EP0416205A1 - Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren - Google Patents
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- F02M9/00—Carburettors having air or fuel-air mixture passage throttling valves other than of butterfly type; Carburettors having fuel-air mixing chambers of variable shape or position
- F02M9/12—Carburettors having air or fuel-air mixture passage throttling valves other than of butterfly type; Carburettors having fuel-air mixing chambers of variable shape or position having other specific means for controlling the passage, or for varying cross-sectional area, of fuel-air mixing chambers
- F02M9/127—Axially movable throttle valves concentric with the axis of the mixture passage
- F02M9/133—Axially movable throttle valves concentric with the axis of the mixture passage the throttle valves having mushroom-shaped bodies
Definitions
- the invention relates to a fuel-air mixture formation device for internal combustion engines with a rotationally symmetrical nozzle body which, together with a rotationally symmetrical throttle body displaceable in it, forms a convergent-divergent nozzle which opens into an intake manifold of the internal combustion engine, with a fuel air gap rotating around the convergent-divergent nozzle opens into the nozzle with a circumferential gap opening and communicates with a fuel supply and an air supply, so that fuel mixed with air is injected from the gap opening approximately transversely to the direction of the main air mass flow into the nozzle.
- Such a fuel-air mixture formation device is known from DE 36 43 882 A1.
- the fuel supply is designed as a circumferential fuel gap, through which fuel is uniformly supplied to the air supply, which is designed as a circumferential annular channel.
- the fuel premixed with air flows through the mouth of the fuel air gap, which is arranged symmetrically with respect to the nozzle narrowest cross-section of the nozzle transversely to the main flow direction into the combustion air flowing at high speed, so that a homogeneous fuel-air mixture with the finest fuel droplets is subsequently produced.
- the disadvantage here is that the height of the circumferential fuel gap, which acts in the manner of a laminar throttle, must be kept very small, which causes a progressively uneven distribution of the fuel over the circumference of the convergent-divergent nozzle with only slightly variable height differences of the fuel gap. furthermore, it heats up the fuel excessively and thus promotes the formation of vapor bubbles, which can eventually lead to local blockages of the lamidar throttle due to relatively small dirt particles.
- the fuel supply is designed as a radially extending supply channels.
- the radially extending supply channels ensure that the fuel is fed radially into the fuel air gap in uniform streams, while mixing with the air. After exiting the supply channels, it is distributed and emerges from the mouth of the fuel air gap evenly over its entire circumference.
- the uniform mixture distribution is supported by the fact that the fuel supply channels are preferably arranged uniformly distributed on the circumference of the nozzle, thus enclosing the nozzle in a rosette shape.
- the number of fuel supply channels should be greater than the number of cylinders of the combustion motors and preferably be a multiple.
- the air supply is designed as an annular channel running around the nozzle.
- the fuel supply channels should open directly into the fuel air gap.
- the radially extending feed channels according to the invention can be formed in different ways. For example, through radial bores in the nozzle body or a radial gap formation between individual components of the nozzle body.
- the only important thing is that the fuel is not supplied - as in the prior art - via a circumferential fuel gap which is to be kept small and acts as a laminar throttle, but rather via a plurality of radially extending supply channels which can have a greater height or the same amount of fuel are optimized with regard to their fuel passage cross sections (width and height of the respective feed channel).
- the nozzle body is designed to be divided transversely to the direction of the main mass flow and an annular disk is arranged between the two nozzle body parts and has the fuel supply channels.
- the fuel supply channels in the disk are expediently formed by slots which are open to the inside of the ring and the ring disk is designed as an annular disk, that is to say in addition to the inner annular contour predetermined by the nozzle, it also has an outer annular contour. The disk can thus simply be inserted into a recess formed between the two nozzle body parts, the disk being centered on its outer circumference.
- the annular disk and the annular channel for the air should be arranged concentrically to the nozzle, with an inner diameter of the annular disk which is at least as large as the outer diameter of the air annular channel.
- an imaginary longitudinal axis of the fuel-air mixture formation device around which parts of this mixture formation device are formed symmetrically, is designated by 1.
- a nozzle body 2 with its inner wall 3 is essentially rotationally symmetrical.
- the interior space delimited by the inner wall in the nozzle body tapers downwards in its upper region 4 down to a point of the narrowest clear cross-section 5 straight diffuser 6, which opens into a suction pipe, not shown, of the internal combustion engine.
