JP4575115B2 - キャニスタ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に用いるキャニスタに関する。

燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着するための第１のキャニスタと第２のキャニスタとを設けると共に、これらのキャニスタを第１のキャニスタの大気孔と内燃機関の吸気通路との間にて互いに直列に接続し、その大気孔から流入した空気を第１のキャニスタ、第２のキャニスタを順に経て流通させることにより、これらのキャニスタに吸着された蒸発燃料を離脱（パージ）させてその蒸発燃料と空気を前記吸気通路へ供給するようにした内燃機関の蒸発燃料処理装置において、前記燃料タンクへの給油時にその燃料タンクから発生する蒸発燃料を第１のキャニスタへ導く第１の蒸発燃料通路と、前記第２のキャニスタから前記吸気通路へ蒸発燃料と空気を供給する通路付近における第２のキャニスタ内の蒸発燃料吸着剤の吸着状態が前回パージ終了時から次回パージ開始時まで実質的に一定であるように、前記燃料タンクから内燃機関の運転時に発生する蒸発燃料を第２のキャニスタ内の蒸発燃料吸着剤の内部へ直接導入する第２の蒸発燃料通路とを備えた内燃機関の蒸発燃料処理装置が公知である（特許文献１参照）。

また、蒸発燃料吸着剤を複数に分割してフィルタ材で包み込み吸着剤カートリッジとして組み込んだ蒸発燃料処理装置が公知である（例えば特許文献２参照）。
特開平８−２１８９２２号公報（図１乃至図３） 特開２００２−１４７２９７号公報（２頁、図１）

前記特許文献１の従来技術では、第１と第２の２つのキャニスタを要するばかりでなく、第２の蒸発燃料通路としての配管が別体であるため、構成が複雑で、部品点数が多く、コスト高になると共に車両搭載性に難点があり、また配管の外れによる燃料蒸発ガスの大気漏れ等の問題点があった。

さらにまた、前記特許文献２の従来技術では、活性炭が複数種類であると、識別が容易でなく、間違って混入することがあるという問題点がある。

そこで、本発明は、これらの問題点を解消できる内燃機関用蒸発燃料処理装置のキャニスタを提供することを目的とするものである。

本発明は、キャニスタのパージポートに近接して緩衝用の活性炭室を設け、機関運転時にはタンクポートに近接する空間室から前記緩衝用の活性炭室を通じて機関の吸気通路へのパージガスの流れを加えるようにしたことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明は、燃料タンクの上部気室に連通するタンクポートと、機関の吸気通路に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、前記タンクポートから前記大気ポートへ流れる蒸発燃料を吸着する活性炭を収納した主吸着剤室を有するキャニスタにおいて、
前記タンクポートとパージポートとの間に、これら両ポートの直接的な連通を阻止する仕切り板を設けて、前記主吸着剤室とタンクポートとの間に第１の部屋を、前記主吸着剤室とパージポートとの間に第２の部屋を形成し、前記主吸着剤室のタンクポートとパージポート側に前記第１と第２の部屋を連通する離脱緩衝板を配設し、前記第１の部屋は活性炭を収納しない気室となし、第２の部屋に活性炭を収納し、
第１の部屋と主吸着剤室との間の通気抵抗を、離脱緩衝板における第１と第２の部屋の間の通気抵抗より大きく定めたことを特徴とするキャニスタである。

請求項２の発明は、請求項１のキャニスタにおいて、活性炭を収納する第２の部屋の容積を燃料タンクの容量の１／１４００乃至１０／１４００の範囲に定めたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２のキャニスタにおいて、第２の部屋に収納する活性炭を破砕炭とし、他の吸着剤室に収納する活性炭を造粒炭としたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３のキャニスタにおいて、第２の部屋に収納する活性炭をフィルタ材で包み込みパック詰めとし、他の吸着剤室の活性炭をパック詰めにしないことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかのキャニスタにおいて、離脱緩衝板のベーパ通路の位置を、車両へのキャニスタ搭載姿勢の天地方向において上側に定めたことを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかのキャニスタにおいて、第２の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第２の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗よりも、主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗を大きくしたことを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれかのキャニスタにおいて、主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの片側、特に主吸着剤側に押え板を重ね合せ、該押え板に絞り穴を設けると共に、重ね合わせたフィルタと押え板の合計の単位面積当たりの通気抵抗を、前記第２の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第２の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗より大きくしたことを特徴とするものである。

