JP5099260B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気を冷却する冷却装置がある。冷却装置としては、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に設けられているものや、排気マニホールド周囲に設けられているものがある（特許文献１参照）。冷却装置内部に冷却水が流通することにより、排気が冷却される。

特開昭６３−２０８６０７号公報

このような冷却装置は、冷却水が流通する経路上に配置されている。冷却水は、ポンプによりその経路を循環する。また、このような冷却装置には、排気の熱量の一部が蓄熱される。内燃機関が停止されるとポンプも停止され、冷却水は循環しなくなる。このため、冷却装置に蓄熱された熱量が冷却水へと伝達されて、冷却水が沸騰する恐れがある。

本発明の目的は、冷却水の沸騰を抑制する内燃機関の制御装置を提供することである。

上記目的は、冷却水が循環する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置と、前記冷却水を循環させるポンプと、前記排気の熱量を推定する推定部と、推定された前記排気の熱量に応じて、イグニッションスイッチのオフの検出後での前記ポンプの作動の可否を決定する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。これにより、例えば排気の熱量が高い場合に、イグニッションスイッチのオフを検出した場合であってもポンプを作動させることにより、冷却水を循環させ、冷却装置に蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することを防止できる。

本発明によれば、冷却水の沸騰を抑制する内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、内燃機関の制御装置の説明図である。 図２は、冷却水の経路を示した図である。 図３は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図４Ａは、排気ガス温度を算出するためのマップであり、図４Ｂは、アイドル運転期間を算出するためのマップである。 図５は、ＥＣＵが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。 図６は、ＥＣＵが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。 図７は、実施例２の内燃機関の制御装置の冷却水の経路を示した図である。 図８は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図９は、実施例３の内燃機関の制御装置の冷却水の経路の説明図である。 図１０は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して複数の実施例について説明する。

図１は、内燃機関の制御装置の説明図である。エンジン１０は、一対のバンク１２Ｌ、１２Ｒを有している。バンク１２Ｌ、１２Ｒは、互いに傾けて配置されている。エンジン１０は、いわゆるＶ型エンジンである。バンク１２Ｌには３つの気筒１４Ｌからなる気筒群を有している。バンク１２Ｒにも同様に気筒１４Ｒを有している。

また、バンク１２Ｌには、気筒１４Ｌ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１５Ｌが設けられている。同様に、バンク１２Ｒにも、気筒１４Ｒ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１５Ｒが設けられている。バンク１２Ｌに対しては吸気通路４Ｌ及び排気マニホールド５Ｌが接続され、バンク１２Ｒに対しては吸気通路４Ｒ及び排気マニホールド５Ｒが接続されている。吸気通路４Ｌ、４Ｒは、上流側で合流しており、合流した箇所には吸入空気量を調整するためのスロットル弁６、吸入空気量を検出するエアフロメータ１８が設けられている。

排気マニホールド５Ｌ、５Ｒの下端部には、それぞれ触媒２０Ｌ、２０Ｒが設けられている。触媒２０Ｌ、２０Ｒは、それぞれバンク１２Ｌ、１２Ｒ側の気筒から排出された排気を浄化する。排気マニホールド５Ｌ、５Ｒには、それぞれ空燃比センサ９Ｌ、９Ｒが取り付けられている。

バンク１２Ｌの排気ポート（不図示）と排気マニホールド５Ｌとの間には、冷却装置４０Ｌが設けられている。同様に、バンク１２Ｒの排気ポート（不図示）と排気マニホールド５Ｒとの間には、冷却装置４０Ｒが設けられている。

冷却装置４０Ｌ、４０Ｒは、それぞれ排気マニホールド５Ｌ、５Ｒの管の周囲を冷却水が流れるように構成されている。冷却装置４０Ｌ、４０Ｒについては詳しくは後述する。

スロットル弁６の開度は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）７Ｌ、７Ｒにより、バンク１２Ｌ、１２Ｒ毎に個別に制御される。また、燃料噴射弁１５Ｌ、１５Ｒから噴射される燃料量も、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒにより個別に制御される。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、燃料噴射弁１５Ｌ、１５Ｒから噴射される燃料をカットすることができる。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、詳しくは後述するが、推定部、制御部に相当する。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは通信回線８を介して双方向に通信可能である。通信回線８を介して情報を交換することにより、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、担当するバンクの運転制御のために、他のバンクの運転状態に関する情報を参照可能である。

