JP2010209754A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
例えば、従来技術として特許文献1に開示されているように、DPF(Diesel Particulate Filter)とオゾン供給装置とを備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置によれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を活性酸素(オゾン)により酸化して除去することができる。 For example, as disclosed in Patent Document 1 as a conventional technique, an exhaust purification device for an internal combustion engine including a DPF (Diesel Particulate Filter) and an ozone supply device is known. According to this exhaust gas purification apparatus, particulate matter (PM) contained in the exhaust gas can be oxidized and removed by active oxygen (ozone).
ところで、一般に、オゾンは、300℃以上の温度において急速に自己分解を起こす。このためDPFが300℃以上の高温になるような場合には酸化されずに残るPMが多くなる。一方、オゾンの温度が低すぎる場合にも、オゾンの安定性が高くなるためPMの酸化速度が遅くなり、効率的にPMを酸化することができない。 By the way, ozone generally self-decomposes rapidly at a temperature of 300 ° C. or higher. For this reason, when DPF becomes high temperature of 300 degreeC or more, PM which remains without being oxidized increases. On the other hand, even when the temperature of ozone is too low, the stability of ozone becomes high, so the oxidation rate of PM becomes slow, and PM cannot be oxidized efficiently.
従って、この発明は、上記課題を解決することを目的として、活性酸素(オゾン)を、自己分解を起こさない温度範囲に維持しつつ、低温である場合にも排気浄化器(DPF)において効率的に粒子状物質(PM)を酸化することができるよう改良した内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。 Accordingly, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is effective in the exhaust gas purifier (DPF) even at a low temperature while maintaining active oxygen (ozone) in a temperature range in which self-decomposition does not occur. The present invention provides an exhaust purification device for an internal combustion engine which is improved so that particulate matter (PM) can be oxidized.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、排気浄化装置であって、
内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気浄化器と、
排気浄化器に活性酸素を供給するための2つの供給路であって、活性酸素供給源に接続する第一供給路と第二供給路と、
前記第一供給路又は前記第二供給路の開閉状態を変更する開閉弁と、
前記第二供給路に設置され、活性酸素を活性化させるための活性触媒と、
前記排気浄化器の温度を推定又は検出するための温度検出手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、活性基準温度より低いか否かを判別する活性判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記活性基準温度より低いと判別された場合に、前記開閉弁により前記第二供給路を開放し、前記活性酸素が前記第二供給路を介して前記排気浄化器に供給されるように制御する活性制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust purification device,
An exhaust gas purifier that is provided in an exhaust passage through which exhaust gas of the internal combustion engine flows and collects particulate matter in the exhaust gas;
Two supply paths for supplying active oxygen to the exhaust purifier, a first supply path and a second supply path connected to an active oxygen supply source;
An on-off valve for changing an open / close state of the first supply path or the second supply path;
An active catalyst installed in the second supply path for activating active oxygen;
Temperature detecting means for estimating or detecting the temperature of the exhaust purifier;
Activity discrimination means for discriminating whether or not the temperature of the exhaust gas purifier estimated or detected by the temperature detection means is lower than an activity reference temperature;
When it is determined that the temperature of the exhaust purifier is lower than the activation reference temperature, the second supply path is opened by the on-off valve, and the active oxygen is supplied to the exhaust purifier through the second supply path. Active control means for controlling to be supplied;
It is characterized by providing.
第2の発明は、第1の発明において、
前記活性触媒を加熱する加熱手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、前記活性基準温度よりも低温である加熱基準温度より低いか否かを判別する加熱判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記加熱基準温度よりも低いと判別された場合に、前記加熱手段により前記活性触媒を加熱するように制御する加熱制御手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
Heating means for heating the active catalyst;
Heating determination means for determining whether or not the temperature of the exhaust purifier estimated or detected by the temperature detection means is lower than a heating reference temperature that is lower than the activation reference temperature;
Heating control means for controlling the heating catalyst to heat the active catalyst when it is determined that the temperature of the exhaust gas purifier is lower than the heating reference temperature;
Is further provided.
第1の発明によれば、排気浄化器の温度が活性基準温度より低い場合に、活性酸素が活性触媒を通過した後で排気浄化器に供給されるようにすることができる。これにより、排気浄化器の温度が低い場合であっても、活性化された活性酸素によって効率的に排気浄化器に捕集された粒子状物質を酸化することができる。 According to the first invention, when the temperature of the exhaust gas purifier is lower than the activation reference temperature, the active oxygen can be supplied to the exhaust gas purifier after passing through the active catalyst. Thereby, even if the temperature of the exhaust gas purifier is low, the particulate matter collected in the exhaust gas purifier can be efficiently oxidized by the activated oxygen.
