JP3814245B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ポンプに関し、特に、燃料噴射時期および噴射量制御の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは空気過剰の状態で燃焼が行われるため、ガソリンエンジンに比してＣＯ及びＨＣの排出濃度は少ないが、ＮＯｘは同程度排出されるので、その低減が重要な課題とされている。
従来より、ＮＯｘの排出量を抑制しつつ、エンジンの低温始動性を良好に維持する技術として、低温時の噴射タイミングを進角させる機構（Ｃｏｌｄ Ｓｔａｒｔ Ｄｅｖｉｃｅ、以下ＣＳＤ）を備えた燃料噴射ポンプが存在する。このＣＳＤは、プランジャバレルに設けた溢流用サブポートをピストンで開閉することにより、低温時の噴射タイミングを進角させる。
例えば、同一出願人による特許文献１に示される技術である。
【０００３】
前記技術は、図２０に示すように、プランジャ７とプランジャバレル８との間に燃料圧室４４を形成し、該プランジャ７の往復運動によって、燃料ギャラリー１４３からメインポート１４を介して燃料圧室４４に燃料を吸い込み、分配軸への連絡通路４９へ圧送する燃料噴射ポンプに適用されるものである。
その概略は、次のようなものである。燃料圧室４４からサブポート４２を介して燃料をドレンする燃料ドレン回路を形成し、該燃料ドレン回路において、油密機能を有する変位可能なピストン４６が摺動する開閉弁構造部を形成し、該ピストン４６はサブポート４２に対して開閉自在としている。
そして、該燃料噴射ポンプに、温度変化に伴って駆動するアクチュエータとして、サーモエレメント式ＣＳＤ４７を備えるものとしている。なお、該サーモエレメント式ＣＳＤ４７は、温度変化により伸縮してピストン４６を上下動させるサーモエレメントである。
ＣＳＤは、エンジンが常温のときはピストン４６がサブポート４２を開いて一部の燃料をドレンし、燃料噴射時期を通常の時期に戻す。また、ＣＳＤは、エンジンが低温のときはピストン４６にサブポート４２を閉じさせて、燃料がドレンされないようにし、燃料噴射開始時期を早めて進角側とする。
この構成によれば、エンジンが低温のときは燃料噴射時期を進角側に制御することで、失火を抑制して低温始動性を向上できるとともに、エンジンの通常運転時等、エンジン温度が一定温度以上に高くなっているときは、燃料噴射時期を遅角側に制御するために、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３４５７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２１は、低温での始動時・加速時において、燃料噴射ポンプの回転数と噴射量との関係を示すものであるが、ＣＳＤの作用により、低温時（冷態時）は必ず常温時（暖態時）よりも燃料噴射量が増加していることが図示されている。
つまり、前記燃料噴射ポンプでは、低温での始動時・加速時に、黒煙の発生量が多くなってしまう。
一方、図２２は、低温での始動時・加速時において、噴射タイミングと燃料噴射ポンプの回転数との関係を示すものであるが、ＣＳＤの作用により、進角側に移行するほど、つまり始動時が低温側であるほど、ポンプ回転数が増加する様子が図示されている。
つまり、前記燃料噴射ポンプでは、低温側であればあるほど、ＣＳＤの作用により、エンジンに過負荷が掛かることになってしまう。
本発明は、低温時におけるＣＳＤの作用により、燃料噴射量が増加してしまう不具合を防止する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、バレルに設けた溢流用サブポートをピストンで開閉することにより、低温時の噴射タイミングを進角させる低温時噴射時期進角機構を備えた燃料噴射ポンプにおいて、
低温始動時に噴射量を減量させる機構を設けたものである。
【０００７】
請求項２においては、減量方向に位置する低温時のラック位置を、常温時に正規の状態に切換えるタイミングを、前記低温時噴射時期進角機構を解除するタイミングと同時、もしくは、それよりも早くするようにしたものである。
【０００８】
請求項３においては、冷却水温感知のサーモエレメント式低温時噴射時期進角機構と、電子制御ガバナとを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
ガバナの制御用冷却水センサを、前記サーモエレメントよりも冷却水の流れの上流側に配置したものである。
【０００９】
請求項４においては、冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構と、電子制御ガバナ又はメカニカルガバナとを備えるものである。
【００１０】
請求項５においては、電子制御ガバナを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、低温時噴射時期進角機構の作動解除後までドループ制御とし、その後、アイソクロナス制御に切換えるものである。
【００１１】
請求項６においては、電子制御ガバナを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、
最大ラック位置制御用マップデータを、低温時噴射時期進角機構の作動時用および解除時用の二種類のデータを備えるものとしたものである。
【００１２】
請求項７においては、メカニカルガバナを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、メカニカルガバナのガバナレバーを回動させる手段を多段ソレノイドにより構成したものである。
【００１３】
請求項８においては、冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構を備える燃料噴射ポンプにおいて、
低温始動後、冷却水温が所定の温度に上昇していなくても、一定時間が経過すると、低温時噴射時期進角機構の作動を解除するようにしたものである。
【００１４】
請求項９においては、冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構を備える燃料噴射ポンプにおいて、
低温始動直後に作業機のクラッチが入った場合、その信号を検知して、低温時噴射時期進角機構の作動を解除するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