また、空燃比センサ９Ｌ、９Ｒは、排気の空燃比に応じた検出信号をそれぞれＥＣＵ７Ｌ、７Ｒに出力する。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、それぞれ空燃比センサ９Ｌ、９Ｒからの出力に基づいて、それぞれ気筒１４Ｌ、１４Ｒへの燃料噴射量を制御することにより、空燃比をフィードバック制御する。フィードバック制御とは、検出された排気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量などを制御することである。

水温センサ５２は、後述する冷却水の温度に応じた検出信号をＥＣＲ７Ｌに出力する。尚、水温センサ５２は、冷却水が循環する経路上の任意の位置におかれる。イグニッションスイッチ３０は、オン信号、オフ信号を、ＥＣＵ７Ｌに出力する。

図２は、冷却水の経路を示した図である。図２に示すように、冷却水の経路上には、ラジエータ７２、インレット７４、ポンプ７６などが配置されている。主経路８２は、インレット７４、ポンプ７６、エンジン１０、ラジエータ７２の順に冷却水を循環させる。主経路８２は、エンジン１０のリアジョイント部１９からラジエータ７２に冷却水を循環させる。補助経路８８は、インレット７４、ポンプ７６、エンジン１０、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ、Ｖバンクパイプ６０の順に冷却水を循環させる。補助経路８８は、リアジョイント部１９から分岐して、それぞれ冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ内に冷却水を流通させる分岐経路８６Ｌ、８６Ｒを含む。

ポンプ７６は、エンジン１０の回転に連動して作動する機械式ポンプである。冷却水は、インレット７４からエンジン１０へと流れる。冷却水は、まずエンジン１０のブロック側ウォータジャケット１１ｗに流入し、次に、ヘッド側ウォータジャケット１２Ｌｗ、１２Ｒｗに流入する。ヘッド側ウォータジャケット１２Ｌｗ、１２Ｒｗから排出された冷却水は、リアジョイント部１９で合流する。リアジョイント部１９には、主経路８２と補助経路８８とが連結されている。主経路８２を流れる冷却水は、リアジョイント部１９からラジエータ７２に流れ、ラジエータ７２で冷却水は放熱する。

分岐経路８６Ｌには、冷却装置４０Ｌが配置されている。冷却装置４０Ｌ内に冷却水が流通する。冷却装置４０Ｌ内に冷却水が流通することにより、バンク１２Ｌの気筒１４Ｌから排出された排気の温度を低下させることができる。分岐経路８６Ｒ、冷却装置４０Ｒについても同様である。

図３は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、水温センサ５２からの出力に基づいて、冷却水温を検出する（ステップＳ１）。尚、水温センサ５２からの出力によらずに、公知の方法により冷却水温を推定してもよい。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、排気ガス温度、及び排気ガス量を算出する（ステップＳ２）。排気ガス温度は、例えば、図４Ａに示したマップに基づいて算出される。図４Ａは、排気ガス温度を算出するためのマップであり、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒに予め記憶されている。図４Ａに示すように、縦軸はエンジン１０の回転数を示しており、横軸はエンジン１０の負荷を示している。エンジン１０の回転数、負荷が大きいほど、排気ガス温度は高いものとして算出される。

また、排気ガス量（ｇ／ｓｅｃ）は、エアフロメータ１８からの出力に基づいて検出された吸入空気量と、空燃比センサ９Ｌ、９Ｒ空の出力に基づいて検出された空燃比とに基づいて、排気ガス量が算出される。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、排気ガスの熱量Ｐを推定する（ステップＳ３）。具体的には、以下の式により推定する。

