JP2014206075A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載された内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine mounted on a vehicle.
信号待ち等、車両の一時停車時に内燃機関のアイドル回転を停止させて燃費の向上を図るアイドリングストップシステムが周知である。 2. Description of the Related Art An idling stop system that improves fuel efficiency by stopping idle rotation of an internal combustion engine when a vehicle is temporarily stopped, such as waiting for a signal, is well known.
例えば、アイドリングストップを伴う車両の停車中に、車両後方から強い風が吹き込む等して、排気通路に滞留していた排気ガスが上流側へと逆流することがある。 For example, when a vehicle with an idling stop is stopped, a strong wind blows from the rear of the vehicle, and the exhaust gas staying in the exhaust passage may flow backward to the upstream side.
内燃機関の停止中は、何れかの気筒で吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁状態に保持されていることがあり、この場合には、逆流する排気ガスが吸気通路に達してしまう。 While the internal combustion engine is stopped, both the intake valve and the exhaust valve may be held open in any cylinder. In this case, the exhaust gas that flows backward reaches the intake passage.
すると、内燃機関の次回の始動の際、気筒の燃焼室内に逆流した排気を含む吸気が流入する。そのため、始動開始時の燃焼が不安定になり、内燃機関の始動に時間がかかってしまうという不具合が生じる。 Then, when the internal combustion engine is started next time, intake air including exhaust gas that has flowed back flows into the combustion chamber of the cylinder. Therefore, combustion at the start of starting becomes unstable, and there is a problem that it takes time to start the internal combustion engine.
上述した不具合の解消のために、各気筒の吸気バルブ及び排気バルブとして電磁力により互いに独立して開閉駆動可能なものを採用し、内燃機関の停止後にこれらの電磁式の吸気バルブ及び排気バルブを閉じるように制御して、吸気通路内へ排気ガスが逆流するのを防止するようにしたものが考えられている(例えば、下記特許文献1を参照)。 In order to solve the above-mentioned problems, the intake valves and exhaust valves of each cylinder that can be opened and closed independently by electromagnetic force are adopted, and these electromagnetic intake valves and exhaust valves are installed after the internal combustion engine is stopped. It has been considered that the exhaust gas is controlled to be closed to prevent the exhaust gas from flowing back into the intake passage (see, for example, Patent Document 1 below).
また他にも、吸気通路に電動式のコンプレッサを設け、内燃機関の停止後に吸気通路側から排気通路側にコンプレッサを用いて空気を流し込むことにより、吸気通路内へ排気ガスが逆流するのを防止するようにしたものも考えられている(例えば、下記特許文献2を参照)。 In addition, an electric compressor is provided in the intake passage, and after the internal combustion engine is stopped, air is introduced from the intake passage side to the exhaust passage side to prevent the exhaust gas from flowing back into the intake passage. The thing which made it do is also considered (for example, refer the following patent document 2).
ところが、電磁式のバルブや電動式のコンプレッサを別途設けるものでは、比較的コストが高くなってしまうという問題がある。 However, separately providing an electromagnetic valve or an electric compressor has a problem that the cost is relatively high.
本発明は、以上の点に着目し、機関の停止中に吸気通路まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避することを所期の目的としている。 The present invention pays attention to the above points, and an object of the present invention is to avoid the problem that the restartability of the internal combustion engine deteriorates due to the exhaust gas flowing back to the intake passage while the engine is stopped.
本発明では、内燃機関の停止後、排気通路に設けられた空燃比センサが検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記空燃比センサの下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させることを特徴とする。 In the present invention, after the internal combustion engine is stopped, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor provided in the exhaust passage changes toward the rich side, the exhaust gas downstream of the air-fuel ratio sensor moves upstream. It is determined that a flowing back flow state has occurred, and the internal combustion engine is started.
本発明によれば、機関の停止中に吸気通路まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避することができる。 According to the present invention, it is possible to avoid the problem that the restartability of the internal combustion engine deteriorates due to exhaust gas flowing back to the intake passage while the engine is stopped.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の4ストローク火花点火エンジンであり、三つの気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備する。それら気筒1は直列配置されており、図2に示すように、各気筒1の圧縮上死点は等間隔、即ち240°CA(クランク角度)毎に出現する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is a port injection type four-stroke spark ignition engine, and includes three cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). These cylinders 1 are arranged in series, and as shown in FIG. 2, the compression top dead center of each cylinder 1 appears at equal intervals, that is, every 240 ° CA (crank angle).
