JP2005522623A - 一体型１次及び補助バルブ作動システム - Google Patents

Abstract

内燃機関の少なくとも１つのエンジンバルブ（２００）を作動して、エンジン・バルブ事象を生成するシステム（１０）及び方法を開示する。本発明のシステムは、エンジン・バルブ事象を生成するために少なくとも１つのエンジン・バルブ（２００）に動きを付与する手段（１００）と、動き付与手段（１００）から少なくとも１つのエンジン・バルブ（２００）へと動きを伝達する１次手段（３００）と、動き付与手段（１００）から少なくとも１つのエンジン・バルブ（２００）へと動きを伝達する補助手段（１２５）とを備える。補助手段（１２５）は、１次手段（３００）が遮断又は故障している場合のみ、少なくとも１つのエンジン・バルブ（２００）を作動させる。

Description

本発明は一般に内燃機関におけるバルブを作動するシステム及び方法に関する。詳細には、本発明はフェールセーフ状態でエンジン・バルブを作動するために使用することができるシステム及び方法に関する。

内燃機関のバルブ作動は、エンジンが正の動力を生成し、さらにエンジン制動を生成するために必要である。正動力の間、吸気バルブが開かれ燃料及び空気を燃焼のためにシリンダに入れることができる。排気バルブが開かれて燃焼ガスをシリンダから逃がすことができる。吸気バルブ及び排気バルブは、正動力の間の様々な時間に開かれ、エミッション改良のために気体を再循環させることもできる。

エンジン制動中、排気バルブが選択的に開かれ、少なくとも一時的に圧縮点火タイプの内燃機関を空気圧縮機に変換することができる。これを実行する際に、エンジンは抑制馬力を発生して車両の減速を助ける。これは、車両に対する制御の向上を運転者に提供し、車両の常用ブレーキの摩耗を大幅に軽減する。

多くの内燃機関では、エンジン・シリンダの吸気バルブ及び排気バルブは、エンジン内の固定輪郭のカムによって、特に各カムの一体部品でよい１つ又は複数の固定ローブによって開閉される。固定輪郭カムの使用は、異なるエンジン速度などの様々なエンジン運転状態に対するバルブの開放回数及びリフトを最適化するためにエンジン・バルブのリフトタイミング及び／又は量を調節することを困難にする。

バルブのタイミングとリフトを調節する一つの方法は、固定カム輪郭の場合、バルブの可変作動を提供し、バルブ・トレーン・リンケージのバルブとカムの間に「空動き」装置を組み込むことであった。空動きとは、カム輪郭によって禁止されたバルブの動きを、可変長の機械式、油圧式、又は他のリンケージ・アセンブリによって修正するための、技術的解決法のクラスに適用される用語である。空動きシステムでは、カム・ローブが、エンジン運転状態の全範囲にわたって必要な「最大」（最長ドウェル及び最大リフト）動きを提供することができる。可変長システムをバルブ・トレーン・リンケージの開放すべきバルブと最大動きを提供するカムとの中間に含めて、カムがバルブに与える動きの一部又は全部を減ずるか、失わせることができる。

この可変長システム（又は空動きシステム）は、十分に拡張された時、カム動きの全てをバルブに伝達し、十分に収縮された時、ゼロ又は最小のカム動き量をバルブに伝達する。このようなシステム及び方法の例が、Ｈｕの米国特許第５，５３７，９７６号及び第５，６８０，８４１号で提供され、これは本出願と同じ譲渡人に譲渡され、参照により本明細書に援用されている。

米国特許第５，６８０，８４１号の空動きシステムでは、エンジン・カム・シャフトがマスタ・ピストンを作動させることができ、これが流体を油圧室からスレーブ・ピストンの油圧室へと変位させる。スレーブ・ピストンはエンジン・バルブに作用して、これを開く。空動きシステムは、マスタ及びスレーブ・ピストンの室を含む油圧回路と連絡する逆止弁及び／又はソレノイド・トリガ・バルブを含んでよい。ソレノイド・バルブは、作動油を回路内に保持するため、閉位置に維持される。ソレノイド・バルブが閉状態に維持されている限り、スレーブ・ピストン及びエンジン・バルブはマスタ・ピストンの動きに直接応答し、これは次にカムの動きに直接応答して作動油を変位させる。ソレノイド・バルブが一時的に開かれると、回路が部分的に排出状態にされ、マスタ・ピストンが生成する油圧の一部又は全部は、スレーブ・ピストンを変位させること、それに対応してエンジンの変位に適用されるのでなく、回路によって吸収される。

