JP4483980B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明はアルコール成分を含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置に関する。
近年、アルコール成分を含む燃料を使用可能な内燃機関が実用化されている。こうした内燃機関では、アルコール燃料のみ、ガソリン燃料のみ、あるいはアルコール燃料とガソリン燃料とが任意の割合で混合された混合燃料でも機関運転が可能になっている。そして、例えば、アルコール燃料が貯留されるメイン燃料タンクと、ガソリン等の燃料が貯留されるサブ燃料タンクとを備え、内燃機関が通常運転をしている際にはメイン燃料タンクからのアルコール燃料を機関に供給し、内燃機関の始動時等にはサブ燃料タンクからの燃料を機関に供給するものが知られている。
また、アルコール濃度によって理論空燃比や単位質量当たりの発熱量が変化するため、燃料に混合されるアルコール濃度に応じて燃料噴射量を制御する必要がある。そこで、特許文献1に記載の内燃機関においては、内燃機関に供給される燃料のアルコール濃度をアルコール濃度センサによって検出し、その検出値をもとに空燃比を目標空燃比に近づけるように燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を行っている。
実公平6−6216号公報
こうした上記特許文献1に記載の内燃機関においては、空燃比フィードバック制御におけるフィードバック補正量が上限値又は下限値に一定時間以上保持された状態である際に、アルコール濃度センサが故障していると判定される。しかしながら、こうしたフィードバック補正値は、インジェクタやエアフロメータ等、アルコール濃度センサ以外の装置の故障に因っても変動するため、実際には故障していなくとも誤ってアルコール濃度センサの故障と判定されるおそれがある。
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものでありその目的は、機関燃料としてアルコール成分を含む燃料を使用可能な内燃機関において、アルコール濃度センサの故障をより正確に判定することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、アルコールを含む第1燃料を貯留する第1燃料タンクと、アルコール濃度が既知の第2燃料を貯留する第2燃料タンクと、前記第1燃料及び前記第2燃料が流通する供給経路に配置されるアルコール濃度センサとを備え、前記第1燃料と前記第2燃料とを切り替えるとともに同センサによって検出される同第1燃料のアルコール濃度に基づいて燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、前記第2燃料に切り替えられたときに前記センサの検出値が同第2燃料のアルコール濃度に対応する所定範囲から外れていることを条件に同センサの故障と判定する故障判定手段を備えることをその要旨とする。
上記構成によれば、第2燃料タンクに貯留される第2燃料のアルコール濃度は既知であり、故障判定手段は第2燃料に切り替えられたときにアルコール濃度センサの検出値が同第2燃料のアルコール濃度に対応する所定範囲から外れていることを条件に同センサの故障と判定するため、同センサの検出値に基づいて直接同センサの故障を判定することができる。したがって、アルコール濃度センサの故障をより正確に判定することができる。なお、第2燃料のアルコール濃度に対応する所定範囲は、第2燃料のアルコール濃度に対応する検出値に所定の誤差等を考慮して設定することができる。
具体的には、請求項2に記載の発明によるように、前記第1燃料タンクと前記第2燃料タンクとで前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを切り替える切替手段を備え、前記切替手段は、前記内燃機関の始動に際して前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第2燃料タンクに切り替え、同内燃機関の始動後に前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第1燃料タンクに切り替えるといった態様を採用することができる。
こうした構成において、内燃機関の始動に際してアルコール濃度センサに連通する燃料タンクが第2燃料タンクに切り替えられたときに同センサの故障を判定すれば、内燃機関の始動後に別途第2燃料タンクをアルコール濃度センサに連通させなくともアルコール濃度センサの故障判定を行うことが可能となり、内燃機関の運転に支障が生じない範囲でアルコール濃度センサの故障を判定することができる。
また、他の具体的態様としては、請求項3に記載の発明によるように、前記第1燃料タンクと前記第2燃料タンクとで前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを切り替える切替手段を備え、前記切替手段は、前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第1燃料タンクから一時的に前記第2燃料タンクに切り替え、前記故障判定手段による判定の終了後に前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第1燃料タンクに切り替えるといった態様を採用することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、前記第2燃料に切り替えられたときの前記アルコール濃度センサの検出値が前記所定範囲内であるときに、同検出値を前記第2燃料のアルコール濃度に対応する検出値となるように補正する補正手段をさらに備えることをその要旨とする。
