KR20020097283A - 3/2방 밸브 - Google Patents

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클렝크볼프강
고르동우베
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 분사 노즐이 연료 복귀부에 연결되는 제1 제어 위치와, 연료 고압 저장소가 분사 노즐에 연결되는 제2 제어 위치를 갖는 엔진의 커먼 레일 분사 시스템 내의 연료의 분사 제어를 위한 3/2방 밸브에 관한 것이다.
분사의 기능과 품질을 개선하기 위해, 3/2방 밸브는, 서로 분리되어 구성되고 각각 밸브 시트 주연부(24, 30)에 구성되는 두 개의 힘 평형 제어 피스톤(21, 22)을 포함한다.

Description

3/2방 밸브{3/2 WAY VALVE}
상기 유형의 3/2방 밸브는 예를 들어, 독일 특허 제197 24 637호에 공지되어 있다. 커먼 레일 분사 시스템 내에서 고압 펌프는 커먼 레일로 표시되는 중앙 고압 저장소에 연료를 공급한다. 고압 도관은 레일로부터 엔진 실린더에 배치되는 개별 인젝터로 안내된다. 인젝터는 개별적으로 엔진 전자 장치에 의해 제어된다. 제어 밸브가 개방되면, 고압에 의해 가압되는 연료는 노즐 스프링의 사전 인장력에 대항하여 상승된 노즐 니들을 통과하여 연소실에 도달한다.
본 발명은 제1 제어 위치에서 인젝터와 연료 복귀부 사이의 유압식 연결을 개방시키고, 제2 제어 위치에서 인젝터와 연료 고압 저장소 사이의 유압식 연결을 개방시키고, 하우징 내에서 안내되는 제어 요소를 갖는, 엔진의 커먼 레일 분사 시스템 내의 연료의 분사 제어를 위한 3/2방 밸브에 관한 것이다.
도1은 커먼 레일 분사 시스템의 개략도이다.
도2는 두 부분으로 된 제어 피스톤을 갖는 본 발명에 따른 3/2방 밸브의 제1 제어 위치에서의 제1 실시예의 도면이다.
도3은 도2의 제2 제어 위치 내의 3/2방 밸브의 도면이다.
도4는 본 발명에 따른 3/2방 밸브의 제1 제어 위치에서의 제2 실시예의 도면이다.
도5는 도4의 제2 제어 위치 내의 3/2방 밸브의 도면이다.
본 발명의 목적은 분사의 기능과 품질을 개선하는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 제어 밸브는 간단하게 구성되고 저렴한 비용으로 생산될 수 있다.
이러한 목적은 제1 제어 위치에서 인젝터와 연료 복귀부 사이의 유압식 연결을 개방시키고, 제2 제어 위치에서 인젝터와 연료 고압 저장소 사이의 유압식 연결을 개방시키고, 하우징 내에서 안내되는 제어 요소를 갖는, 엔진의 커먼 레일 분사 시스템 내의 연료의 분사 제어를 위한 3/2방 밸브에서, 제어 요소가 제1 제어 피스톤과 제2 제어 피스톤을 포함하고, 하우징과 제1 제어 피스톤 사이에 제1 밸브 시트가 구성되고, 하우징과 제2 제어 피스톤 사이에 제2 밸브 시트가 구성됨으로써 달성된다.
