JP6823481B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は、排気ターボ過給機を備えた内燃機関に関するものである。

排気ガスで駆動される排気ターボ過給機には、タービン室を迂回して排気出口に向かう逃がし通路が形成されており、逃がし通路に流れる排気ガスの量をウエストゲートバルブで調節することにより、過給機の出力（過給圧）が調節されている。

ウエストゲートバルブはアクチュエータで駆動されるが、このアクチュエータとして、吸気圧で制御されるダイヤフラム式のものを使用することが広く行われている。アクチュエータの制御手段として、過給機のコンプレッサを跨ぐ状態で吸気通路にバイパス通路を設けて、このバイパス通路にダイヤフラム式アクチュエータと電磁弁とを設け、ＥＣＵで電磁弁をＯＮ・ＯＦＦしてアクチュエータに作用する吸気圧を変動させることにより、ウエストゲートバルブの開度を調節する方式がある。

この改良例として、本願出願人は、特許文献１のものを開示した。すなわち、特許文献１では、バイパス通路は、電磁弁を挟んだバイパス通路第１部分とバイパス通路第２部分とに区分されており、バイパス通路第２部分から分岐した枝通路にダイヤフラム式のアクチュエータを接続し、更に、バイパス通路第２部分と枝通路との接続部に、大きな容積のチャンバーを設けている。

特許文献１では、電磁弁のＯＮ・ＯＦＦに伴う圧力変動がチャンバー部で吸収（緩和）されるため、アクチュエータやウエストゲートバルブの振動・踊り現象を防止して、騒音（チャタリング音）を防止又は著しく抑制できると共に、振動の抑制によって電磁弁やアクチュエータ、ウエストゲートバルブの耐久性向上にも貢献できる。

また、吸気に含まれているオイルミストをチャンバーの内面に補集できるため、オイルミストが電磁弁の弁体や弁座に付着して電磁弁に作動遅れや作動不良が発生することも防止又は著しく抑制できる。従って、ウエストゲートバルブの制御の信頼性（換言すると、過給圧制御の信頼性）を向上できる。

特開２０１５−１４３４８５号公報

特許文献１は、上記のとおり優れた効果を発揮するが、本願発明者が検討したところ、改良の余地が見られた。例えば、チャンバーは容積が拡大しているので、バイパス通路を構成するパイプとは別体に構成して、パイプとチャンバーとを固定することが普通になるが、この場合、チャンバーを全体として別部材として製造することになるため、コストが嵩んだりスペースが増大したりするおそれがあった。さりとて、チャンバーを小型化すると、脈動消去機能を十分に発揮できなくなる。

また、過給空気は温度が高いため、これに含まれているオイルミストも温度が高くなっているが、オイルの温度が高くなると粘度が低くなるため、チャンバーの内面でのオイルミストの補集性が悪くなるおそれもあった。

本願発明は、このような現状を改善すべくなされたものである。

本願発明は様々な構成を含んでおり、その例を各請求項で特定している。このうち請求項１の発明は、
「排気ガスの流量がウエストゲートバルブで調節される排気ターボ過給機と、前記ウエストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御装置とを備えており、前記バルブ制御装置は、前記ウエストゲートバルブを駆動するアクチュエータと、前記排気ターボ過給機のコンプレッサを跨ぐように吸気通路に設けたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けた電磁弁とを備えており、前記バイパス通路には、その断面積を拡大したチャンバーを設けている」
という基本構成であり、この基本構成において、
「前記チャンバーは、吸気系部材の外面に蓋体を取り付けることによって形成されていると共に、前記チャンバーには、当該チャンバーの断面積を部分的に小さくした絞り部が、前記蓋体に吸気系部材の側に凹んだ谷部を設けることによって形成されており、前記谷部に吸気流入口又は吸気流出口を設けている」
という構成が付加されている。

請求項２の発明では、請求項１において、前記チャンバーは、前記排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に位置した吸気系部材に設けている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記チャンバーへの吸気流入口は、前記吸気系部材の外面に対して傾斜した姿勢に設けられている。

