JP2012107572A - Ｅｇｒバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】バタフライバルブをシャフトで片持ち支持する構造であっても、シールリングの合口の位置によってＥＧＲガスの漏れ量が変動するのを防ぐ。
【解決手段】メタルブッシュ１１とボールベアリング１２を用いてシャフト８を回転自在に支持する構造を採用するとともに、メタルブッシュ１１よりもバタフライバルブ４に近い側にボールベアリング１２を配置し、それを取り囲む位置に冷却水循環路１３を設けている。これにより、ボールベアリング１２からバタフライバルブ４の中心までの軸方向距離Ｌを短くすることができ、ノズル１５に対するバタフライバルブ４の偏心量を小さく抑えることができる。このため、シールリング６の合口がどの位置にあっても、合口の隙間面積の変化が抑えられてＥＧＲガスの漏れ量の変動が抑えられるとともに、ボールベアリング１２の耐熱性も確保できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、合口（周方向の分離部）を有するシールリングを搭載するＥＧＲバルブに関する。

車両に搭載されるエンジン（燃料の燃焼により動力を発生させる内燃機関）には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ戻すＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）が搭載される。
ＥＧＲ装置は、
・エンジンの排気通路から排気ガスの一部を吸気通路へ導くためのＥＧＲ流路と、
・このＥＧＲ流路の開度を調整することで吸気側へ戻されるＥＧＲガス量をコントロールするＥＧＲバルブと、
・このＥＧＲバルブの開度制御（具体的には、ＥＧＲバルブに搭載される電動アクチュエータの通電制御）を行なうＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）と、
を備える。

従来技術のＥＧＲバルブを、図４を参照して説明する。なお、後述する［発明を実施するための形態］および［実施例］と同一符号は、同一機能物を示すものである。また、以下では、図４の上側を上、図４の下側を下と称して説明するが、この上下は説明のための上下である。

図４のＥＧＲバルブ１は、
・内部にＥＧＲ流路２の一部が形成されるハウジング３と、
・ＥＧＲ流路２内に固定されたノズル１５（ハウジング３内に組付けられてＥＧＲ流路２の一部を成す部材）の内側で回動して、ＥＧＲ流路２の開閉および開度調整を行なうバタフライバルブ４（弁体）と、
・ハウジング３の外部からバタフライバルブ４を回動駆動するシャフト８と、
・バタフライバルブ４を全閉位置へ戻す力をシャフト８に付与するリターンスプリング９と、
を具備する。

バタフライバルブ４の外周縁には、全周に亘る環状溝５が形成されており、この環状溝５の内部にシールリング６が嵌め入れられている。
ＥＧＲバルブ１に用いられるシールリング６は、直径張力、耐熱性、長期に亘る耐摩耗性および耐腐食性が要求されるため、ゴム製のＯリングではなく、一般的には金属材料が用いられる。

このようなシールリング６には、ノズル１５とシールリング６との線膨張の差分を吸収するための合口１０が設けられる（図２、図３参照）。
具体的に合口１０は、シールリング６の外周縁がノズル１５の内壁に押し付けられて組付けられる（シールリング６が縮径した状態で組付けられる）場合においても合口１０が少量離間するように設けられており、これにより、ノズル１５、シールリング６のそれぞれに熱膨張変化が生じても、全閉時においてシールリング６の外周縁が常にノズル１５の内壁に接する（例えば、特許文献１参照）。

シールリング６の合口１０は、周方向の分離部であるため、全閉時におけるＥＧＲガスの漏れを抑える目的で、合口１０の周方向の距離（組付時の距離：以下「合口１０の隙間」と称す）を出来る限り小さくする必要がある。
シールリング６の合口１０は、シールリング６がＥＧＲバルブ１の内部に組付けられ、ノズル１５の内壁によって縮径された状態において、合口１０の隙間が小さく抑えられるように設定されている（例えば、０．４ｍｍほど）。

