JP2008215143A - Start control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルコール含有燃料を使用する内燃機関の始動制御装置に関し、始動性能を向上する技術に関する。 The present invention relates to a start control device for an internal combustion engine using an alcohol-containing fuel, and relates to a technique for improving start performance.
アルコール含有燃料を使用する内燃機関として、特許文献1に記載のもののように、燃料のアルコール濃度が高いときに、可変動弁機構によって吸排気弁のバルブオーバーラップ期間を大きくして内部EGR量を増大させ、アクセル踏込量を増大させて、ポンピングロスを低減し、燃費向上を図ったものがある。
しかしながら、特許文献1に記載のものでは、可変動弁機構が始動性向上には関与していなかった。すなわち、通常の機構と同様に、始動時、クランキング開始とともに吸気弁を開閉駆動することで、シリンダが低温の外気吸入によって冷却されるため、シリンダ内にて燃料が十分に気化せず、特にアルコール含有燃料ではアルコールの気化性が低いため、着火可能な混合気を安定して形成できず、始動性能が低下するという問題点があった。
However, in the one described in
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、アルコール含有燃料を使用する始動時、シリンダ内で燃料の十分気化した混合気を形成して速やかに着火燃焼し、始動性能を確保できる内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and at the time of starting using an alcohol-containing fuel, a sufficiently vaporized mixture of fuel is formed in a cylinder and quickly ignited and burned. An object of the present invention is to provide a start control device for an internal combustion engine that can ensure start performance.
このため、請求項1に係る発明は、
燃料噴射手段と、吸気弁のリフト量を制御する可変動弁機構と、を備え、少なくとも始動時にアルコール含有燃料を使用する内燃機関の始動制御装置であって、
クランキング開始からの所定時間、前記燃料噴射手段の燃料噴射を停止しつつ前記吸気弁のリフト量を最小とするように制御することを特徴とする。
For this reason, the invention according to
A start control device for an internal combustion engine comprising a fuel injection means and a variable valve mechanism for controlling a lift amount of an intake valve, and using an alcohol-containing fuel at least at the start,
Control is performed to minimize the lift amount of the intake valve while stopping fuel injection of the fuel injection means for a predetermined time from the start of cranking.
請求項2に係る発明は、
排気弁のリフト量を制御する可変動弁機構を備え、
前記クランキング開始からの所定時間、前記排気弁のリフト量を最小とするように制御することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、
前記吸気弁のリフト量の最小値、または、前記吸気弁および排気弁のリフト量の最小値、は零であることを特徴とする。
The invention according to claim 2
It has a variable valve mechanism that controls the lift amount of the exhaust valve,
Control is performed to minimize the lift amount of the exhaust valve for a predetermined time from the start of cranking.
The invention according to claim 3
The minimum value of the lift amount of the intake valve or the minimum value of the lift amount of the intake valve and the exhaust valve is zero.
請求項4に係る発明は、
前記燃料噴射手段の燃料噴射を停止しつつ前記吸気弁または排気弁のリフト量を最小とするように制御するのは、機関温度が所定値未満のとき、または、燃料のアルコール濃度が所定値以上のとき、であることを特徴とする。
The invention according to claim 4
The control to minimize the lift amount of the intake valve or the exhaust valve while stopping the fuel injection of the fuel injection means is performed when the engine temperature is lower than a predetermined value or the alcohol concentration of the fuel is higher than a predetermined value. It is characterized by being.
請求項1に係る発明によれば、クランキング開始からの所定時間、吸気弁のリフト量を最小とすることで、シリンダは、吸気ポートを介して極低温の外気を吸入しないか、又は、吸入しても極少量である。
ここで、前記所定時間中に、排気弁を他の運転時同様に開閉駆動した場合は、シリンダは、排気弁の開弁時に内部の負圧によって排気ポート内の排気を一部吸入しつつ、ピストン上昇時には開弁状態の排気弁を介して排気ポートへ排気を流出させる。すなわち、シリンダから排気ポートへ一旦排出された排気が、排気ポートからシリンダへ再吸入され、シリンダは、排気ポートを介しても極低温の外気を殆ど吸入しない。
According to the first aspect of the present invention, the cylinder does not suck in the cryogenic outside air through the intake port or minimizes the intake valve lift amount by minimizing the lift amount of the intake valve for a predetermined time from the start of cranking. Even a very small amount.
