JP2005291145A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 能動型防振支持装置に支持され、一部気筒運転と全筒運転とが切換可能な内燃機関の制御を適切に行い、能動型防振支持装置の異常時においても一部気筒運転を継続できるようにした、内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 能動型防振支持装置４０の異常が検出されたときに（Ｓ２４）、フュエルカット運転中であり（Ｓ２５）、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＣＳＦＳより高く（Ｓ２６）、ギヤ位置ＧＰが所定ギヤ位置ＧＰＦＳ以上であり（Ｓ２７）、かつ車速ＶＰが所定車速ＶＰＦＳ以上（Ｓ２８）であれば、エンジン振動への影響は比較的小さいので、気筒休止を許可する（Ｓ２９）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に複数気筒の一部の気筒の作動を休止させる一部気筒運転と、全気筒を作動させる全筒運転との切換が可能であり、能動型防振支持装置に支持された内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、振動伝達率を可変制御可能な防振装置に支持された内燃機関の制御装置が示されている。この装置では、複数気筒の一部への燃料供給を停止することによる一部気筒運転が行われ、アイドル運転中に一部気筒運転を行うときは、防振装置は、その振動伝達率が小さくなるように制御される。

特公平３−２７４０６号公報

しかしながら、防振装置が故障したときには、振動伝達率を変更制御することができないので、機関の振動が大きくなりやすい一部気筒運転を禁止せざるを得ない。そのため、一部気筒運転による燃費向上効果を十分に得ることができないという課題があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、能動型防振支持装置に支持され、一部気筒運転と全筒運転とが切換可能な内燃機関の制御を適切に行い、能動型防振支持装置の異常時においても一部気筒運転を継続できるようにした、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数の気筒を有し、能動型防振支持装置に支持された内燃機関であって、前記複数気筒のすべてを作動させる全筒運転と、前記複数の気筒のうち一部の気筒の作動を休止させる一部気筒運転とを切り換える切換手段を備えた内燃機関の制御装置において、前記機関の運転パラメータを含む、前記機関により駆動される車両の運転パラメータを検出する運転パラメータ検出手段と、該運転パラメータ検出手段により検出される運転パラメータに応じた一部気筒運転領域において、一部気筒運転を前記切換手段に指令する指令手段と、前記能動型防振支持装置の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段による異常検出時に、前記一部気筒運転領域を変更する領域変更手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関の運転パラメータを含む、前記機関により駆動される車両の運転パラメータが検出され、該検出される運転パラメータに応じた一部気筒運転領域において、一部気筒運転が実行される。そして、能動型防振支持装置の異常が検出されたときは、一部気筒運転領域が変更される。したがって、一部気筒運転領域を、機関のトルク変動による振動の影響が少ない運転領域に限定することにより、能動型防振支持装置の異常時においても一部気筒運転を継続し、燃費を向上させることが可能となる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。Ｖ型６気筒の内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、＃１，＃２及び＃３気筒が設けられた右バンクと、＃４，＃５及び＃６気筒が設けられた左バンクとを備え、右バンクには＃１〜＃３気筒を一時的に休止させるための気筒休止機構３０が設けられている。図２は、気筒休止機構３０を油圧駆動するための油圧回路とその制御系を示す図であり、この図も図１と合わせて参照する。エンジン１は、車両に搭載され、当該車両を駆動する。エンジン１は、能動型防振支持装置４０によって支持され、能動型防振支持装置４０を介して当該車両の車体に固定されている。

エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３には、スロットル弁３の開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が設けられており、その検出信号が電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。

燃料噴射弁６は図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号はＥＣＵ５に供給される。また、吸気管内絶対圧センサ７の下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号をＥＣＵ５に供給する。

エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

気筒休止機構３０は、エンジン１の潤滑油を作動油として使用し、油圧駆動される。オイルポンプ３１により加圧された作動油は、油路３２及び吸気側油路３３ｉ，排気側油路３３ｅを介して、気筒休止機構３０に供給される。油路３２と、油路３３ｉ及び３３ｅとの間に、吸気側電磁弁３５ｉ及び排気側電磁弁３５ｅが設けられており、これらの電磁弁３５ｉ，３５ｅはＥＣＵ５に接続されてその作動がＥＣＵ５により制御される。