- Above the fuel-air mixture formation device is via an air filter, not shown with air.
- the main air mass flow therefore flows in the direction of arrow L from top to bottom.
- a throttle body 7 which is also rotationally symmetrical about the longitudinal axis and is adjustable in the direction of the longitudinal axis according to double arrow C, is used in connection with the nozzle body 2.
- An upper part of the throttle body expands continuously from above and opens into a substantial lower part of the throttle body, which tapers continuously from top to bottom. The passage for the air mass flow between the nozzle body 2 and the throttle body 7 is thus narrowed the further the throttle body is moved downward.
- the nozzle body forms a convergent-divergent nozzle together with the throttle body.
- the nozzle body 2 is divided into an upper nozzle body part 2a and a lower nozzle body part 2b in the region of the narrowest cross section 8 of the convergent-divergent nozzle.
- An annular disk 9 is arranged between the two nozzle body parts and is clamped between them when the two nozzle body parts are connected.
- the circular disk 9 is supported on its outer circumference on a centering projection 10 of the upper nozzle body part 2a.
- the inner diameter of the annular disc 9 is larger than the diameter of the nozzle in its narrowest cross section.
- the circular disc itself is provided with twelve radially extending slots 11, each offset by an angle of 30 ° from one another, which are open in the area of their respective end 12 facing the nozzle, but are closed in the area of the opposite end 13.
- a wall 14 of the lower nozzle body part 2b is provided with a Provided fuel feed bore 15, which merges into a fuel ring channel 16, which is arranged in the nozzle body part 2b in a rotationally symmetrical manner with respect to the longitudinal axis 1 and which is in flow connection with the ends 13 of the slots 11.
- the fuel thus passes through the fuel feed bore 15 into the fuel ring channel 16 and is distributed from there to the individual slots which are flowed through in the radial direction according to arrow D to the interior of the nozzle body.
- the fuel emerges from the slots 11, into a gap 17 formed between the upper nozzle body part 2a and the lower nozzle body part 2b, which runs around the nozzle in the region of the narrowest cross section 8 and has a gap opening 18 directed towards the interior of the nozzle body 2 which, like the gap 17, extends over 360 °.
- the fuel ring channel 16 is designed with a relatively small flow resistance, while the slots 11 have a relatively high flow resistance.
- the cross-sections of the slots are adjusted so that the flow of the fuel is predominantly laminar, the height is in particular such that conventional fine filters do not cause clogging by dirt particles.
- Air is introduced into the gap 17 adjacent to the respective slot ends 12 under higher pressure, approximately under ambient pressure.
- the gap 17 is connected via an air ring channel 19, which is also rotationally symmetrical to the longitudinal axis 1 and is arranged in the upper nozzle body part 2, and at least one bore 20 with an interior section, not shown in more detail, in the nozzle body part 2a, in which practically the air pressure of the environment prevails, while in the Gap opening 18 there is an air pressure up to about half the ambient pressure and the air can reach the speed of sound at this point.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper (2), der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren rotationssymmetrischen Drosselkörper (7) eine konvergent-divergente Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, wobei ein um die konvergent-divergente Düse umlaufender Kraftstoffluftspalt (17) mit einer umlaufenden Spaltöffnung (18) in die Düse mündet und mit einer Kraftstoffzuführung (11) sowie einer Luftzuführung (19) in Verbiindung steht, so daß aus der Spaltöffnung mit Luft vermischter Kraftstoff annähernd quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes (L) in die Düse eingespritzt wird. Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine derartige Vorrichtung so weiter zu bilden, daß bei ihr eine gleichmäßige, störungs- und im wesentlichen aufheizungsfreie Verteilung des Kraftstoffes am Umfang der Düse sichergestellt ist. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß die Kraftstoffzuführung als radial verlaufende Zuführkanäle (11) ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper, der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren rotationssymmetrischen Drosselkörper ein konvergent-divergente Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, wobei ein um die konvergent-divergente Düse umlaufender Kraftstoffluftspalt mit einer umlaufenden Spaltöffnung in die Düse mündet und mit einer Kraftstoffzuführung sowie einer Luftzuführung in Verbindung steht, so daß aus der Spaltöffnung mit Luft vermischter Kraftstoff annähernd quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes in die Düse eingespritzt wird.
