JP2021143617A - ブローバイガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気温度が低い環境下であっても、凝縮水が凍結するのを抑制できるブローバイガス還流装置を提供する。【解決手段】ブローバイガス還流装置１００は、ブローバイガス管１０と、ブローバイガス管１０に設けられた凝縮水タンク２０と、を備え、凝縮水タンク２０は、底部２１ａを有するタンク本体２１と、タンク本体２１に設けられ、ブローバイガス管１０の下流端に接続されるガス入口３０と、タンク本体２１に設けられ、吸気通路３の途中に接続されるガス出口４０と、を備え、ガス入口３０及びガス出口４０は、底部２１ａよりも上方に位置する。【選択図】図２

Description

本開示は、ブローバイガス還流装置に関する。

内燃機関においては、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを、ブローバイガス管を通じて吸気通路に還流させるブローバイガス還流装置が公知である。

特開２０１８−１２７９８８号公報

しかしながら、上記のブローバイガス還流装置では、ブローバイガス管やその付近の吸気通路が外気によって冷却されることで、ブローバイガスの温度が低下し、これらの内部で凝縮水が発生する場合がある。

また、大気温度が低い環境下では、ブローバイガス管と吸気通路との接続部分において、凝縮水が凍結して閉塞を生じさせる虞がある。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、大気温度が低い環境下であっても、凝縮水が凍結するのを抑制できるブローバイガス還流装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、内燃機関の吸気通路にブローバイガスを還流させるためのブローバイガス管と、前記ブローバイガス管に設けられ、凝縮水を捕集して貯留する凝縮水タンクと、を備え、前記凝縮水タンクは、底部を有するタンク本体と、前記タンク本体に設けられ、前記ブローバイガス管の下流端に接続されるガス入口と、前記タンク本体に設けられ、前記吸気通路の途中に接続されるガス出口と、を備え、前記ガス入口及び前記ガス出口は、前記底部よりも上方に位置することを特徴とするブローバイガス還流装置が提供される。

好ましくは、前記タンク本体内の上部には、上下方向に延びて配置された隔壁と、前記隔壁により仕切られた入口側空間及び出口側空間と、が設けられ、前記ガス入口は、前記入口側空間が位置する前記タンク本体に設けられ、前記ガス出口は、前記出口側空間が位置する前記タンク本体に設けられる。

また、前記タンク本体は、上下方向に延び、上端に前記ガス入口が形成され、下端が閉止された入口側管と、前記入口側管と並列して配置され、上端に前記ガス出口が形成され、下端が閉止された出口側管と、前記入口側管及び前記出口側管のそれぞれの上下方向の中央部分を互いに連結する連結管と、を有し、前記底部は、前記入口側管及び前記出口側管のそれぞれの下端により形成される。

また、前記連結管は、上下方向に間隔を空けて複数設けられる。

また、前記凝縮水タンクは、前記タンク本体の外壁部に設けられたフィンを備える。

本開示によれば、大気温度が低い環境下であっても、凝縮水が凍結するのを抑制できる。

第１実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す上面図である。 第１実施形態のブローバイガス還流装置の概略斜視図である。 第２実施形態のブローバイガス還流装置の概略斜視図である。 第１変形例のブローバイガス還流装置の概略斜視図である。 第２変形例のブローバイガス還流装置の概略斜視図である。 第３変形例のブローバイガス還流装置の概略斜視図である。 第４変形例のブローバイガス還流装置の概略斜視図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、第１実施形態のブローバイガス還流装置１００を説明する。なお、図中に示す上下前後左右の各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないが、内燃機関１を搭載した車両（不図示）の各方向と一致する。また、図中において、白抜き矢印Ａは、吸気の流れを示し、黒塗り矢印Ｇは、排気の流れを示し、点線矢印Ｂは、ブローバイガスの流れを示す。

図１に示すように、第１実施形態の内燃機関１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、例えば４気筒ディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関１の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は、乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関１は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であっても良い。

