JPH08338256A - 内燃機関のターボ過給機の過給圧の制御系 - Google Patents

内燃機関のターボ過給機の過給圧の制御系

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JPH08338256A
JPH08338256A JP8144303A JP14430396A JPH08338256A JP H08338256 A JPH08338256 A JP H08338256A JP 8144303 A JP8144303 A JP 8144303A JP 14430396 A JP14430396 A JP 14430396A JP H08338256 A JPH08338256 A JP H08338256A
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controller
control system
signal
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turbocharger
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JP8144303A
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Winfried Schultalbers
ウインフリート・シユルタールベルス
Volker Boestfleisch
フオルケル・ベストフライシユ
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Volkswagen AG
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の広い運転範囲で出力を改善し、ト
ルクを高め、そして燃料消費を低減するよう、ターボ過
給機の過給圧を制御する制御系を提供する。 【解決手段】 可変のタービンジオメトリーを有する内
燃機関のターボ過給機のための制御系の場合には、いろ
いろな負荷範囲に依存して、ターボ過給機のアクチュエ
ータを制御する過給圧パルス占有率（ＬＤＴＶ）が、例
えば排気再循環装置を調節する第１の負荷範囲において
制御ブロック１によって制御され、第２の負荷範囲にお
いて排気再循環装置を遮断して、制御ブロック１による
予備制御を考慮しながら調節ブロック２によって調節さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ過給機に付
設されたバイパス弁の操作およびまたはターボ過給機の
タービンの可変のジオメトリーの操作のためのアクチュ
エータと、少なくとも内燃機関の回転数に依存してアク
チュエータを制御するための制御装置とを備えた、内燃
機関のターボ過給機の過給圧のための制御系に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許第３５０７０９５
号公報により、可変のタービンジオメトリーを有するタ
ーボ過給機（（ＶＴＧ過給機）のための上記制御系が知
られている。この場合、少なくとも１個のアクチュエー
タによって可変のタービンジオメトリーが操作され、他
のアクチュエータによって、排気タービンを迂回するた
めに形成されたバイパス弁が操作される。
【０００３】アクチュエータを制御するために、制御装
置が設けられている。この制御装置はスロットル弁角
度、内燃機関回転数、吸込み空気量に依存してかつノッ
クセンサに依存して作動する。ヨーロッパ特許出願公開
第０４３３５６０号公報には、可変のタービンジオメト
リーとバイパス弁が共通の一つのアクチュエータによっ
て操作される排気ターボ過給機が開示されている。
【０００４】前記のアクチュエータは実際には所定のパ
ルス占有率で制御される。更に、内燃機関が制御される
排気ガス再循環装置を備えることが周知である。この場
合、運転範囲に依存して、排気ガス量の一部が排気ライ
ンから取り出され、吸気通路の上流で吸気系に供給され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、内燃機関の広い運転範囲で出力を改善し、トルク
を高め、特に部分負荷範囲で燃料消費を低減することが
できる、内燃機関のターボ過給機の過給圧のための制御
系を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、第１の負荷
範囲において制御装置の少なくとも一つの設定特性マッ
プから設定値を読み出すことにより過給圧が制御され、
第２の負荷範囲において設定特性マップから読み出され
た設定値による予備制御を考慮して過給圧が制御装置の
