JP7010139B2 - グロープラグ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、グロープラグ制御装置に関する。

従来のグロープラグ制御装置としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載のグロープラグ制御装置は、冷却水温、エンジンの回転数及び負荷等に基づいて、圧縮行程の途中から圧縮行程の終了時までグロープラグに電圧を印加して、グロープラグを発熱させる。これにより、燃料噴射開始時にグロープラグの温度が設定温度まで上昇する。

特開平２－１９９２７１号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、外気温が０℃よりも低い状態での車両の走行時には、インタークーラ内に霜が発生する。その後、屋内駐車場等のように外気温が０℃よりも高い場所に車両が移動すると、インタークーラ内の霜が融解し、インタークーラ内からエンジンの気筒内に水が浸入する。ここで、グロープラグの発熱部がセラミックで形成されている場合に、エンジンの気筒内に浸入した水が高温の発熱部にかかると、熱衝撃により発熱部の割れが発生してしまう。

本発明の目的は、グロープラグの発熱部の割れを防止することができるグロープラグ制御装置を提供することである。

本発明の一態様は、複数の気筒を有するエンジンとエンジンに接続された吸気通路に配設されたインタークーラとを有するエンジンシステムに具備され、通電により発熱するセラミック製の発熱部を有し気筒内の温度を昇温するグロープラグを制御するグロープラグ制御装置において、イグニッションスイッチがＯＮされた後の期間であって、グロープラグの発熱部がインタークーラ内で発生して気筒内に浸入した水により被水する被水環境にある期間を被水タイミングとして記憶する記憶部と、外気温を検出する温度検出部と、温度検出部の検出値に基づいて、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったかどうかを判断する第１判断部と、イグニッションスイッチがＯＮされたかどうかを判断する第２判断部と、第２判断部によってイグニッションスイッチがＯＮされたと判断されると、発熱部の温度を上昇させるグロープラグの昇温制御を実行する温度制御部とを備え、温度制御部は、第１判断部によって外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、第２判断部によってイグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後のグロープラグの昇温制御の実行中において、記憶部に記憶された被水タイミングの期間中は、発熱部が被水しても発熱部の割れが発生しない第１温度よりも発熱部の温度が低くなるようにグロープラグを制御する。

外気温が氷点以下の状態では、インタークーラ内に霜が発生する。外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなると、インタークーラ内の霜が融解し、インタークーラ内からエンジンの気筒内に水が浸入する。本発明の一態様においては、イグニッションスイッチがＯＮされた後の期間であって、グロープラグの発熱部がインタークーラ内で発生して気筒内に浸入した水により被水する被水環境にある期間が、被水タイミングとして予め記憶されている。そして、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、イグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後のグロープラグの昇温制御の実行中において、被水タイミングの期間中は、発熱部が被水しても発熱部の割れが発生しない第１温度よりも発熱部の温度が低くなるようにグロープラグが制御される。従って、エンジンの気筒内に浸入した水がグロープラグの発熱部にかかっても、発熱部の温度は第１温度よりも低くなっているため、熱衝撃によりセラミック製の発熱部が割れることが防止される。

温度制御部は、第１判断部によって外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、第２判断部によってイグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後のグロープラグの昇温制御の実行中において、記憶部に記憶された被水タイミングの期間中は、発熱部の温度が第１温度よりも低く且つエンジンの失火及び白煙が発生しない第２温度よりも高くなるようにグロープラグを制御してもよい。このような構成では、エンジンの失火及び白煙の発生が確実に防止されるため、エンジンの冷間始動性が向上する。

温度制御部は、第１判断部によって外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなっていないと判断された場合には、第２判断部によってイグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後のグロープラグの昇温制御の実行中において、記憶部に記憶された被水タイミングの期間中でも、発熱部の温度が第１温度よりも高くなることを許容するようにグロープラグを制御してもよい。外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなっていないときは、インタークーラ内に霜が存在したままであるため、インタークーラ内からエンジンの気筒内に水が浸入することはない。このため、グロープラグの発熱部に水がかかることはない。従って、発熱部の温度を第１温度よりも高くしても支障はない。これにより、エンジンの冷間始動性が確保される。

