JP2009121257A - 内燃機関の潤滑オイル供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大容量のオイルポンプを必要とすることなく、スラッジの除去を容易に行うことのできる内燃機関の潤滑オイル供給装置を提供する。
【解決手段】 シリンダヘッド１２内の動弁機構に向けてオイルを噴射して供給する第１のオイル供給手段５０と、シリンダヘッド内のスラッジ発生部位６１に向けてオイルを噴射して供給する第２のオイル供給手段６０と、少なくとも第２のオイル供給手段からのオイル供給を間歇的に行うべく制御する間歇制御手段とを備える。間歇制御手段は、オイル供給源４２からのオイル流路を、遮断又は第１のオイル供給手段５０と第２のオイル供給手段６０とのいずれか一方に切替える切替手段７０と、機関回転数に基づいて該切替手段７０を切替え制御する切替え制御手段を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の潤滑オイル供給装置、特に、車両用内燃機関の各摺動部を潤滑する潤滑系統において動弁機構を収納したシリンダヘッド内にオイル（エンジンオイル）を供給する内燃機関の潤滑オイル供給装置に関する。

一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、機関内の各摺動部を潤滑及び冷却すべく潤滑油を供給する潤滑系統が構成されており、クランクシャフトからの動力を基にオイルポンプを駆動してオイルパンからオイルを汲み上げ、エンジンブロックやその内部の部品中に形成したオイル通路を通して、吸・排気弁を駆動するカムシャフトやロッカーアーム等の動弁機構を潤滑する一方、その下方のクランクシャフト周りの摺動部等を潤滑するようになっている。

また、この潤滑系統におけるオイル循環経路中にはオイルフィルタが設けられており、エンジン内でオイル中に混入する不要な固形物等をオイルフィルタで回収するようになっている。

さらに、動弁機構の多数の作動部には、例えばロッカーアームをその揺動支点部からカムシャフト側に付勢してバルブクリアランスを最小にするラッシュアジャスタ等の油圧機器が設けられるように、がたつきの無い正確な高速動作が要求されるため、上記潤滑系統のうち動弁機構側の潤滑系統においては、各作動部を十分に潤滑するための潤滑オイル供給装置が構成されている。

従来のこの種の内燃機関の潤滑オイル供給装置としては、例えば多気筒エンジンのシリンダヘッド内の動弁機構に、そのシリンダヘッドの上部に設置したオイルシャワーパイプを通してオイルを供給し、カムシャフトとロッカーアームの係合部位近傍に十分な潤滑効果が得られるようにすると共に、ラッシュアジャスタ等の油圧機器に供給するオイルに気泡が混入するのを防止すべく、オイル通路中に気液分離室を配して、常時安定した吸・排気弁動作を確保するようにしたものが知られている。

ところで、上述のような従来の内燃機関の潤滑オイル供給装置にあっても、内部形状の複雑なシリンダヘッド内、特にその凹んだ部分などにオイルが停滞し易く、停滞したオイルの劣化が進行し、オイルの酸化生成物が凝集する等してスラッジが生成されるという問題があることから、特許文献１に開示の技術が提案されている。すなわち、この特許文献１には、複数の噴射ノズル部を有するオイル通路形成部材に、動弁機構に向かってオイルを噴射する第１噴射ノズル部と、シリンダヘッドに開口する凹み部分にオイルを供給する第２噴射ノズル部とを設けて、第２噴射ノズル部からオイルを供給することで、凹み部分にオイルが停滞することを防止してスラッジの発生を有効に抑制する技術が開示されている。

