JP2009047046A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リンクロッドの連結ピンとピン孔との間の効果的な潤滑性を確保することのできる動弁装置を提供する。
【解決手段】外周に駆動カム５が一体的に固定された駆動軸３と、吸気弁を開閉作動させる揺動カム７と、前記駆動カムの回転運動をリンクアーム１４とロッカアーム１３及びリンクロッド１５を介して揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構８と、を備えている。前記リンクロッドの上側の二股状一端部１５ａがロッカアームの他端部１３ｂにピン孔１５ｃと連結ピン１７を介して回転自在に連結され、前記リンクロッド一端部のロッカアーム他端部と対向する内周縁に、制御軸１９や制御カム２０内部の潤滑油通路２９，連通路３０及び油孔３１から吐出された潤滑油を前記連結ピン１７とピン孔１５ｃとの間に案内する円弧状のガイド面１５ｅ、１５ｅを形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気弁や排気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて変更可能な内燃機関の動弁装置に関する。

この種の従来の動弁装置としては、以下の特許文献１に記載されたものがある。

概略を説明すれば、この動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランクシャフトの回転に同期して回転する駆動軸の外周に、軸心が前記駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが設けられていると共に、該駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁の上端部に有するバルブリフターの上面をカム面が摺接して吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムを有している。

前記伝達機構は、揺動カムの上方に配置されて、制御軸の外周に有する制御カムに揺動自在に支持されたロッカアームと、円環状の一端部が駆動カムの外周面に嵌合しかつ他端部がロッカアームの一端部に連結ピンを介して回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連結され、他端部が前記揺動カムのカムノーズ部に連結ピンを介して回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。

また、前記制御軸は、シリンダヘッドの上端部に設けられた軸受によって回転自在に支持されており、その外周面には、軸心が制御軸の軸心から所定量だけ偏心した前記制御カムが固定されている。

そして、機関運転状態に応じて電動モータや螺子伝達手段などからなるアクチュエータによって前記制御軸を介して制御カムの回動位置が変化することによってロッカアームの揺動支点を変化させて、前記揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する転接位置を変化させて、前記吸気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。
特開２００１−１２３８０９号公報

前記従来の動弁装置にあっては、伝達機構のリンクアームやロッカアーム及びリンクロッドと揺動カムとの連結を、それぞれ連結ピンを用いて連結しているが、かかる連結ピンとこれが挿通するピン孔との間に対する直接的な潤滑手段が存在しないことから、これらの部位の潤滑性が不十分になるおそれがある。

特に、重力方向の上側に位置するロッカアームの他端部とリンクロッドの一端部との間の連結ピンと前記各端部に形成されたピン孔との間は、その配置関係で潤滑油が供給されにくいことから潤滑性がさらに低下してしまうおそれがある。

本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に固定された駆動軸と、機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、を備え、該伝達機構は、揺動支点を介して揺動自在に支持され、一端部が前記駆動カムに連係したロッカアームと、重力方向上側の一端部が前記ロッカアームの他端側に連結ピンを介して回転自在に連結され、重力方向下側の他端部に前記揺動カムが回転自在に連結されたリンクロッドと、を有し、前記リンクロッドの一端部の前記ロッカアーム他端部と対向する内周縁に切欠部を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、例えばロッカアームの外面に付着して該ロッカアームの他端部側に伝い流れた潤滑油は、前記切欠部に案内されながらロッカアーム他端部とリンクロッド一端部との間に流下して、前記連結ピンとそれぞれのピン孔との間に積極的に供給される。したがって、かかる連結ピンと各ピン孔との間の潤滑性能が向上する。

以下、本発明に係る内燃機関の動弁装置の各実施の形態を図面に基づいて詳述する。この実施の形態では、多気筒内燃機関の吸気弁側に適用したものであって、１気筒当たり２つの吸気弁を備え、かつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする可変機構１を備えている。

〔第１の実施の形態〕
この実施の形態における動弁装置は、図１に示すように、シリンダヘッドにバルブガイドを介して摺動自在に設けられた１気筒当たり一対の吸気弁２，２と、機関前後方向に配置された内部中空状の駆動軸３と、気筒毎に配置されて、前記駆動軸３の外周面に同軸上に回転自在に支持されたカムシャフト４と、前記駆動軸３の所定位置に一体的に固定された駆動カム５と、前記カムシャフト４の両端部に一体に設けられて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター６，６に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる一対の揺動カム７，７と、前記駆動カム５と揺動カム７，７との間に配置されて、前記駆動カム５の回転力を揺動カム７，７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達機構８と、該伝達機構８の作動位置を可変にする制御機構９とを備えている。