【００１６】
これより、本発明の燃料噴射ポンプの五つの実施の形態について説明する。
本発明の燃料噴射ポンプは、詳しくは後述するように、低温時噴射時期進角機構（ＣＳＤ）と低温時噴射減量機構とを備えるものである。低温時噴射減量機構は、ガバナに備えられるものとなっている。
図１に示すように、第一から第三の実施の形態は、低温時噴射時期進角機構の異なる二形態と、ガバナの異なる二形態とに関し、それらを組み合わせてなる三つの異なる形態からなっている。
ここで、低温時噴射時期進角機構の異なる二形態は、サーモエレメント式ＣＳＤと電子制御式ＣＳＤとである。また、ガバナの異なる二形態としては、電子制御ガバナとメカニカルガバナとである。
そして、第一の実施の形態は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７と電子制御ガバナ２とを備える燃料噴射ポンプ１００としている。第二の実施の形態は、電子制御式ＣＳＤ９と電子制御ガバナ２とを備える燃料噴射ポンプ２００としている。第三の実施の形態は、電子制御式ＣＳＤ９とメカニカルガバナ１７とを備える燃料噴射ポンプ３００としている。
また、第四および第五の実施の形態は、所定条件下で低温時噴射時期進角機構の作動を解除する構成とした燃料噴射ポンプ４００・５００としている。これらの燃料噴射ポンプ４００・５００は、電子制御式ＣＳＤ９と電子制御ガバナ２とを備える燃料噴射ポンプ２００の構成に、前記解除機構を追加したものとしている。
【００１７】
また、以下において、単にＣＳＤ（低温時噴射時期進角機構）と記載する場合は、サーモエレメント式であるか、あるいは電子制御式であるか、を問うものではない。同様に、単にガバナと記載する場合は、電子制御ガバナであるか、あるいはメカニカルガバナであるか、を問うものではない。
また、前記各実施の形態における燃料噴射ポンプの構成は、ＣＳＤの形態とガバナの形態とを除いて同一である。したがって、燃料噴射ポンプ１００については要部の構成の説明をやや詳細に行うが、他の燃料噴射ポンプ２００・３００・４００・５００に関しては、同一部分に関しては記載を省略することがある。
【００１８】
これより、第一の実施の形態である燃料噴射ポンプ１００について説明する。燃料噴射ポンプ１００はエンジンに付設されて、該エンジンに燃料を供給する。
図２に示すように、燃料噴射ポンプ１００のプランジャバレル８内には、カム軸４（図４に図示）により上下駆動されるプランジャ７が上下摺動自在に嵌挿されている。プランジャ７の側方には分配軸がプランジャ７と軸心を平行としながら回転自在に配置されており、該分配軸はベベルギア等により前記カム軸４の動力が伝達されて駆動される。
ハウジングＨにはカム軸４の回転により駆動されるトロコイドポンプが配設され、燃料タンクに貯留される燃料油を、該トロコイドポンプの送出側ポートに接続される送出通路等を介して燃料ギャラリー４３へ供給するようにしている。
【００１９】
図２に示すように、プランジャバレル８の内部でプランジャ７の上方に、導入された燃料を加圧するための燃料圧室４４が形成されている。また、該プランジャバレル８には、メインポート１４及び分配軸への連絡通路４９が燃料圧室４４に連通可能に設けられている。前記メインポート１４は、前記ハウジングＨに穿設された燃料供給油路及び燃料ギャラリー４３に連通しており、常時燃料が供給される構成になっている。
従って、燃料ギャラリー４３からメインポート１４を介して該燃料圧室４４内に導入された燃料は、プランジャ７により加圧され、プランジャバレル８の上部に設けられた分配軸への連絡通路４９や、該連絡通路４９に連通されて形成される燃料圧送通路２１を介して、分配軸に圧送される。燃料油は前記分配軸の回転により分配されながら複数のデリバリバルブへ供給され、各デリバリバルブに供給された燃料は、噴射ノズルへ圧送されて噴射される。
符号１６は該プランジャ７の燃料圧送の有効ストロークを定めるためのプランジャリードであり、プランジャ７を軸線まわりに回動させることによって該プランジャリード１６がメインポート１４へ連通するときのプランジャ７の高さを変更できるようになっている。
【００２０】
プランジャバレル８の内壁面にはサブポート４２が開口されている。また、プランジャバレル８の内側に形成される燃料圧室４４において、燃料を圧縮するプランジャ７の上端面７ａの、前記サブポート４２を形成した側と同じ側にサブリード７ｂを設けて、プランジャ７の一定回転範囲にて前記サブポート４２に連通可能に構成し、メインポート１４がプランジャ７の外周面にて塞がれている場合にも、該サブリード７ｂを介して該燃料圧室４４と該サブポート４２とを連通できるようにしている。
該サブポート４２に連通させて油路８１がプランジャバレル８に径方向に設けられて、該油路８１はプランジャバレル８外周面に軸方向に平行に穿設された溝８２に接続される。該溝８２は、ハウジングＨに形設された連通路８３を介して、同じくハウジングＨ内に形成した弁室油路４５に連通させている。該弁室油路４５は戻し油路８４を介して前記燃料ギャラリー４３に連通させている。
この油路８１、溝８２、連通路８３をもってドレン通路９９が構成され、このドレン通路９９、弁室油路４５、戻し油路８４をもって、燃料圧室４４内の燃料油を燃料ギャラリー４３に戻すためのドレン回路９０が構成されている。ただし、このドレン回路９０は、ハウジングＨ外の燃料タンクに燃料を戻す構成としても構わない。
【００２１】
この構成において、前記のプランジャ７の上下摺動において上死点に達する前に、プランジャ７頭部の外周面がメインポート１４を閉じることにより、燃料圧室４４から分配軸への連絡通路４９への燃料圧送が、カム角の進角域にて開始されることとなる。この進角域においては、サブリード７ｂがサブポート４２に連通していることにより、プランジャ７が上方摺動するのにもかかわらず、サブポート４２から燃料をドレンさせて、燃料圧送の開始を遅れさせることができる。
尚、この燃料圧送の開始タイミングの遅れ度合いは、サブリード７ｂの深さやサブポート４２の高さを調節することで調整することができる。
【００２２】
以上構成の燃料噴射ポンプ１００には、低温時（冷態時）の噴射タイミングを進角させる低温時噴射時期進角機構（Ｃｏｌｄ Ｓｔａｒｔ Ｄｅｖｉｃｅ、以下ＣＳＤ）が備えられている。
