CN112443429B - 发动机废气再循环装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机废气再循环装置及其控制方法，该装置包括与排气管连接的第一管路、第二管路以及与进气管连接的第三管路；第二管路上设有EGR阀和EGR冷却器；第一管路与催化器前侧的排气管连接；还包括连接催化器后侧的排气管与第二管路的第四管路；第二管路的出气端分出一条支路与三管路连接，支路上设有压气机；还包括第一、第二切换阀，第一切换阀能够在第一、第二管路导通且第四、第二管路截断的位置，和第一、第二管路截断且第四、第二管路导通的位置之间切换；第二切换阀能够在第二、第三管路导通且第三管路与支路截断的位置，和第二、第三管路截断且第三管路与支路导通的位置之间切换。该装置能够实现EGR收益最大化。

Description

发动机废气再循环装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种发动机废气再循环装置及其控制方法。

背景技术

发动机废气再循环(Exhaust Gas Re-circulation，简称EGR)技术通过把发动机排出的部分废气送回到进气歧管，与新鲜混合气一起再次进入气缸，以增加燃烧室内混合气体的比热容，降低最高燃烧温度，减少尾气中氮氧化物的生成量，同时也能改善部分负荷油耗，因此得到了越来越多的应用。

目前的EGR技术可分为内部EGR和外部EGR，其中，内部EGR能够实现的EGR率非常有限，外部EGR技术多靠排气与进气***之间的压力差来驱动发动机废气回流到进气***，这样，EGR率受到发动机运行工况的影响，难以实现各个运行工况EGR率的最大限度的利用。

有鉴于此，如何改进现有发动机废气再循环装置，使其能够根据发动机的运行工况来控制EGR率，以很好地匹配发动机各运行工况的EGR需求，实现EGR收益最大化，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机废气再循环装置，该发动机废气再循环装置能够根据发动机的运行工况来控制EGR率，很好地匹配发动机各运行工况的EGR需求，提高了废气再循环装置的利用效率。

本发明的另一目的是提供一种上述发动机废气再循环装置的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机废气再循环装置，包括与发动机的排气管连接的第一管路、第二管路以及与发动机的进气管连接的第三管路，所述第一管路通过所述第二管路与所述第三管路连接；所述第二管路上设有EGR阀和EGR冷却器；

所述第一管路与所述排气管的连接点位于所述排气管上的催化器的前侧；还包括第四管路，所述第四管路的进气端与所述催化器后侧的所述排气管连接，出气端与所述第二管路的进气端连接；所述第二管路的出气端分出一条支路与所述三管路连接，所述支路上设有压气机；

还包括第一切换阀和第二切换阀，所述第一切换阀能够在所述第一管路与所述第二管路导通，且所述第四管路与所述第二管路截断的位置，和所述第一管路与所述第二管路截断，且所述第四管路与所述第二管路导通的位置之间切换；

所述第二切换阀能够在所述第二管路与所述第三管路导通，且所述第三管路与所述支路截断的位置，和，所述第二管路与所述第三管路截断，且所述第三管路与所述支路导通的位置之间切换。

本发明提供的发动机废气再循环装置，在与进气管连接的EGR管路中引入了压气机，同时，在发动机排气管上的催化器的前、后侧各引出一条管路以给进气管提供EGR的废气；这样设置后，在发动机的EGR需求量较小时，可以使催化器后侧的管路与进气管连通，关闭压气机所在的支路，经过催化器后的废气相对干净，且温度较低，在发动机的EGR需求量中等时，可以使催化器前侧的管路与进气管连通，因催化器前侧的压力较大，这样可以使更多的废气进入进气管，在发动机的EGR需求量较大时，可以使催化器前侧的管路与进气管连通，同时导通压气机所在的支路，开启压气机，在压气机的作用在进一步增加EGR废气流量，以使EGR率保持在相对较佳的强度，在发动机处于瞬态急加速或急减速的波动较大的工况时，虽然EGR需求量相对较少，但是催化器的催化转化效率较低，此时，EGR废气可从催化器后侧管路引入，同时导通压气机所在的支路，利用压气机的增压补充作用维持稳定的EGR率。

由上可见，该发动机废气再循环装置能够根据发动机的不同需求来控制EGR率，使其很好地匹配发动机各运行工况的EGR需求，提高了废气再循环装置的利用效率，能够实现废气再循环装置的收益最大化。

