JP3708499B2 - 車両用複合型補機制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行運転中に一時停車した時にエンジンが停止されるいわゆるアイドルストップ車両に搭載される冷凍サイクル装置に適用して好適な車両用複合型補機制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、省燃費の観点よりいわゆるアイドルストップ車両が市場に投入される例が有る。この車両においては、走行運転中一時停車した時にエンジンを停止させるようにしているため、エンジンの駆動力を受けて作動する冷凍サイクル装置内の圧縮機も停止することになり、エンジン停止中は冷房装置として作動しないことになる。
【0003】
この解決策として例えば、特開平9−324668号公報では、クランククラッチを有するエンジンクランクプーリからベルトを介して圧縮機と回転機とを接続し、エンジンの作動状況に応じて圧縮機および回転機の作動を制御するようにしたものが知られている。
【0004】
具体的には、回転機は発電機および電動機として機能するものとしており、エンジン作動時にはクランククラッチを接続して、エンジンの駆動力で圧縮機および回転機を作動させ、通常の冷房と発電を行なうようにしている。
【0005】
一方、エンジンが停止した場合は、クランククラッチを切断して、回転機を電動機として駆動させることで圧縮機を作動させ、冷房機能の継続を可能としている。
【0006】
尚、回転機はエンジン始動時における電動機としてのスタータとしても併用するようにしており、他の電動機の増設を無くすようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術は、エンジンにクランククラッチが設けられるためにエンジンの全長が長くなり搭載性の悪化を招いていた。そこで、圧縮機に回転機を直結し、圧縮機あるいは回転機にクラッチ機能を持たせた車両用複合型補機としたものが考えられるが、回転機を電動機として作動させてエンジンを始動させる際に、共回りする圧縮機の作動負荷を受けて回転機の出力が落ちるので、良好な始動性が得られなくなる。
【0008】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、エンジン始動時における良好な始動性の得られる車両用複合型補機制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【0010】
請求項1に記載の発明では、1回転当たりの吐出容量を可変可能とする容量可変機構(145、148)を有し、冷凍サイクル装置(200)内の冷媒を圧縮する圧縮機(140)
発電機および電動機としての両機能を備え、圧縮機(140)と共に回転可能に接続される回転機(130)
回転機(130)の反圧縮機側に設けられ、車両エンジン(10)からの駆動力を受けて回転駆動し、圧縮機(140)あるいは回転機(130)を作動させる駆動プーリ(110)
駆動プーリ(110)および回転機(130)の間に設けられ、駆動プーリ(110)の駆動力を断続させる断続手段(120)有する車両用複合型補機(100)と、
圧縮機(140)の吐出容量、回転機(130)の作動、断続手段(120)の断続を制御する制御手段(180)とを有する車両用複合型補機制御装置において、
制御手段(180)は、車両エンジン(10)始動時において断続手段(120)を接続状態にし、回転機(130)を車両エンジン(10)始動用の電動機として作動させると共に、圧縮機(140)の吐出容量を冷凍サイクル装置(200)に必要とされる吐出容量よりも小さくなるようにすることを特徴としている。
【0011】
この車両用複合型補機制御装置(100A)においては、車両エンジン(10)が作動している場合は、断続手段(120)を接続することで圧縮機(140)と回転機(130)が共に作動され、冷凍サイクル装置(200)を稼動させ、また回転機(130)が発電機として発電機能を果たす。
【0012】
また、車両エンジン(10)が停止した時は、断続手段(120)を切断し、回転機(130)を電動機として作動させることで圧縮機(140)を作動させ、冷房機能の継続を可能とする。
【0013】
そして、回転機(130)を電動機として作動させて車両エンジン(10)を始動させる場合には、圧縮機(140)の容量可変機構(145、148)によって吐出容量を小さくしてやることで圧縮機(140)の作動負荷を低減して回転機(130)の出力低下を防止できる。即ち、車両エンジン(10)の良好な始動性を得ることができる。更に言い換えれば、回転機(130)の省電力化あるいは小型化が可能となる。