第2の発明によれば、排気浄化器の温度が、活性基準温度よりも低温である加熱基準温度よりも更に低いと判別された場合に、加熱手段により活性触媒を加熱することができる。これにより、排気浄化器が低温の場合にも、活性酸素による粒子状物質の酸化を効率的に行なうことができる。 According to the second invention, when it is determined that the temperature of the exhaust purifier is lower than the heating reference temperature that is lower than the activation reference temperature, the active catalyst can be heated by the heating means. Thereby, even when the exhaust gas purifier is at a low temperature, the oxidation of the particulate matter by the active oxygen can be performed efficiently.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態における排気浄化装置について説明するための模式図である。図1に示す排気浄化装置は、内燃機関2の排気通路4の、触媒浄化器6の下流側に配置されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention. The exhaust purification device shown in FIG. 1 is disposed downstream of the catalyst purifier 6 in the
具体的に、排気浄化装置は、排気通路4に配置されたDPF10(排気浄化器)を備える。DPF10は、内燃機関からの排気ガス中に混入するPMを捕集すると共に、後述する経路によりオゾンの供給を受けてPMを酸化(燃焼)させることで排気ガスを浄化することができる。
Specifically, the exhaust purification device includes a DPF 10 (exhaust purification device) disposed in the
排気通路4のDPF10入口付近には、流通する排気温度に応じた出力を発する温度センサ12が設置されている。排気通路4の温度センサ12の上流には、DPF10にオゾン(活性酸素)を供給するためのオゾン供給路14が接続している。
In the vicinity of the
オゾン供給路14の上流端部には、エアフィルタ16が取り付けられている。オゾン供給路14のエアフィルタ16の下流には、オゾン供給路14内の圧力に応じた出力を発する圧力センサ18が設置されている。圧力センサ18の下流には、オゾン供給路14内に外気を取り込んで流通させるためのポンプ20が設置されている。ポンプ20の下流には、オゾン発生器22(活性酸素供給手段)が設置されている。オゾン発生器22は、外部から取り込まれた空気中の酸素からオゾンを発生させる。
An
オゾン供給路14のオゾン発生器22の下流には、二方弁24(開閉弁)が取り付けられている。オゾン供給路14は、二方弁24の設置位置から下流に、第一流路26及び第二流路28の二方向に分岐している。
A two-way valve 24 (open / close valve) is attached downstream of the
第二流路28には、オゾンを活性化させるためのオゾン活性触媒30が取り付けられている。オゾン活性触媒30は、Pt、Pd、Rh、Ag等の貴金属、あるいはFe、Mn、Co、Zr等の遷移金属又はその酸化物、あるいは希土類元素又はその酸化物、あるいはAl、Siの酸化物を一種以上含んだ触媒である。
An
オゾン供給路14の第一流路26及び第二流路28は、下流側端部において再び集合している。オゾン供給路14の下流側端部は、排気通路4の温度センサ12より上流に接続している。
The
この排気浄化装置は制御装置32を有している。制御装置32には、温度センサ12、圧力センサ18等が電気的に接続され、これらの出力を受けて、装置の運転状態に関する必要な情報を検出する。また、ポンプ20、オゾン発生器22、二方弁24等に電気的に接続され、これらに制御信号を発することで、オゾン発生器22によるオゾン供給量、第一流路26又は第二流路28の開閉状態等を制御することができる。
This exhaust purification device has a
このシステムにおいて、エアフィルタ16を介して外部から空気が取り込まれ、オゾン発生器22において、空気中の酸素からオゾンが生成される。ここで生成されたオゾンは第一供給路、第二供給路のいずれかによりDPF10に供給される。
In this system, air is taken in from outside through the
オゾンの第一供給路は、オゾン供給路14から、その分岐通路である第一流路26側を通り、オゾン供給路14に合流した後、排気通路4からDPF10に供給される流路である。第二供給路は、オゾン供給路14から、その分岐通路である第二流路28側に流入し、オゾン活性触媒30を通過した後、オゾン供給路14に合流し、排気通路4からDPF10に供給される流路である。つまり、第一供給路は、第一流路26側を流通する流路であり、第二供給路は、第二流路28側を流通し、オゾン活性触媒30を通過する流路である。
The first supply path of ozone is a flow path that is supplied from the