本発明においては、特許文献１の従来技術のような第２の蒸発燃料通路を構成する配管が不要で、しかも、第２の部屋と主吸着剤室とはキャニスタのケース内で連通されて、構成が簡単である。また、密閉式燃料タンクからの燃料濃度変化の大きい蒸発ガス（ベーパ）は、第２の部屋に収納された活性炭の吸着・離脱作用により、エンジンへのパージガスの燃料濃度の時間的変化が緩やかとなる。即ち、燃料濃度変化がなまるため、エンジン空燃比の急激な変動が抑制され、エンジンの良好な運転が実現できる。更に又、主吸着剤室に蒸発ガスが流れにくいため、主吸着剤室の活性炭の劣化が抑制される。

また、燃料タンクからの蒸発ガスは、通気抵抗の低い第２の部屋の方へ流れこみやすいため、主吸着剤室の吸着剤の劣化がより一層抑制される。

請求項２の発明では、第２の部屋の活性炭量を最適化することができ、安価で車両搭載が容易なキャニスタが実現できる。第２の部屋の活性炭が少ないとなまし効果が不足し、多すぎるとキャニスタが大型となり、高価で、かつ車両搭載性が悪くなる。

請求項３の発明では、第２の部屋の活性炭が粒径の小さい破砕炭であるので、燃料蒸気の吸着性能が高まり、パージガスの燃料濃度の時間的変化がさらに小さくなり、エンジンのさらなる良好な運転が実現する。また、第２の部屋以外の吸着剤室の活性炭を粒径の大きい造粒炭としたので、その通気抵抗が小さい。その結果キャニスタ全体の通気抵抗を殆ど増加させないで、給油時のタンクポートからキャニスタに流入する蒸発ガスの主吸着剤層を含む１、２層目の活性炭への吸着性能を向上できる。

請求項４の発明は、第２の部屋に収納する活性炭をパック詰めにしたので、組立時に奥まった位置へ容易に挿入でき、組み付け性が向上する。また、第２の部屋に収納する活性炭を他の主吸着剤室などの活性炭と間違ったり、混入するのをさけられる。このことは、第２の部屋の活性炭が他の主吸着剤室などの活性炭と種類が違う場合に効果的である。

請求項５の発明は、空気より重い燃料蒸発ガスが主吸着剤室へ流れにくくなり、第２の部屋へ流れやすくなるため、いわゆるキャニスタからの燃料蒸発ガスの吹き抜けを抑制できる。従って、主吸着剤層の活性炭の劣化がさらに抑制できる。

請求項６、７の発明は、車両走行中は、燃料蒸気（ベーパ）が確実に第２の部屋に流れ込み、給油用の主吸着剤室の活性炭に吸着されるのが抑制される。また、給油時に発生する大流量の燃料ベーパを含んだ空気（エア）がタンクポートから流入するが、流入圧が大きいため、フィルタの圧損は殆ど影響せず、問題なく大気ポートから排出される。従って給油時に所定の容量までオートストップが起きるおそれはない。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１と図２（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施例１で、図１は蒸発燃料処理装置全体の構成を示す略図で、キャニスタ１は縦断平面図で示す。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面を示す側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面視図である。

キャニスタ１のケース２のタンクポート３は、電磁弁４を介して密閉式の燃料タンク５の上部気室に連通している。ケース２のパージポート６は、パージ制御弁（ＶＳＶ）７を介してエンジン８の吸気通路へ接続されている。電子制御ユニット（ＥＣＵ）９は電磁弁４とパージ制御弁７を制御する。１０は大気ポート（大気孔）である。

