JP2023057359A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを自動停止したり自動始動したりするエンジンの自動停止始動制御を行なうエンジン装置において、不要なエンジンの自動始動を抑制すると共にエンジンの始動不良を抑制する。【解決手段】所定停止条件が成立したときにエンジンの運転を停止すると共に所定始動条件が成立したときにエンジンを始動するようにエンジンとスタータを制御する自動停止始動制御を実行する。所定始動条件としてはバッテリの電圧が電圧閾値以下に至った条件を含み、この電圧閾値としてはエンジンの始動時におけるバッテリの電圧変化量と電流変化量とにより演算されるバッテリの内部抵抗に基づいて設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、エンジンを自動停止したり自動始動するエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、バッテリの内部抵抗値とエンジンのスタータモータの作動電圧値に基づいてエンジンの再始動が可能であるか否かを判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンのアイドリングを停止するアイドリングストップ中のバッテリの端子間の第１電圧値と、アイドリングストップ中にバッテリに流れる電流値と、無負荷電圧値とに基づいてアイドリングストップ中のバッテリの内部抵抗値を算出している。

国際公開２０１９／１０２７３５

しかしながら、上述のエンジン装置では、バッテリの内部抵抗を良好に演算できない場合がある。エンジンのアイドリングストップ中におけるバッテリの放電電流は過渡的な分極特性の影響を大きく受ける。また、アイドリングストップ中に空調装置の稼働状態が変化するなどしてバッテリの負荷電流に変化が生じる場合もある。これらの場合にはバッテリの内部抵抗を精度良く演算することができず、不要なエンジンの始動が生じたり、エンジンの始動不良が生じたりする。

本発明のエンジン装置は、エンジンを自動停止したり自動始動したりするエンジンの自動停止始動制御を行なうエンジン装置において、不要なエンジンの自動始動を抑制すると共にエンジンの始動不良を抑制することを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
エンジンと、
前記エンジンを始動するスタータと、
前記スタータと補機とに電力を供給するバッテリと、
前記エンジンを運転している最中に所定停止条件が成立したときに前記エンジンの運転を停止するよう前記エンジンを制御すると共に、前記所定停止条件の成立により前記エンジンの運転を停止している最中に所定始動条件が成立したときに前記エンジンを始動するように前記エンジンと前記スタータを制御する自動停止始動制御を実行する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記所定始動条件は、前記バッテリの電圧が電圧閾値以下に至った条件を含み、
前記制御装置は、前記エンジンの始動時における前記バッテリの電圧変化量と電流変化量とにより演算される前記バッテリの内部抵抗に基づいて前記電圧閾値を設定する、
ことを特徴とする。

この本発明のエンジン装置では、エンジンを運転している最中に所定停止条件が成立したときにエンジンの運転を停止するようエンジンを制御すると共に、所定停止条件の成立によりエンジンの運転を停止している最中に所定始動条件が成立したときにエンジンを始動するようにエンジンとスタータを制御する自動停止始動制御を実行する。所定始動条件としてはバッテリの電圧が電圧閾値以下に至った条件を含み、電圧閾値としてはエンジンの始動時におけるバッテリの電圧変化量と電流変化量とにより演算されるバッテリの内部抵抗に基づいて設定される。エンジンの始動時におけるバッテリの電圧変化量と電流変化量は短時間における変化量であるから、分極特性の影響や、空調装置などの稼働状態の変化による影響はきわめて小さい。この結果、バッテリの内部抵抗をより適正に計算することができ、内部抵抗に基づいて設定される電圧閾値もより適正な値に設定される。この結果、エンジンの始動条件の成否をより適正に判断することができ、不要なエンジンの自動始動やエンジンの始動不良を抑制することができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記バッテリの内部抵抗が大きいほど大きくなる傾向に前記電圧閾値を設定するものとしてもよい。これは、バッテリの内部抵抗が大きいほどエンジンの始動時におけるバッテリの電圧変化量（電圧降下量）が大きくなり、バッテリの出力不足を招きやすくなることに基づく。この場合、前記制御装置は、前記バッテリの内部抵抗が切替閾値未満のときには第１電圧を前記電圧閾値に設定し、前記バッテリの内部抵抗が前記切替閾値以上のときには前記第１電圧より大きな第２電圧を前記電圧閾値に設定するものとしてもよい。こうすれば、簡易な手法によりエンジンの始動条件の成否をより適正に判断することができる。

