JP4993416B2 - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Description

この発明はエンジンの点火時期制御装置に係り、特に吸気温センサを各燃焼室手前に配置するなど個数を増やすことなく、点火時期補正の精度の向上を図るエンジンの点火時期制御装置に関するものである。

エンジンの点火時期制御装置において、一般的に、吸入空気温度（「吸気温度」や「吸気温」ともいう。）上昇によりノッキングが発生し易くなるため、吸入空気温度による補正が行われている。
吸気温センサは、サージタンク位置に装備されており、サージタンク位置での吸入空気温度を参照し、点火時期の補正を行っている。

特開平７−８５８５８号公報 特開２０００−３４０２１４号公報

ところで、従来のエンジンの点火時期制御装置において、点火時期制御を行う際の不具合としては、前記サージタンク位置の温度が必ずしも燃焼室に入る吸入空気の温度ではないことである。
つまり、前記サージタンク位置からインテークマニホルド内を通過する間に周囲の温度（「エンジンルーム温度」や「雰囲気温度」と換言できる。）の影響を受け、高温になり易いためである。
特に、低回転域では、ガス流速が低いので受熱期間が長くなり、その傾向が顕著である。
また、高回転域では、サージタンク位置の吸入空気温度と燃焼室に入る直前の吸入空気温度が略同等であるが、低回転では、サージタンク位置の吸入空気温度よりも燃焼室に入る直前の吸入空気温度が大となるため、一次元のテーブルでの補正ではどちら付かずの補正となってしまうという不都合がある。
そして、ノッキング発生と関係しているのは燃焼室に入る直前の吸入空気温度であり、この燃焼室に入る直前の吸入空気温度による補正を行うことが重要である。

ここで、上述した「点火時期の補正」に関して説明する。
点火時期ＡＤＶは、以下の式によって算出される。
点火時期ＡＤＶ＝ＢＡＳＥ＋・・・・＋吸気温補正
ＢＡＳＥ：基本点火時期
・・・・：従来から公知の様々な補正パラメータ
このとき、一般的な点火時期補正を行う場合には、以下の表１に開示される「吸入空気温度」と「補正量」との関係に基づいて行われている。

このとき、表１に開示される一般的な点火時期補正を行う場合の「吸入空気温度」と「補正量」との関係は、「吸入空気温度」が増加するに連れて「補正量」が正の値から減少して負の値となるように設定されている。

追記すれば、点火時期補正を行う従来制御においては、サージタンク位置（図３のＡ点参照。）の吸気温センサ値では燃焼室に入る直前の吸入空気温度を示していない。
流速の遅い低回転域ほどインテークマニホルドのブランチ内を通過する時間が長いため、影響は大である。
例えば、エンジンルーム内が９０度の高温時に、吸入空気の温度は、１０００ｒｐｍの場合に、サージタンク位置では「４０度」であり、燃焼室に入る直前の位置（図３のＢ点参照。）では「６０度」である。
また、４０００ｒｐｍの場合の吸入空気の温度は、サージタンク位置では「４０度」であり、燃焼室に入る直前の位置では「４２度」である。
つまり、１０００ｒｐｍにおいては、上記の表１を参照すれば、本来「６０度」の「−２」が要求する補正量であるのに対して、センサ値「４０度」の「−１」が点火時期に反映されてしまうため、ノッキングが発生してしまう。
このノッキングの発生を回避するためには、吸入空気温度補正値を更に遅角（「リタード」ともいう。）する方策か、点火時期のベースマップ１０００ｒｐｍ領域を遅角（「リタード」ともいう。）する方策が考えられる。
しかし、前者の吸入空気温度補正値を更に遅角（「リタード」ともいう。）する場合には、高回転域でパワーダウンを招くという不都合があり、後者の点火時期のベースマップ１０００ｒｐｍ領域を遅角（「リタード」ともいう。）する場合には、エンジンルームが高温でない通常エンジンルーム温度「５０度」でも作用してしまうため、パワーダウンを招くという不都合がある。
つまり、低回転域では吸気温センサの検出する吸入空気温度をそのまま参照できないため、さらなる補正が必要となるという不都合がある。

