DE3546930C2 - Brennstoff-Einspritzpumpe - Google Patents

Brennstoff-Einspritzpumpe

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Akio Ishida
Hiroshi Oikawa
Kazuo Itoh
Kimio Uehara
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Einspritzpumpe mit: DOLLAR A a) einem Abgabeventil (7a), welches zu einer Einspritzdüse führt und mit einer Druckkammer (20) in Verbindung steht, die in einem Pumpengehäuse (2) angeordnet ist; DOLLAR A b) einem Kolben (8), dessen eines Ende der Druckkammer (20) zugeordnet ist, und der von einer Saugkammer (15) umgeben ist, die in dem Pumpengehäuse (2) vorgesehen ist; DOLLAR A c) einem Steuerkanal, der in dem Kolben (8) vorgesehen ist, mit seinem einen Ende mit der Druckkammer (20) verbunden ist, und mit seinem anderen Ende über eine Steueröffnung in dem Kolben (8) mit der Saugkammer (15) verbunden ist; DOLLAR A d) einer Steuerhülse (14) zum Steuern des Einspritztaktes, die gleitbeweglich auf der Außenumfangsoberfläche des Kolbens (8) angeordnet ist; DOLLAR A e.1) einer Steuernut (130), die an der Außenumfangsoberfläche des Kolbens (8) vorgesehen ist, um die Druckkammer (20) und die Saugkammer (15) über den Steuerkanal entweder zu verbinden oder voneinander zu sperren, wobei die Steuernut (130) eine erste Seite aufweist, die schräg in bezug auf die Achse des Kolbens (8) angeordnet ist, sowie eine zweite Seite, die sich parallel zur Achse des Kolbens (8) erstreckt, DOLLAR A e.2) und wobei die Steuernut (130) und die Steueröffnung in einem Abstand entlang der Achse des Kolbens (8) angeordnet sind; DOLLAR A f) einer Steueröffnung in der Steuerhülse (14) zum Verbinden der Steuernut (130) und der Saugkammer (15); DOLLAR A g) einem Brennstoffmengensteuerteil an dem Pumpengehäuse (2) zum ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Einspritzpumpe zum Einspritzen von Brennstoff in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors.
STAND DER TECHNIK
Die US 3 667 437 beschreibt eine Brennstoff-Einspritzpumpe mit einem Abgabeventil, welches zu einer Einspritzdüse führt und mit einer Druckkammer in Verbindung steht, die in einem Pumpengehäuse angeordnet ist; einem Kolben, dessen eines Ende der Druckkammer zugeordnet ist, und der von einer Saugkammer umgeben ist, die in dem Pumpengehäuse vorgesehen ist; einem Steuerkanal, der in dem Kolben vorgesehen ist, mit seinem einen Ende mit der Druckkammer verbunden ist, und mit seinem anderen Ende über eine Steueröffnung in dem Kolben mit der Saugkammer verbunden ist; einer Steuerhülse zum Steuern des Einspritztaktes, die gleitbeweglich auf der Außenumfangsoberfläche des Kolbens angeordnet ist; einer Steuernut, die an der Außenumfangsoberfläche des Kolbens vorgesehen ist, um die Druckkammer und die Saugkammer über den Steuerkanal entweder zu verbinden oder voneinander zu sperren, wobei die Steuernut eine erste Seite aufweist, die schräg in Bezug auf die Achse des Kolbens angeordnet ist, sowie eine zweite Seite, die sich parallel zur Achse des Kolbens erstreckt; einer Steueröffnung in der Steuerhülse zum Verbinden der Steuernut und der Saugkammer; einem Brennstoffmengensteuerteil an dem Pumpengehäuse zum Steuern der Brennstoffmenge durch eine Relativdrehbewegung zwischen der Steuerhülse und dem Kolben; und einem Einspritztaktsteuerteil, welches die Steuerhülse in der Axialrichtung des Kolbens bewegt.
