JP2010053719A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ領域が広く設定してある内燃機関においてもＥＧＲ装置の異常のみを判定し運転状態に応じた点火時期を設定する。
【解決手段】ＥＧＲ装置４４による排気還流を強制的に停止させた期間に検出される点火時期遅角量θＧ１と、ＥＧＲ装置４４の稼動期間に検出される点火時期遅角量θＧ２の差分をＥＧＲ装置４４の異常に起因する点火時期遅角量の差分ΔθＧとして算出する。この差分ΔθＧをＥＧＲ装置４４の稼動期間に算出したノック学習値θＧＫＮＯＣＫから差し引き、新たなノック学習値θＧＫＮＯＣＫとして設定することで、例えばデポジットの堆積といったＥＧＲ装置４４の異常以外に起因する点火時期遅角量を加味して点火時期設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気の一部を吸気系に還流させるようにした排気還流装置（ＥＧＲ装置）を有する内燃機関の点火時期制御装置に関する。

ＥＧＲ装置を有する内燃機関においては、ＥＧＲ装置が稼動して排気の還流がなされると燃焼室内における混合気の燃焼伝播は遅くなる傾向にある。そのため、点火時期制御装置はＥＧＲ運転領域における点火時期をＥＧＲ非運転領域の点火時期に対して所定角量だけ進角側に移行させることにより効率のよい点火を行うようにしている。しかし、ＥＧＲ運転領域にあるにも関わらず、ＥＧＲ装置に異常があって排気が吸気系に還流されなかったり、還流される排気の流量が減少したりした場合には、点火時期が十分にシフトされずノッキング領域での点火となってしまう。その結果、ノッキングが発生することとなる。ところで、ノッキングの発生は吸気系に還流される排気の流量だけにより決定されるものではなく、その他の要因、例えば燃料性状、燃焼室のデポジット堆積量、燃焼室内の温度等々によっても引き起こされる。したがって、ＥＧＲ運転領域におけるノッキング発生回数のみでＥＧＲ装置の異常を判定しようとすると、ＥＧＲ装置が正常であるにも関わらずその他の要因からＥＧＲ装置の異常と判断されるおそれがある。そこで従来、こうしたＥＧＲ装置の異常を診断する装置として、例えば特許文献１に記載の異常診断装置が知られている。この異常診断装置では、ＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域のそれぞれのノッキングの影響による遅角量を比較することにより、ＥＧＲ装置の異常を判定するようにしている。
特開平６−２００８３３号公報

ノッキングが発生している場合に、ＥＧＲ装置の異常によるノッキングの影響を見極めるためには、ＥＧＲ非運転領域で所定期間以上経過しなければ、正しくＥＧＲ装置の異常以外の影響を見極めることはできない。しかし、ＥＧＲ装置を有する内燃機関においては、燃費の向上や、排気浄化効果を得るためにＥＧＲ運転領域が極力広くなるようにこれが設定されている。そのため、ＥＧＲ非運転領域での運転状態が所定期間以上継続する可能性は極めて低く、ＥＧＲ装置の異常によるノッキングへの影響を見極めることも難しくなっている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的はＥＧＲ運転領域が広く設定してある内燃機関においても、ＥＧＲ装置の異常のみを速やかに且つ正確に判定し、運転状態に応じた点火時期を設定することのできる点火時期制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気通路に排気を還流する排気還流装置と、機関運転状態に基づいて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段と、前記排気還流装置による排気還流が行われているときに前記基本点火時期を進角するための排気還流時進角補正量を設定する設定出手段と、ノッキングを検出する検出手段と、前記検出手段がノッキングを検出したときに点火時期をノッキングが発生し始める限界時期まで遅角する点火時期遅角手段と、前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角量を算出する遅角量算出手段とを備えた内燃機関の点火時期制御装置において、排気還流装置による排気還流を強制的に停止する期間を設け、同期間に前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量と、前記排気還流装置による排気還流が実行されているときに前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量とを比較することで、前記排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量を定量する定量手段を有することを要旨とする。

同構成によれば、排気還流装置による排気還流を強制的に停止する期間を設けることで、同期間に排気還流量の減少以外の要因により発生する点火時期遅角量を求めることができる。したがって、排気還流を実行しているときの点火時期遅角量からこのように定量された点火時期遅角量を差し引くことにより、排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量を定量することができる。このように排気還流を強制的に停止する期間を設けることで、燃費向上等の効果を得るために排気還流の実行領域を広く設定している内燃機関においても、排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量を速やかに且つ確実に定量することができる。したがって、排気還流装置の異常のみを速やかに且つ正確に判定し、運転状態に応じた点火時期を設定することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、前記定量手段は前記排気還流装置による排気還流を強制的に停止している期間に前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量と前記排気還流装置による排気還流を実行しているときに前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量との差分を算出してこれを排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量として定量するものであり、前記設定手段は前記算出される差分だけ前記排気還流時進角補正量が減少するようにこれを更新することを要旨とする。