特開２００７−１９２０４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の技術では、第１噴射ノズル部と第２噴射ノズル部とから動弁機構及び凹み部分に対しそれぞれ、オイルを常時供給するようにしているので、供給するオイル量が増大する結果、大容量のオイルポンプを必要とすると同時に駆動負荷が増大するという問題や、噴射圧が低下してスラッジの除去を十分に行うことができないという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなされたもので、大容量のオイルポンプを必要とすることなく、スラッジの除去を容易に行うことのできる内燃機関の潤滑オイル供給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の本発明に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置は、シリンダヘッド内の動弁機構に向けてオイルを噴射して供給する第１のオイル供給手段と、シリンダヘッド内のスラッジ発生部位に向けてオイルを噴射して供給する第２のオイル供給手段と、少なくとも該第２のオイル供給手段からのオイル供給を間歇的に行うべく制御する間歇制御手段と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、シリンダヘッド内のスラッジ発生部位に向けてオイルを噴射して供給する第２のオイル供給手段からのオイル供給が少なくとも間歇的に行われる。したがって、スラッジ発生部位として、例えば、形状の複雑なシリンダヘッド内のオイルが停滞し易い凹み部分などに対して、その箇所でオイルを強制的に移動させるように第２のオイル供給手段からオイルが間歇的に噴射されることで、シリンダヘッド内の凹み部分にオイルが長期間停滞することが防止され、オイルの停滞による劣化、すなわち、スラッジの発生が抑制されると共に、発生したスラッジの除去が容易に行われる。同時に、少なくとも第２のオイル供給手段からはオイルが常時噴射供給されることがないので、その供給量が少なくて済み大容量のオイルポンプを必要とすることがない。

ここで、前記間歇制御手段は、オイル供給源からのオイル流路を、遮断又は前記第１のオイル供給手段と前記第２のオイル供給手段とのいずれか一方に切替える切替手段と、機関回転数に基づいて該切替手段を切替え制御する切替え制御手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、オイル供給源からのオイル流路を、遮断又は前記第１のオイル供給手段と前記第２のオイル供給手段とのいずれか一方に切替える切替手段が、切替え制御手段により機関回転数に基づいて切替え制御されるので、スラッジ発生部位に向けてのオイルの噴射が必要時にのみ行われ、オイルポンプの駆動負荷の低減を図ることができる。

また、前記切替え制御手段は、機関回転数が所定値以下の低速回転時において前記切替手段を前記第１のオイル供給手段側に切替えると共に、機関回転数が所定値を超える中・高速回転時においては、前記切替手段を前回前記第２のオイル供給手段側に切替えた後の所定時間経過後に当該第２のオイル供給手段側に切替え、それ以外はオイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替えることを特徴とする。

この構成によれば、シリンダヘッド内の動弁機構に向けてのオイル噴射が必須とされる機関回転数が所定値以下の低速回転時においては第１のオイル供給手段側に切替手段が切替えられ、機関回転数が所定値を超える中・高速回転時においては、該切替手段が前回に第２のオイル供給手段側に切替えた後の所定時間経過後に当該第２のオイル供給手段側に切替えられ、それ以外はオイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替えられる。したがって、機関回転数が所定値を超える中・高速回転時においては第１のオイル供給手段からの動弁機構に向けてのオイル噴射が停止され、第２のオイル供給手段からのスラッジ発生部位に向けてのオイルの噴射が確実に間歇的に行なわれるので、オイルポンプ容量の低減とスラッジ除去との両立を確実に図ることができる。

さらに、前記切替え制御手段は、機関回転数が所定値を超える中・高速回転時においてオイル温度が所定値を超えるときは、切替手段がオイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替えることを特徴とする。

この構成によれば、オイル温度が所定値を超えるときに懸念される油圧低下時に、オイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替手段が切替えられるので、不充分な状態でのスラッジ発生部位に向けてのオイルの噴射が防止される。

なお、前記スラッジ発生部位はオイル戻し穴であり、当該オイル戻し穴の下端にはスラッジを捕捉するフィルタが配置されていてもよい。

この構成によれば、スラッジが発生した場合でもフィルタにより捕捉できるので、オイルストレーナの詰まりを防止することができる。

さらに、前記フィルタはドレインプラグに一体に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、オイル交換時にスラッジを容易に機関外に排除できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置を示す概略構成図であり、内燃機関の潤滑系統全体の構成を模式的に示している。

