflüssigkeit Öl verwendet wird, welches dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen wird.10. Drive according to claim 1-9, characterized in that oil is used as the hydraulic fluid, which corresponds to the Lubricating oil circuit is taken from the internal combustion engine. 11. Antrieb nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stillegung und Wiederinbetriebnahme eines oder mehrerer Zylinder abhängig von der Fahrhebelstellung erfolgt.11. Drive according to claim 1 - 10, characterized in that the shutdown and recommissioning of one or several cylinders depending on the driving lever position he follows. 8098Ö.8/012Ö8098Ö.8 / 012Ö (JEU.pl. -Ing.D.Gwinner) (Dipl. -Ing.H.Lanz)(JEU.pl. -Ing.D.Gwinner) (Dipl. -Ing.H.Lanz)
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