前記吸気弁２，２は、シリンダヘッドの上端部に形成されたボアの底部とバルブステム上端部のスプリングリテーナとの間に弾装されたバルブスプリング１０，１０によって閉方向に付勢されている。

前記駆動軸３は、機関前後方向に沿って配置されて、図１にも示すように、内部軸方向にメインオイルギャラリーと連通する油孔３ａが形成されていると共に、各気筒間に対応した位置に図外の支持孔が径方向に沿って貫通形成されている。また、駆動軸３は、両端部がシリンダヘッド１の上部に設けられた図外の軸受によって回転自在に軸支されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランクシャフトから回転力が伝達されている。

前記カムシャフト４は、図１〜図３にも示すように、駆動軸３の軸方向に沿ってほぼ円筒状に形成され、内部軸方向に前記駆動軸３の外周面に回転自在に支持される支軸孔４ａが貫通形成されていると共に、外周面のほぼ中央位置に形成された大径円筒状のジャーナル部４ｂが図外のカム軸受によって回転自在に軸支されている。

前記駆動カム５は、カム本体がほぼ円盤状に形成されて、軸心が駆動軸３の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしていると共に、該カム本体の一側部軸方向に一体に設けられた筒状部５ａが径方向に形成された図外の固定用孔に圧入された固定用ピンによって駆動軸３に固定されている。

前記各揺動カム７は、図２などに示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部側がカムシャフト４を介して前記駆動軸３の軸心を中心として揺動するようになっていると共に、それぞれの下面には、各バルブリフター６の上面所定位置に当接するカム面７ａがそれぞれ形成されており、また、一方の揺動カム７の先端側のカムノーズ部７ｂにピン孔７ｃが巾方向から貫通形成されている。

前記伝達機構８は、前記駆動軸３の上方に配置されたロッカアーム１３と、該ロッカアーム１３の一端部１３ａと駆動カム５とを連係するリンクアーム１４と、ロッカアーム１３の他端部１３ｂと一方の揺動カム７とを連係するリンクロッド１５とを備えている。

前記ロッカアーム１３は、図１〜図３に示すように、中央の筒状基部１３ｃの内部に支持孔１３ｄが横方向から貫通形成され、この支持孔１３ｄを介して後述する制御カム２０の外周に揺動自在に支持されている。また、ロッカアーム１３の一端部１３ａは、先端部の側部にピン１６が一体に突設されている一方、他端部１３ｂには、先端側に前記リンクロッド１５との関連で吸気弁２，２のバルブリフト量を調整するリフト調整機構２１が設けられている。

前記リンクアーム１４は、大径な円環部と、該円環部の外周面所定位置に突設された突出端とを備え、円環部の中央位置には、前記駆動カム５の外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔１４ａが形成されている一方、突出端には、前記ピン１６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。

前記リンクロッド１５は、図４にも示すように、プレス成形によって横断面ほぼコ字形状に形成されており、内側がコンパクト化を図るために、ほぼく字形状に折曲形成されていると共に、平行な２枚板状、つまり横断面ほぼコ字形状に形成された二股状の両端部１５ａ，１５ａ、１５ｂ，１５ｂにピン孔１５ｃ，１５ｃ、１５ｄ，１５ｄがそれぞれ横方向に貫通形成されている。

また、リンクロッド１５は、一端部１５ａ、１５ａが前記両ピン孔１５ｃ、１５ｃに挿通した連結ピン１７と前記リフト調整機構２１を介してロッカアーム１３の他端部１３ｂに回転自在に連結されている。さらに、前記二股状の一端部１５ａ，１５ａの対向する内面、つまり、一端部１５ａ、１５ａ間に挟持状態にあるリフト調整機構２１側の内周縁に切欠部(面取り部)であるガイド面１５ｅ，１５ｅがそれぞれ形成されている。この各ガイド面１５ｅ、１５ｅは、一端部１５ａ、１５ａの先端側円弧部の内周縁を傾斜状に切り欠いたテーパ面に形成されている。

一方、他端部１５ｂ、１５ｂは、前記各ピン孔１５ｄと揺動カム７のカムノーズ部７ｂに形成されたピン孔７ｃにそれぞれ挿通された連結ピン１８を介して揺動カム７に回転自在に連結している。また、この他端部１５ｂ、１５ｂの対向する内面、つまり、他端部１５ｂ、１５ｂ間に挟持状態にあるカムノーズ部７ａ側の内周縁に第２ガイド面１５ｆ、１５ｆがそれぞれ形成されている。この第２ガイド面１５ｆ、１５ｆは、他端部１５ｂ、１５ｂの先端円弧部に沿ってほぼ半円形に形成されていると共に、駆動軸３側の内周縁を傾斜状に切り欠いたテーパ面に形成されている。

