DE3100464A1

DE3100464A1 - Plasmastrahlzuendvorrichtung

Info

Publication number: DE3100464A1
Application number: DE19813100464
Authority: DE
Inventors: Ezoe Yokosuka Mitsuhiko
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-01-11
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1981-12-24
Also published as: US4369756A; GB8318060D0; GB2125481A; GB2069044A; DE3100464C2; GB2069044B; GB2125481B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Plasmastrahlzündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, die insbesondere zwei Zündenergiequellen, nämlich eine für eine Funkenzündung und eine weitere für eine Plasmastrahlzündung, sowie eine Plasmastrahlzündkerze aufweist, an der Zündenergie von den beiden Energiequellen liegt und die eine Plasmastrahlzündung sowie eine Funkenzündung bewirkt.

Eine Plasmastrahlzündkerze für eine Plasmastrahlzündvorrichtung weist zwei Elektroden, die dazwischen ein Zündspalt bilden, sowie einen Isolierkörper auf, der den Zündspalt umgibt, so dass sich ein Entladungshohlraum mit kleinem Volumen ergibt,wobei die Zündenergie von zwei Energiequellen kommt. Eine Funkenentladung im Zündspalt der Zündkerze erfolgt durch das Anlegen von Zündenergie von der ersten Energiequelle an die Zündkerze, woraufhin die zweite Energiequelle Zündenergie der Zündkerze liefert, um die Funkenentladung aufrechtzuerhalten, so dass dadurch im Entladungshohlraum ein Plasmagas mit hoher Energie gebildet wird, das durch eine Strahlöffnung des Entladehohlraumes ausgestossen v/ird, um das verbrennbare Gemisch zu zünden.

Es ist bekannt, dass eine Plasmastrahlzündung eine vollständige und stabile Verbrennung des verbrennbaren Gemisches in der Brennkammer der Maschine liefert, was eine geringere Abgabe von Schadstoffen der Maschine und eine bessere Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauches zur Folge hat. Eine Plasmastrahlzündvorrichtung sorgt somit für eine zufriedenstellende Arbeit der Maschine mit einer zuverlässigen Zündung und einer stabilen Verbrennung, selbst bei einer niedrigen Maschinenlast und bei einem armen Kraftstoff/Luftgemisch, während sonst bei diesen Verhältnissen eine

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schlechte Zündung und Fehlzündungen oftmals auftreten. Eine Plasmastrahlzündvorrichtung kann darüberhinaus eine kalte Maschine sehr leistungsfähig anlassen, obwohl die Kraftstoffverdampfung so langsam erfolgt, dass der Maschine nur ein armes Gemisch geliefert wird.

Eine derartige Plasmastrahlzündvorrichtung benötigt jedoch eine sehr hohe Zündenergie, wobei die Plasmastrahlzündkerze sehr hohe Umgebungstemperaturen aushalten muss. Eine andauernde Hochenergiezündung,insbesondere bei hoher Maschinenlast oder bei hoher Maschinendrehzahl, führt zu einer schnellen Erosion der Elektroden der Plasmastrahlzündkerze und stellt eine so grosse elektrische Last für die Batterie und eine Ladevorrichtung dar, dass eine Batterie und eine Lichtmaschine grosser Kapazität erforderlich sind.

Es ist bereits eine Plasmastrahlzündvorrichtung vorgeschlagen worden, die so ausgebildet ist, dass die Zündenergie bei hoher Last oder hoher Drehzahl niedriger ist, bei der eine annehmbare Verbrennung leicht ohne eine Plasmastrahlzündung erzielbar ist. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch weiterhin in verschiedener Hinsicht unzufriedenstellend. Beispielsweise führt eine derartige Vorrichtung eine Plasmastrahlzündung beim Anlassen der Maschine durch, so dass eine Plasmastrahlzündung zusammen mit dem Anlassen der Maschine eine grosse elektrische Last an die Batterie legt. Weiterhin arbeitet diese Vorrichtung in derselben Weise, gleichgültig ob die Maschine warm oder kalt ist. Diese Vorrichtung kann daher nicht die geeignete Menge an Zündenergie nach Massgabe der Maschinentemperatur liefern. Eine unzureichende Zündenergie während des Kaltstartes bewirkt beispielsweise ein mangelhaftes Anlassen und verlängert die Warmlaufzeit, was zu einer höheren abgezogenen Zündenergiemenge führt.

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Durch die Erfindung soll daher eine Plasmastrahlzundvorrichtung geschaffen werden, die die Zündenergie genau steuert, um einen nicht notwendigen Zündenergieverbrauch zu verhindern und die Wirkung der Plasmastrahlzündung zu fördern.

Durch die Erfindung soll insbesondere eine Plasmastrahlzundvorrichtung geschaffen werden, die die Plasmastrahlzündung unterbricht, während nur die Funkenzündung bleibt, oder die die Zündenergie begrenzt, wenn das Anlassen der Maschine für ein längeres Zeitintervall fortgesetzt wird, um die Akkumulatorbatterie von einer überbelastung zu befreien.

Durch die erfindungsgemässe Plasmastrahlzundvorrichtung soll weiterhin eine geeignete Zündenergiemenge geliefert werden, die zur Maschinentemperatur passt.

