CN100378325C - 用于可变容积式压缩机的控制阀 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于可变容积式压缩机的控制阀，该控制阀包括：第一控制阀，其控制从排放室流入到曲轴箱中的制冷剂的流速；第二控制阀，其控制从该曲轴箱流入到吸入室中的制冷剂的流速，其中感测吸入压力，并且控制在曲轴箱中的压力，从而使得吸入压力保持不变，该控制阀的第一和第二控制阀的结构简单。处于吸入压力的端口(Ps)形成在处于排放压力的端口(Pd)朝向螺线管的一侧上，而通向和源自曲轴箱的端口(Pc1)和(Pc2)形成在该端口(Ps)与所述侧相对的一侧上，并且以在这些端口上延伸的方式布置中空柱形元件。该中空柱形元件用作第一控制阀的阀元件和第二控制阀的阀座，从而使得该第一和第二控制阀的结构简单。

Description

用于可变容积式压缩机的控制阀

技术领域

本发明涉及一种用于可变容积式压缩机的控制阀，更具体地涉及这样一种用于可变容积式压缩机的控制阀，其适于控制用于汽车空调的可变容积式压缩机的制冷剂排量。

背景技术

用于汽车空调的制冷循环中的压缩机由这样的发动机来驱动，该发动机的转速根据车辆的行驶状况而变化，因此不能进行转速控制。因此，通常采用一种可改变制冷剂排量的可变容积式压缩机，以便获得足够的制冷容积，而又不会受到发动机转速的限制。

在可变容积式压缩机中，通常将摇摆板布置在气密形成的曲轴箱内，从而使其倾角可以改变，并通过旋转轴的旋转运动来驱动以进行摇摆运动，并且通过摇摆板的摇摆运动在平行于旋转轴的方向上做往复运动的活塞将制冷剂从吸入室吸入相应的缸中，压缩该制冷剂，然后将其排放到排放室中。这样，可通过改变曲轴箱内的压力来改变摇摆板的倾角，从而改变活塞的冲程，以改变制冷剂的排量。该用于可变容积式压缩机的控制阀为改变曲轴箱内的压力提供了控制。

通常，这种用于可变容积式压缩机的可变地控制压缩机排量的控制阀将从排放室以排放压力Pd排出的部分制冷剂引入气密形成的曲轴箱中，从而通过控制这样引入的制冷剂量来控制曲轴箱内的压力Pc。一种已知的控制引入到曲轴箱中的制冷剂量的方法是，例如根据在吸入室中的吸入压力Ps来控制所引入的制冷剂量。即，控制阀感测出吸入压力Ps，并控制从排放室以排放压力Pd引入曲轴箱内的制冷剂的流速，以便将吸入压力Ps保持为恒定的水平。

为此，用于可变容积式压缩机的控制阀装配有用于感测吸入压力Ps的压力感测部分以及阀部分，该阀部分根据由压力感测部分感测到的吸入压力Ps来使从排放室通向曲轴箱的通道打开和关闭。另外，一种用于可变容积式压缩机的控制阀装配有螺线管，该控制阀可自由地从外部设定在可变容积操作开始时所假设的吸入压力Ps的数值，该螺线管可通过外部电流来设定压力感测部分的设置结构。

顺便提及，传统的用于可变容积式压缩机的控制阀可以从外部控制，其包括一种用于控制被称为无离合器的可变容积式压缩机的控制阀，该无离合器的可变容积式压缩机构造成使得发动机直接与旋转轴相连，而无需在发动机和该旋转轴之间设置螺线管离合器以进行和禁止发动机驱动力传输，在该旋转轴上装配有摇摆板(参见例如日本未审专利公开(特开)No.2001-107854，(段落标号：[0035]和[0036]，图3))。

该控制阀包括：阀部分，其用于使得在排放室和曲轴箱之间连通的通道打开和关闭；螺线管，其用于产生使得该阀部分沿着关闭方向操作的电磁力；以及压力感测部分，其用于在吸入压力Ps与大气压力相比变得较低时使该阀部分沿着打开方向操作，阀部分、螺线管和压力感测部分以所述的顺序布置。因此，在螺线管未通电时，阀部分处于完全打开状态，从而可以使曲轴箱中的压力Pc保持接近排放压力Pd的压力。这使得摇摆板变得相对于旋转轴大致成直角，从而能够使可变容积式压缩机以最小容积操作。因此，即使在发动机与旋转轴直接相连时，也能够使制冷剂排量大致减少到近似为零，从而可以去除螺线管离合器。