コントローラによって調節されることによって解決され
る。本発明の有利な実施形は従属請求項に記載してあ
る。
【０００７】内燃機関のターボ過給機の過給圧のための
冒頭に述べた制御系において、第１の負荷範囲において
少なくとも一つの設定特性マップから設定値を読み出す
ことにより過給圧が制御され、第２の負荷範囲において
設定特性マップから読み出された設定値による予備制御
を考慮して過給圧が制御装置に統合されたコントローラ
によって調節されると、過給圧がいかなる場合でも制御
され、内燃機関の広い運転範囲内で制御されることによ
り、ターボ過給機の安定した運転が保証される。
【０００８】この制御は、過給圧の上昇が早い時期に行
われ、全体として高いレベルで経過するように、いろい
ろなパラメータを考慮して、過給圧の最適な調節を可能
にする。固定されたジオメトリーおよびバイパスを備え
たターボ過給機の場合には、アクチュエータによってバ
イパス弁が適切に制御または調節され、可変のタービン
ジオメトリーを有するターボ過給機の場合には、アクチ
ュエータが少なくとも調節可能なジオメトリーに作用す
る。
【０００９】本発明の有利な実施形では、制御された第
１の負荷範囲と調節された第２の負荷範囲との間の切り
換えが、回転数に依存する燃料噴射量信号に依存して行
われる。特に比較的に小さな負荷の範囲である第１の負
荷範囲では、過給圧のための設定値が回転数と燃料噴射
量信号に依存して設定特性マップから読み出される。こ
の設定値は一定のパルス占有率に変換され、このパルス
占有率でアクチュエータが制御される。
【００１０】この設定値は好ましくは異なる設定特性マ
ップから読み出され、それによって、例えばこのターボ
過給機を備えた自動車の走行状態を考慮することができ
る。走行状態、例えばスポーツ走行または経済的な走行
をこのように考慮することは、例えば適応変速機制御に
よって知られている。更に、設定値の選び出しは、滝圧
または空気温度を基づいて行うことができる。
【００１１】過給圧が調節および制御される第２の負荷
範囲では好ましくは、ＰＩＤコントローラとして形成さ
れたコントローラが使用される。このコントローラは好
ましくはＰＩコントローラとそれに対して平行に接続さ
れたＤＴ１コントローラによって構成されている。この
ような内燃機関の動的な運転状態に基づいて、Ｐ成分に
よる迅速な制御が有利である。一方、Ｉ成分は残ってい
る不所望な制御偏差を避ける。
【００１２】ＰＩコントローラとＤコントローラまたは
ＤＴ１コントローラの入力側にはそれぞれ設定過給圧と
実際過給圧が供給される。ＰＩコントローラの出力に
は、制御によって生じるパルス占有率が予備制御として
重ね合わされ、続いてＤコントローラの成分が考慮され
る。それから、アクチュエータに供給されるパルス占有
率が生じる。
【００１３】ＰＩＤコントローラに供給された実際過給
圧は、ターボ過給機の圧縮機の下流側で検出されろ波さ
れた過給圧から、場合によっては大気圧を考慮して、求
められる。制御が開始されると、コントローラの制御偏
差の監視が常時行われる。これは可変のタービンジオメ
トリーを有するターボ過給機の場合に有利に適用可能で
ある。このような過給機の場合に運転中制御対象が変化
するので、制御パラメータの制御適応は、少なくとも内
燃機関回転数に依存して因子が少なくとも一つの特性曲
線から読み出され、かつその都度のコントローラパラメ
ータに当てはまり、調節偏差（ＲＡ）に依存する一定値
に掛け算されて、適応されたコントローラパラメータに
なるように行われる。回転数の代わりに、前記因子は燃
料消費に依存してあるいは変速ギア認識に基づいて読み
出すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の他の効果は、次の実施の
形態から明らかである。図に基づいてこの実施の形態を
詳しく説明する。可変のタービンジオメトリーを有する
ターボ過給機の過給圧のための制御系は、制御装置を備
えている。この制御装置は制御ブロックとコントローラ
ブロックを含んでいる。図１は制御装置の制御ブロック
１とコントローラブロック２の協働作用を概略的に示し
ている。この制御装置の出力側には、可変のタービンジ
オメトリーに作用するアクチュエータの制御のためのパ
ルス占有率ＬＤＴＶが生じる。
【００１５】このターボ過給機を備えた内燃機関、ひい
てはこの内燃機関を備えた自動車は、排気ガスエミッシ
ョンを改善するために、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）
を備えている。このような排気ガス再循環装置もＶＴＧ
過給機もそれ自体公知であるので、詳しく説明しない。
内燃機関は第１の負荷範囲ＬＢ１において比較的に小さ
