JPWO2013038790A1 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
パティキュレートフィルタの再生制御の実行時の高熱によって還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。パティキュレートフィルタを通過した排気の流れに対して還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換可能な遮断部と、前記パティキュレートフィルタの再生制御が実行されていない期間中においては前記還元剤噴射弁を前記開放する状態で前記遮断部を保持する一方、前記パティキュレートフィルタの再生期間中においては前記還元剤噴射弁を前記遮断する状態に前記遮断部を切換える電子制御ユニットと、を備える。An exhaust emission control device for an internal combustion engine capable of preventing a problem in injection of a reducing agent due to high heat during execution of regeneration control of a particulate filter is provided. A shut-off unit that can be switched to a state in which the reducing agent injection valve is opened or shut off with respect to the flow of exhaust gas that has passed through the particulate filter, and the reduction during the period when the regeneration control of the particulate filter is not executed An electronic control unit that holds the blocking unit in the opened state of the agent injection valve and switches the blocking unit to the closed state of the reducing agent injection valve during the regeneration period of the particulate filter. .
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に備えられる内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気の流れにおけるパティキュレートフィルタよりも下流側に還元剤噴射弁が設けられる構成の内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a configuration in which a reducing agent injection valve is provided downstream of a particulate filter in an exhaust flow. .
従来、車両等に搭載される内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置として、排気中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタと、排気中のNOXを除去するためのNOX還元触媒と、排気管に固定されて排気中に液体還元剤を供給する還元剤噴射弁とを備えた排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置においては、排気中の粒子状物質がNOX還元触媒等に付着しないように、排気の流れの最も上流側にパティキュレートフィルタを設けることが一般的である。Conventionally, as an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like, a particulate filter for collecting particulate matter in exhaust gas, and for removing NO x in the exhaust gas and NO X reduction catalyst, the exhaust gas purification device that includes a reducing agent injection valve for supplying the liquid reducing agents are known in the exhaust is fixed to the exhaust pipe. In such an exhaust purification device, a particulate filter is generally provided on the most upstream side of the exhaust flow so that particulate matter in the exhaust does not adhere to the NO x reduction catalyst or the like.
パティキュレートフィルタは、捕集された粒子状物質によって目詰まりを生じるおそれがあるために、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化(燃焼)させる再生制御が、所定のタイミングで実行されるようになっている。パティキュレートフィルタの再生制御は、高温の排気をパティキュレートフィルタに流入させる方法や、パティキュレートフィルタを直接加熱する方法によって行われる(特許文献1を参照)。 Since the particulate filter may be clogged by the collected particulate matter, regeneration control for oxidizing (burning) the particulate matter collected by the particulate filter is executed at a predetermined timing. It has become so. The regeneration control of the particulate filter is performed by a method of flowing high-temperature exhaust gas into the particulate filter or a method of directly heating the particulate filter (see Patent Document 1).
しかしながら、パティキュレートフィルタの再生制御時においては、高温の排気がパティキュレートフィルタの下流側に流出することになるために、パティキュレートフィルタよりも下流側、かつ、NOX還元触媒よりも上流側の排気管に固定された還元剤噴射弁が高熱に晒されるおそれがある。還元剤噴射弁が高熱に晒されると、還元剤噴射弁が熱によって損傷するおそれがある。特に、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合には、還元剤噴射弁の先端部において尿素水溶液が結晶化して、還元剤の供給を精度良く実行できなくなるおそれがある。However, during regeneration control of the particulate filter, high-temperature exhaust gas flows out downstream of the particulate filter, so that it is downstream of the particulate filter and upstream of the NO X reduction catalyst. There is a possibility that the reducing agent injection valve fixed to the exhaust pipe is exposed to high heat. If the reducing agent injection valve is exposed to high heat, the reducing agent injection valve may be damaged by heat. In particular, when an aqueous urea solution is used as the liquid reducing agent, the aqueous urea solution may crystallize at the tip of the reducing agent injection valve, and the reducing agent may not be supplied with high accuracy.