第一供給路、第二供給路の切り替えは、第一流路26と第二流路28との上流側端部に設置された二方弁24によって行なわれる。即ち、二方弁24を動作させることにより、必要に応じて第一流路26が開放され第二流路28が閉鎖された状態、と、第一流路26が閉鎖され第二流路28が開放された状態とを切り替えることができる。
Switching between the first supply path and the second supply path is performed by a two-
ところで、オゾンは、300℃以上の温度では自己分解を起こす一方、150℃以下の低温では安定性が高くなる。従って、DPF10が適正な温度範囲に維持されない場合、DPF10におけるPMの酸化が効率的に進行しないことがある。しかし、DPF10の温度は、排気通路4から流入する排気温度に大きく依存するため、DPF10の温度を、適正な温度範囲に制御することは困難である。
By the way, ozone causes self-decomposition at temperatures of 300 ° C. or higher, while stability is increased at low temperatures of 150 ° C. or lower. Therefore, when the
そこで、この実施の形態1のシステムでは、DPF10の温度が低くなることが予想される場合に、オゾンが第二供給路側、即ち、オゾン活性触媒30を通化して供給されるように制御する。オゾン活性触媒30はオゾンを活性化することができる。従って、DPF10の温度が低い場合であっても、オゾン活性触媒を通過させることでPMの酸化を効率的に進行させることができる。
Therefore, in the system according to the first embodiment, when the temperature of the
図2は、この発明の実施の形態1におけるDPF10の温度とPMの減少量との関係を説明するための図である。図2において横軸はDPF10の温度[℃]を表し、縦軸はPM減少量[g]を表している。また、図2において、実線(a)は、第一供給路側からオゾンを供給した場合であり、破線(b)は、第二供給路側からオゾン活性触媒30を通してオゾンを供給した場合を表している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the temperature of the
図2の実線(a)に示されるように、第一流路26を通過させてオゾンを供給する場合、DPF10の温度が200℃付近のときに最もPM減少量が多く、特に、100℃以下、300℃以上になるとその減少量は少ない。一方、破線(b)に示されるように、第二流路28から、オゾン活性触媒30を通過させたオゾンを供給する場合、PM減少量のピークは、DPF10の温度が80℃付近にある。即ち、DPF10の温度が低温であってもPM除去量を大幅に向上させることができる。
As shown by the solid line (a) in FIG. 2, when ozone is supplied through the
従って、この実施の形態2のシステムは、第一流路26側から供給した場合の実線(a)と第二流路28側から供給した場合の破線(b)が交差する温度、即ち、第二流路28側から供給した場合のPM減少量が、第一流路26から供給した場合のPM減少量より多くなる境界温度を、活性基準温度T1として設定し、切り替えの判別として用いる。
Therefore, the system of the second embodiment has a temperature at which the solid line (a) when supplied from the
より具体的には、DPF10に流入する排気温度がDPF10の温度に相関するものとして、DPF10の入口付近に設置された温度センサ12により排気温度を検出する。そして、排気温度が活性基準温度T1より低いと判断される場合には、第二流路28側を開放し、第二供給路によりオゾン活性触媒30を通過させてオゾンを供給する。一方、排気温度が活性基準温度T1以上の場合には、第一供給路によりオゾンを供給する。なお、活性基準温度T1は、予め実験等により求めて制御装置32に記憶しておく。
More specifically, assuming that the exhaust temperature flowing into the
図3は、この発明の実施の形態1において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図3のルーチンは、繰り返し実行されるルーチンである。図3のルーチンにおいて、まず、現在、オゾン供給の要求があるか否かが判別される(S102)。ステップS102において、オゾン供給の要求が認められない場合には、今回の処理は終了する。 FIG. 3 is a flowchart for illustrating a control routine executed by the control device in the first embodiment of the present invention. The routine of FIG. 3 is a routine that is repeatedly executed. In the routine of FIG. 3, it is first determined whether or not there is a request for ozone supply (S102). If the request for ozone supply is not recognized in step S102, the current process ends.