Ｐ＝Ｍ＊Ｃｐ＊（Ｔｅｘ−Ｔａｉｒ）・・・（１）

Ｍは、排気ガス量を示し、Ｃｐは排気ガスの比熱を示し、Ｔｅｘは、排気ガス温度を示し、Ｔａｉｒが外気温度を示している。ステップＳ２において算出された、排気ガス量、排気ガス温度をそれぞれ、Ｍ、Ｔｅｘに代入して熱量Ｐを算出する。また、外気温は、公知の温度センサを用いて検出してもよいし、その他公知の方法により推定又は算出してもよい。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、冷却水温が判定値Ｄ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。超えている場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、排気ガスの熱量が判定値Ｄ２を超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。ここでの排気ガスの熱量は、ステップＳ３において算出された熱量である。超えている場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、前回の第１カウンタ値Ｔ１に１加算した値を、今回の第１カウンタ値Ｔ１とする（ステップＳ６）。第１カウンタ値Ｔ１とは、排気ガスの熱量が判定値Ｄ２を超えた期間を計測するために用いられる値である。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、第１カウンタ値Ｔ１が判定値Ｄ３を超えているか否かを判定する（ステップＳ７）。超えている場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、イグニッションスイッチ３０のオフを検出した後にアイドル運転を実行するフラグをＯＮにする（ステップＳ８）。イグニッションスイッチ３０のオフの検出後にアイドル運転を実行する理由は、アイドル運転をすることにより、イグニッションスイッチ３０のオフ後においても所定期間ポンプ７６を作動させて、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量に起因した冷却水の沸騰を防止するためである。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、アイドル運転期間を算出する（ステップＳ９）。具体的にはＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、図４Ｂに示すように、第１カウンタ値Ｔ１に対応したアイドル運転期間を算出する。図４Ｂは、アイドル運転期間を算出するためのマップである。図４Ｂのマップは、縦軸はアイドル運転期間、横軸は第１カウンタ値Ｔ１を示している。図４Ｂに示すように、第１カウンタ値Ｔ１が大きいほど、アイドル運転期間は長くなるように設定される。この理由は、第１カウンタ値Ｔ１が大きいほど、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱した熱量が多いと思われるからである。例えば、第１カウンタ値Ｔ１が、１０００、２０００、３０００、４０００の場合には、アイドル運転期間は、それぞれ、３０、６０、９０、１２０（ｓｅｃ）に設定される。第１カウンタ値Ｔ１は、排気ガスの熱量が判定値Ｄ２を超えた期間と対応している。従って、推定された排気の熱量が判定値Ｄ２を超えた期間に応じて、アイドル運転期間が設定される。即ち、排気ガスの熱量が判定値Ｄ２を超えた期間に応じて、ポンプ７６の作動期間が設定される。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、イグニッションスイッチ３０からオフ信号を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０）。否定判定の場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、再度ステップＳ１を実行する。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが、イグニッションスイッチ３０からのオフ信号を検出した場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、アイドル運転を実行する（ステップＳ１１）。アイドル運転が実行されることにより、ポンプ７６は、エンジン１０に連動して作動する。従って、イグニッションスイッチ３０がオフにされた場合であっても、所定期間は、ポンプ７６が作動し、冷却水は径路上を循環する。これにより、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量の影響により、冷却水が沸騰することが防止できる。

ステップＳ４において、冷却水温が判定値Ｄ１未満の場合、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、アイドル運転実行フラグをオフにする（ステップＳ１５）。冷却水温が、ある程度低い場合には、イグニッションスイッチ３０のオフ後であっても冷却水が沸騰する恐れは少ないからである。