Here, when the exhaust valve is driven to open and close during the predetermined time in the same manner as in other operations, the cylinder sucks part of the exhaust gas in the exhaust port due to internal negative pressure when the exhaust valve is opened, When the piston is raised, the exhaust gas is caused to flow out to the exhaust port through the exhaust valve that is open. That is, the exhaust gas once discharged from the cylinder to the exhaust port is re-inhaled from the exhaust port to the cylinder, and the cylinder hardly inhales the cryogenic outside air through the exhaust port.
あるいは、排気弁のリフト量を前記所定時間中に最小とした場合も、シリンダの空気の流出入が一層制限されるため、シリンダは、排気ポートを介して極低温の外気を殆ど吸入しない。
このように、クランキング開始からの所定時間、シリンダには吸気ポート,排気ポートのいずれからも極低温の外気が直接的に殆ど吸入されないため、シリンダの冷却が抑制される。そして、該冷却抑制の分だけ、ピストン運動による摩擦または排気弁の弁頭部のガス流動摩擦によって、シリンダは効果的に昇温する。したがって、上記所定時間を適度な長さに設定することによって、該所定時間の経過後、シリンダは、燃料を十分に気化可能な状態まで温度上昇し、このときから、吸気弁および排気弁の開閉駆動と、燃料噴射手段の燃料噴射と、を開始することで、シリンダ内で燃料を十分に気化された混合気を形成して速やかに着火燃焼し、完爆する。これにより、始動時に未燃燃料の排出量を大幅に低減でき、燃費を向上できる。
Alternatively, even when the lift amount of the exhaust valve is minimized during the predetermined time, since the flow of air in and out of the cylinder is further restricted, the cylinder hardly sucks in the cryogenic outside air through the exhaust port.
In this manner, since the cryogenic outside air is hardly sucked directly into the cylinder from either the intake port or the exhaust port for a predetermined time from the start of cranking, the cooling of the cylinder is suppressed. Then, the cylinder is effectively heated by the friction due to the piston motion or the gas flow friction at the valve head of the exhaust valve by the amount of the cooling suppression. Therefore, by setting the predetermined time to an appropriate length, after the predetermined time elapses, the cylinder rises in temperature to a state where the fuel can be sufficiently vaporized, and from this time, the intake valve and the exhaust valve are opened and closed. By starting the drive and fuel injection by the fuel injection means, a mixture in which the fuel is sufficiently vaporized is formed in the cylinder, and it is quickly ignited and burned to complete explosion. Thereby, the amount of unburned fuel discharged at the time of start-up can be greatly reduced, and fuel consumption can be improved.
請求項2に係る発明によれば、クランキング開始からの所定時間、吸気弁および排気弁の双方のリフト量が最小となるため、シリンダの空気の流出入が一層制限される。これにより、シリンダの断熱効果を高めた状態でクランキング可能となり、シリンダの暖機効率が向上し、該所定時間の短縮によって短時間で始動が可能となる。
請求項3に係る発明によれば、吸気弁のリフト量の最小値、または、吸気弁および排気弁のリフト量の最小値、を零とすることにより、クランキング開始からの所定時間、シリンダへの極低温の外気吸入を確実に抑制でき、シリンダの冷却を一層抑制し、始動性能をより向上させることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the lift amount of both the intake valve and the exhaust valve is minimized for a predetermined time from the start of cranking, the flow of air in and out of the cylinder is further limited. As a result, cranking can be performed in a state where the heat insulation effect of the cylinder is enhanced, the warming-up efficiency of the cylinder is improved, and the engine can be started in a short time by shortening the predetermined time.