Erfindungsgemäss wird während des Anlassens der Maschine die Plasmastrahlzündung nur für ein begrenztes Zeitintervall fortgesetzt und erfolgt danach die Zündung der Maschine nur über eine Funkenzündung. Wenn weiterhin das Anlassen mehrmals innerhalb kurzer Zeit wiederholt wird, wird die Dauer der Plasmastrahlzündung während des Anlassens allmählich vermindert. Die Plasmastrahlzündenergie wird entsprechend der Anzahl der Wiederholungen des Anlassens der Maschine und nach Massgabe der Maschinentemperatur gesteuert. Die Plasmastrahlzündenergie wird schliesslich während Übergangszeiten, beispielsweise während einer Beschleunigung, geändert.

Dazu weist die erfindungsgemässe Plasmastrahlzundvorrichtung eine Plasmastrahlzündkerze mit einer positiven und einer negativen Elektrode, die dazwischen einen Zündspalt bilden, und mit einem Isolierkörper, der den Zündspalt umgibt, so dass ein Entladehohlraum mit einer Strahlöffnung zum Ausstossen eines Plasmagases gebildet ist, das im Entladehohlraum gebildet wird, eine erste Zündquelle zum Liefern von elektrischer

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Energie zur Zündkerze, um eine Funkenzündung zu bewirken, eine zweite Zündenergiequelle zum Liefern von elektrischer Energie zur Zündkerze, um eine Plasmastrahlzündung zusätzlich zur Funkenzündung zu liefern, und eine Energiebeschränkungsschaltung auf, die das Anlassen der Maschine wahrnimmt und die Energiezufuhr von der zweiten Zündenergiequelle zur Zündkerze während des Anlassens der Maschine beschränkt, um dadurch den Energieverbrauch beim Anlassen herabzusetzen. Die Energiebeschränkungsschaltung kann so ausgebildet sein, dass sie eine Plasmastrahlzündung während des Anlassens nur für ein bestimmtes Zeitintervall durchführt und die Plasmastrahlzündung durch eine Unterbrechung des Anschlusses der zweiten Zündenergiequelle beendet, wenn das Anlassen nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalles fortgesetzt wird. Wahlweise weist die Plasmastrahlzündvorrichtung einen Temperatursensor, der die Temperatur der Maschine wahrnimmt, um ein Temperatursignal zu erzeugen, und eine Energiesteuerschaltung auf, an der das Temperatursignal vom Temperatursensor liegt und die die Energiezufuhr von der zweiten Zündenergiequelle vermindert,wenn die wahrgenommene Temperatur ansteigt.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Plasmastrahlzündvorrichtung,

Fig. 2 zeigt das schematische Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Teils der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung im einzelnen.

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Fig. 4 zeigt das schematische Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 5 zeigt das schematische Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Kennkurven zwischen der Zündenergie pro Zündung und der Drehzahl der Maschine.

Fig. 7 zeigt das schematische Schaltbild eines Teils eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm Signalwellenformen zur Darstellung der Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 9 zeigt das schematische Schaltbild eines Teils eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 10 zeigt das schematische Schaltbild eines Teils eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Anhand von Fig. 1 wird im folgenden eine herkömmliche Plasmastrahlzündvorrichtung beschrieben. Eine Plasmastrahlzündkerze 1 weist eine zentrale Elektrode 2 und eine Seitenelektrode 3 auf, die dazwischen einen Zündspalt bilden. Der Zündspalt ist von einem Isolierelement 5 aus einem keramischen Material oder einem anderen isolierenden Material umgeben, so dass ein Entladehohlraum 6 mit einem kleinen Volumen gebildet ist. Die Plasmastrahlzündkerze wird mit Zündenergie von zwei Energiequellenschaltungen, nämlich einer ersten Energiequellen-

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schaltung 11 für eine Funkenzündung und einer zweiten Energiequellenschaltung 12 für eine Plasmastrahlzündung versorgt. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Zündkerze,die nur eine Funkenentladung pro Zündung der Maschine liefert, zündet und verbrennt die Plasmastrahlzündkerze ein Kraftstoff/Luftgemisch dadurch, dass ein Plasmagas durch eine Strahlöffnung 8 ausgestossen wird, das im Entladehohlraum während einer Funkenentladung gebildet wird. Zuerst liegt eine Hochspannung von beispielsweise 10 bis 20 kV an der Plasmastrahlzündkerze, die die Isolation im Entladehohlraum durchbricht und eine Funkenentladung bewirkt. Danach liegt eine relativ niedrige Spannung von beispielsweise -3000 V an der Zündkerze, um eine Funkenentladung aufrechtzuerhalten, wodurch ein Plasmagas erzeugt wird. Das erzeugte Gas hoher Energie und hoher Temperatur im Entladehohlraum wird durch die Strahlöffnung mit Hilfe seiner thermischen Expansion ausgestossen und zündet das verbrennbare Gemisch. Die Plasmastrahlzündvorrichtung liefert daher eine zuverlässige Zündung und eine stabile Verbrennung, selbst bei niedriger Maschinenlast, bei der sonst leicht eine Fehlzündung auftritt.

Eine derartige Plasmastrahlzündvorrichtung benötigt jedoch eine sehr hohe Zündenergie, wobei die Plasmastrahlzündkerze eine sehr hohe Temperatur aushalten muss, wie es oben bereits erwähnt wurde. Insbesondere bei einer hohen Maschinenlast, bei der die Verbrennungstemperatur selbst sehr hoch ist, tritt ein schneller Verschleiss der zentralen Elektrode der Plasmastrahlzündkerze auf, wobei die Zündkerze in einigen Fällen sogar teilweise schmilzt. Eine Hochenergiezündung bei hoher Drehzahl der Maschine übt weiterhin eine sehr hohe elektrische Last auf die Akkumulatorbatterie und die Lichtmaschine aus.

