JP2021028482A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device.
従来、排気ガスに含まれる粒子状物質[PM:Particulate Matter]を捕集する微粒子除去フィルタが内燃機関の排気通路に配置された排気処理装置が知られている(例えば特許文献1)。特許文献1に記載の排気処理装置では、微粒子除去フィルタのハウジング内に燃焼触媒と微粒子除去フィルタとがこの順で収容されている。
Conventionally, there is known an exhaust treatment device in which a fine particle removing filter for collecting particulate matter [PM: Particulate Matter] contained in exhaust gas is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine (for example, Patent Document 1). In the exhaust treatment apparatus described in
近年、粒子状物質の排出量低減を含む排出ガス規制の強化が進められている。本技術分野では、粒子状物質の排出量を低減するにあたり、例えば粒子状物質を捕集するフィルタの大型化、フィルタの再生に伴うフィルタへの負担増大、及び、コストの増大を抑制することが望まれている。 In recent years, exhaust gas regulations, including reduction of particulate matter emissions, have been strengthened. In the present technical field, in order to reduce the emission amount of particulate matter, for example, it is possible to suppress an increase in the size of a filter for collecting particulate matter, an increase in the burden on the filter due to the regeneration of the filter, and an increase in cost. It is desired.
本発明は、Pt等を担持させた触媒を追加せずに排気ガスの熱を有効に利用しつつ、フィルタへの粒子状物質の流入量の低減を図ることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention provides an exhaust purification device capable of reducing the inflow of particulate matter into a filter while effectively utilizing the heat of exhaust gas without adding a catalyst carrying Pt or the like. With the goal.
本発明の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路におけるフィルタの上流側に設けられ、NO2による酸化反応を主因とせずに粒子状物質の一部を燃焼可能な燃焼触媒と、を備え、排気通路の上流端から燃焼触媒までの流路長は、燃焼触媒からフィルタまでの流路長よりも短い。 The exhaust purification device according to one aspect of the present invention is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, is provided with a filter for collecting particulate matter contained in the exhaust gas of the internal combustion engine, and is provided on the upstream side of the filter in the exhaust passage. It is equipped with a combustion catalyst capable of burning a part of particulate matter without the main cause of oxidation reaction by NO 2 , and the flow path length from the upstream end of the exhaust passage to the combustion catalyst is the flow path from the combustion catalyst to the filter. Shorter than long.
本発明の一態様に係る排気浄化装置では、排気通路におけるフィルタの上流側に燃焼触媒が設けられている。燃焼触媒は、粒子状物質の一部を燃焼可能であるため、フィルタへの粒子状物質の流入量の低減が可能となる。また、燃焼触媒は、NO2による酸化反応を主因とせずに粒子状物質の一部を燃焼可能であるため、燃焼触媒の上流側にNO2を生成するためのPt等を担持させた触媒を追加しなくてもよい。また、排気通路の上流端から燃焼触媒までの流路長は、燃焼触媒からフィルタまでの流路長よりも短いため、燃焼触媒において粒子状物質の一部を燃焼させるために、排気ガスの熱が有効に利用される。したがって、排気浄化装置によれば、Pt等を担持させた触媒を追加せずに排気ガスの熱を有効に利用しつつ、フィルタへの粒子状物質の流入量の低減を図ることができる。 In the exhaust purification device according to one aspect of the present invention, a combustion catalyst is provided on the upstream side of the filter in the exhaust passage. Since the combustion catalyst can burn a part of the particulate matter, it is possible to reduce the amount of the particulate matter flowing into the filter. The combustion catalyst for a portion of the particulate matter can be combusted without mainly due to oxidation reaction with NO 2, a catalyst obtained by loading Pt or the like for generating NO 2 on the upstream side of the combustion catalyst You do not have to add it. Further, since the flow path length from the upstream end of the exhaust passage to the combustion catalyst is shorter than the flow path length from the combustion catalyst to the filter, the heat of the exhaust gas is generated in order to burn a part of the particulate matter in the combustion catalyst. Is effectively used. Therefore, according to the exhaust gas purification device, it is possible to reduce the amount of particulate matter flowing into the filter while effectively utilizing the heat of the exhaust gas without adding a catalyst supporting Pt or the like.