一方、ステップS102においてオゾン供給の要求が認められると、次にオゾン供給が開始される(S104)。具体的には、ポンプ20及びオゾン発生器22が稼動され、外気が取り込まれてオゾン発生器22においてオゾンが生成され、オゾン供給が開始される。
On the other hand, if a request for ozone supply is recognized in step S102, ozone supply is started (S104). Specifically, the
次に、排気温度が検出される(S106)。排気温度はDPF10直前に設置された温度センサ12の出力に応じて検出される。検出された排気温度はDPF10の温度を表すものとして推定される。次に、排気温度が活性基準温度T1より低いか否かが判別される(S108)。基準温度は、上記のように予め制御装置に記憶されている。
Next, the exhaust temperature is detected (S106). The exhaust temperature is detected according to the output of the
ステップS108において、排気温度<活性基準温度T1の成立が認められた場合、二方弁24は第一流路26を閉じ、第二流路28を開くように切り替えられる(S110)。二方弁24の切り替えは制御装置32からの制御信号により行なわれる。これにより、オゾンはオゾン活性触媒30において活性化された後、DPF10に供給される。
If it is determined in step S108 that the exhaust gas temperature <the activation reference temperature T1 is established, the two-
一方、ステップS108において、排気温度<活性基準温度T1の成立が認められない場合には、二方弁24は、第一流路26を開き、第二流路28を閉じるように切り替えられる(S112)。これにより、オゾンは、オゾン活性触媒30を通過することなく、第一供給路によりDPF10に供給される。
On the other hand, if the establishment of the exhaust gas temperature <the activation reference temperature T1 is not recognized in step S108, the two-
その後、オゾン供給を終了するか否かが判別される(S114)。ステップS114においてオゾン供給の終了が認められない場合、再びステップS106に戻り、再び排気温度が検出され、二方弁24の切り替えの判断が繰り返し行なわれる(S106〜S112)。一方、ステップS114においてオゾン供給切り替えの終了が認められると、今回の処理が終了する。
Thereafter, it is determined whether or not the ozone supply is terminated (S114). If the end of ozone supply is not recognized in step S114, the process returns to step S106 again, the exhaust gas temperature is detected again, and the determination of switching of the two-
以上説明したように、実施の形態1によれば、DPF10の温度が低温の場合に、オゾンを活性化させて供給することができる。従って、広い温度範囲に渡り、DPF10における高いPM除去率を確保することができる。
As described above, according to the first embodiment, when the temperature of the
なお、実施の形態1においては、第一流路26又は第二流路28のいずれか一方のみを開放し、一方を閉鎖する場合について説明したが、例えば、ある基準温度以下の場合に、第一流路26、第二流路28の両方を開き、オゾンの一部のみがオゾン活性触媒30を通過するようにするものであってもよい。
In the first embodiment, the case where only one of the
なお、図3のルーチンにおいて、ステップS106の処理が実行されることにより、この発明の「温度検出手段」が実現し、ステップS108の処理が実行されることにより「活性判別手段」が実現し、ステップS110の処理が実行されることにより「活性制御手段」が実現する。 In the routine of FIG. 3, the “temperature detecting means” of the present invention is realized by executing the process of step S106, and the “activity determining means” is realized by executing the process of step S108. The “activity control unit” is realized by executing the process of step S110.
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2のシステムについて説明するための図である。図4のシステムは、オゾン活性触媒30周囲に、オゾン活性触媒30を加熱するためのヒータ40(加熱手段)を有する点を除き、図1のシステムと同じものである。図4のシステムにおいて、ヒータ40は、制御装置32に電気的に接続している。制御装置32からの制御信号を受けて電流が供給され、これにより、オゾン活性触媒30が加熱される。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a system according to the second embodiment of the present invention. The system in FIG. 4 is the same as the system in FIG. 1 except that a heater 40 (heating means) for heating the ozone
図5は、この発明の実施の形態2におけるDPF10の触媒温度とPM減少量との関係を説明するための図である。図5において、横軸はDPF10の触媒温度[℃]を示し、縦軸はPM減少量[g]を示している。また、図5において、実線(a)は、第一供給路からオゾンが供給される場合、破線(c)は第二供給路からオゾンが供給される場合であり、かつ、温度T2以下の領域で、ヒータ40をONとし、オゾン活性触媒30を加熱した場合を示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the catalyst temperature of the
図5に示されるように、活性基準温度T1より低い領域では、第二供給路から供給した場合の方がPM減少量は多い。更に、図2の破線(b)と図5の(c)とを比較して、温度T2以下の領域で、ヒータ40をONとすることにより、DPF10の温度が相当低い場合であっても、より高いPM除去率を確保することができる。なお、ヒータ40のON/OFFを判断する判別値である加熱基準温度T2は、予め実験等により求めて、制御装置32に記憶しておく。
As shown in FIG. 5, in the region lower than the activation reference temperature T1, the amount of PM reduction is larger when supplied from the second supply path. Further, comparing the broken line (b) in FIG. 2 and (c) in FIG. 5, even if the temperature of the
図6は、この発明の実施の形態2において制御装置32が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図6のルーチンは、図3のルーチンに替えて繰り返し実行されるルーチンである。図6のルーチンは、ステップS202〜S206の処理を有する点を除いて図3のルーチンと同じものである。
FIG. 6 is a flowchart for illustrating a control routine executed by
図6に示すルーチンでは、ステップS108において、排気温度<活性基準温度T1の成立が認められた後、次に、排気温度<加熱基準温度T2の成立が認められるか否かが判別される(S202)。加熱基準温度T2は、予め制御装置に記憶された温度である。 In the routine shown in FIG. 6, in step S108, it is determined whether or not the exhaust temperature <the activation reference temperature T1 is satisfied, and then it is determined whether or not the exhaust temperature <the heating reference temperature T2 is satisfied (S202). ). The heating reference temperature T2 is a temperature previously stored in the control device.