本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、内燃機関の排気浄化装置において、排気の流れに対して還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換えるための遮断部を設けるとともに、パティキュレートフィルタの再生中において還元剤噴射弁が排気の流れから遮断される状態となるように遮断部を切換える電子制御ユニットを備えることによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、パティキュレートフィルタの再生制御の実行時の高熱によって還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the inventor of the present invention provides a shut-off portion for switching the exhaust gas flow of the internal combustion engine to a state in which the reducing agent injection valve is opened or shut off with respect to the flow of exhaust. It has been found that such a problem can be solved by providing an electronic control unit that switches the blocking portion so that the reducing agent injection valve is blocked from the exhaust flow during regeneration of the particulate filter. It is a thing. That is, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can prevent a problem in injection of a reducing agent due to high heat during execution of regeneration control of a particulate filter.
本発明によれば、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの下流側に設けられるNOX還元触媒と、排気の流れにおける前記パティキュレートフィルタよりも下流側、かつ、前記NOX還元触媒よりも上流側の排気管に固定されて前記排気管内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを通過した排気の流れに対して前記還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換可能な遮断部と、前記パティキュレートフィルタの再生制御が実行されていない期間中においては前記還元剤噴射弁を前記開放する状態で前記遮断部を保持する一方、前記パティキュレートフィルタの再生期間中においては前記還元剤噴射弁を前記遮断する状態に前記遮断部を切換える電子制御ユニットと、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。According to the present invention, the particulate filter that collects particulate matter in the exhaust discharged from the internal combustion engine, the NO x reduction catalyst provided on the downstream side of the particulate filter, and the particulate in the exhaust flow In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent injection valve that is fixed to an exhaust pipe downstream of the filter and upstream of the NO x reduction catalyst and injects a reducing agent into the exhaust pipe. A shut-off portion that can be switched to a state in which the reducing agent injection valve is opened or shut off with respect to the flow of exhaust gas that has passed through the particulate filter, and during a period in which regeneration control of the particulate filter is not executed While holding the shut-off part in the opened state of the reducing agent injection valve, during the regeneration period of the particulate filter And an electronic control unit that switches the shut-off portion to the shut-off state of the reducing agent injection valve. An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided, which can solve the above-described problems.
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの再生時以外においては、還元剤噴射弁によって排気管内への還元剤の噴射を可能とする一方、パティキュレートフィルタの再生時においては、還元剤噴射弁を排気の流れから遮断することを可能としている。したがって、パティキュレートフィルタの再生時に、還元剤噴射弁が高熱に晒される機会が軽減され、還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる。 That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention enables the injection of the reducing agent into the exhaust pipe by the reducing agent injection valve except during the regeneration of the particulate filter, while the regeneration of the particulate filter. The reducing agent injection valve can be cut off from the flow of exhaust gas. Therefore, when the particulate filter is regenerated, the opportunity for the reducing agent injection valve to be exposed to high heat is reduced, and it is possible to prevent a malfunction from occurring in the injection of the reducing agent.
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、前記還元剤噴射弁は、主たる排気管から分岐して接続された導入管に固定されており、前記遮断部は、前記主たる排気管に臨む前記導入管の開口を開放又は遮断可能に構成されることが好ましい。このように構成することにより、排気の主流から還元剤噴射弁を遠ざけて、内燃機関の通常の運転時においても、還元剤噴射弁が高熱に晒されることを防ぐことができる。 Further, in configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the reducing agent injection valve is fixed to an introduction pipe that is branched and connected from a main exhaust pipe, and the blocking portion is the main exhaust pipe. It is preferable that the opening of the introduction pipe facing the opening is configured to be openable or shut off. With this configuration, it is possible to prevent the reducing agent injection valve from being exposed to high heat even during normal operation of the internal combustion engine by keeping the reducing agent injection valve away from the main flow of exhaust gas.
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、前記遮断部は、前記排気管の内部で前記還元剤噴射弁方向への前記排気の流れを遮る遮蔽部材と、前記排気管の外部に設けられて前記遮蔽部材の位置を移動させるアクチュエータと、を含むことが好ましい。このように構成することにより、パティキュレートフィルタの再生時又は非再生時に、電子制御ユニットによって遮断部の状態を切り換えることができるとともに、アクチュエータを高熱から保護することができる。 Further, in configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the blocking portion includes a shielding member for blocking the flow of the exhaust gas toward the reducing agent injection valve inside the exhaust pipe, and an outside of the exhaust pipe. And an actuator that moves the position of the shielding member. With this configuration, when the particulate filter is regenerated or not regenerated, the state of the blocking unit can be switched by the electronic control unit, and the actuator can be protected from high heat.