内燃機関１は、エンジン本体２と、吸気通路３と、排気通路４と、ターボチャージャ５と、を備える。

エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品（不図示）と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、動弁機構等の可動部品（不図示）と、含む。シリンダヘッドの上部には、動弁機構を覆うヘッドカバー２ａが接続される。

吸気通路３は、エンジン本体２（特に、シリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド３ａと、吸気マニホールド３ａの上流端に接続された吸気管３ｂと、を含む。

吸気マニホールド３ａは、吸気管３ｂから送られてきた吸気を各シリンダの吸気ポートに分配供給する。吸気管３ｂには、上流側から順に、エアクリーナ３ｃ、ターボチャージャ５のコンプレッサ５Ｃ、及びインタークーラ３ｄが設けられる。

排気通路４は、エンジン本体２（特に、シリンダヘッド）に接続された排気マニホールド４ａと、排気マニホールド４ａの下流側に配置された排気管４ｂと、を含む。

排気マニホールド４ａは、各シリンダの排気ポートから送られてきた排気を集合させる。排気マニホールド４ａと排気管４ｂの間には、ターボチャージャ５のタービン５Ｔが設けられる。

また、エンジン本体２の内部には、ブローバイガスが流れるブローバイガス通路６が設けられる。周知のように、ブローバイガスは、シリンダとピストンとの隙間からクランクケース内に漏れ出たガスである。

ブローバイガス通路６は、クランクケース内からシリンダブロック及びシリンダヘッドの内部を通過してヘッドカバー２ａ内に延びる。

ヘッドカバー２ａの上面部には、ブローバイガス通路６の出口６ａが形成される。ブローバイガス通路６の出口６ａには、ブローバイガス管１０の上流端が接続される。

ブローバイガス管１０は、ブローバイガスを吸気管３ｂに還流させるための管部材である。ブローバイガス管１０は、ゴム等の樹脂材料で形成され、内燃機関１の外部に配置される。

ブローバイガス管１０の途中には、オイルセパレータ７が設けられる。オイルセパレータ７は、フィルタエレメント（不図示）を内蔵し、ブローバイガスからオイルを分離して除去するように構成される。また、オイルセパレータ７は、ブローバイガス管１０の上流部に設けられ、ヘッドカバー２ａの上面部に設置される。

ブローバイガス管１０の下流端は、後述する凝縮水タンク２０を介して、吸気管３ｂに形成されたガス導入口３ｅに接続される。ガス導入口３ｅは、エアクリーナ３ｃとコンプレッサ５Ｃとの間に位置する吸気管３ｂに設けられる。

第１実施形態では、内燃機関１の稼働中、クランクケース内のブローバイガスが、ブローバイガス通路６、ブローバイガス管１０、凝縮水タンク２０を順に流れて、ガス導入口３ｅから吸気管３ｂに導入される。吸気管３ｂに導入されたブローバイガスは、エアクリーナ３ｃからの吸気と共にコンプレッサ５Ｃに送られる。

また、オイルセパレータ７では、ブローバイガス管１０を流れるブローバイガスからオイルが分離される。ブローバイガスから分離されたオイルは、オイル戻り管（不図示）を通じてクランクケース内に戻される。

ところで、ブローバイガス管１０や吸気管３ｂは、外気によって冷却されることで、ブローバイガスの温度を低下させる。そして、ブローバイガスの温度が露点温度以下になると、これら管の内部で凝縮水が発生する。

ここで、図示しないが、従来のブローバイガス還流装置では、凝縮水タンクが設けられておらず、ブローバイガス管が吸気管のガス導入口に直接接続される。この場合、ブローバイガス管内で発生した凝縮水は、ブローバイガス管内を下流側に流されて、ガス導入口やその付近の吸気管内に付着する。

また、ガス導入口やその付近の吸気管は、吸気管を流れる吸気によって冷却されるため、これらの内部で凝縮水が発生し易い傾向がある。

また、大気温度が低い環境下では、ガス導入口やその付近の吸気管内において、凝縮水が凍結して閉塞を生じさせる虞がある。また、凍結した氷が下流側に流されて、コンプレッサを破損させる可能性もある。

