EP1258616A1 - Dispositif et procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile - Google Patents

Dispositif et procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile Download PDF

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EP1258616A1
EP1258616A1 EP02291198A EP02291198A EP1258616A1 EP 1258616 A1 EP1258616 A1 EP 1258616A1 EP 02291198 A EP02291198 A EP 02291198A EP 02291198 A EP02291198 A EP 02291198A EP 1258616 A1 EP1258616 A1 EP 1258616A1
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braking
crankshaft
brake
gearbox
motor vehicle
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices

Definitions

  • the invention relates to a device for braking and stopping a internal propulsion combustion of a motor vehicle which can be used in particular to stop the engine in a position facilitating a restart.
  • Internal combustion engines in motor vehicles include at least one piston movable alternately in a cylinder and, generally, several pistons mounted mobile each in a cylinder, the piston or each of the pistons being connected to a crankshaft by a connecting rod the crankshaft rotating around an axis.
  • the crankshaft generally secured to a flywheel at one of its ends, constitutes a rotating part of the engine ensuring the driving of the vehicle wheels, via the transmission.
  • the internal combustion engine is started by an electric motor or a reversible alternator ensuring the rotation of the rotating part of the engine and the displacement of the pistons in the cylinders, for example, by means of a crown of drive integral with the crankshaft and a pinion or a belt.
  • stop and start used to stop and restart the engine when the vehicle is stopped momentarily, for example in a vehicle queue
  • stop and start used to stop and restart the engine when the vehicle is stopped momentarily, for example in a vehicle queue
  • the power necessary to start the engine is essentially variable between a minimum starting power and maximum power which is around 30% higher than the minimum power.
  • the starting power depends in particular on the position of the moving parts of the engine at a standstill before starting and especially the angular position of the rotating part of the motor comprising the crankshaft.
  • Such a device requires the use of an electric rotating machine such as a reversible engine or alternator and a control module of the electric rotating machine.
  • a braking device for the rotating part of the propulsion engine of a motor vehicle can therefore prove to be useful or essential for adjust the operation of the motor vehicle.
  • the object of the invention is to propose a braking and stopping device an internal combustion propulsion engine of a motor vehicle, the motor comprising a rotating part comprising in particular a crankshaft and a transmission shaft rotated by the crankshaft, this simple and inexpensive form of braking and stopping device for stopping or braking the rotating part of the engine to optimize the operation of the motor vehicle.
  • the braking and stopping device comprises at least a first brake element integral in rotation with the rotating part of the engine and at least one second brake element comprising at least one braking means of the first brake element and a means for controlling the passage of the braking means from an inactive position to a braking position, to brake the rotating part of the engine.
  • the single figure is a schematic view of a vehicle engine automobile comprising a braking and stopping device according to the invention and its transmission.
  • a motor with internal combustion 1 for propulsion of a motor vehicle comprising four cylinders in line and a crankshaft 2 connected to a first disc 3a a clutch 3 comprising two discs 3a and 3b which can be brought into cooperating position to drive in rotation, synchronously with the rotating part of the engine comprising the crankshaft 2, a shaft of transmission 4 constituting the input shaft of a gearbox 5 of the vehicle automobile.
  • the gearbox 5 includes an output shaft 6 which ensures the transmission of the rotation to the wheels of the motor vehicle, via of a transmission 7 comprising, in the usual way, a bridge comprising a differential.
  • the figure shows two braking and stopping devices according to the invention designated by the references 8a and 8b.
  • the device according to the invention can comprise one or the other of the devices braking and stopping 8a and 8b or the two devices 8a and 8b used concurrently.
  • the two devices 8a and 8b are identical, as regards their constitution, so that only one of the devices will be described, for example the device 8a.