【0014】
請求項2に記載の発明では、容量可変機構(145、148)は、圧縮機(140)自身が有する最大吐出容量から吐出容量がほぼゼロとなる最小吐出容量まで任意に可変可能とし、小さくされる吐出容量は、ほぼゼロとなる吐出容量としたことを特徴としている。
【0015】
これにより、車両エンジン(10)始動時において、回転機(130)に対する圧縮機(140)の作動負荷を最小にすることができる。
【0016】
請求項3に記載の発明では、制御手段(180)は、車両エンジン(10)始動時において、回転機(130)を電動機として作動させていても、一旦回転機(130)を停止させた後に、断続手段(120)を接続状態にすることを特徴としている。
【0017】
上記断続手段(120)としては、請求項4に記載の発明のように、電磁クラッチ(120)を用いて好適である。
【0018】
請求項5に記載の発明では、請求項1〜請求項4に記載の発明において、圧縮機(140)と回転機(130)との間には、圧縮機(140)がロックした場合に圧縮機(140)と回転機(130)との接続状態を解除するリミッタ機構(150)が設けられたことを特徴としている。
【0019】
これにより、圧縮機(140)ロック時における車両エンジン(10)および回転機(130)の保護ができるので、車両走行に関わる機能を損なうことがない。
【0020】
また、請求項に記載の発明では、請求項1〜請求項5に記載の発明において、圧縮機(140)と回転機(130)との間には、圧縮機(140)のトルク変動を緩和させるダンピング部(170)が設けられたことを特徴としている。
【0021】
これにより、回転機(130)の回転機軸(132)への共振を抑制して破損に至るのを防止できる。
【0022】
請求項に記載の発明では、請求項1〜請求項4に記載の発明において、圧縮機(140)と回転機(130)との間には、回転機(130)の回転数を減速させて圧縮機(140)に伝達させる減速機構(160)が設けられたことを特徴としている。
【0023】
これにより、車両エンジン(10)の駆動力を伝達する際に、回転機(130)よりも圧縮機(140)側の回転数を下げることができるので、圧縮機(140)に見合った回転数にして、十分な耐久性を確保することができる。
【0024】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図5に示し、まず、具体的な構成について図1、図2を用いて説明する。
【0026】
本発明の車両用複合型補機制御装置としての回転機一体型圧縮機制御装置100Aは、図1に示すように、走行運転中に一時停車した時に車両エンジン(以下、エンジン)10が停止されるいわゆるアイドルストップ車両に搭載される冷凍サイクル装置200に適用されるものとしており、車両用複合型補機としての回転機一体型圧縮機100と制御手段としての制御装置180とから成る。尚、エンジン10には、エンジン10の回転数を検出する回転数センサ20が設けられている。
【0027】
冷凍サイクル装置200は、周知の冷凍サイクルを形成するものであり、後述する車両用複合型補機100を構成する圧縮機140を含んでいる。圧縮機140は、この冷凍サイクル内の冷媒を高温高圧に圧縮するものである。そして、圧縮された冷媒を凝縮液化する凝縮器210、液化された冷媒を断熱膨張させる膨張弁220、膨張した冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により自身を通過する空気を冷却する蒸発器230が冷媒配管240によって順次接続され閉回路を形成している。尚、蒸発器230の空気流れ下流側には、冷却された空気温度(蒸発器後方空気温度Te)を検出するための蒸発器温度センサ231が設けられており、この蒸発器後方空気温度TeとA/C要求信号中の乗員が設定する設定温度との差をここでは冷凍サイクル装置200の熱負荷の代表値として用いている。蒸発器後方空気温度Teと設定温度との差が大きいほど冷凍サイクル装置200の熱負荷は大きいことになり、必要とされる圧縮機140からの冷媒吐出量も大きくなる。
【0028】
回転機一体型圧縮機100は、駆動プーリ110、断続手段としての電磁クラッチ120、回転機(補機)130および圧縮機(補機)140等から一体的に形成されており、更に具体的な構成について、図2を用いて説明する。
