JP2004516418A - 内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁 - Google Patents

内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁 Download PDF

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Abstract

本発明は、内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁であって、当該電磁弁が、電磁石(29)と、プランジャプレート(28)およびプランジャピン(27)を備えた運動可能なプランジャと、該プランジャと共に運動させられかつ弁座(24)と協働する、噴射弁(1)の制御圧室(14)の燃料流出通路(17)を開閉するための制御弁部材(25)とを有しており、プランジャプレート(28)が、その慣性質量の作用下で制御弁部材(25)の閉鎖方向で、プランジャプレート(28)に作用する戻しばね(35)の緊張力に抗してプランジャピン(27)に滑動可能に支承されていて、プランジャプレート(28)の休止位置で戻しばね(35)によって、プランジャピン(27)に配置された当接部材(26)に向かって押し付けられるようになっており、該当接部材(26)が、プランジャプレート(28)の、電磁石(29)に面した側の端面(41)に設けられた切欠き(60)内に係合するようになっている形式のものに関する。当接部材(26)が、円錐形の外周壁(51)を有しており、該外周壁(51)に、プランジャプレート(28)の切欠き(60)の、相補的に形成された円錐形の内壁区分(61)が当て付けられるようになっていることが提案される。

Description

【0001】
背景技術
本発明は、請求項1の上位概念部に記載した形式の、内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁に関する。
【0002】
たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第19650865号明細書に基づき公知のこのような電磁弁は、噴射弁、たとえばコモンレール噴射装置のインジェクタに設けられた制御圧室内の燃料圧を制御するために使用される。この制御圧室内の燃料圧を介して、噴射弁の噴射開口を開閉する弁ピストンの運動が制御される。公知の電磁弁は、ハウジング部分内に配置された電磁石と、運動可能な可動鉄心もしくはプランジャと、このプランジャによって運動させられる、閉鎖ばねによって閉鎖位置に負荷された制御弁部材とを有している。この制御弁部材は電磁弁の弁座と協働し、したがって、制御圧室からの燃料流出を制御する。公知の電磁弁の欠点は、いわゆる「プランジャ衝突」にある。電磁石への電流の遮断時には、制御圧室から延びる燃料流出通路を閉鎖するために、プランジャと制御弁部材とが電磁弁の閉鎖ばねによって弁座に向かって加速させられる。弁座への制御弁部材の衝突は、弁座に対する制御弁部材の不都合な振動および/または衝突を結果的に生ぜしめる。これによって、噴射動作の制御が損なわれる。したがって、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19650865号明細書に基づき公知の電磁弁では、プランジャが2つの部分から、プランジャピンと、このプランジャピンに滑動可能に支承されたプランジャプレートとにより形成されており、これによって、プランジャプレートが弁座への制御弁部材の衝突時に戻しばねの緊張力に抗してプランジャピンに沿って引き続き運動させられる。次いで、戻しばねがプランジャプレートを、プランジャピンの当接部材における出発位置に戻す。プランジャを2つの部分から形成することによって、効果的に制動される質量ひいては弁座に衝突するプランジャの、衝突を生ぜしめる運動エネルギが減少させられる。プランジャプレートのための当接部材は、U字形の切欠きを備えた閉じられていない環状板の形で形成されている。この環状板はプランジャピンの環状溝内に配置されている。プランジャプレートは、電磁石に面した側の端面にプランジャピンを同心的に取り囲む、方形の横断面を備えた切欠きを有している。この切欠きは環状板を側方で取り囲んでいる。この場合、環状板の外周壁は、切欠きの、全周にわたって延びる一体の内壁から間隔を置いて配置されているので、環状板は、僅かな遊びを備えてプランジャピンに位置固定されているものの、切欠きによってプランジャピンの滑落を防止している。戻しばねはプランジャプレートをその休止位置において切欠きの底部で当接部材に向かって押圧している。