前記リフト調整機構２１は、図６にも示すように、ロッカアーム１３の他端部１３ｂに一体に有する矩形ブロック状の連係部２２と、該連係部１７の上面から内部に形成された固定用雌ねじ２４に上方から螺着した固定ねじ部材２３と、連係部２２の両側面から前記雌ねじ孔２４に直交する方向へ貫通形成されて、前記連結ピン１７が挿通されるピン挿通孔２５と、前記連係部２２の下端内部に前記雌ねじ孔２４と同軸上に形成された調整用雌ねじ孔２６に下方側から螺入する調整ねじ部材２７とから構成されている。

前記連結ピン１７は、ほぼ円柱状に形成され、上下面のほぼ中央側に２面幅状の平面部１７ａ、１７ｂが形成されている。前記調整ねじ部材２７は、ほぼ円柱状を呈し、外周面に雄ねじが形成されていると共に、上面が前記連結ピン１７の下側の平面部１７ｂに面接触で当接するように平坦状に形成されている。

前記制御機構９は、図１に示すように、駆動軸３の上方位置に配置された制御軸１９と、該制御軸１９の外周に一体に固定されてロッカアーム１３の揺動支点となる制御カム２０と、前記制御軸１９を回転制御するアクチュエータ２８とを備えている。

前記制御軸１９は、図１〜図３に示すように、駆動軸３と並行に機関前後方向に配設され、図外の軸受の上端に有するブラケットを介して回転自在に支持されていると共に、内部軸心方向に潤滑油通路２９が形成されている。また、制御軸１９の前記軸受に支持されるジャーナル部１９ａとなる位置に、前記潤滑油通路２９と径方向から連通する通路孔１９ｂが形成されている。

一方、前記制御カム２０は、円筒状を呈し、軸心位置が肉厚部の分だけ制御軸１９の軸心から所定分だけ偏倚している。

前記潤滑油通路２９は、図外のオイルポンプから圧送された潤滑油を各摺動部に供給する前記メインオイルギャラリーに連通している。また、該制御軸１９と制御カム２０の内部には、一端部が前記潤滑油通路２９に接続された連通路３０が径方向に沿って形成されている。この連通路３０は、制御カム２０の軸方向のほぼ中央に形成されて、他端開口が前記ロッカアーム１３の筒状基部１３ｃの支持孔１３ｄに臨んでいる。

さらに、前記ロッカアーム１３の筒状基部１３ｃ及び他端部１３ｂの内部には、油孔３１が径方向に沿って貫通形成されており、この油孔３１は、一端３１ａが前記連通路３０の他端開口に適宜合致して連通する一方、他端３１ｂが前記他端部１３ｂの段差面１３ｅから前記固定用ねじ部材２３の頭部付近に指向している。なお、前記他端部１３ｂの段差面１３ｅは、前記油孔３１を中心とした左右側が若干傾斜面状に形成されている。

前記アクチュエータ２８は、シリンダヘッドの後端部に固定された電動モータ３２と、該電動モータ３２の回転駆動力を前記制御軸１９に伝達する螺子伝達手段３３とから構成されている。

前記電動モ−タ３２は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関の運転状態を検出するコントローラ３４からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ３４は、機関回転数を検出するクランク角センサや、吸入空気量を検出するエアーフローメータ、機関の水温を検出する水温センサ及び制御軸１９の回転位置を検出するポテンショメータ等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータに制御信号を出力している。

以下、前記可変機構１によるバルブリフト量の可変作用を簡単に説明する。

まず、例えば、機関の低回転域では、コントローラ３４によって電動モータ３２が回転駆動し、この回転トルクが螺子伝達手段３３に伝達されて回転すると、これによって制御軸１９は、一方向へ所定量回転駆動される。したがって、制御カム２０が、一方向に回動して軸心が制御軸１９の軸心の回りを同一半径で回転し、肉厚部が駆動軸３から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１３の他端部１３ｂとリンクロッド１５の枢支点（連結ピン１７）は、駆動軸３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム７は、リンクロッド１５を介してカムノーズ部７ｂ側が強制的に引き上げられる。