【0029】
駆動プーリ110は中心部に駆動軸112が設けられ、回転機ハウジング131に設けられたプーリ軸受け111によって回転可能に支持され、エンジン10の駆動力がクランクプーリ30からベルト40(図1)を介して伝達され回転駆動するようにしている。尚、駆動軸112は、軸受け113によって支持されている。
【0030】
電磁クラッチ120は、駆動プーリ110から後述する回転機130に伝達されるエンジン10の駆動力を断続するものであり、回転機ハウジング131に固定されるコイル121とボルト114によって駆動軸112に接続されるハブ122とから成る。周知のように電磁クラッチ120は、コイル121に通電されるとハブ122が駆動プーリ110に吸着されエンジン10の駆動力、即ち駆動プーリ110の駆動力を駆動軸112に伝達する(クラッチON)。逆にコイル121への通電を遮断するとハブ122は駆動プーリ110から離れ、駆動軸112に対する駆動プーリ110の駆動力は切り離される(クラッチOFF)。
【0031】
回転機130は、発電機および電動機としての両機能を備えるもの(いわゆるモータジェネレータ)であり、回転機ハウジング131の内周面に固定され巻線部135aが設けられたステータ部(固定子)135と、回転機軸132に固定され外周部に永久磁石136aが設けられたロータ部(回転子)136とから成る。回転機軸132の反圧縮機側となる一端側が上記駆動軸112と接続されており、他端側が回転機ハウジング131に設けられた軸受け133によって支持されている。
【0032】
そして、バッテリ20(図1)からの電力がステータ部135に供給されることにより、ロータ部136、回転機軸132は回転駆動され、後述する圧縮機140を作動させる(電動モード)。尚、エンジン10始動時においては、エンジン10の始動用モータ(スタータ)としても作動する(始動モード)。また、エンジンON、クラッチON時に駆動プーリ110によって回転機軸132、ロータ部136が回転駆動されると、ステータ部135に電流を発生させ、バッテリ20への充電を行なう(発電モード)。
【0033】
次に、圧縮機140は、容量可変機構としての斜板145および制御弁148を有する斜板式の可変容量型圧縮機であり、冷媒の吐出量として1回転当りの吐出容量が可変されるものとしている。尚、冷媒吐出量は吐出容量と圧縮機140の回転数との積で表される。
【0034】
この圧縮機140には、軸受け143、144によって支持される圧縮機軸142に設けられた斜板145が斜板室145b内に配設され、この斜板145の外周部のシュー145aを介して複数のピストン147が接続されている。
【0035】
また、圧縮機140の図中右端には、制御弁148が設けられており、この制御弁148の弁開度を可変することによって、吐出室141bの圧力を斜板室145bに分配する、あるいは斜板室145bの圧力を吸入室141aに排出することで斜板室145b内の圧力を調整し、斜板145の傾斜角度を変化させ、更にピストン147のストロークを変化させて吐出容量を可変可能としている。
【0036】
尚、斜板145の傾斜角度は連続的に変化させることが可能であり、図2に示すように斜板145の傾斜角度が最大の時にピストン147のストロークは最大となり、圧縮機140自身が有する最大吐出容量が得られる。また、逆に斜板145の傾斜角度が最小(図3に示すように、圧縮機軸142に対してほぼ直交する状態)の時にピストン147のストロークは最小となり、吐出容量がほぼゼロとなる最小吐出容量となる。
【0037】
そして、回転機130の回転機軸132と圧縮機軸142は、リミッタ機構150およびダンピング部170を介して互いに接続されている。
【0038】
リミッタ機構150は、円板状部材151の半径方向の中間部に薄肉形成された薄肉部152を有するもので、回転機軸132にボルト153によって固定されている。このリミッタ機構150は、仮に円板状部材151の外周部が固定され、中心部(回転機軸132)に所定以上のトルクが負荷された時に、薄肉部152自らが破断するように設けられたものである。
【0039】
また、ダンピング部170は、円板状部材171の外周部にゴム材等より成る弾性部材172が溶着されたものであり、ボルト172によって圧縮機軸142に固定されている。
【0040】
更に、リミッタ機構150の円板状部材151の外周部が、ダンピング部170の弾性部材172に溶着され、回転機軸131と圧縮機軸142とが互いに接続されることになる。