另外，本申请人已经提出了一种用于无离合器的可变容积式压缩机的控制阀，用于控制曲轴箱中的压力Pc，从而使吸入压力Ps保持不变，其中，压缩机排量的变化对压缩机旋转的变化更为敏感(日本专利申请No.2003-289581，图5和图13)。该控制阀包括：第一控制阀，其控制从排放室引入到曲轴箱中的制冷剂的流速；以及第二控制阀，其控制从该曲轴箱输送至吸入室的制冷剂的流速，所述控制阀构造成这样，使得当一个控制阀沿着阀打开的方向操作时，另一控制阀以与其互锁的方式沿着阀关闭的方向操作，而当一个控制阀沿着阀关闭的方向操作时，另一控制阀以与其互锁的方式沿着阀打开的方向操作。

另外，该控制阀具有这样的结构，其使得在设计螺线管时不需要考虑整个螺线管的耐压力。就是说，该控制阀构造成使得作为螺线管的部件的柱塞被分成为第一柱塞和第二柱塞，并且将隔膜布置在所分开的柱塞之间，用于感测吸入压力Ps，该隔膜使吸入压力Ps与在其中布置大部分螺线管的大气压力隔离。通过该构造，在螺线管通电时，第一柱塞和第二柱塞彼此吸引，从而作为一个柱塞作用，而在螺线管断电时，布置在接收吸入压力Ps一侧上的第二柱塞能够将第一控制阀保持在完全打开的状态中，而不受第一柱塞的影响。因此，该控制阀用作用于无离合器的可变容积式压缩机的控制阀。

然而，传统的用于可变容积式压缩机的控制阀包括用于控制从排放室流入到曲轴箱内的制冷剂流速的第一控制阀和用于控制从曲轴箱流入到吸入室的制冷剂流速的第二控制阀，其中感测吸入压力Ps，并且控制压缩机的曲轴箱中的压力Pc，从而使得吸入压力Ps保持不变，该控制阀的问题在于，第一控制阀和第二控制阀都由大量的部件形成，因此使得结构复杂。

发明内容

本发明是针对上述问题做出的，并且其目的在于提供一种用于可变容积式压缩机的控制阀，该控制阀包括：第一控制阀，其控制从排放室流入到曲轴箱内的制冷剂流速；以及第二控制阀，其控制从该曲轴箱流入到吸入室内的制冷剂流速，其中感测吸入压力Ps，并且控制在压缩机曲轴箱中的压力Pc，从而使得吸入压力Ps保持不变，该控制阀的第一和第二控制阀的结构简单。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于可变容积式压缩机的控制阀，包括：第一控制阀，其控制从压缩机的排放室流入到该压缩机的曲轴箱的制冷剂流速；第二控制阀，其控制从该曲轴箱流入到该压缩机的吸入室的制冷剂流速；压力感测部分，其感测吸入室内的吸入压力；以及螺线管，该螺线管通过向其供应的外部电流来设置所述压力感测部分的期望设置值，其中，所述压力感测部分布置在作为所述螺线管的分开式柱塞的第一柱塞和第二柱塞之间，该控制阀包括：第一端口，其接收来自排放室的排放压力；第二端口，其布置在该第一端口与所述螺线管相对的一侧上，用于与所述曲轴箱连通；第三端口，其布置在该第一端口朝向螺线管的一侧上，用于与所述吸入室连通；以及中空柱形元件，其以这样一种方式布置，从而使得该中空柱形元件可沿着所述螺线管的轴线来回运动，该中空柱形元件的一端部在该第二端口中打开，而另一端部在第三端口中打开，其它端部的开口由所述第二柱塞打开和关闭，该第二柱塞布置在所述中空柱形元件和压力感测部分之间，并且被沿着远离该压力感测部分的方向推动，其中，所述中空柱形元件构造成使得制冷剂通道形成阀孔，该制冷剂通道在所述第一端口和第二端口之间形成，且中空柱形元件通过该制冷剂通道延伸，并且该中空柱形元件的大直径部分形成所述第一控制阀，而另一端部的端面和所述第二柱塞形成所述第二控制阀，该中空柱形元件的大直径部分定位在所述第二端口中且形成有大于制冷剂通道内径的外径。

