FR2992357A1 - Procede de gestion de l'admission d'air et d'une boucle du systeme de recirculation des gaz d'echappement d'un moteur - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de gestion de l'admission d'air et d'une boucle du système EGR équipant un moteur thermique d'un véhicule automobile, ceci en phase de coupure d'injection audit moteur, cette gestion s'effectuant par rapport à une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule. Le procédé est caractérisé, lors d'une phase de coupure d'injection audit moteur (1), par l'étape de coupure de l'alimentation en air extérieur du moteur (1) et l'étape de recirculation d'au moins la majeure partie des gaz d'échappement du moteur (1) par la boucle EGR (7), l'admission d'air au moteur (1) étant assurée uniquement par le système EGR. Application dans le domaine des véhicules automobiles.

Description

PROCEDE DE GESTION DE L'ADMISSION D'AIR ET D'UNE BOUCLE DU SYSTEME DE RECIRCULATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR [0001] L'invention porte sur un procédé de gestion de l'admission d'air et d'une boucle du système EGR équipant un moteur thermique d'un véhicule automobile, ceci en phase de coupure d'injection audit moteur, cette gestion s'effectuant par rapport à une demande de chauffage dans l'habitacle du véhicule. EGR est, de façon connue, l'acronyme de l'expression anglaise « Exhaust Recirculation Gas » ou, en français recirculation des gaz d'échappement. [0002] Pour réduire l'émission de substances polluantes d'un véhicule automobile à moteur thermique, il est connu d'équiper les véhicules automobiles d'une recirculation de gaz d'échappement afin de récupérer les gaz d'échappement du moteur et de les réinjecter en entrée du moteur. Cette recirculation des gaz d'échappement porte communément le nom d'EGR, qu'on utilise dans le reste du texte par soucis de concision. [0003] Les substances polluantes émises par un véhicule automobile sont principalement des oxydes et notamment des oxydes d'azote du type NOx, formés par la réaction à haute température de l'oxygène avec l'azote. Les gaz d'échappement, déjà utilisés par le moteur, sont relativement pauvres en oxygène et le fait de les faire recirculer dans l'admission du moteur thermique à la place de l'air frais alimentant le moteur diminue la quantité d'oxygène disponible et donc la formation de NOx. [0004] Le système EGR peut être soit muni d'une boucle ou soit il peut exister deux boucles de circulation de gaz d'échappement dans un système EGR pour un moteur turbo-compressé, la première boucle étant la boucle basse pression et la seconde la boucle haute pression. La présente invention s'applique indifféremment à ces deux systèmes EGR. [0005] Un système EGR de circulation des gaz d'échappement est généralement constitué d'un échangeur thermique destiné à refroidir les gaz brûlés et d'au moins une vanne, appelée communément vanne EGR, qui vient régler le débit de gaz brûlé vers le collecteur d'admission, ceci pour chaque boucle. Cette vanne est pilotée par le calculateur du contrôle moteur. Il existe ainsi un échangeur thermique à eau et au moins une vanne EGR pour chacune des deux boucles décrites précédemment. [0006] La consommation d'un véhicule automobile est de plus en plus faible, ceci du fait d'un rendement de moteur amélioré et de boîtes de vitesses étagées en étant plus longues ainsi que de la réduction des frottements mécaniques entre pièces mises en mouvement lors de la marche du véhicule. [0007] Une conséquence de ces améliorations du fonctionnement du véhicule est une dégradation forte de la performance du chauffage de l'habitacle. [0008] En effet, de manière usuelle, le circuit de refroidissement du moteur prend les calories dissipées par le moteur thermique et les transmet à l'habitacle du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un échangeur du type eau/air ou aérotherme. Comme le moteur produit moins de calories lors de son fonctionnement optimisé, le chauffage de l'habitacle est alors moins performant et donc dégradé. [0009] Afin de pallier cette dégradation, il a été prévu d'assurer un chauffage auxiliaire de l'habitacle par divers systèmes additionnels ou d'augmenter la performance du chauffage issu du moteur, respectivement par : - l'emploi