油路３３ｉ，３３ｅには、作動油圧が所定閾値より低下するとオンする油圧スイッチ３４ｉ，３４ｅが設けられており、その検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。また、油路３２の途中には、作動油温ＴＯＩＬを検出する作動油温センサ３６が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。

気筒休止機構３０の具体的な構成例は、例えば特開平１０−１０３０９７号公報に示されており、本実施形態でも同様の機構を用いている。この機構によれば、電磁弁３５ｉ，３５ｅが閉弁され、油路３３ｉ，３３ｅ内の作動油圧が低いときは、各気筒（＃１〜＃３）の吸気弁及び排気弁が通常の開閉作動を行う一方、電磁弁３５ｉ，３５ｅが開弁され、油路３３ｉ，３３ｅ内の作動油圧が高くなると、各気筒（＃１〜＃３）の吸気弁及び排気弁が閉弁状態を維持する。すなわち、電磁弁３５ｉ，３５ｅの閉弁中は、全ての気筒を作動させる全気筒運転が行われ、電磁弁３５ｉ，３５ｅを開弁させると、＃１〜＃３気筒を休止させ、＃４〜＃６気筒のみ作動させる一部気筒運転が行われる。

エンジン１の各気筒毎に設けられた点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、点火プラグ１２の駆動信号、すなわち点火信号がＥＣＵ５から供給される。
ＥＣＵ５には大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ１４、エンジン１により駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ１５、及び当該車両の変速機のギヤ位置ＧＰを検出するギヤ位置センサ１６が接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。

図３は、能動型防振支持装置４０の動作を説明するために、要部の構成を模式的に示す図である。能動型防振支持装置４０は、可動部材４１と、この可動部材４１を図の上下方向に駆動するアクチュエータ４２と、可動部材４１のリフト量（変位量）ＬＦＴを検出するリフト量センサ４３とを備えている。アクチュエータ４２は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５により、可動部材４１の駆動制御が行われる。ＥＣＵ５には、リフト量センサ４３、並びに能動型防振支持装置４０に入力される荷重を検出する荷重センサ５１、及びエンジン１に作用する加速度を検出する加速度センサ５２が接続されており、これらのセンサの検出信号が供給される。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６、電磁弁３５ｉ，３５ｅ、アクチュエータ４２などに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５は、各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁６の開弁時間、及び点火時期を制御するとともに、電磁弁３５ｉ，３５ｅの開閉を行って、エンジン１の全筒運転と、一部気筒運転との切り換え制御を行う。ＥＣＵ５は、さらに荷重センサ５１、加速度センサ５２、及びリフト量センサ４３の検出信号に基づいて、エンジン１の振動が車体に伝わらないように、能動型防振支持装置４０の可動部材４１を駆動制御し、防振効果を得る。このような可動部材４１に駆動制御（防振制御）は、クランクシャフトの回転に起因するアイドル振動やこもり音振動が発生した場合に実行される。このとき、ＥＣＵ５は、リフト量センサ４３により検出されるリフト量ＬＦＴが、目標リフト量ＬＣＭＤと一致するようにフィードバック制御を行い、リフト量ＬＦＴと目標リフト量ＬＣＭＤとの偏差が、所定閾値を超えたとき、異常が発生したと判定する。なお、能動型防振支持装置４０の具体的な構成、及び異常判定手法は、特開２００１−１７６６号公報に示されている。