本発明の一実施例としてのエンジン装置を搭載する自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される自動停止始動処理の一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット５０により実行される電圧起因自動始動条件判定処理の一例を示すフローチャートである。 エンジン２２を始動する際のバッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂの時間変化の一例を示す説明図である。 バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉの大小と電圧起因による自動始動条件が成立してエンジン２２を始動したときのバッテリ電流Ｖｂの時間変化の一例を示す説明図である。 電圧閾値設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置を搭載する自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、自動変速装置２４と、スタータ３０と、オルタネータ３２と、バッテリ３６と、電子制御ユニット５０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気・圧縮・膨張・排気の４行程によって動力を出力する複数気筒の内燃機関として構成されており、エンジン２２のクランクシャフトが自動変速装置２４の入力軸に接続されている。

自動変速装置２４は、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータと自動変速機とにより構成されている。自動変速機は、油圧駆動により前進側に４段や５段、６段などの多段変速を可能とし、後進側に１段の変速を可能としている。自動変速装置２４のの出力軸は、デファレンシャルギヤ２６を介して駆動輪２８ａ，２８ｂに接続されている。

スタータ３０は、エンジン２２のクランクシャフトに図示しないワンウェイクラッチを介して接続されており、エンジン２２をクランキングするのに用いられる。スタータ３０は、電子制御ユニット５０により駆動制御されている。オルタネータ３２は、エンジン２２のクランクシャフトに図示しないベルトを介して接続されており、エンジン２２からの動力を用いて発電する。オルタネータ３２の発電電圧は、内部の図示しないフィールドコイルに印加する励磁電流を増減することにより一定値となるように調整されている。オルタネータ３２は、電子制御ユニット５０により駆動制御されている。

バッテリ３６は、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などとして構成されており、エンジン２２の各部品（例えば、スロットルバルブの駆動用のスロットルモータや、燃料噴射弁、点火プラグなど）や、自動変速装置２４のアクチュエータ、スタータ３０、オルタネータ３２、車室内の空気調和を行なう空調装置３８、その他の補機３９などに電力ラインを介して接続されている。

電子制御ユニット５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。

電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、エンジン２２の状態を検出する各種センサからの信号（例えば、エンジン２２のクランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランク角θｃｒなど）や、バッテリ３６の出力端子に接続された電圧センサ３６ａからのバッテリ電圧Ｖｂ、同じくバッテリ３６に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ３６ｂからのバッテリ電流Ｉｂなどを挙げることができる。また、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖなども挙げることができる。

電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、エンジン２２や自動変速装置２４、スタータ３０、オルタネータ３２、空調装置３８、補機３９などへの駆動制御信号を挙げることができる。

こうして構成された実施例の自動車２０では、電子制御ユニット５０は、運転者のアクセルペダル６３の操作に応じたエンジン２２からの動力を自動変速装置２４により変速して駆動輪２８ａ、２８ｂに出力して走行する。実施例の自動車２０では、エンジン２２を運転している最中に自動停止条件が成立したときにはエンジン２２の運転を停止し、自動停止条件の成立によりエンジン２２の運転を停止している最中に自動始動条件が成立したときにはエンジン２２を始動する自動停止始動制御（いわゆるアイドルストップ制御）を実行する。自動停止条件としては、エンジン２２の暖機が完了している条件、エンジン２２をアイドリング運転している条件、車速Ｖが値０である条件、ブレーキ踏力（ブレーキマスタシリンダ（図示せず）の圧力）が第１所定値以上である条件などが含まれ、これらの条件のすべてが成立したときに自動停止条件が成立したと判断される。自動始動条件としては、ブレーキ踏力が第２所定値（第１所定値より小さい値）未満に至った条件、バッテリ電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖｓｔ以下に至った条件などが含まれ、これらの条件の１つでも成立したときに自動始動条件が成立したと判断される。