以前の空動きシステムは通常、空動きシステムの長さを迅速に変化させるため、高速機構を使用していない。したがって、先行技術の空動きシステムは、１回のカム・ローブ動き中に、又はエンジンの１サイクル中でさえも、一つ以上の長さをとることができるような可変性ではない。空動きシステムの長さを変更する高速機構を使用することにより、バルブの作動に対してさらに精密な制御を達成することができ、したがって広範囲のエンジン動作状態で最適のバルブ作動を達成することができる。

本発明の空動きシステム及び方法は、正の動力、エンジン制動バルブ事象（例えば圧縮解放及びブリーダ制動など）、及び排気再循環バルブ事象に対する可変バルブ作動を必要とするエンジンに、特に有用である。前記の事象はそれぞれ、エンジンを動作させるばかりでなく、エンジン内で発生する高い圧力及び温度の緩和も行う。空動きシステムの故障時に生じるような非制御状態に放置されると、正の動力、エンジン制動及び／又は排気／吸気の再循環がエンジンに圧力又は温度ダメージを引き起こすことがある。さらに、排気バルブが正の動力の間に開かないと、「排気」ストロークは、実際には、異常に高いシリンダ圧力で開始するエンジン圧縮ストロークになる。生成されるピーク・シリンダ圧は、エンジンの構造的限界より実質的に高くなる。したがって、空動きシステムが故障した場合に、排気バルブ事象を提供することができる空動きシステムを有することは有利であり得る。

本発明はそのようなシステムを提供する。本発明は、空動きシステムが故障した場合に、所望のエンジン・バルブ事象の少なくとも一部を自動的かつほぼ即座に提供することができるバルブ作動システムである。

本発明の実施形態の１つの利点は、１次可変バルブ作動システムが動作しなくても、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させるシステム及び方法を提供できることである。

本発明の実施形態の別の利点は、１次可変バルブ作動システムのスイッチを切っても、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させるシステム及び方法を提供できることである。

本発明の実施形態の別の利点は、１次可変バルブ作動システムが動作しなくても、補助システムを使用して少なくとも１つのエンジン・バルブを自動的に作動させるシステム及び方法を提供できることである。

本発明の実施形態の別の利点は、１次可変バルブ作動システムが動作しなくても、補助システムを使用して少なくとも１つのエンジン・バルブをほぼ即座に作動させるシステム及び方法を提供できることである。

本発明の追加の利点は、一部が以下の説明で述べられ、一部は本発明の説明及び／又は実践から当業者には明白である。

本発明は、エンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成するために、内燃機関の少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させるシステム及び方法を対象とする。本発明のシステムは、エンジン・バルブの事象を生成するために少なくとも１つのエンジン・バルブに動きを付与する手段と、動きを動き付与手段から少なくとも１つのエンジン・バルブへと伝達する１次手段と、動きを動き付与手段から少なくとも１つのエンジン・バルブへと伝達する補助手段とを備えてよい。補助手段は、１次手段が遮断又は故障したときだけ少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させることができる。

本発明の方法は、動きを付与する手段をエンジン・バルブに接続する空動きシステムの故障又は遮断中に、エンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成するため少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させる方法を備える。本発明の方法は、動き付与手段から延在する作動手段を設けるステップと、空動きシステムとは関係なくエンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成するために、エンジン・バルブを作動させるステップとを含む。

以上の一般的説明及び以下の詳細な説明は、例示的かつ説明的なものにすぎず、請求の範囲にある本発明を制限するものではないことを理解されたい。添付図面は、参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の部分を構成するが、本発明の特定の実施形態を図示し、詳細な説明とともに本発明の原理を説明する働きをする。