如上所述的发动机废气再循环装置，所述第一管路上设有用于减少EGR气流波动的稳压部件。

如上所述的发动机废气再循环装置，所述稳压部件包括存储有水的箱体，所述箱体的进口与所述第一管路连通。

如上所述的发动机废气再循环装置，所述箱体的底壁开设有排水孔，所述箱体内设有浮子、导杆、密封件和弹性件，所述箱体的内周壁固接有固定板，所述固定板平行于所述箱体的底壁，所述导杆穿过所述固定板，且能够相对所述固定板滑动，所述浮子通过所述导杆与所述密封件连接，所述浮子和所述密封件位于所述固定板的两侧；所述弹性件套设于所述导杆，且两端分别与所述密封件和所述固定板抵接；所述浮子在水浮力和所述弹性件的作用下能够带动所述密封件移动以开启或关闭所述排水孔。

如上所述的发动机废气再循环装置，所述箱体的外周壁连接有散热翅片。

如上所述的发动机废气再循环装置，所述稳压部件还包括具有多个通气孔的隔板，所述隔板固设于所述第三管路内，且通过所述箱体的进口伸入所述箱体内，所述隔板垂直于所述第三管路的轴线设置。

如上所述的发动机废气再循环装置，所述压气机具体为电动压气机。

如上所述的发动机废气再循环装置，还包括控制器，所述控制器与所述EGR阀、所述第一切换阀、所述第二切换阀和所述压气机通信连接，所述控制器用于控制所述EGR阀的开度、所述第一切换阀的工作位置、所述第二切换阀的工作位置及所述压气机的转速。

本发明还提供一种发动机废气再循环装置的控制方法，所述发动机废气再循环装置为上述所述的废气再循环装置，所述控制方法包括：

判断所述发动机的EGR需求量为第一需求时，开启所述EGR阀，并调节所述EGR阀的开度处于第一开度范围；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路截断且所述第四管路与所述第二管路导通的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路导通，且所述第三管路与所述支路截断的工作位置；

判断所述发动机的EGR需求量为第二需求时，开启所述EGR阀，并调节所述EGR阀的开度处于第二开度范围；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路导通且所述第四管路与所述第二管路截止的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路导通，且所述第三管路与所述支路截断的工作位置；

判断所述发动机的EGR需求量为第三需求时，开启所述EGR阀，并将其开度调节至全开位置；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路导通且所述第四管路与所述第二管路截止的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路截止，且所述第三管路与所述支路导通的工作位置，同时开启所述压气机；

其中，所述第一需求小于所述第二需求，所述第二需求小于所述第三需求，所述第一开度范围小于所述第二开度范围，且所述第二开度范围包括全开位置。

该废气再循环装置的控制方法具有与上述废气再循环装置一样的技术效果，此处不再重复论述。

如上所述的控制方法，所述控制方法还包括：

判断所述发动机的瞬态波动大于设定值时，开启所述EGR阀，并将其开度调节至全开位置；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路截断且所述第四管路与所述第二管路导通的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路截止，且所述第三管路与所述支路导通的工作位置，同时开启所述压气机。

附图说明

图1为本发明所提供发动机废气再循环装置的一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1中所示稳压部件的结构示意图；

图3为图2中稳压部件的隔板的结构示意图。

其中，图1至图3中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：

发动机10，进气管11，排气管12，空气滤清器13，催化器14；

第一管路21，第二管路22，第三管路23，第四管路24，支路25，EGR阀26，EGR冷却器27，压气机28，第一切换阀291，第二切换阀292；

稳压部件30，箱体31，排水孔311，浮子32，导杆33，密封件34，弹性件35，固定板36，隔板37，通气孔371，散热翅片38。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

为便于理解和描述简洁，下文结合发动机废气再循环装置及其控制方法一并说明，有益效果不再重复论述。

请参考图1，图1为本发明所提供发动机废气再循环装置的一种具体实施例的结构示意图。

发动机10的进气管11上设有空气滤清器13，排气管12上设有催化器14，催化器14通常选用三元催化器，用于对发动机10排出的废气进行净化处理。

该实施例提供的废气再循环装置包括第一管路21、第二管路22、第三管路23、第四管路24和第二管路22分出的一条支路25。

第一管路21的进气端与排气管12连接，且连接点位于催化器14的前侧，第一管路21通过第二管路22与第三管路23连接，第三管路23的出气端与进气管11连接，第二管路22上设有EGR阀26和EGR冷却器27。