上記構成によれば、第2燃料に切り替えられたときのアルコール濃度センサの検出値が第2燃料のアルコール濃度に対応する所定範囲内であるとき、すなわちアルコール濃度センサが故障していないと判定される際には、アルコール濃度センサの検出値と第2燃料のアルコール濃度に対応する検出値とを比較して検出値を補正することができるため、燃料のアルコール濃度を正確に検出することが可能となる。したがって、内燃機関の運転の制御をより正確に行うことができる。
具体的には、請求項5に記載の発明によるように、前記第2燃料タンクには前記第2燃料としてガソリンが貯留されるといった態様を採用することができる。
以下、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
図1は、本実施形態における内燃機関10及びその周辺構成を示している。同図1に示すように、内燃機関10の気筒11には、ピストン12が往復動可能に収納されている。同ピストン12はコネクティングロッド17を介してクランクシャフト15に連結されている。このクランクシャフト15には、その回転位相を検出するクランクポジションセンサ15aが取り付けられている。さらに、内燃機関10には、同内燃機関10を冷却する冷却水が流通するウォータジャケット16が設けられているとともに、同ウォータジャケット16を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ16aが取り付けられている。
また、クランクシャフト15の回転に伴って吸気カムシャフト及び排気カムシャフト(共に図示なし)が回動する。この吸気カムシャフトの回動により吸気バルブ25が押し下げられ、吸気ポート24と燃焼室13とが連通される。対して、排気カムシャフトの回動により排気バルブ26が押し下げられ、排気ポート27と燃焼室13とが連通される。また、燃焼室13に臨むように点火プラグ14が設けられている。
また、気筒11内の燃焼室13には、吸気ポート24を介して吸気通路20が接続されているとともに、排気ポート27を介して排気通路30が接続されている。この排気通路30には、同排気通路30内を流通する排気中の酸素及び未燃燃料の濃度に応じた値を検出する空燃比センサ30aが取り付けられている。
吸気通路20には、同吸気通路20内を流通する吸入空気の流量を調整するスロットルバルブ21と、同スロットルバルブ21を開閉駆動するアクチュエータ22が設けられている。また、スロットルバルブ21には、その開度を検出するスロットル開度センサ21aが取り付けられるとともに、吸気通路20における該スロットルバルブ21の上流側には、同吸気通路20内を流通する吸入空気量を検出するエアフロメータ20aが取り付けられている。
さらに、こうした吸気通路20に連通する吸気ポート24には、同吸気ポート24内に燃料を噴射するポートインジェクタ40が設けられている。このポートインジェクタ40は、シリンダヘッドに取付けられて配設されるとともに、供給路65を介して燃料タンクに接続されている。詳しくは、ポートインジェクタ40に連通する供給路65は、第1供給路62と第2供給路72とに分かれているとともに、同第1供給路62はアルコールとガソリンとが混合された第1燃料に相当する混合燃料Aが貯留される第1燃料タンク60に、同第2供給路72は第2燃料に相当するガソリン燃料Gが貯留される第2燃料タンク70にそれぞれ接続されている。
また、供給路65と第1供給路62及び第2供給路72との接続部分には、同第1供給路62と同第2供給路72とで供給路65に連通する供給路を切り替える切替手段に相当する切替弁80が設けられている。さらに、該供給路65にあって、切替弁80の下流側には該供給路65内を流通する燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ65aが取り付けられている。
すなわち、切替弁80により供給路65に連通された第1燃料タンク60又は第2燃料タンク70内の燃料は、燃料ポンプ(図示なし)によって供給路65内に流入した後、同供給路65及びアルコール濃度センサ65aを介してポートインジェクタ40に供給される。そして、同ポートインジェクタ40から吸気ポート24内に噴射された燃料は、同吸気ポート24内を流れる吸入空気と混合して混合気となり燃焼室13内に流入することとなる。
内燃機関10には、上述のような各種センサの他にも同内燃機関10の運転状態を把握するための各種センサが設けられている。例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダル踏み込み量センサ51等が設けられている。こうした各種センサから出力される信号は、内燃機関10の各種装置を総括的に制御する電子制御装置50に入力される。