同構成によれば、排気還流を強制的に停止する期間に生じる点火時期遅角量と排気還流を実行している期間に生じる点火時期遅角量との差分を算出してこれを排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量として定量するとともに、その算出される差分だけ排気還流時の進角補正量が減少するようにこれを更新している。したがって、排気還流装置に異常が生じて排気還流量が減少している場合であっても、適切な進角補正量をもって基本点火時期を補正することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、前記排気還流装置による排気還流を実行している期間に遅角した点火時期遅角量を前記定量される点火時期遅角量の差分だけ進角側の時期としこれをノック学習値として学習する学習手段を更に備えることを要旨とする。

同構成によれば、点火時期遅角手段により排気還流装置による排気還流を実行している期間に定量した点火時期遅角量から排気還流装置の排気還流量が減少することに起因する点火時期遅角量を除いた値をノック学習値として学習することができる。したがって、点火時期遅角手段によって得られる点火時期遅角量は、例えば燃料性状やデポジット付着等、排気還流装置の異常とは別の要因に起因するものとしてこれを同定することができる。その結果、このノック学習値に基づいて速やかにノッキンングの発生を抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、前記排気還流装置による排気還流を実行している期間であって、前記点火時期遅角手段による点火時期遅角量が所定量以上変化したことを条件として前記定量手段は前記排気還流装置による排気還流を強制的に停止することを要旨とする。

同構成によれば、点火時期遅角手段による点火時期遅角量の変化量が所定量未満であるとき、すなわち排気還流装置に異常が生じておらずその排気還流量が減少していないと想定されるときは、前記排気還流装置による排気還流を強制的に停止しないようにしている。したがって、排気の還流を不要に制限することがなく排気還流による排気性状や燃費の向上等といった効果を得ることができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
同図１は、ＥＧＲ装置４４を備えた内燃機関の概略構成を示している。内燃機関の気筒１１にはピストン１２が往復動可能に収容されている。このピストン１２の上方に形成された燃焼室１６には吸気通路３２及び排気通路３３が連通している。燃焼室１６と吸気通路３２との連通部分及び燃焼室１６と排気通路３３との連通部分はそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２によって開閉される。また、燃焼室１６には、吸気バルブ２１の開閉に伴い吸気通路３２を通じて吸入空気が導入される一方、燃料が燃料噴射弁４０から噴射される。そして、点火プラグ４１にイグナイタ４１ａを通じて点火電圧が印加されることにより燃焼室１６で吸入空気と噴射燃料の混合気を爆発させて駆動力を得た後、排気バルブ２２が開弁することにより排気が排気通路３３へ排出される。

また、内燃機関には排気通路３３の排気を吸気通路３２へ還流して排気再循環を行うためのＥＧＲ装置４４が設けられている。すなわち、排気通路３３から分岐したＥＧＲ通路４２が吸気通路３２に接続されている。このＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲバルブ４３が配設され、このＥＧＲバルブ４３の開度に応じてＥＧＲ通路４２を還流する排気の流量が調節される。このように、排気を吸気通路３２へ還流することにより排気中のＮＯｘの低減が図られる。

これら燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、ＥＧＲバルブ４３は電子制御装置（以下、ＥＣＵという）９２に電気的に接続され、ＥＣＵ９２の作動により駆動タイミングが制御される。例えば、ＥＣＵ９２は点火時期に応じて点火信号を出力してイグナイタ４１ａに高電圧を出力させる。このイグナイタ４１ａからの高電圧出力タイミングにより点火プラグ４１の点火タイミングが決定される。

また、気筒１１には機械的振動からノッキングの発生を検出するノック検出手段としてのノックセンサ１１ｃが取り付けられている。ノックセンサ１１ｃは、ＥＣＵ９２に電気的に接続されている。ＥＣＵ９２はノッキングの発生を検出した場合はノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫを「１」に設定する一方、ノッキングを検出しない場合は同フラグＦＫＮＯＣＫを「０」にクリアする。

ＥＣＵ９２はノックセンサ１１ｃからの検出信号に基づいてノッキングが発生している旨判断した場合は、ノッキングが起こらなくなる限界時期まで点火時期を遅角補正する。一方、ノッキングが発生していない旨判断した場合は、ノッキングが発生する限界時期まで点火時期を進角させる処理を行う。以下、図２にしたがって、この一連の処理について説明する。

