DE3736633A1 - Two-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Zweitaktverbrennungs motor mit in Zylindern geführten Kolben, die über Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind.The invention relates to a two-stroke combustion engine with pistons guided in cylinders, which over Connecting rods are connected to a crankshaft.
Derartige Motoren sind seit Jahrzehnten bekannt.Such motors have been known for decades.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, einen Zweitaktmotor dahingehend weiterzu entwickeln, daß er eine geringere Reibung sowie weitgehend rückstandsfreie Abgase aufweist und einen geringeren Kraftstoffverbrauch erfordert.The object of the present invention is to achieve reason to continue a two-stroke engine develop that he has less friction as well has largely residue-free exhaust gases and requires lower fuel consumption.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen be schriebenen Merkmale gelöst.This task will be described in the claims written characteristics solved.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweitaktverbrennungsmotors ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of an inventive Two stroke internal combustion engine is in the drawing is shown schematically and is described in more detail below explained.
Dabei ist mit 1 allgemein ein Zweitaktverbrennungs motor bezeichnet, der ein Kurbelgehäuse 2 mit einer darin gelagerten Kurbelwelle 3 aufweist. Von der Kurbelwelle 3 führt ein Pleuel 4 zu einem unteren Kolben 5, welcher über eine angeformte Führungs stange 6 mit einem über dem unteren Kolben 5 ange ordneten oberen Kolben 7 fest verbunden ist. Die Führungsstange 6 läuft in einem rohrartigen und mit Dichtungen versehenen Gehäuseabschnitt. Die beiden Kolben 5 und 7 weisen jeweils einen eigenen Zylin der mit den entsprechend eigenen Verdichtungs- und Brennräumen auf, wobei der Kolben 5 in einem Zylinder 8 und der Kolben 7 in einem Zylinder 9 ge führt ist. 1 generally designates a two-stroke internal combustion engine which has a crankcase 2 with a crankshaft 3 mounted therein. From the crankshaft 3 , a connecting rod 4 leads to a lower piston 5 , which is connected via a molded guide rod 6 with an upper piston 7 arranged above the lower piston 5 . The guide rod 6 runs in a tubular housing section provided with seals. The two pistons 5 and 7 each have their own cylinder with the corresponding compression and combustion chambers, the piston 5 in a cylinder 8 and the piston 7 in a cylinder 9 leads GE.
Der Abstand der beiden Kolben 5 und 7 zueinander gewährleistet eine sichere axiale Führung der beiden Kolben 5 und 7, so daß nicht ein einzelner Kolben über seine Bauhöhe diese Führung erzielen muß, son dern jeder einzelne Kolben kann so flach ausgebildet sein, wie es gerade zur Aufnahme der einzelnen Kol benringe erforderlich ist. Die Aufnahme des Pleuels 4 am unteren Kolben 5 kann ebenfalls sehr material- und platzsparend und damit leichtgewichtig ausge führt werden, indem ein Kolbenbolzen 10 direkt an das Pleuel 4 angeformt ist, wobei zwei Halblager 11 den Kolbenbolzen 10 am Boden des Kolbens 5 lagern.The distance between the two pistons 5 and 7 ensures safe axial guidance of the two pistons 5 and 7 , so that not a single piston must achieve this guidance over its overall height, but each individual piston can be as flat as it is Inclusion of the individual piston rings is required. The inclusion of the connecting rod 4 on the lower piston 5 can also be very material and space-saving and thus lightweight out by a piston pin 10 is formed directly on the connecting rod 4 , with two half bearings 11 supporting the piston pin 10 on the bottom of the piston 5 .
Der untere Zylinder 8 wird über eine Frischgaszufuhr 12 mit Luft beschickt, wobei die Frischgaszufuhr 12 zunächst aus einer Leitung außerhalb des Kurbelge häuses 2 besteht. Die Kurbelwelle 3 ist teilweise hohlgebohrt und weist eine Mündung 14 auf, welche eine Verbindung zu der Frischgaszufuhr 12 herstellt und eine Verlängerung der Frischgaszufuhr 12 durch die Kurbelwelle 3 in das Kurbelgehäuse 2 bewirkt.The lower cylinder 8 is fed with air via a fresh gas supply 12 , the fresh gas supply 12 initially consisting of a line outside the crankcase 2 . The crankshaft 3 is partially drilled hollow and has an orifice 14 , which establishes a connection to the fresh gas supply 12 and causes an extension of the fresh gas supply 12 through the crankshaft 3 into the crankcase 2 .