ここで、前記弁室油路４５には、ピストン４６が上下位置を変位可能かつ油密的に嵌合されている。そして、プランジャバレル８に設けたサブポート４２を、ＣＳＤがピストン４６を上下移動させることで、低温時の噴射タイミングを進角させるものとしている。
以下、詳しく説明する。
【００２３】
第一の実施の形態では、前記ＣＳＤは、サーモエレメント式ＣＳＤ４７としている。
サーモエレメント式ＣＳＤ４７は、サーモエレメントとしてワックスを内蔵し、低温域では縮み高温域では膨張するワックスの特性を利用して、ピストン４６の駆動手段を構成している。
サーモエレメント式ＣＳＤ４７より突出するピストンロッド２０４はピストン４６に固設されており、温度に応じて膨張・圧縮する前記ワックスにより、ピストン４６が変位される。なお、ピストン４６には、油路８５がその軸方向に平行となるよう設けられている。
また、サーモエレメント式ＣＳＤ４７のピストン４６を挟んで反対側には戻しバネ４８が設けられており、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の伸張駆動に抗する付勢力を該ピストン４６に対し加えている。
【００２４】
この構成において、サーモエレメント式ＣＳＤ４７が温度上昇を検知してピストンロッド２０４を伸張させると、ピストン４６が前記戻しバネ４８を圧縮して、該戻しバネ４８はその弾発力を増大させることとなる。
従って、前記ピストン４６は、該サーモエレメント式ＣＳＤ４７の伸張力と前記戻しバネ４８の弾発力とが釣り合う平衡位置にて静止され、その位置は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７が検知する温度に応じて定まる。
前記連通路８３の一端は前記弁室油路４５の壁面に開口Ｐを形成しており、該開口Ｐは前記ピストン４６の外周面によって開閉可能とされている。
【００２５】
この構成において、エンジンが低温環境下にあると、サーモエレメント式ＣＳＤ４７はピストンロッド２０４を縮退させるので、戻しバネ４８により戻し力が加えられている前記ピストン４６は、その外周面が前記開口Ｐを完全に閉鎖するように駆動される。従って、サブポート４２が閉じられて燃料がドレンされず、燃料圧送の開始タイミングが遅延されない。
この状態からエンジンの温度が上昇すると、サーモエレメント式ＣＳＤ４７はピストンロッド２０４を伸張駆動させて、ピストン４６を図２における下方向へ変位させ、ピストン４６の外周面は前記開口Ｐを徐々に開き、前記ドレン通路９９の通路面積を徐々に増加させていくことになる。従って、温度上昇に伴ってサブポート４２の開度が増大して燃料のドレン量が多くなって、燃料圧送の開始タイミングが徐々に遅延されていく。
そして、エンジンの温度が一定温度以上に上昇すると、サーモエレメント式ＣＳＤ４７は開口Ｐを完全に開放して、サブポート４２を完全に開放し、ドレン通路９９が完全に開かれ、該開始タイミングは所定のタイミングだけ遅延されることとなる。
このように、エンジン温度が、サブポート４２が完全に開放される温度域にある状態を、常温時（暖態時）とする。また、前記冷温時（冷態時）は、エンジン温度が、常温時（暖態時）より低い温度域にある状態を指す。
【００２６】
即ち、サーモエレメント式ＣＳＤ４７は、低温時（冷態時）には、サブポート４２を閉じて燃料圧送の開始タイミングを遅延させないことで進角制御を行っている。一方、常温時（暖態時）には、サーモエレメント式ＣＳＤ４７は、サブポート４２を開いて開始タイミングを遅延させることで、該進角制御の解除を行うこととしている。
【００２７】
進角制御を行うと、燃料圧室４４からドレンされる燃料が減少する。したがって、燃料圧室４４への噴射量は、進角制御の解除時よりも、進角制御時の方が多くなってしまう。したがって低温時には、ＣＳＤの作用により、常温時に比して、燃料噴射量がエンジン回転数によらず増加する。
これを防止するため、低温時に噴射量を減量させる機構（低温時噴射減量機構）が、燃料噴射ポンプのガバナに備えられている。
【００２８】
燃料噴射ポンプに備えるガバナは、アクセルの開度とエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射ポンプ１００内のコントロールラック位置を変更し、噴射量を変化させる。
図３に示すように、ガバナは、アクセルの開度を一定とした条件下では、エンジン回転数（ポンプ回転数）が増加するにつれ、噴射量を減少させる制御を行う。そして、アクセルの開度が大きくなるとラック位置が増量側とされて噴射量が増加され、開度が小さくなるとラック位置が減量側とされて噴射量が全体として減少される。
ここで、アクセル開度を一定とした条件下におけるラック位置の最大位置を、最大ラック位置と呼ぶことにする。そして、最大ラック位置の調整は、前述したアクセル開度の変更により行われるだけでなく、前記低温時噴射減量機構によっても行われるものとなっている。
【００２９】
前記低温時噴射減量機構は、低温での始動時・加速時において、噴射量を減量させる機構である。噴射量の減量は、最大ラック位置を減量側に変位させることで、行うものとしている。最大ラック位置の調整により、エンジン回転数によらずラック位置が減量側に移動して、噴射量が減量される。
ここで、最大ラック位置の調整は、前述したように、アクセル開度の変更により行われるが、低温時の始動時・加速時においては、低温時噴射減量機構によっても、行われるものとしている。
【００３０】
図４に示すように、第一の実施の形態においては、前記ガバナとして、電子制御ガバナ２が燃料噴射ポンプ１００に設けられている。電子制御ガバナ２は、コントロールラックのラック位置の変更手段であるアクチュエータ３と、該アクチュエータ３を制御する制御装置５とを備えている。制御装置５は、カム軸４に設ける回転センサギヤ４ａの回転を回転センサ６により検出し、エンジン回転数に応じて、噴射量制御を行うべくアクチュエータ３を制御する。
【００３１】
電子制御ガバナ２を備える燃料噴射ポンプ１００では、前記低温時噴射減量機構は、電子制御ガバナ２の制御機構を利用して構成されるものとしている。
そして、低温時噴射減量機構の制御手段でもある制御装置５は、低温時には、最大ラック位置が減量側となるようにアクチュエータ３を制御して、噴射量を減量させるものとしている。
【００３２】
