EP1458956B1 - Vorrichtung zur variablen betätigung der ladungswechselventile in hubkolbenmotoren - Google Patents
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- EP1458956B1 EP1458956B1 EP02799032A EP02799032A EP1458956B1 EP 1458956 B1 EP1458956 B1 EP 1458956B1 EP 02799032 A EP02799032 A EP 02799032A EP 02799032 A EP02799032 A EP 02799032A EP 1458956 B1 EP1458956 B1 EP 1458956B1
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- F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
- F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
Definitions
- the specified in claim 1 invention has for its object to meet the engine requirements for variable valve timing better than in the prior art. These requirements are described, on the one hand, in the design of the individual valve lift curves, the number of valve lift curves that can be generated and, on the other hand, in the magnitude of the mechanical losses due to friction when the valves are driven.
- the individual Ventilhubverstructure and the generable share of Ventilhubverierin must be as free as possible Opening angle, closing angle, valve lift, valve acceleration curve and phase angle can be designed to the crank angle.
- the losses due to mechanical friction should be kept as small as possible.
- the transmission consists of a driving shaft (W), which in the housing (G) in a rotary joint (wg) is guided capable of circulation and which via a cam joint (zw) actuates an intermediate member (Z).
- This intermediate member (Z) is based on the one hand via a cam joint (ZG) in the housing (G), for example in the cylinder head and is operatively connected to an output member (A).
- the cam joint (zg) between the intermediate member (Z) and the housing (G) consists of a latch forming portion and a control section.
- To change the valve lift is provided to make the position (a) of the control section to the rotary joint (wg) of the shaft (W) in the housing (G) in engine operation changeable.
- the output member (A) in the housing (G) clearly, for example, in a rotary joint (ag) out and transmits the movement to at least one valve (V).
- the transmission has an additional degree of freedom of movement, which is a displacement of the intermediate member (Z) relative to the Abriebsglied (A) along the curve of the cam joint (za) between the intermediate member (Z) and output member (A) and at the same time rotation of the intermediate member (Z) relative to the Abriebsglied (A) around the cam joint (za) between the intermediate member (Z) and output member (A) permits.
- the inventive cam joint (za) between the intermediate member (Z) and the output member (A) the movement of the intermediate member (Z) and thus the transmission of movement from the driving shaft (W) to the output member (A) and thus to the valve ( V) can be designed with greater freedom than in the prior art.
- the additional degree of freedom of movement causes a rolling of the intermediate member (Z) on the output member (A).
- a displacement flow of the lubricant is effected, which in turn significantly supports the construction of a viable lubricating film in the contact of intermediate member (Z) and output member (A).
- the rotational movement partially reduces the sliding speed at the point of contact by rolling. Each of these effects reduces the friction in the mentioned contact point.
- the design according to the invention also has the advantage of not causing increased space requirements compared with the prior art.
- the advantageous design of the contour (Kaz and / or Kza) at least one of the two contact partners in the cam joint (za) between the intermediate member (Z) and output member (A) is described as a circular arc.
- the contour of the other contact partner is a circular arc or a circle, which is advantageously designed as a roll capable of running.
- Claim 4 describes an embodiment of the transmission in which the curve joint determining contour of the cam joint (ZG) between the intermediate member (Z) and housing (G) exclusively by the contour (Kzg1) on the intermediate member (Z) is formed and the contour (Kgz1) of the housing side Support is a workable role ( Figure 2 ).
- Claim 5 describes an embodiment of the transmission in which the curve joint determining contour of the cam joint (ZG) between the intermediate member (Z) and housing (G) exclusively by the contour (Kgz2) on the housing (G) is formed and the intermediate member contour (Kzg2) a is a workable role ( Figure 3 ).
- Claim 6 describes an embodiment of the transmission, in which the curve-joint-determining contour of the cam joint (ZW) between the intermediate member (Z) and shaft (W) is formed exclusively by the contour (Kwz1) on the shaft (W) and the contour between the members (Kzw1) a workable role is ( Figure 4 ).
- Claim 7 describes an embodiment of the transmission in which the curve joint determining contour of the cam joint (za) between the intermediate member (Z) and driven member (A) exclusively by the contour (Kaz1) on the output member (A) is formed and the intermediate member contour (Kza1) a Circular arc ( Figure 5 ) or a workable role.