まず、エンジン１０は、詳細は図示しないが、ヘッドカバー１１、シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３及びクランクケース１４を有しており、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３によって複数の気筒１５が形成されている。各気筒１５内にはピストン１６が収納されており、そのピストン１６にはクランクケース１４内のクランクシャフト１７がコネクティングロッド１８を介して連結されている。また、シリンダヘッド１２内には後述するようにカムを有するカムシャフトやロッカーアームで構成される動弁機構２０が収納されており、この動弁機構２０がクランクシャフト１７からの動力に基づいて駆動されるようになっている。

動弁機構２０は、気筒数に対応する複数対の吸気カム及び排気カムが所定の位相角度で設けられた吸気側及び排気側のカムシャフトと、カムシャフトと吸・排気弁との間に介在する複数対の吸気側のロッカーアーム及び排気側のロッカーアームとを有している。図１には、図示の簡略化を図るべく、これらのカム、カムシャフト及びロッカーアームについて、単に、代表的に吸気側の動弁機構２０のみを示し、以下においては、それぞれについて符号２１、２２及び２３を付して代表的に説明する。カムシャフト２２はシリンダヘッド１２に形成された複数のカムシャフトジャーナル２４に回動可能に支承される一方、ロッカーアーム２３はそれぞれシリンダヘッド１２の外壁部から離れた内端側で図示しない公知のラッシュアジャスタに揺動可能に支持されるとともに、外壁部に近い外端側で不図示の吸気弁のステムエンド部に係合し、中間部でカムシャフト２２の対応するカム２１に付勢されている。

また、クランクケース１４の下部にはオイルパン４１が設けられており、そこに潤滑用のオイルが貯留されている。そして、エンジン１０にはクランクシャフト１７により駆動される例えば歯車ポンプからなるオイルポンプ４２が設けられており、このオイルポンプ４２によりオイルパン４１からオイルストレーナ４７を通してオイルを汲み上げ、オイル通路１０１を介してエンジン１０の各潤滑部位に供給するように構成されている。

本実施形態では、オイルポンプ４２から供給されたオイルが、オイル通路１０１から分岐されシリンダブロック１３内に形成されたオイル通路１０２を通してクランクシャフト１７周りの各摺動部分の潤滑に供され、一部は更に不図示のオイルジェットを介して同じく不図示のピストンピン等にも供給されて、最終的にはオイルパン４１に流下する。そして、カムシャフト２２とカムシャフトジャーナル２４の回転摺動部を潤滑するオイルは、オイル通路１０１から分岐されシリンダヘッド１２内に形成されたオイル通路１０３を通して供給される。さらに、動弁機構２０のカム２１とロッカーアーム２３との摺動部に向けてオイルを噴射して供給する第１のオイル供給手段としてのオイルシャワーパイプ５０及びスラッジ発生部位に向けてオイルを噴射して供給する第２のオイル供給手段としてのオイルジェットノズル６０へのオイルは、オイル通路１０１の延長部に設けられたオイル通路１０４から、切替手段としての油路切替え弁（ＯＣＶ）７０を介して供給される。このＯＣＶ７０は、不図示の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からの指令信号によりその切替え動作が制御されるように構成されている。

なお、図１において、オイル通路１０１にはリリーフ弁方式の圧力調整弁４３が接続されるとともにオイルフィルタ４４が介挿されており、オイルフィルタ４４をバイパスするバイパス通路１０１ａが形成されている。また、このバイパス通路１０１ａにはリリーフ弁方式の逃がし弁４５が設けられている。オイルポンプ４２の吐出圧は圧力調整弁４３によってそのリリーフ設定圧以下に制限される。逃がし弁４５のリリーフ設定圧は圧力調整弁４３のそれよりも低圧であり、オイルフィルタ４４への供給圧が適正範囲を超えないように供給圧増加時に逃がし弁４５が開弁するようになっている。

