KR100563111B1 - Reciprocating piston combustion engine - Google Patents
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Abstract
자기 점화식이거나 또는 스파크 점화 장치가 제공될 수 있는 왕복 피스톤 연소 엔진은 연속하여 배열된 14개(직선 14개)의 실린더를 갖는다. 실린더 번호 1 내지 실린더 번호 7까지의 점화 순서는 하나의 실린더, 및/또는 두 개의 실린더 및/또는 세 개의 실린더가 순차로, 또는 서로 함께, 또는 서로 함께 부분적으로, 및 서로 이어서 부분적으로 그룹으로 점화된다. 실린더 번호는 엔진의 실린더 열의 양단 중 하나에서 순차로 시작한다. The reciprocating piston combustion engine, which may be self-ignited or provided with a spark ignition device, has 14 (14 straight) cylinders arranged in series. The firing sequence from cylinder number 1 to cylinder number 7 is that one cylinder and / or two cylinders and / or three cylinders sequentially, or partially with each other, or with each other, and partially next to each other in groups do. Cylinder numbers start sequentially at either end of the cylinder row of engines.
자기 점화식, 스파크 점화 장치, 왕복 피스톤 연소 기관, 실린더Self-ignition, spark ignition, reciprocating piston combustion engine, cylinder
Description
도 1 내지 도 44는 본 발명에 따른, 특히 바람직한 점화 순서에 대한 크랭크 스타의 개략도이다.1 to 44 are schematic views of a crank star for a particularly preferred firing sequence according to the invention.
본 발명은 특히 저속 2행정 디젤 엔진 상에 14개의 실린더가 일렬로 배열된 왕복 피스톤 연소 엔진에 관한 것이다.
저속 디젤 엔진은, 일반적으로, 실린더당 출력이 수천 PS인 대형 디젤 엔진이다. 이들 엔진은, 예를 들면, 전력을 생산하기 위하여 제너레이터를 구동하는 이른바 고정 엔진으로 선박에서 사용된다. 저속 엔진은 약 20 내지 250 rpm의 회전 속도 범위를 갖는다.The invention relates in particular to a reciprocating piston combustion engine in which fourteen cylinders are arranged in a row on a low speed two-stroke diesel engine.
Low speed diesel engines are, in general, large diesel engines with a power of thousands PS per cylinder. These engines are, for example, used in ships as so-called stationary engines that drive generators to produce electric power. Low speed engines have a rotational speed range of about 20 to 250 rpm.
상기 유형의 디젤 엔진에 있어서, 엔진에 의하여 발생하는 힘 및 모멘트에 의해 생기는 진동을 일정 범위 내로 억제하는 것이 중요하다. 이렇게 하여 엔진 자체의 기계 부하는 감소하고, 엔진의 작동 수명은 증가한다. 또한, 발전소 및 선박에서 엔진 및 엔진의 모멘트에 의해 생기는 진동은 매우 장해가 될 수 있다. 중대한 장해 매개변수(parameter)로는:In diesel engines of this type, it is important to suppress vibrations caused by forces and moments generated by the engine within a certain range. In this way, the mechanical load of the engine itself is reduced, and the operating life of the engine is increased. In addition, vibrations generated by engines and engine moments in power plants and ships can be very disturbing. Significant obstacle parameters include:
- 기계적 밸런스, 즉 엔진의 진동 및 회전 질량으로부터 발생하는 외부 및 내부 힘과 모멘트. 엔진의 기계적 밸런스가 부적합하게 되면 엔진의 횡축 및 수직축을 중심으로 허용할 수 없는 진동이 일어나게 되어, 건물 또는 선박에 허용할 수 없는 진동이 일어난다.Mechanical balance, i.e. external and internal forces and moments arising from the vibration and rotational mass of the engine. Inadequate mechanical balance of the engine results in unacceptable vibrations about the transverse and vertical axes of the engine, resulting in unacceptable vibrations in buildings or ships.