- Claim 10 describes the advantageous design of the intermediate member (Z), in which at least two of the cam joints on the intermediate member (Z) are represented on the intermediate member by rotation body and coincide at least two of the rotational centers of these rotation body. In this way, the space is minimized and resulting from the rotational acceleration of the intermediate member (Z) forces are reduced.
- the curve (Kgz) between the intermediate member (Z) and housing (G) forming curve (Kgz2) in the housing (G) consists of a valve rest forming part (g1) and a Control area forming part (g2) consists.
- the part forming the control area (g2) may be rotatably mounted in a sliding part (S) and the sliding part (S) may be slidably mounted in the housing (G).
- the displacement position (rs) of the sliding part (S) can be adjusted, for example, by a cam (VNs) fixed in the housing (G).
- the rotational movement (rd) of the control area forming part (g2) can be adjusted by a cam (VNd) fixed in the housing (G) or by a cam (VNd) fixed in the sliding part (S). In this way, the rotational movement (rd) of the control area forming part (g2) is independent of the shift position (rs) of the sliding part (S) adjustable.
- the rotational movement (rd) is controlled by a cam located in the housing (G) by the displacement (rs) of the sliding part (S).
- the latching portion forming part (g1) in the housing (G) can be used to ensure the return movement of the intermediate member (Z) and thus the cam contact by being rotatably mounted in the housing (G) and a force on the intermediate member (Z) which moves this towards the cam (N).
- This force is generated for example via a spring force (KF).
- KF spring force
- the required travel can be made very small ( Figure 9 ).
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Description
- Es ist bekannt, daß der Hubverlauf der Ladungswechselventile in Hubkolbenmotoren einen entscheidenden Einfluß auf das Betriebsverhalten und die Betriebswerte des Motors hat. Insbesondere zur Verminderung der Ladungswechselverluste bei ladungsmassengesteuerten Motoren ist ein im Motorbetrieb kontinuierlich veränderbarer Ventilhubverlauf wünschenswert. Dabei kann sowohl eine Veränderung des Hubverlaufs von Ein- und Auslaßventilen, als auch eine Veränderung nur bei den Einlaßventilen vorteilhaft sein. Für die technische Umsetzung einer solchen variablen Ventilsteuerung sind u.a. viergliedrige Ventilgetriebe (z.B. "delta-st, Ein neues Getriebe zur variablen Ventilsteuerung in Hubkolbenmotoren" MTZ, No.10, 53 (1992) Oktober;
DE 38 33 540 C2 ,DE 43 22 449 A1 , BMW-valvetronic) bekannt. Solche Ventilgetriebe ermöglichen eine kontinuierliche Veränderung des Ventilhubverlaufs im Motorbetrieb. - Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vom Motor gestellten Anforderungen an eine variable Ventilsteuerung besser als nach dem Stand der Technik zu erfüllen. Diese Anforderungen beschreiben sich zum einen in der Gestaltung der einzelnen Ventilhubverläufe, der erzeugbaren Schar an Ventilhubverläufen und zum anderen in der Größe der mechanischen Verluste durch Reibung beim Antrieb der Ventile. Die einzelnen Ventilhubverläufe und die erzeugbare Schar an Ventilhubverläufen müssen möglichst frei hinsichtlich Öffnungswinkel, Schließwinkel, Ventilhub, Ventilbeschleunigungsverlauf und Phasenlage zum Kurbelwinkel gestaltbar sein. Die Verluste durch mechanische Reibung sind möglichst klein zu halten. Diese Anforderungen sind möglichst ohne zusätzlichen Bauaufwand, insbesondere Bauhöhe zu erfüllen.
- Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale eines Getriebes zur Betätigung der Ventile gelöst.
- Das Getriebe besteht aus einer antreibenden Welle (W), welche im Gehäuse (G) in einem Drehgelenk (wg) umlauffähig geführt ist und welche über ein Kurvengelenk (zw) ein Zwischenglied (Z) betätigt. Dieses Zwischenglied (Z) stützt sich zum einen über ein Kurvengelenk (zg) im Gehäuse (G), zum Beispiel im Zylinderkopf ab und ist mit einem Abtriebsglied (A) wirkverbunden. Das Kurvengelenk (zg) zwischen dem Zwischenglied (Z) und dem Gehäuse (G) besteht aus einem eine Rast bildenden Abschnitt und aus einem Steuerabschnitt. Zur Veränderung des Ventilhubes ist vorgesehen, die Position (a) des Steuerabschnittes zum Drehgelenk (wg) der Welle (W) im Gehäuse (G) im Motorbetrieb veränderbar zu gestalten. Das Abtriebsglied (A) ist im Gehäuse (G) eindeutig, beispielsweise in einem Drehgelenk (ag) geführt und überträgt die Bewegung auf mindestens ein Ventil (V).