一実施形態において、排気浄化装置は、排気通路における燃焼触媒の上流側に設けられ、燃焼触媒に流入する排気ガスの温度を昇温させる昇温部と、燃焼触媒に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサと、温度センサの検出結果に基づいて、温度が所定の温度閾値未満の場合に温度を昇温させるように昇温部を制御する昇温制御部と、を更に備えてもよい。この場合、昇温部を用いて燃焼触媒に流入する排気ガスが昇温されることで、燃焼触媒において粒子状物質の一部を有効に燃焼させることができる。 In one embodiment, the exhaust purification device is provided on the upstream side of the exhaust gas in the exhaust passage to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the combustion catalyst and the temperature of the exhaust gas flowing into the combustion catalyst. A temperature sensor for detection and a temperature rise control unit for controlling the temperature rise unit so as to raise the temperature when the temperature is less than a predetermined temperature threshold based on the detection result of the temperature sensor may be further provided. .. In this case, the exhaust gas flowing into the combustion catalyst is heated by using the temperature raising unit, so that a part of the particulate matter can be effectively burned in the combustion catalyst.
本発明によれば、Pt等を担持させた触媒を追加せずに排気ガスの熱を有効に利用しつつ、フィルタへの粒子状物質の流入量の低減を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the inflow of particulate matter into the filter while effectively utilizing the heat of the exhaust gas without adding a catalyst carrying Pt or the like.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[エンジンシステムの構成]
図1は、実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。図1に示されるように、排気浄化装置100は、例えばトラック等の車両に搭載されており、内燃機関であるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)1から排出される排気ガスを浄化する。エンジン1は、複数の気筒にそれぞれ燃料を噴射する複数のインジェクタ(昇温部)2を有している。なお、排気浄化装置100が搭載される車両としては、トラックの他、トラクター又はバス等の大型の車両であってもよいし、中型自動車、小型自動車、及び軽自動車であってもよい。
[Engine system configuration]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system including the exhaust gas purification device of the embodiment. As shown in FIG. 1, the exhaust
エンジン1では、各インジェクタ2と接続され、高圧燃料を貯留すると共に各インジェクタに高圧燃料を供給するコモンレール(不図示)とを備えている。各インジェクタ2は、燃料の噴射として、例えば、メイン噴射と、メイン噴射の前に微小の燃料を噴射するパイロット噴射と、メイン噴射の後に微小の燃料を噴射するアフター噴射と、アフター噴射の後に噴射するポスト噴射とを行うことができる。
The
