JPH11173205A - 直接筒内噴射式2サイクルエンジン - Google Patents
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Abstract
射式2サイクルエンジンを提供する。 【解決手段】 直接筒内噴射式2サイクルエンジン
(2)は、掃気口(21)および排気口(22)を具備
するシリンダ(6)と、このシリンダ内を往復動するピ
ストン(8)と、このピストンにより回転駆動されるク
ランク軸(3)と、シリンダの燃焼室(12)側を覆う
シリンダヘッド(13)と、このシリンダヘッドに設け
られているとともに、シリンダ内に燃料を噴射するイン
ジェクタ(18)と、シリンダヘッドに設けられている
点火プラグ(19)とを備えており、排気口が開いてい
る時に、インジェクタが燃料噴射を開始している。そし
て、シリンダ内の空気の流速に関連した測定値を検出す
る測定器を設け、この測定器の測定値に基づいて、噴射
開始時期、噴射時間および点火時期を制御している。
Description
されている直接筒内噴射式2サイクルエンジンで、排気
口が開いている時に燃料噴射を開始している予混合タイ
プのエンジンに関する。
ガソリンなどの燃料は吸気管に供給され、空気と混合さ
れている。そして、燃料と混合された混合気が、掃気口
からエンジンのシリンダ内に供給されている。したがっ
て、吹き抜け(すなわち、掃気口から供給された混合気
が、直接排気口からシリンダの外に排気される現象)が
生じた際には、未燃焼燃料すなわち炭化水素(HC)が
エンジン外に排気され、大気が汚染される。
せるために、燃料を直接シリンダ内に噴射することが行
われている。
気口が閉じてから燃料が噴射されており、所謂成層燃焼
が行われている。したがって、トルクが小さくなってい
る。そこで、トルクを向上させるために、直接筒内噴射
式2サイクルエンジンにおいて、予混合燃焼を行うこと
を検討している。
めのもので、予混合燃焼を行うのに適した直接筒内噴射
式2サイクルエンジンを提供することを目的とする。
2サイクルエンジン(2)は、掃気口(21)および排
気口(22)を具備するシリンダ(6)と、このシリン
ダ内を上死点位置と下死点位置との間で往復動するピス
トン(8)と、このピストンにより回転駆動されるクラ
ンク軸(3)と、シリンダの燃焼室(12)側を覆うシ
リンダヘッド(13)と、シリンダ内に燃料を噴射する
インジェクタ(18)と、シリンダヘッドに設けられて
いる点火プラグ(19)とを備えており、排気口が開い
ている時に、インジェクタが燃料噴射を開始している。
そして、この様に構成されている直接筒内噴射式2サイ
クルエンジンにおいて、請求項1記載の発明では、シリ
ンダ内の空気の流速に関連した測定値を検出する測定器
を設け、この測定器の測定値に基づいて、噴射開始時
期、噴射時間および点火時期を制御している。
0)は、シリンダ内の空気の流速を直接測定している。
4)は、クランク室内の空気圧を検出している。
4)は、掃気口付近の流速を測定している。
が、クランク軸が配置されているクランク室(14)に
接続され、そして、前記測定器(37)が吸気管の吸込
口に設けられているエアーフローセンサーである。
から終了までの噴射時期が、シリンダ内の空気の流速の
ピーク時付近に位置する様に制御されている。
とエンジン回転数により、シリンダ内の空気の流速を推
測し、この推測に基づいて、噴射開始時期、噴射時間お
よび点火時期を制御していることを特徴とする直接筒内
噴射式2サイクルエンジン。
が大きくなると、噴射開始時期は早めるとともに、噴射
時間は長くし、かつ、点火時期は早くなる様に制御し、
逆に、スロットル開度が小さくなると、噴射開始時期は
遅くするとともに、噴射時間は短くし、かつ、点火時期
は遅くなる様に制御されている。
数が大きくなると、噴射開始時期は遅くするとともに、
点火時期は早くなる様に制御し、逆に、エンジンの回転
数が小さくなると、噴射開始時期は早くするとともに、
点火時期は遅くなる様に制御されている。
外機に搭載されている。
射式2サイクルエンジンの実施の一形態を図1ないし図
9を用いて説明する。図1は本発明における直接筒内噴
射式2サイクルエンジンを搭載している船外機の模式図