de résistances chauffantes, - la dégradation volontaire de la combustion. [0010] La première solution, bien que présentant l'avantage de ne pas imposer de dégradation du fonctionnement du moteur et de procurer un apport thermique important, impacte le coût du chauffage du véhicule et impose de prévoir des résistances chauffantes à l'intérieur du véhicule. [0011] La seconde solution implique une consommation élevée avec un apport 25 thermique modéré. [0012] La problématique du chauffage de l'habitacle est de transférer un maximum de calories du moteur thermique vers le circuit d'eau moteur. [0013] Lors des phases de décélération du véhicule automobile, plus particulièrement en hiver, quand l'injection est coupée, l'air frais traverse le moteur, se réchauffe au contact de 30 la chambre de combustion avant de repartir à l'échappement, ce qui représente une perte de calories préjudiciable au chauffage de l'habitacle du véhicule. [0014] Le document FR-A-2 948 421 décrit un procédé de gestion de la circulation d'un fluide caloporteur dans un circuit de refroidissement pour la régulation de la température d'un moteur thermique. Dans ce procédé, le véhicule automobile est équipé d'un système EGR et le procédé comprend les étapes de direction de tout ou partie des gaz d'échappement recirculés vers un premier échangeur et de transmission de la chaleur du premier échangeur à un fluide caloporteur et ensuite de redirection vers l'échappement de tout ou partie des gaz d'échappement recirculés. [0015] Ce document ne traite pas du chauffage de l'habitacle. De plus, les gaz d'échappement après échange de chaleur retournent directement à l'échappement. Il s'ensuit que de l'air extérieur pénètre dans l'admission du moteur thermique, ce qui entraîne les inconvénients précédemment mentionnés. [0016] Par conséquent, le problème à la base de la présente invention est de pouvoir transférer le maximum de calories du moteur thermique d'un véhicule automobile équipé d'un système EGR en phase de coupure d'injection audit moteur. [0017] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de gestion de l'admission d'air extérieur et d'au moins une boucle d'un système EGR à une ou plusieurs boucles, l'admission et le système équipant un moteur thermique d'un véhicule automobile, la boucle EGR prélevant en aval du moteur au moins une partie des gaz d'échappement issus du moteur et les réintroduisant en amont du moteur dans l'admission d'air extérieur au moteur, ladite gestion s'effectuant par rapport à une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule, ledit procédé étant caractérisé, lors d'une phase de coupure d'injection audit moteur, par l'étape de coupure de l'alimentation en air extérieur du moteur et l'étape de recirculation d'au moins la majeure partie des gaz d'échappement du moteur par la boucle EGR, l'admission d'air au moteur étant assurée uniquement par le système EGR. [0018] L'effet technique est de récupérer les calories présentes dans les gaz d'échappement afin de chauffer l'habitacle du véhicule lors d'une coupure d'injection du moteur thermique, ces calories étant précédemment perdues car évacuées avec les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement du véhicule. [0019] Avantageusement, lors de l'étape de recirculation, il est prévu une étape d'échange de chaleur entre la majeure partie des gaz d'échappement du moteur et l'eau 30 d'un échangeur prévu dans la boucle EGR. [0020] Avantageusement, il est prévu une étape d'échange de chaleur entre l'eau de l'échangeur de la boucle EGR et un échangeur air/eau pour le chauffage de l'habitacle. [0021] Avantageusement, quand le système EGR présente deux boucles, dont l'une est une boucle haute pression et l'autre une boucle basse pression, la boucle haute pression étant disposée plus proche du moteur que la boucle basse pression, l'étape de recirculation se fait au moins de manière prépondérante par la boucle haute pression du système EGR. [0022] Avantageusement, l'étape de recirculation se fait uniquement par la boucle haute pression du système EGR. [0023] Avantageusement, il est prévu une étape d'estimation de la température régnant dans l'habitacle pour valider une demande de chauffage dudit habitacle. [0024] Avantageusement, il est prévu