DE3008499A1

DE3008499A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE3008499A1
Application number: DE19803008499
Authority: DE
Inventors: Kyugo Hamai; Ryuzaburo Maruyama; Yasuhiko Nakagawa; Meroji Nakai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1980-09-18
Also published as: GB2043773A; FR2451121A1; US4354136A; FR2451121B1; GB2043773B

Description

- 4 Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Genauer gesagt/ bezieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung im Aufbau einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, welche dem Typ nach einen Plasmagas-Strom/ der durch Erzeugung eines Funkens zwischen einer inneren Elektrode und einer äußeren Elektrode verursacht wurde, in einen Verbrennungsraum abstrahlt/ um ein Luft-Treibstoffgemisch hierin zu zünden.

Um den Wirkungsgrad bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere dem Benzinmotor, zu fördern, ist es in erster Linie erforderlich, eine wirksame Zündleistung sicherzustellen.

Andererseits ist der Umstand dazwischengetreten, daß eine strenge Vorschrift auf den Kraftfahrzeugmotor für schädliche Substanzen auferlegt wurde, welche im Auspuffgas enthalten sind. Dann nämlich, falls man ein System zum Verbrennen eines dünnen Luft-Treibstoffgemischs oder ein Abgasrückführungssystem verwendet, hängt der Umstand, wie man die erforderliche Leistung erhält, davon ab, wie wirksam man das eingeleitete Gemisch zündet, das ein wenig Treibstoff oder eine Menge Auspuffgas enthält.

Unter diesen Umständen wurden verschiedenartige. Versuche vorgenommen, um den Zündungswirkungsgrad zu steigern.

Als ein Beispiel derartiger Versuche wurde eine Zündkerze vorgeschlagen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

Bei einer Zündkerze 1, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine längliche Elektrode 2 an der Mitte eines

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Zündkerzenkörpers eingelassen. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine andere/ zylindrische Elektrode, welche einen Teil des Zündkerzenkörpers bildet, und zwar derart, daß sie die längliche Elektrode 2 umgibt. Ein Isolator 4 wie etwa keramisches Material oder dergl. ist im Zündkerzenkörper derart vorgesehen, daß er die längliche Elektrode 2 abstützt und einen schmalen Hohlraum 5 an seinem Endabschnitt bildet. Der Hohlraum steht mit einem Verbrennungsraum in Verbindung, und zwar über eine Öffnung 6, die in der geschlossenen Endwand der zylindrischen Elektrode 3 gebildet ist.

Bei dieser Zündkerze 1 wird ein Funken zwischen der länglichen Elektrode 2 und der zylindrischen Elektrode 3 erzeugt, wobei ein Plasmagas mit hoher Temperatur und Energie im kleinen Hohlraum 5 erzeugt wird. Das derart im Hohlraum 5 verursachte Plasmagas wird hiervon strahlartig in den Verbrennungsraum ausgeblasen", wenn: der Druck im Hohlraum 5 infolge der Wärmeexpansion des Plasmagases hoch wird. Der ausströmende Plasmagasstrom mit hoher Temperatur und Energie führt viele Flammenkerne im Luft-Treibstoffgemisch im Verbrennungsraum herbei, wobei er die störungsfreie Zündung sichert.

Bei dieser Zündkerze 1 liecft allerdings dahingehend ein Fehler vor, daß Treibstoff, Kohlenstoff, Motoröl und dergl. an der Innenwand des Hohlraums 5 anhaftet, weil die Innenwand der zylindrischen Elektrode 3 und des Isoliermaterials 4, welches die Wand des Hohlraums 5 bildet, miteinander in Berührung stehen, und demzufolge wird kein Funken im Hohlraum 5 erzeugt und es findet ein Zündaussetzer statt.

Zusätzlich liegt ein anderer Fehler darin, daß die Kraft zum Ausblasen des Plasmagases aus dem Hohlraum in den Verbrennungsraum nicht besonders stark ist,

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weil das Plasmagas lediglich durch die Wirkung infolge der Wärmeexpansion des Plasmagases im Hohlraum 5 ausgeblasen wird.

Angesichts des Obenstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges vorzusehen, welche Zündaussetzer vermeidet, indem man das verbrannte Gas im Verbrennungsraum in die Zündkerze einleitet, um die Wand des Hohlraums aufzuwärmen, in welchem das Plasmagas erzeugt wird.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges vorzusehen, welche die Blaswirkung des Plasmagases durch die Wirkung der elektromagnetischen Kraft erhöht, die durch die Entladung von elektrischem Strom zwischen der inneren Elektrode und der äußeren Elektrode induziert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, welche dem Typ nach ein Plasmagas erzeugt und dieses in einen Verbrennungsraum ausbläst, wobei ein Spalt zwischen einer Isoliereinrichtung und einer zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet ist,

mindestens eine öffnung in der verschlossenen Endwand der zylindrischen Elektrqdeneinrichtung gebildet ist, um das verbrannte Gas im Verbrennungsraum in den Spalt zwischen der Isoliereinrichtung und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung einzuleiten und wobei die Wand des Hohlraums aufgewärmt wird und ein Aussetzer bei der Zündung vermieden wird.

Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor geoffenbart/ welche eine längliche Elektrodeneinrichtung umfaßt,

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die an der Mitte eines Zündkerzenkörpers eingelassen ist, eine andere zylindrische Elektrodeneinrichtung, welche die Elektrodeneinrichtung umgibt, sowie eine Isolatoreinrichtung\ welche zwischen der länglichen und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung vorgesehen ist und einen kleinen Hohlraum bildet,- der in Verbindung mit einem Verbrennungsraum steht. Ein Plasmagas wird im Hohlraum infolge der Erzeugung eines Funkens zwischen der länglichen und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung erzeugt und wird in den Verbrennungsraum ausgeblasen, um das Luft-Treibstoffgemisch hierin zu zünden. Ein Spalt, in welchen das verbrannte Gas eingeleitet wird, ist zwischen der Isolatoreinrichtung und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet, um die Wand des Hohlraumes aufzuwärmen und Aussetzer bei der Zündung zu vermeiden.

Die Merkmale und Vorzüge einer erfindungsgemäßen Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges werden aus der nachfolgenden Beschreibung noch näher ersichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung gebracht wird, in welcher:

Fig. 1 eine Seitenansicht ist, in welcher teilweise im Querschnitt eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik gezeigt- ist,

Fig. 2 eine teilweise geschnitten gezeigte

Seitenansicht einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 3 eine untere Draufsicht auf Fig. 2 ist, Fig. 4 eine untere Draufsicht auf ein anderes

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Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 5 eine untere Draufsicht auf ein noch anderes Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 6 eine untere Draufsicht eines noch anderen Ausführungsbeispiels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 7 eine Seitenansicht, welche teilweise geschnitten gezeigt ist, einer Zündkerze eines noch anderen Ausführungsbeispiels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 8 eine untere Draufsicht der Fig. 7 ist,

Fig. 9 eine Seitenansicht einer Zündkerze eines noch anderen Ausführungsbeispiels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, — ——

Fig. 10' eine'untere Draufsicht auf Fig. 9 ist,

Fig. 11 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Zündkerze eines noch anderen Ausführungsbeispiels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 12 eine untere Draufsicht auf Fig. 11 ist,

Fig. 13 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Zündkerze eines noch anderen Ausführungsbeispiels in.Übereinstimmung • ■ mit der vorliegenden·Erfindung ist,

Fig. 14 eine untere Draufsicht auf Fig. 13 ist,

Fig. 15 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Zündkerze eines noch anderen Ausführungsbeispiels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.

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In allen Zeichnungen bezeichnet dasselbe Bezugszeichen dasselbe oder ein entsprechendes Element.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 15 ,beschrieben.

In der in Fig. 2 gezeigten Zündkerze 1 ist ein Ringspalt 7, der zum Verbrennungsraum hin erweitert ist, zwischen dem Isolator 4 und der zylindrischen Elektrode 3 gebildet. Nuten 8/8, durch welche der Spalt 7 mit dem Verbrennungsraum in Verbindung steht, sind in der Innenwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 gebildet. Die Außenoberfläche der zylindrischen Elektrode 3 ist derart mit einem Gewinde versehen, daß die Endfläche 9a der Endwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 bündig mit der Innenwand des Verbrennungsraums abschließen kann, falls die Zündkerze 1 eingebaut ist. Aufbau und" Punkt ion"mTE Ausnahme der nun erwähnten sind identisch mit jenen, die unter Bezugnahme auf die in Fig. 1 gezeigte Zündkerze erwähnt sind, und deshalb wird deren Erläuterung hier weggelassen.

In der Zündkerze 1 in Fig. 2_r welche, wie oben erwähnt, ausgebildet ist, wird das verbrannte Gas im Verbrennungsraum wirksam in den Ringspalt 7 über die Nuten 8,8 eingeleitet, wobei der Wandabschnitt des Hohlraums 5, in-welchem das Plasmagas erzeugt wird, aufgewärmt wird. Demzufolge haften Treibstoff, Kohlenstoff, Motoröl und dergl. nicht an der Innenwand des Hohlraums an, und somit ist das Auftreten eines Zündaussetzers wirksam verhindert.