で、(a)が燃料系の回路図、(b)がエンジンの断面
図、(c)が船外機の側面図である。図2はエンジンの
要部平断面図である。図3はシリンダの断面の模式図で
ある。図4はクランク軸の回転角度を変数とするタイミ
ング図である。図5はエンジンの平断面の模式図で、
(a)が下死点の図、(b)が上死点の図である。図6
はエンジンの状態を表すグラフで、(a)が掃気流の流
速のグラフ、(b)がクランク室内の圧力のグラフであ
る。図7は噴霧粒径に関するグラフで、(a)が噴射時
間と噴霧粒径との関係を示すグラフ、(b)が点火進角
と噴霧粒径との関係を示すグラフである。図8は噴射時
間と吹き抜け量との関係を示すグラフである。図9はエ
ンジンの燃料噴射開始時期のマップである。なお、図5
においては、1個のシリンダおよびピストンのみが図示
されている。
イクルエンジン2が搭載されており、このエンジン2の
クランク軸3は、縦置き状態である。また、船外機1の
下部には、プロペラ4が回転可能に設けられている。こ
のプロペラ4は、ドライブシャフトやプロペラシャフト
などを介して、エンジン2のクランク軸3に連結されて
おり、クランク軸3により、プロペラ4を回転駆動でき
る。このエンジン2はV型6気筒で、各シリンダ6は略
水平に配置されている。そして、このシリンダ6は上下
に3段設けられているとともに、各段には左右に一個ず
つ、平面図視でVバンクをなすように配置され、総計6
個設けられている。各シリンダ6には、ピストン8が往
復動自在に配置され、コンロッド9を介してクランク軸
3に連結されている。そして、ピストン8は、図5
(a)に図示する下死点位置と、図5(b)に図示する
上死点位置との間を往復動することができる。
ボディ11は、燃焼室12側がシリンダヘッド13で覆
われ、反対側のクランク室14側は、クランクケース1
6で覆われている。そして、シリンダヘッド13には、
ソレノイド開閉式のインジェクタ18、点火プラグ19
および掃気流検出装置20が設けられている。この掃気
流検出装置20はシリンダ6内の空気の流れを検出して
いる。また、各シリンダ6には、3個の掃気口21およ
び1個の排気口22が設けられ、ピストン8が下死点位
置から上死点位置に移動した際には、掃気口21、次い
で排気口22の順番で閉じるように構成されている。逆
に、ピストン8が上死点位置から下死点位置に移動した
際には、排気口22、次いで掃気口21の順番で開く。
してクランク室14に連通している。この掃気流路23
の掃気口21付近に流速計24が設けられている。ま
た、左側のシリンダ6の各排気口22は左集合排気通路
26に合流し、一方、右側のシリンダ6の各排気口22
は右集合排気通路27に合流している。シリンダ6内の
燃焼ガスは、排気口22から、左集合排気通路26およ
び右集合排気通路27を通って、マフラーなどを介して
プロペラ4のボス等から船外機1外に排出されている。
が接続されている。この吸気管31の吸気口側にはスロ
ットルバルブ32が設けられ、吸気量を調整している。
そして、オイルポンプ33が吸気管31に設けられてお
り、スロットルバルブ32を通過した空気に潤滑オイル
を噴射して供給している。さらに、吸気管31には、ク
ランクケース16との接続部分付近に、逆流防止用のリ
ード弁36が設けられている。また、吸気管31の吸込
口には、エアーフローセンサー37が設けられている。
このエアーフローセンサー37は、吸気管31に流入し
ている空気流量を計測している。
する。船外機1が搭載されているボート等には主燃料タ
ンク41が設けられており、この主燃料タンク41の燃
料は、手動式の第1の低圧ポンプ42によりフィルター
43を経て、第2の低圧ポンプ44に送られている。こ
の第2の低圧ポンプ44は、エンジン2のクランク室1
4のパルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプで
あり、第1の低圧ポンプ42から送られた燃料を、気液
分離装置であるベーパーセパレータータンク45に送
る。このベーパーセパレータータンク45内には、電動
モーターにより駆動される燃料予圧ポンプ46が配設さ
れ、この燃料予圧ポンプ46はベーパーセパレータータ
