JP4440813B2 - 空気量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射式の複数の４サイクルエンジンにおける空気量制御装置に関する。

従来、エンジンには、アイドル回転時に、エンジンの吸気量を制御するスロットル弁だけでは、アイドル回転速度を所定範囲内に維持する吸気量の微調整が出来ない。
吸気量の微調整が出来ないと、信号待ちのアイドル運転時に回転速度が不安定になるなどの不具合が発生する。

したがって、そのような不具合を解消するために、近年のエンジンには、ＩＳＣ（アイドル・スピード・コントロール）機構が設けられている。
このＩＳＣ機構としては、外部の空気をエンジンに供給するエアクリーナからスロットル弁を通過して吸気ポートに至る間に、スロットル弁をバイパスするバイパス路が設けられており、このバイパス路の空気流量が調節弁で調整されるようになっている。

そして、そのバイパス路の空気流量を調整する調節弁には弁座と弁体が用いられる。そして、その弁座に対して弁体を開閉駆動するために、ステップモータが用いられる。
ところで、ステップモータは、衝撃や振動で、しばしば脱調するので、この脱調を補正してステップモータを初期化しなければならない。このステップモータの初期化は、一般的には、イグニッションキーがオフされてエンジンが停止したときに行われる。

このステップモータの初期化では、ステップモータを作動させて、バイパス路の調節弁の弁体を、全閉位置まで駆動させて終端の弁座に突き当て、その突き当て位置を確認する。そして、その確認した突き当て位置を基準位置としてステップモータに設定する。これによって、ステップモータの初期化を行っている。（例えば、特許文献１参照。）
ところで、上記のように調節弁の弁体を全閉位置終端の弁座に突き当てるに際しては、一般にステップモータを現在位置から全閉位置までの実際のステップ数よりもやや大きなステップ数、つまり弁体が全閉位置終端の弁座に確実に突き当たるステップ数で駆動して、確実な閉弁を実行させている。

これによって調節弁の弁体の確実な全閉位置が確認でき、この確認された全閉位置を初期値としてステップモータに設定することによりステップモータの初期化を行って、脱調の確実な補正を行うことができるようになっている。
特開昭６２−１１１１４０号公報（問題を解決するための手段、第５図）

ところが、上記のように、脱調補正では実際のステップ数よりも大きなステップ数で弁体を駆動するため、弁体が全閉位置終端部の弁座に突き当てられたとき、機械的衝撃音が発生する。

四輪の乗用車等であればエンジン廻りはボンネットその他のカバーで覆われているのでエンジン部で発生する衝撃音は外部に響かないが、自動二輪車はその構造上、エンジン廻りにカバーは無く、エンジンがそのまま外部に露出している。

したがって脱調補正のために弁体が全閉位置で終端部に突き当てられて発生させる機械的衝撃音はそのまま自動二輪車の周囲に機械的騒音として響き渡る。
エンジンが停止して排気音が消えたときに、やおら機械的衝撃音が発生すると、使用者または同乗者にとっては、そのような音の発生は耳障りである。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、ステップモータの初期化のための弁体による機械的衝撃音を可及的に目立たぬように制御するステップモータの空気量制御装置を提供することである。

以下に、本発明に係わるステップモータの初期化方法の構成を述べる。
本発明のステップモータの初期化方法は、エンジンの吸気通路に設けられるスロットル弁をバイパスするバイパス路に設けられてバイパス路の空気流量を調整する調節弁と、該調節弁の弁体を開閉位置へ駆動するステップモータと、を備え、上記エンジンのメインスイッチがオフされてエンジン停止が検出されたとき、上記調節弁の全閉位置よりも手前に閉側目標開度を設定して該閉側目標開度位置に上記弁体を移動させるよう上記ステップモータの動作を制御し、続いて上記調節弁の全開位置よりも手前に開側目標開度を設定して該開側目標開度位置に上記弁体を移動させるよう上記ステップモータの動作を制御して、エンジン停止時のステップモータの仮初期化を行うように構成される。

