JP2009228644A - Exhaust emission control system and method therof - Google Patents
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Description
この発明は、エンジンから排出される排ガスの浄化を制御する装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for controlling purification of exhaust gas discharged from an engine.
従来の排ガス浄化制御装置は、メイン通路に設けられたメイン触媒コンテナの温度をセンサで実測し、その測定温度に基づいて排ガスが流れる経路を変更していた(特許文献1参照)。
しかし、前述した従来装置は、触媒コンテナの温度を実測している。排ガス温度はエンジンの運転状態によって急激にかつ大きく変動するが、触媒コンテナの温度は排ガス温度に比べて緩慢にかつ小さく変動する。したがって、触媒コンテナの実測温度に基づいて排ガスが流れる経路を変更しても制御精度に劣る。 However, the above-described conventional apparatus measures the temperature of the catalyst container. The exhaust gas temperature varies rapidly and greatly depending on the operating state of the engine, but the temperature of the catalyst container varies more slowly and smaller than the exhaust gas temperature. Therefore, even if the path through which the exhaust gas flows is changed based on the measured temperature of the catalyst container, the control accuracy is poor.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、精度よく排ガスの通流経路を制御することができ、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化することができる排ガス浄化制御装置及び排ガス浄化制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and can control the exhaust gas flow path with high accuracy, and can efficiently purify the exhaust gas immediately after the engine is started. An object is to provide a control device and an exhaust gas purification control method.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、メイン通路(20)に設けられたメイン触媒(21)と、前記メイン触媒(21)の上流のメイン通路(20)から一旦分岐し、メイン触媒(21)の上流のメイン通路(20)に再度合流するバイパス通路(30)と、前記バイパス通路(30)に設けられたバイパス通路触媒(31)と、前記メイン通路(20)であって前記バイパス通路(30)が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路(30)が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路(20)を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁(40)と、エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定手段(ステップS2,S3,S5)と、推定した排ガス温度に基づいて前記流量制御弁(40)を開閉制御する弁制御手段(ステップS8,S9)と、を有することを特徴とする。 In the present invention, the main catalyst (21) provided in the main passage (20) and the main passage (20) upstream of the main catalyst (21) are once branched, and the main passage (upstream of the main catalyst (21)) ( 20), a bypass passage (30) rejoining, a bypass passage catalyst (31) provided in the bypass passage (30), and a portion of the main passage (20) where the bypass passage (30) branches. A flow rate control valve (40) provided downstream of the bypass passage (30) and upstream of a portion where the bypass passage (30) merges, and capable of adjusting the amount of exhaust gas flowing through the main passage (20), and exhaust gas based on engine operating conditions Gas temperature estimating means (steps S2, S3, S5) for estimating the temperature, and valve control means (steps S8, S9) for opening / closing the flow rate control valve (40) based on the estimated exhaust gas temperature. It is characterized by.
本発明によれば、エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定し、その推定した排ガス温度に基づいて流量制御弁を開閉制御するようにした。このようにしたので、触媒の活性化度合に応じて精度よく流量制御弁を制御でき、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化可能である。またメインガス温度が触媒活性化温度を下回ってから所定時間の経過を待って流量制御弁を閉弁するようにすれば、流量制御弁がエンジンの運転状態変化に過敏に反応して開閉することを防止できる。また特に閉弁状態から開弁状態に移行するときにはそのような待ち時間を設けなければ、メイン触媒の活性後すぐにメイン触媒で排ガスが浄化されるので、効率よく排ガスを浄化できる。バイパス通路触媒の熱劣化が生じうる条件のときもすぐに流量制御弁が開弁すれば、バイパス通路触媒への高温ガスの流入を確実に防止でき、バイパス通路触媒を熱劣化させない。 According to the present invention, the exhaust gas temperature is estimated based on the engine operating state, and the flow control valve is controlled to open and close based on the estimated exhaust gas temperature. Since it did in this way, a flow control valve can be controlled accurately according to the degree of activation of a catalyst, and exhaust gas can be purified efficiently immediately after engine starting. If the flow control valve is closed after a lapse of a predetermined time after the main gas temperature falls below the catalyst activation temperature, the flow control valve will open and close in response to changes in the operating state of the engine. Can be prevented. In addition, particularly when shifting from the valve closing state to the valve opening state, if such a waiting time is not provided, the exhaust gas is purified by the main catalyst immediately after the activation of the main catalyst, so that the exhaust gas can be efficiently purified. If the flow rate control valve is opened immediately even under conditions that can cause thermal deterioration of the bypass passage catalyst, the flow of high-temperature gas into the bypass passage catalyst can be reliably prevented, and the bypass passage catalyst is not thermally deteriorated.
