JP2005061261A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気側位相変更装置の軸長の増大を招くことなく、ハウジングとベーンロータを進角方向に付勢する戻しばねを配置できるようにする。
【解決手段】 吸気側位相変更装置４にスプロケット７，１１を設け、排気側位相変更装置５にスプロケット１２を設ける。吸気側ハウジング６にはスプロケット７を介してクランクシャフトの回転を伝達し、排気側のハウジング９にはスプロケット１１，１２を介して回転を伝達する。位相変更装置５は、油圧作動されるベーンロータ１１５をハウジング９内に収容し、ロータ１１５を戻しばねによって進角方向に付勢する。このような装置において、戻しばねを捩りコイルばね３８によって構成し、その捩りコイルばね３８をハウジング本体部３９とスプロケット１２の間の縮径部４１の外周に配置し、機関始動時の位相から位相が変更されるときに捩りコイルばね３８が縮径されるようにした。
【選択図】 図１

Description

この出願の発明は、内燃機関の吸気弁と排気弁の開閉タイミングを運転状態に応じて制御する可変動弁装置に関する。

この種の可変動弁装置として、特許文献１に記載されるようなものがある。

この可変動弁装置は、吸気カムシャフトと排気カムシャフトの前端部に夫々位相変更装置が設けられ、吸気側と排気側の各位相変更装置にはクランクシャフトの回転動力がチェーンを介して伝達されるようになっている。吸気側位相変更装置のハウジングには、クランクシャフトの回転動力をチェーンによって直接伝達するための駆動入力用スプロケット（駆動入力回転体）が設けられると共に、この駆動入力用スプロケットとは別に吸気側伝達スプロケット（吸気側伝達回転体）が設けられている。また、排気側位相変更装置のハウジングには、吸気側伝達スプロケットと同一外径の排気側伝達スプロケット（排気側伝達回転体）が設けられ、両伝達スプロケットにチェーンが掛け渡されている。

内燃機関（４サイクルエンジン）のカムシャフトはクランクシャフトの回転数の１／２の回転比で回転するため、位相変更装置の駆動入力用スプロケットの外径（歯数）はクランクシャフト側のスプロケットの外径（歯数）によって決まってしまう。このため、駆動入力用スプロケットの外径は自由に小径化することができないが、上記の可変動弁装置の二つの伝達スプロケットは両者の外径（歯数）を同じにしさえすればある程度小径化することができる。したがって、上記の可変動弁装置を採用した場合には、吸気カムシャフトと排気カムシャフトが比較的近接した機関レイアウトであっても、回転動力を吸，排気両側の位相変更装置に確実に伝達することができる。

また、上記の可変動弁装置の排気側位相変更装置は、外周に伝達スプロケットが設けられたハウジングの内部に、排気カムシャフトと一体のベーンロータが相対回動自在に収容され、ベーンロータに突設された羽根部によってハウジングの内部が進角室と遅角室とに隔成されると共に、その進角室と遅角室に作動液を適宜選択的に給排することによってハウジングとベーンロータを相対回動させるようになっている。しかし、このような所謂ベーンタイプの位相変更装置は、作動液の圧力の低い機関の停止時や始動時にカムシャフトの交番トルクによってベーンロータが遅角側に戻され易く、そのまま排気側に適用した場合には円滑な機関始動が行えなくなってしまう。このため、上記の可変動弁装置の場合、排気側位相変更装置の前端部にベーンロータを進角側に付勢するための渦巻きばね（戻しばね）が取り付けられ、機関の停止時や始動時にベーンロータがこの渦巻きばねの力を受けて進角側に戻されるようになっている。
特開２００１−３２９８１１号公報

しかし、この従来の可変動弁装置は、排気側位相変更装置の前端部に戻しばねとしての渦巻きばねを取り付けるようにしているため、排気側位相変更装置の前端部が渦巻きばねの設置スペース分だけ前方に突出し、その分内燃機関全体のブロック長が長くなって車載性が低下することが問題となっている。

そこでこの出願の発明は、排気側位相変更装置の軸長の増大を招くことなく、同位相変更装置のハウジングとベーンロータを進角方向に付勢する戻しばねを配置できるようにして、車載性の向上を図ることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供しようとするものである。