시트/시트 밸브로써의 구조적인 구성을 통해, 제어될 공급 및 차단 단면은 폭넓은 제한으로 자유롭게 구성될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 3/2방 밸브의 공급 밸브를 통해 짧은 제어 시간이 구현될 수 있다. 또한, 기능 안정성은 두 제어 피스톤의 사용을 통해 상승된다. 특히, 두 제어 피스톤에 대한 안내가 그 자체 축에 또는 상이한 축에 배치될 수 있기 때문에, 두 제어 피스톤의 사용 및 본 발명에 따른 공급 밸브의 제조는 간소화된다. 제어 피스톤의 안내는 밸브 하우징 내의 안내 보어를 통해 달성될 수 있고, 안내 보어는 계단식 보어로써 구성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 변형예에서, 제1 제어 피스톤의 단부면이 제어실을 제한하고, 제어실은 공급 드로틀을 통해 연료 공급부와 유압식으로 연결되고, 제어실은 유출 드로틀을 통해 유출부와 유압식으로 연결될 수 있기 때문에, 공지되고 검증된 구성 요소에 대해 적어도 부분적으로 본 발명에 따른 공급 밸브의 구현시에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 개선예에서, 제어실과 솔레노이드 밸브 또는 피에조(piezo) 엑추에이터의 유출부 사이의 유압식 연결이 제어되기 때문에, 특성적인 장점은 본발명에 따른 공급 밸브에 사용될 수 있다.
구조 공간을 절약하고 제조를 간소화하기 위해, 공급 드로틀은 제1 제어 피스톤에 일체될 수 있다. 무엇보다도 3/2방 밸브의 밸브 하우징에서는 연료 고압 저장소에 대한 추가적인 연결이 제공되어야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2 제어 피스톤의 단부면이 연료 고압 저장소의 압력을 지배하는 압력실을 제한하기 때문에, 제2 제어 피스톤은 항상 제1 제어 피스톤 방향으로 압력이 가해진다. 또한, 실시예에서 제2 제어 피스톤은 적어도 부분적으로 압력 평형을 이룬다. 선택적으로는 제2 제어 피스톤이 압력 스프링에 의해 제1 제어 피스톤 방향으로 가압된다.
본 발명의 특히 바람직한 변형예에서, 제1 제어 피스톤은 안내 보어 내에서 안내되고, 연결부는 안내 보어로 합류되고, 제1 제어 피스톤은 연결부의 합류 영역 내에 제1 리세스를 포함하고, 그리고/또는 제2 제어 피스톤은 안내 보어 내에서 안내되고, 연결부는 안내 보어에 합류되고, 제2 제어 피스톤은 연결부의 합류 영역 내에 제2 리세스를 포함하기 때문에, 제1 제어 피스톤 및/또는 제2 제어 피스톤의 적어도 부분적인 힘평형이 형성된다. 이로써, 제어 피스톤의 작동력이 현저하게 감소함에 따라 제어 시간은 단축되고, 공급 밸브의 수명은 높아진다. 안내 보어(39)는 계단식 보어로써 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공급 밸브는 압력 제어식 다른 연료 분사 시스템에서 사용될 수 있다. 본원에서 추구하는 권리 보호는 이러한 사용을 포함한다.
본 발명의 다른 장점, 특징, 및 특성은 본 발명의 다양한 실시예의 도면과관련하여 설명된 이하의 설명에 나타난다. 청구항과 설명에 언급된 특징들은 각각 그 자체 또는 임의의 조합에서 본 발명에 따른 것일 수 있다.
도1에는 커먼 레일 분사 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 연료는 연료 탱크(1)로부터 펌프 유닛(2)을 통해 연료 고압 저장소(3)에 공급되고, 고압에 의해 가압된다. 고압에 의해 가압되는 연료는 필요에 따라서 공급될 엔진의 개별 실린더에 분배된다. 고압에 의해 가압되는 연료 분사는 인젝터(4, 5, 6, 7)를 통해 수행된다.
도1에는 개관성을 이유로 인젝터(7)만 도시되었다. 인젝터(7)의 연료 공급은 공급 밸브(8)를 통해 수행된다. 공급 밸브(8)는 선택된 실시예에 따르지 않고 자체적인 조립체로 구성될 수 있다. 이로써, 밸브가 임의로 연료 고압 저장소와 노즐 홀더 사이에 구성되는 것이 가능하고, 연료 고압 저장소와 공급 밸브 사이 그리고 공급 밸브와 노즐 홀더 사이의 도관 길이가 자유롭게 선택된다.