請求項１〜３のうちのいずれかの展開例として、請求項４では、前記蓋体における谷部の底面から、ホースが外側からはめ込まれる前記吸気流入口又は吸気流出口が立ち上がっており、前記蓋体における谷部の底面に、当該谷部を横切る姿勢のリブが、吸気流入口又は吸気流出口と繋がるように形成されている。

請求項５の発明は、請求項１と同じ基本構成において、
「前記吸気通路には、本体ケースとこれに被さったキャップとを有するエアクリーナが配置されており、前記本体ケースの一側面に、当該本体ケースを内燃機関又は車両に取り付けるためのブラケットが横向きに突設されている一方、
前記チャンバーは、前記エアクリーナにおける本体ケースの一側面に蓋体を固定することによって形成されており、前記蓋体に、筒状の吸気流入口及び吸気流出口が前記本体ケースの一側面から横向きに突設されており、前記吸気流入口と吸気流出口とは、前記ブラケットを下向きにしてエアクリーナを平坦面に置いたときに、前記平坦面に当たらない突出寸法に設定されている」
という構成が付加されている。

請求項１の発明では、チャンバーの一部に吸気系部材を利用するものであるため、それだけ構造を簡単化できると共に、重量増大も防止できる（或いは軽量化が可能になる。）。また、吸気通路には幾つかの吸気系部材が互いに離れて配置されているため、チャンバーの配置位置について選択枝が広がっており、従って、設計の自由性も高くなる。

また、吸気系部材には排気ターボ過給機の熱が伝わることはないため、温度は排気ターボ過給機のコンプレッサよりも低いのが普通であり、このため、チャンバーに至った吸気はチャンバーの内部に入って温度が低下して、吸気に含まれていたオイルミストも温度が低下して粘度が高くなり、その結果、チャンバーの内面への付着性も高くなる。従って、オイルミストの補集性向上にも貢献できる。

更に、エアクリーナやホース等の吸気系部材は、樹脂やゴムなどで製造されていることが多いため、振動溶着によって取り付けることも容易であるため、高いシール性を確保しつつ品質も安定化させることも容易である。

排気ターボ過給機よりも上流側の吸気系部材は、過給空気よりも温度が低いため、チャンバーで吸気を冷やすことを確実化できる。従って、オイルミストの温度を低下させて粘度を高めることができる。その結果、オイルミストの補集性向上を確実化できる。

請求項３の構成を採用すると、吸気流入口からチャンバーに入った空気は、チャンバーを構成する吸気系部材の外面に強く衝突せずに、衝撃が吸収される。このため、チャンバーの内部に吸気の振動（脈動）が発生することを防止して、アクチュエータが振動してウエストゲートバルブにチャタリングが発生することを、より的確に抑制できる。

吸気脈動の周期・周波数は内燃機関のタイプによって変化するが、請求項１において、蓋体における谷部の位置を変えることにより、異なる周期・周波数の脈動を消去することができる。従って、内燃機関の各機種に対応して、谷部の位置が異なる蓋体を用意しておくことにより、吸気系部材は変更することなく、脈動をしっかりと消去できるチャンバーを提供できる。

従って、請求項１では、多機種の内燃機関を用意しておくにおいて、コストを抑制できる。また、吸気は絞り部を挟んだ片側に入るため、チャンバーの内部空間が拡張室として機能して、騒音を防止又は抑制することもできる。すなわち、チャンバーにレゾネータ機能を持たせることもできる。

請求項４では、谷部に設けた吸気流入口又は吸気流出口がリブによって補強されるため、吸気流入口又は吸気流出口の強度を向上できる。従って、ホースを嵌め込むときに吸気流入口又は吸気流出口が折れたり変形したりするようなことはない。また、ホースの先端がリブに当たることにより、ホースを深く差し込み過ぎてホースの先端が広がるようなこともなく、ホースを適正な状態に嵌め込むことができる。

請求項５の発明では、エアクリーナを車両に組み付ける前の状態（例えば、エアクリーナとして組み立ててから台やテーブルに載置している状態や、車両の組み立てランイでエアクリーナを準備して台やテーブルに載置している状態）において、吸気流入口や吸気流出口が台やテーブルに当たって損傷することを防止できる。また、ホースの取付け前に、ゴミが付着することも防止できる。