上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、戻しばねを捩りコイルばねによって構成すると共に、その捩りコイルばねを、排気側位相変更装置のハウジングのうちの、ハウジング本体部と排気側伝達回転体の間の縮径部の外周に配置し、機関始動時の位相から位相が変更されるときに捩りコイルばねが縮径されるようにした。

この出願の発明は、排気側位相変更装置のハウジング本体部と排気側伝達回転体に挟まれて縮径部の外周にできる環状スペース部分に、戻しばねとして捩りコイルばねを配置したため、戻しばねの配置スペースが排気側位相変更装置の前方側に突出することがなくなる。この発明において、縮径部の外周に捩りコイルばねを配置できるのは、捩りコイルばねを、機関始動時の位相から位相が変更されるときに縮径されるようにしたことで、捩りコイルばねが、縮径部に対峙する吸気側位相変更装置の吸気側伝達回転体と干渉しなくためである。したがって、この出願の発明によれば、装置全体の軸長を短縮して車載性を向上させることができる。さらに、この発明の場合、捩りコイルばねがハウジングの縮径部の外周に配置されているため、捩りコイルばねの縮径方向の過大変形を縮径部によって規制できるという利点もある。

次に、この出願の発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この出願の発明にかかる可変動弁装置を略水平方向に切断した断面図であり、同図において、符号１，２で示す部分は内燃機関のシリンダブロック３に軸受支持された吸気カムシャフトと排気カムシャフトである。これらカムシャフト１，２には駆動カム（図示せず。）が一体に取り付けられ、これらのカムシャフト１，２の回転に応じて各気筒の機関弁（吸気弁と排気弁）を夫々昇降駆動するようになっている。

前記各カムシャフト１，２の前端部には吸気側位相変更装置４と排気側位相変更装置５が夫々取り付けられている。これらの位相変更装置４，５は、クランクシャフト（図示せず。）と各カムシャフト１，２の相対回転位相を機関の運転状態に応じて制御するものであり、吸気側位相変更装置４のハウジング６には、駆動入力スプロケット７（この発明における「駆動入力回転体」）が形成され、この駆動入力スプロケット７に噛合されたチェーン８（図２参照。）を介してハウジング６にクランクシャフトの回転動力が伝達されるようになっている。駆動入力スプロケット７はクランクシャフト側スプロケットの１／２の回転比で回転するため、駆動入力スプロケット７の歯数がクランクシャフト側スプロケットの２倍になるように外径が設定されている。

この可変動弁装置の場合、吸気カムシャフト１と排気カムシャフト２は平行にかつ近接して配置されている。クランクシャフトから排気カムシャフト２への回転動力の伝達は、吸気側位相変更装置４のハウジング６（以下、「吸気側ハウジング６」と呼ぶ。）から排気側位相変更装置５のハウジング９（以下「排気側ハウジング９」と呼ぶ。）にチェーン１０（図２参照。）を介して行われるようになっている。具体的には、吸気側ハウジング６の駆動入力スプロケット７よりも吸気カムシャフト１寄り位置には、駆動入力スプロケット７よりも小径の吸気側伝達スプロケット１１（この発明における「吸気側伝達回転体」）が形成され、排気側ハウジング９のこのスプロケット１１に対応する位置（軸方向位置）には、同スプロケット１１と同径（同歯数）の排気側伝達スプロケット１２（この発明における「排気側伝達回転体」）が形成されており、これらのスプロケット１１，１２間に前記チェーン１０が掛け渡されている。

吸気側と排気側の位相変更装置４，５は、いずれも油圧によって回動制御されるが、これらの基本構成はほぼ同様されている。したがって、以下では最初に吸気側位相変更装置４の構成について説明し、その後に排気側位相変更装置５の構成について相違点を中心に説明するものとする。

吸気側位相変更装置４は、外周側に駆動入力スプロケット７と吸気側伝達スプロケット１１が形成された前記吸入側ハウジング６と、吸気カムシャフト１にカムボルト１４によって一体に結合され、吸気側ハウジング６が必要に応じて相対回動できるように組み付けられたベーンロータ１５と、内燃機関の運転状態に応じてベーンロータ１５と吸気側ハウジング６を相対回動させるべく作動液を給排する液圧給排手段１６と、を備えている。