一方、図４に示すように、バタフライバルブ４を片持ち支持する構造の場合、シャフト８はバタフライバルブ４の上側のハウジング３のみによって回転自在に支持される。
この場合、シャフト８の傾斜を極力抑える目的で、軸方向に離れた２つの軸受（メタルブッシュ１１とボールベアリング１２）を用いて、シャフト８を回転自在に支持する。
そして、従来の技術では、図４に示すように、バタフライバルブ４に近い側（シャフト８の下側）にメタルブッシュ１１を配置し、バタフライバルブ４から離れた側（シャフト８の上側）にボールベアリング１２を配置していた。

特開２００７−２８５３１１号公報

ここで、メタルブッシュ１１の外周は、ハウジング３のシャフト挿通穴７の内部に圧入され、メタルブッシュ１１の内周にシャフト８が摺動クリアランスを介して挿入配置される。このため、メタルブッシュ１１の高さ位置では、摺動クリアランス（径方向の微少隙間）を介してシャフト８が回転自在に支持される。

一方、ボールベアリング１２の外輪は、ハウジング３の穴７の内部に圧入され、ボールベアリング１２の内輪にシャフト８が軽圧入される。この構造により、ボールベアリング１２の高さ位置では、径方向のガタツキがなく、シャフト８が回転自在に支持される。

このように、シャフト８は、摺動クリアランスを有するメタルブッシュ１１と、径方向にガタツキのないボールベアリング１２とによって回転自在に支持される構造であるため、シャフト８はボールベアリング１２を中心に、メタルブッシュ１１の摺動クリアランス分だけ傾斜可能な構造になっている。
ここで、リターンスプリング９には、図４に示すように、捩じりコイルバネが用いられるため、シャフト８にはリターンスプリング９から偏荷重が与えられ、シャフト８は最大角度（シャフト８が傾斜できる最大の角度）で傾斜した状態になり得る。

従来技術では、図４に示されるように、バタフライバルブ４に近い下側にメタルブッシュ１１が配置され、その上側にボールベアリング１２が配置される構造であったため、ボールベアリング１２からバタフライバルブ４の中心（シャフト８の下端）までの軸方向距離Ｌが大きく離れていた。
このため、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト８の傾斜（図３の一点鎖線はシャフト８の中心線を示す）に伴って、バタフライバルブ４がノズル１５に対して大きく偏心する。そして、バタフライバルブ４の偏心量が大きいと、合口１０の周方向の位置によって、合口１０の隙間面積が変わり、合口１０によるＥＧＲガスの漏れ量が変わってしまう。

具体的に、合口１０は、図３（ａ）に示すように、バタフライバルブ４が偏心によってノズル１５に近づく側（図示右側）に組み付けられて、合口１０の隙間面積が小さくなるように設けられる。
しかし、使用中の振動や作動（シールリング６が受ける荷重）によってシールリング６が周方向に回転移動したり、あるいはメンテナンス時にシールリング６が回動するなどして、図３（ｂ）に示すように、バタフライバルブ４がノズル１５から離れる位置に合口１０が移動する可能性がある。すると、合口１０の隙間面積が大きくなってしまい、合口１０から漏れるＥＧＲガス量が多くなって、規定の新気量（エンジン制御装置が要求する空気量）が確保できなくなり、排気ガスにおけるエミッションの悪化が懸念される。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、合口１０の位置にかかわらず、合口１０の隙間面積をほぼ一定にでき、合口１０から漏れるＥＧＲガス量の変動を抑えることのできるＥＧＲバルブ１を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段は、バタフライバルブを片持ち支持するシャフトを、メタルブッシュとボールベアリングによって回転自在に支持するものであり、メタルブッシュよりもバタフライバルブに近い側にボールベアリングを配置する。
この構造により、ボールベアリングからバタフライバルブの中心までの軸方向距離を従来技術より短くすることができ、シャフトの傾斜に伴うバタフライバルブの偏心量を従来技術より小さくすることができる。
このように、バタフライバルブの偏心量が抑えられることによって、合口の位置にかかわらず、合口の隙間面積をほぼ一定にできる。この結果、合口がどの位置であっても、合口から漏れるＥＧＲガス量をほぼ一定にできる。即ち、合口の位置が移動したとしても、ＥＧＲガス量の変動を抑えることができる。
このため、規定の新気量（エンジンに吸い込まれる空気量）を確保することができ、ＥＧＲガスの変動によるエミッションの悪化を防ぐことができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段におけるハウジングの内部には、ボールベアリングの径方向の外側部位に、エンジンの冷却水が循環供給される冷却水循環路が設けられる。
これにより、ボールベアリングの昇温が抑えられ、ボールベアリングに封入されるグリスの耐熱温度を下げることができ、グリスのコストを下げることが可能になる。その結果、ボールベアリングのコストを下げることができ、ＥＧＲバルブのコストを抑えることが可能になる。