【0003】
発明の利点
請求項1の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による電磁弁は、当接部材が、少なくとも部分周面に円錐形の外周壁を有しており、該外周壁に、プランジャプレートの切欠きの、相補的に形成された円錐形の内壁区分が当て付けられるようになっている点で公知先行技術と異なっている。この手段によって、プランジャプレートの当接時に、伝達される力が軸方向で当接部材に作用するだけでなく、円錐角だけ傾けられた外周壁によってプランジャプレートの運動方向に対して半径方向にも導出されることが達成される。これによって、当接部材からのプランジャプレートの跳返りと、プランジャプレートの後振動とが有利に減少される。さらに、この手段によって、プランジャプレートが電磁石の励磁時に側方の遊びなしに当接部材に当て付けられ、プランジャプレートに作用する傾倒モーメントが減少させられることが達成される。相補的に形成された切欠き内への円錐形の当接部分の係合によってプランジャプレートが案内される。したがって、プランジャプレートの、プランジャピンに対して滑動するガイドスリーブを短縮することができ、プランジャプレートの質量を減少させることができる。さらに、このことは、プランジャプレートの後振動特性に有利に作用する。プランジャプレートの短い後振動時間が望まれている。なぜならば、プランジャプレートがもはや後振動しない場合に初めて電磁弁の制御が、規定された噴射量を再び獲得するからである。さらに、切欠きの円錐形の構成によって、製作時の切欠きにおける煩わしいばりを簡単に回避することができる。
【0004】
本発明の改良形および有利な構成は、従属請求項に記載の特徴によって可能となる。
【0005】
プランジャプレートの切欠きの円錐形の内壁区分が、当接部材の円錐形の外周壁に形状接続的に当て付けられるようになっていると有利である。公知先行技術に比べて増加させられた、当接部材に対するプランジャプレートの当付け面によって、電磁弁の長時間安定性が改善される。
【0006】
円錐形の内壁区分と、当接部材の円錐形の外周壁とが、液圧的な減衰装置を形成しており、該減衰装置によって、プランジャピンに対するプランジャプレートの後振動が減衰可能であると有利である。
【0007】
当接部材をプランジャピンに位置固定するためには、当接部材が、プランジャピンの環状溝内に配置されている。当接部材が、複数の部分、特に2つの部分から第1の部分と少なくとも1つの別の部分とによって形成されており、両部分が、1つの平面でプランジャピンの運動方向に対して垂直に同心的にプランジャピンを取り囲むように環状溝内に配置されていて、それぞれ内壁区分で環状溝に当て付けられていると特に有利である。この手段によって、当接部材を簡単にプランジャピンに遊びなしに位置固定することができることが達成される。プランジャピンへの当接部材の当付け面は、公知の電磁弁に比べて増加させられている。これによって、安定性が高められる。当接部材への、戻しばねによって負荷されたプランジャプレートの当接が、当接部材の、円錐角だけ傾けられた外周壁面によって半径方向の力を当接部材の第1の部分と少なくとも1つの別の部分とに導入するようになっていると有利である。当接部材を複数の部分から形成することによって、プランジャピンが、第1の部分と少なくとも1つの別の部分との間に挟み込まれるようになっていることを達成することができる。これによって、プランジャプレートとプランジャピンとの間の側方の遊びが有利に回避される。
【0008】
さらに、当接部材の、電磁石に面した側の第1の面が、その外縁部に段部を有していると有利である。この段部と、プランジャプレートに設けられた貫通開口とによって有利には燃料流出通路が形成されるようになっており、該燃料流出通路が、電磁弁のプランジャ室を、電磁石に形成された、当該電磁弁の燃料低圧接続部に接続された貫通開口に接続している。
【0009】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【0010】
