DE9010217U1 - Fuel combustion engine with electronic valve control - Google Patents
Fuel combustion engine with electronic valve controlInfo
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Description
Berthold Landthaler Anlage 2Berthold Landthaler Annex 2
Rosmarinweg 3Rosemary Way 3
7960 Aulendorf7960 Aulendorf
Beschreibung
Kraftstoffverbrennungsmotor mit elektronischer Ventilsteuerung Description
Fuel combustion engine with electronic valve control
Die Erfindung bezieht sich auf alle Otto- und Diesel-Kraftstoffverbrennungsmotoren
im Viertaktverfahren, vorwiegend für Kraftfahrzeugmotoren. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch bauartbedingte technische
Einrichtungen am Kraftstoffverbrennungsmotor zu erreichen, daß nur
KraftstoffVerbrennungen im Motor stattfinden, wenn die Antriebskraft des
Motors benötigt wird.
So sind Kraftstoffverbrennungen z.B.The invention relates to all four-stroke petrol and diesel fuel combustion engines, primarily for motor vehicle engines. The invention is based on the idea of using design-related technical devices on the fuel combustion engine to ensure that fuel combustion only takes place in the engine when the engine's driving power is required.
For example, fuel combustion is
a) auszuschließena) exclude
- bei Wegnahme des Fußes vom Gaspedal- when you take your foot off the accelerator pedal
- bei Talfahrten- when driving downhill
- beim Bremsvorgang- during braking
- bei stehendem Fahrzeug (Ampelstop, Verkehrsstau usw.)- when the vehicle is stationary (traffic lights, traffic jam, etc.)
b) zu reduzierenb) to reduce
- bei geringen Geschwindigkeiten.- at low speeds.
Ziel dieser Erfindung ist es, durch einen elektronischen Regeler an der Gaspedaleinrichtung bei entsprechendem Gaspedaldruck genau die erforderliche Motorleistung zu erzielen, die für die Fortbewegung des Fahrzeuges notwendig ist.The aim of this invention is to achieve exactly the required engine power required for the vehicle to move by means of an electronic controller on the accelerator pedal device at the appropriate accelerator pedal pressure.
DaGurch wird unnötiger Kraftstoffverbrauch und unnötige Belastung der Umwelt mit Schadstoffen vermieden.This avoids unnecessary fuel consumption and unnecessary pollution of the environment with pollutants.
Die nachfolgend vorgeschlagenen technischen Veränderungen erheben keinen Anspruch auf Ausgereiftheit und bedürfen der weiteren Entwicklung und Erprobung.The technical changes proposed below make no claim to maturity and require further development and testing.
Sie sind vereinfacht, meist mechanisch, beschrieben und nur schematisch dargestellt und entsprechen nicht dem derzeit hohen elektronischen aktuellen Stand der Technik.They are described in a simplified, mostly mechanical manner and are only shown schematically and do not correspond to the current high electronic state of the art.
Die Anwendung von Sensor-, Lichtschranken- und Wiederstandstechnik in den Schaltungen ist, soweit möglich und angezeigt, obligatorisch.The use of sensor, light barrier and resistance technology in the circuits is mandatory wherever possible and appropriate.
1. Ventilsteuerung 1. Valve control
1.1. Stand der Technik 1.1. State of the art
Die Ventilsteuerung beim bisher gebauten Otto- und Dieselkraftstoffverbrennungsmotor erfolgt bekanntlich mechanisch über Nockenwelle, Ventilstangen und Ventilstößl sowie Kipphebel. Die Ventilöffnungs- und schließzeiten sind abhängig von der Form und Anordnung des Nockens auf der Nockenwelle. Die über die Nockenwelle bisherige zwangsweise Betätigung der Ventile bewirkt, daß auch im Motorleerlauf KraftstoffVerbrennungen stattfinden müssen, obwohl die Antriebskraft des Motors nicht benötigt wird, z.B.The valve control in the existing gasoline and diesel combustion engines is, as is well known, carried out mechanically via the camshaft, valve rods and valve tappets as well as rocker arms. The valve opening and closing times depend on the shape and arrangement of the cam on the camshaft. The forced actuation of the valves via the camshaft means that fuel combustion must take place even when the engine is idling, even though the driving force of the engine is not required, e.g.
