JP2009174422A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数のボデー部材の密着端面におけるシール性の向上と加工性とを両立させ、高機能で低コストな燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 先端に噴孔12を設けたノズルボデーB2内に、ニードル1を収容するシリンダ14と高圧燃料通路31および低圧燃料通路32を形成し、ボデー本体B1をリテーニングナットB3を用いて軸方向に連結して各ボデー部材B1、B2に形成される高圧燃料通路31を連通させる。衝合部には、ボデー部材B1、B2の外周縁部に環状シール溝S1となる面取りB21、B22を施してあり、ボデー部材B1、B2よりも軟質の金属材よりなる環状シール部材7を装填し、リテーニングナットB3の締付け力で衝合端面を面シールS2する同時に、シール部材7を圧縮変形させた外周シール部S3を形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 先端に噴孔12を設けたノズルボデーB2内に、ニードル1を収容するシリンダ14と高圧燃料通路31および低圧燃料通路32を形成し、ボデー本体B1をリテーニングナットB3を用いて軸方向に連結して各ボデー部材B1、B2に形成される高圧燃料通路31を連通させる。衝合部には、ボデー部材B1、B2の外周縁部に環状シール溝S1となる面取りB21、B22を施してあり、ボデー部材B1、B2よりも軟質の金属材よりなる環状シール部材7を装填し、リテーニングナットB3の締付け力で衝合端面を面シールS2する同時に、シール部材7を圧縮変形させた外周シール部S3を形成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置、例えばディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置に好適に用いられる燃料噴射弁に関する。
ディーゼルエンジンにおいて、各気筒に共通のコモンレールを設けて高圧燃料を蓄圧するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。コモンレールには燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定の噴射圧に制御され、所定のタイミングで各気筒のインジェクタを駆動して燃料を噴射している。コモンレール用のインジェクタは、一般に、アクチュエータで制御弁を駆動して制御室の圧力を増減し、ノズルニードルを昇降させて噴孔を開閉する構造を有する。
インジェクタボデーには、複数のボデー部材内を通過してコモンレールからの高圧燃料を制御室や噴孔に供給する高圧燃料通路が形成される。コモンレール圧は、例えば200MPa(瞬時最大約217MPa)と高圧であり、複数のボデー部材の密着端面において高圧燃料通路周りのシール性を確保することが必要となっている。その手法として、一般的には、インジェクタの各ボデー部材端面を平面に仕上げ加工しておき、これらを軸方向に重ねて、リテーニングナットによる軸力で密着させることにより面シールする方法が採用されている。
ところが、この方法ではシールする圧力が高くなるほど膨大な軸力な軸力が必要となり、端面の仕上げ精度の僅かな狂いにより微小なリークが発生する可能性が高い。また、搭載時にインジェクタを固定するためのブラケットや燃料配管による外力でインジェクタに歪が生じ、シール面の面圧が低下する、といった課題がある。そこで、複数のボデー部材の当接する2つの端面の一方を平坦な面とし、他方を凹所を有する面とした技術が知られている(例えば、特許文献1等)。実質的に残っている窪みのない面だけが密封面を形成するようにしたので、シール圧を確保しやすくなる。密封面から漏れ出る燃料は、凹所を有する面に燃料戻し通路を開口させることによって回収される。
欧州特許第1165961号明細書
また、特許文献2には、高圧燃料通路の連通部近傍に、この連通部を取り囲むようにリング状のシール溝を設けてリング状ガスケットを装填する技術が開示されている。高圧燃料通路の周囲にガスケットを配置することで、高圧燃料の外部漏れが抑制される。
特開2006−214394号公報