une étape de comparaison de la température estimée avec une température seuil de confort dans l'habitacle ainsi qu'une étape de détection des phases de coupure d'injection au moteur avec, quand la température estimée est inférieure à la température seuil, la mise en oeuvre de l'étape de coupure de l'alimentation en air et de l'étape de recirculation des gaz d'échappement par la boucle EGR. [0025] L'invention concerne aussi un dispositif de gestion de la ligne d'admission d'air extérieur et d'au moins une boucle d'un système EGR à une ou plusieurs boucles pour un moteur thermique pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de gestion, la ligne d'admission et la boucle EGR étant munies de moyens d'ouverture ou de fermeture respectivement pour la circulation d'air extérieur ou de gaz d'échappement en leur intérieur, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de détection d'une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule, des moyens de détection d'une phase de coupure d'injection audit moteur et des moyens de commande des moyens d'ouverture ou de fermeture respectifs de la ligne et de la boucle EGR. [0026] Avantageusement, les moyens d'ouverture ou de fermeture sont sous la forme d'une vanne présente dans l'alimentation en air extérieur et d'une vanne présente dans la boucle EGR du moteur thermique. [0027] L'invention concerne enfin un véhicule automobile, présentant un système EGR à au moins une boucle, caractérisé en ce que pour une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule, lors d'une phase de coupure d'injection audit moteur, l'admission d'air extérieur au moteur et au moins une boucle du système EGR sont commandées conformément à un tel procédé de gestion ou en ce qu'il comprend un tel dispositif de gestion. [0028] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue d'un moteur thermique de véhicule automobile équipé d'une ligne EGR haute pression selon l'état de la technique, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue d'un moteur thermique de véhicule automobile équipé d'une ligne EGR haute pression avec un fonctionnement selon l'état de la technique lors d'une phase de décélération du véhicule avec coupure de l'injection, - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue d'un moteur thermique de véhicule automobile équipé d'une ligne EGR haute pression avec un fonctionnement selon la présente invention lors d'une phase de décélération du véhicule avec coupure de l'injection. [0029] La figure 1 montre un moteur thermique 1 équipé d'un système EGR avec une boucle haute pression 7. Il est à garder à l'esprit que la présente invention peut être adapté à un système EGR à boucle simple ou à deux boucles. [0030] Dans le cas d'un système EGR à deux boucles, une boucle de circulation est dite boucle EGR basse pression et réalise un prélèvement de gaz d'échappement en aval d'un organe de dépollution de la ligne d'échappement du véhicule automobile, par exemple un filtre à particules. Ces gaz d'échappement relativement propres, après un refroidissement dans un échangeur à eau, peuvent être injectés par la première boucle dans l'air d'admission alimentant le moteur thermique. [0031] L'avantage de la première boucle EGR dite basse pression est d'utiliser des gaz d'échappement relativement propres et de permettre une forte diminution de la température et une meilleure homogénéisation du mélange d'air et gaz d'échappement recirculés basse pression en entrée du moteur. La première boucle EGR dite basse pression est utilisée en fonctionnement normal du véhicule automobile jusqu'en pleine charge. Il est prévu une vanne EGR pour chacune des deux boucles basse pression et haute pression. [0032] La boucle de circulation dite boucle EGR haute pression 7 d'un système EGR réalise un prélèvement de gaz d'échappement en amont de la turbine du turbocompresseur, avantageusement au collecteur d'échappement 2 du moteur thermique 1. Il est prévu une vanne EGR 5 pour le fonctionnement de ladite boucle 7. [0033] Les gaz d'échappement non dépollués, après un refroidissement dans un échangeur à eau 6, sont injectés par la boucle EGR haute pression 7 dans l'air d'admission alimentant le moteur thermique 1, avantageusement par son collecteur d'admission 3. [0034] L'avantage