そこで、図２に示すように、第１実施形態のブローバイガス還流装置１００は、ブローバイガス管１０と、ブローバイガス管１０に設けられ、凝縮水を捕集して貯留する凝縮水タンク２０と、を備える。なお、一点鎖線Ｗは、貯留された凝縮水の水面を表す。

凝縮水タンク２０は、底部２１ａを有するタンク本体２１と、タンク本体２１に設けられたガス入口３０及びガス出口４０と、を備える。

ガス入口３０は、ブローバイガス管１０の下流端に接続され、ブローバイガス管１０からタンク本体２１内にブローバイガスを導入する。

ガス出口４０は、接続管４１を介して、吸気管３ｂのガス導入口３ｅに接続され、タンク本体２１内からガス導入口３ｅに向かってブローバイガスを排出する。但し、ガス出口４０をガス導入口３ｅに直接接続できる場合には、接続管４１は省略されても良い。

また、ガス入口３０及びガス出口４０は、タンク本体２１内に凝縮水を貯留できるように、底部２１ａよりも上方に位置する。

タンク本体２１は、熱伝導性に優れたアルミニウム合金等の金属材料で形成され、外気によって冷却されることで、その内部で積極的に凝縮水を発生させて捕集するように構成される。

第１実施形態のタンク本体２１は、直方体形状の箱状に形成され、底部２１ａと、天井部２１ｂと、前後左右の側壁部２１ｃ〜２１ｆと、を有する。底部２１ａ、天井部２１ｂ、側壁部２１ｃ〜２１ｆは、矩形状の平板状に形成され、例えば厚さ１ｍｍ程度の厚さに設定される。なお、第１実施形態のタンク本体２１は、左右方向に比べて、上下方向に長く形成され、前後方向に短く形成される。

タンク本体２１内の上部には、上下方向に延びて配置された隔壁５０と、隔壁５０により仕切られた入口側空間５１及び出口側空間５２と、が設けられる。

隔壁５０は、矩形状の平板状に形成され、上下前後方向に延びて配置される。隔壁５０は、天井部２１ｂの左右方向の中間部分と、前後の側壁部２１ｃ，２１ｄの左右方向の中間部分とに、それぞれ密着して接続される。また、隔壁５０は、底部２１ａから上方に所定距離Ｌ１（後述）離間して配置される。

ガス入口３０は、入口側空間５１が位置する天井部２１ｂに設けられる。一方、ガス出口４０は、出口側空間５２が位置する天井部２１ｂに設けられる。但し、ガス入口３０及びガス出口４０は、天井部２１ｂではなく、タンク本体２１の上部の側壁部２１ｃ〜２１ｆ（好ましくは、できるだけ高い位置）に設けられても良い。

タンク本体２１内の上部では、隔壁５０を挟んで、右側に入口側空間５１が形成され、左側に出口側空間５２が形成される。

一方、タンク本体２１内の下部（隔壁５０よりも下方に位置するタンク本体２１の内部）には、入口側空間５１及び出口側空間５２に連通する連通空間５３が設けられる。連通空間５３には、ブローバイガスが流れると共に、凝縮水が貯留される。

隔壁５０から底部２１ａまでの所定距離Ｌ１は、連通空間５３に凝縮水が貯留されたときでも、ブローバイガスの流路を確保できる距離、すなわち、貯留された凝縮水が隔壁５０の下端にまで達しない距離に設定される。

点線矢印Ｂで示すように、タンク本体２１内には、ガス入口３０からガス出口４０にかけて、Ｕ字状に折り返された折り返し流路Ｕ１が形成される。すなわち、タンク本体２１内では、ガス入口３０から入口側空間５１内に導入されたブローバイガスが、入口側空間５１内を下方に流れて、連通空間５３内で１８０°方向転換した後、出口側空間５２内を上方に流れて、ガス出口４０から排出される。