本発明によれば、グロープラグの発熱部の割れを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るグロープラグ制御装置を具備したエンジンシステムを示す概略構成図である。 ディーゼルエンジンの上部の断面図である。 エンジンシステムの吸気系を示す概略構成図である。 グロープラグの断面図である。 グロープラグ制御装置のブロック図である。 ＥＣＵにより実行されるグロープラグ制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 グロープラグの発熱部の温度変化の一例を被水タイミング等と共に示すグラフである。 図３に示されたエンジンシステムの吸気系の変形例を示す概略構成図である。 グロープラグの発熱部の温度変化の別例を被水タイミング等と共に示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るグロープラグ制御装置を具備したエンジンシステムを示す概略構成図である。同図において、エンジンシステム１は、ディーゼルエンジン２を備えている。ディーゼルエンジン２は、４気筒直列型エンジンである。ディーゼルエンジン２は、４つのシリンダ（気筒）３を有している。

シリンダ３は、図２に示されるように、シリンダブロック４と、このシリンダブロック４の上面に固定されたシリンダヘッド５とを有している。シリンダ３内には、ピストン６が往復昇降可能に配置されている。シリンダブロック４とシリンダヘッド５とピストン６とで囲まれる空間は、燃焼室７を形成している。

また、エンジンシステム１は、各燃焼室７に燃料を噴射する４つのインジェクタ８と、各インジェクタ８に高圧燃料を供給するコモンレール９とを備えている。インジェクタ８は、図２に示されるように、シリンダヘッド５に取り付けられている。

また、エンジンシステム１は、ディーゼルエンジン２にインテークマニホールド１０を介して接続され、各燃焼室７に空気を吸入する吸気通路１１と、ディーゼルエンジン２にエキゾーストマニホールド１２を介して接続され、各燃焼室７で発生した排気ガスを排出する排気通路１３とを備えている。

吸気通路１１には、上流側から下流側に向けてエアクリーナ１４、ターボ過給機１５のコンプレッサ１６、インタークーラ１７及びスロットルバルブ１８が順に配設されている。吸気通路１１は、図３にも示されるように、インタークーラ１７とインテークマニホールド１０とを接続する吸気管１１ａを有している。吸気管１１ａの一端は、インタークーラ１７の高さ方向の中央部近傍に接続されている。スロットルバルブ１８は、吸気管１１ａ内に配置されている。排気通路１３には、上流側から下流側に向けてターボ過給機１５のタービン１９及び触媒付きＤＰＦ２０が順に配設されている。

また、エンジンシステム１は、燃焼室７で発生した排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として燃焼室７に還流させるＥＧＲユニット２１を備えている。ＥＧＲユニット２１は、エキゾーストマニホールド１２と吸気通路１１とを接続するＥＧＲ通路２２と、エキゾーストマニホールド１２から吸気通路１１へのＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ２３と、ＥＧＲ通路２２を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２４と、このＥＧＲクーラ２４をバイパスするようにＥＧＲ通路２２に接続されたバイパス通路２５と、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２４またはバイパス通路２５に切り替える切替弁２６とを有している。

また、エンジンシステム１は、図３に示されるように、ディーゼルエンジン２と吸気通路１１とを接続するブローバイガス流路２７と、インタークーラ１７とインテークマニホールド１０とを接続するオイル吸出し管２８とを備えている。ブローバイガス流路２７は、燃焼室７から漏れたブローバイガスを吸気通路１１に送る流路である。ブローバイガス流路２７の一端は、例えば吸気通路１１におけるエアクリーナ１４とコンプレッサ１６との間に接続されている。ブローバイガスに含まれるエンジンオイルは、インタークーラ１７内に溜まる。オイル吸出し管２８は、インタークーラ１７内に溜まったエンジンオイルを吸い出して燃焼室７に戻す。

また、エンジンシステム１は、冷間始動時にディーゼルエンジン２の燃焼室７（シリンダ３内）の温度を昇温する４つのグロープラグ３０を備えている。グロープラグ３０は、各シリンダ３に配置されている。グロープラグ３０は、図２に示されるように、シリンダヘッド５におけるインジェクタ８の近傍に取り付けられている。

グロープラグ３０は、図４に示されるように、発熱部３１と、この発熱部３１を覆う金属製のカバー３２とを有している。発熱部３１は、発熱素子である発熱体３１ａと、この発熱体３１ａと正極３１ｄとを接続する電熱線３１ｂと、発熱体３１ａと負極３１ｅとを接続する電熱線３１ｃと、発熱体３１ａ、電熱線３１ｂ，３１ｃ、正極３１ｄ及び負極３１ｅを保持するセラミック基体３１ｆとを有している。正極３１ｄは、通電制御モジュール（図示せず）と接続されている。負極３１ｅは、カバー３２に固定されている。このようなグロープラグ３０では、電熱線３１ｂ，３１ｃを介して発熱体３１ａを通電することで、発熱部３１が発熱する。このとき、発熱部３１の温度は、例えば１２００℃程度まで上昇する（図７参照）。