この発明の目的は、吸気温センサを各燃焼室手前に配置するなど個数を増やすことなく、点火時期補正の精度を高めることの可能なエンジンの点火時期制御装置を実現することにある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンの運転状態に応じて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段を備え、サージタンク、あるいはサージタンクよりも上流側の吸気通路の任意の位置に吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出手段を設け、エンジンルーム内の雰囲気温度を外気温度と車両速度と燃料噴射弁の開弁時間とにより算出する雰囲気温度算出手段を備え、この雰囲気温度算出手段により算出された雰囲気温度に基づいて、前記吸入空気温度検出手段により検出された吸入空気温度を補正する吸入空気温度補正値算出手段を備え、この吸入空気温度補正値算出手段により算出された吸入空気温度補正値に基づいて、前記基本点火時期設定手段により設定された基本点火時期を補正する点火時期補正手段を備えていることを特徴とするエンジンの点火時期制御装置であって、前記雰囲気温度算出手段は、前記外気温度がある温度より大きく、且つ前記車両速度がある速度より小さく、さらに前記燃料噴射弁の開弁時間がある時間以上である条件をすべて満たした状態が積算で常時判定サンプル区間内にしきい値以上となった場合にエンジンルーム高温モードと判定し、エンジンルーム高温補正による点火時期の補正を行うことを特徴とする。

この発明によれば、エンジンの点火時期を正確に制御するのに必要な燃焼室に入る直前の吸入空気温度を、直接該当する位置（燃焼室に吸入空気が入る直前で測定できそうな箇所）にセンサを追加して設けることなく、エンジンの雰囲気温度から算出できるので、センサの数の増加を防止することが可能である。
また、エンジンの雰囲気温度を用いた燃焼室に入る直前の吸入空気温度を算出し、算出した値を用いて点火時期を補正しているため、精度の高い点火時期制御を実現することが可能である。これにより、燃料消費量を少なくし、かつ出力性能を高めることが可能である。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図４はこの発明の実施例を示すものである。
図２及び図３において、１は点火時期制御装置、２はエンジンである。
このエンジン２は、図３に示す如く、吸気系と排気系とを備えている。
つまり、吸気系において、前記エンジン２に、上流側からサージタンク３とインテークマニホルド（「吸気マニホルド」ともいう。）４とが順次接続される。
また、排気系においては、前記エンジン２に、エキゾーストマニホルド（「排気マニホルド」ともいう。）５が接続されている。
そして、前記エンジン２の燃焼室６には、前記インテークマニホルド４内に形成される吸気通路７が連通される一方、前記エキゾーストマニホルド５内に形成される排気通路８も連通される。

ここで、本発明の実施例に関して追記する。
ノッキングの有無を考える場合には、前記エンジン２の燃焼室６に吸入される吸入空気の吸入空気温度が重要であり、センサ値にエンジンルーム内温度である雰囲気温度分を考慮し補正する必要がある。
例えば、渋滞や登坂などのエンジンルーム高温時を考えると、因子としては以下のものが考えられる。
（イ）走行風が十分に得られないとき−−−車速参照
（ロ）エンジンルーム高温時の時間（熱こもりの時間）が長いとき−−−時間参照
（ハ）エンジンからの発熱量がある程度高いとき−−−インジェクタ駆動時間参照
なお、低速走行などで熱がこもり易くなる状況をエンジンルーム高温モードとする。
そして、エンジンルーム高温モードと通常モードとに切り換えて吸入空気温度の補正を行う。
特に、低回転程、エンジンルーム温度の受熱補正を行う。
ただし、外気温度が低い場合には、エンジンルームは高温とはなり難いので、エンジンルーム高温モードにしない。

