JP2005330838A - 高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の脱落を防止した信頼性の高い高圧ポンプを提供する。
【解決手段】 高圧燃料ポンプ１０は、リフタシリンダ部４３ｐに対して往復運動するリフタ本体部２２と、リフタ本体部２２に圧入固定され、リフタ本体部２２の往復運動と同時に繰り返し荷重を受けるシム部２３とからなる組立て式リフタ２１を備え、所定の姿勢で設置される。シム部２３は、その所定の姿勢において鉛直上側からリフタ本体部２２に圧入される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、一般的には、高圧ポンプに関し、より特定的には、回転するカムの運動が伝達されて作動する高圧ポンプに関する。

従来、カムの回転運動を利用してプランジャーを往復運動させ、これによって加圧室内に配置された燃料等を高圧で供給する高圧ポンプが知られている。このような高圧ポンプには、カムの回転運動をプランジャーに伝えるリフタと呼ばれる部材が、カムに接触して配置されている。このリフタは、カムとの接触により生じる接触面圧に耐えるため、高強度でなければならない。しかしその一方で、リフタを高強度材料から形成するとその成形性が悪化するという背反事項が存在する。そこで、カムに接触し、高強度を必要とするシム部材と、シリンダと摺動する本体部とから構成された組立て式リフタが提案されている。

このような組立て式リフタを備えた高圧ポンプに関して、たとえば、特開２００１−３０４０６９号公報には、加工を容易にすることを目的とした燃料供給装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された燃料供給装置は、円筒状の摺動部材とポンプカムに接触する平板状のタペットとからなる受力部材を備える。受力部材は、タペットが摺動部材に鉛直下側から嵌め合わされることによって構成されている。

また、特開２０００−１４５５７２号公報には、焼き付きの発生を防止することを目的とした燃料噴射ポンプが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された燃料噴射ポンプは、カムリングと摺動する摺動面が形成されたタペットシューと、そのタペットシューが組み付けられるタペットとを備える。タペットシューは、タペットに対して鉛直下側から圧入されている。

さらに、特開２００２−３１０１７号公報には、耐摩耗性の向上を図った高圧ポンプが開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された高圧ポンプは、カムの運動を受けて往復運動するリフタを備える。リフタの底部に形成された凹部には、カムと接触する円板状のアウターシムが鉛直下側から嵌め込まれている。
特開２００１−３０４０６９号公報 特開２０００−１４５５７２号公報 特開２００２−３１０１７号公報

組立て式リフタを構成するシム部材は、カムとの接触によって過大な接触面圧を受ける。しかし、このような厳しい環境下で用いられるにもかかわらず、上述の特許文献１から３では、そのシム部材に対応する部材が、本体部に対応する部材に鉛直下側から、嵌め込まれたり圧入されたりしている。このため、高圧ポンプの使用過程において、シム部材が本体部から脱落するという問題が生じる。シム部材が脱落すると、高圧ポンプの作動に支障が生じるほか、脱落したシム部材によってカムが損傷する等、２次トラブルが発生するおそれもある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、部品の脱落を防止した信頼性の高い高圧ポンプを提供することである。

この発明の１つの局面に従った高圧ポンプは、シリンダに対して往復運動する本体部と、本体部に圧入固定され、本体部の往復運動と同時に繰り返し荷重を受ける板部材とからなる組立て式リフタを備え、所定の姿勢で設置される高圧ポンプである。板部材は、その所定の姿勢において鉛直上側から本体部に圧入される。

なお、ここで言う圧入固定とは、圧力をかけて押し込み、その押し込んだ位置に固定することを言い、板部材は、締り嵌めによって本体部に固定される。圧入固定には、加温膨張を利用して押し込み、冷却収縮によりその押し込んだ位置に固定する焼嵌めが含まれる。また、ここで言う鉛直上側とは、水平線（鉛直方向に垂直な直線）に対して地面とは反対に位置する側を言う。