- bei Wegnahme des Fußes vom Gaspedal (Standgas)- when you take your foot off the accelerator pedal (idle)
- bei Talfahrten- when driving downhill
- beim Bremsvorgang- during braking
- beim Ampelstop- at traffic lights
- im Verkehrsstau.- in a traffic jam.
Dies bedeutet unnötiger Kraftstoffverbrauch und unnötiger Belastung der Umwelt mit Schadstoffen.This means unnecessary fuel consumption and unnecessary pollution of the environment with pollutants.
1.2. Neue Bauart der Ventilsteuerung 1.2. New design of valve control
Die Ventilsteuerungselemente wie Nockenwelle, Ventilstößl, Kipphebel usw., sind wie bisher angebracht mit dem einen Unterschied, daß zwischen Kipphebel (2) und Ventilschaft (3) ein herausziehbarer und wieder einschiebbarer keilförmiger Venti!schieber (1) angebracht ist, dessen Dicke mindestens dem Ventilöffnungshub entspricht. The valve control elements such as camshaft, valve tappet, rocker arm etc. are installed as before with the one difference that between the rocker arm (2) and the valve stem (3) there is a pull-out and re-insertable wedge-shaped valve slide (1) whose thickness corresponds at least to the valve opening stroke.
Der Ventilschieberblock (6) ist beweglich auf einem Bolzen (7) federnd aufgesteckt. Im Arbeitsbetrieb des Motors schwingt der Ventilschieberblock entsprechend dem Kipphebel-/Ventilöffnungshub mit. Der Ventilschieber (1) wird elektromagnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mit Federdruck bewegt.The valve slide block (6) is movably mounted on a bolt (7) with springs. When the engine is running, the valve slide block oscillates according to the rocker arm/valve opening stroke. The valve slide (1) is moved electromagnetically, pneumatically, hydraulically and/or with spring pressure.
Durch einen elektronischen Regler, der an die Gaspedaleinrichtung gekoppelt ist, wird der Ventilschieber betätigt. Die bei herausgezogenem Ventilschieber auftretenden Fliehkräfte am Kipphebel werden durch eine in Verlängerung der Ventilstößelstange über dem Kipphebel angebrachte Feder (4) aufgefangen.The valve slide is actuated by an electronic controller that is coupled to the accelerator pedal. The centrifugal forces that occur on the rocker arm when the valve slide is pulled out are absorbed by a spring (4) that is attached above the rocker arm as an extension of the valve push rod.
1.3. Funktion des Ventilschiebers am Ein- und Auslaßventil eines Zylinders Durch einen Steuerungsimpuls, z.B. bei Wegnahme des Fußes von der Gaspedaleinrichtung (9), wird der dort angebrachte Regler (8) betätigt. Dieser Impuls bewirkt, daß der Ventilschieber (1) des Einlaßventils (16) zwischen Kipphebel (2) und Ventilschaft (3) herausgezogen wird.1.3. Function of the valve slide on the intake and exhaust valve of a cylinder A control pulse, e.g. when the foot is removed from the accelerator pedal (9), activates the regulator (8) located there. This pulse causes the valve slide (1) of the intake valve (16) to be pulled out between the rocker arm (2) and the valve stem (3).
Das Herausziehen des Ventilschiebers erfolgt immer zum Zeitpunkt nach Schließung des Einlaßventils, wenn kein Kipphebeldruck auf dem Ventilschieber lastet. Dies wird dadurch erreicht, daß die Herausziehkraft geringer ist, als der Anpreßdruck des Kipphebels auf den Ventilschieber.The valve slide is always pulled out after the intake valve has closed, when there is no rocker arm pressure on the valve slide. This is achieved by making the pulling force less than the contact pressure of the rocker arm on the valve slide.
Das Herausziehen des Ventilschiebers kann auch durch einen vom Drehwinkel der Nockenwelle abhängigen Stromschalter für jedes einzelne Einlaßventil zeitlich so erfolgen, daß das Einlaßventil zum gewünschten Zeitpunkt schließt.The valve slide can also be pulled out at a time for each individual intake valve using a current switch that depends on the angle of rotation of the camshaft, so that the intake valve closes at the desired time.
