JP2022011950A - 車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】IDS制御によるエンジンの再始動時の始動性を向上でき、かつエンジンの回転数の吹き上がりを抑制できる、車両を提供する。【解決手段】IDS制御では、IDS開始条件が成立すると(S1:YES)、エンジンのアイドリングストップが開始される(S2)。そして、アイドリングストップ中にIDS終了条件が成立すると(S4:YES)、エンジンが再始動される(S5)。IDS制御によるエンジンの再始動の前に、エンジンの吸気ポートに接続されたインテークマニホールドにおける空気の流路長が第1流路長からそれよりも短い第2流路長に切り替えられる(S4)。【選択図】図4
Description
本発明は、IDS(アイドリングストップ)制御を採用した車両に関する。
近年、エンジン(内燃機関)を駆動源とする車両には、燃費の向上などの目的で、いわゆるIDS制御が広く採用されている。IDS制御では、たとえば、ブレーキペダルが運転者の足で踏まれて、ブレーキが作動し、車速が所定のアイドリングストップ実施車速以下に低下すると、エンジンが自動停止される。エンジンの自動停止後は、たとえば、ブレーキペダルから足が離されて、ブレーキが解除されると、エンジンが自動的に再始動される。
エンジンの停止直後は、排気管内に排ガスが充満している。そのため、同一気筒の吸気バルブおよび排気バルブがともに開いたバルブオーバーラップ状態でエンジンが停止すると、排気管内の排ガスが燃焼室を経由して吸気管に逆流する。この状態からエンジンが再始動された場合、吸気管内が新気に入れ替わるまで、排ガス濃度が高い吸気となるため、燃焼が不安定になって、始動性が低下する。
そこで、エンジンがバルブオーバーラップ状態で停止した後の再始動時に、エンジンの始動完了(初爆)までスロットルを所定開度まで開いて、新気の流量を増やし、吸気管内を短時間で新気と入れ替えることにより、クランキング開始からエンジンの始動までの時間を短くし、エンジンの始動性を向上する技術が提案されている。
ところが、その技術では、初爆までスロットルが所定角度で開かれるので、初爆後のエンジンの回転数を制御できず、エンジンの回転数が吹き上がり、燃費の悪化やエンジン始動時の騒音の増加を招く。
本発明の目的は、IDS制御によるエンジンの再始動時の始動性を向上でき、かつエンジンの回転数の吹き上がりを抑制できる、車両を提供することである。
前記の目的を達成するため、本発明に係る車両は、吸気ポートおよび排気ポートが形成されたシリンダヘッド、吸気ポートを開閉する吸気バルブ、排気ポートを開閉する排気バルブ、吸気ポートに接続される吸気管ならびに排気ポートに接続される排気管を備えるエンジンを搭載した車両であって、吸気管における空気の流路長を第1流路長と第1流路長よりも短い第2流路長とに切り替える切替手段と、IDS開始条件が成立したことに応じて、エンジンを停止させ、その停止中にIDS終了条件が成立したことに応じて、エンジンを再始動させるIDS制御を実行するIDS制御手段と、IDS制御によるエンジンの再始動の際に、切替手段を制御して、流路長を第1流路長から第2流路長に切り替える流路長制御手段とを含む。
この構成によれば、IDS制御では、IDS開始条件が成立すると、エンジンが停止(アイドリングストップ)される。そして、そのエンジンの停止中にIDS終了条件が成立すると、エンジンが再始動される。
IDS制御によるエンジンの再始動の際には、エンジンの吸気ポートに接続された吸気管における空気の流路長が第1流路長からそれよりも短い第2流路長に切り替えられる。これにより、IDS制御によるエンジンの停止時に同一気筒の吸気バルブおよび排気バルブがともに開いたバルブオーバーラップ状態が生じて、排気管内の排ガスが燃焼室を経由して吸気管に入り込んだ状態からのエンジンの再始動時に、流路長が第1流路長である場合と比較して、クランキングの開始から排ガスを含まない新気が燃焼室に吸入され始めるまでの時間を短縮することができる。その結果、エンジンの始動に要する時間(クランキングの開始から初爆までの時間)を短縮することができる。
また、排ガスを含まない新気が燃焼室に吸入され始めた後に燃焼が開始されることにより、燃焼を安定させることができる。
しかも、クランキング開始からエンジンの始動(初爆)までの時間の短縮を図るために、スロットルの開度を大きくしなくてよいので、初爆後のエンジンの回転数を良好に制御することができる。そのため、初爆後のエンジンの回転数の吹き上がり(オーバーシュート)を抑制することができ、燃費の悪化やエンジン始動時の騒音の増加を抑制することができる。