ンク45内の燃料を、約 2.5〜3.0kg/cm2 に加圧して高
圧ポンプ47に送る。また、燃料予圧ポンプ46にはベ
ーパーセパレータータンク45への戻り配管48が接続
されており、この戻り配管48には予圧圧力調整弁49
が配設されている。
燃料供給レール52に接続されているとともに、高圧圧
力調整弁54および燃料冷却器56を介してベーパーセ
パレータータンク45に接続されており、燃料を約50〜
70kg/cm2に加圧して燃料供給レール52に供給してい
る。また、高圧ポンプ47および逆止弁51をバイパス
するバイパス回路58が設けられており、このバイパス
回路58には逆止弁59が配設されている。燃料供給レ
ール52は上下方向に延在し、各気筒のインジェクタ1
8が接続されている。そして、燃料は、インジェクタ1
8から図3の二点鎖線で図示する範囲に向かって噴射さ
れている。
ジン2の状態を検出している各種センサーが接続されて
いる。これらセンサーとしては、たとえば、掃気流検出
装置20、掃気流路23内の流速計24、エアーフロー
センサー37、クランク軸3の回転角度を検出するクラ
ンク角センサー63、クランク室14内の空気圧を検出
するクランク室内圧センサー64、シリンダボディ11
の温度を検出するエンジン温度センサー66、スロット
ルバルブ32の開度(すなわちスロットル開度)を検出
するスロットル開度センサー67、空燃比を検出する空
燃比検出装置68、燃料供給レール52の燃料の圧力を
検出する圧力センサー69や、冷却水の温度を検出する
冷却水温度センサー71などがある。そして、制御装置
61は、これら各種センサーからの信号を受けて、点火
プラグ19、インジェクタ18、オイルポンプ33や燃
料予圧ポンプ46などに制御信号を出力している。
ン2が稼働している際には、空気が吸気管31の吸込口
から吸い込まれ、スロットルバルブ32で空気量を調整
されるとともに、オイルポンプ33により潤滑オイルが
混入されている。そして、この潤滑オイルが混入された
空気は、リード弁36を介してクランク室14内に導か
れている。また、クランク角センサー63が検出してい
るクランク軸3の回転角度により、ピストン8の位置が
分かる。図5(b)に図示するように、ピストン8が上
死点位置にある時には、クランク軸3は図4の上死点U
Dの回動位置にある。そして、ピストン8が上死点位置
から下死点位置へ移動すると、図4においてクランク軸
3は時計方向に回動し、下死点LDの回動位置に移動す
る。この移動の際に、ピストン8の燃焼室12側の端面
が、図2の点A、ついで点Bを通過して、点C付近に達
する。そして、点Aに達したときが排気口開位置ExO 、
点Bに達したときが掃気口開位置ScO 、また、点C付近
に達したときが下死点LDである。さらに、クランク軸
3は時計方向に回動し、下死点LDの回動位置から上死
点UDの回動位置へ移動すると、ピストン8が下死点位
置から上死点位置へ移動し、ピストン8の燃焼室12側
の端面は、図2の点B、ついで点Aを通過する。今度
は、点Bに達したときが掃気口閉位置ScC 、また、点A
に達したときが排気口閉位置ExC である。
と、上死点UD付近で点火プラグ19が点火して爆発し
ており、排気口開位置ExO になると、排気口22から燃
焼ガスは排気され始める。そして、掃気口開位置ScO に
なると、クランク室14内の空気がシリンダ6内に流入
し、一方、シリンダ6内の燃焼ガスは排気され続けて、
所謂、掃気が行われている。そして、下死点LDを通過
して、掃気口閉位置ScC 、ついで、排気口閉位置ExC と
なり、上死点UDに戻っている。
掃気流の流速は、図6(a)に図示した状態となってお
り、掃気口開位置ScO が開いた直後から増速し、ピーク
を経て減速し、排気口閉位置ExC 付近で略最小となる。
掃気口21からの空気の流入量が多いほど(すなわち、
スロットルバルブ32の開度が大きいほど)、ピーク値
は高くなるとともに、ピークの幅(すなわちピークを維
持する時間)が大きくなる。また、エンジン2の回転数
が大きいほど、エンジン2の回転に、空気の流れが追随
し難くなって、ピークは掃気口閉位置ScC 側にズレてい
る。
クタ18から燃料を噴射して、燃料を極力均一に混入す