よって、駆動カム５が回転してリンクアーム１４を介してロッカアーム１３の一端部１３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１５を介して各揺動カム７及び各バルブリフター６に伝達されるが、吸気弁２，２のリフト量は十分小さくなる。

さらに、機関高回転領域に移行した場合は、コントローラ３４によって電動モータ３２が逆回転して螺子伝達手段３３を同方向へ回転させると、この回転に伴って制御軸１９が制御カム２０を、他方向へ回転させて、軸心が下方向へ移動する。このため、ロッカアーム１３は、今度は全体が駆動軸３方向に移動して他端部１３ｂによって揺動カム７のカムノーズ部７ｂを、リンクロッド１５を介して下方へ押圧して該揺動カム７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。したがって、各揺動カム７の各バルブリフター６の上面に対するカム面７ａの当接位置が、カムノーズ部７ｂ側（リフト部側）に移動する。

このため、吸気弁２の開作動時に駆動カム５が回転してロッカアーム１３の一端部１３ａを、リンクアーム１４を介して押し上げると、バルブリフター６を介して吸気弁２，２のバルブリフト量が大きくなる。

そして、この実施の形態によれば、前記可変機構１が作動中に、前記メインオイルギャラリーから潤滑油通路２９内に流入した潤滑油に一部は、通路孔１９ｂを通って前記ジャーナル部１９ａと軸受ブラケットとの間を潤滑すると共に、他の一部は、前記連通路３０内に流入する。

ここでロッカアーム１３の所定の揺動位置において連通路３０の他端開口と前記油孔３１の一端開口３１ａが合致して連通すると、潤滑油は、図２、図３、図５、図６の矢印で示すように、前記連通路３０から油孔３１内を通って他端開口３１ｂから吐出され、ここから段差面３１ｅ上を伝って前記連係部２２の上面上から固定用ねじ部材２３付近を中心に左右に分かれて前記各ガイド面１５ｅ、１５ｅに案内されながら連係部２２の両側面を伝って前記連結ピン１７の外周面と各ピン孔１５ｃの内周面との間に流れ込んで、該両者間を効果的かつ積極的に潤滑する。

さらに、ここから潤滑油は、リンクロッド１５の内面を伝って流下し、他端部１５ｂ、１５ｂ付近まで来ると、今度は第２ガイド面１５ｆ、１５ｆに案内されつつ下側の連結ピン１８の外周面とピン孔１５ｄ、１５ｄ及び揺動カム７側のピン孔７ｃの各内周面との間に供給されて、該両者間を効果的に潤滑する。

したがって、前記両連結ピン１７，１８及び各ピン孔１５ｆ、１５ｄ、７ｃに対して強制的な潤滑によってリンクロッド１５や揺動カム７の常時円滑な作動が得られる。

また、前記連通路３０に流入した潤滑油は、制御カム２０の外周面と支持孔１３ｄとの間にも強制的に供給されるため、該制御カム２０とロッカアーム１３との間も、効果的に潤滑される。

〔第２の実施の形態〕
図７〜図１１は第２の実施の形態を示し、基本構成は第１の実施の形態と同じであるが、異なるところは、前記リンクロッド１５の一端部１５ａのロッカアーム１３側の端縁に、潤滑油を一時的に保持する一対の顎部３５、３５を一体に設けられている。

前記各顎部３５，３５は、図１０にも示すように、リンクロッド１５の各一端部１５ａ、１５ａの上端からロッカアーム１３側の下方側へ所定の長さでほぼ円弧状に突設されていると共に、各内周縁に前記ガイド面１５ｅ、１５ｅと連続したテーパ面３５ａ、３５ａが形成されている。

また、図１１に示すように、前記リフト調整機構２１の連係部２２内に形成されたピン挿通孔２５の上下に円弧状の潤滑油貯留部３６、３７がそれぞれ形成されている。

したがって、この実施の形態によれば、前記油孔３１の他端開口３１ｂから流出した潤滑油は、図７、図８、図９、図１１の矢印で示すように、連係部２２の上面上から一部が各ガイド面１５ｅ、１５ｅを伝って連結ピン１７方向へ流れ、さらに潤滑油貯留部３６、３７内に一時的に貯留され、そのまま連結ピン１７と各ピン孔１５ｃ、１５ｃとの間を浸漬する形で潤滑する。他の一部は各顎部３５、３５のテーパ面３５ａ、３５ａ上に一時的に捕集されつつ保持されながらそのまま前記ガイド面１５ｅ、１５ｅを伝って連結ピン１７と各ピン孔１５ｃ、１５ｃとの間に供給される。