次に、実施例のエンジン装置を搭載する自動車２０の動作、特に自動停止始動制御を実行している際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される自動停止始動処理の一例を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎に繰り返し実行される。

自動停止始動処理が実行されると、電子制御ユニット５０は、エンジン２２が運転停止中であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。エンジン２２が運転中であると判定したときには、自動停止条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。自動停止条件は、上述したようにエンジン２２の暖機が完了している条件、エンジン２２をアイドリング運転している条件、車速Ｖが値０である条件、ブレーキ踏力（ブレーキマスタシリンダ（図示せず）の圧力）が第１所定値以上である条件などが含まれ、これらの条件のすべてが成立したときに自動停止条件が成立したと判断される。自動停止条件が成立していないと判定したときには、本処理を終了する。一方、自動停止条件が成立していると判定したときには、エンジン２２の運転を停止し（ステップＳ１２０）、フラグＦに値１をセットして（ステップＳ１３０）、本処理を終了する。フラグＦは自動停止条件の成立によりエンジン２２の運転が停止しているときに値１がセットされ、エンジン２２が始動されたときに値０がセットされるものであり、初期値として値０がセットされている。

ステップＳ１００でエンジン２２が運転停止中であると判定したときには、フラグＦが値１であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。フラグＦが値１ではない（値０である）と判定したときには、エンジン２２の停止は自動停止条件の成立によるものではないと判断し、本処理を終了する。フラグＦが値１であると判定したときには、自動始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１５０）。自動始動条件が成立していないと判定したときには、本処理を終了する。自動始動条件は、上述したように、ブレーキ踏力が第２所定値（第１所定値より小さい値）未満に至った条件、バッテリ電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖｓｔ以下に至った条件などが含まれ、これらの条件の１つでも成立したときに自動始動条件が成立したと判断される。バッテリ電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖｓｔ以下に至った条件の成否については、図３に例示する電圧起因自動始動条件判定処理により行なうことができる。この電圧起因自動始動条件判定処理では、フラグＦが値１であるのを確認し(ステップＳ３００）、バッテリ電圧Ｖｂを入力し（ステップＳ３１０）、バッテリ電圧Ｖｂを電圧閾値Ｖｓｔと比較し（ステップＳ３２０）、バッテリ電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖｓｔ未満のときにバッテリ電圧による自動始動条件の成立したと判断する（ステップＳ３４０）。一方、フラグＦが値０であったり、バッテリ電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖｓｔ以上であるときには、バッテリ電圧による自動始動条件は不成立であると判断する（ステップＳ３３０）。

ステップＳ１５０で自動始動条件が成立していると判定したときには、エンジン２２を始動し（ステップＳ１６０）、フラグＦに値０をセットする（ステップＳ１７０）。エンジン２２の始動は、スタータ３２を駆動してエンジン２２をクランキングし、エンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御などを開始することにより行なう。

続いて、エンジン２２を始動する際のバッテリ３６の電圧変化量ΔＶと電流変化量ΔＩとを計測し（ステップＳ１８０）、計測した電圧変化量ΔＶを電流変化量ΔＩで除してバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉ（Ｒｉ＝ΔＶ／ΔＩ）を計算する（ステップＳ１９０）。図４にエンジン２２を始動する際のバッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂの時間変化の一例を示す。図中、実線はバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的小さいときを示し、破線はバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きいときを示す。なお、図４では、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉに拘わらずに同一のバッテリ電圧Ｖｂのときにエンジン２２を始動するものとした。電圧変化量ΔＶは時間Ｔｓｔにエンジン２２の始動を開始した直後のバッテリ電圧Ｖｂの変化量（図中、ΔＶ１やΔＶ２）であり、電流変化量ΔＩは時間Ｔｓｔにエンジン２２の始動を開始した直後のバッテリ電流Ｉｂの変化量（図中、ΔＶＩ）である。図示するように、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが大きくなると電圧変化量ΔＶが大きくなる。

バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉを計算すると、内部抵抗Ｒｉを切替閾値Ｒｒｅｆと比較し（ステップＳ２００）、内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ未満であると判定したときには電圧閾値Ｖｓｔに第１所定電圧Ｖｌを設定し（ステップＳ２１０）、内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ以上であると判定したときには電圧閾値Ｖｓｔに第１所定電圧Ｖｌより大きい第２所定電圧Ｖｈを設定して（ステップＳ２２０）、本処理を終了する。こうして設定された電圧閾値Ｖｓｔは、図３の電圧起因による自動始動条件の判定処理に用いられる。したがって、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ未満であるときにはバッテリ電圧Ｖｂが第１所定電圧Ｖｌ（Ｖｌ＜Ｖｈ）未満に至ったときに自動始動条件が成立することになり、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ以上であるときにはバッテリ電圧Ｖｂが第２所定電圧Ｖｈ（Ｖｌ＜Ｖｈ）未満に至ったときに自動始動条件が成立することになる。

図５は、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉの大小と電圧起因による自動始動条件が成立してエンジン２２を始動したときのバッテリ電流Ｖｂの時間変化の一例を示す説明図である。図中、上段（ａ）の実線がバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的小さいときを示し、下段（ｂ）の実線がバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きいときを示す。上段（ａ）の破線は、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きいときに時間Ｔ２でエンジン２２を始動する場合を示す。「Ｖｍ」は、バッテリ電圧Ｖｂのマージン電圧を示す。いま、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的小さく切替閾値Ｒｒｅｆ未満である場合（上段（ａ）参照）を考える。この場合、電圧閾値Ｖｓｔには第１所定電圧Ｖｌ（Ｖｌ＜Ｖｈ）が設定されている。エンジン２２を自動停止すると、空調装置３８や補機３９などの電気負荷によりバッテリ電圧Ｖｂは徐々に低下し、バッテリ電圧Ｖｂが第１所定電圧Ｖｌ（電圧閾値Ｖｓｔ）に至った時間Ｔ２に自動始動条件が成立し、エンジン２２が始動される。このときバッテリ３６には電圧変化量ΔＶ１だけの電圧降下が生じるが、マージン電圧Ｖｍ以上となるため、エンジン２２は良好に始動することができる。一方、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きいときには、時間Ｔ２でエンジン２２を始動すると、図中破線で示すようにバッテリ３６には電圧変化量ΔＶ２だけの電圧降下が生じるため、バッテリ電圧Ｖｂはマージン電圧Ｖｍを下回ることになり、エンジン２２を始動することができない。これらのことから、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的小さいときには、時間Ｔ２に至るまでエンジン２２を始動しなくてもよいのが解る。

次に、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きく切替閾値Ｒｒｅｆ以上である場合（図５中、下段（ｂ）参照）を考える。この場合、電圧閾値Ｖｓｔには第２所定電圧Ｖｈ（Ｖｌ＜Ｖｈ）が設定されている。エンジン２２を自動停止によりバッテリ電圧Ｖｂが徐々に低下し、バッテリ電圧Ｖｂが第２所定電圧Ｖｈ（電圧閾値Ｖｓｔ）に至った時間Ｔ１に自動始動条件が成立し、エンジン２２が始動される。このときバッテリ３６には電圧変化量ΔＶ２だけの電圧降下が生じるが、バッテリ電圧Ｖｂはマージン電圧Ｖｍ以上となるため、エンジン２２は良好に始動することができる。上段（ａ）の破線と比較すると、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きいときには、バッテリ電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｈに至った時間Ｔ１でエンジン２２を始動すれば良好にエンジン２２を始動することができるが、バッテリ電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｌに至った時間Ｔ２でエンジン２２を始動すれとエンジン２２を始動することができないことが解る。