このように構成された高圧ポンプによれば、板部材は、高圧ポンプがその使用過程で置かれる所定の姿勢において鉛直上側となる位置から、本体部に向けて圧入固定される。このため、高圧ポンプの使用過程で、本体部に対する板部材の圧入固定が緩んだとしても、板部材が鉛直下側に脱落するということがなく、板部材を本体部に留めることができる。これにより、所望の作動状態が継続して得られる信頼性の高い高圧ポンプを実現することができる。

また、本体部は、所定の姿勢において板部材の重量を受ける表面を有する。このように構成された高圧ポンプによれば、その表面によって板部材を保持し、板部材が本体部から脱落することを防止する。

また好ましくは、板部材は、板部材を本体部に圧入する方向に沿って拡大するテーパ部を有する。本体部は、テーパ部に対応するテーパ形状が形成された開口部を有する。加温された開口部にテーパ部が圧入されることによって、板部材が本体部に固定される。このように構成された高圧ポンプによれば、開口部とテーパ部との嵌り合いにより、板部材は、本体部に圧入された方向の反対方向へも固定される。このため、板部材の脱落をより確実に防止することができる。

この発明の別の局面に従った高圧ポンプは、シリンダに対して往復運動する本体部と、本体部に圧入固定され、本体部の往復運動と同時に繰り返し荷重を受ける板部材とからなる組立て式リフタを備え、所定の姿勢で設置される高圧ポンプである。板部材は、所定の姿勢において水平方向から本体部に圧入される。

このように構成された高圧ポンプによれば、板部材は、高圧ポンプがその使用過程で置かれる所定の姿勢において水平方向となる位置から、本体部に向けて圧入固定される。このため、高圧ポンプの使用過程で、本体部に対する板部材の圧入固定が緩んだとしても、板部材が鉛直上側や鉛直下側に脱落するということがなく、板部材を本体部に留めることができる。

また、本体部は、所定の姿勢において板部材の重量を受ける第１の表面と、第１の表面に向い合う第２の表面とを有する。このように構成された高圧ポンプによれば、その第１および第２の表面によって板部材を両側から保持し、板部材が本体部から脱落することを防止する。

また好ましくは、高圧ポンプは、本体部に圧入された板部材の位置を固定する位置決め部材をさらに備える。このように構成された高圧ポンプによれば、本体部に対する板部材の圧入固定が緩んだとしても、板部材が水平方向に抜け落ちるということがない。

以上説明したように、この発明に従えば、部品の脱落を防止した信頼性の高い高圧ポンプを提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプが用いられたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。まず、図１中に示す燃料供給装置の概略について説明を行なう。図１を参照して、燃料供給装置は、燃料タンク５４内の燃料を、エンジン６３の各気筒の燃料室に高圧で噴射供給するための装置であり、車両に搭載されている。燃料供給装置は、高圧燃料ポンプ１０、蓄圧配管６１（デリバリパイプ、コモンレール等）およびインジェクタ６２などから構成されている。

高圧燃料ポンプ１０は、燃料を高圧に加圧してこれを蓄圧配管６１に圧送する役割を果たす。高圧燃料ポンプ１０は、ポンプシリンダ１２と、ポンプシリンダ１２内で往復運動するプランジャー１３と、ポンプシリンダ１２およびプランジャー１３により区画形成された加圧室１１と、プランジャー１３の下端に接続された組立て式リフタ２１とを備える。

組立て式リフタ２１には、スプリング１４が取り付けられており、そのスプリング１４の弾性力によって、カムシャフト１６に形成されたポンプカム１７に圧接されている。カムシャフト１６にエンジン６３で発生した回転力が伝達されると、ポンプカム１７が同時に回転する。これにより、プランジャー１３が、そのポンプカム１７に圧接された組立て式リフタ２１を介してポンプシリンダ１２内を往復運動し、加圧室１１の容積が変化する。

高圧燃料ポンプ１０の加圧室１１は、低圧燃料通路７３によって燃料タンク５４に接続されている。低圧燃料通路７３の加圧室１１に通じる位置には、弁体８５を備える電磁スピル弁８１が設けられている。燃料タンク５４内には、低圧フィードポンプ５３、燃料フィルタ５１およびプレッシャレギュレータ５２が設置されている。