ステップＳ５において、排気ガスの熱量が判定値Ｄ２未満の場合、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、アイドル運転実行フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。否定判定の場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、ステップＳ１５を実行する。肯定判定の場合、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、前回の第２カウンタ値Ｔ２に１加算したものを今回の第２カウンタ値Ｔ２として算出する（ステップＳ１３）。第２カウンタ値Ｔ２とは、排気ガスの熱量が判定値Ｄ１未満である期間を計測するために用いられる。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、第２カウンタ値Ｔ２が判定値Ｄ４を超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。第２カウンタ値Ｔ２が判定値Ｄ４を超えている場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、ステップＳ１５を実行する。この場合には、冷却装置４０Ｒ、４０Ｌに蓄熱された熱量は少ないと推定されるからである。第２カウンタ値Ｔ２が判定値Ｄ２未満の場合、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、アイドル運転フラグをオンにする（ステップＳ８）。この場合には、冷却装置４０Ｒ、４０Ｌに蓄熱された熱量はまだ充分にあるものと推定されるからである。第２カウンタ値Ｔ２は、排気ガスの熱量が判定値Ｄ２未満の期間と対応している。従って、推定された排気の熱量が判定値Ｄ２未満の期間と、推定された排気の熱量が判定値Ｄ２を超えた期間とに応じて、アイドル運転の実行の可否が決定される。即ち、推定された排気の熱量が判定値Ｄ２未満の期間と、推定された排気の熱量が判定値Ｄ２を超えた期間とに応じて、イグニッションスイッチ３０のオフ後のポンプ７６の作動の可否が決定される。これにより、イグニッションスイッチ３０がオフとなる前のエンジン１０の運転状態を考慮して、ポンプ７６の作動の可否を決定することができる。

以上のように、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、排気ガスの熱量を推定し、推定された熱量に応じて、イグニッションスイッチ３０のオフの検出後でのアイドル運転の実行の可否を決定する。これにより、排気の熱量が高い場合には、イグニッションスイッチ３０のオフの検出後ポンプ７６を作動させ、冷却水を循環させる。よって、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することを防止できる。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御についてタイミングチャートにより説明する。図５、図６は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。尚、図５、図６には、排気ガスの熱量Ｐ、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒの温度Ｔｃ、冷却水の温度Ｔｗを示している。尚、冷却水の温度Ｔｗは、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ周辺での冷却水の温度を示している。

図５は、イグニッションスイッチ３０のオフの検出後にアイドル運転期間が実行される場合のタイミングチャートである。例えば、車両が坂道などを上り、継続して高回転高負荷運転が実行されると、排気ガスの熱量Ｐは、上昇して、判定値Ｄ２を超える。熱量Ｐが判定値Ｄ２を超えた状態でイグニッションスイッチ３０がオフにされると、エンジン１０はアイドル運転が実行される。イグニッションスイッチ３０がオフにされた際の冷却装置４０Ｌ、４０Ｒの温度Ｔｃが２００℃とすると、アイドル運転実効により排気ガスの熱量Ｐは急激に低下し、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒの温度Ｔｃも、２００℃から徐々に低くなる。また、アイドル運転が実行されることにより、ポンプ７６が作動し冷却水が径路上を循環するので、冷却水の温度はイグニッションスイッチ３０のオフの前後で大きく変化することなく、９０℃程度を維持する。このようにして、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することが防止できる。

仮に、イグニッションスイッチ３０のオフと共にポンプ７６の作動が停止される場合を想定する。この場合には、ポンプ７６が停止されるので、冷却水は循環せず、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ内、又は冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ周辺に滞留した冷却水が、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量に起因して沸騰する恐れがある。しかしながら、本実施例においては、イグニッションスイッチ３０のオフ後も所定期間アイドル運転が実行されるため、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量が低下するまで冷却水は循環される。これにより、冷却水が沸騰する恐れを防止できる。

次に、アイドル運転が実行されない場合について説明する。図６は、イグニッションスイッチ３０のオフの検出後にアイドル運転期間が実行されない場合のタイミングチャートである。図６に示すように、例えば車両が高回転高負荷運転後に、低回転低負荷運転となりイグニッションスイッチ３０がオフされた場合、低回転低負荷運転により、排気ガスの熱量Ｐは既に判定値Ｄ２を下回っている。このため、このような状態ではアイドル運転は実行されない。排気ガスの熱量Ｐが低下しているため、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量も小さいと推定されるからである。従って、このような場合には、アイドル運転は実行されない。