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒の活性特性を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the activity characteristics of an exhaust gas purification catalyst used in an exhaust gas purification control apparatus according to the present invention.
はじめに本発明の理解を容易にするために、基本的な技術思想について説明する。 First, in order to facilitate understanding of the present invention, a basic technical idea will be described.
排ガスを浄化する排ガス浄化触媒は、排ガス温度が低いと不活性状態であり、排ガス浄化性能を発揮できない。たとえば本実施形態の排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒は、図1に示すように、排ガス温度が260℃程度を越えると窒素酸化物NOx及び一酸化炭素COの転換率がほぼ100%になる。そして排ガス温度が380℃程度を越えると炭化水素HCの転換率がほぼ100%になって排ガス浄化性能を発揮するようになる。このように排ガス浄化触媒は排ガス温度がほぼ400℃以上であるときに排ガス浄化性能を発揮するようになる。排ガス温度が200℃程度以下ではほとんど排ガスを浄化しない。 An exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas is inactive when the exhaust gas temperature is low, and cannot exhibit exhaust gas purification performance. For example, in the exhaust gas purification catalyst used in the exhaust gas purification control apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 1, when the exhaust gas temperature exceeds about 260 ° C., the conversion rate of nitrogen oxides NOx and carbon monoxide CO is almost 100%. Become. When the exhaust gas temperature exceeds about 380 ° C., the conversion rate of hydrocarbon HC becomes almost 100% and the exhaust gas purification performance is exhibited. Thus, the exhaust gas purification catalyst exhibits exhaust gas purification performance when the exhaust gas temperature is approximately 400 ° C. or higher. When the exhaust gas temperature is about 200 ° C. or less, the exhaust gas is hardly purified.
図2は、本発明による排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒の熱劣化特性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the thermal deterioration characteristics of the exhaust gas purification catalyst used in the exhaust gas purification control apparatus according to the present invention.
しかしながら、排ガス温度が高すぎると熱劣化してしまう。たとえば温度850℃の排ガスに曝され続けた場合には、経過時間34時間程度でT50温度(転換率50%の温度)が280℃になる。経過時間58時間程度でT50温度が290℃になる。経過時間83時間程度でT50温度が300℃になる。経過時間105時間程度でT50温度が310℃になる。 However, if the exhaust gas temperature is too high, heat deterioration will occur. For example, when it continues to be exposed to exhaust gas having a temperature of 850 ° C., the T50 temperature (temperature at a conversion rate of 50%) becomes 280 ° C. after an elapsed time of about 34 hours. The T50 temperature becomes 290 ° C. after an elapsed time of about 58 hours. The T50 temperature becomes 300 ° C. after an elapsed time of about 83 hours. The T50 temperature becomes 310 ° C. after an elapsed time of about 105 hours.
また別の見方をすると、温度740℃の排ガスに250時間以上の長時間にわたって曝され続けると、T50温度が300℃にサーチュレートするのである。 From another viewpoint, the T50 temperature is saturated to 300 ° C. when exposed to an exhaust gas having a temperature of 740 ° C. for 250 hours or longer.
このように高温の排ガスに曝されている時間が長くなるほど、触媒の性能が劣化してくるのである。 As the time of exposure to the high temperature exhaust gas becomes longer, the performance of the catalyst deteriorates.
本件発明者らは、このような知見に基づき、エンジンから離れて大容量化可能なメイン触媒と、エンジンに近く大容量化の困難なバイパス通路触媒とを設けるようにした。そして、触媒を通流する排ガス温度に応じて排ガスをメイン触媒に流したりバイパス通路触媒に流したりすることで、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化するようにしたのである。以下ではこのような技術思想を実現する具体的な構造について説明する。 Based on such knowledge, the inventors of the present invention have provided a main catalyst that can be increased in capacity apart from the engine and a bypass passage catalyst that is close to the engine and difficult to increase in capacity. The exhaust gas is efficiently purified immediately after the engine is started by flowing the exhaust gas to the main catalyst or the bypass passage catalyst according to the exhaust gas temperature flowing through the catalyst. Below, the concrete structure which implement | achieves such a technical idea is demonstrated.
図3は、本発明による排ガス浄化制御装置の一実施形態を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the exhaust gas purification control apparatus according to the present invention.
