JP2005069060A - エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

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良太郎 西田
Fusatoshi Tanaka
房利 田中
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Abstract

【課題】 シリンダヘッドと吸気マニホールドとの間にEGRプレート部材を配置してポートEGRを行うエンジンの排気ガス還流装置において、吸気マニホールドへの熱影響を低減する。
【解決手段】 シリンダヘッド1と吸気マニホールド4の間に、EGRプレートインナ7とEGRプレートアウタ8とからなり内部に排気ガス還流通路を有するEGRプレート部材6を配設する。そして、そのEGRプレート部材6は、下方延設部分がシリンダヘッド1および吸気マニホールド4との接合面の外側に膨出して、その膨出部内部に少なくとも共通通路部22の大部分が位置し、その共通通路部22は一部が断面形状横長で、シリンダヘッド1側にオフセットし、そのオフセットした部分のEGRプレート部材6は、厚みが他の箇所の厚みより大で、吸気ポートフランジ部3の下側に入り込むよう構成する。
【選択図】 図12

Description

本発明はエンジンの排気ガス還流装置に関し、特に、直列多気筒エンジンの吸気ポート近傍に還流排気ガスを供給するエンジンの排気ガス還流装置に関する。
直列多気筒エンジンの排気ガス還流装置において、排気ガスを各気筒に均等に還流させるため、エンジンの排気通路から取り出した排気ガスを、分岐した排気ガス還流通路を介して各吸気ポートの近傍に供給するよう構成された排気ガス還流装置は、例えば、「ポートEGR」と呼ばれ、自動車用等のエンジンにおいて使用されている。そして、このポートEGRに関する技術として、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間に、EGR(排気ガス還流)用のプレート部材を介在させ、このプレート部材と吸気ポートフランジ部とで、複数気筒の吸気ポートに対し、共通通路部、上流分岐通路部および下流分岐通路部からなるトーナメント様式の排気ガス還流通路(EGR通路)を形成し、また、そのプレート部材の周囲に、冷却用のリブを設けたものが従来から知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−339809号公報
ところで、自動車用等のエンジンでは、一般に、シリンダヘッドはアルミ製であるが、吸気マニホールドは、一層の軽量化を図るため、樹脂製とすることが多い。しかし、直列多気筒エンジンにおいて、ポートEGRのために、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間にEGR用のプレート部材を配置する場合、吸気マニホールドが樹脂製であると、その耐熱温度は例えば120℃程度であるのに対し、シリンダヘッド側からプレート部材側に入る排気ガスの温度は例えば150℃で、そのままでは、プレート部材に隣接する樹脂製の吸気マニホールドへの熱影響が大きくて、信頼性に問題が生ずる。
また、上記従来の技術は、トーナメント様式の排気ガス通路の内、上流分岐通路部および下流分岐通路部をプレート部材に形成し、共通通路部は吸気ポートフランジ部に形成するものであるが、その場合、EGR用の共通通路部を形成するため吸気ポートフランジ部が大きくなり、それがシリンダヘッド設計上の制約となって、エンジンのコンパクト化を妨げる。また、このようにプレート部材と吸気ポートフランジ部とにまたがって排気ガス還流通路を形成するのでは、排気ガス通路の設計の自由度が小さい。
そのため、直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間に、各気筒の吸気ポート近傍に排気ガスを供給するよう排気ガス還流通路を形成したプレート部材を配置するエンジンの排気ガス還流装置において、シリンダヘッド設計上の制約を低減し、また、排気ガス還流通路の設計の自由度を大きくすることができるとともに、排気ガスの熱による吸気マニホールドへの悪影響を防止できるようにすることが課題である。