るには、空気の流速のピーク時において、燃料噴射を開
始し、終了することが好ましい。したがって、たとえ
ば、図6(a)のの矢印で図示する範囲で、燃料噴射
が開始し終了している。なお、従来の成層燃焼式エンジ
ンにおける燃料噴射は、図4において、従来例として図
示されており、排気口閉位置ExC よりも後に、燃料噴射
を開始している。
と、シリンダ6の空気の流れ、いわゆる掃気流が、エン
ジン2の回転に対して追随が遅れ、掃気流の流速のピー
クが遅れる。そのため、たとえば、図6(a)のの矢
印で図示するように、燃料噴射の噴射時期すなわち燃料
噴射の開始から終了までの期間を遅らせている。この様
に、燃料噴射の噴射時期が遅れると、点火プラグ19の
点火時期までの燃料の拡散時間が短くなり、点火プラグ
19の点火直前の燃料の粒径が大きくなる。そして、燃
料は粒径が大きいと、燃焼に要する時間が長くなるの
で、点火プラグ19の点火時期を早くしている。したが
って、制御装置61は、エンジン回転数検出装置である
クランク角センサー63から入力された測定値であるエ
ンジン回転数が増大すると、インジェクタ18の燃料噴
射時期(すなわち燃料噴射開始時および燃料噴射終了
時)を遅くするとともに、点火プラグ19の点火時期を
早めている。なお、燃料噴射時間は、エンジン回転数の
増減にかかわらず、略一定である。
ると、図6(a)に図示するように、掃気流の流速が増
大するとともに、ピークの幅が広くなる。そして、シリ
ンダ6への空気流入量が増大すると、空燃比を略一定に
保つために、燃料噴射量を増大する必要があり、燃料噴
射時間が増大する。そのため、たとえば、図6(a)の
矢印で図示するように、燃料噴射の開始時を早めると
ともに、終了時を遅らせている。この様に、燃料噴射量
が増大すると、噴射された燃料同士がくっつき易くな
り、燃料の粒径が大きくなる。そして、燃料は粒径が大
きいと、燃焼に要する時間が長くなるので、点火プラグ
19の点火時期を早くしている。したがって、制御装置
61は、スロットル開度センサー67から入力された測
定値であるスロットル開度が大きくなると、インジェク
タ18の燃料噴射開始時を早め、一方、燃料噴射終了時
を遅らせているとともに、点火プラグ19の点火時期を
早めている。
燃料噴射時間を長くした場合には、たとえば、図8に図
示するように、燃料の吹き抜けが発生することが多くな
るので、シリンダ6内に残留する燃料が減少する。した
がって、これを補償するために、燃料噴射量すなわち燃
料噴射期間を増大している。
燃料噴射の開始時のマップにより、燃料噴射の開始時O
を制御しており、各エンジン回転数および各スロットル
開度において、図4に図示する燃料噴射の開始時Oから
上死点UDまでの角度Amnが設定されている。一般的
に、エンジン回転数が大きくなると、Amnの値は小さく
なり、燃料噴射の開始時Oは遅れる。逆に、エンジン回
転数が小さくなると、Amnの値は大きくなり、燃料噴射
の開始時Oは早くなる。また、スロットル開度が大きく
なるほど、Amnの値は大きくなり、開始時Oは早くな
り、逆に、スロットル開度が小さくなるほど、Amnの値
は小さくなり、開始時Oは遅くなる。
開始時のマップと同様な燃料噴射の終了時のマップや点
火時期のマップを用いて、図4に図示する燃料噴射の終
了時Cや点火時期を制御している。
として、この実施の形態では、スロットル開度センサー
67およびクランク角センサー63を採用しているが、
他の測定器を採用することも可能であり、たとえば、シ
リンダ6内の掃気流を直接検出している掃気流検出装置
20、掃気流路23に設けられている流速計24、エア
ーフローセンサー37やクランク室内圧センサー64を
採用することが可能である。なお、クランク室内圧は、
図6(b)に図示するように、圧力のピークが、掃気流
の流速のピークよりも少し先行して発生しており、クラ
ンク室内圧のピークから、掃気流の流速のピークを推定
することができる。すなわち、クランク室内圧のピーク
が早くなると、掃気流のピークも早くなり、クランク室
内圧のピークが大きくなると、掃気流のピークも増大し
ている。
クランク角センサー63以外の測定器の測定値に基づい
て制御する場合にも、掃気流の流速のピーク時に、燃料