エンジン1には、燃焼室で発生した排気ガスを排出するための排気通路3が接続されている。排気浄化装置100は、排気通路3に上流側から下流側に向けて順に配設されたターボ過給機4のタービン5、ATC(昇温部)[After Turbo Catalyst]6、PM燃焼触媒(燃焼触媒)7、及び、後処理部8を備えている。また、エンジン1は、排気ガスの一部をEGR(排気再循環)ガスとして還流させるEGRユニット9を備えている。
An
ATC6は、排気通路3におけるPM燃焼触媒7の上流側に設けられた小型酸化触媒である。ATC6は、排気ガスに含まれるHC又はCOを酸化させる際の反応熱でPM燃焼触媒7に流入する排気ガスを昇温させる。
The ATC 6 is a small oxidation catalyst provided on the upstream side of the
PM燃焼触媒7は、排気通路3における後処理部8の上流側に設けられている。PM燃焼触媒7は、NO2による酸化反応を主因とせずに粒子状物質の一部を燃焼可能に構成されている。
The
PM燃焼触媒7は、例えばフロースルー型の担体を有している。担体の壁面には、PMが接触してPMが捕捉され易くするための突起が、担体内の排気ガスの流れ方向と交差するように形成されていてもよい。
The
PM燃焼触媒7は、例えば、セリウム−ジルコニウム複合酸化物からなる担体に、Ag等の金属又は金属酸化物を含む触媒成分が担持された触媒(例えばAg/CeO2系複合酸化物触媒)であってもよい。あるいは、PM燃焼触媒7は、例えば、耐熱性を有する無機酸化物からなる担体に、銅−バナジウム複合酸化物、アルカリ金属元素、及び、アルカリ土類金属元素を含む触媒成分が担持された触媒(例えばV−Cs系複合酸化物触媒)であってもよい。
The
ここで、図2は、PM燃焼触媒7の特性を例示する図である。図2には、横軸を時間とし縦軸を温度及び燃焼速度として、PM燃焼触媒7に流入する排気ガスの温度(以下、入口温度Tinという)の昇温に伴うPM燃焼触媒7でのPMの燃焼速度の特性曲線Uが例示されている。なお、図2のような特性曲線Uは、例えば、PMを模した煤と触媒成分とを混合した試料を用いて実験的に取得することができる。
Here, FIG. 2 is a diagram illustrating the characteristics of the
図2の例では、第1温度T1よりも低いPM燃焼触媒7の温度からPM燃焼触媒7の温度を略一定の温度勾配で昇温させている。入口温度Tinは、時刻t1で第1温度T1に達する。第1温度T1では、PM燃焼触媒7でのPMの燃焼速度が立ち上がっている。つまり、第1温度T1は、PM燃焼触媒7においてPMの燃焼が実質的に始まる温度である。第1温度T1は、200℃〜250℃の温度範囲に属する。第1温度T1は、一例として、200℃とすることができる。
In the example of FIG. 2, the temperature of the
入口温度Tinは、時刻t2で第2温度T2に達する。第2温度T2では、PM燃焼触媒7でのPMの燃焼速度が最大となっている。つまり、第1温度T1〜第2温度T2の温度域では、燃焼速度の勾配が正であるため、PM燃焼触媒7を昇温させることでPM燃焼触媒7におけるPMの燃焼速度を速めることができる。第2温度T2は、250℃〜400℃の温度範囲に属する。第2温度T2は、一例として、300℃とすることができる。
The inlet temperature Tin reaches the second temperature T2 at time t2. At the second temperature T2, the combustion rate of PM in the
ここで、排気通路3の上流端(ここではターボ過給機4のタービン5の位置)からPM燃焼触媒7までの流路長は、PM燃焼触媒7から後処理部8までの流路長よりも短い。具体的には、PM燃焼触媒7は、ATC6と共に、排気通路3において排気ガスの温度が比較的高いターボ過給機4のタービン5の直下に配設されている。タービン5の直下とは、タービン5から流出した排気ガスの冷却が実質的に無視できる範囲の位置を意味する。タービン5の直下とは、例えばエンジン1の運転中に入口温度Tinが第1温度T1以上となるような排気通路3における位置であってもよい。タービン5の直下とは、例えば、タービン5の位置から排気ガスの流路に沿って30cm以内の位置であってもよい。
Here, the flow path length from the upstream end of the exhaust passage 3 (here, the position of the turbine 5 of the turbocharger 4) to the