そして、このステップモータの初期化方法では、上記エンジンのメインスイッチがオンされて始動エンジンの回転数が所定の回転数に達したことが検出されたとき、上記開側目標開度位置に設定されている上記弁体を、全開位置の終端部弁座に突き当って停止するまで移動させるよう上記ステップモータの動作を制御し、上記弁体が上記全開位置の終端部弁座に突き当って停止したときのステップモータのステップ位置を上記調節弁の全開位置として上記ステップモータを初期化し、該初期化後のステップモータによりエンジン始動後のアイドリング・スピード・コントロールの制御を実行する、ように構成される。

本発明によれば、エンジン停止時に調節弁の弁体を全開位置終端部に突き当てることなく全開位置終端部近傍まで移動させて仮初期化することにより、通常の初期化時のような弁体の突き当てによる機械的衝撃音が、排気音が消えて静かな環境の中に響き渡ることがなくなるので、使用者や同乗者が耳障りで不愉快と思うこともなくなり、快適に使用できるエンジンを提供することが可能となる。

また、エンジン始動時にエンジン回転速度が所定以上の回転速度となったとき、上記のようにエンジン停止時に予め全開位置終端部近傍に設定されている弁体を全開位置終端部に突き当てて量調節弁の初期化を行うので、量調節弁の弁体の移動距離が短く初期化が迅速に終了すると共に、弁体による機械的衝撃音が、弁体の移動距離が短い分だけ小さく且つアイドリングの排気音とエンジンの爆発音に紛れて目立たなくなるので、使用者や同乗者も機械的衝撃音が気にならず、耳障りで不愉快に思うこともないので便利である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１(a) は本発明の第１実施形態に係るステップモータの初期化方法を説明するための全体構成を模式的に示す図であり、同図(b) は、その調節弁近傍部分の拡大図である。
図１に示すように、本例のステップモータの初期化方法は、先ずＶ型２気筒エンジン１に適用される。Ｖ型２気筒エンジン１は、クランクケース２の上方に第１シリンダ３と第２シリンダ４が、所定のバンク角のＶバンクをなすように配置される。

これら第１のシリンダ３及び第２のシリンダ４の上に、第１シリンダヘッド５及び第２シリンダヘッド６がそれぞれ結合されている。
上記第１シリンダ３及び第２シリンダ４に形成された第１気筒３ａ及び第２気筒４ａ内には、ピストン７及びピストン８がそれぞれ摺動自在に挿入配置されている。

これらピストン７及びピストン８は、コンロッド９及びコンロッド１０で、クランク軸１１の両気筒共通のクランクピン１１ａに連結されている。
ここで上記クランク軸１１の回転に伴って、ピストン７及び８が上下にストロークして、吸入、圧縮、爆発、排気行程が順に実行される。

上記の第１気筒３ａの最上部にある第１シリンダヘッド５には、吸気ポート５ａと図示を省略した排気ポートが連設されている。吸気ポート５ａは、吸気通路３５−１と第１シリンダヘッド５との連通部を形成している。

吸気ポート５ａはシリンダヘッドとの連設口に配設された吸気弁１２により開閉され、排気ポートは同じくシリンダヘッドとの連設口に配設された排気弁により開閉される。
また、吸気ポート５ａと排気ポートの間にはこれも図示を省略した点火プラグが配置されている。

同様に、第２気筒４ａの最上部にある第２シリンダヘッド６には、吸気ポート６ａと図示を省略した排気ポートが連設されている。吸気ポート６ａは、吸気通路３５−２と第２シリンダヘッド６との連通部を形成している。

吸気ポート６ａはシリンダヘッドとの連設口に配設された吸気弁１３により開閉され、排気ポートは同じくシリンダヘッドとの連設口に配設された排気弁により開閉される。
また、吸気ポート６ａと排気ポートの間には図示を省略した点火プラグが配置されている。

尚、吸気ポート５ａ及び６ａの一部は、シリンダヘッド５及び６内に一体形成され、残りは別部材からなる吸気パイプ等で構成されている。
また、上記の吸気ポート５ａ及び６ａの吸気通路３５−１及び３５−２には、吸気弁１２及び１３の上流側近傍に、燃料噴射弁１４及び１５がそれぞれ配設されている。そして、それら燃料噴射弁１４及び１５より上流側にスロットルバルブ１６及び１７がそれぞれ配設されている。