ガス入口３０及びガス出口４０は、タンク本体２１の天井部２１ｂから上方に突出した管状に形成される。ブローバイガス管１０の下流側端部は、下方に延びてガス入口３０に嵌合される。

接続管４１は、ゴム等の樹脂材料で形成される。接続管４１の上流側端部は、下方に延びてガス出口４０に嵌合される。

他方、吸気管３ｂのガス導入口３ｅは、吸気管３ｂから径方向の外側（図示、右側）に突出した管状に形成される。接続管４１の下流側端部は、左方向に延びてガス導入口３ｅに嵌合される。

第１実施形態では、大気温度が低い環境下において、ブローバイガス管１０及び凝縮水タンク２０が外気によって冷却される。そのため、内燃機関１の冷間時（例えば、暖機時）には、ブローバイガスが上流側から下流側に向かうにつれ、ブローバイガスの温度が低下して、露点温度以下になると、これらの内部で凝縮水が発生する。

ブローバイガス管１０の内部で発生した凝縮水は、ブローバイガス管１０内を下流側に流されて、凝縮水タンク２０で捕集される。また、凝縮水タンク２０の内部で発生した凝縮水は、ブローバイガス管１０の内部で発生した凝縮水と共に、凝縮水タンク２０で捕集される。

特に、第１実施形態のタンク本体２１には、隔壁５０によって、Ｕ字状の返し流路Ｕ１が形成されるため、仮に、隔壁５０を設けないで、折り返し流路Ｕ１が形成されない場合と比較して、タンク本体２１内でのブローバイガスの滞留時間を長くできる。そのため、凝縮水タンク２０は、大気温度が低い環境下での内燃機関１の冷間時に、外気によってブローバイガスを十分に冷却でき、凝縮水を積極的に発生させて捕集できる。

また、凝縮水タンク２０では、ガス入口３０及びガス出口４０が底部２１ａよりも上方に位置するので、捕集された凝縮水をガス入口３０及びガス出口４０から排出させることなく、貯留することができる。

これにより、凝縮水タンク２０内の凝縮水が、下流側に流されて、ガス導入口３ｅやその付近の吸気管３ｂ内に到達し、そこで凍結するのを抑制できる。

また、ブローバイガスに含まれる水分を凝縮水タンク２０の内部で凝縮させて予め除去できるので、ブローバイガスがガス導入口３ｅやその付近の吸気管３ｂ内に到達しても、そこで凝縮水が発生して凍結するのを抑制できる。

一方、内燃機関１の温間時（例えば、暖機完了後）には、内燃機関１からの放熱によって、凝縮水タンク２０に貯留された凝縮水を加熱し、水蒸気にしてガス出口４０から排出できる。このとき、ガス導入口３ｅやその付近の吸気管３ｂは、比較的高温になっているので、ガス出口４０からガス導入口３ｅに水蒸気が送られても、それが凝縮したり凍結しない。

このように、第１実施形態のブローバイガス還流装置１００であれば、大気温度が低い環境下であっても、凝縮水が凍結するのを抑制できる。その結果、凍結した氷によってガス導入口３ｅ等が閉塞するのを抑制できる。また、凍結した氷によるコンプレッサ５Ｃの破損も抑制できる。

また、第１実施形態では、ガス入口３０をブローバイガス管１０の下流端に接続し、ガス出口４０を吸気管３ｂのガス導入口３０ｉｎに接続するだけで、凝縮水タンク２０を簡単に設けることができる。そのため、前述した従来のブローバイガス還流装置に対して、凝縮水タンク２０を簡単に後付けできる。

（第２実施形態）
図３を参照して、第２実施形態のブローバイガス還流装置２００を説明する。なお、下記の説明においては、第１実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

図３に示すように、第２実施形態のタンク本体２１は、Ｈ字状の管状に形成される。第２実施形態のタンク本体２１は、上下方向に延びる入口側管２２と、入口側管２２よりも左側の位置に並列して配置された出口側管２３と、左右方向に延び、入口側管２２及び出口側管２３のそれぞれの上下方向の中央部分を互いに連結する連結管２４と、を有する。また、これら管２２〜２４は、熱伝導性に優れたアルミニウム合金等の金属材料で形成される。