しかしながら、凹所を設ける従来のシール構造では、当接する端面の表面に凹所を加工する際の制約が大きい。特に、インジェクタを機能させる多くの燃料通路を避けて凹所を構成するためには、一部を非常に細くするか、または非常に複雑な形状に掘り下げなければならず、加工工数が増加してコストアップにつながるという問題がある。
この問題は、リング状ガスケットを用いる構造においても同様であり、シール溝やガスケットが微小であるため、所定位置に小径のシール溝を精度よく形成し、確実に組み付けるのは容易でない。さらに、近年は燃料噴射圧が高圧化していることから、高圧燃料通路の周囲に所定幅以上の密封面を確保して、シール性を向上させることが要求されるが、高圧燃料通路の外周のみシールする技術では、さらなる高圧化(例えば220MPa以上)に対応できず、あるいは、加工誤差や組み付けの不具合等が生じると、シール性が低下して外部漏れを発生させるおそれがある。
そこで、本発明は、複数のボデー部材の密着端面におけるシール性の向上と、加工性とを両立させ、高機能でしかも低コストな燃料噴射弁を提供することを目的とするものである。
請求項1の発明は、先端に噴孔を設けたボデー内に、ニードルを収容するシリンダと高圧燃料通路および低圧燃料通路を形成し、上記高圧燃料通路からの燃料を上記噴孔に供給する燃料噴射弁であって、
上記ボデーは、複数のボデー部材をナット部材を用いて軸方向に連結してなり、上記複数のボデー部材を端面で密着させることにより各ボデー部材に形成される上記高圧燃料通路を連通させるとともに、これらボデー部材の外周に螺合される上記ナット部材の締付け力で衝合端面を面シールし、かつ、
上記複数のボデー部材の衝合部において、各ボデー部材の外周縁部または側端部と上記ナット部材の内周面との間に環状シール溝を設けて、該シール溝に上記ボデー部材よりも軟質の金属材よりなる環状シール部材を装填し、上記ナット部材の締付け力で上記シール部材を圧縮変形させて外周シール部となしている。
上記ボデーは、複数のボデー部材をナット部材を用いて軸方向に連結してなり、上記複数のボデー部材を端面で密着させることにより各ボデー部材に形成される上記高圧燃料通路を連通させるとともに、これらボデー部材の外周に螺合される上記ナット部材の締付け力で衝合端面を面シールし、かつ、
上記複数のボデー部材の衝合部において、各ボデー部材の外周縁部または側端部と上記ナット部材の内周面との間に環状シール溝を設けて、該シール溝に上記ボデー部材よりも軟質の金属材よりなる環状シール部材を装填し、上記ナット部材の締付け力で上記シール部材を圧縮変形させて外周シール部となしている。
上記構成によれば、環状シール溝に配置した環状シール部材がナット部材の締付けにより潰れて、複数のボデー部材の端面を密着させたメタルシール部の外周側を高圧シールする。これにより、衝合部の面圧を高めてシール性を向上させ、外部への漏れを防止できるので、信頼性が大きく向上する。しかも、シール溝をボデー部材の外周縁部に設けたので、現状の構成部品形状を大きく変更することなく、加工や組み付けが容易であり、簡易な工程で信頼性の高いインジェクタIを製造することができる。
請求項2の発明では、上記複数のボデー部材の衝合部において、上記衝合端面の少なくとも一方に上記低圧燃料通路を開口させるとともに、該開口と上記シール溝を連通させるリーク溝を形成する。
好適には、ナット部材の締付け後に、シール溝と低圧燃料通路がをリーク溝を介して連通する構成とすると、微量の漏れが発生してもリーク溝から回収することができ、外部への漏れを防止することができる。この時、シール溝の内周側に環状の隙間が形成されるように、シール部材を装填すると、リーク燃料の回収が容易になる。
請求項3の発明では、上記複数のボデー部材の衝合部において、上記衝合端面の一方または両方の外周縁部に面取りを施して、上記シール溝となる空間部を形成する。
具体的には、ボデー部材の外周端縁部を面取りすることで、環状のシール溝を容易に加工することができる。
請求項4の発明では、上記複数のボデー部材の衝合部において、上記ボデー部材は、上記噴孔側に位置する一方が他方よりも小径に形成され、上記ナット部材は、これらボデー部材の外径に対応する段付部を有するとともに、該段付部と各ボデー部材の外周縁部または側端部にて囲まれる空間部を上記シール溝とする。