後処理部8は、例えば触媒コンバータを含み、DPF(フィルタ)[Diesel Particulate Filter]8a、及びSCR[Selective Catalytic Reduction]9cが配設されている。DPF8aは、エンジン1の排気ガスに含まれるPM(粒子状物質)を捕集する。SCR9cは、例えば上流側で添加される尿素水を用いて排気ガスに含まれるNOxを還元する。
The
後処理部8におけるDPF8aの上流側には、燃料添加弁及びDOC[Diesel Oxidation Catalyst]が設けられていてもよい。この場合、DPF8aには、NOをNO2に酸化させるためのPtが担持されていてもよい。DPF8aで捕集されたPMは、燃料添加弁で添加された燃料の酸化によりDOCに生じる熱とNO2とを用いて、連続的に酸化される。あるいは、後処理部8におけるDPF8aの上流側には、燃料添加弁及びDOCに代えて、DPF8aで捕集されたPMを燃焼させるためのバーナが設けられていてもよい。
A fuel addition valve and a DOC [Diesel Oxidation Catalyst] may be provided on the upstream side of the
また、排気浄化装置100は、温度センサ14と、各インジェクタ2及び温度センサ14に接続されたECU[Electronic Control Unit]10とを備えている。
Further, the exhaust
ECU10は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]、CAN[Controller Area Network]通信回路等を有する電子制御ユニットである。ECU10では、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムをCPUで実行することにより各種の機能を実現する。ECU10は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
The
温度センサ14は、PM燃焼触媒7に流入する排気ガスの入口温度Tinを検出する検出器である。より詳しくは、温度センサ14は、排気通路3におけるATC6とPM燃焼触媒7との間に設けられており、ATC6とPM燃焼触媒7との間の排気ガスの入口温度Tinを検出する。温度センサ14は、検出した温度の検出信号をECU10に送信する。
The
次に、ECU10の機能的構成について説明する。ECU10は、温度取得部11、温度判定部12、及び昇温制御部13を備えている。
Next, the functional configuration of the
温度取得部11は、例えば、温度センサ14からの検出信号に基づいて、排気ガスの入口温度Tinを取得する。なお、温度取得部11は、温度センサ14を用いることなく、エンジン1の運転状態に基づく推定により排気ガスの入口温度Tinを取得してもよい。この場合、温度センサ14を省略してもよい。
The
温度判定部12は、排気ガスの入口温度Tinが所定の温度閾値未満であるか否かを判定する。温度閾値は、PM燃焼触媒7に流入する排気ガスを昇温させる昇温制御を行うか否かを判定するための排気ガスの入口温度Tinの閾値である。温度閾値は、例えば、上述の第2温度T2とすることができる。あるいは、温度閾値は、上述の第1温度T1以上の温度であって第2温度T2未満の温度であってもよい。
The
温度判定部12は、排気ガスの入口温度Tinが所定の温度下限値を超えているか否かを判定してもよい。温度下限値は、昇温制御を行うか否かを判定するための更なる排気ガスの入口温度Tinの閾値である。温度下限値は、例えば、上述の第1温度T1とすることができる。あるいは、温度下限値は、上述の第1温度T1未満の所定の温度であってもよい。
The
昇温制御部13は、温度センサ14の検出結果に基づいて、入口温度Tinが上述の温度閾値未満の場合に昇温制御を実行する。具体的には、昇温制御部13は、温度判定部12によって入口温度Tinが第2温度T2未満であると判定された場合に、ポスト噴射を行うようにインジェクタ2を制御する。つまり、昇温制御部13は、ポスト噴射を行うことでATC6で生じる酸化反応熱を用いて、PM燃焼触媒7に流入する排気ガスを昇温させる。また、昇温制御部13は、温度判定部12によって入口温度Tinが第2温度T2未満ではないと判定された場合に、ポスト噴射を行わないようにインジェクタ2を制御する。
The temperature rise