そして、エンジンルーム高温モード判定について説明する。
以下の３つの条件が全て成立している状態が、積算で常時判定サンプル区間（例えば、１０秒間）内にしきい値Ｐ（例えば、５０％）以上となった時に、エンジンルーム高温モード時と判定する。
（１）外気温度センサ値＞１０度
（２）ある車速Ｖ（例えば、４０ｋｍ／ｈ）以下
（３）ある発熱量の指数とし一定負荷インジェクタ噴射時間Ｔ（例えば、２ｍｓ）以上

また、廉価な車両には、外気温センサは装備されていない場合がある。
このような場合には、水温センサ値と吸気温センサ値より外気温度を推定しても良い。
例えば、「始動時水温Ｔｓ（例えば、４０度）以下」かつ「｜始動時吸入空気温度−始動時水温｜＜５度」の時では、エンジン停止時間が長いと考え、その時の吸気温センサ値Ｔａｉｒ１を推定外気温とみなしても良い。
つまり、外気温センサが装備されていない場合のエンジンルーム高温モードの判定条件としては、以下の３つの条件が全て成立している状態が、積算で常時判定サンプル区間（例えば、１０秒間）内にしきい値Ｐ（例えば、５０％）以上となった時に、エンジンルーム高温モード時と判定する。
（１ａ）推定外気温Ｔａｉｒ１＞１０度
（２ａ）ある車速Ｖ（例えば、４０ｋｍ／ｈ）以下
（３ａ）ある発熱量の指数とし一定負荷インジェクタ噴射時間Ｔ（例えば、２ｍｓ）以上

ここで、上述の「常時判定サンプル区間」について補足説明する。
頻度判定の演算におけるエンジンルーム高温モードの判定条件は、以下の３つの条件が全て成立している状態が、積算で常時判定サンプル区間（例えば、１０秒間）内にしきい値Ｐ（例えば、５０％）以上となった時に、エンジンルーム高温モード時と判定する。
（１ｂ）仮想推定外気温Ｔａｉｒ１＞１０度−−−仮想外気温が低くない。
（２ｂ）ある車速Ｖ（例えば、４０ｋｍ／ｈ）以下
（３ｂ）ある発熱量の指数とし一定負荷インジェクタ噴射時間Ｔ（例えば、２ｍｓ）以上
このとき、上記の（１ｂ）〜（３ｂ）までの全ての条件が成立した時は、図４の「●（黒丸）」とする一方、非成立時には「○（白抜き丸）」とし、１秒毎に判定を実施してあるサンプル期間（例えば、１０秒間）中でその割合から頻度を常時算出するものにおいて、１秒毎に図４に示すような結果であった場合には、頻度は図４中に記載したパーセント値のように変化するものとする。

前記エンジン２の点火時期制御装置１は、エンジン２の運転状態に応じて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段９を備え、前記サージタンク３、あるいはサージタンク３よりも上流側の吸気通路７の任意の位置、この実施例においては前記サージタンク３に吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出手段１０を設け、エンジンルーム（図示せず）内の雰囲気温度を算出する雰囲気温度算出手段１１を備え、この雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度に基づいて、前記吸入空気温度検出手段１０により検出された吸入空気温度を補正する吸入空気温度補正値算出手段１２を備え、この吸入空気温度補正値算出手段１２により算出された吸入空気温度補正値に基づいて、前記基本点火時期設定手段９により設定された基本点火時期を補正する点火時期補正手段１３を備えている。
詳述すれば、前記吸入空気温度検出手段１０は、前記サージタンク３に取り付けられる吸気温センサからなる。
そして、前記エンジン２の点火時期制御装置１において、吸入空気温度補正値算出手段１２は、図２に示す如く、前記吸入空気温度検出手段１０により検出された吸入空気温度の検出信号を入力する一方、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度の算出信号をも入力し、この雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度に基づいて、前記吸入空気温度検出手段１０により検出された吸入空気温度を補正する。
また、前記点火時期補正手段１３は、前記吸入空気温度補正値算出手段１２により算出された吸入空気温度補正値を入力し、この吸入空気温度補正値に基づいて、前記基本点火時期設定手段９により設定された基本点火時期を補正するものである。
追記すれば、前記点火時期制御装置１による制御においては、以下の式によって点火時期ＡＤＶを算出している。
点火時期ＡＤＶ＝ＢＡＳＥ＋・・・・＋新吸気温補正
ＢＡＳＥ：基本点火時期
・・・・：従来から公知の様々な補正パラメータ
なお、用語の使用において、相違点の理解を容易とするために、従来では「吸気温補正」として説明し、この発明の実施例では「新吸気温補正」として、つまり「新」の文字を追加して説明している。
ノッキングは前記燃焼室６に入る吸入空気温度により変化するため、吸入空気温度参照値自体を「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正」とし、前記燃焼室６直前の吸入空気温度に見立てた新吸気温補正を行う。
つまり、点火時期補正（「新吸気温補正」とも換言できる。）を行う場合には、以下の表２に開示されるパラメータである「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正」と「補正量」との関係に基づいて行われる。