de la boucle EGR haute pression 7 est d'utiliser des gaz d'échappement relativement chauds. La boucle EGR haute pression 7 est donc principalement utilisée pour un fonctionnement à froid du véhicule automobile, notamment lors du démarrage dudit véhicule, par exemple en lieu et place de la boucle EGR basse pression qui ne permet pas d'avoir un mélange air et gaz d'échappement recirculés à une température suffisante à l'admission. [0035] La boucle haute pression 7 est disposée plus proche du moteur 1 que la boucle basse pression et les gaz d'échappement transitant par ladite boucle haute pression 7 sont plus chauds que ceux transitant par la boucle basse pression. La boucle haute pression 7 permet de récupérer plus de calories que la boucle basse pression. C'est pourquoi la boucle haute pression 7 est préférée pour la mise en oeuvre de la présente invention, mise en oeuvre qui va être maintenant décrite. [0036] L'admission d'air extérieur symbolisée par la lettre A traverse la vanne d'admission 4 et débouche sur le collecteur d'admission 3 du moteur thermique 1. La sortie des gaz d'échappement symbolisée par la lettre E s'effectue par le collecteur d'échappement 2 du moteur thermique 1 puis par la ligne d'échappement du véhicule après avoir subi au moins un traitement de dépollution. [0037] La figure 2 montre un fonctionnement selon l'état de la technique de l'admission et de l'échappement d'un moteur thermique 1 lors d'une décélération du véhicule automobile, l'injection du moteur 1 étant coupée. La vanne 5 de la boucle EGR haute pression 7 est fermée et aucun gaz d'échappement ne passe par la boucle 7. Il n'y a donc pas d'échange de chaleur dans l'échangeur à eau 6. [0038] L'air extérieur pénètre seul dans le collecteur d'admission 3 du moteur thermique 1 et la totalité des gaz d'échappement quitte le collecteur d'échappement 2 du moteur thermique 1 par la ligne d'échappement en emportant les calories prises au moteur 1. [0039] L'idée à la base de la présente invention est de récupérer au moins en partie toutes ces calories perdues afin d'effectuer un chauffage plus efficace de l'habitacle du véhicule automobile. [0040] Pour cela, la présente invention prévoit, pour un véhicule automobile équipé d'un système présentant au moins une boucle EGR, d'empêcher, lors d'une reconnaissance d'un besoin de chauffage de l'habitacle par ambiance négative, la perte de calories du moteur thermique 1 lors de l'apport d'air frais entrant dans le moteur 1 pendant une phase de coupure d'injection au moteur 1. [0041] Pour cela, la présente invention prévoit au moins une recirculation partielle et avantageusement totale des gaz d'échappement par une boucle EGR, avantageusement la boucle haute pression. Ainsi, les calories dégagées par le moteur thermique 1 seront plus efficacement transmises à l'échangeur à eau 6 et donc à l'habitacle du véhicule. [0042] La figure 3 montre le fonctionnement de l'admission d'air et du système EGR d'un moteur thermique 1 de véhicule automobile lors d'une phase de décélération du véhicule, ceci conformément à la présente invention. Dans une telle phase de décélération, l'injection du moteur est coupée. [0043] Dans ce fonctionnement, l'admission d'air venant de l'extérieur A et dirigée vers l'admission 3 du moteur 1 est coupée par fermeture de la vanne 4 associée à cette admission de même que l'échappement vers l'extérieur E. Avantageusement, la totalité des gaz d'échappement passe par la boucle EGR haute pression 7 présentant sa vanne 5 ouverte et il se créé un échange de chaleur entre les gaz d'échappement et l'eau de l'échangeur à eau 6 de la boucle EGR haute pression 7. [0044] L'objectif d'un tel fonctionnement est de faire circuler, dans cette configuration en phase de décélération avec l'injection du moteur coupée, au moins une grande partie des gaz dans l'échangeur eau 6 de la boucle EGR haute pression 7, afin de transférer un maximum de calories à l'eau et donc à l'habitacle, après passage de l'eau de refroidissement dans l'aérotherme de l'habitacle. [0045] Comme précédemment décrit, la présente invention est applicable à un moteur thermique équipé d'un système EGR à une boucle ou à deux boucles. Quand le système EGR est à une boucle, dans une phase de décélération du véhicule