図1には、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁1の上側の部分が示してある。この公知の燃料噴射弁1は燃料噴射装置に使用するために規定されている。この燃料噴射装置は燃料高圧アキュムレータを装備している。この燃料高圧アキュムレータには高圧フィードポンプによって連続的に高圧燃料が供給される。図示の燃料噴射弁1は弁ハウジング4を有している。この弁ハウジング4は長手方向孔5を備えている。この長手方向孔5内には弁ピストン6が配置されている。この弁ピストン6はその一方の端部で、ノズルボディ(図示せず)内に配置された弁ニードルに作用している。この弁ニードルは圧力室内に配置されている。この圧力室には圧力孔8を介して、高圧下にある燃料が供給されている。弁ピストン6の開放行程運動時には、弁ニードルが、この弁ニードルの受圧肩部に常に作用している圧力室内の燃料高圧によってばねの閉鎖力に抗して持ち上げられる。この場合に圧力室に接続された噴射開口によって、内燃機関の燃焼室内への燃料の噴射が行われる。弁ピストン6の降下によって、弁ニードルが閉鎖方向で噴射弁1の弁座に押圧され、噴射動作が終了する。
【0011】
図1に見ることができるように、弁ピストン6は、弁ニードルとは反対の側の端部で円筒状孔11内に案内される。この円筒状孔11は弁片12に加工成形されている。この弁片12は弁ハウジング4内に挿入されている。円筒状孔11内では、弁ピストン6の端面13が制御圧室14を閉鎖している。この制御圧室14は流入通路を介して燃料高圧接続部に接続されている。流入通路は主として3つの部分から形成されている。弁片12の壁を貫いて半径方向に延びる孔の内壁はその長さの一部に流入絞り15を形成している。また、弁片12の壁を貫いて半径方向に延びる孔は、弁片12を周面側で取り囲む環状室16に常に接続されている。さらに、この環状室16は、流入通路内に押し込まれた燃料フィルタを介して、弁ハウジング4内に螺入可能な接続管片9の燃料高圧接続部に常に接続されている。環状室16はシールリング39を介して長手方向孔5に対してシールされている。流入絞り15を介して制御圧室14は、燃料高圧アキュムレータ内に形成された高い燃料圧にさらされている。弁ピストン6に対して同軸的に制御圧室14から、弁片12内で延びる孔が分岐している。この孔は、流出絞り18を備えた燃料流出通路17を形成している。この燃料流出通路17は放圧室19に開口している。この放圧室19は燃料低圧接続部10に接続されている。さらに、この燃料低圧接続部10は、図示しない形式で噴射弁1の燃料戻し通路に接続されている。弁片12に設けられた燃料流出通路17からの燃料の流出は、弁片12の外側に位置する端面の、円錐形にもみ下げられた部分21の領域で行われる。弁片12はフランジ領域22で螺合部材23を介して弁ハウジング4に固く緊締されている。
【0012】
円錐形の部分21には弁座24が形成されている。この弁座24は、噴射弁1を制御する電磁弁30の制御弁部材25と協働する。この制御弁部材25は、プランジャピン27およびプランジャプレート28の形の、2つの部分から成る可動鉄心もしくはプランジャに連結されている。このプランジャは電磁弁30の電磁石29と協働する。電磁弁30は、電磁石29を収容するハウジング部分70を有している。このハウジング部分70は、螺合可能な結合手段7を介して弁ハウジング4に固く結合されている。公知の電磁弁30では、プランジャプレート28がその慣性質量の作用下で戻しばね35の予荷重力もしくはプレロード力に抗して動力学的に移動可能にプランジャピン27に支承されていて、戻しばね35によって休止状態において、プランジャピン27に位置固定された当接部材26に向かって押圧される。戻しばね35はその他方の端部で、プランジャピン27を案内する滑り片34のフランジ32にハウジングに対して不動に支持されている。滑り片34はフランジ32によって、弁片12に載置されたスペーサディスク38と、螺合部材23との間で弁ハウジング4内に固く緊締されている。プランジャピン27と、プランジャディスク28と、プランジャピン27に連結された制御弁部材25とは、ハウジングに対して不動に支持された閉鎖ばね31によって常に閉鎖方向で負荷されているので、通常、制御弁部材25は閉鎖位置で弁座24に接触している。電磁石29の励磁時には、プランジャプレート28および当接部材26を介してプランジャピン27も電磁石29に向かって運動させられる。これによって、流出通路17が放圧室19に向かって開放される。制御弁部材25とプランジャプレート28との間には、プランジャピン27に設けられた環状肩部33が位置している。この環状肩部33は電磁石29の励磁時にフランジ32に当接し、したがって、制御弁部材25の開放行程を制限している。この開放行程を調整するためには、フランジ32と弁片12との間に配置されたスペーサディスク38が働く。