- 횡방향 힘 및 횡방향 모멘트, 즉 횡방향으로 크로스헤드(crosshead)에 작용하는 가스력 및 관성력에 의하여 생성되는 횡방향(및/또는 수직축을 중심으로 하는) 힘 및 모멘트; 횡방향 힘 및 횡방향 모멘트는 엔진을 길이방향 축을 중심으로 진동시키고, 전후방 2개의 단부 사이에 있는 엔진 블록을 토션(torsion) 진동시킨다.Transverse forces and moments generated by transverse forces and transverse moments, ie gas and inertial forces acting on the crosshead in the transverse direction; The lateral force and the lateral moment vibrate the engine about its longitudinal axis and torsionally vibrate the engine block between the two front and rear ends.
- 크랭크축에 작용하는 조화(harmonic) 및 접선 방향의 가스력과 관성력에 의하여 발생하는 크랭크축 또는 크랭트축 및 이에 결합된 샤프트에서의 토션 진동; 토션 진동은 크랭크축의 행정에 필연적으로 여기되고, 크랭크축 및 샤프트 트레인 전체를 토션 진동시키며, 구동 시스템/출력 구동축 시스템에 허용할 수 없는 토션 진동 및 토션 응력을 일으킬 수 있다.Torsional vibrations in the crankshaft or crankshaft and shafts coupled thereto, caused by harmonic and tangential gas and inertial forces acting on the crankshaft; Torsional vibrations are inevitably excited in the stroke of the crankshaft, torsional vibrations throughout the crankshaft and shaft train, and can cause unacceptable torsional vibrations and torsional stresses in the drive system / output driveshaft system.
- 크랭크축의 크랭크에 작용하는 조화 및 반경 방향 및 접선 방향의 가스력 과 관성력에 의하여 발생되는, 크랭크축 또는 이 축과 결합된 샤프트의 축방향 진동. 이들 진동으로, 바람직하지 않은 점화 순서에서는, 크랭크축에 허용할 수 없는 축방향 진동이 일어날 수 있으므로, 건물 또는 선박의 엔진에 장해가 되는 진동을 일으킨다.Axial vibration of the crankshaft or shafts coupled with the crankshaft, generated by coordination and radial and tangential gas and inertial forces acting on the crankshaft. These vibrations may cause unacceptable axial vibrations in the crankshaft in an undesired ignition sequence, thus causing vibrations that interfere with the engine of the building or ship.
가스력 및 관성력의 중첩으로 인해 일어나는 메인 베어링의 동적 힘은 토션 및 축방향 진동에 의하여 영향을 받는다. 지나치게 높은 베어링 힘은 베어링을 손상시킬 수 있다.The dynamic forces of the main bearing due to the superposition of gas and inertial forces are affected by torsion and axial vibration. Too high a bearing force can damage the bearing.
실제로, 힘, 진동 및 모멘트의 원인과 가장 중요한 장해원(source) 사이에 바람직한 절충안이 얻어질 수 있도록 디젤 엔진을 설계하는 것이 중요하다. Indeed, it is important to design diesel engines so that a good compromise can be obtained between the sources of force, vibration and moment and the most important source of disturbance.
전술한 유형의 장해를 방지하는 설계 수단은 단순히 비용문제 때문에 한계를 지니고 있다. 추가적인 수단으로서, 엔진의 이상적인 점화 순서를 선택하는 것이 엔진의 진동 특성을 개선하는 데 더 앞선 수단으로 판명되었다.The design measures for preventing the above mentioned types of obstacles are limited simply because of the cost. As an additional measure, selecting the ideal ignition order of the engine has proved to be a better means to improve the vibration characteristics of the engine.
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본 발명에 있어서, 본 발명에 따른 왕복 피스톤 연소 엔진은 독립 청구항 1의 특징부에 기재된 것을 특징으로 한다. 본 명세서에 있어서, 실린더 그룹은 하나의 실린더, 두 개의 실린더 또는 세 개의 실린더를 포함할 수 있다. 종속 청구항 모두는 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 관한 것이다. 실린더의 점화 순서를 바람직하게 선택함으로써 저비용으로 엔진의 가동을 현저하게 개선시킬 수 있다. 예를 들면, 엔진의 의도하는 목적에 따라서, 소정의 장해 매개변수가 다소간 보상된다고 하는 점에서, 엔진의 중대한 장해 매개변수 사이에서 최적 조건을 찾아낼 수 있다.