（Ａ）は実施形態のブロック図、（Ｂ）は電磁弁の箇所の断面図である。 エアクリーナの実際の配置例を示す平面図である。 エアクリーナの斜視図である。 エアクリーナの側面図である。 エアクリーナの一部破断部分平面図である。 エアクリーナの一部破断正面図である。 図５の VII-VII視断面図である。

(1).全体の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態は、車両用内燃機関に適用している。まず、図１に基づいて概要を説明する。図１では、機関本体は省略しており、吸気通路１と排気通路２とを表示している。吸気通路１の始端には、エアクリーナ３が接続されている。

吸気通路１の中途部に、排気ターボ過給機４のコンプレッサ室５が介挿されている。従って、吸気通路１は、排気ターボ過給機４の上流側に位置した吸気通路第１部分１ａと、排気ターボ過給機４の下流側に位置した吸気通路第２部分１ｂとに分かれている。図示は省略するが、吸気通路第２部分１ｂの終端には、スロットルバルブを備えたサージタンクが接続されていて、サージタンクが吸気マニホールドに接続されている。

排気ターボ過給機４は、排気ガスが通るタービン室６と、タービン室６を迂回して出口７に向かう逃がし通路８とを備えており、タービン室６に配置したタービンとコンプレッサ室５に配置したコンプレッサ翼１０とが、回転軸１１で接続されている。排気ターボ過給機４には、逃がし通路８への開度を調節するウエストゲートバルブ１２を設けている。図面ではウエストゲートバルブ１２は回動式に表示しているが、実際にはスイング式が多い。

ウエストゲートバルブ１２は、吸気によって作動するダイヤフラム式のアクチュエータ１３で制御される。アクチュエータ１３は、ダイヤフラム室に配置したダイヤフラム膜１４と、ダイヤフラム膜１４に固定されたロッド１５とを有しており、ロッド１５の先端がウエストゲートバルブ１２に連結されている。図示は省略しているが、アクチュエータ１３には、ロッド１５を後退方向に付勢するばねが内蔵されており、ダイヤフラム室の圧力が変化することで、ロッド１５が前進したり後退したりする。

吸気通路１の吸気通路第１部分１ａと吸気通路第２部分１ｂとにはバイパス通路１７が連通しており、バイパス通路１７の中途部に、吸気の流れを継断する電磁弁（ＶＳＶ：バキューム・スイッチング・バルブ）１８を介挿している。従って、バイパス通路１７は、電磁弁１８を挟んで、吸気通路第１部分１ａの側（上流側）に位置したバイパス通路第１部分１９と、電磁弁１８を挟んで吸気通路第２部分１ｂの側（下流側）に位置したバイパス通路第２部分２０とに区分されており、バイパス通路第２部分２０から分岐した枝通路２１の先端に、アクチュエータ１３のダイヤフラム室に接続している。

そして、バイパス通路第２部分２０は、吸気通路第２部分１ｂの側に位置した上流側通路２０ａと、電磁弁１８の側に位置した下流側通路２０ｂとに分離しており、両者の間には、エアクリーナ３に一体的に設けたチャンバー２２が介在している。すなわち、チャンバー２２を挟んだ両側に、上流側通路２０ａと下流側通路２０ｂとが位置しており、アクチュエータ１３に至る枝通路２１は、下流側通路２０ｂに接続されている。

電磁弁１８は、図１（Ｂ）に模式的に示すように、ばね２３で付勢された弁体２４と、弁体２４をばね２３に抗して後退させる電磁石２５とを有しており、非通電状態では弁体２４が弁座２６に当接して吸気の流れは遮断され、通電状態では弁体２４が後退して、バイパス通路第１部分１９とバイパス通路第２部分２０とが連通する。内燃機関は、制御手段の一例としてのエンジンコトロールユニット（ＥＣＵ）を備えており、電磁弁１８もＥＣＵによって制御される。

(2).エアクリーナ
次に、図２以下の図面を参照して、エアクリーナ３を説明する。以下の実施形態では、方向を特定するための前後・左右の文言を使用するが、この方向は、運転者から見た方向として定義している。図２に方向を明示している。