【0013】
噴射弁1の開閉は、以下に説明するように電磁弁30によって制御される。プランジャピン27は常に閉鎖ばね31によって閉鎖方向で負荷されているので、制御弁部材25は、電磁石29が励磁されていない場合には閉鎖位置で弁座24に接触していて、制御圧室14は放圧側19に対して閉鎖されており、これによって、制御圧室14には、流入通路を介して極めて迅速に高い圧力が形成される。この圧力は燃料高圧アキュムレータ内にも存在している。端面13を介して制御圧室14内の圧力が、他方で加えられた高圧に基づき開放方向で作用する力よりも大きな閉鎖力を、弁ピストン6と、この弁ピストン6に結合された弁ニードルとに形成している。制御圧室14が電磁弁30の開放によって放圧側19に向かって開放されると、制御圧室14の僅かな容積内の圧力が極めて迅速に減少する。なぜならば、制御圧室14が流入絞り15を介して高圧側から分離されているからである。したがって、弁ニードルに加えられた燃料圧に基づく、弁ニードルに開放方向で作用する力が上回るので、弁ニードルが上方に運動させられ、この場合、少なくとも1つの噴射開口が噴射のために開放される。しかし、電磁弁30が燃料流出通路17を閉鎖すると、制御圧室14内の圧力が、流入通路を介して引き続き流入する燃料によって再び増加し得るので、本来の閉鎖力が形成され、燃料噴射弁1の弁ニードルは閉鎖する。
【0014】
電磁弁30の閉鎖時には、閉鎖ばね31がプランジャピン27を制御弁部材25と共に急激に弁座24に向かって押圧する。制御弁部材25の好ましくない跳返りまたは後振動は、弁座24へのプランジャピン27の衝突が、弁座24の、エネルギアキュムレータとして作用する弾性変形を生ぜしめることによって発生する。さらに、この場合、エネルギの一部は制御弁部材25にも伝達される。この場合、この制御弁部材25がプランジャピン27と共に弁座24から跳ね返る。したがって、図1に示した公知の電磁弁30は、プランジャピン27から分離されたプランジャプレート28を備えた、2つの部分から成るプランジャを使用している。プランジャプレート28は弁座24への制御弁部材25の衝突時に戻しばね35の緊張力に抗して引き続き運動する。次いで、戻しばね35はプランジャプレート28をその出発位置にかつプランジャピン27の当接部材26に対する休止位置に戻す。こうして、全て弁座24に衝突する質量を減少させることができる。しかし、プランジャプレート28は不都合にも後振動し得る。図1に示した公知の電磁弁30では、当接部材26が、U字形の切欠きを備えた環状板の形で一体に形成されている。この環状板は、プランジャピン27に設けられた環状溝内に配置されている。このためには、プランジャプレート28が電磁弁30の製作時に戻しばね35の緊張力に抗して下方に運動させられ、当接部材26がプランジャピン27の軸線に対して半径方向でプランジャピン27に押し被せられる。プランジャプレート28のばね弾性的な戻り時には、当接部材26が、プランジャプレート28の、電磁石29に面した側の面に設けられた切欠き60内に進入する。したがって、当接部材26はプランジャピン27の滑落を防止している。
【0015】
図2aおよび図2bには、本発明による電磁弁の当接部材26の第1実施例が示してある。図示の実施例では、当接部材26が2つの部分から形成されている。しかし、当接部材を3つまたはそれ以上の部分から形成することも可能である。当接部材を円環状の横断面を備えて一体に形成しかつ適切な形式でプランジャピンに位置固定することも可能である。しかし、図2aおよび図2bに示した、当接部材26が2つの部分から成っている構成が特に有利である。当接部材26は、主として、円錐形の外周壁と軸方向の貫通開口とを備えた円錐台形の形を有している。この円錐台形は、ギャップ幅dを備えた半径方向の分離継ぎ目59によって、平面図で見てC字形の2つの部分片26a,26bに分割される。各部分26a,26bは、上面52と、下面53と、円錐形の部分外周壁51と、プランジャピン27に当て付けるための円筒状の内壁区分54とを有している。有利な実施例では、当接部材26の円錐角αが10゜〜40゜の大きさに寸法設定されていて、特に25゜の大きさに寸法設定されている。図2bに見ることができるように、ここに図示した実施例では、両部分26a,26bの上面52が外縁部にそれぞれ環状の段部55を有してる。両部分26a,26bがプランジャピン27に配置されている位置では、両段縁部の直径方向の間隔lがプランジャピン27の直径に相当している。