Bei den in Fig. 4 bis Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Fläche der Nuten 8,8, welche in der Endwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 gebildet sind, erhöht, um das Einleiten von verbranntem Gas aus dem

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Verbrennungsraum in den Ringspalt 7 zu erleichtern. Zusätzlich ist der Innendurchmesser des Hohlraums 5 gleich jenem der Öffnung 6 ausgebildet, über welche das Plasmagas im Hohlraum 5 in den Verbrennungsraum in den in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen ausgeblasen wird.

Bei dem in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel steht die Endwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 um eine Länge I₁ von der Innenwand des Verbrennungsraums ausgehend in den Verbrennungsraum hinein. Hierdurch wird das Einleiten des verbrannten Gases aus dem Verbrennungsraum in den Ringspalt 7 wirksamer.

Bei dem in Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der ringförmige Spalt 7 in Längsrichtung verlängert/ verglichen mit dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel/ um im Querschnitt eine Keilform zu liefern"; ~~ und die Endwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 ragt um eine Länge 1„ von der Innenwand des Verbrennungsraums aus in den Verbrennungsraum hinein. Hierdurch umgibt das verbrannte Gas, das in den Ringspalt 7 eingeleitet wird/ die Wand des Hohlraums 5 noch wirksamer.

Bei dem in Fig. 11 und Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die längliche Elektrode 2 bis zur Endfläche 9a der Endwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 verlängert, und eine ringförmige öffnung 6 um den Endabschnitt der länglichen Elektrode ist in der Endwand 9 gebildet.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Zündstrom mit hoher Energie zwischen der Endwand 9 der zylindrischen Elektrode 3 und der länglichen Elektrode 2 über die ringförmige Öffnung 6 strömt, die in der Endwand 9 ausgebildet ist, dann wirkt eine starke

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elektromagnetische Kraft, welche gegen den Verbrennungsraum gerichtet ist₇ und gleichzeitig wird eine hinlängliche Menge an Plasmagas im Hohlraum 5 infolge des Vorliegens von Luft-Treibstoffgemisch hierin erzeugt.

Die starke elektromagnetische Kraft, welche in der Richtung zum Verbrennungsraum hin wirksam ist, beschleunigt den Strom von Plasmagas, welcher durch die ringförmige öffnung 6 infolge der Zunahme des Drucks im Hohlraum 5 als Ergebnis der Wärmeexpansion im Hohlraum 5 ausgeblasen wird. Somit wirken die elektromagnetische Kraft, welche durch die Entladung eines elektrischen Stroms zwischen beiden Elektroden induziert wird, und die Zunahme des Drucks im Hohlraum 5 infolge der Wärmeexpansion in einer einander vervielfältigenden Weise, wobei kräftige Flammenkerne im Luft-Treibstoffgemisch im Verbrennungsraum gebildet werden, um eine zuverlässige Zündung zu sichern. " "

Zusätzlich liegt ein andere Vorzug bei diesem Äusführungsbeispiel dahingehend vor, daß die Zündlage stabil ist, weil die öffnung 6, durch welche das Plasmagas aus dem Hohlraum 5 zum Verbrennungsraum hin ausgeblasen wird, rund um den Endabschnitt der länglichen Elektrode 2 derart gebildet ist, daß es eine enge, ringförmige Ausbildung aufweist.

Bei dem in Fig. 13 und Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel, welches die Verbesserung*des in Fig. 11 und Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiels ist, ist der Endabschnitt der länglichen Elektrode 2 konisch geformt und der äußere Umfang der öffnung 6 ist derart geformt, daß er parallel zur konischen Ausbildung des Endabschnitts der länglichen Elektrode 2 liegt. Hierdurch wurde sichergestellt, daß die elektromagnetische Kraft, die durch die Entladung des elektrischen Stromes zwischen beiden Elektroden induziert wird, erhöht wird,

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um noch wirksamer die Strömung des Plasmagases zu beschleunigen.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Ausführungsbeispielen ist beispielsweise auch ein Aufbau möglich, wie er in Fig. 15 gezeigt ist, ohne daß man den Bereich der vorliegenden Erfindung verläßt.

Bei den oben erwähnten Zündkerzen kann infolge der hohen Energieentladung zum Zeitpunkt/ wenn das Plasmagas erzeugt und ausgeblasen wird, eine Wellenstörung bzw. ein Wellengeräusch (wave noise) auftreten. Deshalb ist es erwünscht, daß ein geeignetes Abschirmteil an der Zündkerze angebracht ist, um die Abstrahlung einer derartigen Wellenstörung zu unterdrücken .

Wie aus der vorangehenden Beschreibung deutlich wird-,

ist eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die dem Typ nach ein Plasmagas erzeugen soll und dieses in einen Verbrennungsraum einblasen soll, derart ausgebildet,daß ein Spalt zwischen der Isoliereinrichtung und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet ist und mindestens eine Öffnung in der geschlossenen Endwand der zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet ist. Dementsprechend wird verbranntes Gas im Verbrennungsraum in den Spalt zwischen der Isoliereinrichtung und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung eingeleitet, wobei verhindert wird, daß die Wand im Hohlraum/ in welchem das Plasmagas erzeugt wird,gekühlt wird, und wobei das Auftreten eines Aussetzers bei der Zündung vermieden wird.