入口側管２２では、上端にガス入口３０が形成され、下端が閉止される。また、出口側管２３では、上端にガス出口４０が形成され、下端が閉止される。第２実施形態の底部２１ａは、入口側管２２及び出口側管２３の下端により形成される。

入口側管２２及び出口側管２３同士は、同じ大きさ及び高さ位置に設定される。但し、これら管２２，２３同士は、異なる大きさ及び高さ位置であっても良い。

第２実施形態では、点線矢印Ｂで示すように、ガス入口３０からガス出口４０にかけて、Ｕ字状に折り返された折り返し流路Ｕ２が形成される。すなわち、第２実施形態のタンク本体２１内では、ガス入口３０から入口側管２２内に導入されたブローバイガスが、上流側管２２内を下方に流れ、連結管２４内を通って出口側管２３内に導入された後、出口側管２３内を上方に流れて、ガス出口４０から排出される。

また、第２実施形態では、連結管２４よりも下方に位置する入口側管２２内及び出口側管２３内に凝縮水が貯留される。

連結管２４は、底部２１ａから上方に所定距離Ｌ２離間して配置される。この所定距離Ｌ２は、入口側管２２内及び出口側管２３内に凝縮水が貯留されたときでも、連結管２４を流れるブローバイガスの流路を確保できる距離、すなわち、貯留された凝縮水が連結管２４にまで達しない距離に設定される。

また、図示しないが、入口側管２２及び出口側管２３において、底部２１ａの高さ位置が互いに異なる場合には、所定距離Ｌ２は、底部２１ａから連結管２４までの距離が短い方の距離に設定される。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第２実施形態であれば、管同士を溶接するだけで、凝縮水タンク２０を簡単に製造できる。

また、第１実施形態では、図２に示したように、連結通路５３に凝縮水が貯留されるので、凝縮水の量が増加するにつれ、連結通路５３を流れるブローバイガスの流路面積が減少する。

これに対して、図３に示したように、第２実施形態では、連結管２４よりも下方の位置に凝縮水が貯留される。そのため、凝縮水の量が増加しても、連結管２４を流れるブローバイガスの流路面積が減少しないので、ブローバイガスの流路を一定に確保できる。

他方、上述した実施形態は、以下のような変形例またはその組み合わせとすることができる。

（第１変形例）
図４に示すように、第１変形例の凝縮水タンク２０は、第１実施形態と同じ構成のタンク本体２１（図２を参照）と、タンク本体２１の外壁部に設けられたフィン６０と、を備える。

第１変形例のフィン６０は、放熱用のフィンであり、タンク本体２１の側壁部２１ｃ〜２１ｆの外壁面に設けられ、水平方向に突出した環状に形成される。また、第１変形例のフィン６０は、熱伝導性に優れたアルミニウム合金等の金属材料で形成され、上下方向に間隔を空けて複数（図示例では、５つ）設けられる。

第１変形例であれば、フィン６０を設けたことで、ブローバイガスと外気との熱交換効率を向上できる。これにより、大気温度が低い環境下での内燃機関１の冷間時には、タンク本体２１内で凝縮水をより積極的に発生させて捕集できる。また、内燃機関１の温間時には、内燃機関１の熱をブローバイガスに伝達させて、貯留された凝縮水をより積極的に水蒸気にしてガス出口４０から排出できる。

（第２変形例）
図５に示すように、第２変形例の凝縮水タンク２０は、第２実施形態と同じ構成のタンク本体２１（図３を参照）と、タンク本体２１の外壁部に設けられたフィン７０と、を備える。

第２変形例のフィン７０は、放熱用のフィンであり、連結管２４よりも上方に位置する入口側管２２及び出口側管２３に設けられ、水平方向に突出した環状に形成される。また、第２変形例のフィン６０は、熱伝導性に優れたアルミニウム合金等の金属材料で形成され、入口側管２２及び出口側管２３のそれぞれに、上下方向に間隔を空けて複数（図示例では、６つずつ）設けられる。