In Hinblick darauf ist bereits eine Plasmastrahlzündvorrichtung vorgeschlagen worden, die so ausgebildet ist, dass die Zündenergie bei hoher Last oder hoher Drehzahl herabgesetzt

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wird, bei der die Zündbarkeit der Maschine im allgemeinen ausreichend ist und eine stabile Verbrennuncr leicht erzielt werden kann. Eine Plasmastrahlzündvorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist beispielsweise so ausgebildet, dass sie die Plasmastrahlzündung bei einer hohen Maschinenlast unterbricht. In Fig. 1 ist die erste Energiequellenschaltung 11 für eine Funkenzündung die gleiche wie eine Energiequellenschaltung bei einer herkömmlichen Zündkerze. D.h., dass die erste Energiequellenschaltung eine Batterie 14, eine Zündspule 15 mit zwei Wicklungen, nämlich einer Primärwicklung 16 und einer Sekundärwicklung 17, und Kontaktpunkten 19 umfasst, die so angeordnet sind, dass sie auf die Umdrehung der Kurbelwelle ansprechend öffnen und schliessen. Bei einer derartigen Anordnung liefert die primäre Energiequellenschaltung 11 eine hohe impulsförmige Spannung entsprechend der Bewegung der Kontaktpunkte.Andererseits umfasst die zweite Energiequellenschaltung 12 für eine Plasmastrahlzündung eine Hochspannungsversorgung 21, einen Kondensator

23 zum Speichern der PlasmastrahlzündenergiLe, ein Relais

24 und dessen Kontakte 25, um die Verbindung zwischen der Hochspannungsversorgung 21 und dem Kondensator 23 herzustellen und zu unterbrechen, und eine Spule 27 zur Wellenformung des Stromes, der der Plasmastrahlzündkerze geliefert wird.

Die Plasmastrahlzündvorrichtung umfasst weiterhin eine Steuerschaltung 30, die ein Befehlssignal erzeugt, um dem Relais 24 zu befehlen, eine Plasmastrahlzündung in Abhängigkeit von der Last der Maschine 31 an- oder abzuschalten. Bei niedriger Last der Maschine erzeugt die Steuerschaltung 30 das Befehlssignal mit hohem Pegel, um das Relais 24 zu erregen und dadurch die Kontakte zu schliessen, so dass Plasmastrahlzündenergie der Plasmastrahlzündkerze geliefert wird. Bei hoher Last erzeugt die Steuerschaltung 3 0 ein Befehlssignal mit niedrigem Pegel, um das Relais 24 zu entregen, so dass die Kontakte öffnen und keine Plasmastrahlzündenergie der Zündkerze geliefert wird. Dioden 32, 33 sind jeweils für die

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primäre und die sekundäre Energiequellenschaltung vorgesehen, um den Strom in die umgekehrte Richtung zu blockieren.

Eine derartige Plasmastrahlzündvorrichtung arbeitet jedoch weiterhin unzufriedenstellend. Bei einer derartigen Vorrichtung erfolgt zusätzlich zu einer Funkenzündung eine Plasmastrahlzündung während des Anlassens der Maschine. Wenn das Anlassen der Maschine wiederholt wird, liegt daher eine grosse elektrische Last durch eine Plasmaentladung zusätzlich zu einer grossen Last durch das Anlassen der Maschine an der Akkumulatorbatterie, was zu einer Überlastung der Batterie führt.

In Hinblick darauf wird im folgenden anhand der Fig. 2 und ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben. In Fig. 2 weist ein Zündschalter 41 der Maschine eine Startstellung zum Betätigen eines Anlassermotors 42 , eine Einschaltstellung, um die Maschine in Betrieb zu halten, und eine Ausschaltstellung zum Abstellen der Maschine auf. Es ist eine Anlassdetektorschaltung 4 3 vorgesehen, die die Startstellung des Zündschalters 41 wahrnimmt, wobei diese Schaltung in der in Fig. 3 dargestellten Weise einen Transistor Q, eine Konstantspannungsdiode oder Z-Diode ZD und Widerstände R1 bis R4 umfasst. Die Anlassdetektorschaltung 43 erzeugt ein Signal mit niedrigem Pegel, d.h. mit dem logischen Wert O, wenn der Zündschalter sich in der Startstellung befindet, während sie normalerweise ein Signal mit hohem Pegel, d.h. mit dem logischen Wert 1 erzeugt. Es sind weiterhin eine Zeitgeberschaltung 46, ein UND-Glied 48 und ein ODER-Glieder 49 vorgesehen. Die Zeitgeberschaltung 46 besteht beispielsweise aus einem monostabilen Multivibrator, der ein Einschaltsignal für ein bestimmtes Zeitintervall von dem Zeitpunkt aus erzeugt, an dem das Ausgangssignal der Anlassdetektorschaltung vom logischen Wert 1 auf den logischen Wert 0 gefallen ist. Das UND-Glied 48 liefert ein Signal mit dem logischen Wert 1 an einen Eingang des ODER-Gliedes, wenn die Ausgangssignale

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der Anlassdetektorschaltung 43 und der Steuerschaltung 30 beide den logischen Wert 1 haben. Das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 46 liegt am anderen Eingang des ODER-Gliedes 49, dessen Ausgang mit dem Relais 24 verbunden ist.