また、エンジンシステム１は、グロープラグ３０を制御する本実施形態のグロープラグ制御装置３５を具備している。グロープラグ制御装置３５は、エンジン水温センサ３６と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）３７とを有している。

エンジン水温センサ３６は、ディーゼルエンジン２内の冷却水の温度（エンジン水温）を計測する。エンジン水温を計測することにより、外気温を推定することができる。つまり、エンジン水温センサ３６は、外気温を検出する温度検出部を構成している。

ＥＣＵ３７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。ＥＣＵ３７は、ＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）３８のＯＮ／ＯＦＦ信号とエンジン水温センサ３６の計測値（検出値）とに基づいて、グロープラグ３０を制御する。このとき、ＥＣＵ３７は、例えば電熱線３１ｂ，３１ｃに流れる電流のデューティを制御することにより、発熱部３１の温度を制御する。

ＥＣＵ３７は、図５に示されるように、記憶部４０と、第１判断部４１と、第２判断部４２と、温度制御部４３とを有している。

記憶部４０は、ＩＧスイッチ３８がＯＮされた後の期間であって、グロープラグ３０の発熱部３１がインタークーラ１７内で発生してシリンダ３内に浸入した水により被水する被水環境にある期間を被水タイミングＴ（図７参照）として記憶する。被水タイミングＴは、実験等により予め把握されている。ここでは、被水タイミングＴは、スタータモータ（図示せず）によりディーゼルエンジン２の始動を開始してから規定の時間に設定されている。なお、後述するが、外気温が氷点（０℃）以下の状態から氷点よりも高くなると共に、ディーゼルエンジン２が始動されると、インタークーラ１７内で発生してシリンダ３内に浸入した水がグロープラグ３０にかかることがある。

第１判断部４１は、エンジン水温センサ３６の計測値に基づいて、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったかどうかを判断する。第２判断部４２は、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたかどうかを判断する。温度制御部４３は、第２判断部４２によってＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断されると、グロープラグ３０の発熱部３１の温度を上昇させるグロープラグ３０の昇温制御を実行する。

図６は、ＥＣＵ３７により実行されるグロープラグ制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。

図６において、ＥＣＵ３７は、まずエンジン水温センサ３６の計測値に基づいて、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。ＥＣＵ３７は、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断したときは、フラグを１にセットし（手順Ｓ１０２）、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなっていないと判断したときは、フラグを０にセットする（手順Ｓ１０３）。

その後、ＥＣＵ３７は、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。ＥＣＵ３７は、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断したときは、発熱部３１の温度が上昇するようにグロープラグ３０を制御する（手順Ｓ１０５）。これにより、図７の太実線Ｐで示されるように、発熱部３１の温度が設定温度（ここでは１２００℃）に向かって徐々に上昇していく。なお、図７中の細実線Ｒはスタータ電流を示し、図７中の２点鎖線Ｓはエンジン回転数を示している。ただし、図７中には、スタータ電流及びエンジン回転数の目盛が示されていない。

その後、ＥＣＵ３７は、記憶部４０に記憶された被水タイミングＴ（図７参照）となったかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。ＥＣＵ３７は、被水タイミングＴとなったと判断したときは、フラグが１であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０７）。

ＥＣＵ３７は、フラグが１であると判断したときは、発熱部３１の温度が第１温度Ａ（図７参照）よりも低く且つ第２温度Ｂ（図７参照）よりも高くなるようにグロープラグ３０を制御する（手順Ｓ１０８）。第１温度Ａは、発熱部３１が被水しても発熱部３１の割れが発生しない温度である。第２温度Ｂは、ディーゼルエンジン２の失火及び白煙が発生しない温度である。このとき、ＥＣＵ３７は、例えば電熱線３１ｂ，３１ｃに流れる電流のデューティを小さくすることにより、発熱部３１の温度が上昇しないようにする。なお、第１温度Ａは、発熱部３１のセラミック基体３１ｆを形成するセラミックの材料によって決まる。第２温度Ｂは、例えば仕様または実験等により予め把握されている。

その後、ＥＣＵ３７は、記憶部４０に記憶された被水タイミングが終了したかどうかを判断する（手順Ｓ１０９）。ＥＣＵ３７は、被水タイミングが終了したと判断したときは、再び発熱部３１の温度が上昇するようにグロープラグ３０を制御する（手順Ｓ１１０）。