車両には、吸気管内における特定のガス成分の濃度を検出する濃度検出手段がさらに備えられ、IDS制御によりエンジンが停止した状態で濃度検出手段により検出される濃度が適正範囲から外れている場合に、IDS制御によるエンジンの再始動に際して、流路長制御手段により、流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられてもよい。
また、車両には、同一気筒の吸気バルブおよび排気バルブがともに開いた状態でエンジンが停止するバルブオーバーラップ状態を検出するバルブオーバーラップ検出手段がさらに備えられ、IDS制御によりエンジンが停止した状態でバルブオーバーラップ検出手段によりバルブオーバーラップ状態が検出された場合に、IDS制御によるエンジンの再始動に際して、流路長制御手段により、流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられてもよい。
さらには、流路長制御手段により、エンジンの初爆後に、切替手段が制御されて、流路長が第2流路長から第1流路長に切り替えられてもよい。
また、エンジンの回転数が上昇閾値以上に上昇したことに応じて、流路長制御手段により、切替手段が制御されて、流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられてもよい。この場合、エンジンの回転数が低下閾値以下に低下したことに応じて、流路長制御手段により、切替手段が制御されて、流路長が第2流路長から第1流路長に切り替えられてもよい。低下閾値は、上昇閾値と同値であってもよいし、上昇閾値よりも低い値であってもよい。
本発明によれば、IDS制御によるエンジンの再始動時の始動性を向上することができ、かつエンジンの回転数の吹き上がりを抑制することができる。
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
<エンジンおよび給排気系>
図1および図2は、本発明の一実施形態に係る車両に搭載されるエンジン11の構成を図解的に示す断面図である。
図1および図2は、本発明の一実施形態に係る車両に搭載されるエンジン11の構成を図解的に示す断面図である。
エンジン11は、たとえば、3気筒4ストロークのガソリンエンジンである。エンジン11は、シリンダブロック12およびシリンダヘッド13を備えている。
シリンダブロック12には、各気筒に対応して、円筒状の周面を有するシリンダボア21が形成されている。シリンダボア21には、円柱状のピストン22が収容されている。ピストン22は、コンロッド23を介して、クランクシャフト(図示せず)に接続されている。クランクシャフトは、シリンダブロック12の下端に接続されるクランクケースに回転可能に支持されている。
シリンダヘッド13は、シリンダブロック12の上端に接続されて、各ピストン22の冠面との間に燃焼室31を形成する。シリンダヘッド13には、燃焼室31ごと(気筒ごと)に、燃焼室31と連通する吸気ポート32および排気ポート33が形成されている。また、シリンダヘッド13には、吸気ポート32を開閉する吸気バルブ34と、排気ポート33を開閉する排気バルブ35と、燃焼室31にスパークする点火プラグ36とが設けられている。
シリンダヘッド13には、中空状のインテークマニホールド41が組み付けられている。インテークマニホールド41は、サージタンク42と、サージタンク42から分岐して、各気筒の吸気ポート32に接続される分岐管43とを一体に備えている。サージタンク42には、接続口44が形成されており、接続口44には、サージタンク42内に空気(新気)を導入する新気導入管45が接続されている。新気導入管45には、新気導入管45内に取り込まれる空気を浄化するエアクリーナ46と、エンジン11の燃焼室31に吸入される空気量を調整する電子制御スロットル47とが空気の流通方向の上流側からこの順に介装されている。
各分岐管43の内部は、サージタンク42内と分岐口51を介して連通している。分岐口51は、下方に向けて開口されている。各分岐管43は、分岐口51の下方に空間52を形成している。そして、各分岐管43は、空間52から一方側に延び、サージタンク42の一方側から下側を経由して一方側と反対側に回り込み、さらにサージタンク42の上側に回り込むように湾曲し、サージタンク42の上側からシリンダヘッド13に向けて延びる吸気通路53を形成している。また、各分岐管43には、空間52と吸気通路53におけるサージタンク42の他方側に位置する部分とを連通させる連通口54が形成され、その連通口54の開閉を切り替える切替バルブ55が設けられている。