昇温制御部13は、温度センサ14の検出結果に基づいて、入口温度Tinが上述の温度下限値を超えていない場合に昇温制御を実行しなくてもよい。具体的には、昇温制御部13は、温度判定部12によって入口温度Tinが第1温度T1超えていないと判定された場合に、ポスト噴射を行わないようにインジェクタ2を制御してもよい。温度判定部12によって入口温度Tinが第1温度T1を超えていないと判定される場合としては、例えば、エンジン1がアイドリングストップ又はエンジンブレーキ等の状況であり、エンジン1の排気ガスが燃焼により加熱されていない場合に相当する。つまり、このような状況では、昇温制御の実施を省略することができる。一方、昇温制御部13は、温度判定部12によって入口温度Tinが第1温度T1を超えており且つ第2温度T2未満であると判定された場合に、ポスト噴射を行うようにインジェクタ2を制御してもよい。この場合、エンジン1の排気ガスの熱を有効に利用して入口温度Tinを第1温度T1に到達させつつ、昇温制御により更に好適な燃焼速度となるようにPM燃焼触媒7を加熱することができる。
The temperature rise
次に、ECU10による処理の一例について、図3を参照して説明する。図3は、図1のECU10の処理を例示するフローチャートである。図3のフローチャートの処理は、例えばエンジン1の運転中に所定周期で繰り返し実行される。
Next, an example of processing by the
図3に示されるように、ECU10は、S01において、温度取得部11により、入口温度Tinの取得を行う。ECU10は、S02において、温度判定部12により、入口温度Tinが第1温度T1を超えているか否かの判定を行う。温度判定部12により入口温度Tinが第1温度T1を超えていないと判定された場合(S02:NO)、ECU10は、図3の処理を終了する。
As shown in FIG. 3, the
温度判定部12により入口温度Tinが第1温度T1を超えていると判定された場合(S02:YES)、ECU10は、S03において、温度判定部12により、入口温度Tinが第2温度T2未満であるか否かの判定を行う。温度判定部12により入口温度Tinが第2温度T2未満ではないと判定された場合(S03:NO)、ECU10は、図3の処理を終了する。
When the
温度判定部12により入口温度Tinが第2温度T2未満であると判定された場合(S03:YES)、ECU10は、S02において、昇温制御部13により昇温制御を実施する。昇温制御部13は、例えば、ポスト噴射を行うようにインジェクタ2を制御する。その後、ECU10は、図3の処理を終了する。
When the
[作用及び効果]
以上、本実施形態に係る排気浄化装置100によれば、排気通路3におけるDPF8aの上流側にPM燃焼触媒7が設けられている。PM燃焼触媒7は、PMの一部を燃焼可能であるため、DPF8aへのPMの流入量の低減が可能となる。また、PM燃焼触媒7は、NO2による酸化反応を主因とせずにPMの一部を燃焼可能であるため、PM燃焼触媒7の上流側にNO2を生成するためのPt等を担持させた触媒を追加しなくてもよい。また、排気通路3の上流端からPM燃焼触媒7までの流路長は、PM燃焼触媒7からDPF8aまでの流路長よりも短いため、PM燃焼触媒7においてPMの一部を燃焼させる(PMの燃焼を補助的に行う)ために、排気ガスの熱が有効に利用される。したがって、排気浄化装置によれば、Pt等を担持させた触媒を追加せずに排気ガスの熱を有効に利用しつつ、DPF8aへのPMの流入量の低減を図ることができる。なお、その結果、DPF8aの大型化及びDPF8aの再生頻度増加を抑制し、後処理部8のDPF8aでのPM捕集及び再生の負担を低減しつつ、PMの排出量の低減を図ることができる。
[Action and effect]
As described above, according to the exhaust
排気浄化装置100によれば、排気通路3におけるPM燃焼触媒7の上流側に設けられ、PM燃焼触媒7に流入する排気ガスの温度を昇温させるATC6と、PM燃焼触媒7に流入する排気ガスの入口温度Tinを検出する温度センサ14と、温度センサ14の検出結果に基づいて、入口温度Tinが所定の温度閾値(第2温度T2)未満の場合に入口温度Tinを昇温させるようにインジェクタ2を制御する昇温制御部13と、を更に備える。これにより、ATC6及びインジェクタ2を用いてPM燃焼触媒7に流入する排気ガスが昇温されることで、PM燃焼触媒7においてPMの一部を有効に燃焼させることができる。
According to the
[変形例]
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。
[Modification example]
Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments.