ＥＧＲバルブの断面図である（実施例）。 シールリングにおける合口の説明図である（実施例）。 合口の隙間面積の説明図である（従来例と実施例の比較）。 ＥＧＲバルブの断面図である（従来例）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
ＥＧＲバルブ１は、
・エンジンの排気通路から吸気通路へ排気ガスの一部であるＥＧＲガスを戻すＥＧＲ流路２が形成されるハウジング３と、
・ＥＧＲ流路２の開閉および開度調整を行なうバタフライバルブ４と、
・このバタフライバルブ４の外周縁に形成された環状溝５の内部に嵌め入れられ、バタフライバルブ４がＥＧＲ流路２を閉塞する際に、バタフライバルブ４の周囲の隙間を塞ぐシールリング６と、
・ハウジング３に形成されたシャフト挿通穴７の内部において回転自在に支持され、バタフライバルブ４を片持ち支持するシャフト８と、
・バタフライバルブ４を全閉側に戻す力をシャフト８に付与するリターンスプリング９とを具備する。

シールリング６は、周方向の１箇所に合口１０が設けられる。
ＥＧＲバルブ１は、ハウジング３に対してシャフト８を回転自在に支持する手段として、
（ｉ）シャフト挿通穴７とシャフト８との間に、滑り軸受であるメタルブッシュ１１を配置するとともに、
（ｉｉ）このメタルブッシュ１１よりもバタフライバルブ４に近い側におけるシャフト挿通穴７とシャフト８との間に、転がり軸受であるボールベアリング１２を配置する。
これにより、ボールベアリング１２からバタフライバルブ４の中心（シャフト８の下端）までの軸方向距離Ｌを短くできるため、シャフト８の傾斜によるバタフライバルブ４の偏心を抑えることができる。このため、合口１０の位置にかかわらず、合口１０の隙間面積をほぼ一定にでき、ＥＧＲガス量の変動を抑えることができる。

また、ボールベアリング１２は、その内部にグリスが封入されたグリス封入タイプである。
一方、ハウジング３の内部には、ボールベアリング１２の径方向の外側部位に、エンジンの冷却水が循環供給される冷却水循環路１３が設けられており、この冷却水循環路１３によってボールベアリング１２の温度上昇が抑えられる。
これにより、ボールベアリング１２に封入されるグリスの耐熱温度を下げることができ、グリスのコストを抑えることができる。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図１〜図３を参照して説明する。実施例は、具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。なお、以下の実施例において、上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。

（実施例の具体的な構成）
ＥＧＲ装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるＥＧＲガスを混入させる周知の技術である。
ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ流路２と、このＥＧＲ流路２の開閉および開度調整を行なうＥＧＲバルブ１とを少なくとも備え、このＥＧＲバルブ１の開度が車両の走行状態に応じてＥＣＵによって制御される。

ＥＧＲバルブ１は、吸気通路におけるスロットルバルブの吸気下流側へＥＧＲガスを戻す高圧ＥＧＲ装置に搭載される高圧ＥＧＲバルブであっても良いし、吸気通路におけるスロットルバルブの吸気上流側（例えばターボチャージャ搭載車両であればコンプレッサの吸気上流側）へＥＧＲガスを戻す低圧ＥＧＲ装置に搭載される低圧ＥＧＲバルブであっても良い。