  • the device 8a comprises, as the first braking element, a brake disc 9a wedged on the end part of the crankshaft 2 (or on a shaft connected to the crankshaft), in a coaxial arrangement with the crankshaft 2, of so that it can rotate in synchronism with the rotating part of the motor comprising the crankshaft 2, as well as a braking caliper 11a constituting a second brake element comprising two brake pads 12a and 12'a located on either side of the disc 9a, facing a peripheral zone disc braking.
  • the caliper 11a includes a device for moving the brake pads 12a and 12'a between an inactive position, in which the pads are not not in contact with the peripheral part of the disc, and a braking position, in which the pads come into contact with the peripheral area of disc 9a.
  • the device for moving the brake pads 12a and 12'a of the bracket 11a is connected to an electronic control unit 10 which makes it possible to apply modulated braking and possibly stop the rotating part of the engine in a determined position facilitating restarting of the engine.
  • the control unit 10 can be connected to different sensors and in particular to sensors measuring the speed of rotation of the crankshaft 2 and of the transmission shaft 4 and sensors making it possible to determine, so very precise, the angular position of the crankshaft 2.
  • the second braking and stopping device 8b is analogous to the device 8a, the caliper 11b of the second braking and stopping device 8b being able to be controlled by the control unit 10.
  • the disc 9b of the second braking and stopping device 8b is locked on the input shaft 4 of the gearbox 5, in a coaxial arrangement and rotates in synchronism with the input shaft 4 of the gearbox 5.
  • the control unit 10 braking and stopping devices 8a and 8b is activated, when the PLC management system stop and start gives the order to stop the engine or, possibly, when the ignition is switched off to stop the engine.
  • the rotating part of the engine comprising the crankshaft 2 continues to turn by inertia and the speed of rotation and the angular position of the crankshaft serve as input data for the control unit 10 which allows modulating braking of the rotating part of the motor, by command displacement and tightening of the pads 12a and 12'a on the disc 9a secured to the crankshaft.
  • the command 10 ensures that the brake pads are returned to the inactive position 12a and 12'a.
  • the engine is then ready to restart in optimal conditions.
  • the parking brake of the automatic gearbox can be used as a means of braking and stopping the rotating part of the motor vehicle engine.
  • the parking brake can be produced in particular in the form of braking and stopping devices 8a and 8b which have been described previously.
  • synchronization of the speed of the input shaft 4 of the gearbox, when shifting the gearbox can be performed by modulated braking using device 8b or device 8a.
  • the brake constituting the device according to the invention can be produced in a different form from a brake comprising as a first element of brakes a disc integral with the rotating part of the engine and as a second brake element one or more calipers comprising braking means in the form of pads controlled to brake the disc by friction.
  • the brake used for the implementation of the invention can be a brake with drum, a disc brake of the "clutch” type as used in automatic gearboxes, a band brake or any other mechanical brake or electromagnetic.
  • the invention applies to all types of motor vehicles and in particular motor vehicles with a stop and restart system automatic engine or motor vehicles comprising a piloted or automatic gearbox.

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Abstract

Le dispositif de freinage et d'arrêt comporte au moins un premier élément de frein qui peut être constitué par un disque de frein (9a, 9b) calé sur l'un au moins du vilebrequin (2) et de l'arbre de transmission (4) et au moins un second élément de frein qui peut être un étrier de freinage (11a, 11b) du disque (9a, 9b) comportant au moins un patin de freinage (12a, 12'a) par frottement sur une partie du disque de frein (9a, 9b) et un moyen de commande électronique (10) du déplacement du patin (12a, 12'a) entre une position inactive et une position de freinage. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un dispositif de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile qui peut être utilisé en particulier pour arrêter le moteur dans une position facilitant un redémarrage.
Les moteurs à combustion interne des véhicules automobiles comportent au moins un piston mobile de manière alternative dans un cylindre et, généralement, plusieurs pistons montés mobiles chacun dans un cylindre, le piston ou chacun des pistons étant relié à un vilebrequin par une bielle entraínant le vilebrequin en rotation autour d'un axe.