複数のボデー部材の外径が異なる場合には、ナット部材との間の空間がシール溝となるように、各部材の形状を設定することで、容易に外周シール部を形成することができる。
請求項5の発明では、上記外周シール部を、軸方向の複数箇所に形成する。
ボデー部材の衝合部を複数有する構成では、外周シール部を複数設けることで、シール性をさらに高めることができる。
以下、本発明をディーゼルエンジンのコモンレール式噴射システムに適用した第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、燃料噴射弁であるインジェクタIの主要部構成を示す図、図2はインジェクタIのボデー組み付け構造を説明する図で、詳細は後述する。まず、図3によりインジェクタIの全体構成を説明すると、インジェクタIは、ボデーを構成する複数のボデー部材として、略円筒状のボデー本体B1と、その下方に密接配置される逆凸形断面の筒状ノズルボデーB2を有している。これらボデー本体B1とノズルボデーB2は略同径で、外周にナット部材であるリテーニングナットB3を挿通して螺結することにより、油密に締付け固定される。インジェクタ1は、図示しないエンジンシリンダヘッドに取付けられており、ボデー本体B1の頭部に取付けられる電磁弁5によって駆動されて、燃料を噴射する。
ボデー本体B1の筒穴15には、コマンドピストン2が収容されている。ボデー本体B1の筒部には、軸方向(図の上下方向)に延びる2つの燃料通路が貫通形成され、一方を高圧燃料通路31、他方を低圧燃料通路32としている。燃料供給用の高圧燃料通路31は、ボデー本体B1の上側部(図の右側部)に突設した燃料導入管部33を介して、外部のコモンレール(図略)に接続される。燃料回収用の低圧燃料通路32は、ボデー本体B1の上側部(図の左側部)に突設した燃料導出管部34を介して外部の燃料タンク(図略)に連通している。コモンレールには、図略の燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定の噴射圧に制御されている。
ノズルボデーB2の筒内は、段付形状のニードル1が摺動自在に保持されるシリンダ14となっている。高圧燃料通路31の下端は、ノズルボデーB2内へ延び、ニードル1の段付部外周に設けた燃料溜まり11に連通している。ノズルボデーB2の先端部には、燃料を噴射するための噴孔12と、ニードル1が着座するノズルシート13が形成されており、ニードル1がノズルシート13から離座すると、噴孔12と燃料溜まり11とが連通する。この時、燃料溜まり11の高圧燃料は、ニードル1の小径下半部とノズルボデーB1内壁の間の環状隙間を通って噴孔12に供給される。
ボデー本体B1には、コマンドピストン2の上端側に制御室4が形成され、コマンドピストン2およびこれと一体的に連結されるニードル1に、閉弁方向の圧力を作用させている。ボデー本体B1の上端開口部には、制御室4に連通するインオリフィス41、アウトオリフィス42を構成するプレート部材P1とプレート部材P2が配設され、その上方から装着される電磁弁5との間に挟持されている。電磁弁5は、制御室4の圧力を増減するための制御弁として機能するもので、筒状のソレノイド51によって吸引駆動されるT字断面のアーマチャ6と、アウトオリフィス42を開閉するボール弁61を有している。アーマチャ6は、上端面がソレノイド51の下端面に対向し、ソレノイド51の筒内に収容されるリターンスプリング52によって下方に付勢されている。
アーマチャ6の下端部には半球状の凹部が形成され、該凹部内にボール弁61が保持されている。また、プレート部材P2には、アーマチャ6の下端部周りに、連通路62を介して低圧燃料通路32に連通する低圧室63が設けられる。アーマチャ6が下端位置にある時には、ボール弁61が低圧室63底面に開口するアウトオリフィス42を閉鎖し、低圧室63と制御室4の間が遮断される。制御室4は、インオリフィス41を介して高圧燃料通路31と常時連通するために、高圧となる。アーマチャ6がソレノイド51に吸引されて上方へ移動すると、制御室4内の高圧燃料がボール弁61を押し上げて低圧室63に流出する。