从如下结合附图的描述中将更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图以示例的方式示出了本发明的优选实施例。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的用于可变容积式压缩机的控制阀布置的中央纵向剖视图；

图2是根据第一实施例的控制阀处于紧接着螺线管通电之后的状态下的中央纵向剖视图；

图3是根据第一实施例的控制阀处于第一控制阀完全关闭的状态的中央纵向剖视图；

图4是根据第一实施例的控制阀处于第二控制阀完全打开的状态的中央纵向剖视图；

图5是根据本发明第二实施例的用于可变容积式压缩机的控制阀布置的中央纵向剖视图；

图6是根据本发明第三实施例的用于可变容积式压缩机的控制阀布置的中央纵向剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是根据本发明第一实施例的用于可变容积式压缩机的控制阀布置的中央纵向剖视图。

如图1所示，该控制阀包括设置在上部位置处的阀部分和设置在下部位置处的螺线管。该阀部分具有端口12，该端口形成在主体11的沿着垂直方向的中央部分的一侧，用于接收来自该可变容积式压缩机的排放室的排放压力Pd。在主体11的端口12打开的部分上，以包围端口12的方式设置过滤器。如图1所示，主体11还设有：在高于部分12的位置处的端口14，用于向压缩机的曲轴箱输送控制压力Pc1；在如图1所示的主体11顶部处的端口15，用于从压缩机的曲轴箱引入压力Pc2；以及在低于端口12的位置处的端口16，如图1所示，其用于向压缩机的吸入室输送被控制为吸入压力Ps的压力。

主体11还具有通过其中央部分形成的通孔，从而当其如图1所示向上延伸时其内径逐渐增大，并且在主体11内部，处于压力Pc2的端口15、处于压力Pc1的端口14、处于压力Pd的端口12、以及处于压力Ps的端口16(这些端口从顶部以该顺序形成，如图1所示)通过该通孔相互连通。具体地，该通孔在处于压力Pc1的端口14和处于排放压力Pd的端口12之间的部分形成为在朝向端口14侧具有较大直径，而朝向端口12侧具有较小直径。该通孔的小直径部分的内径与通孔形成在处于排放压力Pd的端口12与处于吸入压力Ps的端口16之间的部分的内径相同。

中空柱形元件17以可轴向来回运动的方式设置在该通孔内。该中空柱形元件17具有：下部，如图1所示，它以可往复轴向运动的方式支撑在所述通孔的形成在处于排放压力Pd的端口12和处于吸入压力Ps的端口16之间的部分中，且在该下部与主体11之间几乎没有间隙；上部，如图1所示，它由轴承18以可往复轴向运动的方式支撑，该轴承18固定在处于压力Pc2的端口15内，并将端口15与处于压力Pc1的端口14分开。如图1所示，中空柱形元件17通过布置在处于压力Pc2的端口15中的弹簧19而被向下推动，而其推动力通过拧入到处于压力Pc2的端口15中的调节螺钉20来调节。

中空柱形元件17具有外周边，该外周边加工成使其不同的轴向部分具有相应不同的功能。更具体地，如图1所示，中空柱形元件17的下部形成为其外径大致等于所述通孔形成在处于排放压力Pd的端口12与处于吸入压力Ps的端口16之间的部分的内径，而其位于与处于排放压力Pd的端口12的位置相对应位置处的部分的外径小于该通孔的小直径部分的内径，从而在中空柱形元件17与该通孔的小直径部分的内壁之间形成了制冷剂通道。中空柱形元件17位于与所述通孔的大直径部分相对应位置处的部分形成为具有大于该通孔的小直径部分的内径的外径，因此在中空柱形元件17的小直径部分(其定位在与处于排放压力Pd的端口12的位置相对应的位置处)与该中空柱形元件17的大直径部分(其定位在与处于压力Pc1的端口14连通的通孔的大直径部分中)之间的边界处的台阶部分形成了所述第一控制阀21的阀元件，该阀元件控制从处于排放压力Pd的端口12流向处于压力Pc1的端口14的制冷剂流速，而所述通孔的小直径部分形成了该第一控制阀21的阀孔，且在该通孔的小直径部分和大直径部分的边界之间的台阶部分形成了该第一控制阀21的阀座。如图1所示，该中空柱形元件17还具有沿圆周形成在其外周边上的止挡部，用于抵靠轴承18的下端面，从而限制处于完全打开状态的第一控制阀21的提升。