各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。また、吸気ポート中には、吸気バルブ35を配している。この吸気バルブ35は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。
The
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。また、排気ポート中には、排気バルブ43を配している。この排気バルブ43は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-
触媒41の上流及び下流にはそれぞれ、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサを設けている。空燃比センサは、ガスの空燃比に比例した線形な出力特性を有するリニアA/Fセンサであってもよく、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する、ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するO2センサ44、45であってもよい。本実施形態では、触媒41の上流側及び下流側の各空燃比センサについて、O2センサ44、45を想定している。周知の通り、O2センサ44、45の出力特性は、図3に示すように、ウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるZ特性曲線を描く。
An air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided upstream and downstream of the
図2に、三気筒の4ストロークエンジンにおける各気筒1の行程を示す。三気筒エンジンでは、何れかの気筒が圧縮上死点となる時点で、残りの二つの気筒における吸気バルブ35または排気バルブ43が大きく開いており、当該バルブ35、43から吸気カムまたは排気カムが強い反作用力を受ける状態となっている。故に、内燃機関の停止後、各気筒1の圧縮上死点近傍のタイミングで吸気バルブ35及び排気バルブ43が静止することは少ない。
FIG. 2 shows the stroke of each cylinder 1 in a three-cylinder four-stroke engine. In the three-cylinder engine, when one of the cylinders becomes the compression top dead center, the
逆に、各バルブ35、43から吸気カムまたは排気カムが受ける反作用力が一番小さいタイミングで吸気バルブ35及び排気バルブ43が静止することとなる。具体的には、ある気筒の圧縮上死点と次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点との間の時点、すなわち、何れかの気筒が排気上死点となる時点で、残りの二つの気筒における吸気バルブ35及び排気バルブ43は閉じており、当該バルブ35、43から吸気カム及び排気カムが受ける反作用力が最も小さくなっている。そして、排気上死点にある気筒では、吸気バルブ35と排気バルブ43とが両方開いている状態、すなわちバルブオーバラップとなっている。
On the contrary, the
内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号(N信号)b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、車載のバッテリの電圧(または、バッテリ電流)を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却液(または、冷却水)の温度を検出する液温センサから出力される冷却液温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号(G信号)g、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ(または、シフトポジションスイッチ)から出力されるシフトレンジ信号h、触媒41の上流側の排気ガスの空燃比を検出するフロントO2センサ44から出力される信号p、触媒41の下流側の排気ガスの空燃比を検出するリアO2センサ45から出力される信号q等が入力される。アクセル開度は、いわば要求負荷である。内燃機関の冷却液温は、内燃機関の温度を示唆する。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i is output to the igniter of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、h、p、qを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、kを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
また、ECU0は、内燃機関の始動(冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある)時において、電動機(スタータモータまたはモータジェネレータ)に制御信号sを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数すなわちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに(完爆したものと見なして)終了する。
In addition, the
さらに、ECU0は、触媒41の上流側のガスの空燃比を検出するフロントO2センサ44の出力電圧pを所定の電圧判定値と比較して、その判定値よりも高ければリッチ、その判定値よりも低ければリーンと判定する。
Further, the
また、ECU0は、触媒41の下流側のガスの空燃比を検出するリアO2センサ45の出力電圧qを所定の電圧判定値と比較して、その判定値よりも高ければリッチ、その判定値よりも低ければリーンと判定する。
Further, the
しかして、本実施形態のECU0は、内燃機関の停止後、排気通路4に設けられたフロントO2センサ44が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記フロントO2センサ44の下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させる。 Thus, ECU0 of this embodiment, after stop of the internal combustion engine, when the air-fuel ratio which is the front O 2 sensor 44 provided in the exhaust passage 4 to detect changes toward the rich side, the front O 2 sensor 44 It is determined that a reverse flow state in which the exhaust gas on the downstream side flows upstream is started, and the internal combustion engine is started.