本発明は、直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と樹脂製の吸気マホールドとの間に、内部に排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路を設けたプレート部材を介在させてなるエンジンの排気ガス還流装置であって、プレート部材は、該プレート部材のシリンダヘッドとの接合面および吸気マニホールドとの接合面の外側に膨出する膨出部を有し、該膨出部に、プレート部材内の排気ガス還流通路の内の少なくとも共通通路部の大部分が形成されているエンジンの排気ガス還流装置を提供するものである。
この排気ガス還流装置は、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間に配置されるプレート部材だけで、排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路が形成される。そのため、シリンダヘッド側はポートEGRのための別な設計が不要で、シリンダヘッド設計上の制約を低減でき、また、プレート部材と吸気ポートフランジ部とにまたがって排気ガス還流通路を形成するのではないため、排気ガス還流通路の設計の自由度が大きい。そして、プレート部材内の排気ガス還流通路の内でも排気ガス導入部に近いためガス温が高い共通通路部の大部分が、プレート部材の膨出部に形成され、シリンダヘッドとの接合面および吸気マニホールドとの接合面の外側に位置することにより、この部分で外気によって排気ガスを冷却し、プレート部材内の排気ガス還流通路を流れる排気ガスの温度を下げて、樹脂製の吸気マニホールドへの熱影響を低減するようにできる。
ここで、共通通路部は、その通路断面積を分岐通路部の通路断面積より大きくすることによって、共通通路部での排気ガスの流れを遅くすることができ、また、膨出部に形成された部分の少なくとも一部分はプレート部材の厚み方向の通路断面中心が分岐通路部の同通路断面中心よりシリンダヘッド側にオフセットした配置とすることにより、シリンダヘッドと吸気マニホールドとの接合部周囲の限られた空間を有効に利用してプレート部材を配置できる。
そして、そのように共通通路部をオフセット配置とする場合に、プレート部材は、共通通路部の厚み方向の通路断面中心が分岐通路部の同通路断面中心よりシリンダヘッド側にオフセットした配置とされている部分に対応する箇所の厚み寸法が、他の箇所の厚み寸法より大であるよう構成するのがよい。そうすることで、プレート部材は、吸気ポートフランジ部と吸気マホールドとに挟まれる部分を極力薄くし、エンジンのコンパクト化に寄与するようにできる。
そして、プレート部材の膨出部は、該プレート部材のシリンダヘッドとの接合面より下側に配置され、かつ、厚み寸法が大とされた箇所が、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部の下側に向け膨出するよう構成するのがよい。そうすることで、シリンダヘッドと吸気マニホールドとの接合部周囲の限られた空間を有効に利用してプレート部材を配置でき、特に、シリンダヘッドの形状変更を伴うことなく、吸気ポートフランジ部の下方の空間をそのまま有効に利用できる。
そして、プレート部材は、厚み方向に重なり合う2枚の分割プレート体からなり、各分割プレート体の接合面に形成された溝により排気ガス還流通路が構成されるものとするのがよい。こうすることで、プレート部材内の排気ガス還流通路を簡便に製作でき、通路設計の自由度も大きくなる。
本発明のエンジンの排気ガス還流装置は、このようにシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マホールドとの間に配置されるプレート部材だけで、排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路が形成されるものであるため、シリンダヘッド設計上の制約を低減できるとともに、プレート部材により形成する排気ガス還流通路の設計の自由度が大きくなり、しかも、プレート部材内で排気ガス導入部に近くてガス温が高い共通通路部の大部分が、シリンダヘッドとの接合面および吸気マニホールドとの接合面の外側に膨出したプレート部材の膨出部に形成されるため、外気による冷却でプレート部材内の排気ガス還流通路を流れる排気ガスの温度を下げて、樹脂製の吸気マニホールドへの熱影響を低減するようにできる。