Le vilebrequin, généralement solidaire d'un volant à l'une de ses extrémités, constitue une partie tournante du moteur assurant l'entraínement des roues du véhicule, par l'intermédiaire de la transmission.
Le démarrage du moteur à combustion interne est assuré par un moteur électrique ou un alternateur réversible assurant la mise en rotation de la partie tournante du moteur et le déplacement des pistons dans les cylindres, par exemple, par l'intermédiaire d'une couronne d'entraínement solidaire du vilebrequin et d'un pignon ou d'une courroie.
De manière à limiter la puissance nécessaire du moteur électrique du démarreur ou de l'alternateur réversible et donc son encombrement ainsi que la consommation électrique nécessaire au démarrage du moteur, il est souhaitable de réaliser le démarrage du moteur à combustion interne dans des conditions telles que la puissance de démarrage soit minimale.
Dans le cas de véhicules automobiles équipés d'un système appelé "stop and start", utilisé pour arrêter et redémarrer le moteur lorsque le véhicule est arrêté momentanérnent, par exemple dans une file de véhicules, il est souhaitable, du fait de l'utilisation fréquente du démarreur, de limiter au maximum la puissance nécessaire au démarrage du moteur à combustion interne.
On a constaté, qu'après un arrêt d'un moteur thermique, la puissance nécessaire au démarrage du moteur est essentiellement variable entre une puissance minimale de démarrage et une puissance maximale qui est d'environ 30 % supérieure à la puissance minimale. Afin d'optimiser le fonctionnement des moteurs au démarrage et à solliciter le moins possible le démarreur et la batterie alimentant le démarreur, il est souhaitable de régler les conditions de fonctionnement du moteur, de manière à pouvoir le démarrer dans tous les cas à une puissance voisine de la puissance minimale.
La puissance de démarrage dépend en particulier de la position des organes mobiles du moteur à l'arrêt avant le démarrage et tout particulièrement de la position angulaire de la partie tournante du moteur comportant le vilebrequin.
On a proposé, dans une demande de brevet français 00 03609, de régler la position angulaire du vilebrequin d'un moteur à combustion interne au moment de l'arrêt du moteur, à l'aide d'une machine tournante électrique reliée en rotation au vilebrequin. On peut soit moduler le freinage du moteur à cornbustion interne pendant la phase d'arrêt du moteur ou recaler la partie tournante dans une position favorable au redémarrage, en utilisant la machine tournante électrique.
Un tel dispositif nécessite l'utilisation d'une machine tournante électrique telle qu'un moteur ou un alternateur réversible et un module de commande de la machine tournante électrique.
Dans le cas de véhicules comportant une boíte de vitesses pilotée ou automatique, il est nécessaire de disposer d'un frein de parking et de synchroniser la vitesse de rotation de l'arbre de la boíte de vitesses au passage des rapports de vitesse, par freinage de l'arbre de la boíte de vitesses.
Un dispositif de freinage de la partie tournante du moteur de propulsion d'un véhicule automobile peut donc s'avérer utile ou indispensable pour régler le fonctionnement du véhicule automobile.
Le but de l'invention est de proposer un dispositif de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, le moteur comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin et un arbre de transmission entraíné en rotation par le vilebrequin, ce dispositif de freinage et d'arrêt de forme simple et peu coûteuse permettant d'assurer l'arrêt ou le freinage de la partie tournante du moteur pour rendre optimal le fonctionnement du véhicule automobile.
Dans ce but, le dispositif de freinage et d'arrêt suivant l'invention comporte au moins un premier élément de frein solidaire en rotation de la partie tournante du moteur et au moins un second élément de frein comportant au moins un moyen de freinage du premier élément de frein et un moyen de commande de passage du moyen de freinage d'une position inactive à une position de freinage, pour freiner la partie tournante du moteur.