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile ergeben sich daraus, daß das Zwischenglied (Z) mit dem Abtriebsglied (A) über ein Kurvengelenk (za) verbunden ist und hierdurch die Zahl der Gelenkwertigkeiten an dem von der Welle (W) angetriebenen Zwischenglied (Z) und gleichzeitig die Summe der Gelenkwertigkeiten des Getriebes vermindert wird. Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik hat das Getriebe einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad, welcher eine Verschiebung des Zwischengliedes (Z) relativ zum Abriebsglied (A) entlang der Kurve des Kurvengelenkes (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) und gleichzeitig eine Drehung des Zwischengliedes (Z) relativ zum Abriebsglied (A) um das Kurvengelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) zulässt. Mit dem erfindungsgemäßen Kurvengelenk (za) zwischen dem Zwischenglied (Z) und dem Abtriebsglied (A) ist die Bewegung des Zwischengliedes (Z) und damit die Bewegungsübertragung von der antreibenden Welle (W) auf das Abtriebsglied (A) und damit auf das Ventil (V) mit größerer Freiheit als beim Stand der Technik gestaltbar.
- Der zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad bewirkt ein Abrollen des Zwischengliedes (Z) am Abtriebsglied (A). Durch diese Drehbewegung wird eine Verdrängungsströmung des Schmiermittels bewirkt, die ihrerseits den Aufbau eines tragfähigen Schmierfilms im Kontakt von Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) maßgeblich unterstützt. Zusätzlich reduziert die Drehbewegung teilweise die Gleitgeschwindigkeit im Kontaktpunkt durch Abrollen. Jeder dieser Effekte vermindert die Reibung im erwähnten Kontaktpunkt.
- Die erfindungsgemäße Gestaltung besitzt zudem den Vorteil, keinen gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Platzbedarf zu verursachen.
- In Patentanspruch 2 ist die vorteilhafte Gestaltung der Kontur (Kza oder Kaz) einer der beiden Kontaktpartner im Kurvengelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) als ebene Fläche beschrieben.
- Hierdurch ist die Herstellung der Bauteile kostengünstiger und fertigungsgenauer als bei frei gestalteter Kontur beider Getriebeglieder.
- In Patentanspruch 3 ist die vorteilhafte Gestaltung der Kontur (Kaz oder/und Kza) mindestens einer der beiden Kontaktpartner im Kurvengelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) als Kreisbogen beschrieben. Hierdurch ist die Herstellung der Bauteile kostengünstiger und fertigungsgenauer als bei frei gestalteter Kontur der Getriebegtieder.
- In den Patentansprüchen 4 - 7 sind weitere vorteilhafte Gestaltungen der Kurvengelenke beschrieben.
- Durch eine Gestaltung eines Kurvengelenkes derart, daß die kurvengelenkbestimmende Kontur ausschließlich dem einen Kontaktpartner zugeordnet wird, wird die Kontur des anderen Kontaktpartners ein Kreisbogen oder ein Kreis, welcher vorteilhaft als umlauffähige Rolle ausgebildet ist. Hierdurch wird in diesem Kurvengelenk ein Abwälzen der Kontaktpartner an der die kurvengelenkbestimmenden Form erreicht und die Tangentialbewegung auf die Lagerung der umlauffähigen Rolle verschoben. Durch die bei Gleitlagern bekannten Werkstoffe und Schmierverhältnisse und durch Verwendung eines kleinen Reibradius wird so die Reibung in diesem Kurvengelenk vermindert.