低圧フィードポンプ５３は、エンジン６３の始動に伴い電気的に駆動され、燃料タンク５４内の燃料を低圧燃料通路７３を介して高圧燃料ポンプ１０に移送する。低圧燃料通路７３を燃料が通過する際、燃料内に混入している不純物は、燃料フィルタ５１によって取り除かれる。また、低圧燃料通路７３内の燃料圧力（燃圧）は、プレッシャレギュレータ５２によって予め定められた一定値に保たれる。つまり、低圧燃料通路７３内の燃圧がこの一定値以上になる場合には、プレッシャレギュレータ５２を通じて低圧燃料通路７３から燃料タンク５４に燃料が戻される。

低圧燃料通路７３を通過した燃料は、電磁スピル弁８１を介して高圧燃料ポンプ１０の加圧室１１内に導入される。この電磁スピル弁８１は、常開型の電磁弁であり、ソレノイドコイル８３への通電の有無に基づいて閉弁状態または開弁状態に制御される。すなわち、ソレノイドコイル８３への通電がない場合には、スプリング８２の弾性力によって弁体８５が、加圧室１１のシート部８４から離座する開弁状態に維持される。一方、ソレノイドコイル８３への通電が行われると、スプリング８２の弾性力に抗して弁体８５がシート部８４に着座し、閉弁状態になる。

加圧室１１は、その経路上に逆止弁７１が設けられた高圧燃料通路７２によって、蓄圧配管６１に接続されている。蓄圧配管６１には、高圧燃料ポンプ１０によって、加圧室１１から高圧の燃料が供給される。この際、逆止弁７１は、加圧室１１から蓄圧配管６１に向かう燃料の流通のみを許容し、蓄圧配管６１から加圧室１１への燃料の逆流を規制している。蓄圧配管６１は、燃料を高圧の状態に保持するとともに、その燃料をエンジン６３の各気筒に設けられたインジェクタ６２に分配する。これら各インジェクタ６２からは、エンジン６３の各気筒の燃焼室に対して所定量の燃料が噴射される。

カムシャフト１６の回転に伴いプランジャー１３が下動する高圧燃料ポンプ１０の吸入行程時には、低圧燃料通路７３内の燃料が、加圧室１１内に吸入される。一方、カムシャフト１６の回転に伴いプランジャー１３が上昇する高圧燃料ポンプ１０の圧送行程時には、加圧室１１内の燃料が、高圧燃料通路７２および蓄圧配管６１に圧送される。ただし、高圧燃料通路７２および蓄圧配管６１に燃料が圧送されるのは、圧送行程時において、電磁スピル弁８１が閉弁している期間のみであって、圧送行程時であっても電磁スピル弁８１が開弁している期間は、加圧室１１内の燃料は低圧燃料通路７３に戻される。このため、圧送行程時における電磁スピル弁８１の閉弁期間を制御することにより、高圧燃料通路７２に圧送する燃料を調量することができる。

こうした高圧燃料通路７２への燃料圧送量を調量するための電磁スピル弁８１の開閉制御は、エンジン６３の運転を統括制御するＥＣＵ（electrical control unit）５５によって行われる。ＥＣＵ５５は、圧送行程時においてソレノイドコイル８３への通電開始時期（電磁スピル弁８１の閉弁開始時期）を制御することにより、圧送行程時の電磁スピル弁８１の閉弁期間を制御し、高圧燃料通路７２への燃料圧送量を高い精度で要求される値へと調量する。

図２は、図１中に示す高圧燃料ポンプを示す断面図である。続いて、本実施の形態における高圧燃料ポンプについて説明を行なう。図２を参照して、図中の矢印２に示す方向は、鉛直下方向に一致する。車両が平地に置かれた状態において、高圧燃料ポンプ１０は、その直下にカムシャフト１６が位置し、プランジャー１３が鉛直方向に延びるように車両に搭載されている。高圧燃料ポンプ１０は、ポンプシリンダ１２の周りに配置されたハウジング４１と、ハウジング４１に下方よりボルト止めされ、ポンプシリンダ１２をハウジング４１内に保持するブラケット４３とをさらに備える。