Die Kolben 5 und 7 befinden sich in ihrer in der Zeichnung dargestellten Lage in ihrem unteren Tot punkt. Die Mündung 14 öffnet gerade und stellt eine Verbindung zwischen der äußeren Frischgaszufuhr 12 und dem Innenraum des Kurbelgehäuses 2 her. Bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 wird durch den Unterdruck im Kurbelgehäuse 2 Frischluft durch die Frischgaszufuhr 12 in das Kurbelgehäuse eingesogen, bis der Kolben 5 den Bereich seines oberen Tot punktes erreicht und die Mündung 14 die Verbindung zu dem äußeren Teil der Frischgaszufuhr 12 unter bricht.The pistons 5 and 7 are in their position shown in the drawing in their lower dead point. The mouth 14 just opens and creates a connection between the outer fresh gas supply 12 and the interior of the crankcase 2 . With an upward movement of the piston 5 , fresh air is drawn in by the fresh gas supply 12 into the crankcase by the negative pressure in the crankcase 2 until the piston 5 reaches the area of its top dead center and the mouth 14 breaks the connection to the outer part of the fresh gas supply 12 .
Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 5 entsteht ein Überdruck im Inneren des Kurbelgehäuses 2 und in Frischgaskanälen 15, die vom Kolbenboden durch den Kolben 5 und durch einen Teil der Führungs stange 6 verlaufen. Sobald der Kolben 5 eine vor bestimmte Stelle nahe seinem unteren Totpunkt er reicht hat, schaffen die oberen Mündungen der Führungskanäle 15, die in der Führungsstange 6 angeordnet sind, eine Verbindung zu dem Verdich tungs- bzw. Brennraum und der im Kurbelgehäuse ge bildete Überdruck entweicht in den Zylinder 8. Der Brennraum ist ringförmig um die Führungsstange 6 herum angeordnet und weist einen dreieckigen Quer schnitt auf. Bei der anschließenden Aufwärtsbe wegung des Kolbens 5 erfolgt eine Verdichtung die ser Frischluft, wobei gleichzeitig durch eine Ein spritzdüse 16 Kraftstoff in den Zylinder 8 einge spritzt wird. Im Bereich der oberen Totpunktstel lung des Kolbens 5 kann die Zündung mittels zweier Zündkerzen 17 erfolgen.With a downward movement of the piston 5 , an excess pressure arises in the interior of the crankcase 2 and in fresh gas channels 15 , the rod 6 extending from the piston crown through the piston 5 and part of the guide. As soon as the piston 5 reaches a certain point near its bottom dead center, the upper mouths of the guide channels 15 , which are arranged in the guide rod 6 , create a connection to the compression or combustion chamber and the excess pressure formed in the crankcase escapes in the cylinder 8 . The combustion chamber is arranged in a ring around the guide rod 6 and has a triangular cross section. In the subsequent upward movement of the piston 5 , this fresh air is compressed, and at the same time fuel is injected into the cylinder 8 through an injection nozzle 16 . In the area of the top dead center position of the piston 5 , the ignition can take place by means of two spark plugs 17 .
Die Einspritzdüse 16 ist dabei in einer solchen Höhe im Zylinder 8 angeordnet, daß sie unter den Kolben 5 Kraftstoff einspritzen kann, wenn dieser sich im Be reich seiner oberen Totpunktstellung befindet. Da durch gelangt der Kraftstoff in einen Vorverdich tungsraum, der durch einen Teil des Zylinders 8 und den Raum im Kurbelgehäuse 2 gebildet wird.The injector 16 is arranged at such a height in the cylinder 8 that it can inject fuel under the piston 5 when this is in the range Be its top dead center position. Since the fuel passes into a pre-compression chamber, which is formed by part of the cylinder 8 and the space in the crankcase 2 .