ＥＧＲバルブ１の具体的な一例を、図１を参照して説明する。
なお、以下では、図１の図示上側を上、図示下側を下と称して説明するが、この上下は実施例の説明のための方向であり、限定されるものではない。
ＥＧＲバルブ１は、
・内部にＥＧＲ流路２の一部を形成するハウジング３と、
・このＥＧＲ流路２中に配置されるバタフライバルブ４と、
・ハウジング３の外部よりバタフライバルブ４に回転力を付与するシャフト８と、
・シャフト８に開弁方向の駆動力を与える電動アクチュエータ１４と、
を具備する。

ハウジング３は、アルミニウム製であり、ハウジング３の内部にはＥＧＲ流路２の一部が形成されている。
ハウジング３におけるＥＧＲ流路２の内壁には、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレスなど）よりなる円筒形状を呈したノズル１５が圧入等により固定配置されている。このノズル１５の内部（円筒形の穴の内壁）は、ＥＧＲ流路２の一部を成すものである。

バタフライバルブ４は、ノズル１５の内部に配置され、ノズル１５の内部の開度制御を行なうことで、ＥＧＲ流路２の開度調整を行い、吸気通路へ戻されるＥＧＲガス量の調整を行なうものである。
このバタフライバルブ４は、円盤形状を呈する弁体であり、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレスなど）によって設けられる。
また、バタフライバルブ４は、シャフト８の下端に溶接等の結合技術によって固定されて、シャフト８によって片持ち支持されるものである。

バタフライバルブ４の外周縁には、全閉時においてバタフライバルブ４とノズル１５の内周壁の隙間を閉塞するシールリング６が設けられている。
シールリング６は、バタフライバルブ４の外周縁に全周に亘って形成された環状溝５に嵌め入れられている。
このシールリング６は、ステンレス等の金属材料によって形成された断面が四角形状の線材を円環状に設けたものであり、周方向の１箇所に、線膨張の差分を吸収するための合口１０（周方向の分離部）が設けられている。
なお、シールリング６は、金属材料に限定されるものではなく、耐熱性、耐油性、耐摩耗性に優れた材料によって設けても良い。

合口１０は、図２に示すように、シールリング６の自由長において、合口１０における周方向の隙間距離が、少量離間するように設けられており、シールリング６の外周縁がノズル１５の内壁に押し付けられて組付けられる。これにより、バタフライバルブ４、ノズル１５およびシールリング６に膨張変化が生じても、全閉時においてシールリング６の外周縁が常にノズル１５の内壁に接する状態に保たれる。

一方、合口１０は、分離部であるため、全閉時におけるＥＧＲガスの漏れを抑える目的で、組付状態において合口１０の隙間（周方向の隙間距離）は小さく設けられる。具体的に、合口１０は、シールリング６がノズル１５の内部に組付けられ、ノズル１５の内壁によって縮径された状態において、合口１０の隙間が約０．４ｍｍ程に設定されている。

シャフト８は、ＥＧＲ流路２の内部とハウジング３の上部とを貫通したシャフト挿通穴７の内部において軸受を介して回転自在に支持される。このシャフト８は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレスなど）よりなる略円柱棒状体であり、バタフライバルブ４はシャフト８の軸線に対して傾斜配置される。

シャフト８は、バタフライバルブ４を片持ち支持するものであるため、シャフト８の傾斜を極力抑える目的で、軸方向に離れた２つの軸受（メタルブッシュ１１とボールベアリング１２）を用いて回転自在に支持される。
具体的に、ＥＧＲバルブ１は、ハウジング３に対してシャフト８を回転自在に支持する手段として、
（ｉ）シャフト挿通穴７とシャフト８との間に、滑り軸受であるメタルブッシュ１１を配置するとともに、
（ｉｉ）このメタルブッシュ１１よりもバタフライバルブ４に近い側（メタルブッシュ１１の下側）のシャフト挿通穴７とシャフト８との間に、転がり軸受であるボールベアリング１２を配置している。

