JP5989951B2 - 排水孔を有する調量弁用冷却装置 - Google Patents

Description

特許文献１は、排ガスを後処理する装置に関する。この方法によれば、触媒に供給される排ガスに還元剤が添加される。この添加は電気制御された調量弁を介して行なわれ、この調量弁は共通のハウジング内で制御弁と組み合わされている。制御弁は、供給された圧縮空気を制御しながら導入するために使用され、圧縮空気中では前記調量弁を介して送られた量の還元剤が処理され、断続的に排ガスに添加される。これにより、調量弁および制御弁における尿素堆積と凝着が回避でき、添加した還元剤を最適に処理することができる。

特許文献２は、ＮＯ_ｘ排出量を削減するために尿素水溶液を排気システムに導入する排ガス後処理用インジェクタに関する。このとき、インジェクタの噴射終点は内側ハウジングと外側ハウジングに囲まれている。内側ハウジングと外側ハウジングの間に生じる隙間は断熱層として使用される。外側ハウジングは、ノズル形に形成されており、フランジによってインジェクタを排気管内へ取り付け可能にしている。

特許文献３は、加圧された流体をシリンダ室に導入するための内燃機関用インジェクタ装置に関する。このとき、インジェクタは第１の弁と第２の弁を含んでいる。第１の弁が燃料噴射に使用されている間、第２の弁は、例えば水や尿素水溶液のような助剤を導入するために使用される。１つの弁部材によって第２の弁は操作される。この弁部材は、油圧管を介して油圧により制御される。この弁部材に１つの排水管があり、この排水管によって過剰な作動液を排出し、容器に供給することができる。

特許文献４は、液体冷却装置を有する調量モジュールに関する。ここでは、特に内燃機関の排気経路に還元剤を供給するための、調量モジュール冷却装置が開示されている。この調量モジュールには、冷却液が貫流する冷却方向が割り当てられている。この調量モジュールの外周面は、冷却液が貫流する冷却体により包囲されている。

独国特許出願公開第４４３６３９７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０３１３５５３号明細書 米国特許第５６４７３１６号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０４７３７５号明細書

現在使用されている公知の冷却方法の欠点は、上部領域、特に調量モジュールの噴射弁の電気的接触領域で、冷却効果が不足していることである。これにより、１６０℃を上回る周囲温度レベルで調量モジュールを使用する可能性がなくなる。電気コネクタや噴射弁のコイルは１６０℃を上回る温度レベルでは破損することがある。

本発明では、特に、例えば還元剤のような燃料／助剤を内燃機関の排気経路に供給するための調量モジュールを、調量モジュール全部の冷却を可能にする収容部で包囲することが提案されている。少なくとも１つの排水用開口部を配置することによって、確実に、完全な収容部として前記調量モジュールを囲む１つまたは複数の部分から構成された冷却体の一部分で堆積する液体残留物による油溜りの形成が最小限に抑えられ、理想的な場合は完全に回避されている。

好適な方法では、ある部分に、例えば鉢形インサートの環状に形成された鍔部に、例えば９０°の間隔あるいは１２０°の間隔で排水用開口部が形成されていてもよい。特に、複数の部分から構成された冷却体の鉢形インサートの環状面で樋形凹部が半径方向に延びている場合は、確実に、樋形凹部の半径方向の勾配により、液体の排出を内側から外側へ促すことができる。

排水用開口部を９０°の間隔または１２０°の間隔で設けるという本発明で提案した方法により、１つまたは複数の部分から構成された冷却体において、その内部で油溜りが形成されるのを回避することができる。油溜りの形成は、一方では腐食現象をもたらし、他方では、冷却体の腐食現象に加え、電気により操作される調量モジュール部品で、特にプラグコンタクトの領域で、電気的短絡をも発生させるかもしれないので、全ての運転モードで、特に浅瀬での運転のような場合には、調量モジュールの機能性を保証することができない。