この処理ではまず、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」であるか否か、すなわちノック検出信号が入力されたか否かが判断される（ステップＳ１０１）。
ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」である旨判断された場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、遅角補正が行われる（ステップＳ１０２）。具体的には、ノッキングが繰り返し発生する場合には遅角補正量α１が同処理の行われる度に前処理時の遅角量θＫに累積されてゆくことにより遅角量θＫが算出される。この遅角補正量α１は予め設定された値である。このように、元の遅角量θＫに遅角補正量α１を加えた値（＝θＫ＋α１）を新たな遅角量θＫとする。そして、この遅角量θＫはＥＣＵ９２に一時記憶される。

一方、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「０」である旨判断された場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、進角補正が行われる。具体的には、元の遅角量θＫに遅角補正量α２が同処理の行われる度に累積して減算されていくことにより新たな遅角量θＫが算出される。そして、この遅角量θＫはＥＣＵ９２に一時記憶される（ステップＳ１０３）。この遅角補正量α２は予め設定された値である。このように、ノッキングが発生しない場合には、点火時期θを前処理時に比べて遅角補正量α２ずつ進角させてゆくようになっている。

次に、最終点火時期θが算出される。まず、ＥＧＲ運転判定フラグＦＥＧＲが「１」であるか否か、すなわちＥＧＲ運転領域であるか否かが判断される（ステップＳ１０４）。ＥＧＲ運転判定フラグＦＥＧＲが「１」である場合は（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、以下の式（１）に基づいて最終点火時期θが設定される（ステップＳ１０５）。

θ ← θＢ＋θＥＧＲ―θＧＫＮＯＣＫ―θＫ …（１）

ここで、「θＢ」は、基本点火時期であり、機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態に基づいて設定される。なお、この基本点火時期θＢは圧縮上死点からの進角量（ＢＴＤＣ）として表される。また、「θＥＧＲ」は、ＥＧＲ運転領域の進角量であり、以下の式（２）を通じて求められる。

θＥＧＲ ← θＥＧＲ（ＭＡＰ）―ΔθＧ …（２）

ここで、「θＥＧＲ（ＭＡＰ）」は機関運転状態に基づきマップを参照して求められる値であり、「ΔθＧ」は後述する、ＥＧＲ運転領域及びＥＧＲ非運転領域の点火時期遅角量の差分である。

また、「θＧＫＮＯＣＫ」はノック学習値であり、以下のようにして遅角量θＫの大きさに基づいて逐次更新される。
・遅角量θＫが所定量θＫ１より大きい状態が所定期間以上継続したとき

θＧＫＮＯＣＫ ← θＧＫＮＯＣＫ＋β１
θＫ ← θＫ―β１

・遅角量θＫが所定量θＫ２（＜θＫ１）より小さい状態が所定期間以上継続したとき

θＧＫＮＯＣＫ ← θＧＫＮＯＣＫ―β２
θＫ ← θＫ＋β２

一方、ＥＧＲ運転判定フラグＦＥＧＲが「０」である場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、以下の式（３）に基づいて最終点火時期θが設定される（ステップＳ１０６）。

θ ← θＢ―θＧＫＮＯＣＫ―θＫ …（３）

このようにして、最終点火時期θを求めることにより点火時期をノッキングが発生する限界時期に設定し、出力向上及び燃費低減を図るようにしている。

このように内燃機関において検出されたノッキングは、ＥＧＲ装置４４の異常により排気還流量が減少したことによるものである可能性がある。しかし、こうしたＥＧＲ装置４４の異常によるノッキングへの影響を見極めるためには、ＥＧＲ非運転領域での運転が所定期間以上経過しなければならない。ところが、一般的にＥＧＲ装置４４を有する内燃機関においては、燃費の向上や、排気浄化効果を得るために、ＥＧＲ非運転領域に対してＥＧＲ運転領域が広くなるよう設定されている。そのため、ＥＧＲ装置４４の異常によるノッキングへの影響を見極めることは困難なものとなっている。

そこで、本実施形態においては、遅角量θＫの変化量ΔθＫが所定量θＮを上回っている場合にＥＧＲを禁止する期間を設けている。そして、この期間にＥＧＲ装置４４の異常以外に起因して生じる遅角量を定量することで、ＥＧＲ装置４４の異常によるノッキングへの影響を見極めるようにしている。以下、図３及び図４にしたがって説明する。