タンクポート３とパージポート６との間に、これら両ポートの直接的な連通を阻止する仕切り板１１がケース２に一体的に形成されている。１２は吸着剤としての活性炭１３を充填した主吸着剤室、１４と１５は吸着剤保持用フィルタ、１６は吸着剤保持用プレートである。１７と１８は、それぞれ吸着剤としての活性炭１９、２０を充填した第１副室と第２副室、２１、２２、２３及び２４は吸着剤保持用フィルタ、２５は吸着剤保持用プレート、２６、２７はプレート１６、２５をフィルタ１５、２１に押し付けるスプリングである。フィルタ２２と２３の間には第１副室１７と第２副室１８間を仕切る大気バッファプレート２３Ａを設け、両副室１７、１８間を仕切ることでベーパの拡散を防いでいる。

２８は前記主吸着剤室１２とタンクポート３の間に形成した第１の部屋で、活性炭は収納されてなく気室となっている。２９は主吸着剤室１２とパージポート６の間に形成された第２の部屋で、吸着剤としての活性炭３０が充填されている。３１、３２及び３３はフィルタ、３４は離脱緩衝板（パージ・バッファ・プレート）で、フィルタ１４と３３の間に配設されて、ケース２に固定され、フィルタ３３を介して第１の部屋２８と第２の部屋２９を連通する通路３４ａを備えている。

燃料タンク５への給油時は、電磁弁４が開いていて、タンク５からの蒸発ガスは矢印Ｃで示すように、タンクポート３から流入し、フィルタ３１、第１の部屋２８、フィルタ３３、緩衝板３４、フィルタ１４、主吸着剤室１２へと流れ、吸着剤としての活性炭１３に吸着される。残りの空気は第１の副室１７と第２の副室１８を通過して大気ポート１０から大気に放出される。このとき、活性炭１３に吸着しきれなかった蒸発ガスは活性炭１９、２０等にも吸着される。

車両運転中や燃料タンク高圧時の蒸発ガスは、矢印Ｄのように流れる。すなわち、第１の部屋２８からフィルタ３３、緩衝板３４の通路３４ａ、フィルタ３３を通過して、第２の部屋２９を通り、更に、フィルタ３２を通過してパージポート６からパージ制御弁（ＶＳＶ）７を介してエンジン８の吸気通路へ供給される。パージ制御弁７はＥＣＵ９でデューティ制御される。また、いわゆるパージ時の蒸発ガスの流れは、活性炭２０、１９、１３に吸着されていた蒸発ガスが、矢印Ｅに示すように大気ポートから流入する空気の流れによってパージ（離脱）されてエンジン８の吸気通路へ供給される。

密閉式燃料タンク５からの燃料濃度変化（燃料濃度の時間的変化）の大きい蒸発ガスは、第２の部屋２９の活性炭３０の吸着・離脱作用により、緩やかな時間的変化となる。すなわち、なまし効果が期待できるため、エンジンへのパージガスの燃料濃度変化が少なくなる。従って、エンジン空燃比の急激な変動が抑制され、エンジンの良好な運転を実現することが可能となる。なお、第１の部屋２８と主吸着剤室１２との間のフィルタ３３、緩衝板３４及びフィルタ１４の総合的な通気抵抗を、離脱緩衝板３４における第１と第２の部屋の間の通気抵抗、すなわちフィルタ３３と通路３４ａの総合的な通気抵抗より大きく定めることで、タンクポート３から主吸着剤室１２へ流入する蒸発ガス量を抑制して、主吸着剤室１２内の活性炭の劣化を抑制することができる。