Da die Dicke des Ventilschiebers mindestens dem Ventil-/Kipphebeihub entspricht, kann bei herausgezogenem Ventilschieber der sich auf- und abwärtsbewegende Kipphebel das Einlaßventil nicht mehr betätigen. Das Einlaßventil bleibt durch den Ventilfederdruck geschlossen. Die angesaugte Luft beim Einspritzmotor bzw. das Kraftstoffluftgemisch beim Saugmotor kann nicht mehr in den Verbrennungsraum gelangen.Since the thickness of the valve slide corresponds at least to the valve/rocker arm stroke, the up and down moving rocker arm can no longer actuate the intake valve when the valve slide is pulled out. The intake valve remains closed by the valve spring pressure. The air sucked in with an injection engine or the fuel-air mixture with a naturally aspirated engine can no longer reach the combustion chamber.
Der am Einlaßventil herausgezogene Ventilschieber (1) betätigt einen Kontaktschalter (5). Dieser Kontaktschalter bewirkt, daß der Ventilschieber des Auslaßventils (17) desselben Zylinders zwischen Kipphebel und Ventilschaft herausgezogen wird. Der Ventilschieber des Auslaßventils ist also dem Ventilschieber des Einlaßventils immer nachgeschaltet und zeitlich mit einem vom Drehwinkel der Nockenwelle abhängigen Stromschalter (10) separat für jedes einzelne Auslaßventil so geschaltet, daß das Auslaßventil immer im oberen Totpunkt des Kolbens nach Ausstoß der Auspuffgase schließt.The valve slide (1) pulled out on the intake valve actuates a contact switch (5). This contact switch causes the valve slide of the exhaust valve (17) of the same cylinder to be pulled out between the rocker arm and the valve stem. The valve slide of the exhaust valve is therefore always connected downstream of the valve slide of the intake valve and is switched separately for each individual exhaust valve using a current switch (10) that depends on the angle of rotation of the camshaft, so that the exhaust valve always closes at the top dead center of the piston after the exhaust gases have been expelled.
2. Neue Gaspedaleinrichtung 2. New accelerator pedal device
Die Gaspedaleinrichtung (9) dient neben der Funktion als Motorbeschleuniger als Regler (8) für die Steuerung der Ventilschieber. Der Regler bewirktThe accelerator pedal device (9) serves not only as an engine accelerator but also as a controller (8) for controlling the valve slides. The controller causes
a) daß ohne Gaspedaldruck alle Ventilschieber zwischen Kipphebel und Ventilschaft herausgezogen werden und deshalb die Ventile geschlossen sind,a) that without accelerator pedal pressure all valve slides between the rocker arm and the valve stem are pulled out and therefore the valves are closed,
b) daß bei geringem Gaspedaldruck, z.B. in der Anlaßphase des Motors oder langsamer überlandfahrt die Ventilschieber von zwei Zylindern zwischen Kipphebel und Ventilschaft geschoben werden, so daß lediglich zwei Zylinder arbeiten, da nur eine geringe Motorleistung gefordert wird,b) that when the accelerator pedal pressure is low , e.g. when starting the engine or when driving slowly over country roads, the valve slides of two cylinders are pushed between the rocker arm and the valve stem, so that only two cylinders work, since only a low engine power is required,
c) daß bei starkem Gaspedaldruck, z.B. Anfahren am Berg, Beschleunigen oder schneller Autobahnfahrt, die Ventilschieber der restlichen Zylinder zwischen Kipphebel und Ventilschaft geschoben werden, so daß die volle Motorleistung gefordert werden kann.c) that when the accelerator pedal is pressed hard , e.g. when starting on a hill, accelerating or driving fast on the motorway, the valve slides of the remaining cylinders are pushed between the rocker arm and the valve stem so that the full engine power can be demanded.
Wird der Fuß vom Gaspedal genommen, werden o.a. Steuerungsmechanismen in umgekehrter Reihenfolge mit einer Zeitverzögerung von 1-3 Sekunden durch einen Zeitverzögerungsschalter (11) für Getriebeschaltvorgänge aufgehoben.If the foot is removed from the accelerator pedal, the above control mechanisms are cancelled in reverse order with a time delay of 1-3 seconds by a time delay switch (11) for gear shifting.
