EP0953098B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the oscillating piston 7 has on the crankcase side a Kullissen Insert 17 in the form of an elongated hole, which is substantially radial is aligned with the axis of rotation 10 of the oscillating piston 7.
- This slot of The slotted guide 17 takes one on a crank pin 18 of the crankshaft 16 stored roller 19 on.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder und einem Kurbelgehäuse, das zusammen mit dem Zylinder einen gemeinsamen, kreiszylindrischen Rohrkörper bildet, und mit einem um die Zylinderachse drehbar gelagerten, einen durch radiale Wände begrenzten Zylinderraum vom Kurbelgehäuse trennenden Schwingkolben, der mit einer zur Zylinderachse parallelen Kurbelwelle über eine auf der Kurbelgehäuseseite des Schwingkolbens vorgesehene Kulissenführung für wenigstens einen Kurbelzapfen der Kurbelwelle antriebsverbunden ist.The invention relates to an internal combustion engine with at least one Cylinder and a crankcase, which together with the cylinder a common, forms circular cylindrical tube body, and with a around the cylinder axis rotatably mounted cylinder space from the crankcase bounded by radial walls separating oscillating piston, with a crankshaft parallel to the cylinder axis via one provided on the crankcase side of the oscillating piston Link guide for at least one crank pin of the crankshaft drive-connected is.
Um bei Verbrennungskraftmaschinen mit einem eine hin- und hergehende Drehbewegung ausführenden Schwingkolben und mit einer zur Drehachse des Schwingkolbens parallelen Kurbelwelle zwischen dem Schwingkolben und der Kurbelwelle eine Antriebsverbindung herzustellen, ist es bekannt (US-PS 4 272 229), eine auf einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagerte Pleuelstange mit Abstand von der Drehachse des Schwingkolbens an diesem anzulenken. Über diese Pleuelstangenanlenkung kann es jedoch zu Zwangskräften kommen, die nicht nur bei der Lagerung des Schwingkolbens zu berücksichtigen sind, sondern unter Umständen auch die Dichtungsverhältnisse für den Schwingkolben beeinflussen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die wirksame Abdichtung des Zylinderraumes sehr empfindlich gegenüber Formänderungen zufolge thermischer bzw. mechanischer Belastungen ist, die sich auf den Dichtspalt zwischen dem im allgemeinen plattenförmigen Schwingkolben und dem Zylinder auswirken.To make a reciprocating rotary motion in internal combustion engines Executing oscillating piston and with one to the axis of rotation of the oscillating piston parallel crankshaft between the oscillating piston and the crankshaft a drive connection to manufacture, it is known (U.S. Patent 4,272,229), one on one Crank pin of the crankshaft connecting rod at a distance from the axis of rotation of the oscillating piston on this. About this connecting rod linkage However, it can lead to constraining forces that are not only due to the storage of the Vibrating pistons have to be taken into account, but under certain circumstances also the sealing conditions for the oscillating piston. In this context to note that the effective sealing of the cylinder chamber is very sensitive against changes in shape due to thermal or mechanical loads, which relates to the sealing gap between the generally plate-shaped oscillating piston and impact the cylinder.