燃料噴射ポンプ１００における噴射量制御は、図５に示すようなものとなる。燃料噴射ポンプ１００は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７と電子制御ガバナ２（低温時噴射減量機構）とを備えている。図５の詳細については後述するとし、ここでは概略的な内容について説明する。
図５に示すように、低温時（冷態時）においては、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の作動時（ＯＮ状態時）に、ラック位置は減量側に変位されている。一方、常温時（暖態時）においては、サーモエレメント式ＣＳＤ４７が解除（ＯＦＦ状態）されると共に、ラック位置は増量側に変位される。なお、ラック位置の変位は、最大ラック位置の変位により行われている。
つまり、燃料噴射ポンプ１００では、低温時に噴射量が減量される。これは、ＣＳＤの作用により発生する噴射量の増加を、ラック位置を減量側に変位させることで、打ち消すことを意味している。
【００３３】
このため、ＣＳＤ作動状態の噴射量を、ＣＳＤ解除状態並にすることができる。したがって、低温下における始動時・加速時の黒煙を低減することができる。
また、始動直後のＣＳＤ作動中でも、噴射量が増量されないので、エンジンに過負荷がかかることがない。
【００３４】
なお、以上の作用・効果は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７と電子制御ガバナ２を備える燃料噴射ポンプ１００に限定されるものではない。ＣＳＤおよびガバナの構成は問わず、ＣＳＤと低温時噴射減量機構とを備える燃料噴射ポンプであれば実現されるものである。
ここで、ＣＳＤとしては、電子制御のソレノイド式としてもよい（後述のソレノイド式アクチュエータ１３）。また、低温時噴射減量機構としては、ラック位置の調整を、カム軸４の回転に応じてラック位置を変位させるメカニカルガバナにおいて、ガバナレバーの回動範囲を規制する機構を設けるものとしても良い（第三の実施の形態）。
【００３５】
低温時噴射減量機構（電子制御ガバナ２）の制御装置５は、最大ラック位置の減量制御を、ラック位置制御用マップデータに基づいて、行うものとしている。ここで、ラック位置制御用マップデータは、制御装置５のメモリに記憶されている。
図６に示すように、ラック位置制御用マップデータは、常温時（暖態時）のポンプ回転数−ラック位置の特性データと、低温時（冷態時）の特性データとの二種類のデータからなっている。
そして、常温時（暖態時）のデータはＣＳＤ解除時に対応し、低温時（冷態時）のデータはＣＳＤ作動時に対応している。このため、ＣＳＤ作動による噴射量の増大を打ち消すべく、常温時（暖態時）のデータは、低温時（冷態時）のデータに比して、最大ラック位置が増量側となっている。
【００３６】
このため、図７に示すように、制御装置５が、ＣＳＤの作動・解除に応じて、作動時のデータと解除時のデータとを切換えて、ラック位置を制御することで、ＣＳＤの作動・解除に関わらず、噴射量を一定とすることができる。したがって、ＣＳＤの作動の有無に関わりなく、同一出力を得ることができる。
【００３７】
なお、低温時噴射減量機構の制御装置５による減量制御は、図６に図示したようなラック位置制御用マップデータにしたがって、ラック位置の制御を行うことに限定されるものではない。
例えば、図３に示すような、アクセル開度毎のポンプ回転数とラック位置との特性データからなるマップデータに基づいて、制御装置５が減量制御を行うようにしても良い。ここで、ＣＳＤ作動による噴射量の増加は、アクセル開度を小さくする場合と同様の制御を行うことにより、打ち消すものとする。つまり、ＣＳＤ作動時には、通常の特性データではなく、アクセル開度が小さい側の特性データを利用して、制御装置５がラック位置の制御を行うものである。なお、この場合には、ＣＳＤ作動・解除によって、噴射量を完全に一致させることはできない。
【００３８】
次に、ＣＳＤと低温時噴射減量機構との切換えタイミングについて説明する。
図５において、ＣＳＤは、時刻ＴＣで、作動状態から解除状態に切換えられるものである。一方、ＣＳＤの切換えに対応するためのラック位置の切換えは、低温時噴射減量機構により、時刻ＴＲに行うものとしている。この切換えにより、低温時の減量位置から常温時の増量位置へとラック位置が切換えられる。
つまり、低温時噴射減量機構の切換えタイミングである時刻ＴＲは、ＣＳＤの切換えタイミングである時刻ＴＣと同時、もしくはそれよりも早くなるようにしている（図５では、時刻ＴＲが時刻ＴＣよりも早い）。
【００３９】
図８に示すように、図５に示す状態から前記時刻ＴＲ・ＴＣが逆転するように、ＣＳＤおよび低温時噴射減量機構の切換えを行うと、時刻ＴＲ・ＴＣ間のズレ時間Ｇの間だけ、噴射量が一時的に減量される。
この場合には、エンジン運転に必要な噴射量が確保されず、エンジン運転に支障をきたすことになる。
【００４０】
図５に示すように、時刻ＴＲが、ＣＳＤの切換えタイミングである時刻ＴＣと同時、もしくはそれよりも早くなるようにすることで、図８に示すような噴射量の一時的減量を防止することができる。
つまり、ＣＳＤ解除による噴射量の減量に対し、事前にガバナの最大ラック位置を増量に切換えることで、一時的な噴射量の落ち込み（減量）の発生を防止して、エンジン運転に支障をきたすことのないようにすることができる。
なお、以上の切換え制御におけるＣＳＤとしては、サーモエレメント式ＣＳＤ４７ではなく、電子制御式ＣＳＤ９としてもよく、低温時噴射減量機構としては、電子制御ガバナ２ではなく、メカニカルガバナ１７で構成しても良い。
【００４１】
ここで、前記両機構の切換えタイミングの具体的構成例について、燃料噴射ポンプ１００（第一の実施の形態）および燃料噴射ポンプ２００（第二の実施の形態）とを用いて説明する。
【００４２】
まず、第一の実施の形態の燃料噴射ポンプ１００における、前記両機構の切換えタイミングの構成について説明する。燃料噴射ポンプ１００は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７と電子制御ガバナ２とを備える。
サーモエレメント式ＣＳＤ４７および電子制御ガバナ２は、エンジン温度の検出を、エンジン冷却水の温度検出により行うものとしている。