According to the third aspect of the present invention, the minimum value of the lift amount of the intake valve or the minimum value of the lift amount of the intake valve and the exhaust valve is set to zero, so that a predetermined time from the start of cranking is transferred to the cylinder. Therefore, it is possible to reliably suppress the intake of outside air at a very low temperature, further suppress the cooling of the cylinder, and further improve the starting performance.
請求項4に係る発明によれば、極低温からの始動時やアルコール濃度が高い燃料の使用時など、通常燃料が気化しにくい条件下でも、シリンダ内で燃料の十分気化した混合気を形成して速やかに着火燃焼させ、始動性能を向上させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a sufficiently vaporized fuel mixture is formed in the cylinder even under conditions where normal fuel is difficult to vaporize, such as when starting from a very low temperature or when using fuel with a high alcohol concentration. Thus, the ignition performance can be promptly ignited and the starting performance can be improved.
以下に、本発明の実施形態について説明する。
図1において、内燃機関1の燃焼室3内には、スロットルバルブ4、吸気ポート5、及び吸気バルブ7を介して、空気が吸入される。
燃焼排気は、燃焼室3から排気バルブ9、排気ポート11を介して排出され、触媒で浄化された後、大気中に放出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In FIG. 1, air is sucked into the combustion chamber 3 of the
The combustion exhaust is discharged from the combustion chamber 3 through the exhaust valve 9 and the exhaust port 11, purified by a catalyst, and then released into the atmosphere.
前記排気バルブ9は、排気側カム軸に軸支されたカムによって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角で開閉駆動される。
一方、吸気バルブ7には、可変動弁機構として、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するVEL機構13が設けられている。
尚、前記VEL機構13と共に、クランク角に対するバルブ作動角の位相を変化させることでバルブタイミングを連続的に変化させる可変バルブタイミング機構を吸気バルブ7に備える構成であっても良い。あるいは、これらに代えて、吸気バルブ7を閉弁状態に維持できる他の機構を配設してもよい。
The exhaust valve 9 is driven to open and close at a constant valve lift and valve operating angle by a cam pivotally supported on the exhaust camshaft.
On the other hand, the
The
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット(ECU)15は、機関運転状態に応じて前記スロットルバルブ4,VEL機構13を制御する。
前記ECU15には、機関1の冷却水温度Twを検出する水温センサ17、クランク軸からクランク角信号を取り出すクランク角センサ(図示せず)、燃料タンク19に接続され燃料(アルコール含有ガソリン)のアルコール濃度Cを検出するアルコール濃度センサ21などからの検出信号が入力される。
An engine control unit (ECU) 15 incorporating a microcomputer controls the throttle valve 4 and the
The ECU 15 includes a
また、各気筒の吸気バルブ7上流側の吸気ポート5には、電磁式の燃料噴射弁23が設けられ、該燃料噴射弁23は、前記ECU15からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、噴射パルス幅(開弁時間)に比例する量の燃料を噴射する。なお、燃料噴射弁23と燃料タンク19とは、燃料通路25を介して接続され、上記アルコール濃度センサ21はこの燃料通路25の途中に配設されている。
Further, an electromagnetic
ここで、前記ECU15による始動時における燃料噴射およびバルブリフトの制御を、図2のフローチャートに従って説明する。
図2のフローチャートに示すルーチンは、機関1の始動時において実行される。尚、前記始動時とは、例えば、キースイッチがSTARTの位置に操作されるクランキング時である。
Here, control of fuel injection and valve lift at the start by the
The routine shown in the flowchart of FIG. 2 is executed when the
まず、ステップS1では、機関1のクランキングを開始する。
次に、ステップS2では、水温センサ17によって検出される冷却水温度Twを読み込む。
ステップS3では、アルコール濃度センサ21によって燃料のアルコール濃度Cを検出する。
First, in step S1, cranking of the
Next, in step S2, the cooling water temperature Tw detected by the
In step S3, the
ステップS4では、冷却水温度Twが所定値A未満、または、アルコール濃度Cが所定値B以上、のいずれかの条件に該当するか判定する。
ステップS4で、上記いずれの条件にも該当しないと判定されたときは、本発明に係るシリンダ昇温制御が不要と判断し、ステップS5へ進み、吸気バルブ7および排気バルブ9を開閉駆動しつつ燃料噴射弁23により吸気ポート5へ燃料を噴射しながらクランキングを行い、ルーチンを終了する。
In step S4, it is determined whether the cooling water temperature Tw is less than a predetermined value A or the alcohol concentration C is a predetermined value B or more.