본 발명에 따른, 14개의 실린더를 구비한 2행정 디젤 엔진의 실용적인 요구 조건은, 예를 들면, 다음과 같을 수 있다.In the invention, the reciprocating piston combustion engine according to the invention is characterized in that it is described in the characterizing part of
Practical requirements of a two-stroke diesel engine with 14 cylinders according to the present invention may be, for example, as follows.
기계적 밸런스, 즉 외부 관성력 및 모멘트는 동일한 유형의 구조 및 치수를 갖는 9개의 실린더를 구비한 직렬(straight) 2행정 디젤 엔진만큼 적어도 보정되거나 또는 이 엔진에서보다 더 양호하게 보정되어야 하고; 3개 내지 8개의 실린더의 횡방향 힘 및 횡방향 모멘트는 동일한 유형의 구조 및 치수를 갖는 12개의 실린더를 구비한 직렬 2행정 디젤 엔진과 동일하거나 또는 이 엔진보다 더 작아야 하며; 내부 관성 모멘트는 12개의 실린더를 구비한 엔진에서보다 더 작거나, 또는 적어도 이 엔진만큼 동일하게 낮아야 하고; 토션 진동은 가능하다면 엔진이 추가의 토션 감쇠 장치없이 동작될 수 있을 정도로 낮아야 하며; 엔진의 출력 구동측에 있는 스러스트 베어링 상의 힘이 제한되도록, 예컨대 자유 말단 및 이를 지나서 1mm 내지 대략 2mm 보다 작은 저진폭으로 축방향 진동한다. 선호도 또는 응용에 따라, 엔진 설계자는 실린더의 점화를 한 가지 순서 또는 다른 순서를 선호할 수 있다.Mechanical balance, ie external inertia forces and moments, should be at least calibrated or better calibrated than a straight two-stroke diesel engine with nine cylinders of the same type of structure and dimensions; The transverse forces and transverse moments of the three to eight cylinders must be the same or less than the tandem two-stroke diesel engine with twelve cylinders of the same type of construction and dimensions; The internal moment of inertia must be smaller than, or at least equally as low as, an engine with twelve cylinders; Torsional vibration should be as low as possible so that the engine can be operated without additional torsion damping devices; Axial oscillations with low amplitudes, for example less than 1 mm to approximately 2 mm, beyond the free end and so that the forces on the thrust bearings on the output drive side of the engine are limited. Depending on your preference or application, the engine designer may prefer one order or the other to ignite the cylinders.
본 발명에 따른 14개의 실린더를 구비한 2행정 디젤 엔진에 있어서, 크랭크의 행정이 360°에 걸쳐 균일하게 분포되는 것으로 가정하는 경우, 이론상으로는 점화 순서가 6천만가지나 가능하다. 대칭을 생략하는 경우, 점화 순서는 여전히 수천만가지 가능하다. 또한, 이들 크랭크가 균일하지 않은 경우, 크랭크 행정은 무한대로 각도가 상이하게 배열된다.In a two-stroke diesel engine with 14 cylinders according to the present invention, assuming that the stroke of the crank is distributed evenly over 360 °, theoretically 60 million ignition sequences are possible. If symmetry is omitted, there are still tens of millions of possible firing sequences. Further, when these cranks are not uniform, the crank strokes are arranged at different angles to infinity.
일반적으로, 점화 순서로 실린더에 번호를 부여하는데 있어서, 실린더의 순서는 회전 반대 방향으로 항상 번호가 부여되고, 즉 시계 방향으로 회전하는 엔진에서는 실린더는 시계 반대방향으로 번호가 부여되거나 또는 개수가 계산되며, 그 반대로, 시계 반대방향으로 회전하는 엔진에서는 시계 방향으로 번호가 부여되거나 또는 개수가 계산된다. In general, in numbering the cylinders in the ignition order, the order of the cylinders is always numbered in the opposite direction of rotation, i.e. in engines rotating clockwise, the cylinders are numbered counterclockwise or counted. On the contrary, in an engine that rotates counterclockwise, numbers are counted or counted clockwise.