従って、図７の太実線Ｐで示されるように、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断された後のグロープラグ３０の昇温制御の実行中において、記憶部４０に記憶された被水タイミングＴの期間中は、発熱部３１の温度が第１温度Ａよりも低く且つ第２温度Ｂよりも高くなるようにグロープラグ３０が制御されることとなる。

ＥＣＵ３７は、手順Ｓ１０７においてフラグが０であると判断したときは、手順Ｓ１０８～Ｓ１１０を実行しない。従って、図７の太破線Ｑで示されるように、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなっていないと判断された場合には、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断された後のグロープラグ３０の昇温制御の実行中において、記憶部４０に記憶された被水タイミングＴの期間中でも、発熱部３１の温度が第１温度Ａよりも高くなることを許容するようにグロープラグ３０が制御されることとなる。

以上において、第１判断部４１は、手順Ｓ１０１を実行する。第２判断部４２は、手順Ｓ１０４を実行する。温度制御部４３は、手順Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０５～Ｓ１１０を実行する。

ところで、例えば寒冷地において、外気温が氷点（０℃）よりも低い状態で車両が走行すると、インタークーラ１７内に霜が発生する。その後、屋内駐車場等のように外気温が氷点よりも高い場所に車両が移動し、ディーゼルエンジン２を停止させると、インタークーラ１７内の霜が融解して水となる。このとき、スロットルバルブ１８が閉弁していることで、吸気管１１ａ内が負圧になっていると、図３に示されるように、融解した水がインタークーラ１７内に溜まったエンジンオイルと一緒に吸い出される。そして、水は、オイル吸出し管２８を通ってディーゼルエンジン２のシリンダ３内に浸入する。その後、ＩＧスイッチ３８がＯＮされると、グロープラグ３０の発熱部３１が発熱する。このとき、ディーゼルエンジン２のシリンダ３内に存在する水が高温の発熱部３１にかかると、発熱部３１が水により急冷されるため、セラミック製の発熱部３１の熱衝撃割れが発生してしまう。

このような課題に対し、本実施形態では、ＩＧスイッチ３８がＯＮされた後の期間であって、グロープラグ３０の発熱部３１がインタークーラ１７内で発生してシリンダ３内に浸入した水により被水する被水環境にある期間が、被水タイミングＴとして予め記憶されている。そして、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断された後のグロープラグ３０の昇温制御の実行中において、被水タイミングＴの期間中は、発熱部３１が被水しても発熱部３１の割れが発生しない第１温度Ａよりも発熱部３１の温度が低くなるようにグロープラグ３０が制御される。従って、ディーゼルエンジン２のシリンダ３内に浸入した水がグロープラグ３０の発熱部３１にかかっても、発熱部３１の温度は第１温度Ａよりも低くなっているため、熱衝撃によりセラミック製の発熱部３１が割れることが防止される。

また、本実施形態では、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断された後のグロープラグ３０の昇温制御の実行中において、被水タイミングＴの期間中は、発熱部３１の温度が第１温度Ａよりも低く且つディーゼルエンジン２の失火及び白煙が発生しない第２温度Ｂよりも高くなるようにグロープラグ３０が制御される。従って、ディーゼルエンジン２の失火及び白煙の発生が確実に防止されるため、ディーゼルエンジン２の冷間始動性が向上する。

また、本実施形態では、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなっていないと判断された場合には、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断された後のグロープラグ３０の昇温制御の実行中において、被水タイミングＴの期間中でも、発熱部３１の温度が第１温度Ａよりも高くなることを許容するようにグロープラグ３０が制御される。外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなっていないときは、インタークーラ１７内に霜が存在したままであるため、インタークーラ１７内からディーゼルエンジン２のシリンダ３内に水が浸入することはない。このため、グロープラグ３０の発熱部３１に水がかかることはない。従って、発熱部３１の温度を第１温度Ａよりも高くしても支障はない。これにより、ディーゼルエンジン２の冷間始動性が確保される。

図８は、エンジンシステム１の吸気系の変形例を示す概略構成図である。図８において、吸気通路１１の吸気管１１ａの一端は、インタークーラ１７の下端部に接続されている。その他の構成は、図３に示された吸気系と同様である。

このような吸気系では、外気温が氷点よりも低い状態で車両が走行すると、インタークーラ１７内に霜が発生する。その後、外気温が氷点よりも高い場所に車両が移動し、ディーゼルエンジン２を停止させると、インタークーラ１７内の霜が融解して水となる。その後、ＩＧスイッチ３８がＯＮされると、グロープラグ３０の発熱部３１が発熱する。そして、スタータモータ（図示せず）によりディーゼルエンジン２を始動させると、融解した水が吸気管１１ａを通ってディーゼルエンジン２のシリンダ３内に浸入する。このとき、ディーゼルエンジン２内に存在する水が高温の発熱部３１にかかると、発熱部３１の熱衝撃割れが発生してしまう。