Eine derartige Brennstoff-Einspritzpumpe zum Pumpen von Brennstoff in die Brennstoff-Einspritzdüse eines Dieselmotors arbeitet so, dass die Steuerung einer Brennstoff-Einspritzmenge durch Drehen eines Kolbens zur Unterdrucksetzung des Brennstoffs in der Pumpe durchgeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoff- Einspritzpumpe zur Verfügung zu stellen, bei der keine Nacheinspritzung von Brennstoff auftritt.
Die Aufgabe wird durch eine Brennstoff-Einspritzpumpe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren erläutert.
Fig. 1 ist ein Schnitt einer Einspritzpumpe gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ist ein Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie (XXXXVII-XXXXVII), gesehen in Richtung der Pfeile,
Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Fig. 2,
Fig. 4 ist eine schrittweise Darstellung, die den Brennstoff-Einspritzbetrieb der Einspritzpumpe gemäss Fig. 1 darstellt,
Fig. 5-8 verdeutlichen verschiedene Betriebszustände der Einspritzpumpe.
Eine Einspritzpumpe gemäß der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 1-8 beschrieben.
Das Bezugszeichen (2) bezeichnet ein Gehäuse einer Brennstoff-Einspritzpumpe. (4) ist eine abnehmbar am oberen Ende des Gehäuses befestigte Hülse, (20) eine in der Hülse (4) ausgebildete Druckkammer für Brennstoff, (7a) ein Brennstoff-Abgabeventil, das in einem Abgabeventilhalter (6) enthalten ist, der am oberen Ende der Hülse (4) verschraubt ist und das durch eine Feder (7b) vorbelastet wird, um die Druckkammer (20) zu blockieren. (6a) ist eine Abgabeleitung, die im Abgabeventilhalter (6) angeordnet ist und über eine nicht dargestellte Einspritzleitung mit der Brennstoff- Einspritzdüse in Verbindung steht; und (8) ist ein Kolben, der im Gehäuse (2) unter Zwischenschaltung der Hülse (4) gleitbar beweglich ist, und dessen obere Stirnseite der Druckkammer (20) zugewandt ist, während sein unterer Endabschnitt mittels eines Nockenhalters (Gleitstück) (25) und einer Rolle (25a) in Anlage mit einem Nocken (12) steht. Das Bezugszeichen (12a) bezeichnet eine Nockenwelle, die durch einen (nicht dargestellten) Motor angetrieben wird; (10) ist eine Feder, die immer den Nockenhalter (25) zur Seite des Nockens (12) hin drückt und (15) ist eine Saugkammer, die derart ausgebildet ist, dass sie den Kolben (8) umgibt, und welcher während des Betriebs des Motors immer Brennstoff mittels einer (nicht dargestellten) Pumpe zugeführt wird. Das Bezugszeichen (14) bezeichnet eine zylindrische Steuerhülse, die am Außenumfang des Kolbens (8) in der Saugkammer (15) angeordnet und in Axialrichtung des Kolbens frei gleitbar und um den Kolben drehbar ist; (92) ist eine bogenförmige Führungsnut, die an der äußeren Umfangsfläche der Steuerhülse (14) in einer Ebene eingeschnitten ist, die die Achse des Kolbens (8) in einem rechten Winkel schneidet; (26) ist eine Einspritztakt- Steuerwelle, deren Achse in einer Ebene enthalten ist, die senkrecht zur Achse des Kolbens (8) verläuft; (28) ist ein Einspritztakt-Steuerarm, der von der Steuerwelle (26) absteht und bei welchem der Kugelabschnitt (94) an seinem vorderen Ende in die Führungsnut (92) eingesetzt ist; (96) ist eine an der äußeren Umfangsfläche der Steuerhülse (14) angebrachte Verzahnung (96), die der Führungsnut (92) längs nahezu ihres halben Umfangs gegenüberliegt; (112) ist eine mit der Verzahnung (96) in Eingriff stehende Zahnstange; und (8a) ist eine Brennstoffleitung (Steuerkanal) im Kolben, deren eines Ende in die Druckkammer (20) mündet und deren anderes Ende mit der Steuernut (8c, 8d) verbunden ist, die an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens eingeschnitten ist und in Anlage mit der Steuerhülse (14) steht, wobei die Steuernut aus einer Schrägnut (8d) besteht, die gegenüber der Kolbenachse geneigt ist, und einem Abschnitt (8c), der sich in Axialrichtung des Kolbens erstreckt und insgesamt die Gestalt des Buchstabens Lambda (λ) aufweist. Das Bezugszeichen (14a) bezeichnet Steueröffnungen, die in der Steuerhülse (14) in radialer Richtung angebracht sind und mit der Steuernut zusammenwirken; und (114) bezeichnet eine hohle, rohrförmig ausgebildete Kolbenführung, die am unteren Endabschnitt des Kolbens (8) befestigt ist, in welcher der Winkelabschnitt (116) an seinem unteren Ende auf den entsprechenden Winkelabschnitt (8e) am Kolben (8) aufgesetzt ist, so dass infolgedessen der Kolben (8) sich frei in Axialrichtung gegenüber der Hülse (4) und der Kolbenführung (114) bewegen kann, aber sich nicht gegenüber der Kolbenführung (114) um seine Achse verdrehen kann.