電子制御装置50は、演算装置、駆動回路、各種制御の演算結果やその演算に用いられる関数マップ等を記憶する記憶装置等を備えている。そして、電子制御装置50は、上述の各種センサからの出力信号に基づき内燃機関10の運転状態を把握するとともに、ポートインジェクタ40の燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、点火プラグ14の点火時期制御、スロットルバルブ21を開閉するアクチュエータ22の駆動量制御等の各種制御を実行する。この燃料噴射量制御の一態様として、本実施形態においては、燃焼室13の混合気の空燃比を内燃機関10の運転状態に応じた目標空燃比に収束させるべく、エアフロメータ20a及びアルコール濃度センサ65aを含む各種センサからの信号に基づき燃料噴射量を制御して空燃比を調整する空燃比フィードバック制御が行われている。すなわち、切替弁80により第1燃料タンク60が供給路65に連通され、該第1燃料タンク60内に貯留される混合燃料Aがアルコール濃度センサ65aを介してポートインジェクタ40に供給される際に、アルコール濃度センサ65aによって検出される混合燃料Aのアルコール濃度に基づいて燃料噴射量が制御される。
また、電子制御装置50は、図2に示す内燃機関10の始動処理を行うようにしている。同図2において、内燃機関10の始動処理を行うに際して、まず運転者によりイグニッションスイッチがオン操作されると(ステップS110)、供給路65に連通させる燃料タンクが第2燃料タンク70に切り替えられる(ステップS120)。具体的には、切替弁80によって供給路65に連通する供給路が第2供給路72へ切り替えられる。
そして、運転者の始動操作に応じてスタータモータが駆動(ON)されて内燃機関10の始動が開始される(ステップS130)。ここで、内燃機関10の始動に際しては、第2燃料タンク70内に貯留されるガソリン燃料Gのみが吸入されることとなる。すなわち、吸入されたガソリン燃料Gは、第2供給路72内、供給路65内と流れ、アルコール濃度センサ65aを介してポートインジェクタ40へと圧送された後、同ポートインジェクタ40から吸気ポート24内に噴射される。
つづいて、同図2に示す本処理においては、内燃機関10が完爆状態に移行したか否かが判断される(ステップS140)。ここで、内燃機関10が完爆状態に移行したか否かは、上述のクランクポジションセンサ15aの検出値に基づいて算出されるクランクシャフト15の回転速度により判断される。なお、完爆状態とは内燃機関10が自立運転できる状態(運転に際してスタータモータによる補助が必要とならない状態)であるとする。同図2に示す本処理において、上記回転速度が所定値未満であるときは、内燃機関10が完爆状態に移行していないと判断され(ステップS140:NO)、内燃機関10が完爆状態に移行したと判断されるまで、第2燃料タンク70内のガソリン燃料Gが継続してポートインジェクタ40へと供給される。
また、上記回転速度が所定値以上であるときは、内燃機関10が完爆状態に移行したと判断され(ステップS140:YES)、スタータモータの駆動が停止(OFF)される(ステップS150)。そして、本処理はアルコール濃度センサ65aの故障判定処理の実行に移る(ステップS160)。このアルコール濃度センサ65aの故障判定の処理手順を図3のフローチャートに示す。
同図3に示すように、アルコール濃度センサ65aの故障判定手段に相当する故障判定処理において、電子制御装置50は、まずアルコール濃度センサ65aから検出された検出値を取得する(ステップS210)。そして、その検出値が所定範囲内か否かが判断される(ステップS220)。なお、この所定範囲については、第2燃料タンク70内に貯留される燃料のアルコール濃度に対応する検出値に所定の誤差等を考慮して設定している。すなわち、本実施形態における上記所定範囲は、ガソリン燃料Gのアルコール濃度に対応する検出値に基づいて所定量大きい上限値及び所定量小さい下限値によって設定されている。
アルコール濃度センサ65aの検出値が上記所定範囲外である、すなわち検出値が上記上限値を超えている、もしくは上記下限値を下回っていると判断されると(ステップS220:NO)、アルコール濃度センサ65aは故障していると判定され(ステップS230)、本処理は一旦終了する。
対して、アルコール濃度センサ65aの検出値が上記所定範囲内である、すなわち検出値が上記下限値以上であるとともに上記上限値以下であると判断されると(ステップS220:YES)、アルコール濃度センサ65aは正常であると判定され(ステップS240)、アルコール濃度センサ65aの検出値の補正処理の実行に移る(ステップS250)。この検出値補正処理の手順を図4のフローチャートに示す。
同図4に示すように、アルコール濃度センサ65aの検出値の補正手段としての処理に相当する補正処理において、電子制御装置50は、まず検出値と適切な検出値との差を算出する(ステップS310)。具体的には、図5に示す第2燃料タンク70内に貯留される燃料のアルコール濃度とアルコール濃度センサ65aの検出値との関係から算出する。同図において、第2燃料タンク70内に貯留される燃料の実際のアルコール濃度に対応する適切なアルコール濃度センサ65aの検出値が理論値(一点鎖線で図示)として示されている。この理論値に基づいて、第2燃料タンク70内に貯留されるガソリン燃料Gの実際のアルコール濃度(破線で図示)に対応する適切な検出値が設定される。そして、アルコール濃度センサ65aから検出された補正前の検出値と上記適切な検出値とを比較して、その差を算出するようにしている。