第２の部屋２９の容積、即ち、パージ・バッファ活性炭３０の容量は、燃料タンク５の容量７０Ｌに対して約１００ｍＬが適当であるが、その半分の５０ｍＬが充分ななまし効果を得るための最低必要量である。この最低必要量は、燃料タンク容量７０Ｌの１／１４００に相当する。第２の部屋２９の容積（容量）が大きいとなまし効果は良くなるが、キャニスタの形状が大きくなり車両搭載性が悪くなり、かつ、コスト高になるので、燃料タンク容量の１０／１４００程度までに抑えると良い。

吸着剤としての活性炭は、図３に示すように粒径が０．７ｍｍ乃至２．０ｍｍの範囲に分布する破砕炭と、粒径が２．０ｍｍ乃至２．５ｍｍの範囲に分布する造粒炭に分類される。第２の部屋２９の活性炭３０、主吸着剤室１２の活性炭１３、第１と第２の副室１７、１８の活性炭１９、２０に用いる活性炭を、全て粒径の大きい造粒炭にすれば、図４のようにキャニスタの通気抵抗が小さくなるが、図５のようにワーキングキャパシティが小さくなる。逆に、全て粒径の小さい破砕炭にすると、図４のようにキャニスタの通気抵抗は大きくなるが、図５のようにワーキングキャパシティが大きくなる（良好になる）。そこで、第２の部屋２９の活性炭に粒径の小さい破砕炭を用い、他の室の活性炭１３、１９、２０に粒径の大きい造粒炭を用いると、第２の部屋２９の活性炭による吸着性能を高めて、パージガスの燃料濃度の時間的変化をより小さくして、エンジン空燃比の急激な変動を抑えることができ、エンジンのさらなる良好な運転が実現する。他の室の活性炭による通気抵抗は粒径の大きい造粒炭を用いることで小さくできるため、キャニスタ全体の通気抵抗をほとんど増加させることなく、給油時にタンクポートからキャニスタへ流入する蒸発ガスの主吸着剤室１２や副室１７、１８の活性炭への吸着性能を向上させることができる。

図６は本発明の実施例２で、第２の部屋２９に収納する活性炭３０をフィルタ材３５で包み込みパック詰めとし、他の吸着剤室の活性炭１３、１９、２０をパック詰めにしないようにした点が前記実施例１と異なる。フィルタ材３５で包みパック詰めとした活性炭３０を図６に示すように組み付けるために、ケース２は、蓋２Ａを最後にケース２の図示右端に熔接するなどして固着する構成にしてある。

この実施例２において、前記実施例１と同じ作用をする要素については前記と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、蒸発ガスの流れを示す矢印等も、実施例１と同じであるため、図面を簡単にするために省略した。

図７、図８（ａ）（ｂ）に示す実施例３は、離脱緩衝板（パージ・バッファ・プレート）３４の形状、特に通路３４ａの形状だけが実施例１の場合と異なる。他の要素については、同じであるので、前記と同一符号を付し、その説明を省略する。この実施例３では、第１の部屋２８と第２の部屋２９を連通する通路３４ａを、車両にキャニスタ１を搭載した姿勢において、キャニスタの天地の天の側、すなわち、上部側に位置するようにすることで、タンクポート３から第１の部屋２８へ流入した蒸発ガス（ベーパ）が、主吸着剤室１２へ流入しにくく、第２の部屋２９へ流入し易くしたものである。

図９〜図１４は、前記実施例３のキャニスタの具体的な構造を示すもので、実施例１，２又は３と同じ作用をする要素については前記と同一の符号を付して、その説明を省略した。なお、この実施例４の各要素は、全体の構成の概略を示す実施例１〜３と比較すると、細部において、形状が異なるが、発明としての作用が同じである部分は同一符号を付している。