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment relating to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
In addition, what is attached | subjected with the same code | symbol in each figure has shown the same component unless there is particular description, and description is abbreviate | omitted suitably.
図1に示す内燃機関の排気浄化装置10は、図示しない内燃機関に接続された排気管11に介装されて、内燃機関から排出される排気を浄化するための装置として構成されている。内燃機関としては、代表的にはディーゼルエンジンが挙げられるが、これに限定されるものではない。
An exhaust
排気浄化装置10は、パティキュレートフィルタ15と、NOX浄化触媒17と、還元剤供給装置20と、遮断部30と、電子制御ユニット35とを備えている。パティキュレートフィルタ15及びNOX浄化触媒17は、排気管11の途中に設けられるものであって、排気の流れにおける上流側から、パティキュレートフィルタ15、NOX浄化触媒17の順に配置されている。The
パティキュレートフィルタ15は、内燃機関から排出される排気中に含まれる煤等の粒子状物質(以下、「PM(Particulate Material)」と称する。)を捕集する機能を有している。パティキュレートフィルタ15は、代表的にはハニカム構造を有する公知のディーゼルパティキュレートフィルタが用いられるが、これに限定されるものではない。
The
パティキュレートフィルタ15は、所定の時期に、捕集したPMを酸化(燃焼)する再生制御によって再生させられる。再生制御は、バーナやヒータ等の加熱手段でパティキュレートフィルタ15を加熱したり、あるいは、パティキュレートフィルタ15の上流側に酸化触媒を設け、内燃機関を所定の条件で運転させて酸化触媒に未燃燃料を供給することで発生する酸化熱を利用して、パティキュレートフィルタ15を加熱したりすることで行われる。再生性御時において、パティキュレートフィルタ15の下流側の排気温度は、例えば400〜800℃程度になる。
The
この再生制御は、内燃機関の運転中に、差圧センサを用いて検出されるパティキュレートフィルタ15の前後の差圧や、演算によって推定されるPMの捕集量等が所定の閾値を超えたときに実行される。さらには、内燃機関の停止時においても再生制御が実行されるようになっている。
In this regeneration control, during operation of the internal combustion engine, the differential pressure before and after the
NOX浄化触媒17は、排気中に含まれる窒素酸化物を分解する機能を有している。NOX浄化触媒17としては、主にNOX選択還元触媒又はNOX吸蔵触媒などが用いられる。NOX選択還元触媒は、還元剤供給装置20によって供給される液体還元剤から生成される還元剤を吸着するとともに、流入する排気中の窒素酸化物を選択的に還元する触媒である。この場合において、液体還元剤としては、尿素水溶液や未燃燃料等を用いることができる。NOX吸蔵触媒は、排気中の酸素濃度が低いときに排気中のNOXを吸蔵する一方、排気中の酸素濃度が高くなると、NOXを放出するとともに未燃燃料(HC)によってNOXを還元する触媒である。この場合において、液体還元剤としては、未燃燃料を用いることができる。The NO x purification catalyst 17 has a function of decomposing nitrogen oxides contained in the exhaust gas. As the NO x purification catalyst 17, a NO x selective reduction catalyst or a NO x storage catalyst is mainly used. The NO X selective reduction catalyst is a catalyst that adsorbs the reducing agent generated from the liquid reducing agent supplied by the reducing
還元剤供給装置20は、NOX浄化触媒17よりも上流側、かつ、パティキュレートフィルタ15よりも下流側で、NOXを浄化するための液体還元剤を排気中に供給するための装置である。還元剤供給装置20は、主として還元剤タンク21、ポンプ23、及び還元剤噴射弁27によって構成されている。ポンプ23及び還元剤噴射弁27は電子制御ユニット35によって駆動制御されるものであり、特に、還元剤噴射弁27は電磁ソレノイドのコイルに通電したときに弁体がリフトして開弁する構成のものとなっている。この還元剤噴射弁27は、電磁ソレノイドの耐熱温度、あるいは、還元剤噴射弁27を構成する樹脂部分の耐熱温度等の影響により、比較的熱に弱い特性を有している。The reducing
還元剤供給装置20は、ポンプ23によって所定圧力の液体還元剤を還元剤噴射弁27に供給しながら、排気中のNOX濃度等に基づいて演算される噴射量の液体還元剤を還元剤噴射弁27によって噴射する。本実施の形態にかかる排気浄化装置10では、排気管11から分岐して設けられた導入管13に還元剤噴射弁27が固定されており、還元剤噴射弁27の先端部分が、直接排気の流れに晒されないようになっている。したがって、内燃機関が通常の運転状態にある期間においては、還元剤噴射弁27が高熱に晒されにくくなっている。特に、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合においては、還元剤噴射弁27の噴孔部分において、尿素水溶液中の水分が蒸発することによる結晶化が生じにくくなっている。The reducing