Bei der anschließenden Abwärtsbewegung des Kolbens 5 wird im Kurbelgehäuse 2 wiederum dieses Gemisch aus Kraftstoff und Frischluft verdichtet und wenn es durch die Frischgaskanäle 15 in den Zylinder 8 strömt, drückt es die verbrannten Abgase durch eine ringförmig um den Zylinder 8 verlaufende Auslaß öffnung 18 aus diesem heraus. Zu diesem Zweck gibt ein Ringventil 19 die Auslaßöffnung 18 frei, wobei das Ringventil 19 gegen die Wirkung von Federn 20 von dem Kolben 5 nach unten gedrückt wird. Dabei wirkt der Kolben 5 auf eine im Querschnitt des Ring ventiles 19 vorspringende Kante und beaufschlagt das Ringventil 19 so lange, bis er im Laufe seiner Aufwärtsbewegung eine Höhe einnimmt, bei der die Oberkante des Ringventiles 19 gegen die Wandung des Zylinders 8 anstößt und die Auslaßöffnung 18 ver schließt. Bei einer weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 kann trotz der kurzen Bauform des Kolbens kein Kurzschluß zwischen dem im Kurbelraum vorhan denen Frischgas und der Auslaßöffnung 18 auftreten, da die Federn 20 das Ringventil 19 in der geschlos senen Stellung halten.During the subsequent downward movement of the piston 5 , this mixture of fuel and fresh air is compressed in turn in the crankcase 2 and when it flows through the fresh gas channels 15 into the cylinder 8 , it pushes the burned exhaust gases through an annular opening 8 around the cylinder opening 18 from this out. For this purpose, a ring valve 19 opens the outlet opening 18 , the ring valve 19 being pressed downwards against the action of springs 20 by the piston 5 . The piston 5 acting on a valve in the cross section of the ring 19 projecting edge and urges the ring valve 19 until it assumes a height in the course of its upward movement, in which the upper edge of the ring valve 19 abuts against the wall of the cylinder 8 and the outlet port 18 ver closes. With a further upward movement of the piston 5 , despite the short design of the piston, there can be no short circuit between the fresh gas in the crank chamber and the outlet opening 18 , since the springs 20 hold the ring valve 19 in the closed position.
Die Mündungen der Frischgaskanäle 15 in die Brenn räume sind dabei so in der Führungsstange 6 angeord net, daß während der Abwärtsbewegung des Kolbens 5 zunächst das Ringventil 19 vom Kolben 5 beaufschlagt wird und die Auslaßöffnung 18 freigibt, so daß das verbrannte Gas, welches im Zylinder 8 unter einem Überdruck steht, zunächst in die Auslaßöffnung 18 entweicht, wobei dann durch das aus den Frischgas kanälen 15 strömende Frischgas eine Spülwirkung im Zylinder 8 bewirkt und das restliche, noch im Zy linder 8 befindliche Abgas in die Auslaßöffnung 18 drückt. The mouths of the fresh gas channels 15 in the combustion chambers are so in the guide rod 6 angeord net that the ring valve 19 is initially acted upon by the piston 5 during the downward movement of the piston 5 and releases the outlet opening 18 so that the burned gas which is in the cylinder 8 is under a positive pressure escape initially in the exhaust port 18, then being effected by from the fresh gas channels 15 flowing fresh gas a flushing action in the cylinder 8 and pushes the residual relieving still in Zy 8 exhaust gas located in the outlet opening 18th