2.1. Zylinderzu- und abschaltung 2.1. Cylinder activation and deactivation
Die elektrischen Leitungen vom Regler der Gaspedaleinrichtung zu den Ventilschiebern sind durch am Armaturenbrett angebrachte Schalter (12) unterbrechbar, so daß mit diesen Schaltern, manuell geschaltet, z.B. mit zwei oder vier Zylindern gefahren werden kann, bzw. einzelne Zylinder abschaltbar sind. Außerdem ist vor dem Regler der Gaspedaleinrichtung ein Hauptschalter (13) angebracht, der bei entsprechender Schalterstellung das Herausziehen der Ventilschieber verhindert, so daß ein Motoren- und Fahrbetrieb nach bisherigem Muster möglich ist.The electrical lines from the accelerator pedal control to the valve slides can be interrupted by switches (12) on the dashboard, so that these switches can be used manually to drive with two or four cylinders, for example, or to switch off individual cylinders. In addition, a main switch (13) is installed in front of the accelerator pedal control, which prevents the valve slides from being pulled out when the switch is in the appropriate position, so that the engine and driving can be operated as before.
3. Zündeinrichtung 3. Ignition device
Die Zündeinrichtung (14) bei Vergasermotoren wird mit dem Ventilschieber des Auslaßventils über einen Kontaktschalter gekoppelt, so daß bei zurückgezogenem Ventil schieber die Zündungen für diesen Zylinder aussetzen.The ignition device (14) in carburettor engines is coupled to the valve slide of the exhaust valve via a contact switch, so that when the valve slide is retracted, the ignition for this cylinder is suspended.
4. Einspritzeinrichtung 4. Injection device
Die Einspritzeinrichtung wird mit dem Ventilschieber des Auslaßventils über einen Kontaktschalter gekoppelt, so daß bei zurückgezogenem Ventilschieber eine in der Einspritzpumpe (15) befindliche Kraftstoffweiche geschalten wird, die die Kraftstoffzufuhr zur Einspritzdüse unterbricht.The injection device is coupled to the valve slide of the exhaust valve via a contact switch, so that when the valve slide is retracted, a fuel switch located in the injection pump (15) is switched, which interrupts the fuel supply to the injection nozzle.
Der Kraftstoff wird zur Kraftstoffpumpe, -zuleitung, bzw. zum Kraftstoffilter oder Kraftstofftank zurückgeleitet.The fuel is returned to the fuel pump, fuel supply line, fuel filter or fuel tank.
5. Vakuumisiertes Kurbelgehäuse 5. Vacuumed crankcase
Der bisher beschriebene Kraftstoffverbrennungsmotor mit elektronischer Ventilsteuerung ist weitgehenst nur realisierbar mit einem Vakuum im Kurbelgehäuse, welches in einem gut abgedichteten Kurbelgehäuse mit einer Luftabsaugpume geschaffen wird.The fuel combustion engine with electronic valve control described so far can largely only be implemented with a vacuum in the crankcase, which is created in a well-sealed crankcase with an air suction pump.
5.1. Funktionsvorteile 5.1. Functional advantages
Bei vakuumisierten Kurbelgehäuse entfällt sowohl beim Ansaug- als auch beim Arbeitstakt des Motors der Luftwiderstand des atmospährischen Drucks an der Kolbenunterseite. Dies bewirktWith a vacuum-sealed crankcase, the air resistance of atmospheric pressure on the underside of the piston is eliminated during both the intake and the working stroke of the engine. This results in
a) beim Ansaugtakt eine geringere erforderliche Ansaugkraft, da der im Ansaugkanal vorherrschende normalen Luftdruck von 1 bar bei Öffnung des Einlaßventiles den Kolben nach unten drückt,a) during the intake stroke a lower intake force is required, since the normal air pressure of 1 bar prevailing in the intake duct pushes the piston downwards when the intake valve opens,
b) beim Arbeitstakt eine Erhöhung der auf den Kolben wirkendenb) during the working stroke an increase in the force acting on the piston
2
Kraft um jeweils 1 kp/cm Kolbenoberfläche.2
Force by 1 kp/cm piston surface.