If it is determined in step S4 that none of the above conditions is satisfied, it is determined that the cylinder temperature increase control according to the present invention is not necessary, and the process proceeds to step S5, while opening and closing the
これに対し、ステップS4で、上記いずれかの条件に該当すると判定されたときは、ステップS6へ進み、吸気バルブ7のリフト量を零(最小値)、つまり、閉状態に維持しつつ燃料噴射弁23の燃料噴射を停止してクランキングを行い、ステップS7へ進む。なお、排気バルブ9は、該クランキング中、開閉駆動する。
ステップS7では、クランキング開始から時間t(所定時間)が経過したか判定する。なお、時間tは、簡易的には固定値でよいが、始動時の冷却水温度Twやアルコール濃度Cなどに基づいて可変に設定してもよい。
On the other hand, if it is determined in step S4 that any one of the above conditions is met, the process proceeds to step S6, where fuel injection is performed while maintaining the lift amount of the
In step S7, it is determined whether time t (predetermined time) has elapsed since the start of cranking. The time t may be a fixed value for simplicity, but may be variably set based on the cooling water temperature Tw at the time of starting, the alcohol concentration C, and the like.
ステップS7で、クランキング開始から時間tが経過していないと判定されると、ステップS6に戻り、時間tが経過したと判定されるまで、ステップS6,S7を循環する。
一方、ステップS7で、クランキング開始から時間tが経過したと判定されると、ステップS8に進み、吸気バルブ7の開閉駆動と、燃料噴射弁23の吸気ポート5への燃料噴射と、を許可し、ルーチンを終了する。
If it is determined in step S7 that time t has not elapsed since the start of cranking, the process returns to step S6, and steps S6 and S7 are circulated until it is determined that time t has elapsed.
On the other hand, if it is determined in step S7 that the time t has elapsed from the start of cranking, the process proceeds to step S8, and the opening / closing drive of the
本実施形態によれば、上記クランキング開始から時間tが経過するまで、吸気バルブ7のリフト量が零とされるため、シリンダは、吸気ポート5を介して極低温の外気を吸入しない。
また、シリンダは、排気バルブ9の開弁時に内部の負圧によって排気ポート11内の排気を一部吸入しつつ、ピストン上昇時には開弁状態の排気バルブ9を介して排気ポート11へ排気を流出させる。すなわち、シリンダから排気ポート11へ一旦排出された排気が、排気ポート11からシリンダへ再吸入される。つまり、シリンダ・排気ポート11間で略同じ空気の出入りを繰り返すだけで、シリンダには吸気ポート5,排気ポート11のいずれからも極低温の外気が直接的に殆ど吸入されない。このため、通常運転時のように吸気行程毎に極低温の新気がシリンダへ吸入される場合と比較し、新気によるシリンダの冷却量は極めて小さい。
According to the present embodiment, the lift amount of the
Further, the cylinder sucks a part of the exhaust gas in the exhaust port 11 due to the internal negative pressure when the exhaust valve 9 is opened, and flows out the exhaust gas to the exhaust port 11 through the open exhaust valve 9 when the piston is raised. Let That is, the exhaust once discharged from the cylinder to the exhaust port 11 is re-inhaled from the exhaust port 11 into the cylinder. In other words, only the same air in and out of the cylinder / exhaust port 11 is repeatedly repeated, and the cryogenic outside air is hardly taken into the cylinder directly from either the intake port 5 or the exhaust port 11. For this reason, the amount of cooling of the cylinder by the fresh air is extremely small as compared with the case where the cryogenic fresh air is sucked into the cylinder every intake stroke as in normal operation.