avec injection coupée, c'est la totalité des gaz d'échappement qui passe par la boucle EGR. [0046] Quand le système EGR est à deux boucles, c'est-à-dire une boucle haute pression 7 et une boucle basse pression, plusieurs cas de figure sont possibles. De préférence, la totalité des gaz d'échappement passe par la boucle haute pression 7, ladite boucle 7 étant la plus à même d'effectuer une meilleure récupération des calories des gaz d'échappement car prélevant ces gaz au collecteur d'échappement 2 du moteur thermique 1, donc au plus près du moteur tandis que le boucle basse pression prélève les gaz d'échappement plus en aval de la ligne d'échappement, avantageusement après dépollution. [0047] Il est aussi possible de combiner une récupération de calories faite par la boucle haute pression 7 avec une récupération de calories faite par la boucle basse pression du système EGR 7 en dirigeant la plus grande partie des gaz d'échappement vers la boucle EGR haute pression et en alimentant la ligne d'échappement avec la partie restante des gaz d'échappement pouvant passer ainsi par la boucle basse pression. Ceci n'est cependant pas préféré. [0048] Le passage des gaz d'échappement par au moins une boucle EGR permet une récupération gratuite d'énergie qui était précédemment évacuée vers l'extérieur du véhicule automobile. Ceci permet d'améliorer, notamment en ambiance froide, le confort thermique de l'habitacle en augmentant la température régnant dans l'habitacle. [0049] Une demande de chauffage de l'habitacle peut être déterminée de diverses manières. Par exemple une telle demande peut être déterminée par la mesure d'un capteur prévu dans l'habitacle en dessous d'une certaine valeur dite de confort pour l'habitacle, par exemple 19`C, cette valeur pouvant avantageusement être réglée. [0050] En alternative, une telle demande peut être déterminée par la mesure d'un capteur prévu dans l'échangeur de chaleur de la boucle EGR ou dans l'aérotherme pour mesurer la température de l'eau circulant dans la boucle EGR, des abaques pouvant estimer à partir de ces mesures la température régnant dans l'habitacle du véhicule. [0051] Ainsi, en se référant à la figure 3, la présente invention concerne un dispositif de gestion de la ligne d'admission d'air extérieur et d'au moins une boucle d'un système EGR à une ou plusieurs boucles pour un moteur thermique 1, ce dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé de gestion précédemment décrit. [0052] A la figure 3, la boucle EGR est la boucle haute pression 7 mais ceci n'est pas limitatif bien que préféré. La ligne d'admission et la boucle EGR sont munies de moyens d'ouverture ou de fermeture respectivement pour la circulation d'air extérieur ou de gaz d'échappement en leur intérieur, aux figures respectivement la vanne 4 d'alimentation en air extérieur et la vanne EGR 5 pour la circulation des gaz d'échappement dans la boucle EGR 7. [0053] Le dispositif de gestion comprend des moyens de détection d'une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule. Ces moyens de détection peuvent être directs, par exemple par un ou des capteurs de température placés dans l'habitacle ou indirects, par exemple par un ou des capteurs placés dans le circuit d'eau reliant l'échangeur à eau de chaleur 6 de la boucle EGR 7 à l'aérotherme ou échangeur eau/air, la température de l'habitacle pouvant être estimée selon les températures d'eau dans l'échangeur de chaleur 6 précédemment relevées. [0054] Le dispositif de gestion comprend des moyens de détection d'une phase de coupure d'injection audit moteur 1 ainsi que des moyens de commande des moyens 4, 5 d'ouverture ou de fermeture respectifs de la ligne et de la boucle EGR 7. Ces moyens de détection et de commande peuvent être avantageusement compris dans le contrôle moteur. [0055] La solution proposée par la présente invention permet de chauffer rapidement l'habitacle en début de roulage du véhicule, ceci notamment pendant des périodes hivernales. [0056] La solution proposée par la présente invention apporte aussi l'avantage de ne pas impacter la consommation du véhicule tout en ne nécessitant pas l'apport d'un dispositif auxiliaire de récupération de chaleur, la ou les boucles du système EGR équipant déjà le moteur thermique du