- Patentanspruch 4 beschreibt eine Ausführung des Getriebes, bei welcher die kurvengelenkbestimmende Kontur des Kurvengelenkes (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) ausschließlich durch die Kontur (Kzg1) am Zwischenglied (Z) gebildet wird und die Kontur (Kgz1) der gehäuseseitigen Abstützung eine umlauffähige Rolle ist (
Abbildung 2 ). - Patentanspruch 5 beschreibt eine Ausführung des Getriebes, bei welcher die kurvengelenkbestimmende Kontur des Kurvengelenkes (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) ausschließlich durch die Kontur (Kgz2) am Gehäuse (G) gebildet wird und die zwischengliedseitige Kontur (Kzg2) eine umlauffähige Rolle ist (
Abbildung 3 ). - Patentanspruch 6 beschreibt eine Ausführung des Getriebes, bei welcher die kurvengelenkbestimmende Kontur des Kurvengelenkes (zw) zwischen Zwischenglied (Z) und Welle (W) ausschließlich durch die Kontur (Kwz1) an der Welle (W) gebildet wird und die zwischengliedseitige Kontur (Kzw1) eine umlauffähige Rolle ist (
Abbildung 4 ). - Patentanspruch 7 beschreibt eine Ausführung des Getriebes, bei welcher die kurvengelenkbestimmende Kontur des Kurvengelenkes (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) ausschließlich durch die Kontur (Kaz1) am Abtriebsglied (A) gebildet wird und die zwischengliedseitige Kontur (Kza1) ein Kreisbogen (
Abbildung 5 ) oder eine umlauffähige Rolle ist. - In Patentanspruch 8 sind Ausführungsformen beschrieben, bei denen durch mehrfache Anwendung des reibungsmindernden Effekts in den Kurvengelenken am Zwischenglied (Z) die Reibung des Getriebes weiter abgesenkt wird.
- In Patentanspruch 9 sind Ausführungsformen der Kurvengelenke beschrieben, bei welchen jeweils durch Verwendung eines Wälzlagers zur Abstützung einer umlauffähigen Rolle die Reibung in den Kurvengelenken am Zwischenglied (Z) weiter vermindert wird.
- Patentanspruch 10 beschreibt die vorteilhafte Gestaltung des Zwischengliedes (Z), bei welchem mindestens zwei der Kurvengelenke am Zwischenglied (Z) zwischengliedseitig durch Rotationskörper dargestellt werden und mindestens zwei der Drehmitten dieser Rotationskörper zusammenfallen. Auf diese Weise wird der Bauraum minimiert und die sich aus der Drehbeschleunigung des Zwischengliedes (Z) ergebenden Kräfte werden verkleinert.
- Im Extremfall sind alle drei Kurvengelenke am Zwischenglied (Z) zwischengliedseitig durch Rotationskörper dargestellt und alle drei Drehmitten fallen zusammen (
Abbildung 6 ). Auf diese Weise wird der kleinste Bauraumbedarf erzielt. Die Drehlage des Zwischengliedes (Z) als Bewegungsfreiheitsgrad ist dann für die Bewegungsübertragung ohne Bedeutung. - In Patentanspruch 11 ist ausgeführt, daß durch eine gemeinsame Betätigung von mehreren Abtriebsgliedern (Ai) und Ventilen (Vi) eines Zylinders durch einen Nocken (N) und ein Zwischenglied (Z) die Gelenkzahl und die bewegten Massen vermindert werden können, was vorteilhaft die Reibung vermindert und über die Verkleinerung der Zahl der Bauteile zudem den Bauaufwand verkleinert (
Abbildung 7 ). - In Patentansprüchen 12 und 13 ist ausgeführt, daß die das Kurvengelenk (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) bildende Kurve (Kgz2) im Gehäuse (G) aus einem die Ventilrast bildenden Teil (g1) und einem den Steuerbereich bildenden Teil (g2) besteht. Beispielsweise kann das den Steuerbereich bildende Teil (g2) in einem Schiebeteil (S) drehbar und das Schiebeteil (S) im Gehäuse (G) verschiebbar befestigt sein. Die Verschiebeposition (rs) des Schiebeteils (S) kann beispielsweise durch einen im Gehäuse (G) befestigten Nocken (VNs) eingestellt werden. Die Drehbewegung (rd) des den Steuerbereich bildenden Teils (g2) kann durch einen im Gehäuse (G) befestigten Nocken (VNd) oder durch einen im Schiebeteil (S) befestigten Nocken (VNd) eingestellt werden. Auf diese Weise ist die Drehbewegung (rd) des den Steuerbereich bildenden Teils (g2) unabhängig von der Verschiebeposition (rs) des Schiebeteils (S) einstellbar.
- Im einfachsten Fall wird die Drehbewegung (rd) durch einen im Gehäuse (G) befindlichen Nocken durch die Verschiebung (rs) des Schiebeteils (S) gesteuert.
