JP5551547B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に係り、詳しくはシリンダヘッドの冷却水通路に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to a cooling water passage of a cylinder head.
従来、自動車用エンジンにおいて、燃焼室およびシリンダヘッドに形成された排気通路を冷却するために、シリンダヘッドに冷却水を流通させるためのヘッド冷却水通路を設けることが一般的となっている。このようなヘッド冷却水通路には、シリンダブロックのシリンダを囲むブロック冷却水通路(ウォータジャケット)と連結する連結通路を介して冷却水の供給を受けるものがある(例えば、特許文献1)。連結通路は、ヘッド冷却通路からシリンダヘッドのシリンダブロックとの接合面へと延び、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面に開口したブロック冷却水通路に連通している。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an automobile engine, in order to cool an exhaust passage formed in a combustion chamber and a cylinder head, it is common to provide a head cooling water passage for circulating cooling water through the cylinder head. Among such head cooling water passages, there is one that receives supply of cooling water via a connection passage connected to a block cooling water passage (water jacket) surrounding a cylinder of the cylinder block (for example, Patent Document 1). The connection passage extends from the head cooling passage to the joint surface of the cylinder head with the cylinder block, and communicates with a block coolant passage that opens at the joint surface of the cylinder block with the cylinder head.
しかしながら、特許文献1の発明では、連結通路はヘッド冷却水通路とブロック冷却水通路とを連結するのみで、シリンダヘッドの燃焼室凹部や排気通路近傍の高温部分を適切に冷却しているとはいえない。 However, in the invention of Patent Document 1, the connection passage only connects the head cooling water passage and the block cooling water passage and appropriately cools the combustion chamber recess of the cylinder head and the high-temperature portion near the exhaust passage. I can't say that.
本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、連結通路はヘッド冷却水通路とブロック冷却水通路とを連結する連結通路を活用し、簡素な構造で燃焼室近傍を冷却することができる内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and the connection passage utilizes the connection passage connecting the head cooling water passage and the block cooling water passage to cool the vicinity of the combustion chamber with a simple structure. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of
上記課題を解決するために、本発明は、一方向に沿って並設された複数のシリンダ(11)からなるシリンダ列(17)と、前記シリンダ列の側部を囲むように略環状に設けられ、前記シリンダ列の配列方向に沿って冷却水を流通させるブロック冷却水通路(18)と、前記複数のシリンダおよび前記ブロック冷却水通路の端部が開口するブロック側接合面(13)とを備えたシリンダブロック(12)と、前記ブロック側接合面に接合するヘッド側接合面(14)と、前記ヘッド側接合面の前記複数のシリンダに対向する部分に設けられた複数の燃焼室凹部(21)と、前記複数の燃焼室凹部のそれぞれに一端が開口するとともに前記ヘッド側接合面と略平行に延び、他端が集合した排気集合通路(24)と、前記燃焼室凹部および前記排気集合通路に近接して設けられたヘッド冷却水通路(33)とを備えたシリンダヘッド(15)とを有する内燃機関(10)であって、前記ヘッド冷却水通路は、前記複数の燃焼室凹部の上方近傍を前記シリンダ列方向に延在する主冷却水通路(34)と、シリンダヘッドの長手方向に延在し、前記排気集合通路を上下から互いに挟み合うように配置された上排気側冷却水通路(35)および下排気側冷却水通路(36)と、前記主冷却水通路と前記上排気側冷却水通路および前記下排気側冷却水通路とを連通する排気側連結通路(37)とを有し、前記ヘッド側接合面の前記排気集合通路に対応する部分であって、前記ブロック冷却水通路と対向する部分には、前記ブロック冷却水通路の端部に沿って連続し、前記ブロック冷却水通路の上端を封止する上壁として機能し、前記シリンダの配列方向に延在する有端状の冷却水溝(41)が設けられ、前記冷却水溝の前記シリンダの配列方向における一端部であって、前記ブロック冷却水通路の冷却水の流れ方向における下流側に対応する部分には、前記ヘッド冷却水通路と連通する第1連結通路(47)が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is provided in a substantially annular shape so as to surround a cylinder row (17) composed of a plurality of cylinders (11) arranged in parallel along one direction and a side portion of the cylinder row. is, with the cylinder bank block cooling water passage for circulating cooling water along the arrangement direction (18), said plurality of cylinders and the block block-side bonding surface of the end portion is opened in the cooling water passage and (13) The cylinder block (12) provided, the head side joining surface (14) joined to the block side joining surface, and a plurality of combustion chamber recesses (provided at portions facing the plurality of cylinders of the head side joining surface) 21), an exhaust collecting