【0041】
尚、圧縮機140内の冷媒が圧縮機ハウジング141内から回転機130側に漏れるのを防止するために、圧縮機軸142の軸受け143側には、軸封装置149を設けている。
【0042】
図1に戻って、制御装置180は、エンジン10の回転数センサ20からの回転数信号、エンジン始動要求信号、A/C要求信号、蒸発器温度センサ231からの温度信号等が入力されて、これらの信号に基づいて冷凍サイクル装置200の熱負荷を判定し、また車両の走行状態を判定して、上記電磁クラッチ120の断続、回転機130の作動および圧縮機140の吐出容量を制御する。
【0043】
次に、上記構成に基づく制御装置180の制御および回転機一体型圧縮機100の作動について図4に示すフローチャートおよび図5に示すタイムチャートを用いて説明する。
【0044】
まず、図4中のステップS100で、初期設定として電磁クラッチ120をOFF、回転機130をOFF、圧縮機140の吐出容量を最小(ほぼゼロ)とする。
【0045】
次に、ステップS110で、エンジン10が稼動状態にあるか否かを回転数センサ20の検出信号より判定し、稼動状態にある(回転数がゼロでない)と判定すると、エンジン10の駆動力を用いて、回転機130および圧縮機140を作動させる。
【0046】
即ち、ステップS120で、電磁クラッチ120をON(図5のc1)にしてエンジン10の駆動力を駆動プーリ110から回転機130および圧縮機140に伝達する。そしてステップS130で回転機130を発電機として作動させ(図5のd1、発電モード)、発電された電力をバッテリ50に充電する。
【0047】
そして、ステップS140で、圧縮機140の吐出容量を可変する(図5のe1)。即ち、冷凍サイクル装置200の熱負荷に応じた必要冷媒吐出量となるように、圧縮機140の制御弁148の弁開度および斜板145の傾斜角度を調整し、ピストン147のストロークを可変する。尚、エンジン10が稼動している間は、上記ステップS110〜ステップS140を繰り返す。
【0048】
一方、ステップS110で否、即ちアイドルストップ機能によりエンジン10が停止(エンジン回転数がゼロ)状態になったと判定すると、回転機130による圧縮機140の作動を行なう。
【0049】
即ち、ステップS150で、電磁クラッチ120をOFFにして(図5のc2)、ステップS160で、回転機130を電動機として作動させる(図5のd2、電動モード)。つまり、バッテリ50からステータ部135の巻線部135aに通電し、ロータ部136を回転させて、圧縮機140を作動させる。
【0050】
この時、ステップS170で、上記ステップS140と同様に冷凍サイクル装置200の熱負荷に応じた必要冷媒吐出量となるように圧縮機140の吐出容量を可変する(図5のe2)。
【0051】
更に、エンジン始動要求信号よりアイドルストップ状態に対してエンジン10の始動の要求があると判定されると、エンジン始動時における回転機130および圧縮機140の制御を以下のステップS190〜ステップS230で行なう。
【0052】
まず、ステップS190で圧縮機140の吐出容量をほぼゼロとなる最小吐出容量に可変し(図5のe3)、ステップS200で一旦回転機130を停止させる(図5のd3)。そして、ステップS210で電磁クラッチ120をONにして(図5のc3)、ステップS220で回転機130を電動機(スタータ)として作動させる(図5のd4、始動モード)ことで、エンジン10を始動させる(ステップS230)。尚、ステップS180で、エンジン始動要求がなければ、ステップS160、S170を繰り返す。
【0053】
以上の構成および作動説明より、本発明の特徴について説明する。この回転機一体型圧縮機制御装置100Aにおいては、エンジン10が作動している場合は、電磁クラッチ120を接続することで圧縮機140と回転機130が共に作動され、冷凍サイクル装置200を稼動させ、また回転機130が発電機として発電機能を果たす。また、エンジン10が停止した時は、電磁クラッチ120を切断し、回転機130を電動機として作動させることで圧縮機140を作動させ、冷房機能の継続を可能とする。
【0054】
そして、回転機130を電動機として作動させてエンジン10を始動させる場合には、圧縮機140の容量可変機構(145、148)によって吐出容量を冷凍サイクル装置200に必要とされる吐出容量よりも小さくしてやることで圧縮機140の作動負荷を低減して回転機130の出力低下を防止できる。即ち、エンジン10の良好な始動性を得ることができる。更に言い換えれば、回転機130の省電力化あるいは小型化が可能となる。