そして、共通通路部は、通路断面積を分岐通路部の通路断面積より大きくして、排気ガスの流速を下げることでより排気ガスの冷却性を高めることができ、膨出部に形成された部分の少なくとも一部分はプレート部材の厚み方向の通路断面中心が分岐通路部の同通路断面中心よりシリンダヘッド側にオフセットした配置として、シリンダヘッドと吸気マニホールドとの接合部周囲の空間を有効に利用するようにできる。
また、そのようなオフセット配置とする場合に、共通通路部の厚み方向の通路断面中心が分岐通路部の同通路断面中心よりシリンダヘッド側にオフセットした配置とされている部分に対応する箇所の厚み寸法を、他の箇所の厚み寸法より大であるよう構成することにより、プレート部材の本体部分は極力薄くでき、エンジンのコンパクト化に寄与できる。
そして、特に、プレート部材の膨出部を、シリンダヘッドとの接合面より下側で、吸気ポートフランジ部の下側に向け膨出するよう構成することにより、シリンダヘッドの形状変更を伴うことなく、吸気ポートフランジ部の下方の空間をそのまま有効に利用できる。
また、プレート部材を、厚み方向に重なり合う2枚の分割プレート体で構成し、各分割プレート体の接合面に形成された溝により排気ガス還流通路を構成することにより、プレート部材内の排気ガス還流通路の製作を簡便なものとし、通路設計の自由度を大きくすることができる。
以下、図1〜12を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1はエンジン上部の正面図、図2はエンジン上部のシリンダヘッド側から見た吸気マニホールドおよびEGRプレート部材の組み付け図、図3はEGRプレート部材の正面図、図4は図3のEGRプレート部材を正面斜め右上方から見た斜視図、図5は図3のEGRプレート部材を構成するEGRプレートインナの正面図、図6は図3のEGRプレート部材を構成するEGRプレートアウタの正面図、図7は図3のEGRプレート部材のプレート間のガスケットの正面図、図8はEGRプレート部材とシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部との間のガスケットの正面図、図9は図3のE−E断面図、図10は図3のF矢視図、図11は図1のB−B断面図、図12は図1のC−C断面図である。
この実施の形態に係るエンジンは、自動車のエンジンルームに横置きで搭載されるクロスフロー式直列4気筒エンジンで、図1に示すように、シリンダヘッド1の正面に各気筒の吸気ポート2a,2b,2c,2dが開口する吸気ポートフランジ部3を有し、この吸気ポートフランジ部3に吸気マニホールド4が連結される。シリンダヘッド1はアルミ製で、吸気マニホールド4は樹脂製である。
吸気マニホールド4は、フランジ部5に、図2に示すようにEGRプレート部材6が重ねられ、このEGRプレート部材6を挟んでシリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3にボルト締結される。
EGRプレート部材6は、図3および図4に示すように、EGRプレートインナ7およびEGRプレートアウタ8の2枚のアルミ製分割プレート体を、金属ガスケット9を挟んで厚み方向に重ね合わせ、ネジ10(プレート締結ネジ)で一体に締結固定したもので、正面視にて略矩形で、高さ方向の幅が、左から右へ向かうにしたがって下側へ3段階で広がっている。EGRプレートインナ7はシリンダヘッド1側に配置され、EGRプレートアウタ8は吸気マニホールド4側に配置される。
EGRプレート部材6には、シリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3に開口する各吸気ポート2a,2b,2c,2dに対応した吸気開口部11と、一体締結のためのプレート締結ネジ孔12と、吸気マニホールド4と共締めでシリンダヘッド1にボルト締結するためのインマニ締結ボルト挿通孔13が設けられ、また、正面視右端の吸気開口部11の右側および下側に、該EGRプレート部材6を厚み方向に貫通する断熱開口14,15がそれぞれ設けられている。この内、右側の断熱開口14は、EGRプレート部材6の右端下部を囲む断面略三角形の貫通穴であり、下側の断熱開口15は、右端の吸気開口部11を、高さ方向の幅が最大となった部分の下方延設部から隔てるよう略水平に延びるスリット状の貫通穴である。