공급 밸브(8)는 전자식으로 작동되는 3/2방 밸브를 의미한다. 연료 고압 저장소(3)와 인젝터(7) 그리고 고압 연결부(10)와 인젝터(7) 사이의 연결이 차단된다. 인젝터(7)의 고압 연결부(10)는 도1에 도시된, 공급 밸브(8)의 제어 위치에서 연료 복귀부(9)와 연결된다.
공급 밸브(8)의 작동 시, 도1에 도시되지 않은 제2 제어 위치로 전환된다. 제2 제어 위치에서, 인젝터(7)의 고압 연결부(10)는 연료 고압 저장소(3)와 직접 연결된다. 이 제어 위치에서, 고압에 의해 가압되는 연료는 연료 고압 저장소(3)로부터 고압 연결부(10)를 통해 인젝터(7) 내에 구성된 압력실(11)에 도달한다. 압력실(11) 내의 압력이 특정값을 초과하면, 노즐 스프링(13)에 대해 사전 인장된 노즐 니들(12)이 시트로부터 상승되고, 고압에 의해 가압되는 연료는 공급될 엔진의 연소실(14)에 분사된다.
도2 및 도3에는 시트-시트-밸브로써 구성된 3/2방 밸브가 도시된다. 도2 및 도3에서 종단면으로 도시된 공급 밸브는 제1 제어 피스톤(21)과 제2 제어 피스톤(22)이 왕복 운동이 가능하게 수납되는 밸브 하우징(20)을 포함한다.
도2 및 도3에는 시트-시트-밸브로 구성된 3/2방 밸브의 제1 실시예가 도시된다. 도2 및 도3에 종단면으로 도시된 공급 밸브는 제1 제어 피스톤(21)과 제2 제어 피스톤(22)이 왕복 운동 가능하게 수납되는 밸브 하우징(20)을 포함한다.
도2에 도시된 제1 제어 위치에는 제1 제어 피스톤(21)과 밸브 하우징(20) 사이에 구성된 제1 밸브 시트(24)가 연결된다. 이로써, 도시되지 않은 커먼 레일과다시 연결되는 연료 공급부(26)와 (도시되지 않은) 분사 노즐 또는 인젝터로의 연결부(27) 사이의 유압식 연결이 차단된다.
제2 제어 피스톤(22)과 밸브 하우징(20)에 구성된 제2 밸브 시트(30)는 제1 제어 위치에서 개방되어 도시된다. 이로써, 분사 노즐에 대한 연결부(27)와 제1 연료 복귀부(32) 사이의 유압식 연결이 개방된다. 제2 연료 복귀부(33)는 작동 중에 발생하는 누출의 복귀에 사용된다. 상기 제1 위치 제어에서 인젝터(도시되지 않음)는 무압이다.
제1 및 제2 제어 피스톤(21, 22)의 운동은 솔레노이드 밸브(35)를 사용하여 제1 제어 피스톤(21) 상부의 제어실(34) 내의 압력에 의해 제어된다. 도2에 도시된 제1 제어 위치에서 제어실(34)의 압력 방출은 밸브 볼(36)을 통해 방지된다. 고압에 의해 가압되는 연료는 제1 제어 피스톤(21)에 구성된 공급 드로틀(29)을 통해 제어실(34)에 도달한다. 제어실(34)에 있는, 고압에 의해 가압되는 연료는 제1 제어 피스톤(21)이 제2 제어 피스톤(22)에 대항하여 제1 밸브 시트(24) 상으로 가압되도록 한다. 제2 제어 피스톤(22)은 제2 제어 피스톤(22)의 단부면(25)에 작용하는 유압력에 의해 제1 제어 피스톤(21)에 대항하여 가압된다. 유압력은 압력실(37) 내의 압력에 의해 발생된다. 압력실(37)은 보어(38)를 통해 연료 공급부(26)와 연결된다.
솔레노이드 밸브(35)가 개방되고, 부속된 시트의 밸브 볼(36)이 상승되면, 제어실(34) 내의 압력은 낮아지고, 제1 제어 피스톤(21)은 정지부(28)까지 상부로 운동한다. 제1 제어 피스톤(21)의 운동 속도는 압력에 의해 가압되는 제1 제어 피스톤(21)의 표면의 구성 및 공급 드로틀(29)과 유출 드로틀(31)의 조정에 의해 설정될 수 있다.