な負荷およびまたは低い回転数でそして排気ガス再循環
装置を作動させて運転される。この第１の負荷範囲ＬＢ
１では、過給圧はもっぱら制御ブロック１によって制御
される。そのため、この制御ブロック１の出力側には、
過給圧パルス占有率ＬＴＳが生じる。ＬＴＳを求めるた
めに、複数の特性マップから設定値ＳＷを読み出して集
める。
【００１６】ターボ過給機を備えた自動車の走行状態に
依存して、スポーツ特性マップ３または経済走行特性マ
ップ（オーバードライブ特性マップ）４から、設定値が
読み出され、スイッチ５を介して案内される。このスイ
ッチは走行状態信号６によって操作される。特性マップ
３，４の入力側にはその都度内燃機関平均回転数Ｎと燃
料噴射量信号ＫＳＭが供給される。
【００１７】スポーツ特性マップ３と経済走行特性マッ
プ４は、設定値ＳＷが読み出される設定特性マップであ
る。補正特性マップ８から補正値ＫＷが読み出され、前
もって特性マップ３または４から読み出された設定値Ｓ
Ｗに加法的にまたは乗法的に重ね合わされる。大気圧補
正特性マップ９の入力側には燃料噴射量信号ＫＳＭと大
気圧信号ＰＤが生じる。読み出された補正値ＫＷはスイ
ッチ５の後で設定値ＳＷに加法的に重ね合わされる。
【００１８】周囲空気温度補正特性マップ１０の入力側
には周囲空気温度信号ＬＴが供給され、この補正値ＫＷ
に依存して読み出され、大気圧特性マップ９によって既
に補正された設定値に乗法的に重ね合わされる。燃料噴
射量信号ＫＳＭは図示していない方法で、走行状態特性
マップと、内燃機関のアイドリング運転に必要な燃料か
ら求められる。この場合、走行状態特性マップには平均
の内燃機関回転数信号Ｎとアクセルペダル値発信器の信
号が加えられている。
【００１９】コントローラブロック２はコントローラ１
５を備えている。このコントローラはＰＩＤコントロー
ラとして形成され、図４に基づいて後述する。入力側に
は、過給圧設定値ＬＤＳと過給圧実際値ＬＤＩから求め
られた差信号が供給される。ＬＤＳを求めることについ
ては、図２に基づいて詳しく説明する。可変のタービン
ジオメトリーの運転によって変化する制御対象に適合さ
せるために、コントローラ１５は適応ブロック１６によ
って適合されて運転される。このブロック１６は後で図
３に基づいて詳しく説明する。
【００２０】第１の負荷範囲ＬＢ１から第２の負荷範囲
ＬＢ２に移行する際に制御を行うために、スイッチ１７
が設けられている。このスイッチにはコントローラ１５
の出力が供給される。スイッチ１７は機能ブロック１８
から生じる切り換え信号ＳＳによって操作される。この
機能ブロックは図４に関連して詳しく説明する。
【００２１】次に、過給圧設定値ＬＤＳを得ることにつ
いて、図２に基づいて詳しく説明する。制御ブロック１
から過給圧パルス占有率ＬＴＳを得ることと同様に、走
行状態信号６を考慮して、設定特性マップ７からスイッ
チ５を介して設定値が読み出される。この設定値は続い
て、補正特性マップ８によって加法的または乗法的に処
理される。このようにして得られた試算設定値ＲＳＷは
続いて、リミッタ１９において最大値が制限される。こ
の最大値は回転数や大気圧に依存してリミッタ特性マッ
プ２０から読み出される。
【００２２】それによって制限された試算設定値信号は
続いて分岐され、その際差動増幅器２１に供給され、続
いて他の分岐信号に加えられる。この増幅器２１は小信
号または大信号のための別個のパラメータを含み、出力
側で動的な過給圧設定値成分を供給する。スイッチ５で
走行状態が切り換えられ、その結果生じる設定値の急激
な変化が増幅されないときには、差動増幅器２１は遮断
される。
【００２３】続いて、このようにして得られた設定値は
設定値リミッタ２２に供給される。このリミッタは過給
圧設定値ＬＤＳを、予め調節された最大値または最小値
に制限する。図４に基づいてコントローラブロック２の
機能を詳しく説明する。ＰＩＤコントローラ１５はＰＩ
コントローラ２５と、それに対して平行に接続配置され
たＤＴＩコントローラ２６、すなわち可変のろ波時定数
Ｔ１を有するＤコントローラからなっている。スイッチ
１７によって開始される制御の際に、制御ブロック１か
ら得られた信号ＬＴＳが予備制御のために、ＰＩコント
ローラ２５の出力部に生じる制御量に加算される。これ
と平行にＤＴＩコントローラ２６が設けられ、このコン
トローラの制御量が続いて加算される。
【００２４】前に述べたように、コントローラの接続ま
たは遮断は機能ブロック１８からの切り換え信号ＳＳに
依存してスイッチ１７によって行われる。この機能ブロ
ックの入力側に、燃料噴射量信号ＫＳＭと回転数信号Ｎ
が供給される。この場合、ＫＳＭが上側の特性曲線２７
から読み出される回転数に依存する閾値を上回るときに
初めて、接続が行われる。この燃料噴射量信号が下側の