制御室4の圧力は、コマンドピストン2を介してその下方のニードル1に作用する。コマンドピストン2の下端部外周には、ニードル1を下方に付勢するリターンスプリング16が配設され、ボール弁61がアウトオリフィス42を閉鎖し、制御室4が高圧となっている時には、ニードル1は制御室4の圧力とスプリング16の付勢力によってノズルシート13に押し付けられている。ボール弁61がアウトオリフィス42を開放すると制御室4の圧力が降下し、閉弁方向に作用する力が開弁方向に作用する燃料溜まり11の燃料圧力を下回ると、ニードル1がノズルシート13から離座し、コマンドピストン2とともに上昇する。
ここで、図1、2により本発明の特徴部分について説明する。図1に拡大して示すように、高圧燃料通路31は、インジェクタIのボデーを構成する複数のボデー部材内に、連続的に形成される。本実施形態では、ボデー本体B1とノズルボデーB2とを密接させることにより、衝合端面であるボデー本体B1の下端面B11とノズルボデーB2の上端面B21において、外周部の対向位置にそれぞれ開口する高圧燃料通路31が接続され、コモンレールから噴孔12に至る一続きの通路となる。この時、ボデー本体B1の下端面B11中央部に開口する筒穴15と、ノズルボデーB2の上端面B21中央部に開口するシリンダ14も連通する。なお、低圧燃料通路32は、ボデー本体B1にのみ形成され、その下端面B11外周部に開口している。
ボデー本体B1とノズルボデーB2の衝合部は、前述した搭載歪の影響を受けやすい部位であり、燃料漏れが起こると、外部への漏れが生じる可能性がある。このため、ボデー本体B1の下端面B11とノズルボデーB2の上端面B21との衝合部(図中に、高圧シール部Sとして示す)を確実にシールすることが重要となる。そこで本発明では、ボデー本体B1とノズルボデーB2の衝合端面をリテーニングナットB3の軸力によって密着させて面シールするとともに、その外周側に環状シール溝S1を形成し、ここに環状シール部材7を油密に装着して外周シール部S3としている。
具体的には、図2(a)、(b)に示すように、ボデー本体B1の下端面B11に外周縁部の全周に渡って面取りB12を施す一方、対向するノズルボデーB2の上端面B21にも外周縁部の全周に渡って面取りB22を施して、これら面取り部とリテーニングナットB3とで囲まれる略三角形断面形状の空間を環状シール溝S1とする。シール部材7は、ボデー本体B1およびノズルボデーB2の構成材よりも軟質の金属材からなり、例えば、シール溝S1と外径が略同じで、径方向の厚さがシール溝S1の幅よりも僅かに小さい、所定の矩形断面形状に成形されている。シール部材7の軸方向の高さは、ボデー本体B1とノズルボデーB2の衝合面を密着させた時のシール溝S1の最大高さと略同じとしてある。なお、通常のボデー部材の製造工程において仕上げ加工として施される面取りが、シール溝S1に適当な形状であれば、そのまま使用することもできる。
また、ノズルボデーB2の上端面B21には、外周縁部のシール溝S1から中央部のシリンダ14に至るリーク溝8が形成される。このリーク溝8は、ほぼ半径に相当する長さの浅い溝で、ボデー本体B1の下端面に開口する低圧燃料通路32の開口部と対向するように配置され、シール溝S1およびシリンダ14に漏れ出る燃料を、低圧燃料通路32に回収することができる。なお、本実施形態では、ノズルボデーB2側にリーク溝8を設けているが、ボデー本体B1側に形成することもできる。
図2(a)は、リテーニングナットB3を締付ける前の状態を示すもので、ボデー本体B1の下端面とノズルボデーB2の上端面とが、シール部材7を介して対向している。矩形断面形状のシール部材7は、両外周縁部の面取りB12と面取りB22の間に隙間を有して位置し、ボデー本体B1の下端面とノズルボデーB2の上端面の間には、シール部材7の高さに応じた隙間が形成されている。この状態から、リテーニングナットB3を締付けると、ボデー本体B1の下降とともに(図中、矢印)、軟質の金属材からなるシール部材7が潰され、ボデー本体B1の下端面B11とノズルボデーB2の上端面B21とが密着する。