Für den oberen Zylinder 9 gilt ähnliches wie für den unteren Zylinder 8. Zum oberen Zylinder 9 führt ein Frischluftkanal 21, der über ein Flatterventil 22 mit dem Vorverdichtungsraum oberhalb des oberen Kolbens 7 verbunden ist. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 7 gelangt daher durch den Frischluft kanal 21 und das Flatterventil 22 Frischluft in den Vorverdichtungsraum. Im Bereich der unteren Tot punktstellung des Kolbens 7 wird in den darüber an geordneten Vorverdichtungsraum Kraftstoff durch eine Einspritzdüse 16 a eingespritzt. Sobald sich der Kolben 7 aufwärtsbewegt, wird der Druck in dem Vor verdichtungsraum größer als der in dem Frischluft kanal 21 und dementsprechend schließt das Flatter ventil 22. Die Luft und der Kraftstoff in dem Vor verdichtungsraum werden bei einer weiteren Auf wärtsbewegung des Kolbens 7 weiter verdichtet, bis die Stellung des Kolbens 7 ein Entweichen des Über druckes durch Frischgaskanäle 15 a in den Verdich tungs- und Brennraum innerhalb des Zylinders 9 er möglicht. In dieser Stellung beaufschlagt der Kolben 7 ein oberes Ringventil 19 a gegen die Wirkungskraft der Federn 20 a, so daß eine ringförmige Auslaß öffnung 18 a geöffnet ist und die Abgase durch das Frischgas aus dem Zylinder 9 und in die Auslaßöff nung 18 a gedrückt werden.The same applies to the upper cylinder 9 as to the lower cylinder 8 . A fresh air duct 21 leads to the upper cylinder 9 and is connected to the precompression chamber above the upper piston 7 via a flap valve 22 . With a downward movement of the piston 7 , fresh air therefore passes through the fresh air duct 21 and the flap valve 22 into the precompression chamber. In the area of the bottom dead center position of the piston 7 , fuel is injected into the pre-compression chamber above it through an injection nozzle 16 a . As soon as the piston 7 moves upward, the pressure in the pre-compression chamber becomes greater than that in the fresh air channel 21 and accordingly the flap valve 22 closes. The air and the fuel in the compression chamber before are compressed further with a further upward movement of the piston 7 until the position of the piston 7 allows the excess pressure to escape through fresh gas channels 15 a into the compression and combustion chamber within the cylinder 9 . In this position, the piston 7 acts on an upper ring valve 19 a against the action of the springs 20 a , so that an annular outlet opening 18 a is opened and the exhaust gases are pressed by the fresh gas from the cylinder 9 and into the outlet opening 18 a .
Bei der anschließenden Abwärtsbewegung wird das Ringventil 19 a dadurch geschlossen, daß es nicht länger vom Kolben 7, sondern nur noch von Federn 20 a beaufschlagt wird. Zum zweiten werden durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 7 und der damit verbundenen Führungsstange 6 die Mündungen der Frischgaskanäle 15 a gegenüber dem Brenn- und Ver dichtungsraum im Zylinder 9 verschlossen, so daß nun in diesem Zylinder 9 das Frischgas verdichtet und mit Hilfe von Zündkerzen 17 a gezündet werden kann.In the subsequent downward movement, the ring valve 19 a is closed in that it is no longer acted upon by the piston 7 , but only by springs 20 a . For the second of the piston 7 and the associated guide rod 6, the mouths of the fresh gas channels 15 are a closed against the fuel and Ver seal chamber in the cylinder 9, so that now compresses the fresh gas in the cylinder 9 and by means of spark plugs 17 a by the downward movement can be ignited.