véhicule. [0057] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS: 1. Procédé de gestion de l'admission d'air extérieur et d'au moins une boucle (7) d'un système EGR à une ou plusieurs boucles, l'admission et le système équipant un moteur thermique (1) d'un véhicule automobile, la boucle EGR (7) prélevant en aval du moteur (1) au moins une partie des gaz d'échappement issus du moteur (1) et les réintroduisant en amont du moteur (1) dans l'admission (3) d'air extérieur au moteur (1), ladite gestion s'effectuant par rapport à une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule, ledit procédé étant caractérisé, lors d'une phase de coupure d'injection audit moteur (1), par l'étape de coupure de l'alimentation en air extérieur du moteur (1) et l'étape de recirculation d'au moins la majeure partie des gaz d'échappement du moteur (1) par la boucle EGR (7), l'admission d'air au moteur (1) étant assurée uniquement par le système EGR.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, pour lequel, lors de l'étape de recirculation, il est prévu une étape d'échange de chaleur entre la majeure partie des gaz d'échappement du moteur (1) et l'eau d'un échangeur (6) prévu dans la boucle EGR (7).
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel il est prévu une étape d'échange de chaleur entre l'eau de l'échangeur (6) de la boucle EGR (7) et un échangeur air/eau pour le chauffage de l'habitacle.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel, quand le système EGR présente deux boucles dont l'une est une boucle haute pression (7) et l'autre une boucle basse pression, la boucle haute pression (7) étant disposée plus proche du moteur (1) que la boucle basse pression, l'étape de recirculation se fait au moins de manière prépondérante par la boucle haute pression (7) du système EGR.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, pour lequel l'étape de recirculation se fait uniquement par la boucle haute pression (7) du système EGR.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel il est prévu une étape d'estimation de la température régnant dans l'habitacle pour valider une demande de chauffage dudit habitacle.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, pour lequel il est prévu une étape de comparaison de la température estimée avec une température seuil de confort dans l'habitacle ainsiqu'une étape de détection des phases de coupure d'injection au moteur (1) avec, quand la température estimée est inférieure à la température seuil, la mise en oeuvre de l'étape de coupure de l'alimentation en air et de l'étape de recirculation des gaz d'échappement par la boucle EGR (7).
  8. 8. Dispositif de gestion de la ligne d'admission (A) d'air extérieur assurant l'alimentation en air extérieur et d'au moins une boucle (7) d'un système EGR à une ou plusieurs boucles pour un moteur thermique (1) pour la mise en oeuvre d'un procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications précédentes, la ligne d'admission (A) et la boucle EGR (7) étant munies de moyens d'ouverture ou de fermeture (4, 5) respectivement pour la circulation d'air extérieur ou de gaz d'échappement en leur intérieur, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de détection d'une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule, des moyens de détection d'une phase de coupure d'injection audit moteur (1) et des moyens de commande des moyens d'ouverture ou de fermeture (4, 5) respectifs de la ligne et de la boucle EGR (7).
  9. 9. Dispositif selon la revendication 8, pour lequel les moyens d'ouverture ou de fermeture sont sous la forme d'une vanne (4) présente dans l'alimentation (A) en air extérieur et d'une vanne (5) présente dans la boucle EGR (7) du moteur thermique (1).
  10. 10. Véhicule automobile, présentant un système EGR à au moins une boucle (7), caractérisé en ce que, pour une demande en chauffage dans l'habitacle du véhicule, lors d'une phase de coupure d'injection audit moteur (1), l'admission d'air extérieur au moteur (1) et au moins une boucle (7) du système EGR sont commandées conformément à un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou en ce qu'il comprend un dispositif de gestion selon la revendication 8 ou 9.25
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