このとき、表２に開示される点火時期補正（「新吸気温補正」とも換言できる。）を行う場合の「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正」と「補正量」との関係は、「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正」が増加するに連れて「補正量」が正の値から減少して負の値となるように設定されている。

また、前記点火時期制御装置１においては、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度が設定値より高い場合には、設定値より低い場合と比較して、点火時期がより遅角側に制御される。
詳述すれば、前記点火時期制御装置１による制御の際には、エンジンルーム高温補正が実施されるためである。
すなわち、エンジンルーム高温モードである場合、言い換えれば、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度が設定値より高い場合に、エンジンルーム高温補正を勘案して点火時期の遅角制御を行っているため、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度が設定値より低い場合と比較すると、点火時期がより遅角側に制御されるものである。
一般に、前記燃焼室６直前の吸入空気温度は、低回転域ほど高温になり易い。
従って、以下の表３に開示するように、エンジンルーム高温補正の際のパラメータを「エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）」と「補正量」との関係とし、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が上昇するに連れて補正量が減少するように設定する。

更に、前記雰囲気温度算出手段１１は、外気温度と、車両速度と、燃料噴射弁の開弁時間とを用いて雰囲気温度を算出している。
つまり、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度と設定値とを比較するエンジンルーム高温モード時の判定において、頻度が５０％以上の場合に、以下の３つの判定条件を使用しているためである。
（１）外気温度＞１０度
（２）車速Ｖ＜４０ｋｍ／ｈ
（３）インジェクタ噴射時間Ｔ（２ｍｓ）以上

次に、図１の前記エンジン２の点火時期制御装置１の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

前記エンジン２の点火時期制御装置１の制御用プログラムがスタート（１０１）すると、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度と設定値とを比較し、エンジンルーム高温モードであるか否かの判定（１０２）に移行する。
なお、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度と設定値とを比較し、エンジンルーム高温モードであるか否かの判定（１０２）は、頻度が５０％以上の場合に、以下の３つの判定条件を全て満足しているか否かの判断を行うものである。
（１）外気温度＞１０度
（２）車速Ｖ＜４０ｋｍ／ｈ
（３）インジェクタ噴射時間Ｔ（２ｍｓ）以上
そして、この判定（１０２）がＮＯの場合には、判定（１０２）がＹＥＳとなるまで繰り返し判定（１０２）の行う。
また、判定（１０２）がＹＥＳの場合には、吸気温度補正実施の処理（１０３）に移行する。

また、上述の吸気温度補正実施の処理（１０３）においては、吸入空気温度参照値自体を上述の表２に開示される「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正」とし、前記燃焼室６直前の推定吸入空気温度に見立て、この推定吸入空気温度を参照考慮して「新吸気温補正」、つまり点火時期補正を行う。
そして、吸気温度補正実施の処理（１０３）の後には、前記エンジン２の点火時期制御装置１の制御用プログラムのエンド（１０４）に移行する。