Wenn bei einer derartigen Ausbildung ein Fahrer den Zündschalter 41 in die Startstellung dreht, um den Anlassermotor 42 über ein nicht dargestelltes Relais zu betätigen, nimmt die Anlassdetektorschaltung 4 3 das Anlassen der Maschine wahr, so dass die Schaltung 43 dementsprechend ihr Ausgangssignal vom logischen Wert 1 auf den logischen Wert 0 ändert. Die Zeitgeberschaltung 46 wird durch diesen Abfall des Ausgangssignales der Anlassdetektorschaltung ausgelöst, so dass die Schaltung 46 ein Einschaltsignal während eines bestimmten Zeitinterva]les T von beispielsweise 2 Sekunden erzeugt. Dieses Einschaltsignal liegt am ODER-Glied 49, das seinerseits das Relais 24 für T Sekunden vom Beginn des Anlassens der Maschine erregt, so dass für dieses Zeitintervall eine Plasmastrahlzündung möglich ist. Wenn das Ausgangssignal der Anlassdetektorschaltung 43 den logischen Wert 0 hat, hat auch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 48 den logischen Wert 0, selbst wenn die Steuerschaltung 3 0 ein Signal mit dem logischen Wert 1 an das UND-Glied legt. Am Ende des Zeitintervalls der Zeitgeberschaltung wird daher das Relais 24 entregt, so dass das Relais 24 die Zuführung von Plasmastrahlzündenergie danach unterbricht. Während die Haschine mit einer anderen Zündschlüsselstellung als dor Startstellung läuft, hat das Ausgangssignal der Anlassdetektorschaltung 43 den logischen Wert 1 , so dass die Steuerschaltung 30 ihr Ausgangssignal über das UND-Glied 48 und das ODER-Glied 49 an das Relais 24 legt und eine normale Steuerung der Plasmastrahlzündung durchführt.

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Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann daher einen unnötigen Energieverbrauch vermeiden, der bei einer Wiederholung des Anlassens hervorgerufen wird, die Zündbarkeit verbessern und die Anlasszeit verkürzen.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das so ausgebildet ist, dass die Zeitkonstante der Zeitgeberschaltung 46 nach Massgabe der Anzahl der Wiederholungen des Anlassens der Maschine innerhalb einer begrenzten Zeit herabgesetzt wird. Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung liegt beispielsweise das Ausgangssignal der Anlassdetektorschaltung 43 an der Steuerschuiltung 30, wobei durch einen Zähler gezählt wird, wie oft dieses Signal vom logischen Viert 1 auf den logischen Wert 0 fäLlt. Die ZählerzahL Liegt an einem Digital/Analogwandler, um eine Gleichspannung zu erzeugen, die proportional zur Zählerzahl ist. Die Zeitgeberschaltung 46 ist so ausgebildet, dass sie diese Gleichspannung empfängt und die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators nach Massgabe der Gleichspannung herabsetzt. Die Zählerzahl wird beispielsweise dann rückgesetzt, wenn der Zündschalter in die Ausschaltstellung gedreht wird.

Fig.5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Plasmastrahlzündenergiemenge während des Anlassens der Maschine gesteuert wird. Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung hat nahezu denselben Aufbau wie die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung, weist jedoch weiterhin einen zweiten Kondensator 53, der parallel zum Kondensator 23 liegt, um die Plasmastrahlzündenergie zu speichern, und ein Relais 55 sowie Kontakte 56 auf, um den Anschluss des zweiten Kondensators 53 herzustellen und zu unterbrechen. Das Relais 5f> ist so ausgebildet und angeordnet, dass es auf ein Ausgangssignal von der Steuerschaltung 30 anspricht, indem es die Kontakte 56 für ein kurzes Zeitintervall nach dem Beginn des Anlassens

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der Maschine schliesst. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen somit sowohl der Kondensator 23 als auch der zweite Kondensator 53 in der Schaltung der Hochspannungsversorgung 21 für ein kurzes Zeitintervall unmittelbar nach dem Beginn des Anlassens, wodurch eine wirksame Zündung bewirkt wird. Bei einer derartigen Anordnung springt die Maschine unmittelbar in den meisten Fällen an, so dass das Anlasszeitintervall sehr kurz ist, und gegebenenfalls der Verbrauch der Batterie vermindert wird. Bei der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung kann der zweite Kondensator 53 entsprechend der gezählten Anzahl der Wiederholungen des Anlassens angeschlossen und abgetrennt werden, um die Zündenergiemenge so zu steuern, dass sie zur Charakteristik des Anlassens der Maschine passt. Beispielsweise wird die Plasmastrahlzündenergie bis zum zweiten Anlassen durch ein öffnen der Kontakte 56 gering gehalten und beim dritten und vierten Anlassen erhöht, indem die Kontakte 56 geschlossen werden, wobei anschliessend die Plasmastrahlzündung dadurch unterbrochen wird, dass die Kontakte 25 nach dem fünften oder beim fünften Anlassen geöffnet werden.

Anhand der Fig. 6 bis 8 wird im folgenden ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wie es oben erwähnt wurde, ist bereits eine Plasmastrahlzündvorrichtung vorgeschlagen worden, die so ausgebildet ist, dass sie die Zündenergiemenge pro Zündung mit einer Zunahme der Drehzahl der Maschine herabsetzt. Eine derartige Vorrichtung steuert die Zündenergie unabhängig von der Maschinentemperatur, so dass sie die in Fig. 6 dargestellte Kennkurve a hat. Obwohl die tatsächliche Beziehung aufgrund der Ladezeit des Kondensators 23 komplizierter ist, sind die Kurven in Fig. 6 vereinfacht dargestellt. Bei einer derartigen Vorrichtung wird die Zündenergie für jede einzelne Zündung konstant gehalten, bis die Drehzahl der Maschine 240 0 U/min erreicht und wird im Bereich höherer Drehzahl über diesem Punkt die Zündenergie