- Auf diese Weise kann zur Veränderung der Ventilhubkurve der Lage (a) der Steuerkurve in Rastrichtung verschiebbar (rv) und verdrehbar (rd) ausgeführt werden. Hierdurch wird die Gestaltungsfreiheit der Ventilhubkurve weiter erhöht. Ein Kontaktverlust der Getriebeglieder tritt nicht auf. Insbesondere kann bei gleichem Ventilöffnungswinkel die Ventilbeschleunigung und der Ventilhub zusätzlich verändert werden (
Abbildung 8 ). - Das den Rastabschnitt bildende Teil (g1) im Gehäuse (G) kann dazu genutzt werden die Rückstellbewegung des Zwischengliedes (Z) und damit den Nockenkontakt zu gewährleisten, indem es im Gehäuse (G) drehbar gelagert ist und eine Kraft auf das Zwischenglied (Z) ausübt, welche dieses zum Nocken (N) hin bewegt.
- Diese Kraft wird beispielsweise über eine Federkraft (KF) erzeugt. Bei einer derartigen Gestaltung kann der erforderliche Federweg sehr klein ausgeführt sein (
Abbildung 9 ).
Claims (13)
- Vorrichtung zur variablen Betätigung der Ladungswechselventile in Hubkolbenmotoren bestehend aus einem Gehäuse (G), einer im Gehäuse (G) drehbar gelagerten Welle (W), deren Bewegung von der Kurbelwelle abgeleitet ist, einem Abtriebsglied (A), welches im Gehäuse (G) eindeutig geführt ist und die Bewegung auf das Ladungswechselventil (V) überträgt und einem Zwischenglied (Z), welches mit der Welle (W) und mit dem Gehäuse (G) jeweils über genau ein Kurvengelenk (zw, zg) und mit dem Abtriebsglied (A) über ein weiteres Gelenk (za) verbunden ist, wobei die Kurve im Kurvengelenk (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) einen eine Rast bildenden Abschnitt und einen Steuerabschnitt aufweist, dessen Lage zur Welle (w) für die Veränderung der Ventilhubkurve einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) ein Kurvengelenk ist, womit ein Abrollen des Zwischengliedes (Z) am Abtriebsglied (A) ermöglicht wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der das Kurvengelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) bildenden Konturen (Kaz, Kza) am Zwischenglied (Z) und am Abtriebsglied (A) durch eine ebene Kontur gebildet wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der das Kurvengelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) bildenden Konturen (Kaz, Kza) am Zwischenglied (Z) und am Abtriebsglied (A) durch ein Segment eines umlauffähigen Rotationskörpers gebildet wird.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengelenk (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) durch einen im Gehäuse (G) angebrachten umlauffähigen Rotationskörper und durch eine Kurve (Kzg1) am Zwischenglied (Z) gebildet wird.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengelenk (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) durch einen am Zwischenglied (Z) angebrachten umlauffähigen Rotationskörper und durch eine Kurve (Kgz2) im Gehäuse (G) gebildet wird.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengelenk (zw) zwischen Zwischenglied (Z) und Welle (W) durch einen am Zwischenglied (Z) angebrachten umlauffähigen Rotationskörper und durch eine Kurve (Kwz1) an der Welle (W) gebildet wird.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengelenk (za) zwischen Zwischenglied (Z) und Abtriebsglied (A) durch einen am Zwischenglied (Z) angebrachten umlauffähigen Rotationskörper und durch eine Kurve (Kaz1) am Abtriebsglied (A) gebildet wird.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Kurvengelenke am Zwischenglied (Z) durch umlauffähige Rotationskörper gebildet werden.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der am Zwischenglied (Z) angebrachten umlauffähigen Rotationskörper durch einen Teil eines Wälzlagers gebildet wird.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Drehmitten der am Zwischenglied (Z) angebrachten umlauffähigen Rotationskörper zusammenfallen.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Zwischenglied (Z) über ein oder mehrere Abtriebsglieder (Ai) zwei oder mehrere Ventile (Vi) eines Zylinders betätigt werden.
- Vorrichtung nach den Ansprüchen 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kurvengelenk (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) bildende Kurve durch eine den Rastbereich bildende Kontur im Gehäuse oder an einem im Gehäuse befestigten Teil (g1) und durch eine den Steuerbereich bildende Kontur an einem anderen Teil (g2) dargestellt wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die das Kurvengelenk (zg) zwischen Zwischenglied (Z) und Gehäuse (G) bildende Steuerkurve bezüglich Verschiebung und Verdrehung veränderbar ist.
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