【0016】
図3には、本発明による電磁弁の、所属のプランジャプレート28が示してある。同じ部材は同じ符号を備えている。プランジャプレート28は、組み込まれた状態で電磁石29に面している端面41と、この端面とは反対の側の面42とを有している。この面42からは案内管片65が張り出している。この案内管片65は、プランジャピン27を収容するための軸方向の貫通開口49によって貫通される。この貫通開口49は、プランジャプレート28の端面41に設けられた切欠き60に開口している。この切欠き60は円錐形の内壁61を有している。この内壁61は当接部材26の外周壁51に対して相補的に形成されていて、すなわち、同じ円錐角αを有している。切欠き60と開口49とは漏斗状の幾何学的形状を形成している。プランジャプレート28のセグメントは切欠き61を有している。この切欠き61の内縁部は孔62を介して切欠き60に接続されている。孔62は円錐形の周壁61に開口している。
【0017】
図4には、プランジャプレート28と、当接部材26と、プランジャピン27を案内する滑り片34とを備えたプランジャピン27が組み立てられた状態で示してある。戻しばね35は図示されていない。図4に示した実施例には、図2aおよび図2bに示した実施例とは異なり段部55が示されていない。図4に示した装置は、図1に示した部分の代わりに電磁弁内に組み込むことができる。図4に示した装置の組付け時には、まずプランジャプレート28が戻しばね35(図示せず)の緊張力に抗して下方に押圧される。次いで、C字形の両部分26a,26bが側方からプランジャピン27の環状溝46内に押し込まれ得る。この環状溝46の両側壁47,48の間隔は両部分26a,26bの厚さよりもやや大きく寸法設定されているので、両部分26a,26bは問題なく押し込むことができる。プランジャプレート28のばね弾性的な戻り時には、円錐形の外周壁区分51が切欠き60の円錐形の内壁区分61に形状接続的(formschluessig)に当て付けられるまで、両部分26a,26bがプランジャプレート28の切欠き60内に進入する。円錐角αだけ傾けられた外周壁区分51によって、戻しばね35が半径方向の力を両部分26a,26bに導入する。これによって、プランジャピン27が環状溝46の領域で、締付けジョーとして作用する両部分26a,26bの間に挟み込まれる。さらに、当接部材26へのプランジャプレート28の当接によって、両部分26a,26bが環状溝46の上側の側壁47に当て付けられる。さらに、当接部材26へのプランジャプレート28の接近時に円錐形の内壁61と円錐形の外周壁51との間に液圧的な減衰室が形成されると有利である。当接部材26と切欠き60との間の微小なギャップから押し退けられた燃料は反発力をプランジャプレート28に加える。この反発力は戻しばね35に抗して作用するので、当接部材26へのプランジャプレート28の当接が減衰される。
【0018】
図4には、当接部材26の、電磁石29に面した側の上面52に設けられた環状の段部55が示されていない。しかし、図4に相俟って図2bに見ることができるように、段部55は、プランジャプレート28に設けられた孔62と共に燃料流出通路を形成している。この燃料流出通路は電磁弁の放圧室19を、電磁石29に設けられた開口37を介して燃料低圧接続部10に接続している。
【図面の簡単な説明】
【図1】
電磁弁を備えた、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁の上側の部分の横断面図である。
【図2a】
本発明による電磁弁の当接部材の実施例の平面図である。
【図2b】
図2aの横断面図である。
【図3】
本発明による電磁弁のプランジャプレートを示す図である。
【図4】