つづいて、同図4に示すように、上記算出された差を補正値として設定する(ステップS320)。詳しくは、アルコール濃度センサ65aから検出される検出値を適切な検出値に補正するための補正値として上記算出された差を設定する。電子制御装置50は、こうして算出された補正値によりアルコール濃度センサ65aから検出される検出値を補正して、その他制御に利用するようにしている。そして、本検出値補正処理及びアルコール濃度センサ65aの故障判定処理(図3)が一旦終了する。さらに、先の図2に示す内燃機関10の始動処理において、供給路65に連通する燃料タンクを第1燃料タンク60に切り替える(ステップS170)。こうして、内燃機関10の始動後には、第1燃料タンク60内に貯留される混合燃料Aのみが吸入されることとなる。すなわち、吸入された混合燃料Aは、第1供給路62内、供給路65内と流れ、アルコール濃度センサ65aを介してポートインジェクタ40へと圧送された後、同ポートインジェクタ40から吸気ポート24内に噴射される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)第2燃料タンク70に貯留される第2燃料であるガソリン燃料Gのアルコール濃度は既知であり、故障判定手段はガソリン燃料Gに切り替えられたときにアルコール濃度センサ65aの検出値がガソリン燃料Gのアルコール濃度に対応する所定範囲から外れていることを条件にアルコール濃度センサ65aの故障と判定するため、アルコール濃度センサ65aの検出値に基づいて直接アルコール濃度センサ65aの故障を判定することができる。したがって、アルコール濃度センサ65aの故障をより正確に判定することができる。
(2)内燃機関10の始動に際してアルコール濃度センサ65aに連通する燃料タンクが第2燃料タンク70に切り替えられたときにアルコール濃度センサ65aの故障を判定するため、内燃機関10の始動後に別途第2燃料タンク70をアルコール濃度センサ65aに連通させなくともアルコール濃度センサ65aの故障判定を行うことが可能となり、内燃機関10の運転に支障が生じない範囲でアルコール濃度センサ65aの故障を判定することができる。
(3)ガソリン燃料Gに切り替えられたときのアルコール濃度センサ65aの検出値がガソリン燃料Gのアルコール濃度に対応する所定範囲内であるとき、すなわちアルコール濃度センサ65aが故障していないと判定される際にも、アルコール濃度センサ65aの検出値とガソリン燃料Gのアルコール濃度に対応する検出値とを比較して検出値を補正することができるため、燃料のアルコール濃度を正確に検出することが可能となる。したがって、内燃機関10の運転の制御をより正確に行うことができる。
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態においては、アルコール濃度センサ65aから検出された補正前の検出値と、第2燃料タンク70内に貯留されるガソリン燃料Gの実際のアルコール濃度に対応する適切な検出値とを比較して、その差を補正値として設定するようにした。しかしながら、補正前の検出値と適切な検出値との比を補正値として設定し、アルコール濃度センサ65aの検出値に同補正値を乗算することにより検出値を補正するようにしてもよい。
・上記実施形態においては、内燃機関10の始動処理において完爆状態に移行した後にアルコール濃度センサ65aの故障判定処理を行うようにしたが、完爆状態に移行する前の内燃機関10の始動中に同故障判定処理を実行するようにしてもよい。
・図6に示すように、第2燃料であるガソリン燃料Gが貯留される第2燃料タンク70に連通する第2供給路72は二手に分かれており、その一方は切替弁80、供給路65及びアルコール濃度センサ65aを介してポートインジェクタ40に接続され、他方は始動用のインジェクタに接続されているといった態様において、故障判定処理を行う際に第1燃料タンク60と共通のポートインジェクタ40に第2燃料タンク70を連通させるべく、一時的に第1燃料タンク60から第2燃料タンク70に切り替えるようにしてもよい。図7は、このアルコール濃度センサ65aの故障判定の処理手順を示すフローチャートである。同図7に示すように、本処理において、電子制御装置50(図6)はまずポートインジェクタ40に連通する燃料タンクを、切替弁80によって第1燃料タンク60から第2燃料タンク70に切り替える(ステップS410)。こうして、第2燃料タンク70内に貯留されるガソリン燃料Gが第2供給路72、切替弁80、供給路65及びアルコール濃度センサ65aを介してポートインジェクタ40に流入することとなる。そして、本処理においては、上述の実施形態における故障判定処理と同様に、アルコール濃度センサ65aの検出値を取得し(ステップS420)、その検出値が所定範囲内か否かを判断する(ステップS430)。さらに、アルコール濃度センサ65aの検出値が所定範囲外である判断されると(ステップS430:NO)、アルコール濃度センサ65aは故障していると判定される(ステップS440)。対して、アルコール濃度センサ65aの検出値が所定範囲内であると判断されると(ステップS430:YES)、アルコール濃度センサ65aは正常であると判断される(ステップS450)。こうしてステップS440又はステップS450において、アルコール濃度センサ65aの故障判定がなされた後、切替弁80によってポートインジェクタ40に連通する燃料タンクを第1燃料タンク60に切り替える(ステップS460)。そして、本処理は一旦終了する。こうした形態においても、上記実施形態(1)の効果を得ることができる。なお、こうしたアルコール濃度センサ65aの故障判定処理を一定時間ごとの割り込みにより実行するようにしてもよい。