5.2. Kolbenleerlauf im Vakuum 5.2. Piston idling in vacuum
Die geschlossene Stellung des Ein- und Auslaßventiles durch Herausziehen des Ventilschiebers im Motorleerlauf hätte ohne vakuumisiertem Kurbelgehäuse durch den im Kurbelgehäuse vorherrschenden atmosphärischen Druck eine Abbremsung des Motors zur Folge. Um dies zu vermeiden, ist das Kurbelgehäuse zu vakuumisieren. Beim vakuumisierten Kurbelgehäuse kann der Leerlauf des Kraftstoffverbrennungsmotors mit elektronischer Ventilsteuerung auch bei geschlossenen Ein- und Auslaßventilen erfolgen, wenn beim letzten Verbrennungsvorgang das Auslaßventil im oberen Totpunkt des Kolbens geschlossen wird. Die Kolben bewegen sich dann im luftleeren Zylinder und im vakuumisierten Kurbelgehäuse ohne größeren Widerstand auf und ab.The closed position of the intake and exhaust valves by pulling out the valve slide when the engine is idling would result in the engine being slowed down by the atmospheric pressure prevailing in the crankcase without a vacuum-sealed crankcase. To avoid this, the crankcase must be vacuum-sealed. With a vacuum-sealed crankcase, the internal combustion engine with electronic valve control can also idle when the intake and exhaust valves are closed if the exhaust valve is closed at the top dead center of the piston during the last combustion process. The pistons then move up and down in the airless cylinder and in the vacuum-sealed crankcase without any major resistance.
Dies bedeutet: Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges läuft der Motor mit der Geschwindigkeit, die über die Antriebsräder und den entsprechend eingelegten Getriebegang auf den Motor übertragen werden, leer und ohne größere Motorbremswirkung mit.This means: When the vehicle is being driven, the engine runs at the speed transmitted to the engine via the drive wheels and the corresponding gear engaged, idle and without any major engine braking effect.
6. Zuschaltbarer Elektromotor (E-Motor)6. Switchable electric motor (E-motor)
6.1. Ein mit dem Kraftstoffverbrennungsmotor mechanisch verbündender, an die Autobatterie elektrisch angeschlossener Elektromotor dient dazu, den wie oben beschriebenen kompressionslos geschaltenen Kraftstoffverbrennungsmotor über kürzere Zeiten (bis ca. 3 Minuten, danach schaltet der &Egr;-Motor automatisch ab) auf einer Mindestumdrehungszahl zu halten. (z.B. Beim Absinken der Motordrehzahl unter die Mindestumdeehungszahl (ca. 1 000 U/Min) bei stehendem Fahrzeug an Ampeln, im Autostau und bei ausgekuppeltem Motor). Bei erneutem Gaspedaldruck und eingeschaltener elektronischer Ventilsteuerung wird verzugslos auf Kompression und Kraftstoffantrieb umgeschaltet und der Fahrbetrieb kann aufgenommen werden.6.1. An electric motor mechanically connected to the fuel combustion engine and electrically connected to the car battery serves to keep the fuel combustion engine, which is switched without compression as described above, at a minimum number of revolutions for short periods of time (up to approx. 3 minutes, after which the Egr; engine switches off automatically). (E.g. when the engine speed drops below the minimum number of revolutions (approx. 1,000 rpm) when the vehicle is stationary at traffic lights, in a traffic jam and when the engine is disengaged). When the accelerator pedal is pressed again and the electronic valve control is switched on, the system switches over to compression and fuel drive without delay and driving can begin.
6.2. Außerdem dient der Elektromotor dazu, den Kraftstoffverbrennungsmotor
zu starten.
Startvorgang:6.2. The electric motor also serves to start the fuel combustion engine.
Startup process:
Der &Egr;-Motor bringt den auf kompressionslos geschaltenen Motor auf Leerlaufdrehzahl (ca. 1 000 U/Min). Bei entsprechendem leichtern Gaspedaldruck und der darauf einsetzenden elektronischen Ventilsteuerung wird, z.B. bei zwei Zylindern auf Verdichtungsbetrieb umgeschaltet und dadurch der Motor gestartet. Der &Egr;-Motor wird abgeschaltet und läuft entsprechend der Motordrehzahl leer mit.The Egr; motor brings the engine, which is switched to compression-free mode, to idling speed (approx. 1,000 rpm). With a correspondingly lighter pressure on the accelerator pedal and the resulting electronic valve control, the engine switches to compression mode, e.g. with two cylinders, and the engine starts. The Egr; motor is switched off and runs idle in accordance with the engine speed.