本発明の理解を助けるため、次に添付図面を参照するが、ここで同様の参照文字は同様の要素を指す。図面は例示にすぎず、本発明を制限するものと見なすべきではない。

次に本発明のシステム及び方法の実施形態を詳細に言及するが、その例が添付図面に図示されている。本明細書に具体化されているように、本発明は、少なくとも１つのエンジン・バルブの作動を制御するシステム及び方法である。

本発明の実施形態を、バルブ作動システム１０として図１に示す。本発明のバルブ作動システム１０は、動きを付与する手段１００を少なくとも１つのエンジン・バルブ２００に接続する空動きシステム又は可変長１次システム３００を含む。この方法で、動き付与手段１００は、バルブ２００に動きを提供して、これを開き、１次システム３００を通して様々なエンジン・バルブ事象を生成する。バルブ作動システム１０は、さらに、１次システム３００の故障及び／又は遮断の場合に使用する補助システム１２５（つまりバルブ２００を自動的に作動させる手段）を含む。１次システム３００の長さを含むバルブ作動システム１０は、制御手段４００によって制御される。少なくとも１つのエンジン・バルブ２００は、排気バルブ、吸気バルブ及び／又は専用バルブを含むと考えられている。

動き付与手段１００は、カム、プッシュ・チューブ及び／又はロッカ・アーム、又はその同等品の任意の組合せを備えてよい。１次システム３００は、動き付与手段１００をバルブ２００に接続し、そして動きを動き付与手段１００からバルブ２００へ伝達することができる、任意の構造を備えてよい。１次システム３００は、例えば機械式リンケージ、油圧回路、油圧機械式リンケージ、電気機械式リンケージ及び／又は動き付与手段１００に接続してバルブ２００に動きを伝達するようにされた他の任意のリンケージなど、任意のリンケージを備えてよい。１次システム３００は、例えばトリガバルブ、逆止弁、アキュムレータ及び／又は１次システム３００を適切に動作させるために必要な他の装置など、リンケージの適切な長さを提供する手段を含んでよい。当業者には明白であるように、１次システム３００は、動き付与手段１００とバルブ２００を接続するバルブ・トレーンの任意の箇所に配置されてよい。

制御手段４００は、１次システム３００と連絡して、１次システム３００の長さを選択する任意の電子又は機械式装置を備えることができる。当業者には明白であるように、制御手段４００は、１次システム３００の適切な長さを決定して選択するため、他のエンジン構成要素及び／又はセンサにリンケージされたマイクロプロセッサを含むことができる。バルブの作動は、マイクロプロセッサで、エンジン構成要素から収集した情報に基づき、１次システム３００の長さを制御することによって複数のエンジン速度において最適化することができる。制御手段４００は、高速（エンジンの１サイクル毎に１回又は複数回）で１次システム３００を動作させることが好ましいが、この特徴は必要とされない。

次に、本発明の実施形態を図２に関して説明する。動き付与手段１００は、カム１１０及びロッカ１２０を備えてよい。動き付与手段１００は、（図２で示すように）バルブ・ブリッジ２５０を通して１つのバルブ２００、又は複数のバルブ２００に作用するようにされている。

カム１１０は、エンジン・バルブ事象を生成するために少なくとも１つのカム・ローブを含む。カム１１０によって生成されたエンジン・バルブ事象は、以下のうち１つ又は複数を含むことができるが、それに制限されない。つまり、主要排気事象、主要吸気事象、圧縮解放制動事象、ブリーダ制動事象、吸気再循環事象及び／又は排気再循環（ＥＧＲ）事象である。

引き続き図２を参照すると、ロッカ１２０は、カム１１０の表面と接触するローラ１２４を含むことができる。カム１１０が回転すると、ローラ１２４はカム１１０の表面に追従し、それによってロッカ１２０を回動させる。ロッカ１２０が回動すると、ロッカ１２０は、カムの動きを１次システム３００に伝達するようにされている。動きが１次システム３００を通して伝達されると、バルブ２００が作動されて、エンジン・バルブ事象を生成する。動き付与手段１００からバルブ２００へと伝達される動きの量は、１次システム３００の瞬間の長さによって制御される。動き付与手段１００はさらに、図３で示すようなプッシュ・チューブ・アセンブリを備えてよいと考えられている。