Die Auslaßöffnungen 18 und 18 a weisen Anschlüsse 23 und 23 a zu einem gemeinsamen Abgasrohr 24 auf. Das Abgasrohr 24 leitet die Abgase zu einer Nachbrenn kammer 25, die eine eigene Einspritzdüse 16 b und eine eigene Zündkerze 17 b aufweist. Hier kann - falls erforderlich - eine Nachverbrennung noch un verbrannter Restanteile im Abgas erfolgen, so daß das Abgas möglichst sauber aus dem Abgasrohr 24 entlassen wird. Der Nachbrennkammer 25 nachgeschal tet befindet sich ein Turbolader 26, welcher an einer gemeinsamen Welle 27 eine im Abgasstrom an geordnete Abgasturbine 28 sowie am anderen Ende der Welle 27 einen im Frischgasstrom angeordneten Frischgasverdichter 29 aufweist. Der Frischgasver dichter 29 ist in einem wassergekühlten Gehäuse 30 angeordnet. Die Möglichkeit, in die Nachbrennkammer 25 Kraftstoff durch die Einspritzdüse 16 b einzu spritzen, stellt die für den Betrieb der Abgastur bine 28 nötigen hohen Temperaturen sicher.The outlet openings 18 and 18 a have connections 23 and 23 a to a common exhaust pipe 24 . The exhaust pipe 24 directs the exhaust gases to an afterburning chamber 25 , which has its own injection nozzle 16 b and its own spark plug 17 b . Here, if necessary, afterburning of still uncombusted residual fractions in the exhaust gas can take place, so that the exhaust gas is discharged from the exhaust pipe 24 as cleanly as possible. The afterburner chamber 25 nachgeschal tet is a turbocharger 26 which comprises a to a common shaft 27 in the exhaust stream of parent exhaust gas turbine 28 and at the other end of the shaft 27 a arranged in the fresh gas stream of fresh gas compressor 29th The fresh gas compressor 29 is arranged in a water-cooled housing 30 . The ability in the secondary combustion chamber 25 to inject fuel through the injection nozzle einzu 16 b ensures the bine for operating the Abgastur 28 necessary high temperatures.
Ein lediglich schematisch angedeutetes Getriebe 31 verbindet die Kurbelwelle 3 und die Welle 27 des Turboladers 26 miteinander, so daß über den Abgas strom und die damit sich kontinuierlich drehende Ab gasturbine 28 eine gleichförmige Drehbewegung der Kurbelwelle 3 erreicht wird und ein dementsprechend runder Lauf des Motors die Folge ist.A merely schematically indicated gear 31 connects the crankshaft 3 and the shaft 27 of the turbocharger 26 with one another, so that a constant rotary movement of the crankshaft 3 is achieved via the exhaust gas stream and the continuously rotating gas turbine 28 and a correspondingly smooth running of the engine Episode is.
Vom Frischgasverdichter 29 gelangt das Frischgas in einen Luftkanal 35, der sich zum einen in die Frischgaszufuhr 12 und den Frischluftkanal 21 auf teilt, der darüberhinaus jedoch auch Frischgas in einen Kühlluftkanal 32 fördert. Der Kühlluftkanal 32 schließt an ein Gehäuse 33 an, welches den Be reich der Führungsstange 6 und der beiden Zylinder 8 und 9 umgibt.From the fresh gas compressor 29 , the fresh gas arrives in an air duct 35 , which divides into the fresh gas supply 12 and the fresh air duct 21 , but which also conveys fresh gas into a cooling air duct 32 . The cooling air duct 32 connects to a housing 33 which surrounds the loading area of the guide rod 6 and the two cylinders 8 and 9 .
Die Kühlluft gelangt in das Gehäuse 33 zunächst im Bereich um die Führungsstange 6 und wird von da beiderseitig entlang der jeweiligen Zylinderköpfe und von dort entlang der Zylinder 8 und 9 geführt. Im Bereich der Anschlüsse 23 und 23 a der Auslaß öffnungen 18 und 18 a an das gemeinsame Abgasrohr 24 mündet auch das Gehäuse 33 in das Abgasrohr 24. Hier wird die erwärmte Kühlluft zunächst vom Zylinder 8 bzw. 9 weggeführt, so daß sie in etwa die gleiche Strömungsrichtung aufweist, wie das aus den Aus laßöffnungen 18 und 18 a kommende Abgas.The cooling air first enters the housing 33 in the area around the guide rod 6 and is guided from there on both sides along the respective cylinder heads and from there along the cylinders 8 and 9 . In the area of the connections 23 and 23 a of the outlet openings 18 and 18 a to the common exhaust pipe 24 , the housing 33 also opens into the exhaust pipe 24 . Here, the heated cooling air is first led away from the cylinder 8 or 9 , so that it has approximately the same direction of flow as the exhaust gas coming from the outlet openings 18 and 18 a .