図４に示すように、エンジン１０を通過する冷却水路１１は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７を通過するように形成されている。サーモエレメント式ＣＳＤ４７は、サーモエレメントであるワックスがエンジン冷却水より熱を受けて圧縮・膨張してピストン４６を駆動する。このようにして、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の作動・解除が行われる。
また、該冷却水路１１上には、電子制御ガバナ２で、冷却水の温度検出を行うための制御用の冷却水センサ１２が設けられている。冷却水センサ１２は、制御装置５に接続されて、低温時噴射減量機構において、冷却水温度の検出手段を構成している。そして、制御装置５は、冷却水センサ１２により検出された冷却水温度に応じてアクチュエータ３を駆動し、ラック位置を変位させて、噴射量の増量・減量を行う。
【００４３】
冷却水路１１の冷却水の流れ方向において、低温時噴射減量機構の制御用冷却水センサ１２は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７よりも、上流側となるように配置されている。
このため、冷却水温度は、冷却水センサ１２の検知部よりも、サーモエレメント式ＣＳＤ４７のサーモエレメント部（ワックス）の方が、必然的に早く上昇する。したがって、サーモエレメント式ＣＳＤ４７および電子制御ガバナ２の切換え温度を同じ温度に設定しても、必ずサーモエレメント式ＣＳＤ４７の解除前に、電子制御ガバナ２により最大ラック位置が減量側に変位される。
図５に示すように、冷却水温度の上昇につれて、まず電子制御ガバナ２において最大ラック位置が減量側より増量側に切換えられる。そして次に、サーモエレメント式ＣＳＤ４７が作動状態より解除状態に切換えられる。
したがって、前述した一時的な噴射量の落ち込み（減量）の発生の防止が確実となる。
【００４４】
次に、第二の実施の形態の燃料噴射ポンプ２００における、前記両機構の切換えタイミングの構成について説明する。
ここでまず、図９を用いて、燃料噴射ポンプ２００の構成について説明する。図９に示すように、燃料噴射ポンプ２００は、電子制御式ＣＳＤ９と電子制御ガバナ２とを備える。電子制御式ＣＳＤ９は、前記ピストン４６の駆動手段であるソレノイド式アクチュエータ１３と、該アクチュエータ１３を駆動する制御装置１５とを備えている。電子制御ガバナ２の構成は、燃料噴射ポンプ１００・２００で同一であり、同符号としている。ここで、制御装置１５は、前記制御装置５に代えて、電子制御式ＣＳＤ９および電子制御ガバナ２の制御手段を兼用するものである。
【００４５】
図９に示すように、電子制御式ＣＳＤ９および低温時噴射減量機構を備える電子制御ガバナ２は、エンジン温度の検出手段である冷却水センサ１２をも兼用する構成としている。
そして、電子制御式ＣＳＤ９および電子制御ガバナ２が、いずれも、一つの冷却水センサ１２による冷却水温度検出に基づいて、制御されるものとしている。
このため、図１０に示すように、電子制御式ＣＳＤ９における作動・解除の切換えと、電子制御ガバナ２における噴射量の減量から増量への切換えとで、タイミングを略一致させることができる。
【００４６】
なお、電子制御式ＣＳＤ９および低温時噴射減量機構を、同一の冷却水センサ１２により制御する構成は、電子制御ガバナ２に代えてメカニカルガバナ１７を備えるものとした燃料噴射ポンプ３００（第三の実施の形態）にも、適用されている。
この場合においても、電子制御式ＣＳＤ９およびメカニカルガバナ１７を、一つの冷却水センサ１２による冷却水温度検出に基づいて、制御可能である。そして、電子制御式ＣＳＤ９における作動・解除の切換えと、メカニカルガバナ１７における噴射量の減量から増量への切換えとで、タイミングを略一致させることができる。
【００４７】
次に、電子制御ガバナ２を備える燃料噴射ポンプにおけるエンジン回転数制御について説明する。
電子制御ガバナ２は、燃料噴射ポンプ１００・２００に備えられているが、回転数制御に関してはＣＳＤの構成に関わりがないので、ここでは、燃料噴射ポンプ１００を用いて説明を行う。なお、両ポンプ１００・２００間では、前述したＣＳＤおよびラック位置の切換えタイミングが相違するので、回転数制御においてもタイミングの相違が生じる。
【００４８】
ＣＳＤを解除した瞬間には、同一ラック位置での噴射量が減少するため、エンジン回転数が低下する。
図１１には、回転数制御として、常時アイソクロナス制御を行っている場合の回転数変動を示しており、時刻ＴＲにおいて、電子制御ガバナ２の最大ラック位置切換えが行われ、時刻ＴＣにおいて、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の解除が行われている。
最大ラック位置の切換えにより、ラック位置の変位域が変更されて、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の解除による噴射量の減量を、ラック位置の増量側への変位により補うことが可能となる。
そして、アイソクロナス制御を行っている場合、サーモエレメント式ＣＳＤ４７を解除した時点ではエンジン回転数が一時的に低下するが、サーモエレメント式ＣＳＤ４７解除による噴射量の減量がラック位置の増量側への変位により補われて、エンジン回転数が復帰する。
回転数の低下後、再び上昇して元の回転数に落ち着くため、通常のアイドルアップ制御の場合と異なり、該エンジンを駆動源とする装置の操作者に、違和感を与えるものとなる。
【００４９】
一方、図１２には、回転数制御として、暖気運転中は、ドループ制御を行っている場合の回転数変動を示しており、時刻ＴＲにおいて、電子制御ガバナ２の最大ラック位置切換えが行われ、時刻ＴＣにおいて、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の解除が行われている。
最大ラック位置の切換えにより、ラック位置の変位域が変更されて、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の解除による噴射量の減量を、ラック位置の増量側への変位により補うことが可能となる。
そして、ドループ制御を行っている場合、サーモエレメント式ＣＳＤ４７を解除した時点でエンジン回転数が低下するが、ラック位置の変位により噴射量が補われると、エンジン回転数の低下が停止して、その後は定回転数で回転する。
なお、ＣＳＤ解除後のエンジン回転数の落下を見越して、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の解除前には、目標回転数よりも高めの回転数でエンジンを駆動させるものとしている。