図2(b)は、リテーニングナットB3を締付けた後の状態を示し、ボデー本体B1の下端面とノズルボデーB2の上端面とがリテーニングナットB3の与える軸力によりメタルシールされた面シール部S2を構成する。面シール部S2の外周には、リテーニングナットB3の内周面とボデー本体B1およびノズルボデーB2の面取りB12、B22との間に、略三角形断面のシール溝S1が形成され、このシール溝S1形状に合わせてシール部材7が圧縮変形することにより、外周シール部S3を構成している。シール部材7は、リテーニングナットB3の内周面と面取りB12、B22の外周端縁部との間に挟持され、シール溝S1の外周側を隙間なく埋めて外部漏れを防止する。一方、シール溝S1の内周側には環状隙間71が形成され、一端が接続されるリーク溝8を介して低圧燃料通路32にリーク燃料を回収可能としている。
本実施形態の構成によれば、面シール部S2がシール溝S1の内側に形成され、ボデー本体B1とノズルボデーB2の当接面積が従来より縮小されるので、密着面の圧力をより高めることができる。また、面シール部S2の外側では、シール溝S1に充填されたシール部材7がシール性をさらに高めており、さらに、シール部材7の内側に形成される環状隙間71により、面シール部S2に微小な漏れが発生しても、環状隙間71からリーク溝8を経由して低圧燃料通路32へ戻すことができる。このため、インジェクタIの外部への漏れを確実に防止することができ、信頼性を大きく向上させる。しかも、シール溝S1は、ボデー部材の外周縁部を面取りすることで容易に形成でき、ボデー本体B1およびノズルボデーB2の端面において、高圧燃料通路31の周囲に、他の燃料通路やシリンダ等を避けて小径の溝加工を施し、さらに小径のガスケットを嵌着するといった手間が不要となる。よって、簡易な工程で信頼性の高いインジェクタIを製造することができる。
図4に本発明の第2〜4の実施形態を示す。シール溝S1およびシール部材7の形状、配置等は、上記実施形態の構成に限らず、複数のボデー部材の密着面外周部の形状に合わせて適宜設定することができる。図4(a)に示す第2の実施形態では、ノズルボデーB2の外径がボデー本体B1よりも小さい場合で、外周のリテーニングナットB3は、これら外径に応じた段付形状となっている。この形状では、シール溝S1を形成するためにボデー部材に面取りを施す必要は必ずしもなく、リテーニングナットB3の段付部の位置を調整することで、ボデー本体B1の外周縁部とノズルボデーB2の外周端側面部との間に、シール溝S1となる空間部を形成する。シール部材7は、形成されたシール溝S1に合わせた所定の形状に成形され、締付け後にシール溝S1の内周面に密着して外周シール部S3を構成し、確実に漏れを防止できるように、幅、高さ等を調整するとよい。
図4(b)に示す第3の実施形態では、ノズルボデーB2とボデー本体B1の間に、プレート状のボデー部材B4が介設された構成で、ボデー部材B4を貫通する高圧燃料通路31が、ノズルボデーB2とボデー本体B1に形成された高圧燃料通路31を接続している。ボデー本体B1とボデー部材B4は略同径で、ノズルボデーB2は、これらより小径としてある。本実施形態では、ボデー本体B1とボデー部材B4の外周縁部に面取りを施して、上記第1の実施形態と同様のシール溝S1を形成し、シール部材7を装填して、リテーニングナットB3の締付け力により外周シール部S3を形成している。このように、リテーニングナットB3の開口により近いボデー本体B1とボデー部材B4の間に本発明のシール構造を適用することで、外部漏れを防止する効果を得ることができる。
図4(c)に示す第4の実施形態では、第3の実施形態と同様、ノズルボデーB2とボデー本体B1の間に、プレート状のボデー部材B4が介設された構成で、ボデー部材B4を貫通する高圧燃料通路31が、ノズルボデーB2とボデー本体B1に形成された高圧燃料通路31を接続している。ボデー本体B1とボデー部材B4は略同径で、ノズルボデーB2は、これらより小径としてある。本実施形態では、ボデー本体B1とボデー部材B4の外周縁部に、上記第1の実施形態と同様のシール溝S1を形成し、シール部材7を装填するとともに、ボデー部材B4の外周縁部とノズルボデーB2の外周端側縁部、およびリテーニングナットB3の段付部との間にシール溝S1を形成し、シール部材7を装填する。そして、リテーニングナットB3の締付け力により上下2箇所に外周シール部S3を形成する。このように、軸方向の複数箇所に外周シール部S3を設けることで、外部漏れを防止する効果を高めることができる。