其中，EGR阀26用于导通第二管路22或者截断第二管路22，还能够调节开度，以确定是否启动废气再循环装置，或者在废气再循环装置启动调节进入进气管11的废气量。

该实施例中，第四管路24的进气端与排气管12连接，且连接点位于催化器14的后侧，第四管路24的出气端与第二管路22的进气端连接。

上文中，催化器14的前侧指的是位于催化器14入口前的排气管12部分，催化器14的后侧指的是位于催化器14出口后的排气管12部分。

该废气再循环装置设有第一切换阀291，该第一切换阀291能够在两个工作位置之间切换；第一切换阀291位于其第一工作位置时，第一管路21与第二管路22导通，第四管路24与第二管路22截断，也就是说，此时，废气再循环装置的废气取自排气管12中位于催化器14前侧的废气，也即发动机10直接排出的废气，还未被催化器14催化转化的废气；第一切换阀291位于其第二工作位置时，第一管路21与第二管路22截断，第四管路24与第二管路22导通，也就是说，此时，废气再循环装置的废气取自排气管12中位于催化器14后侧的废气，也即被催化器14催化转化后的相对干净的废气。

为简化管路设置，第一管路21、第四管路24和第二管路22呈三通管结构，如图1中所示，此时第一切换阀291具体为一个阀件，设于三个管路的连通处。

可以理解，实际设置时，第一管路21与第二管路22、第四管路24与第二管路22分别单独连接，也就是说，第一管路21和第四管路24没有连接关系，此时，第一切换阀291具体可包括两个阀件，分别用于控制第一管路21和第四管路24的通断。

该实施例中，第二管路22的出气端分出一条支路25与第三管路23连接，该支路25上设有压气机28。

该废气再循环装置还设有第二切换阀292，该第二切换阀292能够在两个工作位置之间切换；第二切换阀292位于其第一工作位置时，第二管路22与第三管路23导通，第三管路23与支路25截断，即经过EGR冷却器27和EGR阀26的废气经第二管路22直接流向第三管路23；第二切换阀292位于其第二工作位置时，第二管路22与第三管路23截断，第三管路23与支路25导通，即经过EGR冷却器27和EGR阀26的废气经第二管路22、设有压气机28的支路25后流向第三管路23。

为简化管路设置，第二管路22、第三管路23和支路25也呈三通管结构设置，如图1中所示，此时，此时第二切换阀292具体为一个阀件，设于三个管路的连通处。当然，第二切换阀292也可以为两个阀件，分别控制第二管路22与第三管路23之间的通断，和支路25与第三管路23之间的通断。

该实施例中，废气再循环装置还包括控制器，该控制器与EGR阀26、第一切换阀291、第二切换阀292和压气机28通信连接，控制器用于控制EGR阀26的开度、第一切换阀291的工作位置、第二切换阀292的工作位置及压气机28的转速。具体地，该控制器可以为整车控制器，当然也可单独设置。

该实施例中，上述废气再循环装置的控制方法的原理为根据发动机10的EGR需求量来控制EGR阀26的启闭、EGR阀26的开度、第一切换阀291及第二切换阀292的工作位置。

可以理解，当发动机10不需要废气再循环装置时，控制EGR阀26处于关闭状态，此时无论第一切换阀291和第二切换阀292的工作位置如何，发动机10排出的废气均无法通过相应管路进入进气管11，此时，EGR率为零。常态下，可使EGR阀26处于关闭状态，当有需要时再开启。

废气再循环装置的控制方法具体包括：

判断发动机10的EGR需求量为相对较低的第一需求时，开启EGR阀26，并调节EGR阀26的开度处于第一开度范围；将第一切换阀291切换至第一管路21与第二管路22截断且第四管路24与第二管路22导通的工作位置；将第二切换阀292切换至第二管路22与第三管路23导通，且第三管路23与支路25截断的工作位置；此时，因EGR需求量相对较小，所以EGR阀26的开度可在相对较小的第一开度范围内调节，EGR废气取自催化器14后侧的排气，相对干净，温度相对较低，能够有效改善发动机10气缸的燃烧状况。