前記吸気側ハウジング６は、径方向内側に突出する断面台形状の４つの仕切壁１７（図３参照。）が周壁の内周側にほぼ等間隔に突設されると共に、周壁の後部側外周に前記駆動入力スプロケット７と吸気側伝達スプロケット１１が軸方向に離間して設けられている。

一方、前記ベーンロータ１５は、吸気側ハウジング６の軸心部に配置され、その外周面に前記仕切壁１７の先端部が摺接するロータ本体部２１と、このロータ本体部２１から径方向外側に突出する４つの羽根部２２と、ロータ本体部２１の一側から吸気カムシャフト１方向に延出する軸部２３と、を備えている。前記各羽根部２２は吸気側ハウジング６の隣接する仕切壁１７，１７間に配置され、その仕切壁１７，１７間を進角室２４と遅角室２５とに隔成している。また、軸部２３は、吸気側ハウジング６を貫通して吸気カムシャフト１に結合されると共に、その貫通部において同ハウジング６を回動自在に軸受支持している。

また、ベーンロータ１５の前面中央には、後述する給排ロッド２６が相対回動可能に嵌入される接続穴２７が形成され、この接続穴２７部分から各進角室２４と遅角室２５とに適宜作動液を給排するようになっている。

給排ロッド２６は、シリンダヘッドの前端部に取り付けられたＶＴＣカバー２８の内側に軸方向に沿って突設され、その内部には前記進角室２４と遅角室２５に夫々導通する内部通路２８ａ，２８ｂが形成されている。

また、液圧給排手段１６は、図１に示すように、吸気側位相変更装置４の前記進角室２４と遅角室２５とに作動液を給排する第１，第２液圧通路２９，３０と、排気側位相変更装置５の同様の進角室１２４と遅角室１２５とに作動液を給排する第３，第４液圧通路１２９，１３０と、第１液圧通路２９と第２液圧通路３０を供給通路３１とドレン通路３２、保持位置のいずれかに切換える吸気側の電磁切換弁３３と、同様に第３液圧通路１２９と第４液圧通路１３０を供給通路１３１とドレン通路１３２、保持位置のいずれかに切換える排気側の電磁切換弁１３３と、を備えている。尚、図１中３４は内燃機関の底部に設けられたオイルパンであり、３５はオイルポンプ、３６は電磁切換弁３３，１３３を制御するためのコントローラである。

排気側位相変更装置５は、排気側ハウジング９と、ベーンロータ１１５と、吸気側位相変更装置４と共通の液圧給排手段１６と、ベーンロータ１１５と排気側ハウジング９を進角側に付勢する戻しばねとしての捩りコイルばね３８と、を備えている。

ベーンロータ１１５は、吸気側ハウジング９の軸心部に配置されるロータ本体部１２１と、この本体部１２１から径方向外側に突出する４つの羽根部１２２（図４参照。）と、ロータ本体部１２１から排気カムシャフト２方向に延出する軸部１２３と、を備え、その軸部１２３の端面が排気カムシャフト２の端部にカムボルト１１４によって結合されている。また、ベーンロータ１１５の前面中央には、ＶＴＣカバー２８に突設された給排ロッド１２６が相対回動可能に嵌合される接続穴１２７が形成されている。

排気側ハウジング９は、図１に示すように、ベーンロータ１１５の羽根部１２２を収容するハウジング本体部３９と、外周に前記排気側伝達スプロケット１２が形成された伝達ブロック４０と、ハウジング本体部３９から軸方向に延出して同本体部３９と伝達ブロック４０を連結する縮径部４１と、を備えている。ハウジング本体部３９は、径方向内側に突出する断面台形状の４つの仕切壁１１７（図４参照。）が周壁の内周側にほぼ等間隔に突設され、ベーンロータ１１５の羽根部１２２の両側に進角室１２４と遅角室１２５を隔成するようになっている。これらの進角室１２４と遅角室１２５は、前記給排ロッド１２６に形成された２つの内部通路１２８ａ，１２８ｂに夫々連通し、これらの内部通路１２８ａ，１２８ｂを通して液圧給排手段１６の第３，第４液圧通路１２９，１３０に接続されている。