도 1 내지 도 44에는, 본 발명에 따른 특히 유용한 점화순서가 크랭크 스타(crank star)(이해의 편의를 위하여 일련의 크랭크를 별모양으로 모식적으로 나타낸 것임)으로 개략적으로 도시되어 있다. 홀수 번호의 도면(즉, 도 1, 도 3, 등....도 43까지)은, 예를 들면, 실린더에 연속으로 번호가 부여되고 1로 표시된 실린더가 출력 구동측에 위치하는 14개의 실린더를 구비한 2행정 디젤 엔진과 같은 엔진에 관한 것이다. 짝수 번호의 도면(즉, 도 2, 도 4, 등....도 44까지)은, 예를 들면, 실린더에 연속으로 번호가 부여되고 1로 표시된 실린더가 출력 구동측의 반대쪽에 위치하는 14개의 실린더를 구비한 2행정 디젤 엔진과 같은 엔진에 관한 것이다.In Figures 1 to 44, a particularly useful ignition sequence according to the invention is schematically illustrated as a crank star (a series of cranks schematically illustrated for the sake of understanding). An odd numbered figure (i.e., FIG. 1, FIG. 3, etc. ... up to FIG. 43) is for example 14 cylinders in which the cylinders are numbered consecutively and the cylinder indicated by 1 is located on the output drive side. It relates to an engine such as a two-stroke diesel engine provided with. The even-numbered figures (ie, FIGS. 2, 4, etc.... Up to FIG. 44) are for example 14 in which the cylinders are numbered consecutively and the cylinder indicated by 1 is located on the opposite side of the output drive side. An engine such as a two-stroke diesel engine having two cylinders.
자기 점화식이거나 또는 스파크 점화 장치가 제공될 수 있는 왕복 피스톤 연소 기관은 연속하여 배열된 14개(직렬 14개)의 실린더를 갖는다. 실린더 번호 1번 내지 7번까지의 점화순서는 a) 1개의 실린더, 2개의 실린더 및 3개의 실린더 그룹, b) 1개의 실린더 및 2개의 실린더 그룹, c) 1개의 실린더 및 3개의 실린더 그룹, d) 2개의 실린더 및 3개의 실린더 그룹 중 어느 하나로 그룹을 이루어 순차적으로 점화된다(물론, 동일 그룹에 속하는 실린더도 순차적으로 점화된다). 실린더 번호는 엔진의 실린더 열의 두 개의 말단 중 하나에서 순차로 시작한다.
또한, 본원발명의 2행정 왕복 피스톤 연소 엔진은 실린더에 출력 구동측으로부터 시작하여 순차로 번호가 부여될 때, 상기 출력 구동측으로부터 시계 반대방향으로 상기 14개의 실린더의 점화 순서는 다음 중 하나이고,
1/9/13/8/4/3/11/12/7/2/5/14/10/6 (도 1) 또는
1/6/10/14/5/2/7/12/11/3/4/8/13/9 (도 3) 또는
1/9/13/8/5/2/11/12/7/3/4/14/10/6 (도 5) 또는
1/6/10/14/4/3/7/12/11/2/5/8/13/9 (도 7) 또는
1/6/10/14/4/3/7/11/12/2/5/8/13/9 (도 9) 또는
1/9/13/8/5/2/12/11/7/3/4/14/10/6 (도 11) 또는
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/11/12 (도 13) 또는
1/12/11/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (도 15) 또는
1/6/10/14/3/4/7/12/11/2/5/8/13/9 (도 17) 또는
1/9/13/8/5/2/11/12/7/4/3/14/10/6 (도 19) 또는
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/11/12 (도 21) 또는
1/12/11/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (도 23) 또는
1/6/13/11/4/3/7/14/9/2/5/10/12/8 (도 25) 또는
1/8/12/10/5/2/9/14/7/3/4/11/13/6 (도 27) 또는
1/6/12/11/5/3/7/14/9/2/4/13/8/10 (도 29) 또는
1/10/8/13/4/2/9/14/7/3/5/11/12/6 (도 31) 또는
1/6/12/11/5/3/7/14/9/2/4/13/8/10 (도 33) 또는
1/10/8/13/4/2/9/14/7/3/5/11/12/6 (도 35) 또는
1/6/13/11/2/7/5/14/9/3/4/10/12/8 (도 37) 또는
1/8/12/10/4/3/9/14/5/7/2/11/13/6 (도 39) 또는