Darüber hinaus ist es bei solchen Verbrennungskraftmaschinen bekannt (FR-PS 447 632), auf dem Kurbelzapfen einen Gleitstein zu lagern, der in einer mit dem Schwingkolben verbundenen radialen Gleitführung gehlten wird. Das Kurbelgehäuse wird dabei in einfacher Weise durch einen kreiszylindrischen Rohrkörper gebildet, der von einem Kühlmantel umschlossen ist. Der Schwingkolben weist im wesentlichen die Form eines mit seinem Außendurchmesser an den Innendurchmesser des Rohrkörpers angepaßten, hohlen Halbzylinders auf, der durch die radiale Gleitführung für den Gleitstein ausgesteift wird. Diese Konstruktion macht nicht nur eine Kurbelkastenspülung unmöglich, sondern ist wegen der Gleitsteinführung auch verschleißanfällig. Dazu kommt eine ungleichmäßige Wärmebelastung des Rohrkörpers, der zufolge der kühlungsbedingten, ungleichmäßigen Wärmeverteilung über den Umfang unterschiedlichen Wärmedehnungen unterworfen ist, so daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Kolbenabdichtung ergeben, was wiederum die mögliche Verdichtung des Brennstoff-Luftgemisches beschränkt.In addition, it is known in such internal combustion engines (FR-PS 447 632) to store a sliding block on the crank pin, which in one with the oscillating piston connected radial sliding guide is held. The crankcase will thereby formed in a simple manner by a circular-cylindrical tubular body which of is enclosed in a cooling jacket. The oscillating piston essentially has that Form one with its outer diameter to the inner diameter of the tubular body adapted, hollow half-cylinder, the radial sliding guide for the Sliding block is stiffened. This construction doesn't just do a crankcase flush impossible, but is also prone to wear due to the sliding block guide. In addition, there is an uneven thermal load on the tube body, which according to the cooling-related, uneven heat distribution over the circumference different Is subjected to thermal expansion, so that difficulties with regard to Piston seals result in what in turn the possible compression of the fuel-air mixture limited.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so auszugestalten, daß einerseits vorteilhafte Kraftübertragungsbedingungen zwischen dem Schwingkolben und der Kurbelwelle und anderseits günstige Abdichtungsverhältnisse für den Zylinderraum sichergestellt werden können.The invention is therefore based on the object of an internal combustion engine design described at the beginning with simple constructive means so that on the one hand, advantageous power transmission conditions between the oscillating piston and the crankshaft and on the other hand favorable sealing conditions for the cylinder space can be ensured.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß sich der Kurbelzapfen über eine Rolle an der Kulissenführung abstützt und daß der den Zylinder und das Kurbelgehäuse bildende Rohrkörper nach außen wärmeisoliert ist.The invention solves this problem in that the crank pin extends over a Roller on the link guide and supports that the cylinder and the crankcase forming tubular body is thermally insulated from the outside.
Durch die mit der Kulissenführung zusammenwirkende Rolle auf dem Kurbelzapfen wird eine einfache, wegen der weitgehenden Unabhängigkeit von Fertigungstoleranzen zwängungsfreie, schwingungsarme Kraftübertragung zwischen dem Schwingungskolben und der Kurbelwelle erreicht, wobei durch eine geeignete Wahl der Hebelverhältnisse eine vorteilhafte Drehmomenteinleitung möglich wird. Um die beim Betrieb einer solchen Verbrennungskraftmaschine unvermeidlichen Wärmedehnungen zu berücksichtigen, wird der gesamte Rohrkörper, also sowohl der Zylinder als auch das Kurbelgehäuse, nach außen wärmeisoliert ausgeführt, so daß eine gleichmäßige Wärmedehnung des Rohrkörpers einschließlich des Schwingkolbens ermöglicht wird. Durch diese Maßnahme kann auch bei hohen Wärmebelastungen ein ausreichend enger Dichtspalt zwischen Kolben und Zylinder sichergestellt werden, um ohne Einsatz einer verschleißanfälligen Dichtung zwischen dem Schwingkolben und den Zylinderwänden für einen guten Wirkungsgrad zu sorgen. in diesem Zusammenhang ist zusätzlich zu beachten, daß die mit einer Kulissenführung zusammenwirkende Rolle des Kurbelzapfens im Vergleich zu einem Gleitstein oder