この処理では、まず図３に示す一連の処理にしたがって遅角量θＫの変化量ΔθＫが所定量θＮ以上であるか否かが判断される。
すなわち、処理がこのルーチンに移行するとまず、図２で算出した遅角量θＫが読み出される（ステップＳ２０１）。

次に、読み出された遅角量θＫの所定期間における変化量ΔθＫが所定量θＮ以上であるか否かが判断される（ステップＳ２０２）。所定量θＮは予め定められた判定値である。

変化量ΔθＫが所定量θＮ以上である場合は、内燃機関がノック作動領域にあるものと判断され、フラグＦＫＣＳが「１」に設定される（ステップＳ２０３）。一方、変化量ΔθＫが所定量θＮ未満である場合は、フラグＦＫＣＳが「０」にクリアされる（ステップＳ２０４）。

この一連の動作は、所定期間毎の割り込み処理として実行される。
次に、図４に示す一連の処理が実行される。
処理がこのルーチンに移行すると、まずフラグＦＫＣＳが「１」であるか否かが判断される（ステップＳ４００）。フラグＦＫＣＳが「０」である旨判断された場合には（ステップＳ４００：ＮＯ）、内燃機関はノック作動領域でないものと判断され、この処理は一旦終了する。

一方、フラグＦＫＣＳが「１」である旨判断された場合には（ステップＳ４００：ＹＥＳ）、ノック作動領域にあるものと判断され、ＥＧＲ装置４４の異常に起因する遅角量を定量する処理が実行される。

具体的には、まず、「θＧＫＮＯＣＫ＋θＫ」がＥＧＲ運転領域の点火時期遅角量θＧ１として設定される（ステップＳ４０１）。
次に、排気還流量が「０」に設定される（ステップＳ４０２）。排気還流量が「０」に設定されると、ＥＧＲ非運転領域に移行するため、図２にしたがって説明したように点火時期が「θＢ―（θＧＫＮＯＣＫ＋θＫ）」に設定される（ステップＳ４０３）。そして、この「θＧＫＮＯＣＫ＋θＫ」がＥＧＲ非運転領域の点火時期遅角量θＧ２として設定される（ステップＳ４０４）。

次に、点火時期遅角量θＧ２の値が安定しているか否かが判断される（ステップＳ４０５）。この点火時期遅角量θＧ２の値が安定していないと判断された場合は（ステップＳ４０５：ＮＯ）、この処理はステップＳ４０４に戻され、再度点火時期遅角量θＧ２が設定された後（ステップＳ４０４）、点火時期遅角量θＧ２の値が安定しているか否かが判断される（ステップＳ４０５）。この処理は点火時期θがノッキングの発生する限界時期に設定されるまで行われる。

一方、点火時期遅角量θＧ２の値が安定していると判断された場合は（ステップＳ４０５：ＹＥＳ）、各点火時期遅角量θＧ１、θＧ２の差分ΔθＧが算出される（ステップＳ４０６）。この差分ΔθＧは、ＥＧＲ還流量の低下といったＥＧＲ装置４４の異常に起因する点火時期遅角量である。

次に、ノック学習値θＧＫＮＯＣＫから差分ΔθＧが減算された値が新たなノック学習値θＧＫＮＯＣＫとして設定される（ステップＳ４０７）。すなわち、ノック学習値θＧＫＮＯＣＫからＥＧＲ装置４４の異常に起因して発生する差分ΔθＧを減算する。この処理を実行することで、例えばデポジットの堆積といったＥＧＲ装置４４の異常以外に起因して生じるノック遅角量を予め遅角してノック学習値θＧＫＮＯＣＫを設定することができるようになる。

次に、フラグＦＫＣＳを「０」に設定してこの処理は終了する（ステップＳ４０８）。
以上説明したように、本実施形態にかかる点火時期制御装置によれば以下の作用効果を奏することができるようになる。

（１）ＥＧＲ装置４４による排気還流を強制的に停止する期間を設けることで、同期間に排気還流量の減少以外の要因により発生する点火時期遅角量を求めることができる。したがって、排気還流を実行しているときの点火時期遅角量からこのように定量された点火時期遅角量を差し引くことにより、ＥＧＲ装置４４の異常に起因する点火時期遅角量を定量することができる。このように排気還流を強制的に停止する期間を設けることで、燃費向上等の効果を得るために排気還流の実行領域を広く設定している内燃機関においても、ＥＧＲ装置４４の異常に起因する点火時期遅角量を速やかに且つ確実に定量することができるようになる。したがって、ＥＧＲ装置４４の異常のみを速やかに且つ正確に判定し、運転状態に応じた点火時期を設定することができる。