如图1所示，螺线管和压力感测部分的隔膜22设置在主体11的下方。螺线管使得可通过向其供应的外部电流来设置由隔膜22感测的压力的期望设置值，该螺线管包括芯部23、第一柱塞24和第二柱塞25、线圈26、弹簧28(其通过以延伸穿过芯部23的方式布置的轴27沿着远离芯部23的方向推动第二柱塞25)以及环形元件29、壳体30和把手31，这些部件由磁性材料制成且构成磁轭。轴27使其一端固定在第一柱塞24上，而其另一端由拧入在把手31中的调节螺钉32(用于调节弹簧28的负载)可轴向运动地支撑。

隔膜22布置在第一柱塞24和第二柱塞25之间，且具有夹在环形元件29与壳体30之间的外周边缘，并且密封环33使吸入压力Ps与大气压力隔离。

第二柱塞25具有形成在其与隔膜22相对侧上的凸缘，使得该凸缘与环形元件29轴向地局部重叠，并且如图1所示，第二柱塞25通过弹簧34而被向上推动，同时由弹簧34引导第二柱塞25的轴向运动，该弹簧34插设在第二柱塞25的凸缘与环形元件29的沿着隔膜22向内延伸的凸缘之间。第二柱塞25还具有形成在其顶部中心部分上的凸起，如图1所示，从而该凸起具有平坦的上端面，并且弹簧34的推动力使该凸起的平坦上端面与中空柱形元件17的下端面相接触，该中空柱形元件伸出到与处于吸入压力Ps的端口16连通的空间内。这里，中空柱形元件17和第二柱塞25形成具有提升阀结构的第二控制阀35，该控制阀控制从处于压力Pc2的端口15流向处于吸入压力Ps的端口16的制冷剂流速。中空柱形元件17的下端面形成了第二控制阀35的阀座，而第二柱塞25顶部的中心部分中的凸起形成了该第二控制阀35的阀元件。

如上所述结构的控制阀的图示示例显示了其中螺线管未通电的状态。在该状态下，第一柱塞24由弹簧28沿着远离芯部23的方向推动至与隔膜22进行接触。另一方面，第二柱塞25由弹簧34沿着远离隔膜22的方向推动，并且同时抵抗弹簧19的推动力而将中空柱形元件17向上推动至形成在该中空柱形元件17上的止挡部与环形元件18接触的位置处，如图1所示。这使得第一控制阀21完全打开，而第二控制阀35完全关闭，另外，向上推动中空柱形元件17的第二柱塞25远离隔膜22，从而因此而不受隔膜22的影响，该隔膜22根据吸入压力Ps的变化而移动。因此，即使在压缩机的旋转轴由发动机驱动旋转时，该压缩机也以最小排量操作。

下面，将描述在压缩机起动时该控制阀进行的操作。

图2是根据第一实施例的控制阀处于紧接着螺线管开始通电后的状态中的中央纵向剖视图。图3是根据该第一实施例的控制阀处于其中第一控制阀完全关闭的状态中的中央纵向剖视图。图4是根据该第一实施例的控制阀处于其中第二控制阀完全打开状态中的中央纵向剖视图。

在该控制阀中，壳体30、环形元件29、第二柱塞25、第一柱塞24、芯部23和把手31由磁性材料制成，并且由线圈26产生的磁通的磁力线延伸穿过由这些磁性部件形成的磁路。首先，当在压缩机起动的情况下控制电流开始供应至螺线管的线圈26并且达到一定值时，如图2所示，第一柱塞24被吸引到第二柱塞25，并且通过隔膜22而与第二柱塞25磁力接合。之后，第一柱塞24和第二柱塞25一致操作，从而作为一个柱塞作用。