passage (24) having one end opened in each of the plurality of combustion chamber recesses and extending substantially parallel to the head-side joint surface, and the other end gathered, the combustion chamber recess and the exhaust A proximity to provided a head cooling water passage to merge passage (33) a cylinder head and a (15) an internal combustion engine having a (10), said head cooling water passage, said plurality of combustion chambers recess A main cooling water passage (34) extending in the cylinder row direction in the vicinity of the upper side of the cylinder and an upper exhaust side cooling member extending in the longitudinal direction of the cylinder head and arranged so as to sandwich the exhaust collecting passage from above and below A water passage (35) and a lower exhaust side cooling water passage (36), an exhaust side connection passage (37) communicating the main cooling water passage with the upper exhaust side cooling water passage and the lower exhaust side cooling water passage; has, a portion corresponding to the exhaust manifolds of the head-side bonding surface, the block coolant passage and facing parts, continuous along the edge portion of the block cooling water passage, said block Above the cooling water passage The function as an upper wall for sealing, having ends shaped cooling water groove (41) is provided which extends in the arrangement direction of the cylinder, an end portion in the arrangement direction of the cylinder of the cooling water groove, wherein the portion corresponding to the downstream side in the flow direction of the cooling water of the block cooling water passage, characterized in that the head cooling water passage and communicating with the first connecting passage (47) is provided.
この構成によれば、冷却水溝によって、燃焼室凹部近傍を簡素な構造で適切に冷却することができる。冷却水溝は、冷却水の流量が豊富なブロック冷却水通路に直接かつ広範囲にわたって連続するため、通過する冷却水の流量を多く確保することができる。また、冷却水溝は、冷却水溝の端部に設けられた第1連結通路を通してヘッド冷却水通路に冷却水を流入させることによって、冷却水溝内に冷却水の流れを形成することができる。第1連結通路は、ブロック冷却水通路の冷却水の流れ方向における下流側に対応する冷却水溝の端部に設けられていることから、ブロック冷却水通路内の冷却水の流れを引き込んで、冷却水溝内に一連の冷却水の流れを形成しやすくなっている。また、冷却水溝は、ヘッド側接合面に露出しているため、加工が容易である。 According to this configuration, the vicinity of the combustion chamber recess can be appropriately cooled with a simple structure by the cooling water groove. Since the cooling water groove is continuous directly and over a wide range with the block cooling water passage having a large amount of cooling water, a large amount of cooling water can be secured. The cooling water groove can form a flow of cooling water in the cooling water groove by flowing the cooling water into the head cooling water passage through the first connection passage provided at the end of the cooling water groove. . Since the first connecting passage is provided at the end of the cooling water groove corresponding to the downstream side in the flow direction of the cooling water in the block cooling water passage, the flow of the cooling water in the block cooling water passage is drawn in, It is easy to form a series of cooling water flow in the cooling water groove. Further, since the cooling water groove is exposed on the head side joint surface, it is easy to process.
本発明のある側面は、前記冷却水溝は、その延在方向において、前記複数の燃焼室凹部間に対応する部分に、前記第1連結通路よりも流路断面積が小さく、前記ヘッド冷却水通路に連通する第2連結通路(48)を有することを特徴とする。 In one aspect of the present invention, the cooling water groove has a flow passage cross-sectional area smaller than that of the first connection passage in a portion corresponding to the interval between the plurality of combustion chamber recesses in the extending direction thereof. It has the 2nd connection channel | path (48) connected to a channel | path, It is characterized by the above-mentioned.