このように、低温の新気吸入によるシリンダの冷却を大幅に低減できる結果、ピストン運動による摩擦および排気バルブ9の弁頭部のガス流動摩擦によって、シリンダは効果的に昇温する。したがって、上記時間tを適度な長さに設定することによって、該時間tの経過後、シリンダは、燃料を十分に気化可能な状態となる。
そして、時間t経過後、吸気バルブ7の開閉駆動と、燃料噴射弁23の吸気ポート5への燃料噴射と、を開始することで、極低温からの始動時やアルコール濃度が高い燃料の使用時であっても、シリンダ内で燃料の十分気化した混合気を形成して速やかに着火燃焼させ、始動性能を向上させることができる。
As described above, the cooling of the cylinder due to the intake of the low-temperature fresh air can be greatly reduced. As a result, the cylinder is effectively heated by the friction caused by the piston motion and the gas flow friction of the valve head of the exhaust valve 9. Therefore, by setting the time t to an appropriate length, the cylinder can be sufficiently vaporized after the time t has elapsed.
Then, after the elapse of time t, the opening / closing drive of the
なお、上記時間tの経過後における燃料噴射弁23の燃料噴射期間は、1サイクル中の吸気行程および排気行程の両方に設定するのがよく、吸気行程および排気行程での各燃料噴射量は、運転状態などに応じて制御するのがよい。
本発明は、上記実施形態に限られず、以下のような構成としてもよい。
まず、冷却水温度Twの他、潤滑油の温度や、吸気の温度などに基づいて、機関温度(シリンダ温度)を推定してもよい。
The fuel injection period of the
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be configured as follows.
First, the engine temperature (cylinder temperature) may be estimated based on the temperature of the lubricating oil, the temperature of the intake air, and the like in addition to the coolant temperature Tw.
また、上記実施形態では、ステップS6のクランキングを行う期間は、クランキング開始から時間tが経過するまでとしたが、これに代えて、冷却水温度Tw、冷却水温度Twの上昇率、積算機関回転数などが夫々所定値に到達するときまでとしてもよい。
さらに、排気バルブ9側にも可変動弁機構を設ける構成としてもよく、あるいは、排気バルブ9を閉弁状態に維持できる他の機構を配設してもよい。これにより、吸気バルブ7および排気バルブ9の双方のリフト量を最小、望ましくは零とすることで、シリンダへの新気の入出を完全といえる程度に無くし、シリンダの断熱効果を高めた状態でクランキング可能となり、シリンダの昇温効率が向上し、時間tの短縮によって短時間で始動が可能となる。
In the above embodiment, the cranking period of step S6 is performed until the time t has elapsed from the start of cranking. Instead, the cooling water temperature Tw, the rate of increase of the cooling water temperature Tw, and the integration It may be until the time when the engine speed reaches a predetermined value.
Further, a variable valve mechanism may be provided on the exhaust valve 9 side, or another mechanism that can maintain the exhaust valve 9 in a closed state may be provided. As a result, the lift amount of both the
また、上記実施形態では、燃料噴射弁23は、吸気ポート5内へ燃料を噴射する構成としたが、この他、筒内に直接燃料を噴射する構成としてもよい。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記所定時間の経過後の1サイクル内で、吸気行程での前記燃料噴射弁の燃料噴射量と、排気行程での前記燃料噴射弁の燃料噴射量と、を調整可能に構成されていることを特徴とする。
Moreover, in the said embodiment, although the
Here, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above embodiment will be described together with effects.
(A) In the internal combustion engine start control device according to any one of
The fuel injection amount of the fuel injection valve in the intake stroke and the fuel injection amount of the fuel injection valve in the exhaust stroke can be adjusted within one cycle after the lapse of the predetermined time. Features.
上記発明によると、吸気行程および排気行程での各燃料噴射量を、運転状態などに応じて、最適に制御可能となる。
(ロ)請求項1〜請求項4、(イ)のいずれか1つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記機関温度は、冷却水、潤滑油、吸気、のいずれかの温度に基づいて推定されることを特徴とする。
According to the above invention, each fuel injection amount in the intake stroke and the exhaust stroke can be optimally controlled according to the operating state and the like.