Ohne Kompressionen im Anlaßverfahren bzw. bei Zuschaltung von nur zwei Zylindern braucht der &Egr;-Motor relativ geringe elektrische Batterieenergie und kann mit weniger Wattleistung ausgestattet werden als beispielsweise ein Anlassermotor. Der bisherige übliche Anlasser kann entfallen.Without compression in the starting process or when only two cylinders are switched on, the Egr; engine requires relatively little electrical battery energy and can be equipped with less wattage than, for example, a starter motor. The previous usual starter can be omitted.
7. Kompressionslauf (Betrifft nur Einspritzmotoren) Durch Betätigen des Bremspedals kann über einen an das Bremspedal gekoppelten Schalter folgende Ventilsteuerung geschalten werden: Der Ventilschieber des Einlaßventils wird zwischen Kipphebel und Ventilschaft geschoben. Das Einlaßventil arbeitet dadurch normal gemäß Nockenwelle.7. Compression run (only applies to injection engines) By operating the brake pedal, the following valve control can be switched via a switch connected to the brake pedal: The valve slide of the intake valve is pushed between the rocker arm and the valve stem. The intake valve therefore works normally in accordance with the camshaft.
Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Einlaßventil geöffnet und bei der Aufwärtsbewegung geschlossen.When the piston moves downwards, the intake valve opens and when it moves upwards, it closes.
Da sich das Auslaßventil bei der nächsten Umdrehung des Kurbeltriebes nicht öffnet, kommt es zur Kompression der angesaugten Luft. Die dadurch erzeugte Bremswirkung des Motors ist in diesem Falle erwünscht und erzeugt eine Abbremsung des Motors und damit des Fahrzeuges.Since the exhaust valve does not open during the next rotation of the crank mechanism, the air that is sucked in is compressed. The resulting braking effect of the engine is desirable in this case and causes the engine and thus the vehicle to slow down.
Die komprimierte Luft kann auch über ein Zusatzventil in einen Luftdruckbehälter abgepumpt werden (z.B. bei LKW mit Luftdruckbehälter). The compressed air can also be pumped into an air pressure tank via an additional valve (e.g. in trucks with air pressure tanks).
8. Zusammenfassung der Vorteile des Kraftstoffverbrennungsmotor mit elektronischer Ventilsteuerung 8. Summary of the advantages of the fuel combustion engine with electronic valve control
Die bisherigen Beschreibungen und Funktionen des Kraftstoffverbrennungsmotors zielen auf folgendes ab:The previous descriptions and functions of the fuel combustion engine are aimed at the following:
8.1. Kraftstoffersparnis durch Abschalten des KraftstoffVerbrennungsmotors in Zeiten, bei denen kein Antrieb erforderlich ist.8.1. Fuel savings by switching off the fuel combustion engine at times when no propulsion is required.
8.2. Verringerung der Auspuff-Emissionen in die Umwelt durch eingesparten Kraftstoff.8.2. Reduction of exhaust emissions into the environment through saved fuel.
8.3. Leistungssteigerung des Motors durch fehlenden atmosphärischen Luftwiderstand an der Kolbenunterseite bei vakuumisiertem Kurbelgehäuse. 8.3. Increased engine performance due to the lack of atmospheric air resistance on the underside of the piston with a vacuum-sealed crankcase.
8.4. Anpassung der Motorleistung an die gegebenen Verkehrsverhältnisse durch Abschalten von einzelnen oder mehreren Zylindern.8.4. Adaptation of engine power to the given traffic conditions by switching off individual or multiple cylinders.
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1990
- 1990-07-05 DE DE9010217U patent/DE9010217U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
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WO2008133599A1 (en) * | 2007-04-26 | 2008-11-06 | Campos Marcia Jose Luis Arturo | Mechanism for deactivation of cylinders in internal combustion engines |
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