ポンプシリンダ１２は、シリンダ壁１２ａを有し、そのシリンダ壁１２ａに囲まれた空間に、プランジャー１３が摺動可能に封入されている。ポンプシリンダ１２内には、プランジャー１３の上端側に位置して加圧室１１が形成されている。ポンプシリンダ１２の下端には、プランジャー１３の外周面に沿って密着するシール部材４８が取り付けられている。シール部材４８は、ポンプシリンダ１２とプランジャー１３との間から漏れた燃料がエンジン側に浸入し、潤滑油が希釈されることを防止する。

ブラケット４３には、その下端面から鉛直下方向に筒状に延びるリフタシリンダ部４３ｐが形成されている。リフタシリンダ部４３ｐの内側には、その軸線方向に摺動可能なように組立て式リフタ２１が嵌装されている。プランジャー１３の下端側の外周には、リテーナ４９が係合されており、リテーナ４９とブラケット４３の下端面との間には、スプリング１４が圧縮状態で配置されている。スプリング１４の弾性力により、組立て式リフタ２１がプランジャー１３の下端に押し付けられるとともに、組立て式リフタ２１がカムシャフト１６のポンプカム１７に向けて付勢される。

図３は、図２中の組立て式リフタを拡大して示す断面図である。図２および図３を参照して、組立て式リフタ２１は、リフタシリンダ部４３ｐに嵌装されるリフタ本体部２２と、カムシャフト１６のポンプカム１７に接触するシム部２３とから構成されている。リフタ本体部２２とシム部２３とは、圧入固定により組み合わされており、ボルトやかしめ等の締結部品が用いられていない。このため、本実施の形態では、これら締結部品が組立て式リフタ２１から脱落し、カムが損傷するというおそれがない。

リフタ本体部２２は、筒状に延びる筒状部分２２ｍと、筒状部分２２ｍの下端に形成された底部分２２ｎとから構成されている。筒状部分２２ｍは、リフタシリンダ部４３ｐの内壁と摺接する外周面を有する。底部分２２ｎは、筒状部分２２ｍの内側で鉛直上方向に面する周縁面２２ａを有する。底部分２２ｎには、周縁面２２ａに開口し、矢印２に示す方向に沿って拡径するテーパ面２４ａを有する開口部２４が形成されている。

シム部２３は、鍔部分２３ｍと、鍔部分２３ｍの下面から突出するテーパ部分２３ｎとから構成されている。テーパ部分２３ｎは、テーパ面２４ａに対応する形状であって、矢印２に示す方向に沿って拡径するテーパ面２６と、テーパ面２６に連なり、鉛直下方向に面する底面２３ａとを有する。底面２３ａは、ポンプカム１７に接触する表面であり、カムシャフト１６の回転とともにポンプカム１７から繰り返し荷重を受ける表面である。

リフタ本体部２２は、たとえば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）から形成されており、シム部２３は、たとえば、クロムモリブデン鋼よりも高い硬度を有するダイス鋼（ＳＫＤ）から形成されている。ダイス鋼は、切削性や鍛造性に劣るため、リフタの全体をダイス鋼から形成した場合には、その生産性が著しく低下する。しかし、本実施の形態では、ポンプカム１７に接触するシム部２３のみを高強度のダイス鋼から形成し、さらに、そのシム部２３の形状を比較的簡素な形状としている。このため、ポンプカム１７からの過大な接触応力に耐えるリフタを、低コストで効率良く生産することができる。

シム部２３は、リフタ本体部２２に対して鉛直上側から圧入して固定される。より詳細には、シム部２３が圧入固定される底部分２２ｎを通って延びる水平線２７を規定した場合に、シム部２３は、その水平線２７よりも上側（地面がある側とは反対側）から圧入して固定される。