ステップS202において排気温度<加熱基準温度T2の成立が認められた場合、ヒータ40がONとされる(S204)。ここでは、制御装置32からの制御信号によってヒータ40の回路に電流が供給され、オゾン活性触媒30が加熱される。一方、ステップS202において、排気温度<加熱基準温度T2の成立が認められない場合は、ヒータ40はOFFとされる(S206)。
If it is determined in step S202 that the exhaust gas temperature <the heating reference temperature T2 is established, the
その後、ステップS110において、二方弁24が第二流路28側を開放するように設定され、続くS114以降のルーチンに従って処理が実行される。
Thereafter, in step S110, the two-
以上説明したように、この発明の実施の形態2においては、オゾン活性触媒30の温度が相当に低い場合に、オゾン活性触媒30を加熱することができる。これにより、より確実にオゾンを活性化することができ、DPF10のPMを効率的に除去することができる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the ozone
なお、図6のルーチンにおいて、ステップS202の処理が実行されることにより、この発明の「加熱判別手段」が実現し、ステップS204の処理が実行されることにより「加熱制御手段」が実現する。 In the routine of FIG. 6, the “heating determination unit” of the present invention is realized by executing the process of step S202, and the “heating control unit” is realized by executing the process of step S204.
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 In the above embodiment, when referring to the number of each element, quantity, quantity, range, etc., the reference is made unless otherwise specified or the number is clearly specified in principle. The invention is not limited to the numbers. Further, the structure and the like described in this embodiment are not necessarily essential to the present invention unless otherwise specified or clearly specified in principle.
2 内燃機関
4 排気通路
6 触媒浄化器
12 温度センサ
14 オゾン供給路
16 エアフィルタ
18 圧力センサ
20 ポンプ
22 オゾン発生器
24 二方弁
26 第一流路
28 第二流路
30 オゾン活性触媒
32 制御装置
40 ヒータ
2
Claims (2)
活性酸素供給源に接続し、前記排気浄化器に活性酸素を供給するための2つの供給路である、第一供給路と第二供給路と、
前記第一供給路又は前記第二供給路の開閉状態を変更する開閉弁と、
前記第二供給路に設置され、活性酸素を活性化させるための活性触媒と、
前記排気浄化器の温度を推定又は検出するための温度検出手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、活性基準温度より低いか否かを判別する活性判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記活性基準温度より低いと判別された場合に、前記開閉弁により前記第二供給路を開放し前記活性酸素が前記第二供給路を介して前記排気浄化器に供給されるように制御する活性制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust gas purifier that is provided in an exhaust passage through which exhaust gas of the internal combustion engine flows and collects particulate matter in the exhaust gas;
A first supply path and a second supply path that are connected to an active oxygen supply source and are two supply paths for supplying active oxygen to the exhaust gas purifier;
An on-off valve for changing an open / close state of the first supply path or the second supply path;
An active catalyst installed in the second supply path for activating active oxygen;
Temperature detecting means for estimating or detecting the temperature of the exhaust purifier;
Activity discrimination means for discriminating whether or not the temperature of the exhaust gas purifier estimated or detected by the temperature detection means is lower than an activity reference temperature;
When it is determined that the temperature of the exhaust purifier is lower than the activation reference temperature, the on-off valve opens the second supply path, and the active oxygen is supplied to the exhaust purifier through the second supply path. Active control means for controlling
An exhaust emission control device comprising:
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、前記活性基準温度よりも低温である加熱基準温度より低いか否かを判別する加熱判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記加熱基準温度よりも低いと判別された場合に、前記加熱手段により前記活性触媒を加熱するように制御する加熱制御手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 Heating means for heating the active catalyst;
Heating determination means for determining whether or not the temperature of the exhaust purifier estimated or detected by the temperature detection means is lower than a heating reference temperature that is lower than the activation reference temperature;
Heating control means for controlling the heating catalyst to heat the active catalyst when it is determined that the temperature of the exhaust gas purifier is lower than the heating reference temperature;
The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising:
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