Wenn die jeweiligen Bauelemente der Brennstoff-Einspritzpumpe in der dargestellten Lage sind, stehen die Steueröffnungen (14a) und die Steuernut (8c, 8d) nicht in Verbindung miteinander, und die unteren Enden der Steuernut stehen gegenüber der unteren Stirnseite der Steuerhülse (14) nach unten vor, so dass sie in die Saugkammer (15) münden, und infolgedessen stehen die Druckkammer (20) und die Saugkammer (15) in Verbindung miteinander. Wird nunmehr die Nockenwelle (12a), ausgehend von diesem Betriebszustand, durch den Motor gedreht und der Kolben (8) durch den Nocken (12) über die Rolle (25a) nach oben gestoßen, so werden die unteren Enden der Steuernut durch die Steuerhülse (14) verschlossen, so dass die Verbindung zwischen der Druckkammer (20) und der Saugkammer (15) unterbrochen wird, da die Verbindung zwischen dem Schrägabschnitt der Steuernut und der Steueröffnung (14a) unterbrochen gehalten wird. Der Brennstoff in der Druckkammer wird daher mit Ansteigen des Kolbens (8) unter Druck gesetzt und, falls sein Druck einen eingestellten Wert überschreitet, wird das Abgabeventil (7a) geöffnet, wodurch der Brennstoff von der Abgabeleitung (6a) zur Einspritzdüse des Motors gelangt. Steigt der Kolben (8) weiter aufwärts, so dass die Schrägnut (8d) der Steuernut in Verbindung mit der Steueröffnung (14a) der Steuerhülse (14) gebracht wird, so steht die Druckkammer (20) wiederum mit der Saugkammer (15) in Verbindung, und die Brennstoff-Einspritzung ist beendet. Dabei steht das obere Ende des axialen Abschnittes (8c) der Steuernut von der oberen Stirnseite der Steuerhülse (14) nach oben vor, um die Druckkammer (20) und die Saugkammer (15) direkt miteinander zu verbinden, wodurch eine zweistufige Brennstoffeinspritzung definitiv verhindert wird. Durch die Bewegung der Zahnstange (112) in ihrer Axialrichtung und die Drehung der Steuerhülse (14) um die Achse des Kolbens (8) zwecks Veränderung der gegenseitigen Position der Steueröffnungen (14a) und der Steuernut, wird anschließend die Brennstoff-Zufuhrmenge vergrößert oder verkleinert. Durch Verdrehen der Steuerwelle (26) um ihre Achse zur Verschiebung der Steuerhülse (14) in Axialrichtung des Kolbens (8) mittels des Steuerarms (28) wird die Relativlage der Steueröffnung (14a) und der Steuernut in Richtung des Nockenhubs verändert oder der Einspritztakt reguliert. Darüber hinaus werden die Zahnstange (112) und die Steuerwelle (26) jeweils gesondert durch eine (nicht dargestellte) Motorsteuervorrichtung bewegt, wie beispielsweise ein Gaspedal, einen Regler oder einen Taktgeber, im Falle eines Motorfahrzeugs, oder durch ein geeignetes Betätigungselement.