排ガス浄化制御装置1は、排ガスメイン通路20と、メイン触媒21と、バイパス通路30と、バイパス通路触媒31と、流量制御弁40と、を有する。
The exhaust gas purification control device 1 includes an exhaust gas
メイン触媒21は、排ガスメイン通路20に設けられる。メイン触媒21は、エンジン10から離れて配置される。エンジン10から離れているので、周辺部品との干渉がなく、大容量化可能である。
The
バイパス通路30は、メイン触媒21の上流の排ガスメイン通路20から一旦分岐し、メイン触媒21の上流の排ガスメイン通路20に再度合流する。
The
バイパス通路触媒31は、バイパス通路30に設けられる。バイパス通路触媒31は、エンジンルーム内に配置される。エンジンルーム内に配置されるので、周辺部品と接近しており小形である。
The
流量制御弁40は、排ガスメイン通路20であってバイパス通路30が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路30が合流する部分よりも上流に設けられる。流量制御弁40はたとえばバタフライ弁である。なお図3では、流量制御弁40を収装するハウジングのみを図示し、弁自体は図示を省略する。流量制御弁40は、開度を変更して排ガスメイン通路20を通流する排ガス量を調整可能である。流量制御弁40が開弁していると、排ガスは排ガスメイン通路20を通流し、バイパス通路30にはほとんど流れない。流量制御弁40が閉弁すると、排ガスは排ガスメイン通路20を通流できずバイパス通路30に流れる。
The
図4は、発明による排ガス浄化制御装置の制御ロジックのフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart of the control logic of the exhaust gas purification control apparatus according to the invention.
コントローラはエンジン始動指令を受けたら以下の処理を微小時間(たとえば10ミリ秒)ごとに繰り返し実行する。 When receiving the engine start command, the controller repeatedly executes the following processing every minute time (for example, 10 milliseconds).
ステップS1においてコントローラは、加速度が小さいか否かを判定する。加速度が小さければステップS2へ処理を移行し、そうでなければステップS9へ処理を移行する。 In step S1, the controller determines whether or not the acceleration is small. If the acceleration is small, the process proceeds to step S2, and if not, the process proceeds to step S9.
ステップS2においてコントローラは、エンジン運転状態(エンジン回転速度,燃料噴射パルス幅,スロットル開度)に基づいてエンジンから流出する排ガスの温度を推定する。具体的には、あらかじめROMにエンジン運転状態と排ガス温度との特性マップを格納しておけばよい。 In step S2, the controller estimates the temperature of the exhaust gas flowing out from the engine based on the engine operating state (engine speed, fuel injection pulse width, throttle opening). Specifically, a characteristic map between the engine operating state and the exhaust gas temperature may be stored in advance in the ROM.
ステップS3においてコントローラは、さらに外気温を考慮してメイン触媒21に流入する排ガス温度tmを推定する。具体的には、あらかじめROMに特性マップを格納しておけばよい。
In step S3, the controller further estimates the exhaust gas temperature tm flowing into the
ステップS4においてコントローラは、排ガス温度tmが触媒活性化温度taよりも低いか否かを判定する。低ければステップS5へ処理を移行し、そうでなければステップS9へ処理を移行する。触媒活性化温度taは図1のような実験結果に基づいて触媒特性に応じてあらかじめ設定しておく。 In step S4, the controller determines whether or not the exhaust gas temperature tm is lower than the catalyst activation temperature ta. If so, the process proceeds to step S5; otherwise, the process proceeds to step S9. The catalyst activation temperature ta is set in advance according to the catalyst characteristics based on the experimental results as shown in FIG.
ステップS5においてコントローラは、外気温を考慮してバイパス通路触媒31に流入する排ガス温度tbを推定する。具体的には、あらかじめROMに特性マップを格納しておけばよい。
In step S5, the controller estimates the exhaust gas temperature tb flowing into the
ステップS6においてコントローラは、排ガス温度tbが触媒劣化温度tdよりも低いか否かを判定する。低ければステップS7へ処理を移行し、高ければステップS9へ処理を移行する。触媒劣化温度tdは、図2のような実験結果に基づいて要求性能(すなわち特性がサーチュレートしたときのT50温度が何度まで許容できるか、といった耐久性能)に応じてあらかじめ設定しておく。 In step S6, the controller determines whether or not the exhaust gas temperature tb is lower than the catalyst deterioration temperature td. If it is low, the process proceeds to step S7, and if it is high, the process proceeds to step S9. The catalyst deterioration temperature td is set in advance according to the required performance (that is, the endurance performance such as the maximum allowable T50 temperature when the characteristics are saturating) based on the experimental results as shown in FIG.