Bei 34 und 34 a gelangt die erwärmte Kühlluft injek torartig in das Abgasrohr 24. Hierdurch wird ein sehr sauerstoffhaltiges Abgas erreicht, was insbe sondere in Zusammenwirkung mit der Nachbrennkammer 25 für ein vollständig verbranntes und damit sau beres Abgas sorgt. Außerdem wird dadurch die Strö mung des Abgases unterstützt und ein schneller Gas wechsel im Zylinder 8 bzw. 9 unterstützt.At 34 and 34 a , the heated cooling air enters the exhaust pipe 24 like an injector. As a result, a very oxygen-containing exhaust gas is achieved, which, in particular in cooperation with the afterburning chamber 25, ensures a completely burned and thus clean exhaust gas. In addition, this supports the flow of the exhaust gas and supports a faster gas change in cylinders 8 and 9 .
Daß das Frischgas durch Bereiche des Motors, insbe sondere durch die Frischgaskanäle 15 und 15 a ge führt wird, bewirkt seine Erwärmung und eine in tensive Wirbelbildung, so daß der Kraftstoff inten siv verwirbelt und an den warmen Motorbauteilen verdampft wird. Damit ist ein Magerbetrieb des be schriebenen Motors möglich. That the fresh gas through areas of the engine, in particular through the fresh gas ducts 15 and 15 a leads ge, causes its heating and an intensive vortex formation, so that the fuel is intensively swirled and vaporized on the warm engine components. This enables lean operation of the engine described.
Durch die Verwendung nur eines Pleuels und der sehr kurz ausgebildeten Kolben wird die innermotorische Reibung des beschriebenen Motors gegenüber herkömm lichen Konstruktionen stark verringert. Kippbewe gungen der Kolben werden dadurch minimiert, daß deren axiale Führung über einen sehr weiten Bereich, nämlich vom Kolben 5 bis zum Kolben 7, erfolgt und bei jedem Hub auf einen Großteil der Kolbenbaugruppe Zugkräfte einwirken. Diese Einschränkung der Kipp bewegungen trägt wesentlich zur Verringerung der innermotorischen Reibung bei.By using only a connecting rod and the very short pistons, the internal engine friction of the engine described is greatly reduced compared to conventional designs. Kippbewe conditions of the pistons are minimized by the fact that their axial guidance takes place over a very wide range, namely from the piston 5 to the piston 7 , and tensile forces act on a large part of the piston assembly with each stroke. This limitation of the tilting movements contributes significantly to the reduction of internal engine friction.
Dadurch, daß jede Auf- und Abwärtsbewegung des Kol benpaares durch eine Zündung in entweder der oberen oder der unteren Brennkammer unterstützt wird, wird ein sehr gleichmäßiger Motorlauf erreicht. Unter stützt wird dieser gleichmäßige Motorlauf durch das Getriebe 31, welches die Kurbelwelle mit dem Turbo lader 26 verbindet, dabei wirkt das Getriebe 31 selbst als Schwungmasse und stabilisiert den Motor lauf und zum zweiten bewirkt der ständige Antrieb der Abgasseite des Turboladers eine gleichförmige Drehbewegung des Turboladers und damit des Getrie bes und damit der Kurbelwelle, so daß auch hier durch ein gleichmäßiger Motorlauf auch in niedrig sten Drehzahlen gewährleistet ist.The fact that each up and down movement of the Kol benpaares is supported by an ignition in either the upper or the lower combustion chamber, a very smooth engine running is achieved. Is supported by this smooth engine running through the gear 31 , which connects the crankshaft to the turbo charger 26 , the gear 31 itself acts as a flywheel and stabilizes the engine running and secondly, the constant drive of the exhaust side of the turbocharger causes a uniform rotary movement of the turbocharger and thus the gearbox bes and thus the crankshaft, so that here too is ensured by a smooth engine running even at the lowest speeds.
Claims (21)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873736633 DE3736633A1 (en) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | Two-stroke internal combustion engine |
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DE (1) | DE3736633A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3842802A1 (en) * | 1988-12-20 | 1990-06-21 | Karl Eickmann | Double-piston assembly, especially internal combustion engine |
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