この構成によれば、第2連結通路によって冷却水溝内に空気が滞留することが防止されるため、冷却水溝の冷却能力の低下が抑制される。 According to this configuration, since the air is prevented from staying in the cooling water groove by the second connection passage, a decrease in the cooling capacity of the cooling water groove is suppressed.
以上の構成によれば、内燃機関の燃焼室近傍を簡素な構造で適切に冷却することができる。 According to the above configuration, the vicinity of the combustion chamber of the internal combustion engine can be appropriately cooled with a simple structure.
以下、図面を参照して、本発明を車両用エンジンに適用した一実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、エンジン10が自動車に搭載された状態を基準にし、図1に示す座標軸のように上下の方向を定める。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle engine will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the up and down directions are determined as the coordinate axes shown in FIG.
図1および図2に示すように、エンジン10は、直列4気筒の自動車用ガソリンエンジンであり、図示しないピストンが収容される4つのシリンダ11を備えたシリンダブロック12と、シリンダブロック12の上端に形成されたブロック側接合面13に接合するヘッド側接合面14をもってシリンダブロック12に締結されたシリンダヘッド15と、シリンダヘッド15の上部に締結されたヘッドカバー16とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the engine 10 is an in-line four-cylinder automobile gasoline engine, and includes a
4つのシリンダ11は、それぞれ略上下方向に延在し、互いに並列かつ一列となるようにシリンダブロック12に形成されている。4つの列設されたシリンダ11を総称してシリンダ列17といい、シリンダ列17の延在する方向をシリンダ列方向という。各シリンダ11は、上端がブロック側接合面13に開口し、下端がシリンダブロック12の下部に形成されたクランク室(図示しない)に開口している。シリンダブロック12のシリンダ列17の側部には、各シリンダ11の側周部を一体に囲むようにブロック冷却水通路(ウォータジャケット)18が形成されている。ブロック冷却水通路18は、上下方向から見て、シリンダ列17を一体に囲む環状をなし、そのシリンダ列方向に延在する部分は各シリンダ11の側周部に沿うように湾曲している。ブロック冷却水通路18の上端は、ブロック側接合面13に開口している。
The four
シリンダヘッド15のヘッド側接合面14の各シリンダ11に対向する部分には、曲面状の窪みである燃焼室凹部21が形成されている。各燃焼室凹部21は、各シリンダ11とともに燃焼室22を画成する。また、シリンダブロック12には、一端がシリンダヘッド15のシリンダ列方向に沿う一側面に開口する一方、二股に分岐した他端が各燃焼室凹部21の壁面に開口する4つの吸気通路23と、一端がシリンダヘッド15のシリンダ列方向に沿う他側面に開口する一方、他端が8股に分岐して2つずつ各燃焼室凹部21の壁面に開口する排気集合通路24とを備えている。燃焼室凹部21を基準として吸気通路23が設けられた側を吸気側、排気集合通路24が設けられた側を排気側とする。また、燃焼室凹部21の壁面には、シリンダヘッド15の上面に貫通する形で、点火プラグ(図示しない)を挿入するための点火プラグ挿入孔25が形成されている。
A combustion chamber recess 21, which is a curved depression, is formed in a portion of the head-
各吸気通路23および排気集合通路24が燃焼室凹部21の壁面に開口する部分には、各通路を開閉する吸気バルブ26および排気バルブ27が設けられている。吸気バルブ26および排気バルブ27は、シリンダヘッド15に支持されたロッカアーム28およびカムシャフト29等からなる公知の動弁機構30によって開閉駆動される。動弁機構30は、シリンダヘッド15とヘッドカバー16との間に画成された空間に収容されている。
An intake valve 26 and an exhaust valve 27 for opening and closing the respective passages are provided at portions where the