特性曲線２８から読み出される回転数に依存する閾値に
達するかまたは下回るときに、コントローラが遮断され
る。特性曲線２７から読み出された値は、すべての回転
数Ｎにとって、特性曲線２８の出力値よりも大きい。繰
り返される接続または遮断を回避するために、ヒステリ
シス２９を有する両特性曲線２７，２８が使用される。
【００２５】制御を開始する際、ＰＩコントローラ２５
の統合Ｉ成分が予め零にセットされる。開始時に制御偏
差が存在すると、比例作用するＰ成分がＰＩコントロー
ラ２５の出力部で飛び越しを生じる。ＤＴＩコントロー
ラ２６は、制御開始後すぐにその出力部が零となるよう
に切り換えられている。続いて、加算個所３０の後に値
がリミッタ３１に供給される。このリミッタ３１では、
値が上側の特性曲線３２または下側の特性曲線３３から
読み出された値に制限される。この特性曲線３２，３３
からの値の選び出しは、スイッチ３４の位置に依存して
行われる。このスイッチを、燃料消費信号ＶＳ、回転数
信号Ｎまたは変速ギア認識信号ＧＳが通過供給される。
【００２６】リミッタ３１で処理した後で、ＤＴ１コン
トローラ２６の出力が加算され、この新しい値が、特性
曲線３２，３３による前述の制限を新たに受ける。スイ
ッチ５で走行状態信号６によって切り換えが行われる
と、制御ブロック１の過給圧設定値ＬＤＳと過給圧パル
ス占有率ＬＴＳで飛び越しが生じる。次に、図３に基づ
いて適応ブロック１６の作用について詳しく説明する。
【００２７】適応スイッチ４０は、三つの信号、すなわ
ち消費信号ＶＳ、変速ギア認識信号ＧＳおよび回転数信
号Ｎのいずれか一つが通過供給される。この信号は続い
て増幅特性曲線４１，４２，４３，４４に供給される。
この増幅特性曲線はそれぞれＰ成分、Ｉ成分およびＤ成
分に付設されている。特性曲線４１，４２から読み出さ
れた因子は続いて、制御偏差ＲＡに依存して読出し専用
メモリ４５から読み出された値に掛け算される。この値
はいろいろな増幅値ＶＷ０，ＶＷ１およびＶＷ２の小信
号または大信号のために準備されている。増幅特性曲線
４３から読み出された因子のために、掛け算用の一定の
増幅値ＶＷが準備されている。この増幅値は特性曲線４
４から求められたろ波時定数Ｔ１にも重ね合わされる。
【００２８】信号ＰＳ、ＩＳ、ＤＳおよびＴ１の形をし
たＰ成分、Ｉ成分またはＤ成分のための実際の値が出力
側に生じる。この値は図４に従ってＰＩコントローラ２
５またはＤＴ１コントローラ２６に供給される。従っ
て、制御パラメータの適応は適応スイッチ４０の位置に
依存して行われる。すなわち、増幅特性曲線４１，４
２，４３，４４から読み出された因子は消費、回転数ま
たは実際に選択されたギアに依存する。
【００２９】内燃機関が運転されるいろいろな負荷範囲
が、図５の回転数／燃料−グラフに示してある。燃料噴
射量信号ＫＳＭが回転数Ｎに依存することが、記入した
全負荷曲線５０に基づいて判る。更に、図４に基づいて
説明した上側と下側の特性曲線２７，２８が示してあ
る。この特性曲線はヒステリシス２９だけ互いに離れて
いる。下側の特性曲線２８の下方の第１の負荷範囲ＬＢ
１では、制御が停止され、ターボ過給機のアクチュエー
タだけが制御される。燃料量信号ＫＳＭが回転数に依存
する上側の特性曲線２７を上回ると、制御が付加的に開
始される。燃料量信号ＫＳＭが低下時に下側の特性曲線
２８を下回ると、制御が停止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御装置の概略的なブロック線図である。
【図２】過給圧設定値を求めるためのブロック線図であ
る。
【図３】コントローラパラメータの適応のためのブロッ
ク線図である。
【図４】過給圧制御の詳細なブロック線図である。
【図５】回転数／燃料量のグラフである。
【符号の説明】
６ 走行状態信号 ７ 設定特性マップ ８ 補正特性マップ １５ コントローラ ２５ ＰＩコントローラ ２６ ＤＴ１コントローラ ４１，４２，４３ 特性曲線 ＧＳ 変速ギア認識信号 ＫＳＭ 燃料噴射量信号 ＫＷ 補正値 ＬＢ１ 第１の負荷範囲 ＬＢ２ 第２の負荷範囲 ＬＤ１ 過給圧実際値 ＬＤＳ 過給圧設定値 ＬＴ 周囲空気温度信号 Ｎ 回転数 ＰＤ 大気圧信号 Ｐ，Ｉ，Ｄ コントローラパラメータ ＰＳ，ＩＳ，ＤＳ コントローラパラメータ ＳＷ 設定値 ＶＳ 燃料消費信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｎ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ターボ過給機に付設されたバイパス弁の
    操作およびまたはターボ過給機のタービンの可変のジオ
    メトリーの操作のためのアクチュエータと、少なくとも