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für jede einzelne Zündung umgekehrt proportional zur Drehzahl der Maschine herabgesetzt. Diese Vorrichtung arbeitet jedoch in derselben Weise,gleichgültig ob die Maschine kalt ist oder nicht, so dass sie keine geeignete Zündenergiemenge nach Massgabe der Maschinentemperatur liefert. Die Zündenergiemenge, die die Maschine braucht, hängt tatsächlich stark von der Maschinentemperatur insbesondere dann ab, wenn die Umgebungstemperatur wesentlich geringer als die Solltemperatur von etwa 80° des Maschinenkühlwassers, beispielsweise beim Anlassen oder beim Warmlaufen der Maschine ist. Eine derartige Vorrichtung kann daher keine geeignete Zündenergiemenge liefern, wobei eine nicht ausreichende Zündenergie während des Kaltstartes beispielsweise zu Fehlern beim Anlassen führt und die Warmlaufzeit verlängert, so dass sich eine höhere abgezogene Gesarntzündenergiemenge und eine Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauches ergeben.

In Hinblick darauf ist das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung so ausgebildet, dass es seine Kennkurve a, b, c in Fig. 6 mit einer Änderung der Umgebungstemperatur t,t', t" : t>t' > t" ändert. D.h., dass die Zündenergiemenge pro Zündung E,E¹,E" bei einer festen Drehzahl der Maschine umgekehrt proportional zur Umgebungstemperatur t,t',t" geändert wird.

Wie es in Fig. 7 dargestellt ist, umfasst die zweite Zündenergiequelle 12 eine Energieversorgungsschaltung 21, einen Kondensator 23, eine Spule 27 und eine Diode 33. Die Energievorsoryungsschaltunq 21 enthält einen astabilen Multivibrator 61, zwei monostabil^ MuItivibratoren (Zeitglieder) 62, 63, zwei Leistungstrans-i stören 64, 65, einen Transformator 66 und einen Gleichrichter 67. Dur astabile Multivibrator 61 erzeugt ein Impulssiqnal 0 mit einem Tastverhältnis von annähernd 50:50 und ein Impulssignal Q¹, das eine Umkehrung des Impulssignales Q ist. Jeder monostabile Multivibrator 62, 63 wird

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durch den Anstieg oder den Abfall des Impulssignales Q oder Q¹ getriggert und liefert ein Impulssignal mit einer Impulsbreite, die kleiner als die halbe Periode des astabilen Multivibrators 61 ist. Die monostabilen Multivibratoren sind so angeordnet, dass sie die Impulsbreite ihrer Ausgangssignale dadurch ändern, dass ein äusserer Widerstand geändert wird, der zwischen einer äusseren Anschlussklemme und der Masseklemme liegt. Die Leistungstransistoren 64, 65 sind in Gegentaktanordnung geschaltet und werden jeweils von Ausgangssignalen der monostabilen Multivibratoren angesteuert, so dass sie elektrische Energie der Primärseite des Transformators 66 liefern. Die Transistoren 62, 63 haben eine genügende Kapazität, um genügende elektrische Energie dem Transformator für eine PlasmaStrahlzündung zu liefern und einen derartigen Frequenzgang, dass ein Impulssignal mit der Frequenz des astabilen Multivibrators von beispielsweise 10 kHz an- und ausgeschaltet werden kann. Der Transformator 66 ist so ausgebildet, dass er eine Hochspannung von -3000 V an der Sekundärseite liefert und geringe. Transformatorverluste hat. Ein mittlerer Abgriff der Primärseite des Transformators 66 liegt an der positiven Klemme der Akkumulatorbatterie. Die Sekundärspannung wird durch den Gleichrichter 67 gleichgerichtet und liegt zum Aufladen am Kondensator 23. Zur Änderung der Impulsbreite der Ausgangssignale der monostabilen Multivibratoren ist zwischen den äusseren Anschlüssen der monostabilen Multivibratoren und der positiven Klemme der Batterie ein temperaturempfindliches Widerstandselement 70, beispielsweise ein Thermistor vorgesehen, dessen Widerstand umgekehrt proportional zur Kühlwassertemperatur der Maschine ist.

Fig. 8 zeigt in einem Zeitdiagramm die verschiedenen Wellenforiaen der Signale der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung auf einer gemeinsamen Zeitgrundlage. Die Ausgangssignale a

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und b der astabilen Multivibratoren 61 stellen eine Impulskette mit einer konstanten Periode und zueinander invertierter Form dar. Jeder monostabile Multivibrator 62, 63 wird durch einen Abfall seines Eingangsimpulssignales getriggert und liefert ein Ausgangsimpulssignal c, d mit einer Impulsbreite, die durch den Widerstand des Thermistors bestimmt ist. Die Ausgangssignale c und d liegen an den Transistoren 64, 65 jeweils, so dass die Ströme der Transistoren mit den Signalen c und d jeweils gleichphasig sind und die elektrische Energie zur Primärseite des Transformators 66 liefern. Das Zeitintervall dieser Ströme wird nach Massgabe des Widerstandes des Thermistors 70 geändert, der auf die Kühlwassertemperatur der Maschine anspricht. Die gesamte elektrische Energie, die der Primärseite des Transformators 66 geliefert wird, entspricht der Summe aller schraffierten Flächenbereiche unter den Signalen c und d in Fig.8. Die Sekundärspannung des Transformators 66 wird durch den Gleichrichter 67 gleichgerichtet und an den Kondensator 23 gelegt. Die in dieser Weise im Kondensator 23 gespeicherte elektrische Energie wird der PlasmastrahLziindkerze zugeführt, um eine Plasmastrahlzündung unmittelbar nach einer Funkenzündung zu bewirken. Die Kennlinie des Widerstandes des Thermistors ist von Bedeutung, da sie einen grossen Einfluss auf die Arbeit der Vorrichtung hat. Unter gewissen Umständen kann ein fester Widerstand parallel zum Thermistor in Reihe geschaltet werden oder kann der Thermistor mit irgendeinem anderen Thermistor mit einer anderen Kennlinie oder mit einem aktiven Element kombiniert werden.

Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann daher eine geeignete Zündenergiemenge selbst beim Kaltstart oder beim Warmlaufen der Maschine liefern, und sorgt immer für die gewünschte Verbrennung, so dass Fehler beim Anlassen und eine unerwünschte Verlängerung der WarmlaufzeIt vermieden werden. Die Zündenergie kann weiterhin bei normalen Betriebstemperaturen der Maschine bei dieser Vorrichtung

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herabgesetzt werden, so dass sich ein geringerer Gesamtenergieverbrauch der Batterie ergibt. Wenn diese Vorrichtung weiterhin mit einer Steuereinrichtung versehen ist, die die Zündenergiemenge nach Massgabe der Drehzahl der Maschine steuert, wird eine stabile Verbrennung selbst während einer plötzlichen Beschleunigung oder Verzögerung beibehalten.

Fig. 9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere zweite Kondensatoren 73 vorgesehen, von denen nur einer dargestellt ist und die parallel zum Kondensator 23 geschaltet sind. Bei einer derartigen Anordnung wird die Plasmastrahlzündenergie dadurch gesteuert, dass die Kapazität nach Massgabe der Maschinentemperatur geändert wird. Die Energieversorgung 21 hat genügend Energie, um alle Kondensatoren 23, 73 ... aufzuladen. Der Anschluss der Kondensatoren 73 wird durch Kontakte 76 hergestellt und unterbrochen. Eine Temperaturdetektorschaltung 80, die auf den Thermistor anspricht, entscheidet, ob die Kühlwassertemperatur der Maschine unter einem vorbestimmten Wert liegt und schaltet einen Transistor 78 durch, wenn die Kühlwassertemperatur der Maschine unter der vorbestimmten Temperatur liegt. Es ist weiterhin ein Relais 75 vorgesehen, das so angeordnet und ausgebildet ist, dass es die Kontakte 76 schliesst, um den zweiten Kondensator 73 parallel zum Kondensator 23 zu schalten, wenn der Transistor 78 durchschaltet und das Relais erregt wird. Es wird somit mehr elektrische Energie der Plasmastrahlzündkerze geliefert, wenn der zweite Kondensator 73 zugeschaltet wird. Wahlweise kann ein weiterer zweiter Kondensator zugeschaltet werden, um mehr Energie der Plasmastrahlzündkerze zu liefern, wenn die Kühlwassertemperatur der Maschine noch niedriger ist. Dazu sind eine weitere Gruppe von Kontakten, ein Relais, ein Transistor und eine Temperaturdetektorschaltung vorgesehen, die dem anderen zweiten Kondensator entsprechen. Bei diesem Ausführungs-

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beispiel ist der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht.

Fig. 10 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 weiter mit einer Einrichtung versehen ist, die die Plasmastrahlzündenergie während Übergangszeiten des Betriebes der Maschine steuert. Wie es in Fig. 10 dargestellt ist, sind ein Lichtkopplungsglied 82 aus einem Fotodetektor 83 und einer Leuchtdiode 84 und eine Differentialverstärkerschaltung 86 aus Transistoren Tr1, Tr2, einem Kondensator C1 und Widerständen R1 bis R7 vorgesehen. Ein Leerlaufschalter 88 wird während des Leerlaufes der Maschine angeschaltet und abgeschaltet, wenn das Fahrpedal herabgedrückt wird. Der Fotodetektor 83 ist in Reihe zum Thermistor geschaltet, der auf die Kühlwassertemperatur der Maschine anspricht, so dass eine Widerstandsänderung des Fotodetektors eine elektrische Wirkung auf den monostabilen Multivibrator ausübt, die äquivalent einer Widerstandsänderung des Thermistors ist. Wenn somit das Fahrpedal herabgedrückt wird, um die Maschine vom Leerlauf auf den Fahrbetrieb des Fahrzeuges zu bringen_yund der Leerlaufschalter abgeschaltet wird, beschränkt der Transistor Tr2 den Strom durch die Leuchtdiode für ein begrenztes Zeitintervall, so dass der äquivalente Widerstand des Fotodetektors erhöht wird und somit die Impulsbreite des Ausgangsimpulssignales des monostabilen Multivibrators 62 vergrössert wird. Dadurch erhöht sich die Plasmastrahlzündenergie. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel sorgt somit für die gewünschte Verbrennung selbst während der Übergangsperioden des Betriebes der Maschine, bei denen eine augenblickliche Zunahme oder Abnahme der Zündenergie erforderlich ist-

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Leerseite

Claims

PAT Z N TA M WALT E

A. GRUNBCKER

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H. KINKELDEY

Ort ING

W. STOCKMAtR

CjR -ING A«6 'C^T."*,

K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB G.BEZOLD

ΓΛ REP MAT Οϊ-._ -'>-fc·.!

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRAS^E 43

NISSAN MOTOR CO., LTD.