図1、図2および図4〜図6に示すように、シリンダヘッド15の内部には、燃焼室22内や排気集合通路24内の燃焼ガスからの熱伝搬による温度上昇を抑制するために、燃焼室凹部21および排気集合通路24の周辺にヘッド冷却水通路33が形成されている。図4〜図6では、シリンダヘッド15を透視して空間部分であるヘッド冷却水通路33を実体的に示している。ヘッド冷却水通路33は、4つの燃焼室凹部21の上方近傍を通過するようにシリンダヘッド15のシリンダ列方向(長手方向)に延在する主冷却水通路34と、排気集合通路24を上下から互いに挟み合うように配置され、それぞれシリンダヘッド15の長手方向に延在する上排気側冷却水通路35および下排気側冷却水通路36と、主冷却水通路34と上排気側冷却水通路35および下排気側冷却水通路36とを連通する排気側連結通路37と、吸気通路23側に配置され、シリンダヘッド15のシリンダ列方向に延在する吸気側冷却水通路38と、主冷却水通路34と吸気側冷却水通路38とを連通する吸気側連結通路39とを主要部として有する。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4 to 6, in the
図3は、シリンダヘッド15を下方から見た斜視図であり、図中の破線は、シリンダブロック12とシリンダヘッド15とが締結された際に、ブロック冷却水通路18の端部が位置する部分を示しており、白色矢印は、ブロック冷却水通路18内を流れる冷却水の流れを示している。図3に示すように、ヘッド側接合面14の燃焼室凹部21の排気側であって、ブロック冷却水通路18の端部に当接する部分には、ブロック冷却水通路18の端部に沿ってシリンダ列方向に延在する凹溝状の冷却水溝41が形成されている。冷却水溝41は、ブロック冷却水通路18の端部に沿って湾曲しており、燃焼室凹部21の周縁と一定の距離をおきつつ延在している。
FIG. 3 is a perspective view of the
ヘッド側接合面14のブロック冷却水通路18の端部に当接する部分であり、ブロック冷却水通路18の冷却水の流れ方向における下流端に対応する部分(冷却水溝41よりも下流側の部分)には、ヘッド側接合面14からシリンダヘッド15内を上方へと延びてヘッド冷却水通路33に連通する第1冷却水流入通路43が2つ形成されている。2つの第1冷却水流入通路43は、ヘッド冷却水通路33のシリンダ列方向における一端側に配置された排気側連結通路37および吸気側連結通路39にそれぞれ連通しており、図3中に示す黒色矢印の方向に冷却水を流通させる。
A portion of the head
また、ヘッド側接合面14のブロック冷却水通路18の端部に当接する部分であり、ブロック冷却水通路18の冷却水流れ方向において冷却水溝41よりも上流に位置する部分の適所には、ヘッド側接合面14からシリンダヘッド15内を上方へと延びてヘッド冷却水通路33に連通するバイパス通路45が形成されている。バイパス通路45は、ヘッド冷却水通路33の排気側連結通路37、吸気側連結通路39または吸気側冷却水通路38に連通している。各バイパス通路45は、第1冷却水流入通路43よりも流路断面積が小さく形成されている。
Further, at a suitable position of a portion that is in contact with the end portion of the block
図3、図5、図7に示すように、冷却水溝41のブロック冷却水通路18の冷却水流れ方向における下流端には、冷却水溝41と排気側連結通路37とを連通する第2冷却水流入通路(第1連結通路)47が形成されている。第2冷却水流入通路47の流路断面積は、第1冷却水流入通路43と略同一であり、バイパス通路45よりも大きく形成されている。第2冷却水流入通路47は、図3中に示す黒色矢印の方向に冷却水を流通させる。
As shown in FIGS. 3, 5, and 7, a second end communicating the
冷却水溝41のシリンダ列方向において隣り合う燃焼室凹部21の間に対応する部分には、冷却水溝41と下排気側冷却水通路36とを連通するエア抜き通路(第2連結通路)48が形成されている。図8に示すように、エア抜き通路48の流路断面積は、第2冷却水流入通路47と比較して十分に小さく形成されている。
An air vent passage (second connecting passage) 48 that connects the
図2、図4および図5に示すように、上排気側冷却水通路35のシリンダ方向において第1冷却水流入通路43が設けられた側と異なる端部には、冷却水をヘッド冷却水通路33から排出するための冷却水流出通路51が形成されている。冷却水流出通路51の外端は、配管やホース等を介してラジエータ(図示しない)へと連通されている。
As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the cooling water is supplied to the head cooling water passage at the end portion different from the side where the first cooling
シリンダブロック12とシリンダヘッド15とを締結する際には、図9に示すガスケット60がブロック側接合面13とヘッド側接合面14との間に介装される。ガスケット60は、シリンダ11および燃焼室凹部21に対応した貫通孔61と、第1冷却水流入通路43に対応した貫通孔62と、各バイパス通路45に対応した貫通孔63と、冷却水溝41に対応した貫通孔64とを有している。貫通孔64は、ガスケット60の強度を高めるために、3つの分断部65によって4つに分断されている。分断部65の面積は貫通孔64の面積に比較して十分に小さいため、冷却水溝41はその延在方向にわたってブロック冷却水通路18と連続しているといえる。
When the
以上のように構成したエンジン10では、図示しないウォータポンプから送給された冷却水がシリンダブロック12のブロック冷却水通路18内を図3に記載の白色矢印の方向に沿って流れ、ブロック冷却水通路18の上端に連続した冷却水溝41内を流れる。冷却水溝41は、燃焼室凹部21の排気側に沿って配設されており、燃焼室凹部21および排気集合通路24の上流端部を適切に冷却することができる。