上記実施形態では、燃料溜まり11に至る高圧燃料通路31を構成するボデー部材に本発明のシール構造を適用し、燃料漏れを抑制する例を示したが、インジェクタIの他の部位においても、複数のボデー部材の密着面に高圧燃料通路31が開口する構成であれば、本発明の構成を適用することで同様の効果が得られる。
上記実施形態において、シール溝S1の形状や径方向の幅、深さ、シール部材の幅、高さ等は、必要な面圧や加工時の作業性等を考慮して所望の作用効果が得られるように、適宜設定することができる。
上記実施形態では、駆動部にソレノイドを有する電磁弁5を用いたが、これに限るものではなく、ピエゾアクチュエータを用いた構成とすることもできる。その他、制御弁構造や噴射ノズル部その他の構成を変更することももちろんできる。
I インジェクタ(燃料噴射弁)
B1 ボデー本体(ボデー部材)
B2 ノズルボデー(ボデー部材)
B3 リテーニングナット(ナット部材)
B4 ボデー部材
S 高圧シール部
S1 シール溝
S2 面シール部
S3 外周シール部
1 ニードル
11 燃料溜まり
12 噴孔
13 ノズルシート
14 シリンダ
15 筒穴
16 スプリング
2 コマンドピストン
31 高圧燃料通路
32 低圧燃料通路
4 制御室
41 インオリフィス
42 アウトオリフィス
5 電磁弁
51 ソレノイド
6 アーマチャ
61 ボール弁
62 連通路
63 低圧室
7 シール部材
71 環状隙間
B1 ボデー本体(ボデー部材)
B2 ノズルボデー(ボデー部材)
B3 リテーニングナット(ナット部材)
B4 ボデー部材
S 高圧シール部
S1 シール溝
S2 面シール部
S3 外周シール部
1 ニードル
11 燃料溜まり
12 噴孔
13 ノズルシート
14 シリンダ
15 筒穴
16 スプリング
2 コマンドピストン
31 高圧燃料通路
32 低圧燃料通路
4 制御室
41 インオリフィス
42 アウトオリフィス
5 電磁弁
51 ソレノイド
6 アーマチャ
61 ボール弁
62 連通路
63 低圧室
7 シール部材
71 環状隙間
Claims (5)
- 先端に噴孔を設けたボデー内に、ニードルを収容するシリンダと高圧燃料通路および低圧燃料通路を形成し、上記高圧燃料通路からの燃料を上記噴孔に供給する燃料噴射弁であって、
上記ボデーは、複数のボデー部材をナット部材を用いて軸方向に連結してなり、上記複数のボデー部材を端面で密着させることにより各ボデー部材に形成される上記高圧燃料通路を連通させるとともに、これらボデー部材の外周に螺合される上記ナット部材の締付け力で衝合端面を面シールし、かつ、
上記複数のボデー部材の衝合部において、各ボデー部材の外周縁部または側端部と上記ナット部材の内周面との間に環状シール溝を設けて、該シール溝に上記ボデー部材よりも軟質の金属材よりなる環状シール部材を装填し、上記ナット部材の締付け力で上記シール部材を圧縮変形させて外周シール部となしたことを特徴とする燃料噴射弁。 - 上記複数のボデー部材の衝合部において、上記衝合端面の少なくとも一方に上記低圧燃料通路を開口させるとともに、該開口と上記シール溝を連通させるリーク溝を形成した請求項1記載の燃料噴射弁。
- 上記複数のボデー部材の衝合部において、上記衝合端面の一方または両方の外周縁部に面取りを施して、上記シール溝となる空間部を形成した請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
- 上記複数のボデー部材の衝合部において、上記ボデー部材は、上記噴孔側に位置する一方が他方よりも小径に形成され、上記ナット部材は、これらボデー部材の外径に対応する段付部を有するとともに、該段付部と各ボデー部材の外周縁部または側端部にて囲まれる空間部を上記シール溝とした請求項1ないし3のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
- 上記外周シール部を、軸方向の複数箇所に有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
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---|---|---|---|
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