- Eine derartige Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung ist aus der DE 36 43 882 A1 bekannt. Bei dieser ist die Kraftstoffzuführung als umlaufender Kraftstoffspalt ausgebildet, über den Kraftstoff gleichmäßig der Luftzuführung zugeführt wird, die als umlaufender Ringkanal ausgebildet ist. Über die Mündung des rotationssymmetrisch zur Düse angeordneten Kraftstoffluftspaltes strömt der mit Luft vorgemischte Kraftstoff im Bereich des engsten Querschnittes der Düse quer zur Hauptströmungsrichtung in die mit hoher Geschwindikeit strömende Verbrennungsluft aus, so daß in der Folge ein homogenes Kraftstoffluftgemisch mit feinsten Kraftstofftröpfchen entsteht.
- Nachteilig ist dabei, daß die Höhe des umlaufenden Kraftstoffspaltes, der in Art einer Laminardrossel wirkt, sehr klein gehalten werden muß, was bei nur wenig veränderlichen Höhenunterschieden des Kraftstoffspaltes über seinem Umfang eine progressiv ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes am Umfang der konvergent-divergenten Düse hervorruft, ferner den Kraftstoff übermäßig aufheizt und damit die Dampfblasenbildung fördert und schließlich schon durch relativ kleine Schmutzteilchen zu örtlichen Verstopfungen der Lamidardrossel führen kann.
- Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Kraftstoff-Luft - Gemischbildungsvorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der eine gleichmäßige, störungs- und im wesentlichen aufheizungsfreie Verteilung des Kraftstoffes am Umfang der Düse sichergestellt ist.
- Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Kraftstoffzuführung als radial verlaufende Zuführkanäle ausgebildet ist. Die radial verlaufenden Zuführkanäle bewirken, daß der Kraftstoff in gleichmäßigen Strömen radial - unter Vermischung mit der Luft-dem Kraftstoffluftspalt zugeführt wird. Nach dem Austritt aus den Zuführkanälen verteilt er sich und tritt aus der Mündung des Kraftstoffluftspaltes über dessen gesamten Umfang gleichmäßig aus. Unterstützt wird die gleichmäßige Gemischverteilung dadurch, daß die Kraftstoffzuführkanäle vorzugsweise gleichmäßig verteilt am Umfang der Düse angeordnet sind, somit rosettenförmig die Düse umschließen. Die Anzahl der Kraftstoffzuführkanäle sollte größer sein als die Anzahl der Zylinder des Verbrennungs motors und vorzugsweise ein Vielfaches betragen.
- Um eine optimale Vermischung von Kraftstoff und Luft zu erzielen ist vorgesehen, daß die Luftzuführung als um die Düse umlaufender Ringkanal ausgebildet ist. Die Kraftstoffzuführkanäle sollten unmittelbar in den Kraftstoffluftspalt münden.
- Die erfindungsgemäßen, radial verlaufenden Zuführkanäle können auf unterschiedliche Art und Weise gebildet sein. So beispielsweise durch Radialbohrungen im Düsenkörper oder eine radiale Spaltbildung zwischen einzelnen Bauteilen des Düsenkörpers. Entscheidend ist nur, daß die Zuführung des Kraftstoffes nicht - wie beim Stand der Technik - über einen in der Höhe klein zu haltenden, als Laminardrossel fungierenden umlaufenden Kraftstoffspalt erfolgt, sondern über mehrere radial verlaufende Zuführkanäle, die bei gleichem Kraftstoffmengendurchsatz eine größere Höhe aufweisen können bzw. bezüglich deren Kraftstoffdurchtrittsquerschnitte(Breite und Höhe des jeweiligen Zuführkanales) optimiert sind.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Düsenkörper quer zur Richtung des Hauptmassenstromes geteilt ausgebildet und zwischen den beiden Düsenkörperteilen eine ringförmige Scheibe angeordnet ist, die die Kraftstoffzuführkanäle aufweist. Zweckmäßig sind die Kraftstoffzuführkanäle in der Scheibe durch zum Ringinneren offene Schlitze gebildet und die Ringscheibe als Kreisringscheibe ausgebildet, das heißt sie weist neben der durch die Düse vorgegebenen inneren Kreisringkontur auch eine äußere Kreisringkontur auf. Die Scheibe kann damit einfach in eine zwischen den beiden Düsenkörperteilen gebildete Ausnehmung eingelegt werden, wobei die Zentrierung der Scheibe an derem äußeren Umfang erfolgt. Zwischen den seitlichen Begrenzungen der in der Scheibe befind lichen Schlitze und den in Anlage mit der Scheibe gelangenden jeweiligen Wandungen der Düsenkörperteile werden dann die einzelnen Zuführkanäle gebildet. In Weiterbildung sollten die Ringscheibe und der Ringkanal für die Luft konzentrisch zur Düse angeordnet sein, bei einem mindestens so großen Innendurchmesser der Ringscheibe wie der Außendurchmesser des Luftringkanals.
- Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
- In den Figuren ist die Erfindung anhand einer Ausführungsform verdeutlicht, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:
- Figur 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für einen Ottomotor im Bereich von Düsenkörper und Drosselkörper (Schnitt B-B gemäß Figur 2) und
- Figur 2 einen Querschnitt im Bereich von Düsenkörper und Drosselkörper (Schnitt A-A gemäß Figur 1) in vereinfachter Darstellung.
- In Figur 1 ist eine gedachte Längsachse der Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung, um die Teile dieser Gemischbildungsvorrichtung symmetrisch ausgebildet sind, mit 1 bezeichnet. Im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt ist ein Düsenkörper 2 mit seiner inneren Wandung 3. Der von der inneren Wandung begrenzte Innenraum in dem Düsenkörper verjüngt sich in seinem oberen Bereich 4 nach unten stetig bis zu einer Stelle engsten lichten Querschnitts 5. An diesen schließt sich nach unten ein gerader Diffusor 6 an, der in ein nicht dargestelltes Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet. Oben wird die Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung über ein nicht dargestelltes Luftfil ter mit Luft beaufschlagt. Der Hauptluftmassenstrom strömt also in Pfeilrichtung L von oben nach unten.
- Zur Regelung des Hauptluftmassenstromes dient in Verbindung mit em Düsenkörper 2 ein ebenfalls rotationssymmetrisch um die Längsachse geformter Drosselkörper 7, der dazu in Richtung der Längsachse gemäß Doppelpfeil C einstellbar ist. Ein oberer Teil des Drosselkörpers erweitert sich von oben stetig und mündet in einen wesentlichen unteren Teil des Drosselkörpers, der sich von oben nach unten stetig verjüngt. Der Durchlaß für den Luftmassenstrom zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Drosselkörper 7 wird also umso mehr verengt, je weiter der Drosselkörper nach unten verschoben ist. Der Düsenkörper bildet zusammen mit dem Drosselkörper eine konvergent-divergente Düse.
- Der Düsenkörper 2 ist im Bereich des engsten Querschnittes 8 der konvergent-divergenten Düse in ein oberes Düsenkörperteil 2a und ein unteres Düsenkörperteil 2b geteilt. Zwischen den beiden Düsenkörperteilen ist eine Kreisringscheibe 9 angeordnet, die beim Verbinden der beiden Düsenkörperteile zwischen diesen eingeklemmt wird. Die Kreisringscheibe 9 stützt sich an ihrem äußeren Umfang an einem Zentrieransatz 10 des oberen Düsenkörperteiles 2a ab. Der Innendurchmesser der Kreisringscheibe 9 ist größer als der Durchmesser der Düse in ihrem engsten Querschnitt.
- Die Kreisringscheibe selbst ist mit zwölf radial verlaufenden, jeweils um einen Winkel von 30° zueinander versetzt angeordneten Schlitzen 11 versehen, die im Bereich ihres jeweiligen, der Düse zugewandten Endes 12 offen, hingegen im Bereich des entgegengesetzten Endes 13 verschlossen sind.