本発明で提案された方法によれば、混入した水や、１つまたは複数の部分から構成された冷却体の内部からの凝縮水である液体の排出が保証されている。

複数の部分から構成された冷却体の形をした完全な収容部により囲まれている調量モジュールの斜視平面図である。 図１に示した調量モジュールの断面図である。 中央胴部を外した場合の調量モジュールの斜視平面図である。 環状に形成された鍔部に勾配を持って半径方向内側から半径方向外側へ延びる樋形凹部の図である。 ９０°の間隔で配置された樋形凹部を有する調量モジュールの斜視図である。 調量モジュールの下部領域を貫く冷却液流の図である。

図面に基づいて、本発明を以下に詳細に記載する。

図１は、収容部に囲まれている調量モジュールの斜視図を示し、この収容部は複数の部分から形成されている。

図１は、調量モジュール１０が収容部１２を含むことを示している。調量モジュール１０の内部に存在する図１に図示されていない電気接点は、プラグカバー１４により囲われており、水しぶきに対して外側へシールされている。さらに収容部１２は上側胴部１８を含み、この上側胴部１８には、曲折して形成された還元剤流入部１６がある。上側胴部１８の下には中央胴部２０があり、さらにその下に調量モジュール１２の収容部１２の回転可能なフランジ２２が配置されている。

さらに図１に記載の図面から明らかなように、回転可能なフランジ２２内に内側部材２８が挿入されている。中央胴部２０の外周面もしくは回転可能なフランジ２２の外周面から横へ冷却液流入部２４ならびに冷却液流出部２６が出ている。例えば内燃機関を循環する冷却液は、冷却液流入部２４を介して収容部１２の回転可能なフランジ２２内に流れ込み、中央胴部２０の外周面から横へ出ている冷却液流出部２６を通って再び流れ出る。この冷却液は調量モジュール１２からの熱を排出し、温度レベルに応じて調量モジュール１０の冷却およびその機能性の維持が約１２０℃またはそれ以上の温度レベルで確実に行なえるように保証している。

図１に記載の図面から、樋形凹部の形の排水用開口部３０が、回転可能なフランジ２２に環状に形成された鍔部６０に沿って形成されていてもよいことがわかる。図３に記載の詳細な図面を参照されたい。

図２は、収容部が複数の部分から構成されている図１の図面に記載の調量モジュールの断面図を示す。

図２に記載の断面図からは、収容部１２が、曲折して形成された還元剤流入部１６を有する上側胴部１８を含んでいることが明らかである。上側胴部１８は、中央胴部２０の上にあり、これを例えば蓋状に覆っている。中央胴部２０は、外周面３４、つまり調量モジュール１０の冷却される面を包囲している。中央胴部２０の下には前記回転可能なフランジ２２があり、これが内側部材２８を収容しており、この内側部材２８が調量弁３２の端部を包囲しており、これを介して調量モジュール１０の運転中に燃料／助剤、特に還元剤が、内燃機関の排気経路に導入される。

図２に記載の断面図から、還元剤流入部１６が上側胴部１８を貫いて延びており、上側端面で調量弁３２へ移行しているのがわかる。上側胴部１８は、シールリング３６により調量弁３２に対してシールされている。ここで詳しくは図示していない調量弁３２の内部を通って、燃料／助剤、特に還元剤が、調量弁３２の「熱い」部分に流入するが、この中には噴射弁が収容されており、この噴射弁を介して燃料／助剤がここで詳しくは図示していない内燃機関の排気経路に噴射される。

図１および図２に記載の図面では、還元剤流入部１６が曲折して形成され、冷却液流入部２４ならびに冷却液流出部２６に対して１つの平面上で配向しているが、取り付け状況に応じて、還元剤流入部１６を上側胴部１８の任意の３６０°を含む位置の水平面に配置することが可能である。これは、使用可能な取り付け空間、接続ホースや接続配管の長さならびに他の取り付けパラメータ次第である。

調量弁３２は、図２の断面図によれば、冷却面３４により包囲されている。上側胴部１８の下に配置された中央胴部２０は、一方で冷却液を収容する空隙部４４を含み、他方で、冷却液とは接触しない、つまり本発明の意味では乾燥していると表わすことができる空隙部４２を含む。