ベーンロータ１１５の軸部１２３は、排気側ハウジング９の縮径部４１と伝達ブロック４０を貫通して排気カムシャフト２に結合され、その貫通部において同ハウジング９を回動自在に軸受支持している。そして、排気側ハウジング９の縮径部４１の外周には前記捩りコイルばね３８が配置されており、その捩りコイルばね３８は、ハウジング本体部３９側の端部３８ａが縮径部４１に嵌合固定されると共に、伝達ブロック４０側の端部３８ｂが、縮径部４１に円周方向に沿って形成された長孔４２を貫通してベーンロータ１１５の軸部１２３に嵌合固定されている。

捩りコイルばね３８は、排気側位相変更装置５が機関始動時の位相状態（最進角位相状態）にあるときに最大に拡径し、この状態から機関始動後に遅角側に位相が変更されると、ハウジング９とベーンロータ１１５の相対回転によって縮径されるように組み付けられている。また、捩りコイルばね３８の一方の端部３８ａの側面はハウジング本体部３９の側面に摺動可能に接触しており、この接触によって捩りコイルばね３８の倒れが防止されている。したがって、これにより捩りコイルばね３８の安定したばね特性が常時得られるようになっている。

また、排気側ハウジング９の伝達ブロック４０は縮径部４１の先端部に嵌合され、その状態で軸方向から締結手段であるボルト４３によって固定されている。排気側伝達スプロケット１２は捩りコイルばね３８に対して大径であるため、この装置の場合、捩りコイルばね３８を縮径部４１に組付けた後に伝達ブロック４０をボルト固定することによって装置組立を容易に行うことができる。

さらにまた、チェーン８，１０が噛合される駆動入力スプロケット７部分と吸気側、排気側の各伝達スプロケット１１，１２部分には、図示しない潤滑液の供給通路によって常時潤滑液が供給されるようになっている。

尚、図１中５０は、吸気側ハウジング６とベーンロータ１５を機関停止時等に最遅角位置でロックするためのロック機構であり、５１は、同様に排気側ハウジング９とベーンロータ１１５を機関停止時等に最進角位置でロックするためのロック機構である。

以下、この可変動弁装置の作動について説明する。

運転状態にある内燃機関が停止しようとすると、液圧給排手段１６の液圧が次第に低下するが、このとき、吸気側、排気側の両位相変更装置４，５には、カムシャフト１，２の交番トルク（駆動カムのプロフィールとバルブスプリングの力による変動トルク）によってベーンロータ１５，１１５を遅角方向に変動させようとする力が作用する。

このとき、吸気側位相変更装置４においては、この交番トルクの力によってベーンロータ１５が遅角側に戻され、ベーンロータ１５がロック機構５０によって最遅角位置でロックされる。

一方、排気側位相変更装置５においては、前記の交番トルクに抗するように捩りコイルばね３８の力が作用し、この捩りコイルばね３８の力によってベーンロータ１５が進角側に戻される。そして、ベーンロータ１５が最進角位置まで戻されると、吸気側と同様にロック機構５１によって最進角位置でロックされる。

したがって、この状態から内燃機関が再始動されるときには、吸気側、排気側の両位相変更装置４，５はいずれも再始動に適した状態とされる。

実際に内燃機関が始動されると、クランクシャフトの回転動力はチェーン８を介して駆動入力スプロケット７に伝達され、こうして吸気側ハウジング６に伝達された回転動力はさらに吸気側伝達スプロケット１１からチェーン１０を介して排気側伝達スプロケット１２に伝達される。これにより、吸気側ハウジング６と排気側ハウジング９はクランクシャフトの回転動力を受けて同期回転することとなる。そして、機関の始動当初は、吸気側位相変更装置４は最遅角位置、排気側位相変更装置５は最進角位置に維持されているため、吸気カムシャフト１と排気カムシャフト２は夫々遅角タイミングと進角タイミングで機関弁を開閉することとなる。