また、吸気通路３５−１及び３５−２のスロットルバルブ１６及び１７の上流側端部には、両気筒に共通のエアクリーナ２０が接続されている。
矢印ａのようにエアクリーナ２０のエアフィルタ２１で濾過されながら吸入された外気は、その多くは矢印ｂ１及びｂ２で示すように吸気通路３５−１及び３５−２に流入し、一部が矢印ｃで示すようにスロットルバルブをバイパスするバイパス路２２に流入する。

このバイパス路２２は、調節弁２３を経て左右のバイパス路２２−１及び２２−２に分岐している。調節弁２３には弁体２４が設けられ、この弁体２４を開閉駆動するためのステップモータ２５が設けられている。

上記のバイパス路２２に流入した外気は、調節弁２３で流量を調節された後、左右のバイパス路２２−１及び２２−２を通過して矢印ｃ１及びｃ２で示すように、吸気通路３５−１及び３５−２を介して、スロットルバルブ１６及び１７よりも下流に位置する吸気ポート５ａ及び６ａに流入する。

すなわち、バイパス路２２、２２−１及び２２−２は、スロットルバルブ１６及び１７をバイパスしている。
上記調節弁２３の弁体２４は、ステップモータ２５によって図の上下に開閉駆動される。弁体２４は、下方の全開位置２４´では、図１(b) に示す全開弁座３６に当接してバイパス路２２とバイパス路２２−１及び２２−２間を全開する。

また、弁体２４は、上方の全閉位置２４″では、これも図１(b) に示す全閉弁座３７に密着してバイパス路２２を全閉する。
尚、スロットルバルブ１６及び１７の上流側と、スロットルバルブ１６及び１７とバイパス路２２−１及び２２−２との中間に位置する下流側とに、調節弁の無い小バイパス路２６及び２７が形成されている。

この小バイパス路２６及び２７は、スロットルバルブ１６及び１７並びに調節弁２３が全閉状態であるときでも所定微量の外気を吸気ポート５ａ及び６ａに流入させるために設けられている。

また、スロットルバルブ１６及び１７より下流側近傍には、吸気圧を検出する第１吸気圧センサ１８及び第２吸気圧センサ１９がそれぞれ接続されている。
これら第１吸気圧センサ１８及び第２吸気圧センサ１９は、通常、エンジンの運転負荷を検出するために一般的に装着されている。

また上記クランクケース２内で回転するクランク軸１１の回転角度位置（クランク軸１１、つまりエンジンの回転数）を検出するために、クランクセンサ２８が配設されている。このクランクセンサ２８は、例えばクランク軸１１の端部に装着されたエンコーダの外周面等に所定ピッチで刻設された凹凸に対向するように配置され、該凹凸のピッチに対応したクランクパルスを発生する。

このクランクセンサ２８からの検出値出力は、コントロールユニット（ＥＣＵ）２９に入力される。コントロールユニット（ＥＣＵ）２９は、クランクパルスの単位時間当たりの粗密により、エンジンの回転速度を検出する。

コントロールユニット（ＥＣＵ）２９は、このＶ型２気筒エンジン１の運転状態を制御するための制御装置であり、上記第１及び第２吸気圧センサ１８及び１９並びに上記クランクセンサ２８から入力される検出値に基づいて、燃料噴射タイミングや点火タイミングを制御する。

また、コントロールユニット（ＥＣＵ）２９は、上記クランクセンサ２１から入力される検出値に基づいて、詳しくは後述するステップモータの初期化処理を実行する。
図２は、上記のＶ型２気筒エンジン１に係わるステップモータの初期化処理を実行するシステムブロック図である。尚、図２には、図１に示した構成と同一機能を有する構成ブロックには図１と同一の番号を付与して示している。

図２に示すように、本例のコントロールユニット（ＥＣＵ）２２は、ＣＰＵ（central processing unit）３０と、このＣＰＵ３０にバスを介して接続された電源回路３１、入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路３２、及びアクチュエータドライブ回路３３で構成される。

電源回路３１には、外部の主電源から電力が入力し、入力Ｉ／Ｆ回路３２には、クランクセンサ２８の検出値の出力、及びエンジンのメインＳＷ（イグニッションキースイッチ）３４のオン・オフの出力が入力される。