そして、EGRプレート部材6の内部には、図2に示すように、排気ガス導入部21と、該排気ガス導入部21に連通する共通通路部22と、該共通通路部22から左右に別れて延びる一対の上流分岐通路部23,24と、各上流分岐通路23,24の先端からそれぞれ左右に別れて延びる各一対の下流分岐通路25,26および27,28とからなり、4気筒の各吸気ポート2a,2b,2c,2dの近傍に排気ガスを分配する所謂トーナメント様式の排気ガス還流通路が設けられている。
排気ガス導入部21は、シリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3に設けられたEGR(排気ガス還流)用の排気ガス供給部20(図1参照)に連通し、EGRガス(還流排気ガス)をEGRプレート部材6内部に導入するためのもので、図2に示すようにシリンダヘッド1側から見て左端下部(正面視にて右端下部)に位置する。そして、図2に示すように、排気ガス導入部21から、EGRプレート部材6の下方延設部の下縁に沿って、内側二つの吸気開口部11間の略中央下方まで共通通路部22が延び、その内側二つの吸気開口部11間の略中央下方で共通通路部22から上方左右に分岐して、一対の上流分岐通路部23,24が左右の各外側および内側の二つの吸気開口部11間の略中央まで延び、それら左右の各外側および内側の二つの吸気開口部11間の略中央で各上流分岐通路23,24の先端から下流分岐通路25,26および27,28が左右に別れて直線状に各吸気開口部11まで延びている。
図5および図6に示すように、EGRプレートインナ7およびEGRプレートアウタ8には、相互の接合面に、上記排気ガス導入部21と共通通路部22と上流分岐通路部23,24と下流分岐通路25,26および27,28をそれぞれ略半割にした形状の溝29,30が形成されている。EGRプレートインナ7とEGRプレートアウタ8とが重ね合わされたとき、これらの溝29,30が合わさって、排気ガス導入部21と共通通路部22と上流分岐通路部23,24と下流分岐通路25,26および27,28からなる排気ガス還流通路を構成する。
また、EGRプレートインナ7には、溝29の、排気ガス導入部21を構成する拡大部分の中央に、シリンダヘッド1側の上記排気ガス供給部20に連通する開口31が設けられている。そして、EGRプレートインナ7およびEGRプレートアウタ8には、シリンダヘッド1側の排気ガス供給部20から開口31を経て導入された排気ガスが共通通路部22へ流れる際の抵抗となるよう、EGRプレートインナ7とEGRプレートアウタ8とを重ね合わせたときに重なり合って上記開口31の周辺一側を塞ぐ障壁となるバッフル突起32,33が設けられている。シリンダヘッド1の排気ガス供給部20から供給される排気ガスは、EGRプレート部材6の開口部31から偏平状に断面空間を急拡大した排気ガス導入部21に入ることによる急膨張と、バッフル突起32,33による圧力損失で放熱し、その分、温度が下がる。
EGRプレートインナ7およびEGRプレートアウタ8には、図5および図6に示すように、吸気開口部11を構成する開口34,35、プレート締結ネジ孔12を構成する穴36,37、インマニ締結ボルト挿通孔13を構成する穴38,39、断熱開口14,15を構成する開口40,41および42,43が形成されている。
EGRプレートインナ7とEGRプレートアウタ8との間に配置される金属ガスケット9は、図7に示すとおりで、吸気開口部11を構成する開口34,35と、排気ガス導入部21、共通通路部22、上流分岐通路部23,24および下流分岐通路25,26および27,28を構成する上記溝29,30とを取り囲む形で開口9Aが形成され、この開口9Aの内縁沿いにシール用のビード44が形成されている。
EGRプレート部材6は、シリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3と、吸気マニホールド4との間に配置され、吸気マニホールド4のフランジ部5との間に、図2に示すように、各吸気開口部11を囲む配置でゴム製のシールリング45(Oリング)を挟み、シリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3との間には、図8に示す金属ガスケット46を挟んで、吸気マニホールド4と共締めでシリンダヘッド1にボルト締結される。シリンダヘッド1側の金属ガスケット46には、図8に示すように、各吸気開口部11の周りと排気ガス導入部21の周りを取り囲む開口46A,46Bが形成され、これら開口46A,46Bの内縁沿いにシール用のビード47が形成されている。