另外，当控制电流增加时，芯部23吸引第一柱塞24，从而彼此一体接合的第一柱塞24和第二柱塞25被向下拉，如图2所示。这样，在这些柱塞24和25运动之后，中空柱形元件17通过弹簧19的推动力而被向下推动，这使得第一控制阀21处于完全关闭状态，如图3所示。此时，第二控制阀35保持完全关闭。

当芯部23进一步吸引第一柱塞24时，彼此一体接合的第一柱塞24和第二柱塞25继续被向下拉，如图4所示，但是由于第一控制阀21的完全关闭状态而不再向下推动中空柱形元件17，如图4所示。因此，第二柱塞25被拉动远离中空柱形元件17，从而使得第二控制阀35开始打开，并且当第一柱塞24被吸引到芯部23时，第二控制阀35完全打开。这使压缩机迅速转换到最大容积操作。

当压缩机继续以最大容积操作从而使吸入室中的吸入压力Ps足够低时，隔膜22感测已经降低的吸入压力Ps并将要向上移动。此时，如果供应至线圈26的控制电流减小到对应于空调设定值的值，则处于相互吸引状态的第一柱塞24、隔膜22以及第二柱塞25一致向上运动到吸入压力Ps、弹簧19、28和34的负载以及螺线管的吸引力平衡的位置处，如图3所示。在平衡状态中，第一控制阀21和第二控制阀35关闭，以使曲轴箱中的压力Pc保持在恒定水平，从而压缩机保持以与控制电流相对应的排量操作。

如果在控制阀处于平衡状态中时发动机转速降低或者制冷负载增加，则吸入压力Ps增加，从而隔膜22向下移动，如图4所示。这使得第二控制阀35打开，以降低曲轴箱中的压力Pc，从而压缩机操作以增加其容积。另一方面，如果在控制阀处于平衡状态中时发动机转速上升或制冷负载降低，则吸入压力Ps降低，从而隔膜22向上移动，如图4所示，以向上推动中空柱形元件，从而打开第一控制阀21。这使得曲轴箱中的压力Pc升高，从而压缩机操作以降低其排量。结果，压缩机使得曲轴箱中的压力Pc受到控制，使得压力Ps等于由螺线管的控制电流所设置的值。

图5是根据本发明第二实施例的用于可变容积式压缩机的控制阀布置的中央纵向剖视图。在图5中，与图1和图4中所示的组成元件相同的组成元件由相同的附图标记表示，并且省略了对其的详细说明。

与根据第一实施例的其中第二控制阀35具有提升阀结构的控制阀的不同之处在于，在根据第二实施例的控制阀中，第二控制阀35具有球阀结构。更具体地，在根据第二实施例的控制阀中，在第二柱塞25顶部的中心部分中形成凹槽，并且球体36布置在该凹槽中，从而形成第二控制阀35的阀元件。通过该构造，当第二控制阀35处于完全关闭状态时，即使由弹簧34引导的第二柱塞25在其轴向运动期间相对于其轴线倾斜，则由于在球体36的阀元件和中空柱形元件17端面的阀座之间的稳定接触，也能够防止第二控制阀35的制冷剂泄漏。

另外，该控制阀包括孔37，该孔以旁通第二控制阀35的方式形成在中空柱形元件17接近其形成阀座的端面的位置处。考虑到在通过第一控制阀21供应到曲轴箱的制冷剂量与通过第二控制阀35从曲轴箱输出的制冷剂量之间的平衡，设置孔37用于增加所提取的制冷剂量。因此，孔37可以根据需要而形成在根据第一实施例的控制阀的中空柱形元件17中。

根据第二实施例的控制阀的操作与根据第一实施例的控制阀的操作相同，因此省略对其的详细描述。

图6是根据本发明第三实施例的用于可变容积式压缩机的控制阀布置的中央纵向剖视图。在图6中，与图1至图4所示的组成元件相同的组成元件由相同的附图标记表示，并且省略详细描述。