1/6/12/10/7/3/5/14/11/2/4/9/13/8 (도 41) 또는
1/8/13/9/4/2/11/14/5/3/7/10/12/6 (도 43)
또는, 상기 실린더에 출력 구동측의 반대쪽으로부터 시작하여 순차로 번호가 부여될 때, 상기 출력 구동측으로부터 시계 반대방향으로 상기 14개의 실린더의 점화 순서는 다음 중 하나인
1/5/9/14/6/2/7/11/12/4/3/8/13/10 (도 2) 또는
1/10/13/8/3/4/12/11/7/2/6/14/9/5 (도 4) 또는
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/12/11 (도 6) 또는
1/11/12/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (도 8) 또는
1/11/12/8/4/3/13/10/7/2/6/14/9/5 (도 10) 또는
1/5/9/14/6/2/7/10/13/3/4/8/12/11 (도 12) 또는
1/9/13/8/5/2/11/12/7/4/3/14/10/6 (도 14) 또는
1/6/10/14/3/4/7/12/11/2/5/8/13/9 (도 16) 또는
1/12/11/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (도 18) 또는
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/11/12 (도 20) 또는
1/9/13/8/5/2/11/12/7/4/3/14/10/6 (도 22) 또는
1/6/10/14/3/4/7/12/11/2/5/8/13/9 (도 24) 또는
1/6/13/10/5/3/7/14/9/2/4/11/12/8 (도 26) 또는
1/8/12/11/4/2/9/14/7/3/5/10/13/6 (도 28) 또는
1/6/13/11/2/7/5/14/9/3/4/10/12/8 (도 30) 또는
1/8/12/10/4/3/9/14/5/7/2/11/13/6 (도 32) 또는
1/6/13/11/2/7/5/14/9/3/4/10/12/8 (도 34) 또는
1/8/12/10/4/3/9/14/5/7/2/11/13/6 (도 36) 또는
1/6/12/11/5/3/7/14/9/2/4/13/8/10 (도 38) 또는
1/10/8/13/4/2/9/14/7/3/5/11/12/6 (도 40) 또는
1/4/13/11/6/2/7/14/9/3/5/8/12/10 (도 42) 또는
1/10/12/8/5/3/9/14/7/2/6/11/13/4 (도 44) 것을 특징으로 한다.
또한, 본원발명의 2행정 왕복 피스톤 연소 엔진은 서로 순차로 점화되는 실린더용 크랭크축 행정의 회전각의 차이는 적어도 대략 360°/14이다.
또한, 본원발명의 2행정 왕복 피스톤 연소 엔진은 서로 순차로 점화되는 실린더용 크랭크축 행정의 회전각의 차이는 0°내지 2 x 360°/14 범위이다.The reciprocating piston combustion engine, which may be self-ignited or with a spark ignition device, has 14 (14 in series) cylinders arranged in series. The ignition sequence for
Further, in the two-stroke reciprocating piston combustion engine of the present invention, when the cylinders are numbered sequentially starting from the output drive side, the ignition order of the 14 cylinders counterclockwise from the output drive side is one of the following,
1/9/13/8/4/3/11/12/7/2/5/14/10/6 (Figure 1) or
1/6/10/14/5/2/7/12/11/3/4/8/13/9 (Fig. 3) or
1/9/13/8/5/2/11/12/7/3/4/14/10/6 (Fig. 5) or
1/6/10/14/4/3/7/12/11/2/5/8/13/9 (Fig. 7) or
1/6/10/14/4/3/7/11/12/2/5/8/13/9 (Fig. 9) or
1/9/13/8/5/2/12/11/7/3/4/14/10/6 (Fig. 11) or
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/11/12 (Fig. 13) or
1/12/11/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (Fig. 15) or
1/6/10/14/3/4/7/12/11/2/5/8/13/9 (Fig. 17) or
1/9/13/8/5/2/11/12/7/4/3/14/10/6 (Fig. 19) or
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/11/12 (Fig. 21) or
1/12/11/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (FIG. 23) or
1/6/13/11/4/3/7/14/9/2/5/10/12/8 (Figure 25) or