ステップS7においてコントローラは、ディレイタイマがゼロであるか否かを判定する。ゼロであればステップS8へ処理を移行し、ゼロでなければステップS11へ処理を移行する。なおディレイタイマの初期値はゼロである。 In step S7, the controller determines whether or not the delay timer is zero. If zero, the process proceeds to step S8, and if not zero, the process proceeds to step S11. The initial value of the delay timer is zero.
ステップS8においてコントローラは、流量制御弁40を閉弁する。
In step S8, the controller closes the
ステップS9においてコントローラは、流量制御弁40を開弁する。
In step S9, the controller opens the
ステップS10においてコントローラは、ディレイタイマをセットする。 In step S10, the controller sets a delay timer.
ステップS11においてコントローラは、ディレイタイマをデクリメントする。 In step S11, the controller decrements the delay timer.
図5は、発明による排ガス浄化制御装置を実行したときの排ガスの流れを示す模式図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the flow of exhaust gas when the exhaust gas purification control apparatus according to the invention is executed.
エンジン始動直後は、車両の加速度が小さく、排ガス温度が低い。またディレイタイマの初期値はゼロである。このとき、ステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S8と処理が繰り返され、流量制御弁40が閉弁する。すると排ガスは、図5(A)に示すようにバイパス通路30→バイパス通路触媒31を流れる。バイパス通路触媒31はメイン触媒21よりもエンジン10の近くに配置されているので、メイン触媒21よりも早期に活性化しエンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化可能である。
Immediately after starting the engine, the acceleration of the vehicle is small and the exhaust gas temperature is low. The initial value of the delay timer is zero. At this time, steps S1 → S2 → S3 → S4 → S5 → S6 → S7 → S8 are repeated and the
エンジンが暖機され排ガス温度が上がってきて排ガス温度tmが触媒活性化温度taよりも高くなったら、ステップS4→S9と処理が流れ、流量制御弁40が開弁する。すると排ガスは、図5(B)に示すように排ガスメイン通路20を通流し、排ガスがメイン触媒21で浄化されるようになる。また排ガス温度tmが触媒活性化温度taよりも低くても、排ガス温度tbが触媒劣化温度tdを越えたら、ステップS6→S9と処理が流れ、流量制御弁40が開弁する。すると排ガスは、図5(B)に示すようにバイパス通路30にはほとんど流れなくなり、バイパス通路触媒31の熱劣化が防止される。そしてステップS10でディレイタイマがセットされる。
When the engine is warmed up and the exhaust gas temperature rises and the exhaust gas temperature tm becomes higher than the catalyst activation temperature ta, the process flows from step S4 to S9, and the
またアクセルペダルが踏み込まれ車両の加速度が大きくなっても、ステップS1→S9と処理が流れ、流量制御弁40が開弁する。
Even when the accelerator pedal is depressed and the acceleration of the vehicle increases, the process proceeds from step S1 to S9, and the
次サイクル以降で、減速状態やアイドル状態になって排ガス温度が低下したら、再びステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S7と処理が流れる。ディレイタイマがゼロになるまではステップS7→S11と処理が流れ、すなわちステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S11と処理が繰り返される。そしてディレイタイマがゼロになったらステップS7→S8と処理が流れ、流量制御弁40が閉弁し図5(A)に示す状態になる。ディレイタイマがゼロになるまでに運転状態が変われば、ステップS1→S9又はステップS4→S9又はステップS6→S9と処理が流れ、流量制御弁40は閉弁状態(図5(A)の状態)にならずに、開弁状態(図5(B)の状態)が継続する。
After the next cycle, when the exhaust gas temperature decreases due to the deceleration state or the idle state, the process flows again through steps S1, S2, S3, S4, S5, S6, and S7. Until the delay timer becomes zero, the process proceeds from step S7 to S11. That is, the process is repeated from step S1 to S2 to S3 to S4 to S5 to S6 to S7 to S11. When the delay timer becomes zero, the process proceeds from step S7 to S8, the
本実施形態によれば、所定の運転状態が一定時間経過するのを待って流量制御弁40を開弁状態から閉弁状態に移行するようにした。このようにしたので、流量制御弁40がエンジンの運転状態変化に過敏に反応して開閉することを防止できる。また特に開弁状態から閉弁状態に移行するときにディレイタイマを作動させ、閉弁状態から開弁状態に移行するときにはディレイタイマを作動させない。このようにしたので、またメイン触媒21が活性化したらすぐに流量制御弁40が開弁し、メイン触媒21で排ガスが浄化されるので、効率よく排ガスを浄化できる。またバイパス通路触媒31の熱劣化が生じうる条件のときには、迅速に流量制御弁40が開弁するので、バイパス通路触媒31への高温ガスの流入を確実に防止でき、バイパス通路触媒31を熱劣化させないのである。
According to the present embodiment, the flow
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。 Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are also included in the technical scope of the present invention.