尚、入力Ｉ／Ｆ回路３２には、上述した第１及び第２吸気圧センサ１８及び１９の検出値の出力も入力されるが、これらは本発明には関与しない構成部分であるので、図２には図示を省略している。

ＣＰＵ３０は、電源回路３１から電力を供給され、入力Ｉ／Ｆ回路３２を介して入力されるクランクセンサ２８のの検出値、及びメインＳＷ３４のオン・オフ出力値に基づいてアクチュエータドライブ回路３３を介して、ステップモータ２５の駆動タイミングを制御する。

尚、アクチュエータドライブ回路３３は、燃料噴射弁１４及び１５のインジェクタや、点火プラグ５ｃ及び６ｃの点火コイルの駆動タイミングなども制御しているが、これらは本発明には関与しない構成部分であるので、図２には図示を省略している。

図３及び図４は、上記第１実施形態に係るステップモータ２５の初期化を行うコントロールユニット（ＥＣＵ）２９の処理動作を説明するためのフローチャートである。
図５は、上記のステップモータ２５の初期化処理に伴う調節弁２３に対する空気通路開度制御のタイムチャートである。同図は、横軸に時間Ｔ（ｔ１〜ｔ９）を示し、縦軸に空気通路開度をステップモータ２５のステップ数で示している。

本例では、縦軸の空気通路開度は、弁体２４が全閉位置にあるときのステップ数を「０」とし、弁体２４が全開位置にあるときのステップ数を「１５８」としている。
また、図５のタイムチャートに示す時刻ｔ１〜ｔ４は、メインＳＷ３４がオフされた直後からの本例のエンジン停止時における停止時イニシャライズ（ステップモータの仮初期化）の期間を示している。

また、この期間に示す破線ａ１はエンジンの回転速度を示し、実線ｂ１は調節弁２３の空気通路開度を示している。
また、図５のタイムチャートに示す時刻ｔ５〜ｔ９は、メインＳＷ３４がオンされた直後からの本例のエンジン始動時における始動時イニシャライズ（ステップモータの本初期化）から通常アイドリング制御に至る期間を示している。

また、この期間に示す破線ａ２はエンジンの回転速度を示し、実線ｂ２は調節弁２３の空気通路開度を示している。
図３、図４及び図５を用いて、第１実施形態に係るステップモータ２５の初期化について以下に説明する。

先ず、図３において、ＣＰＵ３０は、エンジンのメインＳＷ３４がオフされたか否かの判定と、エンジンの回転速度の判定を行う（Ｓ１）。
そして、エンジンのメインＳＷ３４がオフされていないとき又はエンジンの回転速度が所定の回転速度以下となっていないときは、停止時イニシャライズを実施すべき状態ではないと判断して（Ｓ２がＮｏ）、処理Ｓ１の判定処理に戻る、ということを繰り返す。

そして処理Ｓ２の判断で、メインＳＷ３４がオフされて且つエンジンの回転速度が所定の回転速度以下となったことが判断されたときは（Ｓ２がＹｅｓ）、調節弁２３の全閉位置よりも手前に閉側目標開度を設定する（Ｓ３）。

図５に示す時刻ｔ１は、メインＳＷ３４がオフされた時刻を示している。そして、エンジンの回転速度ａ１は、時刻ｔ２で所定の回転数以下となっている。そこで、時刻ｔ３で上記の閉側目標開度が設定される。

この閉側目標開度として、本例では例えばエンジン停止前に設定されていた基準位置すなわちステップモータ２５のステップ数「０」の位置から１２ステップ多い位置（１２ステップ手前の位置）に設定される。

そして、ＣＰＵ３０は、その閉側目標開度位置に弁体２４を移動させるようステップモータ２５の動作をアクチュエータドライブ回路３３を介して制御しながら、弁体２４が閉側目標開度位置に到達したか否か判別する（Ｓ４）。

弁体２４が閉側目標開度位置に到達していなければ（Ｓ４がＮｏ）、到達するまで処理４の判別を繰り返し、弁体２４が閉側目標開度位置に到達したときは（Ｓ４がＹｅｓ）、続いて調節弁２３の全開位置よりも手前に開側目標開度を設定する（Ｓ５）。