1/8/12/10/5/2/9/14/7/3/4/11/13/6 (Figure 27) or
1/6/12/11/5/3/7/14/9/2/4/13/8/10 (Fig. 29) or
1/10/8/13/4/2/9/14/7/3/5/11/12/6 (Fig. 31) or
1/6/12/11/5/3/7/14/9/2/4/13/8/10 (Fig. 33) or
1/10/8/13/4/2/9/14/7/3/5/11/12/6 (Fig. 35) or
1/6/13/11/2/7/5/14/9/3/4/10/12/8 (Figure 37) or
1/8/12/10/4/3/9/14/5/7/2/11/13/6 (Figure 39) or
1/6/12/10/7/3/5/14/11/2/4/9/13/8 (Fig. 41) or
1/8/13/9/4/2/11/14/5/3/7/10/12/6 (Figure 43)
Alternatively, when the cylinders are numbered sequentially starting from the opposite side of the output drive side, the ignition order of the fourteen cylinders in the counterclockwise direction from the output drive side is one of the following:
1/5/9/14/6/2/7/11/12/4/3/8/13/10 (Fig. 2) or
1/10/13/8/3/4/12/11/7/2/6/14/9/5 (Figure 4) or
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/12/11 (Fig. 6) or
1/11/12/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (Fig. 8) or
1/11/12/8/4/3/13/10/7/2/6/14/9/5 (Figure 10) or
1/5/9/14/6/2/7/10/13/3/4/8/12/11 (Fig. 12) or
1/9/13/8/5/2/11/12/7/4/3/14/10/6 (Fig. 14) or
1/6/10/14/3/4/7/12/11/2/5/8/13/9 (Fig. 16) or
1/12/11/8/3/4/13/10/7/2/6/14/9/5 (Figure 18) or
1/5/9/14/6/2/7/10/13/4/3/8/11/12 (Fig. 20) or
1/9/13/8/5/2/11/12/7/4/3/14/10/6 (Fig. 22) or
1/6/10/14/3/4/7/12/11/2/5/8/13/9 (Fig. 24) or
1/6/13/10/5/3/7/14/9/2/4/11/12/8 (Figure 26) or
1/8/12/11/4/2/9/14/7/3/5/10/13/6 (Fig. 28) or
1/6/13/11/2/7/5/14/9/3/4/10/12/8 (Fig. 30) or
1/8/12/10/4/3/9/14/5/7/2/11/13/6 (Fig. 32) or
1/6/13/11/2/7/5/14/9/3/4/10/12/8 (Fig. 34) or
1/8/12/10/4/3/9/14/5/7/2/11/13/6 (Figure 36) or
1/6/12/11/5/3/7/14/9/2/4/13/8/10 (Fig. 38) or
1/10/8/13/4/2/9/14/7/3/5/11/12/6 (Fig. 40) or
1/4/13/11/6/2/7/14/9/3/5/8/12/10 (Figure 42) or
1/10/12/8/5/3/9/14/7/2/6/11/13/4 (FIG. 44).
Further, in the two-stroke reciprocating piston combustion engine of the present invention, the difference in the rotation angles of the crankshaft strokes for the cylinders which are sequentially ignited with each other is at least approximately 360 ° / 14.
Further, in the two-stroke reciprocating piston combustion engine of the present invention, the difference in the rotation angles of the crankshaft strokes for the cylinders sequentially ignited with each other is in the range of 0 ° to 2 x 360 ° / 14.
상기한 바와 같은 구성을 가진 본원발명에 의하면, 실린더의 점화 순서를 바람직하게 선택함으로써 저비용으로 엔진의 진동 특성을 개선시킬 수 있다.According to the present invention having the configuration as described above, it is possible to improve the vibration characteristics of the engine at low cost by preferably selecting the ignition order of the cylinders.
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