Die Saugkammer (15) ist derart ausgebildet, das sie den Kolben (8) umgibt und ist in eine Brennstoffzufuhrkammer (15a) und eine Brennstoffabgabekammer (15b) unterteilt, wobei die Brennstoffzufuhrkammer (15a) während des Betriebs eines Motors immer mittels einer (nicht dargestellten) Förderpumpe mit Brennstoff versorgt wird, und die Brennstoffabgabekammer (15b) mit der Saugseite der Förderpumpe oder einem Brennstoffbehälter in Verbindung steht. Eine etwa dreieckige Steuernut (130) ist an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens eingeschnitten und steht in Anlage an einer Steuerhülse (14), und ein Ende eines Steuerkanals (8a) im Kolben mündet in eine Druckkammer (20), während sein anderes Ende in Verbindung mit der Steuernut (130) steht. Die Steuernut (130) weist einen oberen Seitenabschnitt auf der gegenüber der Kolbenachse geneigt ist. Das Bezugszeichen (131) bezeichnet eine Steueröffnung, deren eines Ende in die äußere Umfangsfläche des Kolbens (8) mündet, und das andere Ende steht in Verbindung mit dem Steuerkanal (8a), und bei dieser Ausführungsform ist die Steueröffnung (131) in einem Winkelbereich von etwa 180°, ausgehend von der Steuernut (130), um die Kolbenachse angeordnet und mündet etwas unterhalb der Unterseite der Steuernut (130), wie dies in den Fig. 2 und 3 deutlich dargestellt ist. Das Bezugszeichen (132) bezeichnet eine Steueröffnung, die radial in der Steuerhülse (14) verläuft und die mit der Steuernut (130) zusammenwirkt. Das Bezugszeichen (134) bezeichnet Trennplatten, die radial vorstehend an der Steuerhülse (4) vorhanden sind, und (136) bezeichnet Trennplatten, die im Gehäuse (2) gegen die Hülse (4) vorstehend angeordnet sind. Alle diese Trennplatten dienen dazu, die Saugkammer (15) in die Brennstoffzufuhrkammer (15a) und die Brennstoffabgabekammer (15b) zu unterteilen.
Die Betriebsweise der Brennstoff-Einspritzpumpe wird unter Bezugnahme hauptsächlich auf die Fig. 4(A) bis 4(E) beschrieben. In allen Fig. 4(A) bis 4(E) sind die innere Umfangsfläche der Steuerhülse (14) und die damit zusammenwirkende äußere Umfangsfläche des Kolbens (8) abgewickelt und einander überlappend dargestellt. Wenn beide Flächen sich in der ersten in Fig. 4(A) dargestellten Position befinden, stehen die Steueröffnung (132) und die Steuernut (130) nicht in Verbindung miteinander, und das untere Ende der Steueröffnung (131) gelangt nach unten jenseits der unteren Stirnfläche der Steuerhülse (14) und mündet in die Brennstoffzufuhrkammer (15a) der Saugkammer (15), so dass infolgedessen die Druckkammer (20) und die Brennstoffzufuhrkammer (15a) in Verbindung miteinander stehen. Wird die Nockenwelle (12a) nunmehr ausgehend von diesem Zustand durch den Motor gedreht und wird der Kolben (8) durch die Rolle (25a) vom Nocken (12) nach oben gestoßen, so dass er in die in Fig. 4(B) dargestellte Position gelangt, so wird das untere Ende der Steueröffnung (131) durch die Steuerhülse (14) verschlossen, und die Verbindung zwischen dem geneigten Abschnitt der Steuernut (130) und der Steueröffnung (132) wird weiterhin unterbrochen, so dass die Verbindung zwischen der Druckkammer (20) und der Saugkammer (15), oder sowohl der Brennstoffzufuhrkammer (15a) und der Brennstoffabgabekammer (15b) unterbrochen ist. Entsprechend wird der Brennstoff in der Druckkammer (20) bei ansteigendem Kolben (8) unter Druck gesetzt, und wenn der Druck einen eingestellten Wert übersteigt, wird ein Abgabeventil (7a) geöffnet, so dass