（２）排気還流を強制的に停止する期間に生じる点火時期遅角量と排気還流を実行しているときに生じる点火時期遅角量との差分を算出してこれをＥＧＲ装置４４の異常に起因する点火時期遅角量として定量するとともに、その算出される差分だけ排気還流時の進角補正量が減少するようにこれを更新している。したがって、ＥＧＲ装置４４に異常が生じて排気還流量が減少している場合であっても、適切な進角補正量をもって基本点火時期を補正することができるようになる。

（３）ＥＧＲ装置４４による排気還流を実行している期間に遅角した点火時期遅角量をＥＧＲ装置４４の排気還流量が減少することに起因する点火時期遅角量の差分だけ進角させた時期をノック学習値として学習することができる。したがって、得られる点火時期遅角量は、例えば燃料性状やデポジット付着等、ＥＧＲ装置４４の異常とは別の要因に起因するものとしてこれを同定することができる。その結果、このノック学習値に基づいて速やかにノッキンングの発生を抑制することができるようになる。

（４）点火時期遅角手段による点火時期遅角量の変化量が所定量未満であるとき、すなわちＥＧＲ装置４４に異常が生じておらずその排気還流量が減少していないと想定されるときは、ＥＧＲ装置４４による排気還流を強制的に停止しないようにしている。したがって、排気の還流を不要に制限することがなく排気還流による排気性状や燃費の向上等といった効果を得ることができるようになる。

・上記実施形態では、遅角量θＫが所定量θＮを上回っている場合に限りＥＧＲ装置４４の強制的な停止期間を設けるようにしたが、本実施形態はこれに限られない。例えば、所定期間ごとに強制的にＥＧＲ装置４４を停止する期間を設け上記処理を実行するようにしてもよい。本実施形態においても、上記（１）〜（３）に準じた効果を得ることができるようになる。

・上記実施形態では、ＥＧＲ装置４４の強制的な停止期間を設けて、その期間にＥＧＲ装置４４の異常が与えるノッキングへの影響を定量するようにしたが、本実施形態はこれに限られない。例えば、機関始動時のＥＧＲ装置４４の運転条件が整っておらず、ＥＧＲ装置４４が稼動していない期間に上記処理を行うことによって、ＥＧＲ装置４４のノッキングに対する影響を定量するようにしてもよい。本実施形態においても、上記（１）〜（３）に準じた効果を得ることができるようになる。

本発明の一実施形態における内燃機関を示す概略構成図。 本発明の一実施形態の処理手順を示すフローチャート。 本発明の一実施形態の処理手順を示すフローチャート。 本発明の一実施形態の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１１…気筒、１１ｃ…ノックセンサ、１２…ピストン、１３…クランクシャフト、１６…燃焼室、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、３２…吸気通路、３３…排気通路、４０…燃料噴射弁、４１…点火プラグ、４１ａ…イグナイタ、４２…ＥＧＲ通路、４３…ＥＧＲバルブ、４４…ＥＧＲ装置、９２…電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 吸気通路に排気を還流する排気還流装置と、機関運転状態に基づいて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段と、前記排気還流装置による排気還流が行われているときに前記基本点火時期を進角するための排気還流時進角補正量を設定する設定出手段と、ノッキングを検出する検出手段と、前記検出手段がノッキングを検出したときに点火時期をノッキングが発生し始める限界時期まで遅角する点火時期遅角手段と、前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角量を算出する遅角量算出手段とを備えた内燃機関の点火時期制御装置において、
   排気還流装置による排気還流を強制的に停止する期間を設け、同期間に前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量と、前記排気還流装置による排気還流が実行されているときに前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量とを比較することで、前記排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量を定量する定量手段を有する
   ことを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記定量手段は前記排気還流装置による排気還流を強制的に停止している期間に前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量と前記排気還流装置による排気還流を実行しているときに前記遅角量算出手段により算出される点火時期遅角量との差分を算出してこれを排気還流装置の異常に起因する点火時期遅角量として定量するものであり、
   前記設定手段は前記算出される差分だけ排気還流時の進角補正量が減少するようにこれを更新する
   ことを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記排気還流装置による排気還流を実行している期間に前記点火時期遅角手段により遅角した点火時期遅角量を前記定量される点火時期遅角量の差分だけ進角側の時期としこれをノック学習値として学習する学習手段を更に備える
   ことを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記排気還流装置による排気還流を実行している期間であって、前記点火時期遅角手段による点火時期遅角量が所定量以上変化したことを条件として前記定量手段は前記排気還流装置による排気還流を強制的に停止する
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。

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