空隙部４２内には、電気プラグコンタクト４６があり、すでに図１との関連で述べたプラグカバー１４により、水しぶきならびに汚れから保護されている。

図２には、調量モジュール１０の冷却面３４に対して内側に分離リング３８が拡がっていることが示されている。調量モジュール１０の冷却面３４の外側と、中央胴部２０の内側とによって、冷却液を収容する空隙部４４が区画されている。これは調量弁３２の周りに周方向に拡がっている。この空隙部４４の一部は、冷却液と接触していない半径方向内側空隙部４２から仕切板４０によって分離された空隙部分でもある。

回転可能なフランジ２２は、すでに述べた冷却液流入部２４を含み、この冷却液流入部２４は回転可能なフランジ２２の外周面から始まって半径方向で横に延びている。冷却液流入部２４を介して冷却液が内側部材２８に流入し、その空隙部５６に達する。流入する冷却液はそこから、転送口６４を介して中央胴部２０の空隙部４４まで流れ込む。冷却液が、前記少なくとも１つの転送口６４を介して内側部材２８の空隙部５６から中央胴部２０によって形成された空隙部４４に流れ込むと同時に、調量弁３２のこの領域は、冷却面３４もしくは仕切板４０が冷却液で湿潤されることにより冷却される。中央胴部２０の内部にある空隙部４４から、そこで温められてさらに高い温度を有する冷却液が、少なくとも１つの冷却液流出部２６を介して、例えば再び内燃機関の冷却液循環路に戻るか、あるいは別の冷却液循環路に流れ込む。

図２に記載の断面図から明らかなのは、冷却面３４間もしくは仕切板４０との間の内部空間４２の下側領域における油溜りの形成は、この内部空間の下端部が、環状に形成された鍔部６０に樋形凹部として型押しされた少なくとも１つの排水用開口部３０または別に製造された少なくとも１つの排水用開口部３０に開口していることにより、回避されるということである。理想的には、内部空間４２から液体が流出できるように、排水用開口部３０として機能するこの少なくとも１つの樋形凹部が半径方向内側から半径方向外側に向かって勾配を有する。

図２の右側部分に、鉢形インサート５０の環状に形成された鍔部６０に樋形凹部として形成された別の排水用開口部３０が図示されていないのは、これが図２による切断面には存在していないからである。

さらに、図２に記載の図面から、調量弁３２の、弁先端部７６方向にテーパが付いた下側領域が、鉢形インサート５０内の支持リング６８により支持もしくはセンタリングされていることが明らかである。極めて高温の熱負荷にさらされる弁先端部７６は、鉢形インサート５０内に形成されている第１の開口部７２を通って、内側部材２８の底面にある別の第２の開口部７４まで延びている。調量モジュール１０に対して最も外側にある第２の開口部７４の傍らを、図２では図示していない内燃機関の排気経路中の排ガス流が通り過ぎるので、弁先端部７６は排ガス流の温度に直接曝されてはいない。排ガス流の温度は、内燃機関の運転温度に応じて、典型的には２００℃と７５０℃の間の温度範囲にある。

図２に記載の図面から、鉢形インサート５０が環状に形成された１つの鍔部６０を含んでおり、この中に、排水用開口部３０を形成する個々の樋形凹部が通っているのがわかる。図２からさらに、内側にある鉢形インサート５０と内側部材２８の内壁との間に偏向板が配置されていてもよいことがわかる。

図２の左側の冷却液流入部２４の上にある位置３０には、半径方向に延びる樋形凹部が表わされており、これが排水用開口部３０を形成し、環状に形成された鍔部６０内に配置されている。

最後に、図２から、上側胴部１８と中央胴部２０を含む収容部１２の回転可能なフランジ２２が締め付けリング４８を有しており、これにより、収容部１２である複数の部分から構成された冷却体１８、２０、２２が、ここでは詳細に図示されていない内燃機関の排気経路に取り付けられることがわかる。

冷却液が冷却液流入部２４を介して最初に回転可能なフランジ２２に流入するという状況により、調量モジュール１０の運転中に最高の運転温度が生じる調量モジュール１０の調量弁３２端部、つまり調量弁３２の弁先端部７６の領域で著しい冷却効果を得ることができるが、しかし、上部領域、つまり電気プラグコンタクト４６の領域で調量モジュール１０の冷却がおろそかになることはない。本発明で提案した方法によれば、調量モジュール１０の全ての感温性領域の冷却が可能である。