einer Pleuelstange eine Wärmeableitung auf die Kurbelwelle erschwert, weil sich zwischen der Rolle und der Kulissenführung im wesentlichen nur eine Linienberührung ergibtThanks to the role on the crank pin that interacts with the link guide becomes a simple, because of the largely independence from manufacturing tolerances low-vibration, low-vibration power transmission between the vibration piston and the crankshaft achieved, with a suitable choice of lever ratios an advantageous introduction of torque is possible. To the at Operation of such an internal combustion engine inevitable thermal expansion The entire tube body, i.e. both the cylinder and the crankcase, heat-insulated from the outside, so that a uniform Thermal expansion of the tubular body including the oscillating piston is made possible. This measure can be sufficient even with high thermal loads tight sealing gap between piston and cylinder can be ensured without Use of a seal prone to wear between the oscillating piston and the Cylinder walls to ensure good efficiency. in this context It should also be noted that the one interacting with a guide Role of the crank pin compared to a sliding block or a connecting rod a heat dissipation on the crankshaft difficult because between the roller and the guide only results in a line contact
Da aufgrund des hin- und herdrehenden Schwingkolbens über die Kulissenführung entgegengesetzt gerichtete Kräfte übertragen werden müssen, kann die Kulissenführung aus einem die Rolle des Kurbelzapfens aufnehmenden Langloch bestehen. Bei einem als Doppelkolben ausgebildeten Schwingkolben führen die beiden sich diametral von der gemeinsamen Drehachse erstreckenden Kolbenhälften in bezug auf eine Kurbelwelle um 180° gegeneinander versetzte Drehschwingungen aus. Dieser Umstand kann dazu ausgenützt werden, die beiden Kolbenhälften abwechselnd für die Kraftübertragung heranzuziehen. Zu diesem Zweck können zwei parallele, je einer Kolbenhälfte zugeordnete und miteinander antriebsverbundene Kurbelwellen vorgesehen werden, die mit je einer Kulissenführung auf der zugehörigen Kolbenhälfte zusammenwirken. Die in einem solchen Fall lediglich eine gerade Laufbahn für die zugehörigen Rollen auf den Kurbelzapfen darstellenden Kulissenführungen wirken jeweils während des Arbeitshubes, nicht aber während des Rückhubes der Kolbenhälften auf die zugehörigen Kurbelwellen ein, was einfache Konstruktionsverhältnisse schafft. Trotzdem ergibt sich aufgrund der Antriebsverbindung der beiden abwechselnd angetriebenen Kurbelwellen ein durchgehender Kurbelwellenantrieb. Bei einer elastischen Vorspannung dieser Antriebsverbindung zwischen den beiden Kurbelwellen, beispielsweise über einen Zahnriementrieb, kann eine spielfreie Kulissenführung für die Rollen der Kurbelwellen erzielt werden. Es können die den beiden Kulissenführungen zugeordneten Rollen aber auch einer gemeinsamen Kurbelwelle angehören.Because of the back and forth swinging piston over the link guide opposing forces must be transmitted, the backdrop guide consist of an elongated hole receiving the role of the crank pin. In a swinging piston designed as a double piston, the two lead piston halves extending diametrically from the common axis of rotation with respect to a crankshaft offset from each other by 180 °. This Circumstances can be used to alternate the two piston halves for to use the power transmission. For this purpose, two parallel ones, one each Provided crankshaft associated with the piston and connected to each other drive-connected be, each with a link guide on the associated piston half interact. Which in such a case is just a straight career for the Associate roles act on the crank guides representing crank pin each during the working stroke, but not during the return stroke of the piston halves on the associated crankshafts, which is simple design relationships creates. Nevertheless, due to the drive connection of the two, there is an alternation driven crankshafts a continuous crankshaft drive. At a elastic preload of this drive connection between the two crankshafts, For example, via a toothed belt drive, a play-free backdrop guide can be achieved for the roles of the crankshafts. It can be the two scenery tours assigned roles but also belong to a common crankshaft.