この実施例４においても、離脱緩衝板（パージ・バッファ・プレート）３４は、フィルタ１４と３３の間に配設され、第１の部屋２８と第２の部屋２９とを連通する通路３４ａを備えている。この緩衝板（バッファ・プレート）３４は、図１０（ｂ）と図１１に示すように高さｈの押さえピン３４ｅを２８本備えている。この押さえピン３４ｅは、図９でフィルタ１４を押さえる。また緩衝板３４の通路３４ａには、第１の部屋２８に開口する四角形の開口３４ｂが１５個形成され、第２の部屋２９に開口する円形の穴３４ｃが７個形成されている。また、緩衝板３４の一面には、フィルタ３３を保持するための４本の位置決めピン３４ｄが突出形成されている。

なお、図９で、符号３３Ａで示す部材は、フィルタ３３の一面（第２の部屋２９の側）に重ねて配設したフィルタで、フィルタ３３よりも通気抵抗が高く定められ、流れが生じたときに、ベーパをフィルタ３３の中で拡散し易くするように作用する。

図１２、１３、１４は、図９における蒸発ガス（ベーパ）の流れを示す矢印Ｃ，Ｄ及びＥをそれぞれ示すもので図１における矢印Ｃ、Ｄ及びＥにそれぞれ相当する。図１３と１４では、前記フィルタ３３Ａの作用で、フィルタ３３内で広く拡散し、第２の部屋２９内の活性炭３０に、満遍無く行き届くようになる有様が理解できる。こうして、活性炭３０へのベーパの吸着・離脱が効果的に行なわれる。なお、図１２〜１４は、ベーパの流れを矢印Ｃ，Ｄ，Ｅで説明するのに関連する構成要素の符号だけを記入し、関連の薄い構成要素については、図面が煩雑になるのを避けるために符号の記入を省略した。

図７と図８（ａ）（ｂ）において、第２の部屋２９のパージポート６側に設けたフィルタ３２と、第２の部屋２９の主吸着剤室１２側に設けたフィルタ３３の単位面積当たりの通気抵抗よりも、主吸着剤室１２におけるタンクポート３とパージポート６の側に設けたフィルタ１４の単位面積当たりの通気抵抗を大きくしている。

給油時には、タンクで発生する大流量の燃料ベーパを含んだエアがタンクポートからキャニスタに流れ込むが、流量が多いため、フィルタ１４の圧損の影響は少なく、問題なく大気ポートから排出される。従って給油時に所定の容量に給油されるまで給油ノズルのオートストップがおきることはない。

また走行中は電磁弁の開閉制御によって、大流量の燃料ベーパがキャニスタのタンクポート３に入ることはないが、フィルタ１４の通気抵抗が高めに設定されている為、燃料ベーパは確実にフィルタ３３からパージライン（即ち、エンジンの吸気通路）へ流入することになる。従って、主吸着剤室１２の活性炭１３に燃料ベーパが吸着されることはない。また、フィルタ１４の通気抵抗をフィルタ３３の通気抵抗より大きくすると効果が大きい。

図１５、図１６（ａ)（ｂ）は実施例６を示す。この実施例６は、図９〜図１５で説明した前記実施例４の構造と比較して、押え板１４Ａを追加して設けた点が異なる。図１５において、フィルタ１４に図示右側から押え板１４Ａを重ね合わせ、該押え板１４Ａに５個の丸い絞り穴１４ａを形成している。重ね合わせたフィルタ１４と押え板１４Ａの合計の単位面積当たりの通気抵抗を第２の部屋２９のパージポート６側に設けたフィルタ３２と、第２の部屋２９の主吸着剤室１２側に設けたフィルタ３３の単位面積当りの通気抵抗より大きく定めている。