メタルブッシュ１１は、金属製の円筒体であり、メタルブッシュ１１の外周面がシャフト挿通穴７の内周面に圧入により固定される。一方、メタルブッシュ１１の内周面にシャフト８が挿入配置され、メタルブッシュ１１の内周面とシャフト８との間に微細な摺動クリアランスが設けられる。
なお、メタルブッシュ１１の内側のシャフト８に形成された外周溝８ａは、グリスを保持するための溝である。

ボールベアリング１２は、アウターレース（外輪）とインナーレース（内輪）との間（環状隙間）に多数のボールを圧入配置した周知のものであり、アウターレースとインナーレースの径方向のガタツキの発生が防がれ、アウターレースとインナーレースが多数のボールによって相対回転自在に設けられている。
アウターレース、インナーレース、ボールは耐摩耗性、耐熱性に優れた金属材料（例えば、軸受け綱など）によって設けられる。そして、アウターレースの外周面は、シャフト挿通穴７の内周面に圧入により固定される。一方、インナーレースの内周面にはシャフト８が挿入され、インナーレースの内周面にシャフト８の外周面が軽圧入される。

ボールベアリング１２は、内部にグリスが封入されたグリス封入タイプであり、アウターレースとインナーレースの上下に組付けた封止リングによってボールの周囲に封入されたグリスが外部に漏れないように設けられている。

ここで、ハウジング３の内部には、ボールベアリング１２の径方向の外側部位（ボールベアリング１２とほぼ同じ高さ位置）に、ボールベアリング１２の昇温を抑える冷却水循環路１３が設けられている。この冷却水循環路１３は、エンジンの冷却水（例えば、８０℃程の温水）の一部が循環供給されるものであり、ボールベアリング１２の周囲を囲むように（例えば、コの字形状に）ハウジング３に形成されている。

シャフト８とハウジング３との間には、ＥＧＲガスが電動アクチュエータ１４の内部（ギヤやモータ等が収容される空間）へ漏れるのを防ぐシール部材１６（例えば、断面Ｌ字形のリップシールなど）が配置される。なお、図１では、メタルブッシュ１１の上側にシール部材１６を配置しているが、メタルブッシュ１１とボールベアリング１２との間にシール部材１６を配置するなど、シール部材１６の配置位置は限定されるものではない。

電動アクチュエータ１４は、ハウジング３の上部に固定されて、シャフト８を回動駆動するものであり、
・通電により回転動力を発生する電動モータ（例えば、通電量に応じた回転トルクを発生する周知の直流モータ）と、
・この電動モータの回転トルクを増幅してシャフト８に伝達する減速装置１７（例えば、複数のギヤを組み合わせた歯車式減速機）と、
・バタフライバルブ４を全閉側へ戻す力をシャフト８に付与するリターンスプリング９と、
・シャフト８の開度からバタフライバルブ４の開度を検出する回転角センサ１８（シャフト８の角度を非接触で検出する磁気回転角センサ）と、
を備える。

そして、電動モータがＥＣＵによって通電制御されることで、シャフト８を介してバタフライバルブ４の開度制御が行なわれ、エンジンに戻されるＥＧＲガス量の調整が行なわれる。
具体的にＥＣＵは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置であり、回転角センサ１８によって検出される実際のバタフライバルブ４（シャフト８）の開度が、車両走行状態に応じて算出された目標開度となるように、ＥＣＵが電動モータを通電制御するものである。

（実施例の効果１）
この実施例のリターンスプリング９には、捩じりコイルバネが用いられる。具体的に、リターンスプリング９の下端がハウジング３に係止し、リターンスプリング９の上端が減速装置１７の最終ギヤ１７ａに係止して、シャフト８の上端に固定された最終ギヤ１７ａを初期位置（バタフライバルブ４がＥＧＲ流路２を閉塞する位置＝全閉位置）に戻す力を付与するものである。
このため、シャフト８にはリターンスプリング９から偏荷重が与えられることになり、シャフト８は最大の角度で傾斜した状態になり得る。