(B) In the start control device for an internal combustion engine according to any one of
The engine temperature is estimated based on any one of cooling water, lubricating oil, and intake air.
上記発明によると、機関温度を直接検出することが困難な場合でも、冷却水、潤滑油、吸気、のいずれかの温度に基づいて、機関温度を推定して検出することができる。
(ハ)請求項1〜請求項4、(イ)、(ロ)のいずれか1つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記所定時間は、
機関始動時に設定する、
あるいは、機関温度、機関温度の上昇率、積算機関回転数のいずれかの値を監視し、該値が所定値に到達するときまでとする、
ことを特徴とする。
According to the above invention, even when it is difficult to directly detect the engine temperature, the engine temperature can be estimated and detected based on any one of the temperature of cooling water, lubricating oil, and intake air.
(C) In the start control device for an internal combustion engine according to any one of
The predetermined time is
Set when starting the engine,
Alternatively, the engine temperature, the rate of increase in engine temperature, and the value of any of the accumulated engine speed are monitored until the value reaches a predetermined value.
It is characterized by that.
上記発明によると、機関始動時に設定された所定時間の経過時、あるいは、機関温度、機関温度の上昇率、積算機関回転数のいずれかの値が所定値に到達時、シリンダが暖機状態となっているものと推定できる。
(ニ)請求項1〜請求項4、(イ)〜(ハ)のいずれか1つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記燃料噴射弁は、吸気ポートに配設したことを特徴とする。
According to the above invention, when the predetermined time set at the start of the engine has elapsed, or when any of the engine temperature, the rate of increase of the engine temperature, and the accumulated engine speed reaches a predetermined value, the cylinder is in a warm-up state. It can be estimated that
(D) In the start control device for an internal combustion engine according to any one of
The fuel injection valve is disposed in the intake port.
上記発明によると、燃料は、燃料噴射弁から吸気ポート内に噴射され、吸気弁の開弁時に吸気と共にシリンダへ流入する。
(ホ)請求項1〜請求項4、(イ)〜(ハ)のいずれか1つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記燃料噴射弁は、筒内に直接燃料を噴射するように構成としたことを特徴とする。
According to the above invention, the fuel is injected into the intake port from the fuel injection valve, and flows into the cylinder together with the intake air when the intake valve is opened.
(E) In the start control device for an internal combustion engine according to any one of
The fuel injection valve is configured to inject fuel directly into a cylinder.
上記発明によると、燃料は、燃料噴射弁から直接筒内に噴射される。
(ヘ)請求項1〜請求項4、(イ)〜(ホ)のいずれか1つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記アルコール含有燃料は、アルコール含有ガソリンであることを特徴とする。
上記発明によると、アルコール含有ガソリンを燃料とする内燃機関の始動性能を向上させることができる。
According to the above invention, the fuel is directly injected into the cylinder from the fuel injection valve.
(F) In the start control device for an internal combustion engine according to any one of
The alcohol-containing fuel is alcohol-containing gasoline.
According to the above invention, the starting performance of an internal combustion engine using alcohol-containing gasoline as fuel can be improved.
1 内燃機関
7 吸気バルブ
9 排気バルブ
13 VEL機構
17 水温センサ
21 アルコール濃度センサ
23 燃料噴射弁
1
Claims (4)
クランキング開始からの所定時間、前記燃料噴射手段の燃料噴射を停止しつつ前記吸気弁のリフト量を最小とするように制御することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。 A start control device for an internal combustion engine comprising a fuel injection means and a variable valve mechanism for controlling a lift amount of an intake valve, and using an alcohol-containing fuel at least at the start,
A start control device for an internal combustion engine, characterized in that control is performed to minimize the lift amount of the intake valve while stopping fuel injection of the fuel injection means for a predetermined time from the start of cranking.
前記クランキング開始からの所定時間、前記排気弁のリフト量を最小とするように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の始動制御装置。 It has a variable valve mechanism that controls the lift amount of the exhaust valve,
2. The start control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein control is performed such that a lift amount of the exhaust valve is minimized for a predetermined time from the start of cranking.
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