第２変形例であれば、第１変形例と同様に、ブローバイガスと外気との熱交換効率を向上できる。

（第３変形例）
図６に示すように、第３変形例では、Ｈ字状の管状に形成されたタンク本体２１において、上下方向に間隔を空けて複数（図示例では、２本）の連結管２４Ａ，２４Ｂが設けられる。

第３変型例であれば、連結管２４が１本の第２実施形態（図３を参照）と比較して、タンク本体２１の剛性を高め、タンク本体２１の耐久性を向上させることができる。

また、貯留された凝縮水によって下側の連結管２４Ｂが水没した場合でも、上側の連結管２４Ａによってブローバイガスの流路を確保できる。

（第４変形例）
図７に示すように、第４変形例では、箱状のタンク本体２１内に、上下方向に間隔を空けて２つの隔壁５０Ａ，５０Ｂが設けられる。

上側の隔壁５０Ａでは、第１実施形態の隔壁５０（図２を参照）と比べて、下端の位置が高い位置に設定されるが、その他の構成は同じである。

下側の隔壁５０Ｂは、タンク本体２１の下部に設けられ、底部２１ａの左右方向の中間部分と、前後の側壁部２１ｃ，２１ｄの左右方向の中間部分とに、それぞれ密着して接続される。

第４変形例であれば、箱状のタンク本体２１において、第２実施形態で述べたＨ字状のタンク本体２１（図３を参照）に類似の構成を適用できる。

また、第４変形例によれば、下側の隔壁５０Ｂを設けたことで、第１実施形態と比較して、タンク本体２１の剛性を高めることができる。また、ブローバイガスとの接触面積が増加するので、ブローバイガスと外気との熱交換効率を向上できる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って、本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関
３ 吸気通路
３ｂ 吸気管
３ｅ ガス導入口
１０ ブローバイガス管
２０ 凝縮水タンク
２１ タンク本体
２１ａ 底部
３０ ガス入口
４０ ガス出口
５０ 隔壁
５１ 入口側空間
５２ 出口側空間
１００ ブローバイガス還流装置
Ａ 吸気
Ｂ ブローバイガス
Ｇ 排気
Ｗ 凝縮水

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路にブローバイガスを還流させるためのブローバイガス管と、
   前記ブローバイガス管に設けられ、凝縮水を捕集して貯留する凝縮水タンクと、を備え、
   前記凝縮水タンクは、
   底部を有するタンク本体と、
   前記タンク本体に設けられ、前記ブローバイガス管の下流端に接続されるガス入口と、
   前記タンク本体に設けられ、前記吸気通路の途中に接続されるガス出口と、を備え、
   前記ガス入口及び前記ガス出口は、前記底部よりも上方に位置する
   ことを特徴とするブローバイガス還流装置。
2. 前記タンク本体内の上部には、上下方向に延びて配置された隔壁と、前記隔壁により仕切られた入口側空間及び出口側空間と、が設けられ、
   前記ガス入口は、前記入口側空間が位置する前記タンク本体に設けられ、
   前記ガス出口は、前記出口側空間が位置する前記タンク本体に設けられる
   請求項１に記載のブローバイガス還流装置。
3. 前記タンク本体は、
   上下方向に延び、上端に前記ガス入口が形成され、下端が閉止された入口側管と、
   前記入口側管と並列して配置され、上端に前記ガス出口が形成され、下端が閉止された出口側管と、
   前記入口側管及び前記出口側管のそれぞれの上下方向の中央部分を互いに連結する連結管と、を有し、
   前記底部は、前記入口側管及び前記出口側管のそれぞれの下端により形成される
   請求項１に記載のブローバイガス還流装置。
4. 前記連結管は、上下方向に間隔を空けて複数設けられる
   請求項３に記載のブローバイガス還流装置。
5. 前記凝縮水タンクは、前記タンク本体の外壁部に設けられたフィンを備える
   請求項１〜４何れか一項に記載のブローバイガス還流装置。

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