本発明による電磁弁の第2実施例のプランジャプレート、プランジャピン、当接部材および滑り片を、組み立てられた状態で戻しばねなしで示す図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁、 4 弁ハウジング、 5 長手方向孔、 6 弁ピストン、 7 結合手段、 8 圧力孔、 9 接続管片、 10 燃料低圧接続部、 11 円筒状孔、 12 弁片、 13 端面、 14 制御圧室、 15 流入絞り、 16 環状室、 17 燃料流出通路、 18 流出絞り、 19 放圧室、 21 部分、 22 フランジ領域、 23 螺合部材、 24 弁座、 25 制御弁部材、 26 当接部材、 26a 部分、 26b 部分、 27 プランジャピン、 28 プランジャプレート、 29 電磁石、 30 電磁弁、 31 閉鎖ばね、 32 フランジ、 33 環状肩部、 34 滑り片、 35 戻しばね、 37 開口、 38 スペーサディスク、 39 シールリング、 41 端面、 42 面、 46 環状溝、 47 側壁、 48 側壁、 49 貫通開口、 51 外周壁、 52 上面、 53 下面、 54 内壁区分、 55 段部、 59 分離継ぎ目、 60 切欠き、 61 内壁区分または切欠き、 62 孔、 65 案内管片、 70 ハウジング部分、 d ギャップ幅、 l 間隔、 α 円錐角

Claims (8)

  1. 内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁であって、当該電磁弁が、電磁石(29)と、プランジャプレート(28)およびプランジャピン(27)を備えた運動可能なプランジャと、該プランジャと共に運動させられかつ弁座(24)と協働する、噴射弁(1)の制御圧室(14)の燃料流出通路(17)を開閉するための制御弁部材(25)とを有しており、プランジャプレート(28)が、その慣性質量の作用下で制御弁部材(25)の閉鎖方向で、プランジャプレート(28)に作用する戻しばね(35)の緊張力に抗してプランジャピン(27)に滑動可能に支承されていて、プランジャプレート(28)の休止位置で戻しばね(35)によって、プランジャピン(27)に配置された当接部材(26)に向かって押し付けられるようになっており、該当接部材(26)が、プランジャプレート(28)の、電磁石(29)に面した側の端面(41)に設けられた切欠き(60)内に係合するようになっている形式のものにおいて、当接部材(26)が、少なくとも部分周面に円錐形の外周壁(51)を有しており、該外周壁(51)に、プランジャプレート(28)の切欠き(60)の、相補的に形成された円錐形の内壁区分(61)が当て付けられるようになっていることを特徴とする、内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁。
  2. 円錐形の内壁区分(61)が、当接部材(26)の円錐形の外周壁(51)に形状接続的に当て付けられるようになっている、請求項1記載の電磁弁。
  3. 円錐形の内壁区分(61)と、当接部材(26)の円錐形の外周壁(51)とが、液圧的な減衰装置を形成しており、該減衰装置によって、プランジャピン(27)に対するプランジャプレート(28)の後振動が減衰可能である、請求項1または2記載の電磁弁。
  4. 当接部材(26)が、プランジャピン(27)の環状溝(46)内に配置されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の電磁弁。
  5. 当接部材(26)が、複数の部分、特に2つの部分から第1の部分(26a)と少なくとも1つの別の部分(26b)とによって形成されており、両部分(26a,26b)が、1つの平面でプランジャピン(27)の運動方向に対して垂直に同心的にプランジャピン(27)を取り囲むように環状溝(46)内に配置されていて、それぞれ内壁区分(54)で環状溝(46)に当て付けられている、請求項4記載の電磁弁。
  6. 戻しばね(35)によって当接部材(26)に向かって押し付けられるプランジャプレート(28)が、半径方向の力を当接部材(26)の第1の部分(26a)と少なくとも1つの別の部分(26b)とに導入するようになっており、これによって、プランジャピン(27)が、第1の部分(26a)と少なくとも1つの別の部分(26b)との間に挟み込まれるようになっている、請求項5記載の電磁弁。
  7. 当接部材(26)の、電磁石(29)に面した側の第1の面(52)が、その外縁部に段部(55)を有している、請求項1から6までのいずれか1項記載の電磁弁。
  8. 段部(55)と、プランジャプレート(28)に設けられた貫通開口(62)とによって燃料流出通路が形成されるようになっており、該燃料流出通路が、当該電磁弁のプランジャ室(19)を、電磁石(29)に形成された、当該電磁弁の燃料低圧接続部(10)に接続された貫通開口(37)に接続している、請求項7記載の電磁弁。
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