このため、潤滑油が連結ピン１７とピン孔１５ｃ、１５ｃの間に無駄なくかつ多量に供給されることから、該連結ピン１７回りをさらに効果的に潤滑すると共に、そのまま下側の連結ピン１８の回りを十分に潤滑することが可能になる。その他の作用効果は、第１実施形態と同様である。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、可変機構を他の構造としてもよく、駆動カムを例えば雨滴形の構造のものにしてもよい。また、この装置を吸気弁側の他に排気弁側に適用することも可能である。

本発明の動弁装置の第１実施の形態における可変機構を示す要部斜視図である。 本実施形態の可変機構の要部断面図である。 同可変機構の要部斜視図である。 本実施形態に供されるリンクロッドの斜視図である。 本実施形態のリフト調整機構側への潤滑油の流れ方向を示す平面図である。 同リフト調整機構を制御軸と軸直角方向へ断面した縦断面図である。 第２の実施形態の可変機構の要部断面図である。 同可変機構の要部斜視図である。 本実施形態のリフト調整機構側への潤滑油の流れ方向を示す平面図である。 本実施形態に供されるリンクロッドの斜視図である。 本実施形態に供されるリフト調整機構の制御軸と平行に断面した縦断面図である。

符号の説明

２…吸気弁（機関弁）
３…駆動軸
４…カムシャフト
５…駆動カム
７…揺動カム
８…伝達機構
９…制御機構
１３…ロッカアーム
１３ａ…一端部
１３ｂ…他端部
１５…リンクロッド
１５ａ…一端部
１５ｂ…他端部
１５ｃ…ピン孔
１５ｄ…ピン孔
１５ｅ…ガイド面(切欠部、面取り部)
１５ｆ…第２ガイド面
１７…連結ピン
１８…連結ピン
２１…リフト調整機構
２９…潤滑油通路
３０…連通路
３１…油孔
３１ｂ…他端開口

Claims (7)

1. クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に固定された駆動軸と、
   機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
   前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、を備え、
   該伝達機構は、揺動支点を介して揺動自在に支持され、一端部が前記駆動カムに連係したロッカアームと、重力方向上側の一端部が前記ロッカアームの他端側に連結ピンを介して回転自在に連結され、重力方向下側の他端部に前記揺動カムが回転自在に連結されたリンクロッドと、を有し、
   前記リンクロッドの一端部の前記ロッカアーム他端部と対向する内周縁に切欠部を設けたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に固定された駆動軸と、
   機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
   前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、を備え、
   該伝達機構は、揺動支点を介して揺動自在に支持され、一端部が前記駆動カムに連係したロッカアームと、重力方向上側の一端部が前記ロッカアームの他端側に連結ピンを介して回転自在に連結され、重力方向下側の他端部に前記揺動カムが回転自在に連結されたリンクロッドと、を有し、
   前記リンクロッドの一端部の前記ロッカアーム他端部と対向する内周縁に面取り部を設けたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
3. クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に固定された駆動軸と、
   機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
   前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、を備え、
   該伝達機構は、揺動支点を介して揺動自在に支持され、一端部が前記駆動カムに連係したロッカアームと、重力方向上側の一端部が前記ロッカアームの他端側に連結ピンを介して回転自在に連結され、重力方向下側の他端部に前記揺動カムが回転自在に連結されたリンクロッドと、を有し、
   前記リンクロッドの一端部の前記ロッカアーム他端部と対向する内周縁に、前記ロッカアームの他端部上面を流下した潤滑油を前記連結ピンと該連結ピンが挿通するピン孔との間に案内するガイド面を設けたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
4. 前記伝達機構は、制御軸と該制御軸の外周に一体的に設けられた制御カムとを有する制御機構によって作動位置が可変制御され、前記ロッカアームは、筒状基部が前記制御カムを揺動支点として揺動自在に支持されていると共に、前記筒状基部の内部に、前記制御軸と制御カムの各内部を通流した潤滑油を前記ロッカアームの他端部上面に流出する油孔を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。
5. 前記制御軸の内部軸方向に潤滑油通路を形成すると共に、該制御軸と制御カムに前記潤滑油通路と前記油孔とを連通する連通路を設けたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の動弁装置。
6. 前記リンクロッドの他端部の前記揺動カムと対向する内周縁に、第２ガイド面を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。
7. 前記リンクロッド一端部の前記筒状基部側の端縁に、前記油孔から流出した潤滑油を一時的に保持する顎部を設けたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。

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