Selon des modes de réalisation plus particuliers de l'invention :
  • le premier élément de frein est un disque de frein calé sur l'un au moins du vilebrequin et de l'arbre de transmission et le second élément de frein est un étrier de freinage du disque comportant comme moyen de freinage au moins un patin de freinage, par frottement sur une partie du disque de frein ;
  • l'arbre de transmission est un arbre d'entrée d'une boíte de vitesses du véhicule automobile relié en rotation au vilebrequin de la partie tournante du moteur à combustion interne, par l'intermédiaire d'un embrayage, et le dispositif de freinage et d'arrêt comporte un disque calé sur l'arbre d'entrée de la boíte de vitesses ;
  • le moyen de commande du moyen de freinage est une unité de commande électronique reliée à des capteurs de mesure de la position angulaire et de la vitesse de rotation du vilebrequin ; et
  • dans le cas d'un véhicule automobile comportant une boíte de vitesses automatique ayant un frein de parking, le frein de parking du véhicule automobile comporte l'un au moins des premiers éléments de frein et l'un au moins des seconds éléments de frein
L'invention est également relative à ;
  • un procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin, caractérisé par le fait qu'au moment de l'arrêt du moteur à combustion interne, on réalise un freinage modulé du vilebrequin, par l'intermédiaire d'un dispositif de freinage comportant un premier élément de frein calé sur le vilebrequin et un second élément de frein comportant au moins un moyen de freinage, en fonction d'informations concernant la position angulaire et la vitesse du vilebrequin, pour arrêter le vilebrequin dans une position angulaire déterminée facilitant un redémarrage du moteur à combustion interne ; et
  • un procédé de freinage d'un arbre de transmission d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, constituant l'arbre d'entrée d'une boíte de vitesses pilotée ou automatique du véhicule automobile, caractérisé par le fait que, lors du passage de rapport de vitesse de la boíte de vitesses automatique, on freine l'arbre d'entrée de la boíte de vitesses par mise en contact avec une partie d'un premier élément de freinage calé sur l'arbre d'entrée de la boíte de vitesses, de moyens de freinage d'un second élément de frein, pour assurer la synchronisation de rotation de l'arbre d'entrée de la boíte de vitesses, pendant le passage de rapports de vitesse.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant à la figure jointe en annexe, un dispositif de freinage et d'arrêt de la partie tournante d'un moteur à combustion interne, suivant l'invention.
La figure unique est une vue schématique d'un moteur de véhicule automobile comportant un dispositif de freinage et d'arrêt suivant l'invention et sa transmission.
Sur la figure, on a représenté, de manière schématique, un moteur à combustion interne 1 de propulsion d'un véhicule automobile comportant quatre cylindres en ligne et un vilebrequin 2 relié à un premier disque 3a d'un embrayage 3 comportant deux disques 3a et 3b qui peuvent être mis en position coopérante pour entraíner en rotation, de manière synchrone avec la partie tournante du moteur comportant le vilebrequin 2, un arbre de transmission 4 constituant l'arbre d'entrée d'une boíte de vitesses 5 du véhicule automobile.
La boíte de vitesses 5 comporte un arbre de sortie 6 qui assure la transmission de la rotation aux roues du véhicule automobile, par l'intermédiaire d'une transmission 7 comportant, de manière habituelle, un pont comportant un différentiel.
On a représenté sur la figure deux dispositifs de freinage et d'arrêt suivant l'invention désignés par les repères 8a et 8b.
Le dispositif suivant l'invention peut comporter l'un ou l'autre des dispositifs de freinage et d'arrêt 8a et 8b ou encore les deux dispositifs 8a et 8b utilisés concurremment.
Les deux dispositifs 8a et 8b sont identiques, quant à leur constitution, de sorte qu'on ne décrira que l'un des dispositifs, par exemple le dispositif 8a.