上記実施形態では、昇温部としてATC6及びインジェクタ2を例示したが、昇温部はこれに限定されない。例えば、図4の排気浄化装置100Aに示されるように、昇温部としてATC6及びインジェクタ2に代えてヒータ15を用いることができる。ヒータ15は、一例として、PM燃焼触媒7を加熱するための電気ヒータである。この場合、昇温制御部13は、温度判定部12によって入口温度Tinが第1温度T1を超えており且つ第2温度T2未満であると判定された場合に、昇温制御としてヒータ15に通電してもよい。
In the above embodiment, the
なお、図1と図4とを組み合わせて、ATC6及びインジェクタ2を用いた昇温制御部13による昇温制御と、ヒータを用いた昇温制御部13による昇温制御と、を併用してもよい。
In addition, even if FIG. 1 and FIG. 4 are combined, the temperature rise control by the temperature
上記実施形態では、温度下限値と温度閾値とを用いた温度の判定結果に基づいて昇温制御を実行したが、昇温制御部13は、その他種々の手法によって入口温度Tinを昇温させてもよい。例えば、昇温制御部13は、温度下限値を用いた温度の判定を省略してもよい。
In the above embodiment, the temperature rise control is executed based on the temperature determination result using the temperature lower limit value and the temperature threshold value, but the temperature
温度センサ14の検出結果に基づいて昇温部を制御する昇温制御部13を省略してもよい。この場合、例えば、温度センサ14が省略されて、昇温部として常時通電されるヒータを備えてもよい。あるいは、温度センサ14と昇温部とが共に省略されてもよい。
The temperature rise
上記実施形態では、内燃機関としてディーゼルエンジン1を例示したが、例えばガソリンエンジン等、その他の内燃機関であってもよい。また、上記実施形態では、排気通路3の上流端がターボ過給機4のタービン5の位置に対応していたが、ターボ過給機が複数段設けられている場合には、最後段のタービンの位置に対応してもよいし、ターボ過給機が設けられていない場合には、エキゾーストマニホールド又は排気ポートの位置に対応してもよい。
In the above embodiment, the
2…インジェクタ(昇温部)、3…排気通路、6…ATC(昇温部)、7…PM燃焼触媒(燃焼触媒)、8a…DPF(フィルタ)、13…昇温制御部、14…温度センサ、15…ヒータ(昇温部)、100,100A…排気浄化装置。 2 ... Injector (heating unit), 3 ... Exhaust passage, 6 ... ATC (heating unit), 7 ... PM combustion catalyst (combustion catalyst), 8a ... DPF (filter), 13 ... Temperature control unit, 14 ... Temperature Sensor, 15 ... heater (heating part), 100, 100A ... exhaust purification device.
Claims (2)
前記排気通路における前記フィルタの上流側に設けられ、NO2による酸化反応を主因とせずに前記粒子状物質の一部を燃焼可能な燃焼触媒と、を備え、
前記排気通路の上流端から前記燃焼触媒までの流路長は、前記燃焼触媒から前記フィルタまでの流路長よりも短い、排気浄化装置。 A filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and collecting particulate matter contained in the exhaust gas of the internal combustion engine.
A combustion catalyst provided on the upstream side of the filter in the exhaust passage and capable of burning a part of the particulate matter without being mainly caused by an oxidation reaction by NO 2 is provided.
An exhaust purification device in which the flow path length from the upstream end of the exhaust passage to the combustion catalyst is shorter than the flow path length from the combustion catalyst to the filter.
前記燃焼触媒に流入する前記排気ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出結果に基づいて、前記温度が所定の温度閾値未満の場合に前記温度を昇温させるように前記昇温部を制御する昇温制御部と、を更に備える、請求項1に記載の排気浄化装置。 A temperature raising unit provided on the upstream side of the combustion catalyst in the exhaust passage and raising the temperature of the exhaust gas flowing into the combustion catalyst.
A temperature sensor that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the combustion catalyst, and
The first aspect of the present invention further includes a temperature rise control unit that controls the temperature rise unit so as to raise the temperature when the temperature is less than a predetermined temperature threshold value based on the detection result of the temperature sensor. The exhaust purification device described.
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JP2013189954A (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-26 | Kubota Corp | Exhaust treatment device for engine |
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