1 排ガス浄化制御装置
10 エンジン
20 排ガスメイン通路
21 メイン触媒
30 バイパス通路
31 バイパス通路触媒
40 流量制御弁
ステップS2,S3,S5 ガス温推定手段/ガス温推定工程
ステップS8,S9 弁制御手段/弁制御工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas
Claims (7)
前記メイン触媒の上流のメイン通路から一旦分岐し、メイン触媒の上流のメイン通路に再度合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたバイパス通路触媒と、
前記メイン通路であって前記バイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁と、
エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定手段と、
推定した排ガス温度に基づいて前記流量制御弁を開閉制御する弁制御手段と、
を有する排ガス浄化制御装置。 A main catalyst provided in the main passage;
A bypass passage that once branches from the main passage upstream of the main catalyst and rejoins the main passage upstream of the main catalyst;
A bypass passage catalyst provided in the bypass passage;
A flow rate control valve that is provided downstream of a portion where the bypass passage branches and upstream of a portion where the bypass passage merges, and is capable of adjusting the amount of exhaust gas flowing through the main passage;
Gas temperature estimating means for estimating the exhaust gas temperature based on the engine operating state;
Valve control means for controlling the opening and closing of the flow rate control valve based on the estimated exhaust gas temperature;
An exhaust gas purification control device.
前記弁制御手段は、前記メインガス温度が触媒活性化温度よりも高いときには前記流量制御弁を開弁し、低いときには前記流量制御弁を閉弁する、
ことを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化制御装置。 The gas temperature estimating means estimates a main gas temperature flowing through the main catalyst,
The valve control means opens the flow control valve when the main gas temperature is higher than the catalyst activation temperature, and closes the flow control valve when the temperature is low.
The exhaust gas purification control apparatus according to claim 1.
前記弁制御手段は、前記バイパスガス温度が前記バイパス通路触媒の熱劣化温度よりも高いときには前記流量制御弁を開弁し、低いときには前記流量制御弁を閉弁する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排ガス浄化制御装置。 The gas temperature estimating means estimates a bypass gas temperature flowing through the bypass passage catalyst;
The valve control means opens the flow control valve when the bypass gas temperature is higher than the heat deterioration temperature of the bypass passage catalyst, and closes the flow control valve when the temperature is low.
The exhaust gas purification control apparatus according to claim 1 or 2, characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の排ガス浄化制御装置。 The valve control means opens the flow control valve when the acceleration of the vehicle is relatively large, and closes the flow control valve when the vehicle acceleration is relatively small.
The exhaust gas purification control apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の排ガス浄化制御装置。 The valve control means closes the flow control valve after the valve closing condition continues for a predetermined time while the flow control valve is open.
The exhaust gas purification control apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の排ガス浄化制御装置。 The valve control means immediately opens the flow control valve when a valve opening condition is satisfied while the flow control valve is closed.
The exhaust gas purification control apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記メイン触媒の上流のメイン通路から一旦分岐し、メイン触媒の上流のメイン通路に再度合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたバイパス通路触媒と、
前記メイン通路であって前記バイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁と、
を有するエンジンの排ガスを制御する方法であって、
エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定工程と、
推定した排ガス温度に基づいて前記流量制御弁を開閉制御する弁制御工程と、
を有することを特徴とする排ガス浄化制御方法。 A main catalyst provided in the main passage;
A bypass passage that once branches from the main passage upstream of the main catalyst and rejoins the main passage upstream of the main catalyst;
A bypass passage catalyst provided in the bypass passage;
A flow rate control valve that is provided downstream of a portion where the bypass passage branches and upstream of a portion where the bypass passage merges, and is capable of adjusting the amount of exhaust gas flowing through the main passage;
A method for controlling exhaust gas from an engine having
A gas temperature estimating step for estimating the exhaust gas temperature based on the engine operating state;
A valve control step for opening and closing the flow rate control valve based on the estimated exhaust gas temperature;
An exhaust gas purification control method comprising:
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