図4に、アイドルストップに際してECU0がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。
FIG. 4 shows a procedure example of processing executed by the
ECU0は、アイドルストップ条件が成立したときに(ステップS1)、気筒1におけるインジェクタ11からの燃料噴射及び点火プラグ12による点火を停止するアイドルストップを開始する(ステップS2)。ステップS1では、車両の車速が所定値(例えば、9km/h)以下であり、シフトポジションが走行レンジであり(AT車の場合)、ブレーキペダルが踏み込まれておりマスタシリンダ圧が所定値(例えば、0.7MPa)以上であり、加えて、車載バッテリの電圧が所定以上であり、内燃機関の冷却水温が所定以上高い等の諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。
When the idle stop condition is satisfied (step S1), the
アイドルストップ直後は、燃料の供給が行われていない状態で吸気通路3内の吸気が燃焼室を経由して排気通路4側へと送り込まれる。したがって、内燃機関の自動停止直後の排気通路4における触媒41の上流側の排気通路42は、触媒41の下流側に比べて酸素量が多い状態となっている。すなわち、吸気通路3側からの吸気流入による酸素量の増加に伴い、排気通路4に設けられたフロントO2センサ44の酸素検出量が比較的多くなり、排気通路4内のガスの空燃比がリーンへと向かう。
Immediately after the idling stop, the intake air in the
アイドルストップ中に、ECU0は、排気ガスが逆流しているか否かを判断する(ステップS3)。触媒41の下流側から上流側へ排気ガスが逆流してくると、触媒41の上流側の酸素量が極端に少なくなる。すなわち、排気通路4(触媒41の下流)側からの排気逆流による酸素量の低減に伴い、排気通路4に設けられたフロントO2センサ44の酸素検出量が極端に少なくなり、排気通路4内のガスの空燃比がリッチへと向かう。
During the idling stop, the
しかして、ステップS3においてECU0は、排気通路4に設けられたフロントO2センサ44が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したか否かを判断する。
Accordingly, in step S3, the
空燃比がリッチ側に向けて変化したとは、例えば、
・空燃比がリーンからリッチへ切り替わった、
・空燃比がリーンで、フロントO2センサ44の出力電圧pの正方向への変化量Δpが所定値以上となった、
・空燃比がリッチで、フロントO2センサ44の出力電圧pの正方向への変化量Δpが所定値以上となった、
の何れかを満たすときである。なお、空燃比センサの出力電圧が所定値(例えば、0.8V)以上となった場合に、空燃比がリッチ側に向けて変化したと判断するようにしてもよい。
For example, the air-fuel ratio has changed toward the rich side.
・ The air-fuel ratio has changed from lean to rich.
The amount of change Δp in the positive direction of the output voltage p of the front O 2 sensor 44 becomes a predetermined value or more when the air-fuel ratio is lean
The air-fuel ratio is rich and the amount of change Δp in the positive direction of the output voltage p of the front O 2 sensor 44 has become a predetermined value or more.
When either of the above is satisfied. Note that it may be determined that the air-fuel ratio has changed toward the rich side when the output voltage of the air-fuel ratio sensor becomes equal to or higher than a predetermined value (for example, 0.8 V).
すなわち、ステップS3においてECU0は、フロントO2センサ44の出力電圧pを、所定の判定値と比較して、この判定値よりも高くなったか否かを判断する。判定値よりも高ければ、空燃比がリッチであり、判定値よりも低ければ、空燃比はリーンである。また、ECU0は、フロントO2センサ44の出力電圧pの正方向への変化量Δpが所定値以上であるか否かを判断する。
That is, in step S3, the
ステップS3で、排気通路4に設けられたフロントO2センサ44が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したと判断されたときに、吸気バルブ35及び排気バルブ43が同時に開いている状態が、何れかの気筒1で生じていれば(ステップS4)、逆流した排気ガスが、吸気通路3にまで達し得る状態であると判断する(ステップS5)。ステップS4では、ECU0は、クランク角信号(N信号)b及びカム角信号(G信号)gの双方を参照して、内燃機関の停止中に、何れかの気筒1で吸気バルブ35及び排気バルブ43が同時に開弁しているバルブオーバラップとなっているか否かを知得する。
When it is determined in step S3 that the air-fuel ratio detected by the front O 2 sensor 44 provided in the exhaust passage 4 has changed toward the rich side, the
ステップS5で、少なくとも一つの気筒1で吸気バルブ35及び排気バルブ43が同時に開いている状態が生じていれば、アイドルストップを終了する(ステップS7)。具体的には、スタータモータのピニオンギアをフライホイール(MT車の場合)またはドライブプレート(AT車の場合)外周のリングギアに噛合させて内燃機関のクランキングを行い、かつインジェクタ11からの燃料噴射(及び点火)を再開して内燃機関を再始動する。
If it is determined in step S5 that the
なお、ステップS3またはステップS4でNoと判断された場合、ECU0は、アイドルストップ終了条件が成立したか否かを判断する(ステップS6)。アイドルストップ終了条件が成立した暁には、アイドルストップを終了する(ステップS7)。ステップS6では、具体的には、シフトポジションが非走行レンジに変更された(AT車の場合)、ブレーキペダルの踏み込みが緩められてマスタシリンダ圧が再始動用の低位判定値(例えば、0.1MPa)以下に低下した、あるいは逆にブレーキペダルの踏込量が強められてマスタシリンダ圧が再始動用の高位判定値以上に上昇した、アクセルペダルが踏まれた、内燃機関の停止から所定時間(例えば、3分)が経過した、等のうちの何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。
When it is determined No in step S3 or step S4, the
本実施形態では、内燃機関の停止後、排気通路4に設けられたフロントO2センサ44が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記フロントO2センサ44の下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させることを特徴とする内燃機関の制御装置0を構成した。