図４及び図５は、一部の気筒を休止させる気筒休止（一部気筒運転）の実行条件を判定する処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。
ステップＳ１１では、始動モードフラグＦＳＴＭＯＤが「１」であるか否かを判別し、ＦＳＴＭＯＤ＝１であってエンジン１の始動（クランキング）中であるときは、検出したエンジン水温ＴＷを始動モード水温ＴＷＳＴＭＯＤとして記憶する（ステップＳ１３）。次いで、始動モード水温ＴＷＳＴＭＯＤに応じて図６に示すＴＭＴＷＣＳＤＬＹテーブルを検索し、遅延時間ＴＭＴＷＣＳＤＬＹを算出する。ＴＭＴＷＣＳＤＬＹテーブルは、始動モード水温ＴＷＳＴＭＯＤが第１所定水温ＴＷ１（例えば４０℃）以下の範囲では、遅延時間ＴＭＴＷＣＳＤＬＹが所定遅延時間ＴＤＬＹ１（例えば２５０秒）に設定され、始動モード水温ＴＷＳＴＭＯＤが第１所定水温ＴＷ１（例えば４０℃）より高く第２所定水温ＴＷ２（例えば６０℃）以下の範囲では、始動モード水温ＴＷＳＴＭＯＤが高くなるほど遅延時間ＴＭＴＷＣＳＤＬＹが減少するように設定され、始動モード水温ＴＷＳＴＭＯＤが第２所定水温ＴＷ２より高い範囲では、遅延時間ＴＭＴＷＣＳＤＬＹは「０」に設定されている。

続くステップＳ１５では、ダウンカウントタイマＴＣＳＷＡＩＴを遅延時間ＴＭＴＷＣＳＤＬＹに設定してスタートさせ、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰを「０」に設定する（ステップＳ３１）。これは気筒休止の実行条件が不成立であることを示す。

ステップＳ１１でＦＳＴＭＯＤ＝０であって通常運転モードであるときは、エンジン水温ＴＷが気筒休止判定温度ＴＷＣＳＴＰ（例えば７５℃）より高いか否かを判別する（ステップＳ１２）。ＴＷ≦ＴＷＣＳＴＰであるときは、実行条件不成立と判定し、前記ステップＳ１４に進む。エンジン水温ＴＷが気筒休止判定温度ＴＷＣＳＴＰより高いときは、ステップＳ１２からステップＳ１６に進み、ステップＳ１５でスタートしたタイマＴＣＳＷＡＩＴの値が「０」であるか否かを判別する。ＴＣＳＷＡＩＴ＞０である間は、前記ステップＳ２６に進み、ＴＣＳＷＡＩＴ＝０となると、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、車速ＶＰ及びギヤ位置ＧＰに応じて図７に示すＴＨＣＳテーブルを検索し、ステップＳ１８の判別に使用する上側閾値ＴＨＣＳＨ及び下側閾値ＴＨＣＳＬを算出する。図７において、実線が上側閾値ＴＨＣＳＨに対応し、破線が下側閾値ＴＨＣＳＬに対応する。ＴＨＣＳテーブルは、ギヤ位置ＧＰ毎に設定されており、各ギヤ位置（２速〜５速）において、大まかには車速ＶＰが増加するほど、上側閾値ＴＨＣＳＨ及び下側閾値ＴＨＣＳＬが増加するように設定されている。ただし、ギヤ位置ＧＰが２速のときは、車速ＶＰが変化しても上側閾値ＴＨＣＳＨ及び下側閾値ＴＨＣＳＬは一定に維持される領域が設けられている。またギヤ位置ＧＰが１速のときは、常に全筒運転を行うので、上側閾値ＴＨＣＳＨ及び下側閾値ＴＨＣＳＬは例えば「０」に設定される。また車速ＶＰが同一であれば、低速側ギヤ位置ＧＰに対応する閾値（ＴＨＣＳＨ，ＴＨＣＳＬ）の方が、高速側ギヤ位置ＧＰに対応する閾値（ＴＨＣＳＨ，ＴＨＣＳＬ）より大きな値に設定されている。

ステップＳ１８では、スロットル弁開度ＴＨが閾値ＴＨＣＳより小さいか否かの判別をヒステリシスを伴って行う。具体的には、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「１」であるときは、スロットル弁開度ＴＨが増加して上側閾値ＴＨＣＳＨに達すると、ステップＳ１８の答が否定（ＮＯ）となり、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「０」であるときは、スロットル弁開度ＴＨが減少して下側閾値ＴＨＣＳＬを下回ると、ステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）となる。

ステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、大気圧ＰＡが所定圧ＰＡＣＳ（例えば８６．６ｋＰａ（６５０ｍｍＨｇ））以上であるか否かを判別し（ステップＳ１９）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、吸気温ＴＡが所定下限温度ＴＡＣＳＬ（例えば−１０℃）以上であるか否かを判別し（ステップＳ２０）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、吸気温ＴＡが所定上限温度ＴＡＣＳＨ（例えば４５℃）より低いか否かを判別し（ステップＳ２１）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン水温ＴＷが所定上限水温ＴＷＣＳＨ（例えば１２０℃）より低いか否かを判別し（ステップＳ２２）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＣＳより低いか否かを判別する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３の判別は、ステップＳ１８と同様にヒステリシスを伴って行われる。すなわち、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「１」であるときは、エンジン回転数ＮＥが増加して上側回転数ＮＥＣＳＨ（例えば３５００ｒｐｍ）に達すると、ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）となり、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「０」であるときは、エンジン回転数ＮＥが減少して下側回転数ＮＥＣＳＬ（例えば３３００ｒｐｍ）を下回ると、ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）となる。

ステップＳ１８〜Ｓ２３の何れかの答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒休止の実行条件が不成立と判定し、前記ステップＳ３１に進む。一方ステップＳ１８〜Ｓ２３の答がすべて肯定（ＹＥＳ）であるときは、異常フラグＦＡＣＭＦＳが「１」であるか否かを判別する。異常フラグＦＡＣＭＦＳは、図示しない異常検出処理により、能動型防振支持装置４０の異常が検出されると、「１」に設定される。

ＦＡＣＭＦＳ＝０であって能動型防振支持装置４０が正常であるときは、気筒休止実行条件が成立していると判定し、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ２９）。
一方ＦＡＣＭＦＳ＝１であって能動型防振支持装置４０の異常が検出されているときは、フュエルカットフラグＦＦＣが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ２５）。フュエルカットフラグＦＦＣは、エンジン１への燃料供給を停止するフュエルカット運転の実行条件が成立すると、図示しない処理において「１」に設定される。ＦＦＣ＝０であってフュエルカット運転中でないときは、エンジン回転数ＮＥが、前記第１所定回転数ＮＥＣＳより低い第２所定回転数ＮＥＣＳＦＳ（例えば１８００ｒｐｍ）より高いか否かを判別する（ステップＳ２６）。その答が否定（ＮＯ）であるときは、ギヤ位置ＧＰが所定ギヤ位置ＧＰＦＳ（例えば３速）以上である否か（ギヤ位置ＧＰが所定ギヤ位置ＧＰＦＳであるか、または所定ギヤ位置ＧＰＦＳより高速側ギヤ位置であるか否か）を判別する（ステップＳ２７）。その答が否定（ＮＯ）であるときは、車速ＶＰが所定車速ＶＰＦＳ（例えば６０ｋｍ／ｈ）以上であるか否かを判別する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２５〜Ｓ２８の何れかの答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわちフュエルカット運転を実行しているとき、エンジン回転数ＮＥが第２所定回転数ＮＥＣＳＦＳより高いとき、ギヤ位置ＧＰが所定ギヤ位置ＧＰＦＳ以上であるとき、または車速ＶＰが所定車速ＶＰＦＳ以上であるときは、気筒休止実行条件成立と判定し、ステップＳ２９に進む。一方、ステップＳ２８の答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒休止実行条件不成立と判定し、ステップＳ３０に進む。

気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「１」に設定されているときは、＃１〜＃３気筒を休止させ、＃４〜＃６気筒を作動させる一部気筒運転が実行され、気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「０」に設定されているときは、全気筒＃１〜＃６を作動させる全筒運転が実行される。