In the engine 10 configured as described above, cooling water fed from a water pump (not shown) flows in the block cooling
冷却水溝41の冷却水の流れ方向における下端に設けられた第2冷却水流入通路47は、排気側連結通路37への冷却水の流入量を増大させるとともに、冷却水溝41からの冷却水の排出量を増大させて冷却水溝41内の冷却水の流通量を増大させる。これにより、燃焼室凹部21の冷却能力が高められる。
The second cooling
第1および第2冷却水流入通路43,47を通過してブロック冷却水通路18から排気側連結通路37および吸気側連結通路39に流入した冷却水(図3中の黒色矢印)は、主冷却水通路34、上排気側冷却水通路35、下排気側冷却水通路36および吸気側冷却水通路38へと流入し、各通路内をシリンダ列方向に沿って冷却水流出通路51へと流れる。また、バイパス通路45を通過して排気側連結通路37および吸気側連結通路39に流入した冷却水も同様に、主冷却水通路34、上排気側冷却水通路35、下排気側冷却水通路36および吸気側冷却水通路38へと流入し、各通路内をシリンダ列方向に沿って冷却水流出通路51へと流れる。
The cooling water (black arrow in FIG. 3) that has passed through the first and second cooling
冷却水溝41はブロック冷却水通路18の上端を封止する上壁として機能するため、冷却水中に噛み込まれた空気が冷却水溝41に集まる虞があるが、冷却水溝41には適所にエア抜き通路48が形成されているため、冷却水溝41に集まった空気は、エア抜き通路48を通して下排気側冷却水通路36へと押し流される。特に、冷却水の流れ方向が変化する冷却水溝41の屈曲部にエア抜き通路48を設けたため、空気の滞留を効果的に防止することができる。そのため、冷却水溝41内に滞留する空気に起因する冷却水溝41の冷却水流量の低下および熱交換可能な表面積の低下が防止される。
Since the cooling
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、エア抜き通路48を第2冷却水流入通路47の流路断面積と同等にし、エア抜き通路48を通して冷却水溝41から下排気側冷却水通路36に積極的に冷却水を流入させるようにしてもよい。また、冷却水溝41の形状は、本実施形態の形状に限られず、直線状にする等適宜変更可能である。なお、冷却水溝41は、燃焼室凹部21に近接した位置に配置されることが好ましい。また、冷却水溝41は、燃焼室凹部21の排気集合通路24に対応する側だけでなく、吸気通路23に対応する側に設けてもよい。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, the
10…エンジン(内燃機関)、11…シリンダ、12…シリンダブロック、13…ブロック側接合面、14…ヘッド側接合面、15…シリンダヘッド、17…シリンダ列、18…ブロック冷却水通路、21…燃焼室凹部、23…吸気通路、24…排気集合通路、33…ヘッド冷却水通路、34…主冷却水通路、35…上排気側冷却水通路、36…下排気側冷却水通路、37…排気側連結通路、38…吸気側冷却水通路、39…吸気側連結通路、41…冷却水溝、43…第1冷却水流入通路、45…バイパス通路、47…第2冷却水流入通路(第1連結通路)、48…エア抜き通路(第2連結通路)、51…冷却水流出通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine (internal combustion engine), 11 ... Cylinder, 12 ... Cylinder block, 13 ... Block side joint surface, 14 ... Head side joint surface, 15 ... Cylinder head, 17 ... Cylinder row | line | column, 18 ... Block cooling water path, 21 ... Combustion chamber recess, 23 ... intake passage, 24 ... exhaust collecting passage, 33 ... head cooling water passage, 34 ... main cooling water passage, 35 ... upper exhaust side cooling water passage, 36 ... lower exhaust side cooling water passage, 37 ... exhaust
Claims (2)
前記ブロック側接合面に接合するヘッド側接合面と、前記ヘッド側接合面の前記複数のシリンダに対向する部分に設けられた複数の燃焼室凹部と、前記複数の燃焼室凹部のそれぞれに一端が開口するとともに前記ヘッド側接合面と略平行に延び、他端が集合した排気集合通路と、前記燃焼室凹部および前記排気集合通路に近接して設けられたヘッド冷却水通路とを備えたシリンダヘッドとを有する内燃機関であって、
前記ヘッド冷却水通路は、前記複数の燃焼室凹部の上方近傍を前記シリンダ列方向に延在する主冷却水通路と、前記シリンダヘッドの長手方向に延在し、前記排気集合通路を上下から互いに挟み合うように配置された上排気側冷却水通路および下排気側冷却水通路と、前記主冷却水通路と前記上排気側冷却水通路および前記下排気側冷却水通路とを連通する排気側連結通路とを有し、
前記ヘッド側接合面の前記排気集合通路に対応する部分であって、前記ブロック冷却水通路と対向する部分には、前記ブロック冷却水通路の端部に沿って連続し、前記ブロック冷却水通路の上端を封止する上壁として機能し、前記シリンダの配列方向に延在する有端状の冷却水溝が設けられ、