具体的には、まず、リフタ本体部２２の底部分２２ｎが、たとえば数百度の温度まで加温されることによって熱膨張し、開口部２４が拡径される。その状態で、シム部２３が開口部２４に矢印２に示す方向から挿入される。シム部２３が、鍔部分２３ｍがリフタ本体部２２の周縁面２２ａに当接する位置に位置決めされた後、底部分２２ｎの温度が下がることによって、開口部２４が元の寸法に縮径する。これにより、シム部２３がリフタ本体部２２に対して固定される。

なお、本実施の形態では、シム部２３をリフタ本体部２２に対して矢印２に示す方向、つまり鉛直下方向に挿入して組み付けたが、本発明は、これに限定されるものではない。鉛直上側からであれば、水平線２７に対して斜め方向からシム部２３を挿入しても良い。また、組立て式リフタ２１は、締め代を持ったシム部２３がリフタ本体部２２に圧入固定される締り嵌めによって組み立てられても良い。また、組立て式リフタ２１は、プランジャー１３と一体に形成されていても良い。

この発明の実施の形態１における高圧ポンプとしての高圧燃料ポンプ１０は、シリンダとしてのリフタシリンダ部４３ｐに対して往復運動する本体部としてのリフタ本体部２２と、リフタ本体部２２に圧入固定され、リフタ本体部２２の往復運動と同時に繰り返し荷重を受ける板部材としてのシム部２３とからなる組立て式リフタ２１を備え、所定の姿勢で設置される。シム部２３は、その所定の姿勢において鉛直上側からリフタ本体部２２に圧入される。

リフタ本体部２２は、所定の姿勢においてシム部２３の重量を受ける表面としての周縁面２２ａを有する。シム部２３は、シム部２３をリフタ本体部２２に圧入する方向に沿って拡大するテーパ部としてのテーパ部分２３ｎを有する。リフタ本体部２２は、テーパ部分２３ｎに対応するテーパ形状が形成された開口部２４を有する。加温された開口部２４にテーパ部分２３ｎが圧入されることによって、シム部２３がリフタ本体部２２に固定される。

このように構成された、この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプ１０によれば、シム部２３がリフタ本体部２２に圧入固定される方向が鉛直上側からであるため、開口部２４に対するシム部２３の固定が緩む場合があっても、シム部２３がリフタ本体部２２から脱落するということがない。つまり、このような場合であっても、リフタ本体部２２の周縁面２２ａがシム部２３の重量を受けることによって、シム部２３の脱落を防止できる。また、シム部２３は、所定の方向に拡大するテーパ構造を利用して開口部２４に嵌め合わされている。このため、ポンプカム１７がシム部２３の底面２３ａを押圧するにもかかわらず、シム部２３が鉛直上側に抜けるということがない。したがって、本実施の形態によれば、高圧燃料ポンプ１０を正常な状態で作動させ続けるとともに、シム部２３が回転するカムシャフト１６上に落下し、カムが損傷するといった事態を回避することができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプを示す断面図である。図中には、本実施の形態における高圧燃料ポンプが備える組立て式リフタが、図３中に示す断面と同様の断面で示されている。図５は、図４中の矢印Ｖから見た組立て式リフタを示す底面図である。本実施の形態における高圧燃料ポンプは、実施の形態１における高圧燃料ポンプ１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図４および図５を参照して、本実施の形態における組立て式リフタ３１は、筒状部分３２ｍおよび底部分３２ｎからなるリフタ本体部３２と、シム部３３とが組み合わされて構成されている。リフタ本体部３２の底部分３２ｎには、リフタ本体部３２の側面に開口され、水平方向に延在するスリット部３６が形成されている。スリット部３６は、鉛直上方向に面する表面３４ｐと、表面３４ｐに向い合い、鉛直下方向に面する表面３４ｑとに挟まれた位置に形成されている。底部分３２ｎには、リフタ本体部３２の底面からスリット部３６に連通する孔３８が形成されている。

シム部３３は、円盤状の形状に形成されている。シム部３３は、シム部３３がスリット部３６に位置決めされた状態で、孔３８から露出する底面３３ａを有する。底面３３ａは、ポンプカム１７に接触する表面であり、カムシャフト１６の回転とともにポンプカム１７から繰り返し荷重を受ける表面である。