Le dispositif 8a comporte, comme premier élément de freinage, un disque de frein 9a calé sur la partie d'extrémité du vilebrequin 2 (ou sur un arbre relié au vilebrequin), dans une disposition coaxiale au vilebrequin 2, de manière à pouvoir tourner en synchronisme avec la partie tournante du moteur comportant le vilebrequin 2, ainsi qu'un étrier de freinage 11a constituant un second élément de frein comportant deux patins de frein 12a et 12'a situés de part et d'autre du disque 9a, en vis-à-vis d'une zone périphérique de freinage du disque.
L'étrier 11a comporte un dispositif de déplacement des patins de freinage 12a et 12'a entre une position inactive, dans laquelle les patins ne sont pas en contact avec la partie périphérique du disque, et une position de freinage, dans laquelle les patins viennent en contact avec la zone périphérique du disque 9a.
Le dispositif de déplacement des patins de freinage 12a et 12'a de l'étrier 11a est relié à une unité de commande électronique 10 qui permet de réaliser un freinage modulé et éventuellement un arrêt de la partie tournante du moteur dans une position déterminée facilitant le redémarrage du moteur. L'unité de commande 10 peut être reliée à différents capteurs et en particulier à des capteurs mesurant la vitesse de rotation du vilebrequin 2 et de l'arbre de transmission 4 et de capteurs permettant de déterminer, de manière très précise, la position angulaire du vilebrequin 2.
Le second dispositif de freinage et d'arrêt 8b est analogue au dispositif 8a, l'étrier 11b du second dispositif de freinage et d'arrêt 8b pouvant être commandé par l'unité de commande 10.
Le disque 9b du second dispositif de freinage et d'arrêt 8b est calé sur l'arbre d'entrée 4 de la boíte de vitesses 5, dans une disposition coaxiale et tourne en synchronisme avec l'arbre d'entrée 4 de la boíte de vitesses 5.
Dans le cas où le dispositif selon l'invention est utilisé pour arrêter le moteur dans une position facilitant le démarrage, l'unité de commande 10 des dispositifs de freinage et d'arrêt 8a et 8b est activée, lorsque l'automate de gestion du système stop and start donne l'ordre d'arrêt du moteur ou, éventuellement, lorsqu'on coupe le contact pour arrêter le moteur.
La partie tournante du moteur comportant le vilebrequin 2 continue à tourner par inertie et la vitesse de rotation et la position angulaire du vilebrequin servent de données d'entrée pour l'unité de commande 10 qui permet de réaliser un freinage modulé de la partie tournante du moteur, par commande du déplacement et du serrage des patins 12a et 12'a sur le disque 9a solidaire du vilebrequin.
On peut ainsi régler de manière très précise la position angulaire d'arrêt du vilebrequin.
Après l'arrêt complet de la partie tournante du moteur, l'unité de commande 10 assure la remise en position inactive des patins de freinage 12a et 12'a.
Le moteur est alors prêt pour redémarrer dans des conditions optimales.
Dans le cas où le dispositif de freinage et d'arrêt suivant l'invention est utilisé sur un véhicule automobile comportant une boíte de vitesses pilotée ou automatique, le frein de parking de la boíte de vitesses automatique peut être utilisé comme moyen de freinage et d'arrêt de la partie tournante du moteur du véhicule automobile.
Le frein de parking peut être réalisé en particulier sous la forme des dispositifs de freinage et d'arrêt 8a et 8b qui ont été décrits précédemment.
Dans ce cas, après l'arrêt complet de la partie tournante du moteur, les patins de frein des étriers 11a ou 11b sont maintenus en position de serrage contre la partie périphérique du disque 9a ou 9b.
Egalement, dans le cas d'une boite de vitesses pilotée ou automatique, la synchronisation de la vitesse de l'arbre d'entrée 4 de la boíte de vitesses, lors du passage des rapports de la boíte de vitesses, peut être réalisée par freinage modulé à l'aide du dispositif 8b ou du dispositif 8a.