Damit beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ein gesonderter Antrieb für die Kraftstoffeinspritzpumpe mit einer entsprechenden, hubabhängigen Steuerung entfallen kann, kann eine über einen in den Zylinderraum ragenden Stößel durch den Schwingkolben selbst antreibbare Kraftstoffeinspritzpumpe vorgesehen sein. Mit der Stößelbetätigung durch den Schwingkolben wird die Kraftstoffeinspritzpumpe in der Hubfrequenz des Schwingungskolbens beaufschlagt, wobei vorteilhaft Membranpumpen wegen der einfachen Abdichtung eingesetzt werden können. Trägt der Stößel zur Betätigung der Kraftstoffeinspritzpumpe an seinem in den Zylinderraum ragenden Ende einen mit einer sacklochartigen Ausnehmung im Schwingkolben zusammenwirkenden Kolben, so erfolgt die Stößelbetätigung zumindest bei höheren Hubfrequenzen über einen Gaspolster, der sich beim Eindringen des Kolbens in der sacklochartigen Ausnehmung bildet.So that a separate drive for the operation of the internal combustion engine Fuel injection pumps with a corresponding, stroke-dependent control are not required can, a plunger protruding into the cylinder space through the Vibrating piston self-propelled fuel injection pump can be provided. With the The fuel injection pump in the Stroke frequency of the vibrating piston is applied, advantageously diaphragm pumps can be used because of the simple sealing. Carries the plunger Actuation of the fuel injection pump on its protruding into the cylinder space End one cooperating with a blind hole-like recess in the oscillating piston Piston, the tappet is actuated at least at higher stroke frequencies via a gas cushion, which is in the blind hole-like when the piston penetrates Forms recess.
Damit die hohe Abgastemperatur der Verbrennungskraftmaschine für eine bessere Zündung der jeweiligen Frischgasladung ausgenützt werden kann, kann der Zylinderraum im Bereich der radialen Wände ein gegebenenfalls beheizbares Wärmespeichergitter aufweisen, das einen Teil der Abgasabwärme aufnimmt und wieder an die Frischgasladung abgibt. Um bei einem Kaltstart günstige Zündungsbedingungen zu erhalten, kann das Wärmespeichergitter außerdem beheizt werden.So the high exhaust gas temperature of the internal combustion engine for a better Ignition of the respective fresh gas charge can be used, the cylinder space in the area of the radial walls an optionally heatable heat storage grid have, which absorbs part of the waste gas heat and back to the Releases fresh gas charge. To provide favorable ignition conditions during a cold start received, the heat storage grid can also be heated.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine in einem schematischen Querschnitt,
- Fig. 2
- diese Verbrennungskraftmaschine in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 mit in die Zeichenebene eingeschwenkter Kurbelwelle und
- Fig. 3
- eine gegenüber der Verbrennungskraftmaschine nach den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform einer erfingungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine teilweise in einem Querschnitt entsprechend der Fig. 1.
- Fig. 1
- an internal combustion engine according to the invention in a schematic cross section,
- Fig. 2
- this internal combustion engine in a section along the line II-II of FIG. 1 with the crankshaft pivoted into the plane of the drawing and
- Fig. 3
- 1 modified embodiment of an internal combustion engine according to the invention partially in a cross section corresponding to FIG. 1.
Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und
2 weist einen kreiszylindrischen Rohrkörper 1 mit Stimwänden 2 als Gehäuse auf, das
einerseits durch radiale Wände 3 begrenzte Zylinderräume 4 und anderseits ein
Kurbelgehäuse 5 bildet. Dieses Kurbelgehäuse 5 ist durch eine radiale Trennwand 6
in zwei Kammern unterteilt, die gegenüber den zugehörigen Zylinderräumen 4 jeweils
durch eine Hälfte eines als Doppelkolben ausgebildeten Schwingkolbens 7 abgegrenzt
sind. Die Kammern des Kurbelgehäuses 5 sind mit den zugehörigen Zylinderräumen
4 durch Überströmkanäle 8 in herkömmlicher Weise verbunden, so daß beispielsweise