噴射を行うように制御している。そして、点火プラグ1
9の点火時期は、燃料の粒径が大きい時、すなわち燃料
噴射量の多い時や、燃料噴射時期が遅れた時には、早く
する様に制御されている。
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、
種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を
下記に例示する。 (1)実施の形態においては、エンジン2は6気筒であ
るが、気筒数などは適宜変更可能である。たとえば、2
気筒や単気筒にしたりすることも可能である。
量は適宜変更可能である。 (3)実施の形態においては、マップ制御しているが、
マップ制御ではなく他の制御方式で制御する事も可能で
ある。
排気口が開いている時に、インジェクタが燃料噴射を開
始している、いわゆる予混合タイプの直接筒内噴射式2
サイクルエンジンにおいて、シリンダ内の空気の流速に
関連した測定値を検出する測定器を設け、この測定器の
測定値に基づいて、噴射開始時期、噴射時間および点火
時期を制御している。したがって、シリンダ内の空気の
流速が予混合燃焼に最適な時期に、燃料噴射や点火を行
うことができる。
を直接測定している場合には、エンジンのシリンダ内の
空気の流れを正確かつ、タイムラグ無しに測定すること
ができる。したがって、より的確にエンジン制御を行う
ことができる。
定している場合、測定器が掃気口付近の流速を測定して
いる場合や、測定器がエアーフローセンサーである場合
には、エンジンのシリンダ内の空気の流れを直接測定す
る場合よりも、エンジンのシリンダ内の熱や圧力の影響
を受けることが少なく、測定を簡単に行うことができ
る。
射時期が、シリンダ内の空気の流速のピーク時付近に位
置する様に制御されている場合には、噴射された燃料
が、速い空気の流れに載り、より均一に空気に混合され
る。
より、シリンダ内の空気の流速を推測し、この推測に基
づいて、噴射開始時期、噴射時間および点火時期を制御
している場合には、シリンダ内の空気の流速を計測する
ために、別途、測定器を設置する必要がない。したがっ
て、コストを削減することができる。
噴射開始時期は早めるとともに、噴射時間は長くし、か
つ、点火時期は早くなる様に制御し、逆に、スロットル
開度が小さくなると、噴射開始時期は遅くするととも
に、噴射時間は短くし、かつ、点火時期は遅くなる様に
制御されている場合には、エンジンのシリンダ内に供給
される空気の量に応じて、的確に、噴射開始時期、噴射
時間および点火時期を制御することができる。
噴射開始時期は遅くするとともに、点火時期は早くなる
様に制御し、逆に、エンジンの回転数が小さくなると、
噴射開始時期は早くするとともに、点火時期は遅くなる
様に制御されている場合には、エンジンの回転数に応じ
て、的確に、噴射開始時期、噴射時間および点火時期を
制御することができる。
る場合がある。この様な場合には、背圧が比較的大きく
変化する船外機のエンジンにおいても、最適に噴射開始
時期、噴射時間および点火時期を制御することができ
る。
ルエンジンを搭載している船外機の模式図で、(a)が
燃料系の回路図、(b)がエンジンの断面図、(c)が
船外機の側面図である。
ミング図である。
下死点の図、(b)が上死点の図である。
が掃気流の流速のグラフ、(b)がクランク室内の圧力
のグラフである。
射時間と噴霧粒径との関係を示すグラフ、(b)が点火
進角と噴霧粒径との関係を示すグラフである。
ラフである。図9はエンジンの燃料噴射開始時期のマッ
プである。
ある。
Claims (10)
- 【請求項1】 掃気口および排気口を具備するシリンダ
と、 このシリンダ内を上死点位置と下死点位置との間で往復
動するピストンと、 このピストンにより回転駆動されるクランク軸と、 シリンダの燃焼室側を覆うシリンダヘッドと、 シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、 シリンダヘッドに設けられている点火プラグとを備え、 排気口が開いている時に、前記インジェクタが燃料噴射
を開始している直接筒内噴射式2サイクルエンジンにお
いて、 シリンダ内の空気の流速に関連した測定値を検出する測