Ferner erstreckt sich die längliche Elektrodeneinrichtung bis zur Endfläche der geschlossenen Endwand

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der zylindrischen Elektrodeneinrichtung, und eine kleine Ringnut um den Endabschnitt der länglichen Elektrodeneinrichtung ist in der geschlossenen Endwand der zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet, wobei eine elektromagnetische Kraft, die durch die Entladung eines elektrischen Stromes zwischen beiden Elektroden induziert wird, und die Zunahme des Drucks im Hohlraum, in welchem das Plasmagas infolge der Wärmeexpansion erzeugt wird, in einer sich gegenseitig vervielfachenden Weise wirken, um den ausströmenden Plasmagasstrom zu beschleunigen.

Während die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurde, soll dies nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, welche vielmehr auch durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. "

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

OPV-ING

H. KINKELDEY 3 U U Q 4 9 3 _Wi STOCKMAlR

DRING AeEICALTECH

K. SCHUMANN

_m Dft RER NAT D(PL-PHYS

P. H. JAKOB

OPL-INa

G. BEZOLD

OR HERNAT OPL-CHEM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 14 793

5. März 1980

COMPAITY, LIMITED

2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-ski, Kanagawa-ken, Japan

Zündkerze

Ansprüche

Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer länglichen Elektrodeneinrichtung, welche an der Mitte eines Zündkerzenkörpers eingelassen ist, einer anderen zylindrischen Elektrodeneinrichtung, welche einen Teil des Zündkerzenkörpers derart bildet, daß sie die längliche Elektrodeneinrichtung umgibt, und einer Isolatoreinrichtung wie etwa einer keramischen Einrichtung oder dergl., welche im Zündkerzenkörper derart vorgesehen ist, daß sie die längliche Elektrodeneinrichtung trägt und einen kleinen Hohlraum an deren Endabschnitt bildet, der mit einem Verbrennungsraum über eine öffnung in Verbindung steht, die in der geschlossenen Endwand der zylindrischen

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TELEFON (Οββ) 32 SB 63 TELEX 00-20 380 TELEQFtAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Elektrodeneinrichtung gebildet ist, wobei ein Plasmagas in dem Hohlraum infolge der Erzeugung eines Funkens zwischen der länglichen Elektrodeneinrichtung und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung erzeugt wird und der Druck im Hohlraum infolge der Wärmeausdehnung des Plasmagases hoch wird, und wobei das Plasmagas aus der öffnung, die in der Endwand der zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet ist, in den Verbrennungsraum ausgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spalt (7) zwischen der Isolatoreinrichtung (4) und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung (2) gebildet ist und mindestens eine öffnung (8) in der geschlossenen Endwand (9) der zylindrischen Elektrodeneinrichtung (3) derart geblidet ist, daß das verbrannte Gas aus dem Verbrennungsraum in den Spalt zwischen der Isolatoreinrichtung und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung eingeleitet wird, wobei die Wand des Hohlraumes erwärmt wird und ein Aussetzer bei der Zündung vermieden wird.

2. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (7), der zwischen der Isolatoreinrichtung (4) und der zylindrischen Elektrodeneinrichtung (3) gebildet ist, sich zum Verbrennungsraum hin erweitert.

3. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (9a) der zylindrischen Elektrodeneinrichtung (3 ), welche dem Verbrennungsraum zugewandt ist, bündig mit der Innenwand des Verbrennungsraums übereinstimmt.

4. Zündkerze für einenVerbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche der zylindrischen Elektrodeneinrichtung

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(3)/ welche dem Verbrennungsraum zugewandt ist, in den Verbrennungsraum hineinragt.

5. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Elektrodeneinrichtung (2) sich bis zur Endfläche (9a) der geschlossenen Endwand (9) der zylindrischen Elektrodeneinrichtung (3) erstreckt, welche dem Verbrennungsraum zugewandt ist, und daß eine kleine Ringnut (8), durch welche der Hohlraum (5) mit dem Verbrennungsraum in Verbindung steht, rund um die längliche Elektrodeneinrichtung in der geschlossenen Endwand der zylindrischen Elektrodeneinrichtung gebildet ist.

6. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß .der Spitzenabschnitt der länglichen Elektrodeneinrichtung (2) konisch geformt ist und daß die Ringnut rund um die längliche Elektrodeneinrichtung ebenfalls derart konisch geformtist, daß sie mit der konischen Form des Spitzenabschnitts der länglichen Elektrodeneinrichtung übereinstimmt (Fig. 13).

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