No. 2, Takara-cho. Kanagawa-ku

Yokohama City, Japan

Plasmastrahlzündvorrichtung

9. Januar 1981

P 15 865-dg

PATENTANSPRÜCHE

6)

Plasmastrahlzündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
eine Plasmastrahlzündkerze (1) mit einer positiven und
einer negativen Elektrode, die dazwischen einen Zündspalt bilden, und mit einem Isolierkörper, der den Zündspalt
umgibt, so dass ein Endladehohlraum mit einer Strahlöffnung zum Ausstossen eines Plasmagases gebildet ist, das im Entladehohlraum erzeugt wird, durch eine erste Zündenergie-

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TELEFON (OSO)

TELEX ΟΒ-2Θ3ΘΟ

TELEKOPIEiREH

quelle (11) zum Zuführen elektrischer Energie zur Zündkerze, um eine Funkenzündung zu bewirken, durch eine zweite Zündenergiequelle (12) zum Zuführen elektrischer Energie zur Zündkerze, um zusätzlich zur Funkenzündung eine Plasmastrahlzündung zu bewirken, und durch eine Energiebeschränkungsschaltung (43, 46 ...)/ die das Anlassen der Maschine wahrnimmt und die Energiezufuhr von der zweiten Zündenergiequelle zur Zündkerze während des Anlassens der Maschine beschränkt, um den Energieverbrauch während des Anlassens herabzusetzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Energiebeschränkungsschaltung so ausgebildet ist, dass sie eine Plasmastrahlzündung während des Anlassens nur für ein vorbestimmtes Zeitintervall durchführt und die Plasmastrahlzündung durch eine Unterbrechung des Anschlusses der zweiten Zündenergiequelle beendet, wenn das Anlassen nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitintervalls fortgesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Energiebeschränkungsschaltung eine Anlassdetektorschaltung (43), die eine Anlasstellung des Zündschalters der Maschine wahrnimmt, bei der ein Anlassermotor der Maschine betrieben wird und die ein Anlasssignal erzeugt, das ausgeschaltet ist, wenn der Zündschalter sich in der Anlasstellung befindet, während es normalerweise angeschaltet ist, eine Zeitgeberschaltung (46) , an der das Anlassignal von der Maschinenanlasschaltung liegt und die ein Zeitsignal erzeugt, das normalerweise ausgeschaltet ist und während des bestimmten Zeitintervalls von dem Zeitpunkt an angeschaltet ist, an dem sich das Anlassignal vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand geändert hat, und eine Schalteinrichtung (48, 49, ...) umfasst, an der das Anlassignal von der Maschinenanlassdetektorschaltung und das Zeitsignal von der Zeitgeberschaltung liegen, und die

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den Anschluss der zweiten Zündenergiequelle unterbricht, um die Plasmastrahlzündung zu beenden, wenn sowohl das Anlassignal als auch das Zeitgebersignal jeweils ausgeschaltet sind, während in anderen Fällen der Anschluss der zweiten Zündenergiequelle beibehalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine auf die Maschinenlast ansprechende Steuerschaltung (30), die die Maschinenlastverhältnisse wahrnimmt und ein Lastsignal erzeugt, das angeschaltet ist, wenn die Maschinenlast unter einem Sollwert liegt, und das ausgeschaltet ist, wenn die Maschinenlast über dem Sollwert liegt, wobei die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie das Lastsignal empfängt und den Anschluss der zweiten Zündenergiequelle unterbricht, um die Plasmastrahlzündung zu beenden, wenn das Lastsignal bei einer hohen Maschinenlast ausgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Schalteinrichtung ein UND-Glied (48) , an dem das Anlassignal von der Anlassdetektorschaltung und das Lastsignal von der auf die Maschinenlast ansprechenden Steuerschaltung liegen und die ein UND-Signal liefert, das angeschaltet ist, wenn beide Eingangssignale jeweils angeschaltet sind, während das UND-Signal in den anderen Fällen ausgeschaltet ist, ein ODER-Glied (49) , an dem das Zeitsignal von der Zeitgeberschaltung und das UND-Signal vom UND-Glied liegen und das ein ODER-Signal erzeugt, das angeschaltet ist, wenn eines oder beide Eingangssignale im angeschalteten Zustand sind, während es in anderen Fällen ausgeschaltet ist, und ein Relais (24) umfasst, an dem das ODER-Signal liegt und das den Anschluss der zweiten Zündenergiequelle unterbricht, wenn das ODER-Signal ausgeschaltet ist, während es den Anschluss beibehält, wenn das ODER-Signal angeschaltet ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Zündenergiequelle eine Energieversorgung (21), einen ersten Kondensator (23) zum Speichern elektrischer Energie von der Energieversorgung und zum Zuführen der elektrischen Energie zur Zündkerze zur Durchführung der Plasmastrahlzündung, einen zweiten Kondensator (53) , der parallel zum ersten Kondensator geschaltet ist, um elektrische Energie von der Energiequelle zu speichern und die elektrische Energie zusätzlich zur Versorgung vom ersten Kondensator der Zündkerze zuzuführen, ein Relais (55) zum Abtrennen des zweiten Kondensators von der Schaltung der zweiten Zündenergiequelle, und eine zweite Kondensatorsteuerschaltung zum Steuern des Relais umfasst.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kondensatorsteuerschaltung mit der Anlassdetektorschaltung verbunden ist und das Anlassignal empfängt und so angeordnet ist, dass sie den zweiten Kondensator für ein vorbestimmtes Zeitintervall vom Beginn des Anlassens der Maschine anschliesst und danach den zweiten Kondensator abtrennt, um die Zündenergie herabzusetzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Zählerschaltung, an der das Anlassignal von der Anlassdetektorschaltung liegt, die die Anzahl der Änderungen des Anlassignales vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls zählt und die Zeitgeberschaltung so regelt, dass das vorbestimmte Zeitintervall der Zeitgeberschaltung mit Zunahme der Zählerzahl kürzer wird.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Zündenergiequelle eine Energieversorgung (21), einen ersten Kondensator (23) zum Speichern elektrischer Energie von der Energieversorgung und zum Zuführen der elektrischen Energie zur Zündkerze zur Durchführung einer Plasmastrahlzündung, einen zweiten Kondensator (53), der parallel zum ersten Kondensator geschaltet ist, um elektrische Energie von der Energieversorgung zu speichern und die elektrische Energie der Zündkerze zusätzlich zur Versorgung vom ersten Kondensator zuzuführen, ein Relais (55) zum Abtrennen des zweiten Kondensators von der Schaltung der zweiten Zündenergiequelle und eine zweite Kondensatorsteuerschaltung zum Steuern des Relais umfasst, wobei die zweite Kondensatorsteuerschaltung mit der Zählerschaltung verbunden ist und so ausgebildet ist, dass sie den zweiten Kondensator zur Herabsetzung der Zündenergie nach Massgabe der Zählerzahl der Zählerschaltung abtrennt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (70), der die Temperatur der Maschine wahrnimmt und ein Temperatursignal erzeugt_; und durch eine Energiesteuerschaltung, an der das Temperatursignal· vom Temperatursensor liegt und die die Energieversorgung von der zweiten Zündenergiequelle mit zunehmender wahrgenommener Temperatur herabsetzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass der Temperatursensor ein Widerstandselement mit einem elektrischen Widerstand ist, der umgekehrt proportional zur Maschinentemperatur ist, und dass die Energiesteuerschaltung einen astabilen Multivibrator (61),