동시에 제2 제어 피스톤(22)이 상술된 유압력을 통해 마찬가지로 상부로 운동하기 때문에, 제2 밸브 시트(30)가 폐쇄된다.
본 발명에 따른 공급 밸브(8)가 시트/시트 밸브로 구성됨으로써, 누출량이 감소되고 밀폐도는 증가되고 제어된 유동 단면은 슬라이드 밸브에서 보다 크게 된다. 이로써, 인젝터는 더 신속하고 정확하게 제어될 수 있으며, 이는 엔진의 작동 상태에 바람직하게 작용한다.
두 제어 피스톤(21, 22)은 분리되어 구성된다. 이로써 공급 밸브의 제조는 현저하게 간소화된다. 또한, 제1 제어 피스톤(21)에 대한 제2 제어 피스톤(22)의 정렬 오류는 공급 밸브(8)의 기능에 불리하게 작용하지 않는다. 공급 및 차단 단면의 크기는 임의로 구성될 수 있다.
두 제어 피스톤(21, 22)의 작동 중의 운동 속도는 공급 및 유출 드로틀(29, 31)의 구성을 통한 폭넓은 제한으로 조정될 수 있다.
솔레노이드 밸브(35)에 전기가 흐르지 않는 상태에서 제1 제어 피스톤(21)은 제1 밸브 시트(24) 내에 유지된다. 이로써, 연료 공급부(26) 및 연료 고압 저장소(도시되지 않음)에 대한 연결은 폐쇄되고, 연료 복귀부(32)와 연결부(27) 사이의 연결은 개방된다. 도2에 도시된 제어 위치에서 분사는 수행되지 않는다.
솔레노이드 밸브(35)에 전기가 흐르면, 압력실(34) 내의 압력은 감소하고 제어 피스톤(21)에 작용하는 압력은 제어 피스톤을 제1 밸브 시트(24)로부터 상승시킨다. 동시에, 단부면(25)에 작용하는 유압력은 제2 제어 피스톤(22)이 상승되도록 한다. 연료 공급부(26)와 연결부(27) 사이의 연결은 개방되고, 즉, 인젝터 또는 분사 노즐(도시되지 않음)을 통해 연료 분사가 수행된다. 동시에 연결부(27)와 연료 복귀부(32) 사이의 연결이 차단된다.
솔레노이드 밸브(35)의 전기 흐름이 차단되는 즉시, 압력실(34)의 압력은 다시 상승하고 제1 제어 피스톤(21)은 다시 제1 밸브 시트(24)로 하향 가압된다. 동시에 제1 제어 피스톤(21)의 하강 운동을 통해 제2 제어 피스톤(22)은 단부면(25)에 작용하는 유압력에 대항하여 하향 가압된다. 이로써, 연료 공급부(26)와 연결부(27) 사이의 연결이 차단된다. 또한, 연결부(27)와 제1 연료 복귀부(32) 사이의 연결이 개방된다.
도4 및 도5에는 시트-시트-밸브로써 구성된 3/2방 밸브의 제2 실시예가 도시된다. 도4 및 도5에 종단면으로 도시된 공급 밸브는 제1 제어 피스톤(21)과 제2 제어 피스톤(22)이 안내 보어(39) 내에서 왕복 운동 가능하게 수납되는 밸브 하우징(20)을 포함한다. 두 제어 피스톤(21, 22)은 압력면의 구조적인 구성에 의하여 각각 자체적으로 힘평형을 이룬다. 제1 제어 피스톤(21)의 힘평형은 제1 제어 피스톤(21) 내의 제1 리세스(40)에 의해 연결부(27)의 영역(27a) 내에서 달성된다. 제2 제어 피스톤(22)의 힘평형은 제2 제어 피스톤(22)의 제2 리세스(41)에 의해 연결부(27)의 영역(27b) 내에서 달성된다. 이는 상응하는 제어 피스톤의 운동에 대해 적은 힘으로도 충분함을 의미한다.