各分岐管43には、サージタンク42の上側に回り込んだ部分とシリンダヘッド13との間に、分岐管43を流通する空気に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射装置)56が組み付けられている。
また、シリンダヘッド13には、中空状のエキゾーストマニホールド61が組み付けられている。エキゾーストマニホールド61は、シリンダヘッド13の各排気ポート33に接続されている。また、エキゾーストマニホールド61には、排気導出管62が接続されている。排気導出管62の途中部には、排ガスを浄化する触媒63が介装されている。
ピストン22の下降により燃焼室31が拡張されつつ、吸気バルブ34(吸気ポート32)が開かれることにより、インテークマニホールド41内に負圧が発生し、その負圧により、新気導入管45内に空気が吸い込まれる。新気導入管45内に吸い込まれた空気は、エアクリーナ46および電子制御スロットル47を順に通過して、インテークマニホールド41に入り、インテークマニホールド41のサージタンク42から各分岐管43を流れる。
図1に示されるように、分岐管43の切替バルブ55が閉じられて、サージタンク42(分岐口51)の下側の空間52と吸気通路53におけるサージタンク42の他方側に位置する部分との間の連通口54が閉じられた状態では、吸気通路53を空気が流れ、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長となる。一方、図2に示されるように、切替バルブ55が開かれて、サージタンク42の下側の空間52と吸気通路53におけるサージタンク42の他方側に位置する部分とが連通した状態では、空気が空間52から連通口54を通して吸気通路53におけるサージタンク42の他方側に位置する部分に吸気通路53をショートカットして流れ、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長よりも短い第2流路長となる。
各分岐管43を流れる空気は、インジェクタ56から噴射される燃料と混合されて、所定の空燃比の混合気となり、分岐管43から吸気ポート32を介して燃焼室31に吸引される。その後、吸気バルブ34が閉じられて、ピストン22が上昇することにより、燃焼室31内の混合気が圧縮される。そして、混合気が圧縮された状態で点火プラグ36がスパークすることにより、混合気が燃焼(爆発)して膨張し、その圧力によりピストン22が押し下げられる。その後、押し下げられたピストン22が上昇するときに、排気バルブ35(排気ポート33)が開かれることにより、排ガスが排気ポート33からエキゾーストマニホールド61に排出される。各気筒の排気ポート33から排出される排ガスは、エキゾーストマニホールド61で集合して、エキゾーストマニホールド61から排気導出管62に流出し、排気導出管62の途中に設けられた触媒63で有害成分であるCO、HC、NOxが除去されて、排気導出管62から大気中に放出される。
<車両の電気的構成>
図3は、車両の電気的構成の要部を示すブロック図である。
図3は、車両の電気的構成の要部を示すブロック図である。
車両には、複数のECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)が搭載されている。各ECUは、マイコン(マイクロコントローラユニット)を備えており、マイコンには、たとえば、CPU、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のECUは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。図3には、複数のECUのうちの1つのECU71が示されている。
ECU71は、エンジン11の制御に必要な各種の信号が入力される。各種の信号には、エンジン11のクランクシャフトの回転角(位相角)であるクランク角、エンジン11のカムシャフトの回転角(位相角)であるカム角、インテークマニホールド41に吸い込まれる空気の温度である吸気温、エンジン11のウォータジャケットを流通する冷却水の温度である冷却水温、アクセルペダルの最大操作量に対する運転者による操作量の割合であるアクセル開度、車両の走行速度である車速、車両に搭載されたバッテリの出力電圧であるバッテリ電圧、およびシフトレバー(セレクトレバー)の位置であるシフトポジションなどの各情報を検出するセンサの検出信号が含まれる。