回転数の低下後、その回転数に落ち着くため、アイドルアップ制御の場合と同様であり、該エンジンを駆動源とする機械の操作者に、違和感を与えることがない。
【００５０】
また、制御装置５は、サーモエレメント式ＣＳＤ４７の作動解除後まではドループ制御としながら、その後、アイソクロナス制御に切換えを行う。
図１２において、時刻ＴＭでドループ制御がアイソクロナス制御に切換えられている。
そして、暖機運転の間はドループ制御とし、暖気運転完了後にアイソクロナス制御に切換えることにより、負荷が掛かってもエンジン回転数が一定となり、良好な作業性を得ることができる。
【００５１】
次に、第三の実施の形態の燃料噴射ポンプ３００における、最大ラック位置の切換え機構について説明する。
図１３に示すように、燃料噴射ポンプ３００は、電子制御式ＣＳＤ９とメカニカルガバナ１７とを備える。電子制御式ＣＳＤ９の構成は、前記燃料噴射ポンプ１００・２００と同一であり、同符号としている。なお、電子制御式ＣＳＤ９には、前記制御装置５・１５に代えて、後述の多段ソレノイド２０をも制御可能とする制御装置２５が備えられている。
一方、メカニカルガバナ１７は、カム軸４の加減速に連動して回動するガバナレバー１８と、アクセル開度に応じて回動するコントロールレバー１９とを備え、エンジン回転数に応じて、噴射量の自動調節が機械的に行われるものとなっている。
加えて、メカニカルガバナ１７には、低温時噴射減量機構として、ガバナレバー１８を減量側へ回動させるためのアクチュエータが備えられている。該アクチュエータは、多段ソレノイド２０で構成され、通常位置と、減量位置、エンジン停止位置とを備えている。
【００５２】
電子制御式ＣＳＤ９に備える制御手段２５は、多段ソレノイド２０および、電子制御式ＣＳＤ９のアクチュエータ１３を制御する。
一方、制御装置２５には、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水センサ１２が接続されている。そして、制御装置２５は、冷却水温度の検出に基づいて、電子制御式ＣＳＤ９の解除と、最大ラック位置の変位による噴射量の減量とを、同時に行うようにしている。
これは、図１０に示す、電子制御式ＣＳＤ９と電子制御ガバナ２とを備える燃料噴射ポンプ２００の場合における切換え制御と、同様のタイミングで行われるものである。
【００５３】
以上のように、メカニカルガバナ１７において、ガバナレバー１８を回動させる手段を多段ソレノイド２０で構成することで、第一には、ＣＳＤ作動により噴射量が増量する場合に、ガバナレバー１８を減量位置に回動させることで最大ラック位置を減量側に変位させて、打ち消すことができる。第二には、多段ソレノイドであるので、瞬時にガバナレバー１８を、エンジン停止状態となる回動位置まで、回動させることができる。
つまり、ガバナレバー１８を回動させる手段を多段ソレノイド２０で構成することで、噴射量の減量手段と、エンジン停止状態とする手段とを兼用することが可能となっている。このため、ガバナの省スペース化が実現される。
【００５４】
次に、所定条件下で低温時噴射時期進角機構の作動を解除する構成とした、燃料噴射ポンプ４００・５００について説明する。
第四および第五の実施の形態である燃料噴射ポンプ４００・５００は、電子制御式ＣＳＤ９を備える燃料噴射ポンプに、前記解除機構を追加したものとしている。
ここで、電子制御式ＣＳＤ９は、燃料噴射ポンプ２００・３００に備えられているが、ガバナの構成は問わないので、ここでは、燃料噴射ポンプ２００を用いて説明を行う。
【００５５】
まず、図１４を用いて、第四の実施の形態である燃料噴射ポンプ４００の構成について、説明する。
図１４に示すように、燃料噴射ポンプ４００には、前記燃料噴射ポンプ２００の構成に加えて、タイマ２２が備えられている。タイマ２２は、制御装置５に接続されている。
タイマ２２は低温始動開始と同時に計時を開始し、所定時間が経過すると制御装置５にＣＳＤ解除信号を送信する。ＣＳＤ解除信号を受けた制御装置５は、アクチュエータ１３をＣＳＤ解除位置へ駆動して、進角制御を解除する。
図１５に示すように、冷却水温度がＣＳＤ解除温度Ｆに到達していないが、所定時間が経過（低温始動後にＣＳＤ解除時刻ＴＬに到達）すると、ＣＳＤの解除が行われる。
一方、図１６に示すように、所定時間の経過前に、冷却水温度がＣＳＤ解除温度Ｆに到達すると、前記燃料噴射ポンプ２００の場合と同様に、タイマ２２の作動に関わりなく、ＣＳＤの解除が行われる。
【００５６】
以上のように、冷却水温感知の電子制御式ＣＳＤ９を備える燃料噴射ポンプ４００では、低温始動後、冷却水温度が所定の温度（ＣＳＤ解除温度）に到達していなくても、一定時間が経過すると（低温始動後にＣＳＤ解除時刻ＴＬに到達すると）、ＣＳＤが解除される。
このため、冷却水センサ１２やハーネスの異常等で、冷却水温度を制御装置５が検知できなかったり、冷却水ポンプの異常等で冷却水の温度上昇時間が非常に長くかかる場合でも、ＣＳＤの解除が確実に行われる。つまり、フェールセーフ機能を備える構成とすることができる。
【００５７】
次に、図１７を用いて、第五の実施の形態である燃料噴射ポンプ５００の構成について、説明する。
図１７に示すように、燃料噴射ポンプ５００には、前記燃料噴射ポンプ２００の構成に加えて、クラッチ２３の接続の有無を検出するクラッチ状態検出センサ２４が備えられている。クラッチ状態検出センサ２４は、制御装置５に接続されている。なお、クラッチ２３は、エンジンにより駆動される図示せぬ作業機への動力伝達用のクラッチである。
クラッチ状態検出センサ２４は、クラッチ２３の接続の有無を検出し、該接続検出に関わるクラッチ信号を制御装置５へ向けて送信する。制御装置５は、接続状態（ＯＮ状態）を示すクラッチ信号を受けると、アクチュエータ１３をＣＳＤ解除位置へ駆動して、進角制御を解除する。
図１８に示すように、冷却水温度がＣＳＤ解除温度Ｆに到達していないが、接続状態（ＯＮ状態）を示すクラッチ信号を受けると、制御装置５は、ＣＳＤを解除する。
一方、図１９に示すように、接続状態（ＯＮ状態）を示すクラッチ信号を受ける前に、冷却水温度がＣＳＤ解除温度Ｆに到達すると、前記燃料噴射ポンプ２００の場合と同様に、クラッチ信号に関わりなく、ＣＳＤの解除が行われる。
【００５８】