durch ein übliches, nicht dargestelltes Ansaugventil in die jeweilige Kammer
des Kurbelgehäuses 5 angesaugte Frischluft entsprechend dem Strömungspfeil 9 in
den Zylinderraum 4 gelangen kann, um bei der anschließenden Drehbewegung des
Schwingkolbens 7 um seine zur Achse des Rohrkörpers 1 koaxiale Drehachse 10
verdichtet zu werden. Im Bereich der Umkehrlage des Verdichtungshubes wirkt der
Schwingkolben 7 auf einen Stößel 11 einer Kraftstoffeinspritzpumpe 12 ein, die als
federbelastete Membranpumpe ausgebildet ist und den vorher aus der mit einem
Rückschlagregelventil versehenen Kraftstoffzuleitung 13 angesaugten Kraftstoff über
eine Einspritzdüse 14 in den Zylinderraum 4 einspritzt. Die Zündung des eingespritzen
Kraftstoffes bedingt durch eine entsprechende Kolbenbeaufschlagung einen
Arbeitshub, wobei der Schwingkolben 7 vor der Umkehrlage des Arbeitshubes einen
Auslaßkanal 15 freigibt, über den die Abgase aus dem Zylinderraum 4 strömen, der
dann über den Überströmkanal 8 wieder mit Frischluft versorgt wird. Da der Schwingkolben
7 als Doppelkolben ausgebildet ist, führt die eine Kolbenhälfte während des
Verdichtungshubes der anderen Kolbenhälfte einen Arbeitshub und anschließend
während des Arbeitshubes der anderen Kolbenhälfte einen Verdichtungshub aus.The internal combustion engine according to the embodiment of FIGS. 1 and
2 has a circular cylindrical tubular body 1 with
Um die hin- und hergehende Drehbewegung des Schwingkolbens 7 auf eine Kurbelwelle
16 übertragen zu können, die wie der Schwingkolben 7 in den Stimwänden 2
des Gehäuses gelagert ist, weist der Schwingkolben 7 auf der Kurbelgehäuseseite
eine Kullissenführung 17 in Form eines Langloches auf, das im wesentlichen radial
zur Drehachse 10 des Schwingkolbens 7 ausgerichtet ist. Dieses Langloch der
Kullissenführung 17 nimmt eine auf einem Kurbelzapfen 18 der Kurbelwelle 16
gelagerte Rolle 19 auf. Die hin- und hergehende Drehbewegung des Schwingkolbens
7 wird folglich über die Kullissenführung 17 in eine gleichsinnige Drehbewegung der
Kurbelwelle 16 umgewandelt, wobei sich eine wegen des Abrollens der Rolle 19
entlang der Kullissenführung 17 zwängungsfreie und schwingungsarme Antriebsverbindung
ergibt, die sich einerseits vorteilhaft auf die Belastungsverhältnisse auswirkt
und anderseits eine Voraussetzung für einen engen Dichtungsspalt zwischen dem
Schwingkolben 7 und insbesondere dem Rohrkörper 1 darstellt. Eine weitere Voraussetzung
für einen solchen engen, in der Zeichnung nicht dargestellten Dichtungsspalt,
der gesonderte Dichtungen überflüssig macht, ist in einer gleichmäßigen Wärmebelastung
des gesamten Gehäuses zu sehen. Diese Voraussetzung kann nur dadurch
erfüllt werden, daß der Rohrkörper 1 mit den Stirnwänden 2 nach außen eine Wärmeisolierung
20 aufweist, so daß sich über das gesamte Gehäuse gleiche Wärmedehnungsverhältnisse
einstellen.About the reciprocating rotary movement of the oscillating
Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist der in den Zylinderraum 4 ragende
Stößel 11 zur Betätigung der Kraftstoffeinspritzpumpe 12 mit einem Kolben 21
versehen, der mit einer sacklochartigen Ausnehmung 22 im Schwingkolben 7 zusammenwirkt,
so daß der Stößel 11 zumindest bei höheren Hubfrequenzen über
einen Gaspolster beaufschlagt wird, der sich beim Eingreifen des Kolbens 21 in die
Ausnehmung 22 bildet.As can be seen from FIG. 1, the protruding into the
Um die Zündung des in den Zylinderraum 4 eingespritzten Kraftstoffes zu unterstützen,
kann im Bereich der radialen Zylinderwände 3 ein Wärmespeichergitter 23
vorgesehen sein, das über die heißen Abgase erwärmt wird und einen Teil der
Wärme wieder an die Frischluft abgibt, die aufgrund der gesamten Wärmeisolierung
über das nicht gekühlte Kurbelgehäuse vorgewärmt wird.In order to support the ignition of the fuel injected into the
Die Ausführungsform nach der Fig. 3 unterscheidet sich von der nach den Fig. 1 und
2 lediglich durch die Art der Antriebsverbindung zwischen dem Schwingkolben 7 und
der Kurbelwelle 16. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und