本実施形態は、座席の下方に形成したエンジンルーム３１１に内燃機関３２を配置した例を示している。図２では、内燃機関３２のシリンダヘッド３３とヘッドカバー３４とをごく簡単に表示している。

本願発明の内燃機関３２は３気筒であり、クランク軸線を車両の前後方向に向けた縦置きの姿勢で配置されている。また、シリンダボア軸線は、水平に近い状態まで大きく傾斜している。従って、本実施形態の内燃機関３２はスラント型の内燃機関であり、シリンダヘッド３３は、吸気ポート３５を有する吸気側面３３ａは上向きに向いている。大きくスラントしているため、ヘッドカバー３４は、吸気側の側面３４ａが大きく表示されて、頂面３４ｂは小さく表示されている。

エアクリーナ３は、大まかには内燃機関３２の左側に配置されている。エアクリーナ３は、大まかには角形（四角形）であり、図４に明示するように、上向きに開口した本体ケース３７と、本体ケース３７を上から塞ぐキャップ（蓋）３８と、本体ケース３７とキャップ３８とで挟み保持されたフィルターエレメント３９とを備えている。

本体ケース３７とキャップ３８は樹脂製であり、本体ケース３７の上端縁とキャップ３８の下端縁とには、それぞれ溝状のフランジ４０，４１を形成しており、フランジ４０，４１でフィルターエレメント３９の周縁部を挟んでいる。また、本体ケース３７には、外向きに張り出した３つのブラケット４２，４３，４４を設けており、これらブラケット４２，４３，４４が、内燃機関３２の構成部材や車両のフレーム材（いずれも図示せず）に、直接に又は他のブラケットを介して固定されている。

エアクリーナ３は、平面視で概ね前後方向に長い略長方形になっており、後ろの短辺の箇所である後端部（一端部）に、キャップ３８を上向き回動可能に連結するための嵌合部４５，４６を形成している。すなわち、図４に示すように、本体ケース３７の後端部に、前端の方向に開口した溝形の雌形嵌合部４５を前後一対形成している一方、キャップ３８の一端部には、雌形嵌合部４５に嵌まる前後一対の雄型嵌合部４６を後ろ向きに突設しており、雌形嵌合部４５が雄形嵌合部４６に左右動不能に嵌まっている。雄型嵌合部４６を支点にして、キャップ３８を上向きに開き回動させることができる。

キャップ３８は、左右の長手側面の箇所が、前端寄りの部位（他端部）において、左右２つの金属板製クリップ４７で本体ケース３７に固定されている。クリップ４７によるロックを解除してから、図４に二点鎖線で示すように、キャップ３８を上向きにある程度まで回動させると、フィルターエレメント３９を交換できる。

本体ケース３７の下面には、大気導入口４８が下向きに突設されており、大気導入口４８に大気導入ダクト４９が接続されている。他方、キャップ３８には、吸気吐出口５０と、過給空気を戻すエアバイパス入口５１とが形成されており、吸気吐出口５０にはエアクリーナホース（メイン吸気ホース）５２が接続されて、エアバイパス入口５１にはエアバイパスホース５３が接続されている。エアクリーナホース５２の終端部は、例えば、排気ターボ過給機におけるコンプレッサ室５の入口にバンドで固定されている。

例えば図３のとおり、エアバイパス入口５１は、キャップ３８のうち他方の長手側面の後部に設けた張り出し中空部５７から下向きに突出しており、エアバイパスホース５３は、その下部が手前に向くようにＬ形に曲がっている。エアバイパスホース５３の下流側端部は、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ、図示せず））に接続されている。図２に示すように、エアクリーナホース５２の下流側端部には、ベンチレーションホース５８が接続されている。

(3).チャンバー
本体ケース３７の前面３７ａにチャンバー２２を設けている。また、本体ケース３７の前面３７ａには、第１及び第２のブラケット４２，４３も設けている。チャンバー２２は、蓋体６０を本体ケース３７の前面３７ａに溶着することによって形成されている。従って、蓋体６０も樹脂製である。

チャンバー２２は左右横長の姿勢であり、本体ケース３７に重ねて溶着されるフランジ６１を備えている。また、実施形態では、チャンバー２２は、本体ケース３７の一側面のうち右側に寄せて配置されているが、配置位置は任意に設定できる。