また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10においては、排気管11に臨む導入管13の開口部分を塞ぐための遮断部30が、排気管11に設けられている。遮断部30は、排気管11の長さ方向に進退動可能に配置されて導入管13の開口部分を塞ぐことが可能な遮断部材31と、遮断部材31を進退動させるアクチュエータ33と、遮断部材31の進退動のガイド機能を有するとともに、排気の漏れを抑える機能を有するガイドカバー32とによって構成されている。
Further, in the exhaust
図2及び図3は、本実施の形態にかかる遮断部30の構成を示している。図2は、遮断部30が設けられた排気管11の斜視図であり、図3は、図1のXX断面を矢印方向に見た断面図である。図2においては、遮断部30を構成するガイドカバー32が省略されている。
2 and 3 show a configuration of the blocking
この例では、遮断部材31は、排気管11の内周面に対応する形状を有する板状の部材によって構成されている。この遮断部材31には、ロッド33aが接続されており、ロッド33aは、排気管11に形成されたスリット部11aを介して排気管11の外部に導出されて、排気管11の外部に備えられたアクチュエータ33(図1を参照)に接続されている。
In this example, the blocking
排気管11の内周面には、遮断部材31の進退動をガイドするとともに、排気の漏れを抑えるためのガイドカバー32が設けられている。また、排気管11のスリット部11aには、スリット部11a内でロッド33aの移動を妨げることなく、かつ、排気管11内から外部に排気が漏出しないように、シール部材37が設けられている。
A
アクチュエータ33は、電子制御ユニット35の制御によってロッド33aを進退動させることができるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、電磁モータやエアシリンダ等を用いて構成することができる。
The
電子制御ユニット35は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであって、パティキュレ−トフィルタ15の再生制御を実行するとともに、ポンプ23、還元剤噴射弁27、及びアクチュエータ33の駆動制御を実行する。また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10において、電子制御ユニット35は、遮断部30の駆動制御を実行する。
The
電子制御ユニット35は、パティキュレートフィルタ15の再生制御が実行されていない期間、すなわち、内燃機関が通常の運転状態にある期間においては、図4(a)に示すように、導入管13の開口部分を開放する位置に遮断部材31を保持し、液体還元剤の噴射制御を実行する。
As shown in FIG. 4A, the
一方、電子制御ユニット35は、パティキュレートフィルタ15の再生制御が必要になり、実行準備段階に入ったときには、図4(b)に示すように、導入管13の開口部分を遮断する位置に遮断部材31を移動させる。このとき同時に、電子制御ユニット35は、液体還元剤の噴射制御を禁止する。すなわち、パティキュレートフィルタ15の前後の差圧が所定の閾値を超えた場合や、PMの推定捕集量が所定の閾値を超えた場合、さらには、内燃機関のイグニッションスイッチがオフにされた場合等に、電子制御ユニット35は、液体還元剤の噴射を停止しつつ、遮断部材31によって、排気管11に臨む導入管13の開口部分を塞いた後、パティキュレートフィルタ15の再生制御を開始する。
On the other hand, the
その後、パティキュレートフィルタ15の再生制御が終了すると、電子制御ユニット35は、遮断部材31を元の位置に復帰させるとともに、液体還元剤の噴射制御の禁止を解除する。
Thereafter, when the regeneration control of the
以上説明した本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10によれば、パティキュレートフィルタ15の再生制御時以外においては、還元剤噴射弁27によって排気管11内への液体還元剤の噴射を可能とする一方、パティキュレートフィルタ15の再生制御時においては、還元剤噴射弁27を排気の流れから遮断することが可能となる。したがって、パティキュレートフィルタ15の再生制御時に、還元剤噴射弁27が高熱に晒される機会が軽減され、還元剤噴射弁27が高熱によって損傷するおそれを低減することができる。また、同時に、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合において、還元剤噴射弁27の先端部分において尿素水溶液が結晶化するおそれを低減することができる。その結果、液体還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる。
According to the exhaust
また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10は、主たる排気管11から分岐して接続された導入管13に還元剤噴射弁27を固定することとしているために、排気の主流から還元剤噴射弁27が遠ざけられて、内燃機関の通常の運転時においても、還元剤噴射弁27が高熱に晒されることを防ぐことができる。
Moreover, since the exhaust
また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10は、排気管11の内部に配置される遮断部材31と、排気管11の外部に設けられるアクチュエータ33とによって遮断部30を構成することとしているために、パティキュレートフィルタ15の再生時又は非再生時に、電子制御ユニット35によって遮断部30の状態を切り換えることができるとともに、アクチュエータ33を高熱から保護することができる。
In the exhaust
ただし、以上説明した本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。例えば、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置10は、以下のように変更することができる。
However, the exhaust
本実施の形態において説明した内燃機関の排気浄化装置10を構成する各構成要素の構成や形態はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