作動手段１２５は、１次システム３００が遮断されるか、あるいは他の状態で動き付与手段１００からバルブ２００へと動きを適切に伝達できない場合、適切なエンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成するため、バルブ２００を自動的に作動するようにされている。この態様において、作動手段１２５は、１次システム３００とは関係なくバルブ２００を作動する。本発明の実施形態では、図２で示すように、作動手段１２５が動き付与手段１００と一体化されている。作動手段１２５は、バルブ２００を自動的に機械的に作動するため、ロッカ１２０から延在するロッカ突起を備える。

バルブ作動システム１０はさらに、バルブ・ブリッジ２５０上の接触表面２５５を備えることができる。例えば油圧回路が漏れるか、トリガバルブが適切に閉鎖しないことなどによって引き起こされる１次システム３００の不具合により生じるバルブ作動システム１０の故障中、又は遮断中に、作動手段１２５は、接触表面２５５と接触するような構成であり、これによってブリッジ２５０が傾斜し、バルブ２００を少なくとも部分的に作動させて、適切なエンジンバルブ事象の少なくとも一部を生成する。動き付与手段１００が１つのバルブ２００に作用するようにされた本発明の実施形態では、接触表面２５５がバルブ２００の真上にあってよい。

図５に示すような本発明の代替実施形態では、バルブ作動システム１０はさらに、バルブ・ブリッジ２５０内に滑動自在に配置されたピン２５７を備えることができる。故障又は遮断中に、作動手段１２５はピン２５７と接触し、これがバルブ２００を作動させる。ピン２５７はブリッジ２５０に対する傾斜作用を減少させ、したがって摩耗を低減する。

図４に示すような本発明の実施形態では、１次システム３００は、マスタ・ピストン・アセンブリ３３０、スレーブ・ピストン・アセンブリ３４０、トリガバルブ３５０、及びアキュムレータ３６０を有するマスタ／スレーブ・ピストン・アセンブリを備えることができる。マスタ・ピストン・アセンブリ３３０、スレーブ・ピストン・アセンブリ３４０、トリガバルブ３５０、及びアキュムレータ３６０は、例えばエンジン・ハウジング内に形成されたボアに配置され、ハウジング内に形成された油圧回路を通して互いに連絡している。図４で示した本発明の実施形態では、排気バルブに使用するカム１１０は、エンジン制動カム・ローブ１１２、主排気事象カム・ローブ１１４、及びＥＧＲカム・ローブ１１６を含むことができる。

当業者には明白であるように、動き付与手段１００からマスタ・ピストン・アセンブリ３３０及びスレーブ・ピストン・アセンブリ３４０を通してバルブ２００に伝達される動きの量は、トリガバルブ３５０及びアキュムレータ３６０によって制御される。トリガバルブ３５０が閉位置にある場合、作動油は回路内に保持される。マスタ・ピストン・アセンブリ３３０がカム１１０からロッカ１２０を通して動きを受け取ると、動きはスレーブ・ピストン・アセンブリ３４０へ伝達され、これは下方向に動き、最終的にバルブ２００を作動する。トリガバルブ３５０が閉状態に維持されている限り、スレーブ・ピストン・アセンブリ３４０及びバルブ２００がマスタ・ピストン・アセンブリ３３０の動きに直接応答し、次にカム１１０及びロッカ１２０の動きに応答する。トリガバルブ３５０が一時的に開かれると、アキュムレータ３６０及びマスタ・スレーブ回路は部分的に排出状態になり、マスタ・ピストン３３０によって生成された油圧の全部又は一部は、スレーブ・ピストン・アセンブリ３４０を変位させ、それに応じてバルブ２００を変位させるために適用されるのではなく、開回路によって吸収される。図４で示すような１次システム３００の構成要素及び配置構成は、例示のみを目的とする。空動きシステムを適切に動作させるために必要な他の構成要素を設けることができ、マスタ・ピストン・アセンブリ３３０、スレーブ・ピストン・アセンブリ３４０、トリガバルブ３５０及びアキュムレータ３６０の配置構成は、例えばエンジンの仕様などの様々な要因に応じて変更してよいと考えらている。