オイルフィルタ４４は、公知のもので、エンジン１０内のオイル循環経路中において、オイル中に混入する不要な固形物、例えば摺動部からの金属磨耗粉やオイル劣化に伴う酸化生成物、燃料や潤滑油の不完全燃焼によるカーボン、オイル通路内に残留した切り粉や鋳砂等を回収するようになっている。

一方、オイルフィルタ４４を通過し、オイル通路１０１、オイル通路１０４及びＯＣＶ７０を介して供給されるオイルは、図１に示すように、シリンダヘッド１２の上部にカムシャフト２２よりも上方に位置するよう設置されたオイルシャワーパイプ５０を通して、動弁機構２０のカム２１とロッカーアーム２３との摺動ないしは係合部分に対して、例えばシャワー状に噴射・供給され、カム２１とロッカーアーム２３との摺動部位がそれぞれ十分に潤滑されるようになっている。このオイルシャワーパイプ５０には、動弁機構２０のカム２１を含むカムシャフト２２及びロッカーアーム２３に向かってオイルを噴射するべく複数の噴射ノズル部５１が形成されている。以下の説明において、ＯＣＶ７０からこのオイルシャワーパイプ５０に連通されるオイル通路を「油路Ｂ」と称する。

なお、オイルジェットノズル６０は、その噴射方向がシリンダヘッド１２のスラッジ発生部位６１に向けてオイルをジェット状に噴射するべく設定されており、本実施の形態では、図２にも拡大して示すように、シリンダヘッド１２に形成されたオイル戻し穴６２と逆方向とされている。そして、オイルジェットノズル６０の噴射方向の先にはスラッジ回収用の回収溝６４が設けられている。

ここで、このスラッジ発生部位としては、例えば、シリンダヘッド１２に形成された凹み部分であってもよく、凹み部分としては、例えば砂抜き穴プラグの凹み形状部、シリンダヘッド１２の内底面の特定の凹み形状部、シリンダヘッド１２の加工基準穴等のように、開口部より凹みの内底面が低い位置にある凹み部分であり、シリンダヘッド１２をシリンダブロック１３に締結する内六角穴ボルトの頭部若しくはその上方の密閉プラグのような装着部材の凹み形状部等も列挙することができるが、これらに限定されるものではない。なお、以下の説明において、ＯＣＶ７０からこのオイルジェットノズル６０に連通されるオイル通路を「油路Ａ」と称する。

次に、上記構成になる本発明の実施形態の動作及び制御の一例につき、図３のフローチャートに基づき説明する。本実施形態における内燃機関の潤滑オイル供給装置についての制御は機関の運転中において、所定の周期で実行される。

まず、上述のように構成された本実施形態の内燃機関の潤滑オイル供給装置では、エンジン１０の運転によりオイルポンプ４２から圧送されたオイルがオイル通路１０１を介してエンジン１０の各潤滑部位に供給される。具体的には、クランクシャフト１７周りの各摺動部分及びピストンピン等にはシリンダブロック１３内に形成されたオイル通路１０２を通して、カムシャフト２２とカムシャフトジャーナル２４の回転摺動部にはシリンダヘッド１２内に形成されたオイル通路１０３を通して潤滑オイルが常時供給される。さらに、動弁機構２０のカム２１とロッカーアーム２３との摺動部及びスラッジ発生部位６１に対しては、以下に説明するように、オイル通路１０１の延長部に設けられたオイル通路１０４から、ＯＣＶ７０を介して選択的に供給される。

そこで、制御がスタートすると、ＥＣＵはステップＳ３０１において、不図示のクランクポジションセンサからの検出信号に基づき取得されるエンジン回転数Ｎｅが、所定の基準回転数Ｎｓより高いか低いかを判定する。エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎｓより低い（ステップＳ３０１：Ｎｏ）ときはステップＳ３０２に進み、ＯＣＶ７０が上述の「油路Ｂ」に連通されるように切替えられる。