In the present embodiment, after the internal combustion engine is stopped, when the air-fuel ratio detected by the front O 2 sensor 44 provided in the exhaust passage 4 changes toward the rich side, it is on the downstream side of the front O 2 sensor 44. The internal combustion
本実施形態のECU0によれば、逆流した排気ガスが吸気通路3内に滞留して内燃機関の始動が困難となる状況の発生前に、自動的に内燃機関の再始動を行うようにしているので、機関の停止中に吸気通路3まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避することができる。そのため、運転者への違和感を低減させることができる。
According to the
また、触媒41の上流側の排気ガスの空燃比を検出するフロントO2センサ44の出力電圧pを用いて排気ガスの逆流を判断しているので、排気ガスの逆流対策として特別なセンサや、従来のような電磁式のバルブまたは電動式のコンプレッサ等の特別な部品を別途設ける必要がない。すなわち、既存のセンサを用いて排気ガスの逆流を検出するようにしているため、上述した課題の解決を低コストで実現することができる。
Further, since the backflow of exhaust gas is determined using the output voltage p of the front O 2 sensor 44 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas upstream of the
特に、本実施形態のようなアイドルストップシステムを搭載したものでは、再始動を速やかに行うことによって、信号待ちからの発進時等に再始動が遅れて後続車両に追突される等の危険性を防止でき、安全性を向上させることができる。 In particular, in the case where an idle stop system such as this embodiment is installed, by restarting promptly, there is a risk that the restart is delayed and the rear vehicle is collided with a subsequent vehicle when starting from a signal waiting state. Can be prevented and safety can be improved.
本実施形態では、触媒41の上流側の空燃比センサにて、上記状態の検出を実施している。すなわち、燃焼室により近い側の空燃比センサであるフロントO2センサ44を用いているので、燃焼室からより離れた側の空燃比センサであるリアO2センサ45を用いる場合に比べて、検出制度を向上させることができる。
In the present embodiment, the above state is detected by the air-fuel ratio sensor upstream of the
特に、本実施形態のECU0は、内燃機関停止後の吸気バルブ35の状態を検出できる手段を備えており、吸気バルブ35及び排気バルブ43が同時に開いている状態で、かつ、フロントO2センサ44が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに場合にのみ、アイドルストップを終了するようにしている。すなわち、ECU0は、吸気通路3への排気ガスの逆流が発生する条件が成立したときにのみ、自動的に再始動するようにしている。そのため、運転者への違和感を低減させることができる。
In particular, the
また、本実施形態のような三気筒エンジンでは、何れかの気筒1が排気上死点となる時点で吸気バルブ35及び排気バルブ43が静止することが多いため、内燃機関の停止期間中に、吸気バルブ35及び排気バルブ43が同時に開いている状況が生じやすい。そのため、上述した制御は特に有効である。
Further, in the three-cylinder engine as in the present embodiment, the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。本発明は、気筒数が三気筒以外の内燃機関に対しても適用することが可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The present invention can also be applied to an internal combustion engine having a number of cylinders other than three.
上記実施形態における内燃機関はポート噴射式のものであったが、各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御に本発明を適用することも可能である。 Although the internal combustion engine in the above embodiment is of the port injection type, the present invention can also be applied to start control of a direct injection internal combustion engine that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder.
本発明の空燃比センサは、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するO2センサの他に、排気ガスの空燃比に比例した信号を出力するリニアA/Fセンサ等であってもよい。また、空燃比センサが設けられる場所は、種々変更可能である。例えば、排気通路に複数の触媒を直列に接続する、いわゆるタンデム触媒を採用した場合、上流側触媒の下流かつ下流側触媒の上流に空燃比センサが設けられることがあるが、この空燃比センサを用いるものであってもよい。また、触媒の下流側の空燃比センサを用いるものであってもよい。 The air-fuel ratio sensor of the present invention is a linear A / F sensor that outputs a signal proportional to the air-fuel ratio of exhaust gas, in addition to an O 2 sensor that has nonlinear output characteristics with respect to the air-fuel ratio of exhaust gas. Also good. Further, the place where the air-fuel ratio sensor is provided can be variously changed. For example, when a so-called tandem catalyst in which a plurality of catalysts are connected in series to the exhaust passage is employed, an air-fuel ratio sensor may be provided downstream of the upstream catalyst and upstream of the downstream catalyst. It may be used. Further, an air-fuel ratio sensor on the downstream side of the catalyst may be used.
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。 The present invention can be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
4…排気通路
44、45…空燃比センサ(O2センサ)
0 ... Control unit (ECU)
4 ...
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