ECU71は、各種の信号から取得した情報などに基づいて、エンジン11の始動、停止および出力調整などのため、点火プラグ36のスパークによる点火、インジェクタ56による燃料の噴射、電子制御スロットル47の開度であるスロットル開度、クランキングのためのスタータの動作、およびインテークマニホールド41の各分岐管43に設けられた切替バルブ55の動作などを制御する。
<IDS制御>
図4は、IDS(アイドリングストップ)制御の流れを示すフローチャートである。
図4は、IDS(アイドリングストップ)制御の流れを示すフローチャートである。
車両には、IDS制御が採用されている。
IDS制御では、車両の走行中に、ブレーキペダルが操作される(踏まれている)と、ECU71により、IDS開始条件が成立しているか否かが判定される(ステップS1)。IDS開始条件は、たとえば、ブレーキペダルが一定時間以上操作されており、かつ、車速が所定のアイドリングストップ実施車速(たとえば、10km/h)以下であり、かつ、バッテリの残容量がIDS許可容量以上であるという条件である。たとえば、ブレーキペダルが操作されている間、IDS開始条件が成立しているか否かが一定の周期で判断される。
IDS開始条件が成立すると(ステップS1のYES)、ECU71により、エンジン11が停止(アイドリングストップ)される(ステップS2)。
アイドリングストップの開始前は、切替バルブ55が閉じられている。アイドリングストップの開始後、ECU71により、その閉じられている切替バルブ55が開かれる(ステップS3)。切替バルブ55が開かれると、図2に示されるように、サージタンク42の下側の空間52と吸気通路53におけるサージタンク42の他方側に位置する部分とが連通した状態となり、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長よりも短い第2流路長となる。
その後、ECU71により、IDS終了条件が成立しているか否かが判定される(ステップS4)。IDS終了条件は、たとえば、アイドリングストップ中にブレーキペダルの操作が解除されるという条件である。アイドリングストップ中、IDS終了条件が成立しているか否かが一定の周期で判断される。
IDS終了条件が成立すると(ステップS4のYES)、ECU71により、IDS復帰が決定され、エンジン11の再始動のため、スタータが起動されて、エンジン11のクランキングが開始される(ステップS5)。エンジン11の始動完了により、IDS制御が終了となる。切替バルブ55は、たとえば、エンジン11の始動が完了したことに応じて、閉から開に切り替えられる。
なお、ECU71とは別のECU、たとえば、IDS制御のためのIDSECUにより、IDS開始条件が成立しているか否かの判定がなされてもよい。この場合、IDS開始条件が成立したことに応じて、IDSECUからECU71にエンジン停止要求が送信され、このエンジン停止要求を受けて、ECU71により、エンジン11が停止される。また、IDSECUにより、IDS終了条件が成立しているか否かの判定がなされる。そして、IDS終了条件が成立すると、IDSECUからECU71にエンジン再始動要求が送信され、このエンジン再始動要求を受けて、ECU71により、エンジン11が再始動される。
<作用効果>
以上のように、IDS制御では、IDS開始条件が成立すると、エンジン11が停止(アイドリングストップ)される。そして、そのアイドリングストップ中にIDS終了条件が成立すると、エンジン11が再始動される。
以上のように、IDS制御では、IDS開始条件が成立すると、エンジン11が停止(アイドリングストップ)される。そして、そのアイドリングストップ中にIDS終了条件が成立すると、エンジン11が再始動される。
IDS制御によるエンジン11の再始動の際には、エンジン11の吸気ポート32に接続されたインテークマニホールド41における空気の流路長が第1流路長からそれよりも短い第2流路長に切り替えられる。これにより、IDS制御によるエンジン11の停止時に同一気筒の吸気バルブ34および排気バルブ35がともに開いたバルブオーバーラップ状態が生じて、エキゾーストマニホールド61内の排ガスが燃焼室31を経由してインテークマニホールド41に入り込んだ状態からのエンジン11の再始動時に、流路長が第1流路長である場合と比較して、クランキングの開始から排ガスを含まない新気が燃焼室31に吸入され始めるまでの時間を短縮することができる。その結果、エンジン11の始動に要する時間(クランキングの開始から初爆までの時間)を短縮することができる。