このＯＣＶ７０の「油路Ｂ」への切り替え状態においては、オイルポンプ４２から圧送されたオイルが第１のオイル供給手段としてのオイルシャワーパイプ５０に供給され、複数の噴射ノズル部５１から動弁機構２０のカム２１とロッカーアーム２３との摺動部に向かって噴射される。エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎｓより低い低速回転時においては、カムシャフト２２とカムシャフトジャーナル２４との摺動部からの漏洩飛沫油が少なく、カム２１とロッカーアーム２３との摺動部との十分な潤滑が必要であるからである。

一方、ステップＳ３０１においてエンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎｓより高い（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）ときはステップＳ３０３に進み、前回にＯＣＶ７０が第２のオイル供給手段としてのオイルジェットノズル６０側、すなわち油路Ａに切替えられた後の経過時間Ｄが所定時間Ｄｓを超えたか否か、及びオイル温度Ｔが所定温度Ｔｓより低いか否かが判定される。そして、前回ＯＣＶ７０がオイルジェットノズル６０側に切替えられた後の経過時間Ｄが所定時間Ｄｓを超えないか又はオイル温度Ｔが所定温度Ｔｓより高い（ステップＳ３０３：Ｎｏ）ときはステップＳ３０５に進み、ＯＣＶ７０がオイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替えられる。このＯＣＶ７０の「油路遮断」状態においては、オイルシャワーパイプ５０の複数の噴射ノズル部５１からの動弁機構に向けてのオイル噴射が停止されると共に、オイルジェットノズル６０からのスラッジ発生部位６１に向けてのオイルの噴射が停止される。

他方、前回ＯＣＶ７０がオイルジェットノズル６０側に切替えられた後の経過時間Ｄが所定時間Ｄｓを超えているとき及びオイル温度Ｔが所定温度Ｔｓより低い（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）ときはステップＳ３０４に進み、ＯＣＶ７０が上述の「油路Ａ」に連通されるように切替えられる。

このＯＣＶ７０の「油路Ａ」への切り替え状態においては、オイルポンプ４２から圧送されたオイルが第２のオイル供給手段としてのオイルジェットノズル６０に供給され、スラッジ発生部位６１に向けてのオイルの噴射が行なわれる。このように、第２のオイル供給手段としてのオイルジェットノズル６０からのスラッジ発生部位６１に向けてのオイルの噴射は、エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎｓより高い中・高速回転時において、ＯＣＶ７０が前回にオイルジェットノズル６０側に切替えた後の所定時間Ｄｓ経過後に行われ、それ以外は行われない、換言すると、間歇的に行われる。なお、この所定時間Ｄｓは、上述のフローチャートにおけるステップＳ３０４でのＯＣＶ７０の「油路Ａ」への切り替え時に起動されるタイマにより計測される経過時間Ｄと比較される。また、オイル温度Ｔは、オイル循環経路中の適宜箇所に設けられた不図示の温度センサにより計測されるか、エンジン冷却水温から推定するようにしてもよい。なお、本実施の形態で中・高速回転時においてオイル温度Ｔが所定温度Ｔｓ（例えば、１００℃）より高いときに、オイルジェットノズル６０からのスラッジ発生部位６１に向けてのオイルの噴射を停止するようにしたのは、オイル温度が高いときには油圧低下が生じる可能性があるので、これを避けるためである。

かくて、本実施の形態によれば、エンジン回転数が所定の基準回転数Ｎｓを超える中・高速回転時においては、オイルシャワーパイプ５０の複数の噴射ノズル部５１からの動弁機構に向けてのオイル噴射が停止され、オイルジェットノズル６０からのスラッジ発生部位６１に向けてのオイルの噴射が確実に間歇的に行なわれるので、オイルポンプ４２の容量の低減とスラッジ除去との両立を確実に図ることができる。