以上のように、冷却水温感知の電子制御式ＣＳＤ９を備える燃料噴射ポンプ５００では、低温始動後、冷却水温度が所定の温度（ＣＳＤ解除温度）に到達していなくても、作業機のクラッチの接続状態が検出されると、ＣＳＤが解除される。
このため、作業機の駆動によるエンジンの負荷発生を予測して、同じく負荷発生源であるＣＳＤを解除し、エンジンに過負荷が掛からないようにすることができる。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の如く、バレルに設けた溢流用サブポートをピストンで開閉することにより、低温時の噴射タイミングを進角させる低温時噴射時期進角機構を備えた燃料噴射ポンプにおいて、低温始動時に噴射量を減量させる機構を設けたので、
低温時噴射時期進角機構の作動状態での噴射量を、低温時噴射時期進角機構の解除状態での噴射量並にすることができる。したがって、低温下における始動時・加速時の黒煙を低減することができる。
また、始動直後の低温時噴射時期進角機構の作動中でも、噴射量が増量されないので、エンジンに過負荷がかかることがない。
【００６０】
請求項２記載の如く、低温時にラック位置を減量し、常温時に正規の状態にラック位置を切換えるタイミングを、前記低温時噴射時期進角機構を解除するタイミングと同時、もしくは、それよりも早くするようにしたので、
低温時噴射時期進角機構解除による噴射量の減量に対し、事前にガバナのラック位置を増量に切換えることで、一時的な噴射量の落ち込み（減量）の発生を防止して、エンジン運転に支障をきたすことのないようにすることができる。
【００６１】
請求項３記載の如く、冷却水温感知のサーモエレメント式低温時噴射時期進角機構と、電子制御ガバナとを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、
ガバナの制御用冷却水センサを、前記サーモエレメントよりも冷却水の流れの上流側となるように配置したので、
冷却水温度は、冷却水センサの検知部よりも、サーモエレメント式低温時噴射時期進角機構のサーモエレメント部（ワックス）の方が、必然的に早く上昇する。したがって、サーモエレメント式低温時噴射時期進角機構および電子制御ガバナの切換え温度を同じ温度に設定しても、必ずサーモエレメント式低温時噴射時期進角機構の解除前に、電子制御ガバナによるラックの減量制御を解除することができ、前述した一時的な噴射量の落ち込み（減量）の発生を防止が確実となる。
【００６２】
請求項４記載の如く、冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構と、電子制御ガバナとを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、
一つの冷却水温センサの温度検出に基づいて、前記機構と前記ガバナとが制御されるので、
低温時噴射時期進角機構における作動・解除の切換えと、電子制御ガバナにおける噴射量の減量から増量への切換えとで、タイミングを略一致させることができる。
【００６３】
請求項５記載の如く、電子制御ガバナを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、
低温時噴射時期進角機構の作動解除後までドループ制御とし、その後、アイソクロナス制御に切換えるので、
ドループ制御の間は、回転数の低下後、その回転数に落ち着くため、アイドルアップ制御の場合と同様であり、該エンジンを駆動源とする機械の操作者に、違和感を与えることがない。加えて、ドループ制御下における暖気運転完了後にアイソクロナス制御に切換えることにより、負荷が掛かってもエンジン回転数を一定として、良好な作業性を得ることができる。
【００６４】
請求項６記載の如く、電子制御ガバナを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、
最大ラック位置制御用マップデータを、低温時噴射時期進角機構の作動時および解除時の二種類のデータを備えるものとしたので、
低温時噴射時期進角機構の作動・解除に応じて、低温時噴射時期進角機構の作動時のデータと解除時のデータとを切換えて、ラック位置を制御することで、低温時噴射時期進角機構の作動・解除に関わらず、噴射量を一定とすることができる。したがって、低温時噴射時期進角機構の作動の有無に関わりなく、同一出力を得ることができる。
【００６５】
請求項７記載の如く、メカニカルガバナを備える前記燃料噴射ポンプにおいて、メカニカルガバナのガバナレバーを回動させる手段を多段ソレノイドにより構成したので、
噴射量の減量手段と、エンジン停止状態とする手段とを兼用することが可能となっている。このため、ガバナの省スペース化が実現される。
【００６６】
請求項８記載の如く、冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構を備える燃料噴射ポンプにおいて、
低温始動後、冷却水温が所定の温度に上昇していなくても、一定時間が経過すると、低温時噴射時期進角機構の作動を解除するようにしたので、
冷却水センサやハーネスの異常等で、冷却水温度が検知できなかったり、冷却水ポンプの異常等で冷却水の温度上昇時間が非常に長くかかる場合でも、ＣＳＤの解除が確実に行われる。つまり、フェールセーフ機能を備える構成とすることができる。
【００６７】
請求項９記載の如く、冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構を備える燃料噴射ポンプにおいて、
低温始動直後に作業機のクラッチが入った場合、その信号を検知して、低温時噴射時期進角機構の作動を解除するようにしたので、
作業機の駆動によるエンジンの負荷発生を予測して、同じく負荷発生源であるＣＳＤを解除し、エンジンに過負荷が掛からないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施の形態の構成を示す図である。
【図２】サーモエレメント式ＣＳＤ４７の配置部を示す燃料噴射ポンプ１の一部の断面図である。
【図３】アクセル開度毎のエンジン回転数とラック位置との関係を示す図である。
【図４】サーモエレメント式ＣＳＤ４７と電子制御ガバナ２とを備える燃料噴射ポンプ１００の構成を示す図である。
【図５】低温始動（加速）時における時間（エンジン温度、冷却水温度）変化による最大ラック位置変化（ａ）とＣＳＤ切換え状態変化（ｂ）とガバナ制御切換え状態変化（ｃ）とを示す図である。