- Zur Kraftstoffzufuhr in den Innenraum des Düsenkörpers 2 ist eine Wandung 14 des unteren Düsenkörperteils 2b mit einer Kraftstoffzuleitungsbohrung 15 versehen, die in einen im Düsenkörperteil 2b rotationssymmetrisch zur Längsachse 1 angeordneten Kraftstoffringkanal 16 übergeht, der im Bereich der Enden 13 der Schlitze 11 in Fließverbindung mit diesen steht. Der Kraftstoff tritt somit durch die Kraftstoffzuleitungsbohrung 15 in den Kraftstoffringkanal 16 und verteilt sich von dort auf die einzelnen Schlitze, die in radialer Richtung gemäß Pfeil D zum Düsenkörperinneren hin durchströmt werden. Dort tritt der Kraftstoff aus den Schlitzen 11 aus, in einen zwischen dem oberen Düsenkörperteil 2a und dem unteren Düsenkörperteil 2b gebildeten Spalt 17, der im Bereich des engsten Querschnittes 8 der Düse um diese umläuft und eine zu dem Innenraum des Düsenkörpers 2 gerichtete Spaltöffnung 18 aufweist, die sich wie der Spalt 17 über 360° erstreckt. Zur gleichmäßigen Verteilung des in den Düsenkörper 2 eintretenden Kraftstoffstroms ist der Kraftstoffringkanal 16 mit einem verhältnismäßig kleinen Strömungswiderstand ausgebildet, während die Schlitze 11 einen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand aufweisen. Die Querschnitte der Schlitze sind so abgestimmt, daß die Strömung des Kraftstoffs vorwiegend laminar ist, die Höhe ist insbesondere so bemessen, daß bei üblichen feinen Filtern eine Verstopfung durch Schmutzteilchen nicht auftritt.
- In den Spalt 17 wird benachbart zu den jeweiligen Schlitzenden 12 Luft unter höherem Druck ,annähernd unter Umgebungsdruck, eingeleitet. Hierzu steht der Spalt 17 über einen zur Längsachse 1 gleichfalls rotationssymmetrischen, im oberen Düsenkörperteil 2 angeordneten Luftringkanal 19 sowie mindestens eine Bohrung 20 mit einem nicht näher gezeigten Innenraumabschnitt in dem Düsenkörperteil 2a in Verbindung, in dem praktisch der Luftdruck der Umgebung herrscht, während in der Spaltöffnung 18 ein Luftdruck bis etwa zur Hälfte des Umgebungsdruckes herrscht und die Luft an dieser Stelle Schallgeschwindigkeit erreichen kann. Im Spalt 17, präziser dem Kraftstoffluftspalt entsteht eine Kraftstoff/Luft-Emulsion, die durch den Druckunterschied zwischen Luftringkanal 19 und dem Bereich des engsten Querschnittes der konvergent-divergenten Düse in den Hauptluftmassenstrom L eingebracht wird, wobei stromabwärts ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch entsteht.
-
- 1 Längsachse
- 2 Düsenkörper
- 2a oberes Düsenkörperteil
- 2b unteres Düsenkörperteil
- 3 innere Wandung
- 4 oberer Bereich
- 5 engster Querschnitt des Düsenkörpers
- 6 Diffusor
- 7 Drosselkörper
- 8 engster Querschnitt der Düse
- 9 Kreisringscheibe
- 10 Zentrieransatz
- 11 Schlitz
- 12 Ende
- 13 Ende
- 14 Wandung
- 15 Kraftstoffzuleitungsbohrung
- 16 Kraftstoffringkanal
- 17 Spalt/Kraftstoffluftspalt
- 18 Spaltöffnung
- 19 Luftringkanal
- 20 Bohrung
Claims (9)
1. Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper (2), der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren rotationssymmetrischen Drosselkörper (7) eine konvergent-divergente Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, wobei ein um die konvergent-divergente Düse umlaufender Kraftstoffluftspalt (17) mit einer umlaufenden Spaltöffnung (18) in die Düse mündet und mit einer Kraftstoffzuführung (11) sowie einer Luftzuführung (19) in Verbindung steht, so daß aus der Spaltöffnung (18) mit Luft vermischter Kraftstoff annähernd der zur Richtung des Hauptluftmassenstromes (L) in die Düse eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführung (11) als radial verlaufende Zuführkanäle (11) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführkanäle (11) gleichmäßig verteilt am Umfang der Düse angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kraftstoffzuführkanäle (11) größer ist als die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors, vorzugsweise ein Vielfaches beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung (19) als um die Düse umlaufender Ringkanal (19) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführkanäle (11) unmit telbar in den Kraftstoffluftspalt (17) münden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) quer zur Richtung des Hauptluftmassenstroms (L) geteilt ausgebildet und zwischen den beiden Düsenkörperteilen (2a, 2b) eine ringförmige Scheibe (9) angeordnet ist, die die Kraftstoffzuführkanäle (11) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführkanäle (11) in der Scheibe (9) durch zum Ringinneren offene Schlitze (11) gebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (9) als Kreisringscheibe ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (9) und der Ringkanal (19) für die Luft konzentrisch zur Düse angeordnet sind und der Innendurchmesser der Ringscheibe (9) mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Luftringkanals (19).
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