蓋体６０の概ね左右中間部には、本体ケース３７の側に入り込んだ谷部６２を形成している。このため、チャンバー２２の内部は、谷部６２の箇所で断面積が減少した絞り部（或いは、くびれ部）６３になっており、谷部６２の底面に、筒状の吸気流出口６４を突設している。谷部６２の底面のうち吸気流出口６４の左右両側には、当該谷部６２を横切る方向に延びるリブ６２ａを形成している。従って、リブ６２ａは吸気流出口６４にも繋がっている。吸気流出口６４は、谷部６２の上部に形成されており、本体ケース３７の前端面に対しては、略直交した姿勢になっている（本体ケース３７の前端面の垂線方向に延びている。）。

図１で示した下流側通路２０ｂのバイパス通路第２部分２０は、可撓性のホースで構成されており、ホースからなるバイパス通路第２部分２０の一端が、チャンバー２２の吸気流出口６４に嵌め込まれている。この場合、バイパス通路第２部分２０の先端がリブ６２ａに当たることにより、嵌め込み深さが規定される。

下流側通路２０ｂの他端は電磁弁（ＶＳＶ）１８に接続されているが、例えば図３に示すように、本体ケース３７の前面のうちチャンバー２２の左側の部位には、電磁弁１８を取り付けるための取付け座６６を設けている。

チャンバー２２のうち、谷部６２を挟んで左側の端部は少し下方に段落ちしており、この段落ちした部分の左端部に、筒状の吸気流入口６５を突設している。吸気流入口６５はチャンバー２２の下端部に位置しており、かつ、平面視において、先端に行くほど吸気流出口６４から離れるように、外向きに傾斜している。側面視では、概ね水平状の姿勢になっている。吸気流入口６５には、下流側通路２０ｂの上流側通路２０ａが接続される。なお、チャンバー２２は左右逆の形態に形成することも可能である。

(4).まとめ
以上の構成において、チャンバー２２はエアクリーナ３の本体ケース３７によっても形成されているため、それだけ構造を簡単化して、軽量化にも貢献できる。また、エアクリーナ３は排気ターボ過給機４のコンプレッサ室５に比べて温度は遥かに低いため、上流側通路２０ａから送られた吸気の温度を下げて、オイルミストの粘度を高くすることができる。これにより、チャンバー２２の内面へのオイルミストの付着性を向上できる。

実施形態では、チャンバー２２の内部は谷部６２によって上流側空間６７と下流側空間６８とに分かれるが、吸気流入口６５から流入した吸気は、まず、上流側空間６７で本体ケース３７の前面３７ａ（外面）に当たるため、本体ケース３７の前面３７ａに最も多く付着するが、上流側空間６７の下端は谷部６２よりも低くなっていてオイル溜まりとして機能するため、本体ケース３７に付着したオイルミストは上流側空間６７に溜まって、吸気流出口６４から排されることは殆どない。従って、オイルミストが電磁弁１８等に悪影響を与えることを防止できる。

実施形態のように、吸気流出口６４を谷部６２の上部に設けると、オイルミストが吸気流出口６４に入り込むことを抑制できる。また、吸気流入口６５を上流側空間６７に設けて吸気流出口６４を谷部６２に設けると、下流側空間６８は袋状の行き止まり空間になるが、吸気流入口６５から流入した吸気は、絞り部６３でいったん絞られてから行き止まり空間である下流側空間６８に膨張しながら流入するため、行き止まり空間を空気衝撃吸収空間として利用できる。その結果、脈動を効果的に抑制してウエストゲートバルブ１２のチャタリングを的確に防止できると共に、騒音も軽減できる。

図４では、第１及び第２のブラケット４２，４３とキャップ３８の上端縁とを結ぶ線を点線６９，７０で示している。そして、吸気流出口６４と吸気流入口６５とは、いずれも点線６９，７０よりも本体ケース３７の側に位置している。エアクリーナ３を、ブラケット４２，４３を下にして平坦な台に面に置いた場合、三点支持の状態で平坦面に載るが、吸気流出口６４及び吸気流入口６５の先端は点線６９，７０よりも本体ケース３７の側に位置しているため、吸気流出口６４及び吸気流入口６５の先端が台に当たることはない。従って、過ってエアクリーナ３を台に強く当てても、吸気流入口６５や吸気流出口６４を損傷することはない。また、台に載っていたゴミが付着することもない。