なお、図１５、図１６（ａ）（ｂ）に示す実施例６で、前記図９〜図１４の実施例４と同じ作用をする要素については、同じ符号を付けてその説明を省略する。

本発明は密閉式燃料タンクを用いた内燃機関用の蒸発燃料処理装置に適用可能である。

本発明の実施例１に係る蒸発燃料処理装置の全体構成を示す図で、キャニスタは縦断平面図。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面視図。 破砕炭と造粒炭の粒径分布を説明する図。 使用する活性炭と通気抵抗との関係を説明する図。 使用する活性炭とワーキングキャパシティとの関係を説明する図。 本発明の実施例２に係わる蒸発燃料処理装置の全体構成の図で、図中、キャニスタは縦断平面図である。 本発明の実施例３に係わる蒸発燃料処理装置の全体構成の図で、図中、キャニスタは縦断平面図である。 （ａ）は図７のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面視図。 本発明の実施例４に係わるキャニスタの縦断平面図。 図９のキャニスタの離脱緩衝板を示す図で、（ａ）は図９で左方からみた図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は同図（ａ）で右方からみた図、（ｄ）は同図（ｃ）で下方からみた図。 図９のキャニスタの離脱緩衝板の図で、図９で右方からみた図。 本発明の実施例４の蒸発ガス（ベーパ）の流れを説明する縦断平面図。 本発明の実施例４の蒸発ガス（ベーパ）の流れを説明する縦断平面図。 本発明の実施例４のパージ時の流れを説明する縦断平面図。 本発明の実施例６に係わるキャニスタの縦断平面図。 図１５のキャニスタにおける離脱緩衝板と３枚のフィルタと押え板とのサブアセンブリの図で、（ａ）は該サブアセンブリを図１５において右方から見た図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図。

符号の説明

１ キャニスタ
２ ケース
３ タンクポート
４ 電磁弁
５ 密閉式燃料タンク
６ パージポート
７ パージ制御弁
８ エンジン
１０ 大気ポート
１１ 仕切り板
１２ 主吸着剤室
１３，１９，２０，３０ 活性炭
１４，３２，３３ フィルタ
１４Ａ 押え板
１４ａ 絞り穴
３４ 離脱緩衝板（パージ・バッファ・プレート）
３４ａ 通路（ベーパ通路）
２８ 第１の部屋
２９ 第２の部屋

Claims (7)

1. 燃料タンクの上部気室に連通するタンクポートと、機関の吸気通路に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、前記タンクポートから前記大気ポートへ流れる蒸発燃料を吸着する活性炭を収納した主吸着剤室を有するキャニスタにおいて、
   前記タンクポートとパージポートとの間に、これら両ポートの直接的な連通を阻止する仕切り板を設けて、前記主吸着剤室とタンクポートとの間に第１の部屋を、前記主吸着剤室とパージポートとの間に第２の部屋を形成し、前記主吸着剤室のタンクポートとパージポート側に前記第１と第２の部屋を連通する離脱緩衝板を配設し、前記第１の部屋は活性炭を収納しない気室となし、第２の部屋に活性炭を収納し、
   第１の部屋と主吸着剤室との間の通気抵抗を、離脱緩衝板における第１と第２の部屋の間の通気抵抗より大きく定めたことを特徴とするキャニスタ。
2. 活性炭を収納する第２の部屋の容積を燃料タンクの容量の１／１４００乃至１０／１４００の範囲に定めたことを特徴とする請求項１記載のキャニスタ。
3. 第２の部屋に収納する活性炭を破砕炭とし、他の吸着剤室に収納する活性炭を造粒炭としたことを特徴とする請求項１又は２記載のキャニスタ。
4. 第２の部屋に収納する活性炭をフィルタ材で包み込みパック詰めとし、他の吸着剤室の活性炭をパック詰めにしないことを特徴とする請求項１、２又は３記載のキャニスタ。
5. 離脱緩衝板のベーパ通路の位置を、車両へのキャニスタ搭載姿勢の天地方向において上側に定めたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のキャニスタ。
6. 第２の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第２の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗よりも、主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗を大きくしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のキャニスタ。
7. 主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの片側、特に主吸着剤側に押え板を重ね合せ、該押え板に絞り穴を設けると共に、重ね合わせたフィルタと押え板の合計の単位面積当たりの通気抵抗を、前記第２の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第２の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のキャニスタ。

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