次に、本発明の他の実施形態につき図４を参照して説明する。なお、この他の実施形態は、上述の実施形態と全体構成がほぼ同様であり、スラッジ発生部位とそれにオイルを噴射するオイルジェットノズル６０の噴射方向が上述のものとは異なるのみである。従って、上述の実施形態と同一の構成又はそれに相当する部材については同一の符号を用いて詳細な説明を省略し、重複説明を回避する。

この他の実施形態においては、上述のスラッジ発生部位として、図４に示すように、シリンダヘッド１２に形成された上述のオイル戻し穴６２そのものとしている。そして、オイルジェットノズル６０の噴射方向をオイル戻し穴６２の軸線方向としている。この他の実施形態においても、オイル戻し穴６２に生じ得るスラッジを効率的に除去することができる。そして、シリンダブロック１３の下面のオイル戻し穴６２の出口にフィルタ６６が設けられている。このフィルタ６６はメッシュフィルタであり、オイルストレーナ４７のメッシュサイズより小さなメッシュサイズを有している。かくて、オイルストレーナ４７のメッシュサイズより大きなスラッジをこのフィルタ６６で確実に捕捉且つ捕集し、オイルストレーナ４７の詰まりを防止することができる。

さらに、上述の他の実施形態の変形例を図５に示す。この変形例では、上述のフィルタ６６に捕集されたスラッジの量が多すぎると、オイル戻し穴６２が塞がれて不具合の原因となるので、図５に示すように、このフィルタ６６をドレインプラグ６８と一体に形成したものである。このようにすれば、オイル交換時にドレインプラグ６８を外した際に、スラッジの捕集量の確認とそのエンジン外への排除が容易にできる。

本発明に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置を模式的に示す概略構成図である。 本発明に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置の要部構成を部分的に示す側面図である。 本発明に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置の制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る内燃機関の潤滑オイル供給装置の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
１１ ヘッドカバー
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ クランクケース
１５ 気筒
１６ ピストン
１７ クランクシャフト
２０ 動弁機構
２１ カム
２２ カムシャフト
２３ ロッカーアーム
２４ カムジャーナル
４１ オイルパン
４２ オイルポンプ
５０ オイルシャワーパイプ（第１オイル供給手段）
６０ オイルジェットノズル（第２オイル供給手段）
６１ スラッジ発生部位
６２ オイル戻し穴
６４ 回収溝
７０ ＯＣＶ（油路切替え弁）

Claims (6)

1. シリンダヘッド内の動弁機構に向けてオイルを噴射して供給する第１のオイル供給手段と、
   シリンダヘッド内のスラッジ発生部位に向けてオイルを噴射して供給する第２のオイル供給手段と、
   少なくとも該第２のオイル供給手段からのオイル供給を間歇的に行うべく制御する間歇制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の潤滑オイル供給装置。
2. 前記間歇制御手段は、オイル供給源からのオイル流路を、遮断又は前記第１のオイル供給手段と前記第２のオイル供給手段とのいずれか一方に切替える切替手段と、機関回転数に基づいて該切替手段を切替え制御する切替え制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の潤滑オイル供給装置。
3. 前記切替え制御手段は、機関回転数が所定値以下の低速回転時において前記切替手段を前記第１のオイル供給手段側に切替えると共に、機関回転数が所定値を超える中・高速回転時においては、前記切替手段を前回前記第２のオイル供給手段側に切替えた後の所定時間経過後に当該第２のオイル供給手段側に切替え、それ以外はオイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の潤滑オイル供給装置。
4. 前記切替え制御手段は、機関回転数が所定値を超える中・高速回転時においてオイル温度が所定値を超えるときは、切替手段がオイル供給源からのオイル流路を遮断すべく切替えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の潤滑オイル供給装置。
5. 前記スラッジ発生部位はオイル戻し穴であり、当該オイル戻し穴の下端にはスラッジを捕捉するフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の潤滑オイル供給装置。
6. 前記フィルタはドレインプラグに一体に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の潤滑オイル供給装置。

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