【0055】
ここでは、小さくする吐出容量をほぼゼロとなる最小吐出容量としているので、回転機130に対する圧縮機140の作動負荷を最小にすることができる。
【0056】
また、回転機軸132と圧縮機軸143との間にはリミッタ機構150を設けているので、エンジン10の駆動力あるいは回転機130によって圧縮機140が作動されている時に、圧縮機140が何らかの要因でロックした場合には、回転機軸132に過大なトルクがかかり、リミッタ機構150の薄肉部152が破断する。よって、回転機軸132と圧縮機軸142との接続状態は解除され、圧縮機140ロック時におけるエンジン10および回転機130の保護ができるので、車両走行に関わる機能を損なうことがない。
【0057】
更に、回転機軸132と圧縮機軸143との間にはダンピング部170を設けているので、圧縮機140作動中におけるトルク変動が弾性部材172によって吸収される。よって、回転機軸132への共振が抑制され、回転機130側の破損を防止できる。
【0058】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図6、図7に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、回転機130と圧縮機140との間に、減速機構を設けるようにしたものである。
【0059】
ここでは、減速機構は遊星歯車160を用いている。遊星歯車160は周知のように、中心部に設けられるサンギヤ161、このサンギヤ161の外周に配置されるピニオンギヤ162aによって回転するプラネタリーキャリヤ162、ピニオンギヤ162aの更に外周部に設けられるリングギヤ163から成る。
【0060】
そして、サンギヤ161が回転機軸132に固定され、プラネタリーキャリヤ162が圧縮機軸142にボルト164によって固定されている。尚、リングギヤ163は、回転機ハウジング131に固定されるようにしている。
【0061】
この遊星歯車160を回転機130と圧縮機140との間に設けることにより、駆動プーリ110によって作動される回転機130の回転数を減速して圧縮機140に伝達させることができる。即ち、図7に示すように、遊星歯車160における各ギヤ161、163、キャリヤ162の回転数は3者の座標に対して直線で結ばれる点で決定されるものであり、回転機ハウジング131に固定されるリングギヤ163の回転数がゼロとなることから、プラネタリーキャリヤ162に接続される圧縮機軸142の回転数は、サンギヤ161に接続される回転機軸132の回転数に対して減速されることになる。
【0062】
一般に、回転機130は発電モードのためにエンジン10の回転数に対して2〜3倍の増速比で用いられる。一方、圧縮機140は耐久性の面を踏まえて増速比1.5倍程度で用いる場合が多く、単純に回転機軸132と圧縮機軸142とを接続すると圧縮機140にとっては過度の回転数での作動を強いられることになる。
【0063】
第2実施形態では、上記のようにエンジン10の駆動力を伝達する際に、回転機130よりも圧縮機140側の回転数を下げることができるので、圧縮機140に見合った回転数にして、十分な耐久性を確保することができる。
【0064】
尚、遊星歯車160に対する回転機軸132および圧縮機軸142の組合せとして、サンギヤ161を固定ギヤとし、回転機軸132をリングギヤ163に固定し、圧縮機軸142をプラネタリーキャリヤ162に固定するようにしても良く、上記と同様の効果が得られる。
【0065】
(その他の実施形態)
上記第1実施形態において、リミッタ機構150およびダンピング部170を設けずに、回転機軸132と圧縮機軸142とを直接接続する際においては、駆動プーリ110および電磁クラッチ120を圧縮機140側に設けて、搭載性の自由度を向上させるようにしても良い。
【0066】
また、エンジン10始動時における圧縮機140の吐出容量は、必ずしもほぼゼロとなるレベルまで低下させる必要は無く、エンジン10の始動性と冷房性能との兼ね合いから決定するようにしても良い。
【0067】
尚、上記実施形態で説明した対象車両としては、アイドルストップ車両に限らずハイブリッド車両に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をアイドルストップ車両の冷凍サイクル装置に適用した第1実施形態における全体構成を示す模式図である。