この状態で内燃機関が始動された後に、電磁切換弁３３の操作によって吸気側の供給通路３１とドレン通路３２が進角室２４と遅角室２５、排気側の供給通路１３１とドレン通路１３２が遅角室１２５と進角室１２４に夫々連通すると、吸気側と排気側の各位相変更装置４，５のベーンロータ１５，１１５が夫々最進角側と最遅角側になるように回動操作される。これにより、吸気カムシャフト１と排気カムシャフト２は夫々進角タイミングと遅角タイミングで機関弁を開閉することとなる。

ところで、この可変動弁装置の場合、吸気側位相変更装置４と排気側位相変更装置５がカムシャフト１，２の前端部で相互に近接しており、特に、吸気側ハウジング６の駆動入力スプロケット７が排気側ハウジング９方向に大きく張り出している。しかし、この駆動入力スプロケット７の張り出し部分に対応する排気側ハウジング９上の位置には、ハウジング本体部３９と排気側伝達スプロケット１２（伝達ブロック４０）に挟まれて縮径部４１が設けられているため、縮径部４１の外周側には軸方向のある程度の幅をもった環状スペースが確保されている。

この可変動弁装置においては、縮径部４１の外周の環状スペース部分を利用し、ベーンロータ１１５を進角方向に付勢するための捩りコイルばね３８をこのスペース部分に配置しため、排気側位相変更装置５が戻しばねの設置によって軸方向前方側に大きく突出する不具合を防止することができる。縮径部４１に捩りコイルばね３８を配置できたのは、捩りコイルばね３８が軸方向に長く、径方向の変形量が比較的小さいことに加え、捩りコイルばね３８が機関始動時の位相から位相が変更されるときに縮径されるように配置されていることが関係している。つまり、捩りコイルばね３８は機関始動時の外径が最大になるため、この初期状態において捩りコイルばね３８と駆動入力スプロケット７が干渉しないように設定しておきさえすれば、位相変更装置５の作動時に捩りコイルばね３８と駆動入力スプロケット７が干渉する不具合を確実に解消することができる。

したがって、この可変動弁装置を採用した場合、排気側位相変更装置５の軸長を短縮して、可変動弁装置５を含めた内燃機関ブロック全体の軸長を短縮することができるため、装置の車両搭載性を高めることができる。

また、この装置の場合、縮径部４１の外周に捩りコイルばね３８が配置されているため、捩りコイルばね３８の縮径方向の過大変形を縮径部４１によって規制できるという利点もある。

さらに、この実施形態の可変動弁装置においては、各スプロケット７，１１，１２に潤滑液が供給されるようになっているため、これらのスプロケット７，１１，１２とチェーン８，１０の噛合部を確実に潤滑することができるうえ、スプロケット７，１１，１２から飛散した潤滑液によって捩りコイルばね３８をも潤滑することができる。このため、捩りコイルばね３８の円滑な伸縮変形を得ることができるうえ、摩耗による捩りコイルばね３８の特性変化や摩耗粉の発生をも防止することができる。

尚、この出願の発明の実施形態は以上で説明したものに限るものでなく、例えば、以上の実施形態では、吸気側位相変更装置４を排気側と同じ油圧作動の所謂ベーンタイプの装置としたが、吸気側位相変更装置４は電磁式等の他のタイプの装置を採用することも可能である。また、以上の実施形態では、駆動入力回転体と吸気側、排気側の伝達回転体を、チェーン８，１０に噛合されるスプロケット７，１１，１２によって構成したが、これらの回転体はベルトに摩擦係合されるプーリによって構成するようにしても良い。

また、上述の実施形態の記載内容から把握し得る前記各請求項に記載された発明以外の発明の構成について、以下にその効果と共に記載する。

（イ） 前記駆動入力回転体、吸気側伝達回転体、排気側伝達回転体をすべてチェーンに噛合されるスプロケットによって構成し、各スプロケットとチェーンの噛合部に潤滑油が供給されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この場合、各スプロケットに供給される潤滑油がスプロケットの回転によって捩りコイルばねに飛散するため、捩りコイルばねを潤滑するための専用の潤滑機構を設けることなく、捩りコイルばねを確実に潤滑することができる。したがって、この発明によれば、捩りコイルばねの捩れに伴う縮径や拡径を円滑に行うことができると共に、摩耗による捩りコイルばねの特性変化や摩耗粉の発生を防止することができる。