図４で示す作動手段１２５の動作は、図２に関して前述したものと同様である。バルブ作動システム１０の故障又は遮断中、作動手段１２５は、接触表面２５５と接触し、ブリッジ２５０を傾斜させて、バルブ２００を少なくとも部分的に作動し、システムへの損傷を防止するようにされている。

次に、バルブ作動システム１０の正常な動作中における本発明の動作について、図４を参照して説明する。エンジン制動バルブ事象が望ましくない正の動力の間、１次システム３００は、カム１１０上のエンジン制動カム・ローブ１１２によって引き起こされる動きの全部又は一部を吸収することができる。カム１１０がカム・シャフトを中心に回転すると、ロッカ１２０が回転し、マスタ・ピストン・アセンブリ３３０に動きを伝達する。しかし、動きはスレーブ・ピストン・アセンブリ３４０を通してバルブ２００へと伝達されない。むしろ、１次システム３００が、例えば開いたトリガバルブ３５０を通して動きを吸収する。カム１１０が主排気ローブ１１４に近づくにつれ、適切に動作している１次システム３００が油圧でロックされ、主排気ローブの動きがマスタ・ピストン・アセンブリ３３０及びスレーブ・ピストン・アセンブリ３４０に与えられ、これによってスレーブ・ピストン・アセンブリ３４０が下方向に動き、エンジン・バルブ２００を作動する。スレーブ・ピストン３４０が下方向に動き、少なくとも１つのバルブ２００を作動し始めると、ロッカ１２０は回転し続ける。同時に、接触表面２５５が下降し始める。したがって、作動手段１２５と接触表面２５５は接触しないが、表面は相互に近づく。

エンジン制動中、排気バルブに使用されたカム１１０はロッカ１２０を回転させ、次にマスタ・ピストン・アセンブリ３３０を押す。バルブ作動システム１０が正常に動作している時、１次システム３００が油圧でロックされる。これにより、カム１１０によって提供された全動きが、ロッカ１２０、マスタ・ピストン３３０及びスレーブ・ピストン３４０を通してバルブ２００に伝達され、所望のエンジン・バルブ事象を生成する。

次に、バルブ作動システム１０の故障又は遮断中の本発明の動作について、図４を参照して説明する。遮断は、運転者又は制御手段４００によって制御される。バルブ作動システム１０の故障は幾つかの理由で生じる。例えば１次システム３００内に作動油がない、制御手段４００が故障している、これはセンサ又は制御手段４００を１次システム３００に接続する手段の故障を含み、さらに１次システム３００のトリガバルブ３５０が閉じないことなどがある。バルブ作動システム１０が故障すると、１次システム３００が動き付与手段１００からの動きをバルブ２００へと適切に伝達することができない。補助システム１２５を使用してシステム１０を動作させる間、主排気事象カム・ローブ１１４がローラ１２４に働いて、ロッカ１２０を回転させるにつれ、作動手段１２５がバルブ接触表面２５５と接触し、これによってブリッジ２５０を傾斜させ、バルブ２００を少なくとも部分的に作動させる。このように、作動手段１２５が１つ又は複数のバルブ２００を作動して、所望のエンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成し、システムの潜在的な破局的故障を防止する。上記で論じたように、本発明は、例えばエンジンの制動又は正の動力などの任意のエンジン事象中に動作し、吸気バルブ、排気バルブ、又は専用制動バルブに作用することができる。

本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明の変更及び改造を実行できることが、当業者には明白になる。したがって、本発明は、請求の範囲及びその同等物の範囲に入る限り、このような本発明の改造及び変更の全てを含むものとする。

本発明の第１実施形態によるバルブ作動システムの略図である。 本発明の第２実施形態によるバルブ作動システムの略図である。 本発明の第３実施形態によるバルブ作動システムの略図である。 本発明の第４実施形態によるバルブ作動システムの略図である。 本発明の実施形態に使用するバルブ作動システムの一部の略図である。

Claims (20)