この処理では、この開側目標開度として、例えばエンジン停止前に設定されていた全開位置すなわちステップモータ２５のステップ数「１５８」の位置から１２ステップ少ない位置（１２ステップ手前の位置）に設定される。

そして、ＣＰＵ３０は、その開側目標開度位置に弁体２４を移動させるようステップモータ２５の動作をアクチュエータドライブ回路３３を介して制御しながら、弁体２４が開側目標開度位置に到達したか否か判別する（Ｓ６）。

そして、弁体２４が開側目標開度位置に到達していなければ（Ｓ６がＮｏ）、到達するまで処理６の判別を繰り返し、弁体２４が開側目標開度位置に到達したときは（Ｓ６がＹｅｓ）、この停止時イニシャライズを終了する。

図５に示す時刻ｔ４は、停止時イニシャライズが終了した時刻を示している。図５に示す時刻ｔ２〜ｔ４は、メインＳＷ３４がオフされた後の停止時イニシャライズ可能期間を示し、時刻ｔ３〜ｔ４は、停止時イニシャライズ処理期間を示している。

上記の処理により、停止時イニシャライズは、弁体２４による全開位置終端の弁座への突き当ては行わず全開位置近傍にて終了させる。
このように、本例の停止時イニシャライズでは弁体２４を全開位置終端の弁座への突き当ては行わず全開位置近傍で停止させて仮のイニシャライズを行うので、エンジン停止時に、弁体２４の全開位置終端弁座への突き当てによる機械的衝撃音が発生せず、したがって、使用者や同乗者が耳障りで不愉快と思うことがなくなり、快適に使用できる。

上記の後、エンジンのメインＳＷがオンされてエンジンが始動されると、図４においてエンジン回転速度の判定が開始される（Ｓ１１）。
そして、この判定において（Ｓ１２）、始動エンジンの回転速度が所定の回転速度に達していないときは、始動時イニシャライズを実施すべき状態ではないと判断して（Ｓ１２がＮｏ）、処理Ｓ１１の判定処理に戻って、処理Ｓ１２までの処理を繰り返す。

図５において、時刻ｔ５はメインＳＷがオンされた時刻を示し、時刻ｔ６〜ｔ９は、これから行われる始動制御期間を示している。
上記処理Ｓ１２の判定で、エンジンの回転速度が所定のアイドリング回転数に対応する回転速度を超えたことが判断されたときは（Ｓ１２がＹｅｓ）、前述したエンジン停止時に開側目標開度位置に設定されている弁体２４を、全開位置の終端部弁座に突き当って停止する（全開突当て位置に到達する）まで移動させるようステップモータ２５の動作を制御する。

そして、ＣＰＵ３０は、弁体２４が全開突当て位置に到達していなければ（Ｓ１４がＮｏ）、到達するまで処理１４の判別を繰り返す。
そして、ＣＰＵ３０は、弁体２４が全開突当て位置に到達したときは（Ｓ１４がＹｅｓ）、その到達点におけるステップモータのステップ位置を調節弁２３の全開位置としてステップモータを初期化して、この始動イニシャライズを終了し（Ｓ１５）、通常のエンジン制御を開始する（Ｓ１６）。

図５において、時刻ｔ７〜ｔ８は、上記弁体２４の全開位置突当て処理の開始から終了までの期間を示している。そして、時刻ｔ８〜ｔ９は通常制御の期間である。また、時刻ｔ６〜ｔ９は、始動制御（ステップモータの本初期化）の期間を示している。時刻ｔ９以降は、通常の制御すなわちアイドリング・スピード・コントロールの制御が行われる。

このように、本例におけるステップモータ２５の本初期化は、エンジン始動時にエンジン回転速度が所定以上の回転速度となったとき、エンジン停止時に予め全開位置終端部近傍に設定されている弁体２４を全開位置終端部に突き当ててステップモータ２５の初期化を行う。

したがって、弁体２４の移動距離が短くステップモータ２５の初期化が迅速に終了する。また、上記のように弁体２４の全開位置終端への突き当てまでの移動距離が短いので、弁体及び弁座の耐久性が向上する。

また、弁体２４による機械的衝撃音が、アイドリングの排気音とエンジンの振動に紛れて目立たなくなるので、使用者や同乗者が耳障りで不愉快と思うこともなくなり、快適に使用できるようになって便利である。