そこで、本変形例では、被水タイミングＴは、図９に示されるように、ＩＧスイッチ３８がＯＮされた後のアイドル運転中の規定の時間に設定されている。

このような本変形例においても、外気温が氷点以下の状態から氷点よりも高くなったと判断された場合には、ＩＧスイッチ３８がＯＮされたと判断された後のグロープラグ３０の昇温制御の実行中において、被水タイミングＴの期間中は、発熱部３１の温度が第１温度Ａよりも低くなるようにグロープラグ３０が制御されるので、ディーゼルエンジン２のシリンダ３内に浸入した水がグロープラグ３０の発熱部３１にかかって発熱部３１が割れることが防止される。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、エンジン水温センサ３６により計測されたエンジン水温から外気温を推定しているが、特にその形態には限られず、例えばエアクリーナ１４等に取り付けられた吸気温センサにより吸気温を計測することにより、外気温を検出してもよい。

また、上記実施形態では、ディーゼルエンジン２は４気筒直列型エンジンであるが、ディーゼルエンジン２の構造としては、特にそれには限られず、複数の気筒を有していれば、６気筒直列型エンジンまたは８気筒直列型エンジン等でもよいし、或いはＶ型エンジンであってもよい。

１…エンジンシステム、２…ディーゼルエンジン、３…シリンダ（気筒）、１１…吸気通路、１７…インタークーラ、３０…グロープラグ、３１…発熱部、３５…グロープラグ制御装置、３６…エンジン水温センサ（温度検出部）、３８…ＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）、４０…記憶部、４１…第１判断部、４２…第２判断部、４３…温度制御部、Ｔ…被水タイミング。

Claims (3)

1. 複数の気筒を有するエンジンと前記エンジンに接続された吸気通路に配設されたインタークーラとを有するエンジンシステムに具備され、通電により発熱するセラミック製の発熱部を有し前記気筒内の温度を昇温するグロープラグを制御するグロープラグ制御装置において、
   イグニッションスイッチがＯＮされた後の期間であって、前記グロープラグの前記発熱部が前記インタークーラ内で発生して前記気筒内に浸入した水により被水する被水環境にある期間を被水タイミングとして記憶する記憶部と、
   前記吸気通路における吸気の温度を計測することにより、外気温を検出する吸気温センサと、
   前記吸気温センサの検出値に基づいて、前記外気温が氷点以下の状態から前記氷点よりも高くなったかどうかを判断する第１判断部と、
   前記イグニッションスイッチがＯＮされたかどうかを判断する第２判断部と、
   前記第２判断部によって前記イグニッションスイッチがＯＮされたと判断されると、前記発熱部の温度を上昇させる前記グロープラグの昇温制御を実行する温度制御部とを備え、
   前記温度制御部は、前記第１判断部によって前記外気温が前記氷点以下の状態から前記氷点よりも高くなったと判断された場合には、前記第２判断部によって前記イグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後の前記グロープラグの昇温制御の実行中において、前記記憶部に記憶された前記被水タイミングの期間中は、前記発熱部が被水しても前記発熱部の割れが発生しない第１温度よりも前記発熱部の温度が低くなるように前記グロープラグを制御するグロープラグ制御装置。
2. 前記温度制御部は、前記第１判断部によって前記外気温が前記氷点以下の状態から前記氷点よりも高くなったと判断された場合には、前記第２判断部によって前記イグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後の前記グロープラグの昇温制御の実行中において、前記記憶部に記憶された前記被水タイミングの期間中は、前記発熱部の温度が前記第１温度よりも低く且つ前記エンジンの失火及び白煙が発生しない第２温度よりも高くなるように前記グロープラグを制御する請求項１記載のグロープラグ制御装置。
3. 前記温度制御部は、前記第１判断部によって前記外気温が前記氷点以下の状態から前記氷点よりも高くなっていないと判断された場合には、前記第２判断部によって前記イグニッションスイッチがＯＮされたと判断された後の前記グロープラグの昇温制御の実行中において、前記記憶部に記憶された前記被水タイミングの期間中でも、前記発熱部の温度が前記第１温度よりも高くなることを許容するように前記グロープラグを制御する請求項１または２記載のグロープラグ制御装置。

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