1. エンジン・バルブ事象を生成するために内燃機関の少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させるバルブ作動システムであって、
   エンジン・バルブ事象を生成するために少なくとも１つのエンジン・バルブに動きを付与する手段と、
   前記動き付与手段から少なくとも１つのエンジン・バルブへと動きを伝達する１次手段と、
   前記動き付与手段から少なくとも１つのエンジン・バルブへと動きを伝達する補助手段とを備えるバルブ作動システム。
2. 前記１次手段が遮断又は故障している場合に、前記補助手段が少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させる、請求項１に記載のバルブ作動システム。
3. 前記補助手段が前記動き付与手段と一体である、請求項１に記載のバルブ作動システム。
4. 前記動き付与手段が、カムと、前記カムと接触する手段を有するロッカとを備え、前記１次手段が、前記カムから前記ロッカを通して動きを選択的に受け取り、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動して、エンジン・バルブ事象を生成するようにされたマスタ／スレーブ・ピストン・アセンブリを備える、請求項１に記載のバルブ作動システム。
5. 前記補助手段が、前記ロッカから延在する第１接触表面を備える、請求項４に記載のバルブ作動システム。
6. 前記少なくとも１つのエンジン・バルブに隣接する第２接触表面を備え、
   前記第１接触表面が前記第２接触表面と接触して、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させ、エンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成する、請求項５に記載のバルブ作動システム。
7. 前記第２接触表面がバルブ・ブリッジによって提供される、請求項６に記載のバルブ作動システム。
8. 前記第２接触表面が、バルブ・ブリッジ内で滑動自在に受け入れられたピン・アセンブリを備える、請求項７に記載のバルブ作動システム。
9. 前記第２接触表面が前記少なくとも１つのエンジン・バルブ上にある、請求項６に記載のバルブ作動システム。
10. 前記１次手段が空動きシステムを備える、請求項１に記載のバルブ作動システム。
11. エンジン・バルブ事象が主排気事象である、請求項１に記載のバルブ作動システム。
12. 前記少なくとも１つのエンジン・バルブが排気バルブである、請求項１に記載のバルブ作動システム。
13. 前記少なくとも１つのエンジン・バルブが吸気バルブである、請求項１に記載のバルブ作動システム。
14. 内燃機関のバルブ作動システムにおいて、エンジン・バルブに動きを付与する手段を接続する空動きシステムの故障又は遮断中にエンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成するために、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させる方法であって、
    動き付与手段から延在する作動手段を提供するステップと、
    空動きシステムとは関係なくエンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成するエンジン・バルブを作動させるステップとを含む方法。
15. 内燃機関の少なくとも１つのエンジン・バルブを作動して、エンジン・バルブ事象を生成するバルブ作動システムであって、
    カムと、
    前記カムと接触する手段を有するロッカと、
    前記ロッカを通して前記カムから動きを選択的に受け取り、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動して、エンジン・バルブ事象を生成するようにされた空動きシステムと、
    前記ロッカから延在する第１接触表面とを備え、前記空動きシステムが遮断又は故障した場合に、前記第１接触表面が少なくとも１つのエンジン・バルブを作動させるバルブ作動システム。
16. 前記空動きシステムが、ロッカを通してカムから動きを選択的に受け取り、少なくとも１つのエンジン・バルブを作動して、エンジン・バルブ事象を生成するようにされたマスタ／スレーブ・ピストン・アセンブリを備える、請求項１５に記載のバルブ作動システム。
17. 前記少なくとも１つのエンジン・バルブに隣接する第２接触表面を備え、
    前記第１接触表面が前記第２接触表面と接触して、前記少なくとも１つのエンジン・バルブを作動し、エンジン・バルブ事象の少なくとも一部を生成する、請求項１５に記載のバルブ作動システム。
18. 前記第２接触表面がバルブ・ブリッジによって提供される、請求項１７に記載のバルブ作動システム。
19. 前記第２接触表面が、バルブ・ブリッジ内で滑動自在に受け入れられたピン・アセンブリを備える、請求項１８に記載のバルブ作動システム。
20. 前記第２接触表面が前記少なくとも１つのエンジンバルブの上にある、請求項１７に記載のバルブ作動システム。

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