次に、実施例２の内燃機関の制御装置について説明する。
図７は、実施例２の内燃機関の制御装置の冷却水の経路を示した図である。
実施例２の内燃機関の制御装置においては、ポンプ７６ａが採用されている。ポンプ７６ａは、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒからの指令に基づいて作動する電動式ポンプである。従って、エンジン１０停止後であっても、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒからの指令に基づいてポンプ７６ａは作動する。

次に、ＥＣＵ７Ｌ，７Ｒが実行する制御について説明する。図８は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御の一例を示したフローチャートである。

ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、ステップＳ１〜Ｓ７まで実行すると、イグニッションスイッチ３０のオフの検出後にポンプ７６ａを作動させる実効フラグをオンにする（ステップＳ８ａ）。次に、ポンプ７６ａの作動期間を算出する（ステップＳ９ａ）。尚、ポンプ７６ａの作動期間は、実施例１と同様に、第１カウンタ値Ｔ１に基づいて算出される。イグニッションスイッチ３０のオフを検出した場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、エンジン１０を停止しポンプ７６ａを作動させる（ステップＳ１１ａ）。

このように、イグニッションスイッチ３０のオフ後所定期間ポンプ７６ａを作動させることにより、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量に起因する冷却水の沸騰を防止できる。尚、ステップＳ７において否定判定、又は、ステップＳ１４において肯定判定の場合には、イグニッションスイッチ３０のオフ後のポンプ７６ａの作動の実効フラグをオフにする（ステップＳ１５ａ）。

次に、実施例３の内燃機関の制御装置について説明する。
図９は、実施例３の内燃機関の制御装置の冷却水の経路の説明図である。
図９に示すように、冷却水の経路は、エンジン１０内を通過する主経路８２と、主経路８２と並列に接続し冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ内を通過する副経路８６とを有している。また、ポンプ７６ａと、エンジン１０との間の主経路８２上には、制御弁７８が設けられている。制御弁７８は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒからの指令に応じて、主経路８２を通過する冷却水の流量を制御することができる。詳細には、制御弁７８は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒからの指令に応じて所定の開度に維持することができる。

図１０は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、ステップＳ１〜Ｓ１０まで実行し、イグニッションスイッチ３０のオフが検出されると、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、ポンプ７６ａを駆動させると共に（ステップＳ１１ａ）、制御弁７８を閉じる（ステップＳ１１ｂ）。これにより、エンジン１０内には冷却水は流れなくなり、副経路８６に冷却水が流れる。これにより、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ内を流れる冷却水の流量が増大する。これにより、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒは、大量に流入した冷却水によって短期間で冷却される。従って、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒに蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することが防止できる。尚、制御弁７８を完全に閉じるのではなく、制御弁７８を所定の開度に制御することにより、エンジン１０内を通過する冷却水の流量を抑えてもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (5)

1. 冷却水が循環する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置と、
   前記冷却水を循環させるポンプと、
   前記排気の熱量を推定する推定部と、
   推定された前記排気の熱量に応じて、イグニッションスイッチのオフの検出後での前記ポンプの作動の可否を決定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記推定された排気の熱量が判定値を超えた期間と、前記推定された排気の熱量が前記判定値未満となった期間とに応じて、前記イグニッションスイッチのオフの検出後での前記ポンプの作動の可否を決定する、内燃機関の制御装置。
2. 前記ポンプは、前記内燃機関に連動した機械式ポンプであり、
   前記制御部は、前記イグニッションスイッチのオフの検出後にアイドル運転を実行することにより前記ポンプを作動させる、請求項１の内燃機関の制御装置。
3. 前記ポンプは、前記制御部からの指令に応じて作動する電動式ポンプである、請求項１の内燃機関の制御装置。
4. 前記経路は、前記内燃機関内を通過する主経路と、前記主経路に並列に接続し前記冷却装置内を通過する副経路と、を含み、
   前記主経路を流通する冷却水の流量を制御可能な制御弁を備え、
   前記制御部は、前記イグニッションスイッチのオフの検出後、前記制御弁を制御することにより前記主経路を流通する冷却水の流量を抑制する、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の制御装置。
5. 前記制御部は、前記推定された排気の熱量が判定値を超えた期間に応じて、前記ポンプの作動期間を設定する、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の制御装置。

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