与根据第一和第二实施例的控制阀不同，在第一和第二实施例中设有用于向曲轴箱输送压力Pc1的端口14和用于从曲轴箱引入压力Pc2的端口15，而在根据第三实施例的控制阀中，通向曲轴箱的端口数量减少为一个，从而形成一共用结构。更具体地，在根据第三实施例的控制阀中，如图6所示，端口38形成在主体11的顶部中，用于与压缩机的曲轴箱连通，以向曲轴箱供应压力Pc和从曲轴箱提取压力Pc，并且第一控制阀21形成在端口38和处于排放压力Pd的端口12之间。另外，中空柱形元件17设有止挡件39，该止挡件39在接近中空柱形元件下端的位置处沿着圆周安装在该中空柱形元件的外周边上，如图6所示，从而限制处于完全打开状态中的第一控制阀21的提升位置。

根据第三实施例的控制阀的操作与根据第一和第二实施例的控制阀的操作相同，因此省略详细说明。

根据本发明的用于可变容积式压缩机的控制阀构造成这样，即第一和第二控制阀的主要组成部分由一个中空柱形元件形成，因此使得第一和第二控制阀的结构简单，这有利于减少部件的成本和控制阀的制造成本。

另外，根据本发明的控制阀这样操作，即在第一和第二控制阀中的一个关闭之后，另一控制阀开始打开，因此在压缩机的操作期间，第一和第二控制阀中的一个必定关闭。因此，当制冷剂被引入到曲轴箱内时，朝向吸入室的第二控制阀关闭，而当从曲轴箱提取制冷剂时，朝向排放室的第一控制阀关闭，这使得可增加引入和提取制冷剂的速度，即控制阀的响应速度。

前面的内容被认为只是对本发明的原理进行举例说明。另外，由于许多改变和变化对于本领域普通技术人员而言是显而易见的，因此不希望将本发明局限于所示和所述的确切结构和应用上，因此，所有合适的改变和等同物都可以被认为落入在由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于可变容积式压缩机的控制阀，其包括：第一控制阀，其控制从压缩机的排放室流入到该压缩机的曲轴箱的制冷剂的流速；第二控制阀，其控制从曲轴箱流入到压缩机的吸入室的制冷剂的流速；压力感测部分，其感测吸入室中的吸入压力；以及螺线管，该螺线管通过向其供应的外部电流设置该压力感测部分的期望设定值，其中，所述压力感测部分布置在作为所述螺线管的分开式柱塞的第一柱塞和第二柱塞之间，

其特征在于，该控制阀包括：

第一端口，其接收来自排放室的排放压力；

第二端口，其布置在该第一端口与所述螺线管相对的一侧上，用于与曲轴箱连通；

第三端口，其布置在该第一端口朝向所述螺线管的一侧上，用于与吸入室连通；以及

中空柱形元件，其以这样的方式布置，使得该中空柱形元件可沿着所述螺线管的轴线来回运动，该中空柱形元件的一端在该第二端口中打开，而另一端在第三端口中打开，其它端部的开口由所述第二柱塞打开和关闭，该第二柱塞布置在所述中空柱形元件和压力感测部分之间，并且沿着远离该压力感测部分的方向被推动，

其中，所述中空柱形元件构造成这样，使得制冷剂通道形成阀孔，该制冷剂通道形成在所述第一端口和第二端口之间，且中空柱形元件通过该制冷剂通道延伸，并且该中空柱形元件的大直径部分形成所述第一控制阀，而另一端的端面和所述第二柱塞形成所述第二控制阀，该中空柱形元件的大直径部分定位在所述第二端口中且形成有比制冷剂通道的内径大的外径。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，通过轴承部件将与所述第二端口连通的空间分成为两个部分，该轴承部件在朝向所述一端部的一侧上支撑所述中空柱形元件，从而使得该中空柱形元件可来回运动，该控制阀包括第四端口，该第四端口用于在形成于所述轴承部件与所述第一控制阀之间的一分开空间和所述曲轴箱之间连通。

3.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述第二柱塞具有与所述中空柱形元件的另一端部的端面相对的表面，该表面形成为平面，且该第二控制阀形成为具有提升阀结构。

4.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述第二柱塞具有球体，该球体布置在与所述中空柱形元件的另一端部的端面相对的位置处，从而该第二控制阀形成为具有球阀结构。

5.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述中空柱形元件具有旁通所述第二控制阀的孔。

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