（ロ） 前記捩りコイルばねの一端部の側面を、排気側位相変更装置のハウジング本体部の側面に摺動可能に接触させたことを特徴とする請求項１または前記（イ）に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この場合、捩りコイルばねの端部の倒れをハウジング本体部の側面で規制することができるため、捩りコイルばねの安定したばね特性を常に維持することができる。

（ハ） 排気側位相変更装置の縮径部の内側に、ベーンロータから突出した軸部を配置し、前記縮径部に円周方向に沿う長孔を形成して、前記捩りコイルばねの一端を縮径部に係止すると共に、捩りコイルばねの他端を前記長孔を通して軸部に係止したことを特徴とする請求項１または前記（イ）、（ロ）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この場合、ハウジングの縮径部外周に捩りコイルばねを配置した状態で、ハウジングとベーンロータの間に進角方向の付勢力を確実に作用させることができる。また、構造が極めて簡単であり、捩りコイルばねの装着も容易であるため、低コストでの製造が可能である。

（ニ） 前記排気側伝達回転体をハウジングの縮径部と別体部品によって構成し、縮径部と排気側伝達回転体を締結手段によって結合したことを特徴とする前記（ハ）に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この場合、縮径部の外周に捩りコイルばねを配置し、その縮径部とベーンロータの軸部に捩りコイルばねを係止させた後に排気側伝達回転体を縮径部に取り付けることができるため、組付作業性が良いという利点がある。

この出願の発明の一実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面に対応の断面図。 同実施形態のＶＴＣカバーを取り去った装置の要部配置を示す模式的な正面図。 同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ部分の端面図。 同実施形態を示す図１のＣ−Ｃ部分の端面図。

符号の説明

１…吸気カムシャフト
２…排気カムシャフト
４…吸気側位相変更装置
５…排気側位相変更装置
６…吸気側ハウジング（ハウジング）
７…駆動入力スプロケット（駆動入力回転体）
９…排気側ハウジング（ハウジング）
１１…吸気側伝達スプロケット（吸気側伝達回転体）
１２…排気側伝達スプロケット（排気側伝達回転体）
３８…捩りコイルばね（戻しばね）
３９…ハウジング本体部
４１…縮径部
１１５…ベーンロータ
１２２…羽根部
１２４…進角室
１２５…遅角室

Claims (1)

1. 吸気弁を駆動する吸気カムシャフトと、
   排気弁を駆動する排気カムシャフトと、
   前記吸気カムシャフトの一端に設けられ、クランクシャフトと吸気カムシャフトとの相対回転位相を変更する吸気側位相変更装置と、
   前記排気カムシャフトの一端に設けられ、クランクシャフトと排気カムシャフトとの相対回転位相を変更する排気側位相変更装置と、を備え、
   前記排気側位相変更装置は、ハウジングに、前記排気カムシャフトと一体回転するベーンロータが相対回動可能に組み付けられ、ベーンロータに突設された羽根部によってハウジングの内部に進角室と遅角室が隔成されると共に、ハウジングとベーンロータの間に両者を進角方向に付勢する戻しばねが設けられ、前記進角室と遅角室に作動液を選択的に給排することによってハウジングとベーンロータを相対回動させる構成とされ、
   前記吸気側位相変更装置のハウジングには、クランクシャフトから回転動力を伝達される駆動入力回転体が設けられると共に、この駆動入力回転体よりも吸気カムシャフト寄り位置に同回転体よりも小径の吸気側伝達回転体が設けられ、
   前記排気側位相変更装置のハウジングのうちの、前記吸気側伝達回転体に対応する位置には、同回転体と同一外径であって同回転体から回転を伝達される排気側伝達回転体が設けられ、排気側位相変更装置のハウジングのうちの、前記羽根部を収容するハウジング本体部と前記排気側伝達回転体の間には、前記駆動入力回転体に対応する縮径部が設けられた内燃機関の可変動弁装置において、
   前記戻しばねを捩りコイルばねによって構成すると共に、その捩りコイルばねを、排気側位相変更装置のハウジングの前記縮径部の外周に、機関始動時の位相から位相が変更されるときに縮径するように配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
   

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