제2 제어 피스톤(22)은 압력 스프링(23)을 통해 사전 인장된다. 도2에 도시된 제어 위치에서 압력 스프링(23)의 반대쪽에 위치한, 제2 제어 피스톤(22)의 단부에는 제1 제어 피스톤(21)이 지지된다. 제1 제어 피스톤(21)과 밸브 하우징(20)에는 도4에서 폐쇄 상태로 도시된 제1 밸브 시트(24)가 구성된다.
도4에 도시된 제1 제어 위치에서는 도시되지 않은 커먼 레일과 다시 연결되는 연료 공급부(26)와 (도시되지 않은) 분사 노즐의 연결부(27) 사이의 연결이 차단된다.
제2 제어 피스톤(22)과 밸브 하우징(20)에 구성된 제2 밸브 시트(30)는 도4에서 개방되어 도시된다. 이로써, 분사 노즐에 대한 연결부(27)와 제1 연료 복귀부(32) 사이의 연결이 개방된다. 제2 연료 복귀부는 작동 중에 발생하는 누출의 복귀에 사용된다. 상기 제1 제어 위치에서 인젝터(도시되지 않음)는 무압이다.
두 제어 피스톤(21, 22)의 운동은 솔레노이드 밸브(35)를 사용하여 제어실(34) 내의 압력에 의해 제어된다. 도4에 도시된 제1 제어 위치에서 제어실(34)의 압력 방출은 밸브 볼(36)을 통해 방지된다. 고압에 의해 가압되는 연료는 제1 제어 피스톤(21)에 구성된 공급 드로틀(29)을 통해 제어실(34)에 도달한다. 제어실(34)에 있는, 고압에 의해 가압되는 연료는 제1 제어 피스톤(21)이 하부로 제2 제어 피스톤(22)에 대항하여 가압되도록 한다. 이로써, 제1 밸브 시트(24)는 폐쇄되어 유지된다. 동시에 제2 제어 피스톤(22)은 압력 스프링(23)에 대항하여 가압된다.
솔레노이드 밸브(35)가 개방되고, 부속된 시트의 밸브 볼(36)이 상승되면, 제어실(34) 내의 압력은 낮아지고, 제1 제어 피스톤(21)은 정지부(28)까지 상부로운동한다. 제1 제어 피스톤(21)의 운동 속도는 압력에 의해 가압되는 제1 제어 피스톤(21)의 표면의 구성 및 공급 드로틀(29)과 유출 드로틀(31)의 조정에 의해 설정될 수 있다.
동시에 제2 제어 피스톤(22)이 압력 스프링(23)의 사전 인장력을 통해 마찬가지로 상부로 움직이기 때문에, 제2 밸브 시트(30)가 폐쇄된다.
연결부(27)와 직접 연결된 전체 밸브 표면은, 힘이 제어 피스톤(21, 22)에 작용하지 않도록 구성된다. 제어 피스톤(21, 22)에 작용하는 힘은 압력 스프링(23)으로부터 유래하거나 또는 제1 제어 피스톤(21) 및 제2 제어 피스톤(22)의 운동 단계 중에 힘 바운스 또는 다른 불연속성을 포함하지 않는 유압력이다.
이로써 공급 밸브(8)의 제조는 간소화되고, 엔진의 작동 상태는 개선된다.
두 제어 피스톤(21, 22)은 분리되어 구성된다. 이로써 공급 밸브의 제조는 더 간소화된다. 또한, 제2 제어 피스톤(22)의 제1 제어 피스톤(21)에 대한 정렬 오류는 공급 밸브의 기능에 단점으로 작용하지 않는다. 공급 및 차단 단면의 크기는 임의로 구성될 수 있다. 압력 평형된 제어 피스톤(21, 22)은 적은 마모를 발생시킨다. 두 제어 피스톤(21, 22)의 작동 중의 운동 속도는 동일하다. 이는 공급 드로틀 및 유출 드로틀의 구성을 통해 개방 단계의 속도와 폐쇄 단계의 속도가 변형될 수 있음을 의미한다.