シールリング45は、吸気マニホールド4のフランジ部5に、吸気マニホールド4の各分岐通路開口部16およびそれら分岐通路開口部16に対応するEGRプレート部材6の吸気開口部11を囲む配置で、EGRプレート部材6に圧接される。
EGRプレート部材6内部の排気ガス還流通路は、下流分岐通路25,26,27,28の先端が各吸気開口部11に開口し、その先端開口部分には、図2に示すように、絞り50が設けられている。また、各吸気開口部11の先端開口部分は、絞り50の下流側が、図2に示すように、また、図9および図10に拡大して示すように、テーパ状に広がるよう形成されている。
EGRプレート部材6内部の排気ガス還流通路は、下流分岐通路25,26,27,28の先端が各吸気開口部11に開口し、その先端開口部分には、図2に示すように、絞り50が設けられている。また、各下流分岐通路25,26,27,28の先端開口部分は、絞り50の下流側が、図2に示すように、また、図9および図10に拡大して示すように、テーパ状に広がるよう形成されている。
EGRプレート部材6内部の排気ガス還流通路を経て各気筒に分配される排気ガスは、下流分岐通路25,26,27,28先端の上記絞り50によってバラツキが調整される。そして、絞り50の後がテーパ状に広がることにより、抵抗の少ないスムーズな流れが得られ、また、オイルミストやカーボンの堆積が防止される。
そして、EGRプレート部材6内部の排気ガス還流通路は、上流分岐通路部23,24の通路断面積が下流分岐通路部25〜28の通路断面積より大きく、共通通路部22の通路断面積は、上流分岐通路部23,24の通路断面積よりもさらに大きくなるよう構成されている。
EGRプレート部材6は、シリンダヘッド1と吸気マニホールド4との間に挟んでボルト締結したときに、3段階に広がった下方延設部分が、シリンダヘッド1との接合面および吸気マニホールド4との接合面の外側に膨出する膨出部6Aなる。そして、その膨出部6Aの内部に、上記共通通路部22の大部分が位置し、また、上流分岐通路部23,24の上流部分が位置する。
そして、共通通路部22は、排気ガス導入部21に近い上流部分では、断面積を大きくするために図11に示すように断面形状が縦長とされ、一方の上流分岐通路部24と並行した配置となる下流部分では、並行する上流分岐通路部24との干渉を避けつつ断面積を大きくできるよう図12に示すように断面形状が横長とされている。
そして、その共通通路部22の断面形状が横長とされた部分は、図12に示すように、EGRプレート部材6の厚み方向における通路断面中心が、EGRプレートインナ7とEGRプレートアウタ8との合わせ面に位置する上流分岐通路部24の通路断面中心よりも、シリンダヘッド1側にオフセットした配置とされ、EGRプレート部材6は、その共通通路部22のオフセット配置となった部分に対応する箇所の厚み寸法が、他の箇所の厚み寸法より大で、その厚み寸法が大とされた箇所6Bが、シリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3の下側に向け膨出し、吸気ポートフランジ部3の下方の空間を有効に利用した配置となるよう構成されている。
この実施の形態は、上記のように、シリンダヘッド1の吸気ポートフランジ部3と吸気マニホールド4との間に配置されたEGRプレート部材6の内部に、排気ガス導入部21と、排気ガス導入部21に連通する共通通路部22と、共通通路部22から分岐した上流分岐通路部23,24と、上流分岐通路部23,24からさらに分岐した下流分岐通路部25,26および27,28とを有する排気ガス還流通路が形成されて、シリンダヘッド1側の排気ガス導入口から排気ガス導入部21に導入した排気ガスを、共通通路部22、上流分岐通路部23,24、下流分岐通路部25,26および27,28を経て各気筒の吸気ポート2a,2b,2c,2dに分配する排気ガス還流装置が構成されるものであるため、シリンダヘッド1側は、排気ガス導入部21に連通する排気ガス導入口を設けるだけで、設計上の制約が少なく、また、排気ガス還流通路の設計の自由度も大きい。