Le frein constituant le dispositif suivant l'invention peut être réalisé sous une forme différente d'un frein comportant comme premier élément de frein un disque solidaire de la partie tournante du moteur et comme second élément de frein un ou plusieurs étriers comprenant des moyens de freinage sous la forme de patins commandés pour freiner le disque par frottement.
Le frein utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention peut être un frein à tambour, un frein à disques du type "embrayage" tel qu'utilisé dans les boítes de vitesse automatiques, un frein à bande ou tout autre frein mécanique ou électromagnétique.
L'invention s'applique à tout type de véhicules automobiles et en particulier aux véhicules automobiles comportant un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur ou encore aux véhicules automobiles comportant une boíte de vitesses pilotée ou automatique.

Claims (7)

  1. Dispositif de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne (1) de propulsion d'un véhicule automobile, le moteur comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin (2) et un arbre de transmission (4) entraíné en rotation par le vilebrequin (2), caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un premier élément de frein (9a, 9b) solidaire en rotation de la partie tournante du moteur et au moins un second élément de frein comportant au moins un moyen de freinage (12a, 12'a) du premier élément de frein et un moyen de commande de passage du moyen de freinage d'une position inactive à une position de freinage, pour freiner la partie tournante du moteur (1).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier élément de frein est un disque de frein (9a, 9b) calé sur l'un au moins du vilebrequin (2) et de l'arbre de transmission (4) et que le second élément de frein est un étrier de freinage (11a, 11b) du disque (9a, 9b) comportant, comme moyen de freinage, au moins un patin de freinage (12a, 12'a), par frottement sur une partie du disque de frein (9a, 9b).
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'arbre de transmission (4) est un arbre d'entrée d'une boíte de vitesses (5) du véhicule automobile relié en rotation au vilebrequin (2) de la partie tournante du moteur à combustion interne (1), par l'intermédiaire d'un embrayage (3), et que le dispositif de freinage et d'arrêt (8b) comporte un disque (9b) calé sur l'arbre d'entrée (4) de la boíte de vitesses (5).
  4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de commande (10) du moyen de freinage (12a, 12'a) est une unité de commande électronique reliée à des capteurs de mesure de la position angulaire et de la vitesse de rotation du vilebrequin (2).
  5. Dispositif suivant la revendication 1, dans le cas d'un véhicule automobile comportant une boíte de vitesses automatique (5) ayant un frein de parking, caractérisé par le fait que le frein de parking du véhicule automobile comporte l'un au moins des premiers éléments de frein (9a, 9b) et l'un au moins des seconds éléments de frein (11a, 11b).
  6. Procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin (2), caractérisé par le fait qu'au moment de l'arrêt du moteur à combustion interne (1), on réalise un freinage modulé du vilebrequin (2), par l'intermédiaire d'un dispositif de freinage comportant un premier élément de frein (9a) calé sur le vilebrequin (2) et un second élément de frein (11a) comportant au moins un moyen de freinage (12a, 12'a), en fonction d'informations concernant la position angulaire et la vitesse du vilebrequin (2), pour arrêter le vilebrequin (2) dans une position angulaire déterminée facilitant un redémarrage du moteur à combustion interne (1).
  7. Procédé de freinage d'un arbre de transmission (4) d'un moteur à combustion interne (1) de propulsion d'un véhicule automobile, constituant l'arbre d'entrée d'une boíte de vitesses pilotée ou automatique (5) du véhicule automobile, caractérisé par le fait que, lors du passage de rapports de vitesse de la boíte de vitesses automatique (5), on freine l'arbre d'entrée (4) de la boíte de vitesses par mise en contact avec une partie d'un premier élément de freinage (9b) calé sur l'arbre d'entrée (4) de la boíte de vitesses (5) de moyens de freinage d'un second élément de frein (11b), pour assurer la synchronisation de rotation de l'arbre d'entrée de la boíte de vitesses, pendant le passage de rapports de vitesse.
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