솔레노이드 밸브(35)에 전기가 흐르지 않는 상태에서 제1 제어 피스톤(21)은 하부 위치에 유지된다. 이로써, 연료 공급부(26)와 연료 고압 저장소(도시되지 않음)에 대한 연결은 폐쇄되어 유지되고, 연료 복귀부(32)와 연결부(27) 사이의 연결은 개방 유지된다. 도4에 도시된 제어 위치에서 분사는 수행되지 않는다.
솔레노이드 밸브(35)에 전기가 흐르면, 제어실(34)의 압력은 감소하고 제어 피스톤(21)에 작용하는 압력은 제어 피스톤을 제1 밸브 시트(24)로부터 상승시킨다. 동시에 압력 스프링(23)은 제2 제어 피스톤(22)을 상승시킨다. 연료 공급부(26)와 연결부(27) 사이의 연결은 개방된다. 동시에 연결부(27)와 연료 복귀부(32)의 연결은 차단된다.
솔레노이드 밸브(35)의 전기 흐름이 차단되면, 압력실(34) 내의 압력은 다시 상승하고 제2 밸브 시트(24)로 제1 제어 피스톤(21)은 다시 하향 가압된다. 동시에 제1 제어 피스톤(21)의 하강 운동을 통해, 제2 제어 피스톤(22)은 압력 스프링(23)에 대항하여 하향 가압된다. 이로써 연료 공급부(26)와 연결부(27)사이의 연결은 차단된다. 또한, 연결부(27)와 제1 연료 복귀부(32)의 연결은 개방된다.

Claims (9)

  1. 하우징(20) 내에서 안내되는 제어 요소를 구비하고, 제1 제어 위치의 제어 요소는 인젝터(7)와 연료 복귀부(42) 사이의 유압식 연결을 개방시키고, 제2 제어 위치에서 제어 요소는 인젝터(7)와 연료 고압 저장소(3) 사이의 유압식 연결을 개방시키는 엔진의 커먼 레일 분사 시스템 내의 연료의 분사 제어를 위한 3/2방 밸브에 있어서,
    제어 요소는 제1 제어 피스톤(21)과 제2 제어 피스톤(22)을 포함하고, 하우징(20)과 제1 제어 피스톤(21) 사이에 제1 밸브 시트(24)가 구성되고, 하우징(20)과 제2 제어 피스톤(22) 사이에 제2 밸브 시트(30)가 구성되는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 제1 제어 피스톤(21)의 단부면(39)은 제어실(34)을 제한하고, 제어실(34)은 공급 드로틀(32)을 통해 연료 공급부(26)와 유압식으로 연결되고, 제어실(34)은 유출 드로틀(31)을 통해 유출부와 유압식으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 솔레노이드 밸브(35) 또는 피에조 액추에이터의 유출부와 제어실(34) 사이의 유압식 연결이 제어되는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 공급 드로틀(29)은 제2 제어 피스톤(21) 내로 일체되는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 제어 피스톤(22)의 단부면(25)은 압력실(37)을 제한하고, 압력실(37) 내에는 연료 고압 저장소의 압력이 존재하는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 제어 피스톤(22)의 단부면(25)이 압력 스프링(23)의 사전 인장력에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 제어 피스톤(21)은 안내 보어(39) 내에서 안내되고, 연결부(27)가 안내 보어(39) 내로 합류되고, 제1 제어 피스톤(21)은 연결부(27)의 합류 영역(27a) 내에서 제1 리세스(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 제어 피스톤(22)은 안내 보어(39) 내에서 안내되고, 연결부(27)는 안내 보어(39) 내로 합류되고, 제2 제어 피스톤(22)은 연결부(27)의 합류 영역(27b) 내에서 제2 리세스(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3/2방 밸브.
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 인젝터(7), 펌프 노즐 유닛 또는 분사 노즐과 연결되어 사용되는 특징으로 하는 3/2방 밸브.
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