これにより、エンジン２の運転状態に応じて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段９を備え、サージタンク３の吸気通路７の任意の位置に吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出手段１０を設け、エンジンルーム内の雰囲気温度を算出する雰囲気温度算出手段１１を備え、この雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度に基づいて、前記吸入空気温度検出手段１０により検出された吸入空気温度を補正する吸入空気温度補正値算出手段１２を備え、この吸入空気温度補正値算出手段１２により算出された吸入空気温度補正値に基づいて、前記基本点火時期設定手段９により設定された基本点火時期を補正する点火時期補正手段１３を備えている。
従って、エンジン２の点火時期を正確に制御するのに必要な燃焼室に入る直前の吸入空気温度を、直接該当する位置（燃焼室に吸入空気が入る直前で測定できそうな箇所）にセンサを追加して設けることなく、エンジン２の雰囲気温度から算出できるので、センサの数の増加を防止することが可能である。
また、エンジン２の雰囲気温度を用いた燃焼室６に入る直前の吸入空気温度を算出し、算出した値を用いて点火時期を補正しているため、精度の高い点火時期制御を実現することが可能である。これにより、燃料消費量を少なくし、かつ出力性能を高めることが可能である。

また、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度が設定値より高い場合には、設定値より低い場合と比較して、点火時期がより遅角側に制御される。
従って、エンジンルームが高温状態である場合には、吸入空気温度が検出した値に基づいた点火時期よりも遅角させているため、ノッキングの起こり難いエンジン制御を実現することが可能である。

更に、前記雰囲気温度算出手段１１は、外気温度と、車両速度と、燃料噴射弁の開弁時間とを用いて算出している。
従って、特別に専用のセンサを新たに追加することなく、既存のデータを用いてエンジンルームの雰囲気温度を算出することができる。

図５及び図６はこの発明の第２実施例を示すものである。
この第２実施例において、上述第１実施例のものと同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。

この第２実施例の特徴とするところは、可変吸気機構２２付きエンジンの点火時期制御装置２１において、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度を、インテークマニホルド２３のブランチの長さに応じて補正するブランチ長補正手段２４を設けた点にある。

すなわち、前記点火時期制御装置２１は、図６に示す如く、上述した実施例１と同様に、エンジン２の運転状態に応じて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段９と、前記サージタンク３、あるいはサージタンク３よりも上流側の吸気通路７の任意の位置、この実施例においては前記サージタンク３に吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出手段１０と、エンジンルーム（図示せず）内の雰囲気温度を算出する雰囲気温度算出手段１１と、この雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度に基づいて、前記吸入空気温度検出手段１０により検出された吸入空気温度を補正する吸入空気温度補正値算出手段１２と、この吸入空気温度補正値算出手段１２により算出された吸入空気温度補正値に基づいて、前記基本点火時期設定手段９により設定された基本点火時期を補正する点火時期補正手段１３とを備えている。
このとき、前記エンジンにおいては、インテークマニホルド２３のブランチの長さをロングポートとショートポートとに切り換えて変化させる前記可変吸気機構２２を備えている。
つまり、前記可変吸気機構２２としては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く、前記インテークマニホルド２３内の吸気通路２５のロングポートをＵ字状に形成した際に、このロングポートの途中部位を連通する切換通路２６を形成し、この切換通路２６の途中には切換通路２６の開閉を行うインテークコントロールバルブ（「ＩＣＶ」ともいう。）２７を設けるものである。
さすれば、前記インテークコントロールバルブ（「ＩＣＶ」ともいう。）２７を閉鎖してロングポートを使用する場合には、図６（ａ）に示す如く、吸入空気の通過する時間が長くなり、エンジンルームから受熱され易くなる。
一方、前記インテークコントロールバルブ（「ＩＣＶ」ともいう。）２７を開放してショートポートを使用する場合には、図６（ｂ）に示す如く、吸入空気の大半が前記切換通路２６を通過するため、吸入空気の通過する時間が短くなり、エンジンルームから受熱され難くなる。