実施形態のように、電磁弁１８もエアクリーナの本体ケース３７に取り付けると、電磁弁やチャンバー２２をエアクリーナ３の本体ケース３７にユニット化できるため、組み付け作業の手間を軽減できる利点がある。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えばチャンバーの配置位置はエアクリーナには限らず、サージタンクや吸気マニホールドなどに設けることも可能である。形状も横長である必要はなく、縦長に形成することも可能である。

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 吸気通路
１ａ 吸気通路第１部分
１ｂ 吸気通路第１部分
２ 排気通路
３ エアクリーナ
４ 排気ターボ過給機
５ コンプレッサ室
８ 逃がし通路
１２ ウエストゲートバルブ
１３ アクチュエータ
１７ バイパス通路
１８ 電磁弁（ＶＳＶバルブ）
１９ バイパス通路第１部分
２０ バイパス通路第２部分
２０ａ 上流側通路
２０ｂ 下流側通路
２１ 枝通路
２２ チャンバー
３７ エアクリーナの本体ケース
３７ａ 前面（一側面）
４２，４３ ブラケット
６０ 蓋体
６２ 谷部
６２ａ リブ
６３ 絞り部
６４ 吸気流出口
６５ 吸気流入口
６７ 上流側空間
６８ 下流側空間

Claims (5)

1. 排気ガスの流量がウエストゲートバルブで調節される排気ターボ過給機と、前記ウエストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御装置とを備えており、前記バルブ制御装置は、前記ウエストゲートバルブを駆動するアクチュエータと、前記排気ターボ過給機のコンプレッサを跨ぐように吸気通路に設けたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けた電磁弁とを備えており、前記バイパス通路には、その断面積を拡大したチャンバーを設けている構成であって、
   前記チャンバーは、吸気系部材の外面に蓋体を取り付けることによって形成されていると共に、前記チャンバーには、当該チャンバーの断面積を部分的に小さくした絞り部が、前記蓋体に吸気系部材の側に凹んだ谷部を設けることによって形成されており、前記谷部に吸気流入口又は吸気流出口を設けている、
   内燃機関。
2. 前記チャンバーは、前記排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に位置した吸気系部材に設けている、
   請求項１に記載した内燃機関。
3. 前記チャンバーへの吸気流入口は、前記吸気系部材の外面に対して傾斜した姿勢に設けられている、
   請求項１又は２に記載した内燃機関。
4. 前記蓋体における谷部の底面から、ホースが外側からはめ込まれる前記吸気流入口又は吸気流出口が立ち上がっており、前記蓋体における谷部の底面に、当該谷部を横切る姿勢のリブが、吸気流入口又は吸気流出口と繋がるように形成されている、
   請求項１〜３のうちのいずれかに記載した内燃機関。
5. 排気ガスの流量がウエストゲートバルブで調節される排気ターボ過給機と、前記ウエストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御装置とを備えており、前記バルブ制御装置は、前記ウエストゲートバルブを駆動するアクチュエータと、前記排気ターボ過給機のコンプレッサを跨ぐように吸気通路に設けたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けた電磁弁とを備えており、前記バイパス通路には、その断面積を拡大したチャンバーを設けている構成であって、
   前記吸気通路には、本体ケースとこれに被さったキャップとを有するエアクリーナが配置されており、前記本体ケースの一側面に、当該本体ケースを内燃機関又は車両に取り付けるためのブラケットが横向きに突設されている一方、
   前記チャンバーは、前記エアクリーナにおける本体ケースの一側面に蓋体を固定することによって形成されており、前記蓋体に、筒状の吸気流入口及び吸気流出口が前記本体ケースの一側面から横向きに突設されており、前記吸気流入口と吸気流出口とは、前記ブラケットを下向きにしてエアクリーナを平坦面に置いたときに、前記平坦面に当たらない突出寸法に設定されている、
   内燃機関。

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