定器を設け、 この測定器の測定値に基づいて、噴射開始時期、噴射時
間および点火時期を制御していることを特徴とする直接
筒内噴射式2サイクルエンジン。 - 【請求項2】 前記測定器が、シリンダ内の空気の流速
を直接測定していることを特徴とする請求項1記載の直
接筒内噴射式2サイクルエンジン。 - 【請求項3】 前記測定器が、クランク室内の空気圧を
検出していることを特徴とする請求項1記載の直接筒内
噴射式2サイクルエンジン。 - 【請求項4】 前記測定器が、掃気口付近の流速を測定
していることを特徴とする請求項1記載の直接筒内噴射
式2サイクルエンジン。 - 【請求項5】 吸気管が、前記クランク軸が配置されて
いるクランク室に接続され、そして、前記測定器が吸気
管の吸込口に設けられているエアーフローセンサーであ
ることを特徴とする請求項1記載の直接筒内噴射式2サ
イクルエンジン。 - 【請求項6】 燃料噴射の開始から終了までの噴射時期
が、シリンダ内の空気の流速のピーク時付近に位置する
様に制御されていることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれか1項記載の直接筒内噴射式2サイクルエンジ
ン。 - 【請求項7】 掃気口および排気口を具備するシリンダ
と、このシリンダ内を上死点位置と下死点位置との間で
往復動するピストンと、 このピストンにより回転駆動されるクランク軸と、 シリンダの燃焼室側を覆うシリンダヘッドと、 シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、 シリンダヘッドに設けられている点火プラグとを備え、 排気口が開いている時に、前記インジェクタが燃料噴射
を開始している直接筒内噴射式2サイクルエンジンにお
いて、 スロットル開度とエンジン回転数により、シリンダ内の
空気の流速を推測し、この推測に基づいて、噴射開始時
期、噴射時間および点火時期を制御していることを特徴
とする直接筒内噴射式2サイクルエンジン。 - 【請求項8】 掃気口および排気口を具備するシリンダ
と、 このシリンダ内を上死点位置と下死点位置との間で往復
動するピストンと、 このピストンにより回転駆動されるクランク軸と、 シリンダの燃焼室側を覆うシリンダヘッドと、 シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、 シリンダヘッドに設けられている点火プラグとを備え、 排気口が開いている時に、前記インジェクタが燃料噴射
を開始している直接筒内噴射式2サイクルエンジンにお
いて、 スロットル開度が大きくなると、噴射開始時期は早める
とともに、噴射時間は長くし、かつ、点火時期は早くな
る様に制御し、逆に、スロットル開度が小さくなると、
噴射開始時期は遅くするとともに、噴射時間は短くし、
かつ、点火時期は遅くなる様に制御されていることを特
徴とする直接筒内噴射式2サイクルエンジン。 - 【請求項9】 掃気口および排気口を具備するシリンダ
と、 このシリンダ内を上死点位置と下死点位置との間で往復
動するピストンと、 このピストンにより回転駆動されるクランク軸と、 シリンダの燃焼室側を覆うシリンダヘッドと、 シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、 シリンダヘッドに設けられている点火プラグとを備え、 排気口が開いている時に、前記インジェクタが燃料噴射
を開始している直接筒内噴射式2サイクルエンジンにお
いて、 エンジンの回転数が大きくなると、噴射開始時期は遅く
するとともに、点火時期は早くなる様に制御し、逆に、
エンジンの回転数が小さくなると、噴射開始時期は早く
するとともに、点火時期は遅くなる様に制御されている
ことを特徴とする直接筒内噴射式2サイクルエンジン。 - 【請求項10】 船外機に搭載されていることを特徴と
する請求項1ないし9のいずれか1項記載の直接筒内噴
射式2サイクルエンジン。
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1998
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