前記冷却水溝の前記シリンダの配列方向における一端部であって、前記ブロック冷却水通路の冷却水の流れ方向における下流側に対応する部分には、前記ヘッド冷却水通路と連通する第1連結通路が設けられていることを特徴とする内燃機関。 A cylinder row comprised of a plurality of cylinders arranged in parallel along one direction, the disposed substantially annular so as to surround the sides of the cylinder banks, block cooling for circulating cooling water along the arrangement direction of the cylinder bank A cylinder block including a water passage, and a plurality of cylinders and a block side joint surface in which an end of the block cooling water passage is opened;
One end of each of the head side joint surface joined to the block side joint surface, the plurality of combustion chamber concave portions provided in the portion of the head side joint surface facing the plurality of cylinders, and the plurality of combustion chamber concave portions A cylinder head comprising an exhaust collecting passage that is open and extends substantially parallel to the head-side joining surface, and the other end of which gathers, and a head cooling water passage that is provided close to the combustion chamber recess and the exhaust collecting passage An internal combustion engine having
The head cooling water passage includes a main cooling water passage extending in the cylinder row direction in the vicinity of the upper portion of the plurality of combustion chamber recesses, and a longitudinal direction of the cylinder head. An exhaust-side connection that communicates the upper exhaust-side cooling water passage and the lower exhaust-side cooling water passage, and the main cooling water passage, the upper exhaust-side cooling water passage, and the lower exhaust-side cooling water passage that are disposed so as to be sandwiched A passage,
A portion of the head side joint surface corresponding to the exhaust collecting passage, the portion facing the block cooling water passage is continuous along the end of the block cooling water passage, and the block cooling water passage It functions as an upper wall that seals the upper end, and is provided with an end-like cooling water groove extending in the arrangement direction of the cylinders,
A one end in the arrangement direction of the cylinder of the cooling water groove, wherein a portion corresponding to the downstream side in the flow direction of the cooling water of the block coolant passage, a first connecting passage communicating with the head coolant passage An internal combustion engine characterized in that is provided.
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