図８は、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡによって定義されるエンジン運転領域を示す。この図において、実線ＬＴＨより下側の領域が、通常の一部気筒運転領域に相当し、ハッチングを付して示す領域が、ステップＳ２６の条件を満たす（このステップの答が肯定（ＹＥＳ）となる）領域である。

本実施形態では、能動型防振支持装置４０の異常が検出されたときは、ステップＳ２５〜Ｓ２８が気筒休止実行条件に追加され、ステップＳ２５〜Ｓ２８の何れかの答が肯定（ＹＥＳ）であれば、気筒休止が実行される。すなわち、能動型防振支持装置４０の異常が検出されたときは、気筒休止を実行する運転領域が変更され、当該運転領域内では気筒休止が実行される。ステップＳ２５〜Ｓ２８の何れかの答が肯定（ＹＥＳ）となるときは、能動型防振支持装置４０が正常に動作しない場合であっても、エンジン１の振動の影響が小さいこと考慮したものである。このように、本実施形態では、能動型防振支持装置４０の異常検出時においても、運転領域を限定して一部気筒運転の実行を許可するようにしたので、燃費を向上させることができる。また、能動型防振支持装置４０の異常検出時において、減速フュエルカット運転中（ＦＦＣ＝１）に一部気筒運転を許可することにより、回生制御を行う機構を有する場合に、十分な回生を行うことができる。

本実施形態では、気筒休止機構３０が切換手段を構成し、スロットル弁開度センサ４、吸気温センサ８、エンジン水温センサ９、クランク角度位置センサ１０、車速センサ１５、及びギヤ位置センサ１６が運転パラメータ検出手段を構成し、リフト量センサ４３が異常検出手段の一部を構成する。またし、ＥＣＵ５が、指令手段、異常検出手段の一部及び領域変更手段を構成する。より具体的には、図４のステップＳ１１〜Ｓ２３及び図５のステップＳ２９，Ｓ３０が指令手段に相当し、図５のステップＳ２４〜Ｓ２８が領域変更手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、６気筒のエンジンを示したが、本発明は、４気筒エンジンあるいは８気筒エンジンなどにも適用可能である。また、休止させる気筒数は、３気筒に限るものではなく、例えば４気筒エンジンでは１気筒あるいは２気筒を休止させ、８気筒エンジンでは４気筒を休止させるようにしてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 気筒休止機構の油圧制御系の構成を示す図である。 能動型防振支持装置の動作を説明するための模式図である。 気筒休止条件を判定する処理のフローチャートである。 気筒休止条件を判定する処理のフローチャートである。 図４の処理で使用されるＴＭＴＷＣＳＤＬＹテーブルを示す図である。 図４の処理で使用されるＴＨＣＳテーブルを示す図である。 能動型防振支持装置の異常検出時において気筒休止を実行する機関運転領域を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
４ スロットル弁開度センサ（運転パラメータ検出手段）
５ 電子制御ユニット（指令手段、異常検出手段、領域変更手段）
８ 吸気温センサ（運転パラメータ検出手段）
９ エンジン水温センサ（運転パラメータ検出手段）
１０ クランク角度位置センサ（運転パラメータ検出手段）
１５ 車速センサ（運転パラメータ検出手段）
１６ ギヤ位置センサ（運転パラメータ検出手段）
３０ 気筒休止機構
４０ 能動型防振支持装置
４３ リフト量センサ（異常検出手段）

Claims (1)

1. 複数の気筒を有し、能動型防振支持装置に支持された内燃機関であって、前記複数気筒のすべてを作動させる全筒運転と、前記複数の気筒のうち一部の気筒の作動を休止させる一部気筒運転とを切り換える切換手段を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記機関の運転パラメータを含む、前記機関により駆動される車両の運転パラメータを検出する運転パラメータ検出手段と、
   該運転パラメータ検出手段により検出される運転パラメータに応じた一部気筒運転領域において、一部気筒運転を前記切換手段に指令する指令手段と、
   前記能動型防振支持装置の異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段による異常検出時に、前記一部気筒運転領域を変更する領域変更手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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