以上説明した実施例の自動車２０に搭載されたエンジン装置では、エンジン２２を始動する際のバッテリ３６の電圧変化量ΔＶと電流変化量ΔＩとを計測し、電圧変化量ΔＶを電流変化量ΔＩで除してバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉを計算する。バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ未満であるときには電圧閾値Ｖｓｔに第１所定電圧Ｖｌ（Ｖｌ＜Ｖｈ）を設定し、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ以上であるときには電圧閾値Ｖｓｔに第２所定電圧Ｖｈ（Ｖｌ＜Ｖｈ）を設定する。そして、エンジン２２を自動停止条件の成立により運転停止している最中にバッテリ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｓｔ未満に至ったときに自動始動条件が成立したとしてエンジン２２を始動する。このようにバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉに基づいて電圧起因による自動始動条件の成否を判定する電圧閾値Ｖｓｔを設定することにより、より適正な自動始動条件の成否を判定することができる。この結果、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的小さいときには自動始動条件の成立までの時間経過を長くすることにより不要なエンジン２２の始動を抑制することができ、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが比較的大きいときには自動始動条件の成立までの時間経過を短くすることによりエンジン２２を始動することができない始動不良を抑制することができる。

実施例の自動車２０に搭載されたエンジン装置では、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ未満であるときには電圧閾値Ｖｓｔに第１所定電圧Ｖｌ（Ｖｌ＜Ｖｈ）を設定し、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが切替閾値Ｒｒｅｆ以上であるときには電圧閾値Ｖｓｔに第２所定電圧Ｖｈ（Ｖｌ＜Ｖｈ）を設定するものとした。しかし、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉと比較する切替閾値Ｒｒｅｆを２つ以上用いて電圧閾値Ｖｓｔに３つ以上の異なる電圧を設定するものとしてもよい。また、バッテリ３６の内部抵抗Ｒｉが大きいほど電圧閾値Ｖｓｔを大きくなるようにバッテリ３６の内部抵抗Ｒｉと電圧閾値Ｖｓｔとの関係を予め定めて電圧閾値設定用マップとして記憶しておき、内部抵抗Ｒｉが与えられるとマップから対応する電圧閾値Ｖｓｔを導出することにより設定するものとしてもよい。図６に電圧閾値設定用マップの一例を示す。

実施例では、エンジン装置を自動車に搭載するものとしたが、エンジン装置は、自動車以外の車両や移動体などに搭載されるものとしても構わない。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、スタータ３０が「スタータ」に相当し、バッテリ３６が「バッテリ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 自動車、２２ エンジン、２４ 自動変速装置、２６ デファレンシャルギヤ、２８ａ，２８ｂ 駆動輪、３０ スタータ、３２ オルタネータ、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電流センサ、３８ 空調装置、３９ 補機、５０ 電子制御ユニット、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキポジションセンサ、６８ 車速センサ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンを始動するスタータと、
   前記スタータと補機とに電力を供給するバッテリと、
   前記エンジンを運転している最中に所定停止条件が成立したときに前記エンジンの運転を停止するよう前記エンジンを制御すると共に、前記所定停止条件の成立により前記エンジンの運転を停止している最中に所定始動条件が成立したときに前記エンジンを始動するように前記エンジンと前記スタータを制御する自動停止始動制御を実行する制御装置と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記所定始動条件は、前記バッテリの電圧が電圧閾値以下に至った条件を含み、
   前記制御装置は、前記エンジンの始動時における前記バッテリの電圧変化量と電流変化量とにより演算される前記バッテリの内部抵抗に基づいて前記電圧閾値を設定する、
   ことを特徴とするエンジン装置。

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