【図2】図1における回転機一体型圧縮機を示す断面図である。
【図3】圧縮機の斜板傾斜角度最小状態(吐出容量最小状態)を示す断面図である。
【図4】回転機一体型圧縮機の制御を示すフローチャートである。
【図5】回転機一体型圧縮機作動時における(a)は車速、(b)はエンジン回転数、(c)は電磁クラッチの作動状態、(d)は回転機の作動状態、(e)は圧縮機の吐出容量を示すタイムチャートである。
【図6】第2実施形態における回転機一体型圧縮機を示す断面図である。
【図7】遊星歯車の回転数を示すグラフである。
【符号の説明】
10 車両エンジン
100 回転機一体型圧縮機(車両用複合型補機)
100A 回転機一体型圧縮機制御装置(車両用複合型補機制御装置)
110 駆動プーリ
120 電磁クラッチ(断続手段)
130 回転機
140 圧縮機
145 斜板(容量可変機構)
148 制御弁(容量可変機構)
150 リミッタ機構
160 遊星歯車(減速機構)
170 ダンピング部
180 制御装置(制御手段)
200 冷凍サイクル装置

Claims (7)

  1. 1回転当たりの吐出容量を可変可能とする容量可変機構(145、148)を有し、冷凍サイクル装置(200)内の冷媒を圧縮する圧縮機(140)、
    発電機および電動機としての両機能を備え、前記圧縮機(140)と共に回転可能に接続される回転機(130)、
    前記回転機(130)の反圧縮機側に設けられ、車両エンジン(10)からの駆動力を受けて回転駆動し、前記圧縮機(140)あるいは前記回転機(130)を作動させる駆動プーリ(110)、
    前記駆動プーリ(110)および前記回転機(130)の間に設けられ、前記駆動プーリ(110)の駆動力を断続させる断続手段(120)を有する車両用複合型補機(100)と、
    前記圧縮機(140)の吐出容量、前記回転機(130)の作動、前記断続手段(120)の断続を制御する制御手段(180)とを有し、
    前記制御手段(180)は、前記車両エンジン(10)始動時において前記断続手段(120)を接続状態にし、前記回転機(130)を前記車両エンジン(10)始動用の電動機として作動させると共に、前記圧縮機(140)の吐出容量を前記冷凍サイクル装置(200)に必要とされる吐出容量よりも小さくなるようにすることを特徴とする車両用複合型補機制御装置。
  2. 前記容量可変機構(145、148)は、前記圧縮機(140)自身が有する最大吐出容量から吐出容量がほぼゼロとなる最小吐出容量まで任意に可変可能とし、
    前記小さくされる吐出容量は、前記ほぼゼロとなる吐出容量としたことを特徴とする請求項に記載の車両用複合型補機制御装置。
  3. 前記制御手段(180)は、前記車両エンジン(10)始動時において、前記回転機(130)を電動機として作動させていても、一旦前記回転機(130)を停止させた後に、前記断続手段(120)を接続状態にすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用複合型補機制御装置。
  4. 前記断続手段(120)は、電磁クラッチ(120)であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の車両用複合型補機制御装置。
  5. 前記圧縮機(140)と前記回転機(130)との間には、前記圧縮機(140)がロックした場合に前記圧縮機(140)と前記回転機(130)との接続状態を解除するリミッタ機構(150)が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の車両用複合型補機制御装置。
  6. 前記圧縮機(140)と前記回転機(130)との間には、前記圧縮機(140)のトルク変動を緩和させるダンピング部(170)が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の車両用複合型補機制御装置。
  7. 前記圧縮機(140)と前記回転機(130)との間には、前記回転機(130)の回転数を減速させて前記圧縮機(140)に伝達させる減速機構(160)が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の車両用複合型補機制御装置。
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