この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、メタルブッシュ１１よりもバタフライバルブ４に近い側にボールベアリング１２を配置している。この構造により、ボールベアリング１２からバタフライバルブ４の中心までの軸方向距離Ｌを短くすることができ、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、シャフト８の傾斜に伴うバタフライバルブ４の偏心量を従来技術に比較して小さく抑えることができる（図３の一点鎖線はシャフト８の中心線を示す）。

これにより、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、シールリング６の合口１０が周方向のどの位置に回動しても、合口１０の隙間面積の変化が小さく抑えられ、ＥＧＲガスの漏れ量の変動が抑えられる。
このため、エンジンの運転状態に適した規定の新気量をエンジンが確保することができ、ＥＧＲガスの変動によるエミッションの悪化を回避することができる。具体的には、新気量の確保によってスモークの発生を抑えることができる。

（実施例の効果２）
また、この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、ボールベアリング１２の周囲におけるハウジング３の内部に、ボールベアリング１２を囲むように冷却水循環路１３が設けられる。このため、ＥＧＲ流路２を温度の高いＥＧＲガスが流れても、ボールベアリング１２の温度上昇を抑えることができる。具体的な一例を示すと、例えばＥＧＲ流路２をＥＧＲクーラを通過した１５０℃〜２００℃のＥＧＲガスが流れても、冷却水循環路１３を流れる冷却水によるボールベアリング１２の冷却によって、ボールベアリング１２の温度をグリスの耐熱温度（例えば、１５０℃）より低い温度に抑えることができる。

このように、ボールベアリング１２の温度を下げることができるため、ボールベアリング１２に使用されるグリスの耐熱性を下げることが可能になる。具体的には「耐熱性に優れた高価なグリス」を用いる必要がなくなり、使用されるグリスの耐熱性を下げることでグリスのコストを下げることができる。これによって、ボールベアリング１２のコストを下げることができ、結果的にＥＧＲバルブ１のコストを抑えることができる。

１ ＥＧＲバルブ
２ ＥＧＲ流路
３ ハウジング
４ バタフライバルブ
５ 環状溝
６ シールリング
７ シャフト挿通穴
８ シャフト
９ リターンスプリング
１０ 合口
１１ メタルブッシュ
１２ ボールベアリング
１３ 冷却水循環路

Claims (2)

1. エンジンの排気通路から吸気通路へ排気ガスの一部であるＥＧＲガスを戻すＥＧＲ流路（２）が形成されるハウジング（３）と、
   前記ＥＧＲ流路（２）の開閉および開度調整を行なうバタフライバルブ（４）と、
   このバタフライバルブ（４）の外周縁に形成された環状溝（５）の内部に嵌め入れられ、前記バタフライバルブ（４）が前記ＥＧＲ流路（２）を閉塞する際に、前記バタフライバルブ（４）の周囲の隙間を塞ぐシールリング（６）と、
   前記ハウジング（３）に形成されたシャフト挿通穴（７）の内部において回転自在に支持され、前記バタフライバルブ（４）を片持ち支持するシャフト（８）と、
   前記バタフライバルブ（４）を全閉側へ戻す力を前記シャフト（８）に付与するリターンスプリング（９）とを具備し、
   前記シールリング（６）の周方向の１箇所に合口（１０）が設けられるＥＧＲバルブ（１）において、
   このＥＧＲバルブ（１）は、前記ハウジング（３）に対して前記シャフト（８）を回転自在に支持する手段として、
   前記シャフト挿通穴（７）と前記シャフト（８）との間に、滑り軸受であるメタルブッシュ（１１）を配置するとともに、
   このメタルブッシュ（１１）よりも前記バタフライバルブ（４）に近い側における前記シャフト挿通穴（７）と前記シャフト（８）との間に、転がり軸受であるボールベアリング（１２）を配置することを特徴とするＥＧＲバルブ。
2. 請求項１に記載のＥＧＲバルブ（１）において、
   前記ボールベアリング（１２）は、内部にグリスが封入されたグリス封入タイプであり、
   前記ハウジング（３）の内部には、前記ボールベアリング（１２）の径方向の外側部位に、前記エンジンの冷却水が循環供給される冷却水循環路（１３）が設けられることを特徴とするＥＧＲバルブ。

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