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der zwei Impulssignale mit einem Tastverhältnis von annähernd 50:50 liefert, von denen jedes die invertierte Form des anderen Signales ist, zwei monostabile Multivibratoren (62, 63), die jeweils durch die Ausgangssignale des astabilen Multivibrators getriggert werden und zum Zeitpunkt derTriggerung einen Impuls erzeugen, dessen Breite kürzer als die halbe Periode des astabilen Multivibators ist, wobei jeder monostabile Multivibrator so angeordnet ist, dass er die Impulsbreite seines Ausgangsimpulssignales nach Massgabe des Widerstandes des Temperatursensors ändert, so dass die Impulsbreite mit abnehmender Maschinentemperatur grosser v/ird, eine Gegentaktschaltung (64, 65), an der die Ausgangsimpulssignale von den monostabilen Multivibratoren liegen und die elektrische Energie liefert, einen Transformator (66), der mit elektrischer Energie an seiner Primärwicklung von der Gegentaktschaltung und von einer Energiequelle versorgt wird,und einen Gleichrichter (67) umfasst, der den Ausgangsstrom der Sekundärwicklung des Transformators empfängt und einen gleichgerichteten Strom für die Zündkerze liefert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Zündenergiequelle eine Energieversorgung (21), einen ersten Kondensator (23) zum Speichern elektrischer Energie von der Energieversorgung und zum Zuführen der elektrischen Energie zur Zündkerze zur Durchführung der Plasmastrahlzündung, eine Vielzahl zweiter Kondensatoren (73), von denen jeder parallel zum ersten Kondensator geschaltet ist, um elektrische Energie von der Energieversorgung zu speichern und die elektrische Energie der Zündkerze zusätzlich zur Versorgung vom ersten Kondensator zuzuführen und eine Vielzahl von Relais (75) umfasst, von denen jedes so eingeordnet ist, dass es einen

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der zweiten Kondensatoren von der Schaltung der zweiten Zündenergiequelle abschaltet, wobei die Energiesteuerschaltung eine Steuerschaltung (80) für die zweiten Kondensatoren ist, die die Relais erregt, um mehr zweite Kondensatoren mit zunehmender Maschinentemperatur abzuschalten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine zweite Energiesteuerschaltung, die wahrnimmt, dass ein Fahrpedal für die Maschine von der Leerlaufstellung nach unten gedrückt wird, und die die elektrische Energie,die von der zweiten Zünderierglequelle der Zündkerze zugeführt wird, für ein vorbe"s%immtes Zeitintervall während einer Beschleunigung erhöht.

14. Plasmastrahlzündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Plasmastrahlzündkerze (1) mit einer positiven und einer negativen Elektrode, die einen Zündspalt dazwischen bilden, und mit einem Isolierkörper, der den Zündspalt umgibt, so dass ein Entladehohlraum mit einer Strahlöffnung zum Ausstossen eines Plasmagases gebildet ist, das in dem Entladehohlraum erzeugt wird, durch eine erste Zündenergiequelle (11) zum Zuführen elektrischer Energie zur Zündkerze, um eine Funkenzündung zu bewirken, durch eine zweite Zündenergiequelle (12) zum Zuführen elektrischer Energie zur Zündkerze, um eine Plasmastrahlzündung zusätzlich zur Funkenzündung zu bewirken, durch einen Temperatursensor (70), der die Temperatur der Maschine wahrnimmt und ein Temperatursignal erzeugt,und durch eine Energiesteuerschaltung, an der das Temperatursignal vom Temperatursensor liegt und die die Energieversorgung von der zweiten Zündenergiequelle mit zunehmender wahrgenommener Temperatur herabsetzt.

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