また、排ガスを含まない新気が燃焼室31に吸入され始めた後に燃焼が開始されることにより、燃焼を安定させることができる。
しかも、クランキング開始からエンジン11の始動(初爆)までの時間の短縮を図るために、電子制御スロットル47の開度を大きくしなくてよいので、初爆後のエンジン11の回転数を良好に制御することができる。そのため、初爆後のエンジン11の回転数の吹き上がり(オーバーシュート)を抑制することができ、燃費の悪化やエンジン11始動時の騒音の増加を抑制することができる。
<他の実施形態>
図5は、本発明の他の実施形態に係るIDS制御の流れを示すフローチャートである。
図5は、本発明の他の実施形態に係るIDS制御の流れを示すフローチャートである。
車両では、図4に示されるIDS制御に代えて、図5に示されるIDS制御が実行されてもよい。図5に示されるIDS制御が採用される場合、図1および図2に示されるように、車両には、インテークマニホールド41内における排ガス濃度、つまり排ガスに含まれる特定のガス成分(たとえば、CO)の濃度を検出する濃度センサ81が設けられる。
図5に示されるIDS制御では、ECU71により、IDS開始条件が成立しているか否かが判定される(ステップS11)。IDS開始条件は、図4に示されるIDS制御で採用されているIDS開始条件と同じである。
IDS開始条件が成立すると(ステップS11のYES)、ECU71により、エンジン11が停止(アイドリングストップ)される(ステップS12)。
アイドリングストップの開始後、ECU71により、同一気筒の吸気バルブ34および排気バルブ35がともに開いたバルブオーバーラップ状態が検出されるか否かが判断される(ステップS13)。バルブオーバーラップ状態は、カム角(カムシャフトの回転角)から吸気バルブ34および排気バルブ35の位置を求めることにより検出可能である。
バルブオーバーラップ状態が検出された場合(ステップS13のYES)、ECU71により、濃度センサ81により検出される排ガス濃度が閾値よりも大きいか否かが判断される(ステップS14)。
排ガス濃度が閾値よりも大きい場合(ステップS14のYES)、ECU71により、切替バルブ55が閉から開に切り替えられる(ステップS15)。これにより、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第1流路長よりも短い第2流路長に切り替わる。
一方、バルブオーバーラップ状態が生じていない場合(ステップS13のNO)、または、バルブオーバーラップ状態が生じているが、排ガス濃度が閾値以下である場合には(ステップS14のNO)、切替バルブ55が閉じられた状態のままにされる(ステップS15のスキップ)。
その後、ECU71により、IDS終了条件が成立しているか否かが判定される(ステップS16)。IDS終了条件は、図4に示されるIDS制御で採用されているIDS終了条件と同じである。アイドリングストップ中、IDS終了条件が成立しているか否かが一定の周期で判断される。
IDS終了条件が成立すると(ステップS16のYES)、ECU71により、IDS復帰が決定され、エンジン11の再始動のため、スタータが起動されて、エンジン11のクランキングが開始される(ステップS17)。エンジン11の始動完了により、IDS制御が終了となる。
<作用効果>
図5に示されるIDS制御によっても、図4に示されるIDS制御と同様の作用効果を奏することができる。また、エンジン11の始動時に排ガス濃度の高い吸気により燃焼が不安定になる懸念がある場合に限り、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第1流路長よりも短い第2流路長に切り替えられるので、その切り替えが不要に行われることを抑制できる。
図5に示されるIDS制御によっても、図4に示されるIDS制御と同様の作用効果を奏することができる。また、エンジン11の始動時に排ガス濃度の高い吸気により燃焼が不安定になる懸念がある場合に限り、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第1流路長よりも短い第2流路長に切り替えられるので、その切り替えが不要に行われることを抑制できる。