本発明の第１実施形態に係るステップモータの初期化方法を説明するための全体構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係るＶ型２気筒エンジンのステップモータの初期化処理を実行するシステムブロック図である。 第１実施形態に係るステップモータの初期化を行うコントロールユニット（ＥＣＵ）の処理動作を説明するためのフローチャート（その１）である。 第１実施形態に係るステップモータの初期化を行うコントロールユニット（ＥＣＵ）の処理動作を説明するためのフローチャート（その２）である。 ステップモータの初期化処理に伴う調節弁に対する空気通路開度制御のタイムチャートである。

符号の説明

１ Ｖ型２気筒エンジン
２ クランクケース
３ 第１シリンダ
３ａ 第１気筒
４ 第２シリンダ
４ａ 第２気筒
５ 第１シリンダヘッド
５ａ 吸気ポート
５ｂ 排気ポート
６ 第２シリンダヘッド
６ａ 吸気ポート
６ｂ 排気ポート
７、８ ピストン
９、１０ コンロッド
１１ クランク軸
１１ａ クランクピン
１２、１３ 吸気弁
１４、１５ 燃料噴射弁
１６、１７ スロットルバルブ
１８ 第１吸気圧センサ
１９ 第２吸気圧センサ
２０ エアクリーナ
２１ エアフィルタ
２２、２２−１、２２−２ バイパス路
２３ 調節弁
２４ 弁体
２５ ステップモータ
２６、２７ 小バイパス路
２８ クランクセンサ
２９ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３０ ＣＰＵ（central processing unit）
３１ 電源回路
３２ 入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路
３３ アクチュエータドライブ回路
３４ メインＳＷ（イグニッションキースイッチ）
３５−１、３５−２ 吸気通路
３６ 全開弁座
３７ 全閉弁座

Claims (4)

1. エンジンの吸気通路に設けられるスロットル弁と、
   前記吸気通路のスロットル弁上流側と下流側をバイパスするバイパス通路と、
   該バイパス通路を弁体にて開閉することにより空気量を調整する調節弁と、
   該調節弁の弁体を開閉位置へ駆動するステップモータと、
   該ステップモータの作動を制御する制御部と、
   該制御部に前記エンジンの停止を通知するエンジン停止通知部と、
   を備える空気量制御装置であって、
   前記制御部は、エンジン停止通知部からエンジンの停止を通知されたとき、前記調節弁の全閉位置よりも手前の位置に閉側目標開度を設定し、該閉側目標開度位置に前記弁体を移動させるよう前記ステップモータの作動を制御し、
   その後前記調節弁を、前記全開位置よりも手前の位置に開側目標開度を設定し、該開側目標開度位置に前記弁体を移動させるよう前記ステップモータの作動を制御することを特徴とする空気量制御装置。
2. 前記調節弁は、
   前記弁体と、
   前記バイパス通路に形成され、前記弁体が当接して全閉となる全閉弁座と、
   前記バイパス通路に形成され、前記弁体が当接して全開となる全開弁座と、
   から成ることを特徴とする請求項１記載の空気量制御装置。
3. エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出部を備え、
   前記制御部は、
   前記エンジン回転数検出部により前記エンジンの回転数が所定回転数に達したことが検出されたとき、
   前記開側目標開度位置に設定されている前記弁体が前記全開弁座に突き当って停止するまで移動させるよう前記ステップモータの作動を制御し、
   前記弁体が前記全開弁座に突き当って停止したときの前記ステップモータのステップ位置を前記調節弁の全開位置に設定する、
   ことを特徴とする請求項２記載の空気量制御装置。
4. 前記エンジンは、第１のシリンダと第２のシリンダを有する多気筒エンジンであり、
   前記スロットル弁は、前記第１のシリンダと前記第２のシリンダのそれぞれの吸気通路に設けられ、
   前記バイパス通路は、前記第１のシリンダと前記第２のシリンダのそれぞれの前記スロットル弁の下流側に連通する分岐バイパス通路を備え、
   前記調節弁は、前記バイパス通路から前記分岐バイパス通路に分岐する分岐部に配設される、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の空気量制御装置。

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