【図６】常温時（ａ）と低温時（ｂ）とにおけるラック位置制御用マップデータを示す図である。
【図７】ラック位置制御用マップデータに基づくポンプ回転数と噴射量との関係を示す図である。
【図８】図５の制御切換えタイミングを逆転させた場合に不具合が発生する様子を示す図である。
【図９】電子制御式ＣＳＤ９と電子制御ガバナ２とを備える燃料噴射ポンプ２００の構成を示す図である。
【図１０】ＣＳＤおよびガバナに兼用の冷却水センサ１２を備える場合における最大ラック位置変化（ａ）とＣＳＤ切換え状態変化（ｂ）とガバナ制御切換え状態変化（ｃ）とを示す図である。
【図１１】アイソクロナス制御下での最大ラック位置変化（ａ）とラック位置変化（ｂ）とエンジン回転数変化（ｃ）と冷却水温度変化（ｄ）とを示す図である。
【図１２】ドループ制御下での最大ラック位置変化（ａ）とラック位置変化（ｂ）とエンジン回転数変化（ｃ）と冷却水温度変化（ｄ）と目標回転数変化（ｅ）とを示す図である。
【図１３】電子制御式ＣＳＤ９とメカニカルガバナ１７とを備える燃料噴射ポンプ３００の構成を示す図である。
【図１４】所定時間経過後にＣＳＤが解除される機構を備えた燃料噴射ポンプ４００の構成を示す図である。
【図１５】所定時間経過のためＣＳＤが解除される場合でのＣＳＤ状態変化（ａ）と冷却水温度変化（ｂ）とを示す図である。
【図１６】冷却水温度上昇のためＣＳＤが解除される場合でのＣＳＤ状態変化（ａ）と冷却水温度変化（ｂ）とを示す図である。
【図１７】クラッチ信号に基づいてＣＳＤが解除される機構を備えた燃料噴射ポンプ５００の構成を示す図である。
【図１８】クラッチの接続状態の検出によりＣＳＤが解除される場合でのＣＳＤ状態変化（ａ）とクラッチ信号変化（ｂ）と冷却水温度変化（ｃ）とを示す図である。
【図１９】冷却水温度上昇のためＣＳＤが解除される場合でのＣＳＤ状態変化（ａ）とクラッチ信号変化（ｂ）と冷却水温度変化（ｃ）とを示す図である。
【図２０】特願平１１−３５９５１号に開示される噴射時期制御機構の構成を示した図である。
【図２１】ポンプ回転数と噴射量との関係を示す図である。
【図２２】噴射タイミングとポンプ回転数との関係を示す図である。
【符号の説明】
２ 電子制御ガバナ
８ プランジャバレル
９ 電子制御式ＣＳＤ
１２ 冷却水センサ
１７ メカニカルガバナ
１８ ガバナレバー
２０ 多段ソレノイド
４２ サブポート
４６ ピストン
４７ サーモエレメント式ＣＳＤ
１００・２００・３００・４００・５００ 燃料噴射ポンプ
ＴＲ （最大ラック位置の切換え）時刻
ＴＣ （ＣＳＤの切換え）時刻
ＴＭ （ドループ制御からアイソクロナス制御への切換え）時刻

Claims (9)

1. バレルに設けた溢流用サブポートをピストンで開閉することにより、低温時の噴射タイミングを進角させる低温時噴射時期進角機構を備えた燃料噴射ポンプにおいて、
   低温始動時に噴射量を減量させる低温時噴射減量機構を設けたことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 減量方向に位置する低温時のラック位置を、常温時に正規の状態に切換えるタイミングを、前記低温時噴射時期進角機構を解除するタイミングと同時、もしくは、それよりも早くするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
3. 冷却水温感知のサーモエレメント式低温時噴射時期進角機構と、電子制御ガバナとを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   低温始動時噴射減量機構の制御用冷却水センサを、前記サーモエレメントよりも冷却水の流れの上流側に配置したことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
4. 冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構と、電子制御ガバナ又はメカニカルガバナとを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   一つの冷却水温センサの温度検出に基づいて、前記電子制御式低温時噴射時期進角機構と前記低温始動時噴射減量機構とが制御されることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
5. 電子制御ガバナを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   低温時噴射時期進角機構の作動解除後までドループ制御とし、その後、アイソクロナス制御に切換えることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
6. 電子制御ガバナを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   最大ラック位置制御用マップデータを、低温時噴射時期進角機構の作動時用および解除時用の二種類のデータを備えるものとしたことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
7. メカニカルガバナを備える請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、メカニカルガバナのガバナレバーを回動させる手段を多段ソレノイドにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
8. 冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構を備える燃料噴射ポンプにおいて、
   低温始動後、冷却水温が所定の温度に上昇していなくても、一定時間が経過すると、低温時噴射時期進角機構の作動を解除するようにしたことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
9. 冷却水温感知の電子制御式低温時噴射時期進角機構を備える燃料噴射ポンプにおいて、
   低温始動直後に作業機のクラッチが入った場合、その信号を検知して、低温時噴射時期進角機構の作動を解除するようにしたことを特徴とする燃料噴射ポンプ。

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