Brennstoff von der Abgabeleitung (6a) der Einspritzdüse des Motors zugeführt wird. Steigt der Kolben (8) weiter aufwärts und erreicht die in Fig. 4(C) dargestellte Position, so gelangt der geneigte schräge Abschnitt der Steuernut (130) in Verbindung mit der Steueröffnung (132) der Steuerhülse (14), so dass die Druckkammer (20) mit der Brennstoffabgabekammer (15b) der Saugkammer (15) verbunden wird, womit die Brennstoffeinspritzung beendet wird. Anschließend erreicht das obere Ende des axialen Abschnitts der Steuernut (130) die Position der Fig. 4(E), ausgehend von der Position der Fig. 4(D), und gelangt aufwärts und aus der oberen Stirnseite der Steuerhülse (14) heraus, so dass die Druckkammer (20) und die Saugkammer (15) direkt miteinander verbunden sind, um eine Nacheinspritzung von Brennstoff definitiv zu vermeiden. Ferner wird die Brennstoff-Zufuhrmenge durch Bewegung einer Zahnstange (112) in ihrer Axialrichtung zwecks Drehung der Steuerhülse (14) um die Achse des Kolbens (8) erhöht oder verkleinert, wobei die Relativposition zwischen der Steueröffnung (132) und der Steuernut (130) geändert wird. Ferner wird die Relativposition der Steueröffnung (131) und der Steuernut (130) in Richtung des Nockenhubs verändert, und es wird der Einspritztakt reguliert, indem eine Steuerwelle (26) um ihre Achse gedreht wird, so dass die Steuerhülse (14) in Axialrichtung des Kolbens (8) über einen Steuerarm (28) verschoben wird.
Bei der vorausgehend beschriebenen Brennstoff-Einspritzpumpe wird der Brennstoff, dessen Temperatur durch seine Kompression nach Beendigung der Brennstoff-Einspritzung angestiegen ist, veranlasst, aus der Druckkammer (20) in die Brennstoffabgabekammer (15b) zu fließen, und wird anschließend zur Saugseite der Förderpumpe oder zu einem (nicht dargestellten) Brennstoffbehälter zurückgeführt. Entsprechend kann diese Brennstoff-Einspritzpumpe den Temperaturanstieg des Brennstoffs im Vergleich zu den bereits vorgeschlagenen Pumpenanordnungen beschränken, bei denen die Saugkammer (15) nicht in eine Brennstoffzufuhrkammer (15a) und eine Brennstoffabgabekammer (15b) unterteilt ist, und ferner wirksam unerwünschte Änderungen der Einspritz- Kennlinie verhindern, die durch den Anstieg der Brennstofftemperatur veranlasst sind. Wie deutlich aus der vorausgehenden Beschreibung hervorgeht, sind die Trennplatten (134, 136), die die Saugkammer in die Brennstoffzufuhrkammer (15a) und die Brennstoffabgabekammer (15b) unterteilen, lediglich ausreichend, um die Aufgabe zu übernehmen, eine Mischung des in die Druckkammer (20) gelangenden Brennstoffs und des eine hohe Temperatur aufweisenden Brennstoffs, der nach Beendigung der Brennstoff-Einspritzung von der Druckkammer (20) abfließt, in einem gewissen Ausmaß zu vermeiden, und brauchen keine exakte Abdichtung zwischen ihnen zu gewährleisten. Darüber hinaus ist der Winkelbereich zwischen der Steuernut (130) und der Steueröffnung (131), der an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens (8) die Kolbenachse umgebend vorhanden ist, nicht auf einen in den Zeichnungen dargestellten Winkel von etwa 180° beschränkt, und kann 90° oder auch 60° betragen. Kurz gesagt kann ein geeigneter Winkelbereich derart ausgewählt werden, dass ein ausgeglichener Zustand mit den Trennplatten (134, 136) erhalten wird, die im wesentlichen die Brennstoffzufuhrkammer (15a) und die Brennstoffabgabekammer (15b) voneinander trennen, und insbesondere mit den ersterwähnten Trennplatten (134).