図３は、複数の部分から構成された冷却体の鉢形インサートに形成された環状に形成された鍔部の斜視平面図を示す。

より分かり易く表示するために、図３に記載の斜視図では、収容部１２の中央胴部２０ならびに調量モジュール１０の冷却面３４は図示していない。この理由により、図３では調量弁３２に形成された六面体６２を見ることができる。調量弁３２は、図３に図示されているように環状に形成された鍔部６０によって包囲されており、鍔部６０には例えば１２０°の間隔（位置５８参照）で排水用開口部３０である個々の樋形凹部が形成されている。図３に記載の排水用開口部３０の実施例では、この排水用開口部３０は環状に形成された鍔部６０内に１２０°の間隔５８で形成されているが、９０°の間隔（図５に記載の位置６６参照）や、別の間隔で形成してもよい。排水用開口部３０である樋形凹部は、図４に例示されているように、鉢形インサート５０の鍔形に形成された面６０内に半径方向内側から半径方向外側へ勾配を持って延びていてもよい。

調量モジュール１０の断面図を表わしている図２に戻ると、中央胴部２０の下に、例えば１２０°の間隔５８で配置された樋形凹部６４が鍔形に形成された面６０内に延びているので、液体が、中央胴部２０から油溜りの形成を回避しながら、内側から外側へ半径方向に流れ出ることができる。したがって、確実に、分離リング３８、冷却面３４の内側ならびに調量弁３２の外側により形成された内部空間４３から、場合により存在する液体が重力の作用により下側に向かい、環状に形成された鍔部６０に形成された排水用開口部３０、例えば型押しされた樋形凹部として形成された排水用開口部３０に流れ出ることができるので、腐食の発生が効果的に抑えられる。

図３に記載の斜視平面図からは、鍔形に形成された面６０は鉢形インサート５０の上端部にあり、この実施例においては回転可能なフランジ２２の外周面を面一に取り囲んでいることがわかる。回転可能なフランジ２２の外周面には冷却液流入部２４がある。さらに上側胴部１８と還元剤流入部１６の部分と、同様に、上側胴部１８の冷却液流出部２６に対向する側に電気プラグコンタクト３６を見ることができる。さらに、図３では、図２で部分的にしか図示しなかった分離リング３８が見られ、これにより調量弁３２と冷却面３４の内側との間の内部空間４２の上側が区画される。

図４からは、樋形凹部として形成された排水用開口部の実施例が認められる。

図４の図面から、鉢形インサート５０の環状に形成された鍔部６０の上側平面に、１２０°の間隔５８で配置された排水用開口部３０が延びていることが明らかである。これらの排水用開口部は、環状に形成された鍔部６０の平面内に、例えば型押しされているか、あるいは切削による方法で製造されている。図４に記載の斜視図からわかるように、この好適な実施例では、樋形凹部として形成された排水用開口部３０は内側から外側に勾配を有している。この排水用開口部３０が半径方向内側から半径方向外側に向かって有している傾斜によって、確実に、内部空間４２から流れ出る液体が重力に基づいて外側に滴り落ち、調量モジュール１０内部での油溜りの形成が回避されている。図４に記載の図面からは、図１および図２に従って環状に形成された鍔部６０の下に回転可能なフランジ２２が配置されており、そこから、図４で部分的に示されている冷却液流入部２４が半径方向で横に延びているのが明らかである。

図４から、樋形凹部として形成されている排水用開口部３０の形状が漏斗状の外観を有し、半径方向で見ると内側から外側へ連続的に拡大していることが明らかである。環状に形成されている鍔部６０内に樋形凹部として形成されている排水用開口部３０の傾斜角は、製造技術の点で最適化することができる。樋形凹部として形成されている排水用開口部３０を、環状に形成されている鍔部６０内に機械加工技術により例えば型押しするか、あるいは排水用開口部３０を切削により製造することも可能である。これは、製造技術上の状況次第である。