2 sind bei der Verbrennungskraftmaschine entsprechend der Fig. 3 zwei parallele
Kurbelwellen 16 für je eine Hälfte des als Doppelkolben ausgebildeten Schwingkolbens
vorgesehen, wobei die beiden Kurbelwellen 16 jeweils über eine Rolle 19 auf
dem Kurbetzapfen 18 mit einer den Kolbenhälften zugehörigen Kullissenführung 17
zusammenwirken. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die lediglich als gerade
Laufbahn für die Rollen 19 ausgebildeten Kullissenführungen 17 nur während des
Arbeitshubes Druckkräfte auf den Kurbelzapfen 18 ausüben können, so daß die
beiden Kurbelwellen 16 miteinander antriebsverbunden werden müssen, um einen
durchgehenden Kurbelwellenantrieb sicherzustellen. Bei einer elastischen Vorspannung
dieser Antriebsverbindung, beispielsweise über einen Zahnriementrieb, können
Führungs- und Umkehrspiele ausgeglichen werden. Wie der Fig. 3 unmittelbar
entnommen werden kann, ergeben sich durch zwei abwechselnd über den Schwingkolben
7 beaufschlagte, miteinander antriebsverbundene Kurbelwellen 16 besonders
einfache Konstruktionsverhältnisse.The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIGS. 1 and
2 only by the type of drive connection between the oscillating
Die Erfindung ist seibstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So könnte beispielsweise die Krafteinspritzpumpe mit einem äußeren Antrieb verbunden werden, wobei sich die vorteilhafte Möglichkeit eröffnet, die Krafteinspritzpumpe am vom Schwingkolben überstrichenen Umfang des Rohrkörpers vorzusehen, um durch ein Abdecken der Kraftstoffeinspritzpumpe durch den Schwingkolben 7 nach der Kraftstoffeinspritzung eine thermische Überbelastung der Kraftstoffeinspritzpumpe zu vermeiden.The invention is of course not based on the illustrated embodiments limited. For example, the power injection pump could have an external one Drive are connected, which opens up the advantageous possibility that Power injection pump on the circumference of the tubular body covered by the oscillating piston to be provided by covering the fuel injection pump by the oscillating piston 7 a thermal overload of the fuel injection pump after the fuel injection to avoid.
Claims (6)
- An internal combustion engine comprising at least one cylinder, a crankcase which together with the cylinder forms a common circular cylindrical tubular member, and a reciprocating piston mounted for rotation around the cylinder axis and separating the crankcase from a cylinder chamber bounded by radial walls, the piston being connected for drive purposes to a crankshaft parallel to the cylinder axis via a slotted guide, provided on the crankcase side of the piston, for at least one crankpin of the crankshaft, characterised in that the crankpin (18) bears against the slotted guide (17) via a roller (19) and the tubular member (1) forming the cylinder and the crankcase (5) is heat-insulated from the exterior.
- An engine according to claim 1, characterised in that the slotted guide (17) comprises a slot receiving the roller (19) on the crankpin (18).
- An engine according to claim 1 or 2, characterised in that in the case of a double reciprocating piston (7), two parallel crankshafts (16) are connected for drive purposes to one another and each associated with a half-piston and cooperate via a respective slotted guide (17) on the associated half-piston.
- An engine according to claim 1 or 3, characterised in that at least one fuel injection pump (12) is provided and is drivable by the reciprocating piston (7) via a push rod (11) extending into the cylinder chamber (4).
- An engine according to claim 4, characterised in that in order to actuate the fuel injection pump (12), the end of the push rod (11) projecting into the cylinder chamber (4) bears a piston (21) cooperating with a blind-bore recess (22) in the reciprocating piston (7).
- An engine according to any of claims 1 to 5, characterised in that the cylinder chamber (4) has an optionally heatable heat storage grid (23) in the region of the radial walls (3).
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1997
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