そして、EGRプレート部材6内で排気ガス導入部21に近くてガス温が高い共通通路部22の大部分と、上流分岐通路部23,24の上流部分が、シリンダヘッド1との接合面および吸気マニホールドとの輪郭の外側に膨出したEGRプレート部材6の膨出部6A(下方延設部)に形成され、しかも、その共通通路部22の断面形状が縦長あるいは横長の表面積の大きい形状であるため、外気による冷却効果が高くて、EGRプレート部材6内の排気ガス還流通路を流れる排気ガスの温度が下がり、樹脂製の吸気マニホールド4への熱影響が小さくなる。
以上は実施の形態の一例である。本発明はこれに限定されるものではなく、他に様々に態様を変えて実施することができる。
実施の形態に係るエンジン上部の正面図である。 実施の形態に係るエンジン上部のシリンダヘッド側から見た吸気マニホールドおよびEGRプレート部材の組み付け図である。 実施の形態に係るEGRプレート部材の正面図である。 図3のEGRプレート部材を正面斜め右上方から見た斜視図である。 図3のEGRプレート部材を構成するEGRプレートインナの正面図である。 図3のEGRプレート部材を構成するEGRプレートアウタの正面図である。 図3のEGRプレート部材のプレート間のガスケットの正面図である。 実施の形態に係るEGRプレート部材とシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部との間のガスケットの正面図である。 図3のE−E断面図である。 図3のF矢視図である。 図1のB−B断面図である。 図1のC−C断面図である。
符号の説明
1 シリンダヘッド
2a,2b,2c,2d 吸気ポート
3 吸気ポートフランジ部
4 吸気マニホールド
6 EGRプレート部材
6A 膨出部
7 EGRプレートインナ
8 EGRプレートアウタ
9 金属ガスケット
11 吸気開口部
21 排気ガス導入部
22 共通通路部
23,24 上流分岐通路部
25,26,27,28 下流分岐通路
29,30 溝
45 シール材
46 金属ガスケット
50 絞り

Claims (5)

  1. 直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と樹脂製の吸気マホールドとの間に、内部に排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路を設けたプレート部材を介在させてなるエンジンの排気ガス還流装置であって、
    前記プレート部材は、該プレート部材のシリンダヘッドとの接合面および吸気マニホールドとの接合面の外側に膨出する膨出部を有し、該膨出部に、前記排気ガス還流通路の内の少なくとも前記共通通路部の大部分が形成されていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
  2. 前記共通通路部は、その通路断面積が前記分岐通路部の通路断面積より大きく、前記膨出部に形成された部分の少なくとも一部分は前記プレート部材の厚み方向の通路断面中心が前記分岐通路部の同通路断面中心よりシリンダヘッド側にオフセットした配置とされていることを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気ガス還流装置。
  3. 前記プレート部材は、前記共通通路部の厚み方向の通路断面中心が前記分岐通路部の同通路断面中心よりシリンダヘッド側にオフセットした配置とされている部分に対応する箇所の厚み寸法が、他の箇所の厚み寸法より大とされたことを特徴とする請求項2記載のエンジンの排気ガス還流装置。
  4. 前記プレート部材の膨出部は、該プレート部材の前記シリンダヘッドとの接合面より下側に配置され、かつ、前記厚み寸法が大とされた箇所が、前記シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部の下側に向け膨出していることを特徴とする請求項2または3記載のエンジンの排気ガス還流装置。
  5. 前記プレート部材は、厚み方向に重なり合う2枚の分割プレート体からなり、各分割プレート体の接合面に形成された溝により前記排気ガス還流通路が構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
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