    内燃機関の回転数（Ｎ）に依存してアクチュエータを制
    御するための制御装置とを備えた、内燃機関のターボ過
    給機の過給圧のための制御系において、第１の負荷範囲
    （ＬＢ１）において制御装置の少なくとも一つの設定特
    性マップ（７）から設定値（ＳＷ）を読み出すことによ
    り過給圧が制御され、第２の負荷範囲（ＬＢ２）におい
    て設定特性マップ（７）から読み出された設定値（Ｓ
    Ｗ）による予備制御を考慮して過給圧が制御装置のコン
    トローラ（１５）によって調節されることを特徴とする
    制御系。
  2. 【請求項２】 制御された第１の負荷範囲（ＬＢ１）と
    調節された第２の負荷範囲（ＬＢ２）との間の切り換え
    が、回転数に依存する燃料噴射量信号（ＫＳＭ）に依存
    して行われることを特徴とする請求項１記載の制御系。
  3. 【請求項３】 第１の負荷範囲（ＬＢ１）において設定
    値（ＳＷ）が回転数（Ｎ）と燃料噴射量信号（ＫＳＭ）
    に依存して設定特性マップ（７）から読み出されること
    を特徴とする請求項２記載の制御系。
  4. 【請求項４】 設定値（ＳＷ）が異なる設定特性マップ
    （７）から読み出され、走行状態信号（６）に基づいて
    選び出しが行われることを特徴とする請求項３記載の制
    御系。
  5. 【請求項５】 設定値（ＳＷ）が更に補正値（ＫＷ）に
    依存して補正され、この補正値が大気圧信号（ＰＤ）お
    よびまたは周囲空気温度信号（ＬＴ）に依存して補正特
    性マップ（８）から読み出されることを特徴とする請求
    項３または４記載の制御系。
  6. 【請求項６】 コントローラ（１５）がＰＩコントロー
    ラ（２５）と平行に接続されたＤＴ１コントローラ（２
    ６）とからなるＰＩＤコントローラとして形成され、設
    定特性マップ（７）から求められた設定値（ＳＷ）が過
    給圧設定値（ＬＤＳ）としてＰＩＤコントローラに供給
    され、検出された過給圧から求められた過給圧実際値
    （ＬＤ１）がＰＩＤコントローラに供給されることを特
    徴とする請求項５記載の制御系。
  7. 【請求項７】 予備制御のために、ＰＩコントローラ
    （２５）の出力に設定値（ＳＷ）が重ね合わされ、続い
    てこの信号にＤＴ１コントローラ（２６）の出力が重ね
    合わされることを特徴とする請求項６記載の制御系。
  8. 【請求項８】 タービンの可変のジオメトリーを操作す
    るためのアクチュエータを備えた、ターボ過給機の過給
    圧のための請求項７記載の制御系において、コントロー
    ラパラメータ（Ｐ，Ｉ，Ｄ）が、可変のジオメトリーの
    操作時に変化する制御対象に基づいて、制御される適応
    を受け、少なくとも回転数（Ｎ）に依存して因子が少な
    くとも一つの特性曲線（４１，４２，４３）から読み出
    され、かつその都度のコントローラパラメータ（Ｐ，
    Ｉ，Ｄ）に当てはまり、調節偏差（ＲＡ）に依存する一
    定値に掛け算されて、適応されたコントローラパラメー
    タ（ＰＳ，ＩＳ，ＤＳ）になることを特徴とする制御
    系。
  9. 【請求項９】 因子が回転数（Ｎ）の代わりに、燃料消
    費信号（ＶＳ）に依存してあるいは変速ギア認識信号
    （ＧＳ）に基づいて読み出されることを特徴とする請求
    項８記載の制御系。
  10. 【請求項１０】 排気ガス再循環装置を接続可能な内燃
    機関のための請求項１〜９のいずれか一つに記載の制御
    系において、第１の負荷範囲（ＬＢ１）において排気ガ
    ス再循環装置が調節されて接続され、第２の負荷範囲
    （ＬＢ２）において遮断されることを特徴とする制御
    系。
JP8144303A 1995-06-07 1996-06-06 内燃機関のターボ過給機の過給圧の制御系 Pending JPH08338256A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19520665:7 1995-06-07
DE19520665 1995-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08338256A true JPH08338256A (ja) 1996-12-24

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ID=7763761

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