Claims (4)

1. Brennstoff-Einspritzpumpe mit:
  • a) einem Abgabeventil (7a), welches zu einer Einspritzdüse führt und mit einer Druckkammer (20) in Verbindung steht, die in einem Pumpengehäuse (2) angeordnet ist;
  • b) einem Kolben (8), dessen eines Ende der Druckkammer (20) zugeordnet ist, und der von einer Saugkammer (15) umgeben ist, die in dem Pumpengehäuse (2) vorgesehen ist;
  • c) einem Steuerkanal (8a), der in dem Kolben (8) vorgesehen ist, mit seinem einen Ende mit der Druckkammer (20) verbunden ist, und mit seinem anderen Ende über eine Steueröffnung (131) in dem Kolben (8) mit der Saugkammer (15) verbunden ist;
  • d) einer Steuerhülse (14) zum Steuern des Einspritztaktes, die gleitbeweglich auf der Außenumfangsoberfläche des Kolbens (8) angeordnet ist;
  • e) e.1) einer Steuernut (130), die an der Außenumfangsoberfläche des Kolbens (8) vorgesehen ist, um die Druckkammer (20) und die Saugkammer (15) über den Steuerkanal (8a) entweder zu verbinden oder voneinander zu sperren, wobei die Steuernut (130) eine erste Seite aufweist, die schräg in bezug auf die Achse des Kolbens (8) angeordnet ist, sowie eine zweite Seite, die sich parallel zur Achse des Kolbens (8) erstreckt,
  • f) e.2) und wobei die Steuernut (130) und die Steueröffnung (131) in einem Abstand entlang der Achse des Kolbens (8) angeordnet sind;
  • g) einer Steueröffnung (132) in der Steuerhülse (14) zum Verbinden der Steuernut (130) und der Saugkammer (15);
  • h) einem Brennstoffmengensteuerteil (96, 112) an dem Pumpengehäuse (2) zum Steuern der Brennstoffmenge durch eine Relativdrehbewegung zwischen der Steuerhülse (14) und dem Kolben (8); und
  • i) einem Einspritztaktsteuerteil (26, 28), welches die Steuerhülse (14) in der Axialrichtung des Kolbens (8) bewegt;
  • j) wobei in dem Zustand, wenn am Ende der Einspritzung die Steuernut (130) des Kolbens (8) nicht mehr mit der Steueröffnung (132) der Steuerhülse (14) verbunden ist, die Längserstreckung (l4) zwischen dem oberen Ende der Steuerhülse (14) und deren Steueröffnung (132) kleiner ist als die Längserstreckung (l3) zwischen dem oberen Ende der zweiten Seite und der Steueröffnung (132) (Fig. 4(E), 6).
2. Brennstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdauer dadurch festgelegt wird, dass die Längserstreckung (l1) zwischen dem oberen Ende der zweiten Seite und der Steueröffnung (131) des Kolbens (8) kleiner ist als die Längserstreckung (l0) der Steuerhülse (14) (Fig. 5).
3. Brennstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer Nullabgabe des Kolbens (8) die Steueröffnung (132) der Steuerhülse (14) und die Steuernut (130) überdecken, wobei die Längserstreckung (l2) zwischen dem unteren Ende der Steuerhülse (14) und deren Steueröffnung (132) kleiner ist als die Längserstreckung (l1) zwischen dem oberen Ende der zweiten Seite und der Steueröffnung (131) des Kolbens (8) (Fig. 7, 8).
4. Brennstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Nullabgabe die Steueröffnung (132) der Steuerhülse (14) nicht mehr mit der Steuernut (130) des Kolbens (8) verbunden ist, wobei die Längserstreckung (l4) zwischen dem oberen Ende der Steuerhülse (14) und deren Steueröffnung (132) kleiner ist als die Längserstreckung (l3) zwischen dem oberen Ende der zweiten Seite und der Steueröffnung (132) (Fig. 8).
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