シム部３３は、リフタ本体部３２に対して水平方向から圧入して固定される。具体的には、シム部３３は、スリット部３６に矢印３９に示す水平方向から圧入され、表面３４ｐおよび３４ｑに挟持された状態で位置決めされる。組立て式リフタ３１には、さらに、抜け止めピン３７が設けられており、その抜け止めピン３７によって、スリット部３６に位置決めされたシム部３３の水平方向の移動が規制される。

この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプは、リフタシリンダ部４３ｐに対して往復運動する本体部としてのリフタ本体部３２と、リフタ本体部３２に圧入固定され、リフタ本体部３２の往復運動と同時に繰り返し荷重を受ける板部材としてのシム部３３とからなる組立て式リフタ３１を備え、所定の姿勢で設置される。シム部３３は、所定の姿勢において水平方向からリフタ本体部３２に圧入される。

リフタ本体部３２は、所定の姿勢においてシム部３３の重量を受ける第１の表面としての表面３４ｐと、表面３４ｐに向い合う第２の表面としての表面３４ｑとを有する。高圧燃料ポンプは、リフタ本体部３２に圧入されたシム部３３の位置を固定する位置決め部材としての抜け止めピン３７をさらに備える。

このように構成された、この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプによれば、シム部３３がリフタ本体部３２に圧入固定される方向が水平方向からであるため、スリット部３６に対するシム部３３の固定が緩む場合があっても、シム部３３がリフタ本体部３２から脱落するということがない。つまり、このような場合であっても、リフタ本体部３２の表面３４ｐがシム部３３の重量を受け、表面３４ｑが鉛直上側へのシム部３３の移動を規制することによって、シム部３３の脱落を防止できる。さらに、本実施の形態では、抜け止めピン３７が設けられているため、シム部３３が水平方向に脱落するということもない。これらの理由から、本実施の形態においても、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプが用いられたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。 図１中に示す高圧燃料ポンプを示す断面図である。 図２中の組立て式リフタを拡大して示す断面図である。 この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプを示す断面図である。 図５は、図４中の矢印Ｖから見た組立て式リフタを示す底面図である。

符号の説明

１０ 高圧燃料ポンプ、２１，３１ 組立て式リフタ、２２，３２ リフタ本体部、２２ａ 周縁面、２３，３３ シム部、３４ｐ，３４ｑ 表面、２３ｎ テーパ部分、２４ 開口部、３７ 抜け止めピン、４３ｐ リフタシリンダ部。

Claims (6)

1. シリンダに対して往復運動する本体部と、前記本体部に圧入固定され、前記本体部の往復運動と同時に繰り返し荷重を受ける板部材とからなる組立て式リフタを備え、
   所定の姿勢で設置される高圧ポンプであって、
   前記板部材は、前記所定の姿勢において鉛直上側から前記本体部に圧入される、高圧ポンプ。
2. 前記本体部は、前記所定の姿勢において前記板部材の重量を受ける表面を有する、請求項１に記載の高圧ポンプ。
3. 前記板部材は、前記板部材を前記本体部に圧入する方向に沿って拡大するテーパ部を有し、
   前記本体部は、前記テーパ部に対応するテーパ形状が形成された開口部を有し、
   加温された前記開口部に前記テーパ部が圧入されることによって、前記板部材が前記本体部に固定される、請求項１または２に記載の高圧ポンプ。
4. シリンダに対して往復運動する本体部と、前記本体部に圧入固定され、前記本体部の往復運動と同時に繰り返し荷重を受ける板部材とからなる組立て式リフタを備え、
   所定の姿勢で設置される高圧ポンプであって、
   前記板部材は、前記所定の姿勢において水平方向から前記本体部に圧入される、高圧ポンプ。
5. 前記本体部は、前記所定の姿勢において前記板部材の重量を受ける第１の表面と、前記第１の表面に向い合う第２の表面とを有する、請求項４に記載の高圧ポンプ。
6. 前記本体部に圧入された前記板部材の位置を固定する位置決め部材をさらに備える、請求項４または５に記載の高圧ポンプ。

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