図５は、本発明によって提案された調量モジュールの別の実施例を示す。

より分かり易く表示するために、図５に記載の図面では、図３に記載の図面と同様に、中央胴部２０を省いているので、環状に形成された鍔部６０の平面がさらに見易くなっている。

図５から、この実施例では、環状に形成された鍔部６０に９０°の間隔６６で４つの排水用開口部３０が延びているのが明らかである。個々の排水用開口部３０は、この場合でも、環状に形成された鍔部６０内に型押しされた樋形凹部として形成されている。９０°の間隔６６で配置された排水用開口部３０の図の変形として、これらが、液体の排出を容易にするために、半径方向で内側から外側に延びる勾配を有していてもよい。図５では、環状に形成された鍔部６０の個々の排水用開口部が相対的に互いに配向している９０°の間隔６６を、符号６６によって識別しやすく表示している。環状に形成された鍔部６０の下には、回転可能なフランジ２２の外周面が認められ、そこには半径方向に少なくとも１つの冷却液流入部２４が形成されている。回転可能なフランジ２２の下には、調量モジュール１０の下端部にある内側部材２８が認められる。

さらに、図５には、この実施例では、還元剤流入部１６と、回転可能なフランジ２２にある少なくとも１つの冷却液流入部２４が、垂直方向に延びる想像上の平面で上下に重なっていることが示されている。ここでは、他の形状も当然可能であるが、これは、車両のエンジン室内あるいは車両のフロア構造体内の内燃機関の排気経路の近くに取り付けられている調量モジュール１０のその都度の取り付け状況次第である。

符号６２は、調量弁３２に形成された六面体を表わし、位置４６は調量弁３２から横へ分岐している電気プラグコンタクトを表わす。プラグコンタクト４６の上には、プラグカバー１４がある。曲折した分岐として横方向に形成された還元剤流入部１６は、上側胴部１８に射出成形されており、上側胴部１８は通常、プラスチック射出成形部材として製造された部材である。

図６から、収容部に囲まれた調量モジュールの個々の領域を通る冷却液流の経路がわかる。図６に示すように、調量モジュールもしくはその中に配置された調量弁３２は収容部１２に囲まれているので、調量モジュール１０の全ての感温性領域を効果的に冷却することができる。

図６の図面から、冷却液流７０が、回転可能なフランジ２２の横に形成された少なくとも１つの冷却液流入部２４を通って内側部材２８の空隙部５６に流れ込むことが明らかである。内側部材２８の空隙部５６は、一方ではまさにその内側部材２８により、他方では鉢形インサート５０の外周面により区画されており、鉢形インサート５０の上端部にはすでに何度も述べている環状に形成された鍔部６０がある。前記少なくとも１つの冷却液流入部２４を通って冷却液が冷却液流７０として空隙部５６に流れ込む。それにより、高温の熱負荷にさらされる調量弁３２の弁先端部７６を最適に冷却することができる。なぜならば、前記少なくとも１つの冷却液流入部２４において冷却液は、相対的に最も低い温度に修復しながら調量モジュール１０内に入って来るからである。空隙部５６を満たした後、冷却液は前記少なくとも１つの転送口６４を介して調量モジュール１０の上部領域に流れ込む。冷却液は空隙部４４に流れ込むので、電気プラグコンタクト４６の領域で仕切板４０を効果的に冷却し、他方、内部空間４２を部分的に区画している冷却面３４も同様に冷却することができる。空隙部４４から、温められた冷却液が前記少なくとも１つの冷却液流出部２６を介して冷却液循環路に戻るが、これは内燃機関の冷却液循環路であっても、あるいは別個の冷却液循環路であってもよい。

図６に記載の斜視断面図から、液体が、調量弁３２の外側面と冷却面３４の内側面との間の内部空間４２から、環状に形成された鍔部６０に形成された排水用開口部３０を介して排出方向７８に、記載された矢印に従って排出されるのがわかる。重力の作用によって、この液体または内部空間４２からの液体は垂直方向で下に向かって運ばれ、支持リング６８の上側で半径方向の外側に向かって横に、環状に形成された鍔部６０の平面内に形成された相応する数の排水用開口部３０を介して半径方向外側に達する。それにより、調量モジュール１０内部での油溜りの形成を回避することができ、特に腐食の発生が効果的に抑えられる。