このとき、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度を、インテークマニホルド２３のブランチの長さに応じて補正するブランチ長補正手段２１を備えている。
つまり、吸入空気温度参照値自体を以下の表４に開示される「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正×ブランチ長補正」とし、燃料室直前の吸入空気温度に見立てる。

そして、表４に開示される点火時期補正（「新吸気温補正」とも換言できる。）を行う場合の「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正×ブランチ長補正」と「補正量」との関係は、「吸気温センサ値＋エンジンルーム高温補正×ブランチ長補正」が増加するに連れて「補正量」が正の値から減少して負の値となるように設定されている。
また、「ブランチ長補正」の際には、以下の表５に開示されるようにロングポートの場合に「補正量」を「１．０」とする一方、ショートポーの場合には「補正量」を「０．５」とする。

これにより、前記雰囲気温度算出手段１１により算出された雰囲気温度を、インテークマニホルド２３のブランチの長さに応じて補正するブランチ長補正手段２１を備えている。
従って、エンジンの運転状態に応じてインタークマニホルド２３のブランチの長さが変化する可変吸気機構２２を備えたエンジンにおいても、精度の高い点火時期制御を実現することが可能である。

この発明の第１実施例を示すエンジンの点火時期制御装置の制御用フローチャートである。 エンジンの点火時期制御装置のブロック図である。 エンジンの点火時期制御装置の概略説明図である。 常時判定サンプル区間を示す図である。 この発明の第２実施例を示すエンジンの点火時期制御装置のブロック図である。 可変吸気機構のインテークマニホルドのブランチ長の変化を示し、（ａ）はＩＣＶ閉（ロングポート）時の可変吸気機構の概略断面図、（ｂ）はＩＣＶ開（ショートポート）時の可変吸気機構の概略断面図である。

符号の説明

１ 点火時期制御装置
２ エンジン
３ サージタンク
４ インテークマニホルド（「吸気マニホルド」ともいう。）
５ エキゾーストマニホルド（「排気マニホルド」ともいう。）
６ 燃焼室
７ 吸気通路
８ 排気通路
９ 基本点火時期設定手段
１０ 吸入空気温度検出手段
１１ 雰囲気温度算出手段
１２ 吸入空気温度補正値算出手段
１３ 点火時期補正手段

Claims (3)

1. エンジンの運転状態に応じて基本点火時期を設定する基本点火時期設定手段を備え、サージタンク、あるいはサージタンクよりも上流側の吸気通路の任意の位置に吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出手段を設け、エンジンルーム内の雰囲気温度を外気温度と車両速度と燃料噴射弁の開弁時間とにより算出する雰囲気温度算出手段を備え、この雰囲気温度算出手段により算出された雰囲気温度に基づいて、前記吸入空気温度検出手段により検出された吸入空気温度を補正する吸入空気温度補正値算出手段を備え、この吸入空気温度補正値算出手段により算出された吸入空気温度補正値に基づいて、前記基本点火時期設定手段により設定された基本点火時期を補正する点火時期補正手段を備えていることを特徴とするエンジンの点火時期制御装置であって、前記雰囲気温度算出手段は、前記外気温度がある温度より大きく、且つ前記車両速度がある速度より小さく、さらに前記燃料噴射弁の開弁時間がある時間以上である条件をすべて満たした状態が積算で常時判定サンプル区間内にしきい値以上となった場合にエンジンルーム高温モードと判定し、エンジンルーム高温補正による点火時期の補正を行うことを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
2. 前記雰囲気温度算出手段は、エンジン回転数が低いほど点火時期の遅角補正量を増大させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置。
3. 前記雰囲気温度算出手段により算出された雰囲気温度を、インテークマニホルドのブランチの長さが短いほど小さくするように補正するブランチ長補正手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの点火時期制御装置。

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