<変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述した他の実施形態では、インテークマニホールド41内における排ガス濃度を検出する濃度センサ81が設けられて、その濃度センサ81により検出される排ガス濃度が閾値を上回っている場合に、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられるとした。これに限らず、濃度センサ81に代えて、インテークマニホールド41内における酸素の濃度を検出する濃度センサが設けられて、その濃度センサにより検出される酸素濃度が閾値未満である場合に、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられてもよい。すなわち、インテークマニホールド41内における特定のガス成分の濃度が適正範囲から外れている場合に、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられるとよい。
また、車両の走行中にも、切替バルブ55が切り替えられてもよい。たとえば、エンジン11の回転数が上昇閾値以上に上昇したことに応じて、ECU71により、切替バルブ55が閉から開に切り替えられて、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第1流路長から第2流路長に切り替えられてもよい。この場合、エンジン11の回転数が低下閾値以下に低下したことに応じて、切替バルブ55が開から閉に切り替えられて、インテークマニホールド41内における空気の流路長が第2流路長から第1流路長に戻されるとよい。低下閾値は、上昇閾値と同値であってもよいし、上昇閾値よりも低い値であってもよい。
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
11:エンジン
13:シリンダヘッド
32:吸気ポート
33:排気ポート
34:吸気バルブ
35:排気バルブ
41:インテークマニホールド(吸気管)
55:切替バルブ(切替手段)
61:エキゾーストマニホールド(排気管)
71:ECU(IDS制御手段、経路長制御手段、バルブオーバーラップ検出手段)
81:濃度センサ(濃度検出手段)
13:シリンダヘッド
32:吸気ポート
33:排気ポート
34:吸気バルブ
35:排気バルブ
41:インテークマニホールド(吸気管)
55:切替バルブ(切替手段)
61:エキゾーストマニホールド(排気管)
71:ECU(IDS制御手段、経路長制御手段、バルブオーバーラップ検出手段)
81:濃度センサ(濃度検出手段)
Claims (3)
- 吸気ポートおよび排気ポートが形成されたシリンダヘッド、前記吸気ポートを開閉する吸気バルブ、前記排気ポートを開閉する排気バルブ、前記吸気ポートに接続される吸気管ならびに前記排気ポートに接続される排気管を備えるエンジンを搭載した車両であって、
前記吸気管における空気の流路長を第1流路長と前記第1流路長よりも短い第2流路長とに切り替える切替手段と、
IDS開始条件が成立したことに応じて、前記エンジンを停止させ、その停止中にIDS終了条件が成立したことに応じて、前記エンジンを再始動させるIDS制御を実行するIDS制御手段と、
前記IDS制御による前記エンジンの再始動の際に、前記切替手段を制御して、前記流路長を前記第1流路長から前記第2流路長に切り替える流路長制御手段と、を含む、車両。 - 前記吸気管内における特定のガス成分の濃度を検出する濃度検出手段、をさらに含み、
前記流路長制御手段は、前記IDS制御により前記エンジンが停止した状態で前記濃度検出手段により検出される濃度が適正範囲から外れている場合に、前記IDS制御による前記エンジンの再始動に際して、前記流路長を前記第1流路長から前記第2流路長に切り替える、請求項1に記載の車両。 - 同一気筒の前記吸気バルブおよび前記排気バルブがともに開いた状態で前記エンジンが停止するバルブオーバーラップ状態を検出するバルブオーバーラップ検出手段、をさらに含み、
前記流路長制御手段は、前記IDS制御により前記エンジンが停止した状態で前記バルブオーバーラップ検出手段により前記バルブオーバーラップ状態が検出された場合に、前記IDS制御による前記エンジンの再始動に際して、前記流路長を前記第1流路長から前記第2流路長に切り替える、請求項1または2に記載の車両。
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