調量モジュール１０の下側領域には、テーパを付けて形成された調量弁３２の弁先端部７６が鉢形インサート５０に形成された第１の開口部７２から突出しているのが認められる。さらに、内側部材２８には第２の開口部７４が形成されており、それに沿って、図６には図示されていない排ガス流が流れる。したがって、弁先端部７６は、内燃機関の運転温度に応じて２００℃と７５０℃の間の範囲の温度を有しているかもしれない排ガス流には直接曝されていない。

図６に示すように、弁先端部７６はむしろ内側に配置されており、内燃機関の排ガス流内に直接突出してはいない。

１０ 調量モジュール
１２ 収容部
１４ プラグカバー
１６ 還元剤流入部
１８ 上側胴部
２０ 中央胴部
２２ フランジ
２４ 冷却液流入部
２６ 冷却液流出部
２８ 内側部材
３０ 排水用開口部
３２ 調量弁
３４ 冷却面
３６ シールリング
３８ 分離リング
４０ 仕切板
４２ 内部空間
４４ 空隙部
４６ プラグコンタクト
４８ 締め付けリング
５０ 鉢形インサート
５６ 空隙部
５８ １２０°の間隔
６０ 鍔部
６２ 六面体
６４ 転送口
６６ ９０°の間隔
６８ 支持リング
７０ 冷却液流
７２ 第１の開口部
７４ 第２の開口部
７６ 弁先端部
７８ 排出

Claims (14)

1. 燃料／助剤を内燃機関の排気経路に供給するための調量モジュール（１０）を冷却する装置であって、前記調量モジュール（１０）には、冷却液が貫流する冷却装置が付設されており、前記調量モジュール（１０）の少なくとも１つの面（３４）が、冷却液が貫流する冷却体（１８、２０、２２）によって包囲されている形式のものにおいて、
   前記冷却体（１８、２０、２２）が複数の部分から構成されており、液体を排出（７８）するための排水用開口部（３０）が設けられ、
   前記液体は、前記少なくとも１つの面（３４）の内側に形成された内部空間（４２）内の、凝縮水または外部から混入した水であり、重力に基づいて前記排水用開口部（３０）から排出されることを特徴とする、調量モジュール（１０）を冷却する装置
2. 前記燃料／助剤は還元剤であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記排水用開口部（３０）が、前記調量モジュール（１０）の周囲に１２０°の間隔（５８）あるいは９０°の間隔（６６）で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記排水用開口部（３０）が、環状に形成された鍔部（６０）内に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 環状に形成された前記鍔部（６０）が、複数の部分からなる前記冷却体（１８、２０、２２）の部分である中央胴部（２０）の下にあることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記排水用開口部（３０）が、樋形凹部として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 樋形凹部として形成された前記排水用開口部（３０）が、環状に形成された前記鍔部（６０）内に型押しされていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 排水用開口部（３０）である前記樋形凹部が、環状に形成された前記鍔部（６０）内に切削により形成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 環状に形成された前記鍔部（６０）内の前記排水用開口部（３０）が、内側から外側へ半径方向の勾配を有していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 冷却面（３４）と前記調量弁（３２）とによって区画された内部空間（４２）が、環状に形成された前記鍔部（６０）内に延びる前記排水用開口部（３０）の上に開いていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記冷却面（３４）と前記調量弁（３２）との間の前記内部空間（４２）からの液体の排出（７８）が、前記排水用開口部（３０）を介して半径方向外側に向かって行なわれることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 内側部材（２８）と鉢形インサート（５０）とによって区画されている空隙部（５６）が、少なくとも１つの転送口（６４）を介して前記中央胴部（２０）の空隙部（４４）と流体結合していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記中央胴部（２０）の前記空隙部（４４）に流入する冷却液が、冷却面（３４）と、電気プラグコンタクト（４６）に隣接する仕切板（４０）とを冷却することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記液体、特に前記内部空間（４２）からの凝縮水を排出（７８）することにより腐食を回避することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。

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