The configuration and form of each component constituting the exhaust
遮断部30の構成についても、様々な態様に変形することができる。図5及び図6(a)〜(b)は、遮断部の別の構成例を示している。この遮断部40は、排気管11の内周面に対応する形状を有し、排気管11の内周面に沿って周方向に進退動する遮断部材41と、遮断部材41の進退動を制御するアクチュエータ43と、遮断部材41の進退動のガイド機能を有するとともに、排気の漏れを抑える機能を有するガイドカバー42とを備えている。
Also about the structure of the interruption | blocking
パティキュレートフィルタ15の再生制御が実行されていない期間、すなわち、内燃機関が通常の運転状態にある期間においては、図6(a)に示すように、導入管13の開口部分を開放する位置に遮断部材41が保持され、液体還元剤の噴射制御を実行する。一方、パティキュレートフィルタ15の再生制御が必要になり、実行準備段階に入ったときには、図6(b)に示すように、導入管13の開口部分を遮断する位置に遮断部材41が移動させられる。このような遮断部40によっても、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の場合と同様の効果を得ることができる。
In a period in which the regeneration control of the
本実施の形態において説明した内燃機関の排気浄化装置10においては、1個の電子制御ユニット35においてすべての制御を実行するものとして説明しているが、電子制御ユニット35は、適宜の数に分かれていてもかまわない。
In the exhaust
・本実施の形態において説明した内燃機関の排気浄化装置10においては、排気管11から分岐して接続された導入管13に還元剤噴射弁27を固定することとしているが、還元剤噴射弁27を排気管11に直接固定し、その上流側等に、還元剤噴射弁27の方向への排気の流れを遮断できるように遮断部を設けるようにすることもできる。
In the exhaust
Claims (3)
前記パティキュレートフィルタを通過した排気の流れに対して前記還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換可能な遮断部と、
前記パティキュレートフィルタの再生制御が実行されていない期間中においては前記還元剤噴射弁を前記開放する状態で前記遮断部を保持する一方、前記パティキュレートフィルタの再生期間中においては前記還元剤噴射弁を前記遮断する状態に前記遮断部を切換える電子制御ユニットと、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A particulate filter that collects particulate matter in the exhaust discharged from the internal combustion engine, a NO x reduction catalyst provided on the downstream side of the particulate filter, and a downstream side of the particulate filter in the flow of exhaust, And an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent injection valve fixed to an exhaust pipe upstream of the NO X reduction catalyst and injecting a reducing agent into the exhaust pipe,
A blocking unit that can be switched to a state in which the reducing agent injection valve is opened or blocked with respect to an exhaust flow that has passed through the particulate filter;
During the period when regeneration control of the particulate filter is not being executed, the reducing agent injection valve is held in the opened state while the blocking portion is held, while during the regeneration period of the particulate filter, the reducing agent injection valve An electronic control unit that switches the blocking portion to the blocking state;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記遮断部は、前記主たる排気管に臨む前記導入管の開口を開放又は遮断可能に構成されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The reducing agent injection valve is fixed to an introduction pipe that is branched and connected from a main exhaust pipe,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the blocking portion is configured to be able to open or block an opening of the introduction pipe facing the main exhaust pipe.
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