・上記実施形態においては、内燃機関10の始動処理において、内燃機関10の始動時にアルコール濃度センサ65aに連通する燃料タンクを第2燃料タンク70に切り替えた際に、アルコール濃度センサ65aの故障判定処理を行うようにした。しかしながら、内燃機関の始動処理の終了後にアルコール濃度センサに連通する燃料タンクを第1燃料タンクから一時的に第2燃料タンクに切り替えて、アルコール濃度センサの故障判定処理を実行するようにしてもよい。なお、第2燃料タンクへの切り替えは、その他の処理の一環として行ってもよいし、故障判定処理のために行ってもよい。
・上記実施形態においては、アルコール濃度センサ65aの検出値の補正処理において、アルコール濃度センサ65aの検出値と第2燃料タンク70に貯留されるガソリン燃料Gの実際のアルコール濃度に対応する適切な検出値とを比較して検出値を補正するようにしていた。しかしながら、アルコール濃度センサの検出値に基づいて算出されたアルコール濃度と、第2燃料タンクに貯留されるガソリン燃料の実際のアルコール濃度とを比較してアルコール濃度の補正値を設定し、アルコール濃度を補正するようにしてもよい。
・上記実施形態においては、第2燃料タンク70に第2燃料としてガソリン燃料Gが貯留されているとしたが、第2燃料タンクに貯留される燃料はアルコールとガソリンとの混合燃料やガソリンと混合されていないアルコール燃料等でもよく、要するにそのアルコール濃度が既知である燃料であればよい。
・上記実施形態においては、第1燃料タンク及び第2燃料タンクはポートインジェクタに連通されるようにしていたが、気筒インジェクタに連通されるようにしてもよい。
本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、その周辺構成とともに示す概略構成図。 同実施形態における内燃機関の始動処理について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるアルコール濃度センサの故障判定処理について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるアルコール濃度センサの検出値の補正処理について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるアルコール濃度センサの検出値と第2燃料のアルコール濃度との関係を示すグラフ。 本発明における内燃機関及びその周辺構成の変更例を示す概略構成図。 本発明におけるアルコール濃度センサの故障判定処理について、その処理手順の変更例を示すフローチャート。
符号の説明
A…混合燃料、G…ガソリン燃料、10…内燃機関、40…ポートインジェクタ、50…電子制御装置、60…第1燃料タンク、62…第1供給路、65…供給路、65a…アルコール濃度センサ、70…第2燃料タンク、72…第2供給路、80…切替弁。

Claims (5)

  1. アルコールを含む第1燃料を貯留する第1燃料タンクと、アルコール濃度が既知の第2燃料を貯留する第2燃料タンクと、前記第1燃料及び前記第2燃料が流通する供給経路に配置されるアルコール濃度センサとを備え、前記第1燃料と前記第2燃料とを切り替えるとともに同センサによって検出される同第1燃料のアルコール濃度に基づいて燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、
    前記第2燃料に切り替えられたときに前記センサの検出値が同第2燃料のアルコール濃度に対応する所定範囲から外れていることを条件に同センサの故障と判定する故障判定手段を備える
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記第1燃料タンクと前記第2燃料タンクとで前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを切り替える切替手段を備え、
    前記切替手段は、前記内燃機関の始動に際して前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第2燃料タンクに切り替え、同内燃機関の始動後に前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第1燃料タンクに切り替える
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記第1燃料タンクと前記第2燃料タンクとで前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを切り替える切替手段を備え、
    前記切替手段は、前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第1燃料タンクから一時的に前記第2燃料タンクに切り替え、前記故障判定手段による判定の終了後に前記アルコール濃度センサに連通する燃料タンクを前記第1燃料タンクに切り替える
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記第2燃料に切り替えられたときの前記アルコール濃度センサの検出値が前記所定範囲内であるときに、同検出値を前記第2燃料のアルコール濃度に対応する検出値となるように補正する補正手段をさらに備える
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記第2燃料タンクには前記第2燃料としてガソリンが貯留される
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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