判断发动机10的EGR需求量为中等的第二需求时，开启EGR阀26，并调节EGR阀26的开度处于第二开度范围；将第一切换阀291切换至第一管路21与第二管路22导通且第四管路24与第二管路22截止的工作位置；将第二切换阀292切换至第二管路22与第三管路23导通，且第三管路23与支路25截断的工作位置；此时，第二需求比第一需求大，需要的EGR废气较多，所以EGR阀26的开度可比前述调节的更大，即第二开度范围大于第一开度范围，同时，EGR废气取自催化器14前侧的排气，因催化器14前侧的压力较大，此时可利用较大的压差使更多的废气经EGR冷却器27冷却后，进入进气管11。其中，第二开度范围包括全开，也就是说，在第二需求范围内，若发动机10的EGR需求量较大时，可将EGR阀26调节至全开开度，以满足需求。

判断发动机10的EGR需求量为相对较高的第三需求时，开启EGR阀26，并将其开度调节至全开位置；将第一切换阀291切换至第一管路21与第二管路22导通且第四管路24与第二管路22截止的工作位置；将第二切换阀292切换至第二管路22与第三管路23截止，且第三管路23与支路25导通的工作位置，同时开启压气机28；此时，第三需求比第二需求大，将EGR阀26调节至全开位置，EGR废气仍取自催化器14前侧的排气，以在较大的压差下使更多的废气经EGR冷却器27冷却后，进入进气管11，同时，该情况下，经EGR冷却器27、EGR阀26从第二管路22流出的废气经支路25流向第三管路23，压气机28开启工作，以进一步增加EGR废气流量，使得EGR率保持在相对较佳的强度。

其中，压气机28工作时，其转速可根据输入电压、电流的大小改变，以满足需求的EGR率。具体地，压气机10选用电动压气机，可以有车辆上的蓄电池供电，其电压、电流的输入大小可以通过整车控制器来控制。

具体地，压气机10还可选用定容积泵，在此基础上，可通过测量定容积泵的转速获知EGR流量的带下，以更好地控制EGR率。

显然，第一需求小于第二需求，第二需求小于第三需求；可以理解，第一需求、第二需求和第三需求均为范围值。

发动机10的EGR需求量与发动机10的运行工况相关，EGR需求量与运行工况的相对关系可事先标定。

具体地，以使发动机10的油耗和性能处于相对最佳为目标，形成发动机10的转速和负荷与EGR需求量对应的关系，实际应用时，通过整车控制器监测当前发动机10的运行工况参数(比如转速和负荷)，并调取预先存储的对应关系表，以判断EGR需求量的大小，并根据EGR需求量对废气再循环装置的各阀件进行上述控制。

可以理解，对于不同型号的发动机10来说，上述第一需求、第二需求和第三需求都不相同，具体根据实际标定来选择。

进一步的，该控制方法还包括：判断发动机10的瞬态波动大于设定值时，开启EGR阀26，并将其开度调节至全开位置；将第一切换阀291切换至第一管路21与第二管路22截断且第四管路24与第二管路22导通的工作位置；将第二切换阀292切换至第二管路22与第三管路23截止，且第三管路23与支路25导通的工作位置，同时开启压气机28。

发动机10的瞬态波动指发动机10处于瞬态急加速或急减速的工况，瞬态波动可通过加速度等参数来表征，对应的设定值可根据实际需求来设定。当发动机10处于瞬态波动的急加速或急减速的工况时，EGR需求量相对较少，发动机10的空燃比控制会不稳定，催化器14的转化效率会下降，此时，经催化器14后的排气会产生大量未被催化转化的气体污染物，如HC、CO、NO_x等气体，且单靠压差驱动会存在动态延迟和不稳定的问题，但是催化器14后的压力波动相对较小，所以此状态下，控制EGR废气取自催化器14后侧的排气，同时导通支路25，使压气机28工作，配合压气机28的增压补偿作用，能够维持稳定的EGR率，一定程度改善压差废气再循环装置的动态延迟问题。

该实施例中，该在与进气管11直接连接的第一管路21上设有用于减少EGR气流波动的稳压部件30。

请以并结合图2和图3，图2为图1中所示稳压部件的结构示意图；图3为图2中稳压部件的隔板的结构示意图。

具体的方案中，稳压部件30包括存储有水的箱体31，该箱体31的进口与第三管路23连通。

这样，EGR气体在第三管路23内流动至箱体31处时，因箱体31的设计，流动空间增大，使得EGR气流得以缓冲，从而减少EGR气体的波动，起到稳压的作用。其中，箱体31内存储的水可以避免EGR气体外泄。

该实施例中，稳压部件30还设有排水结构，具体的，箱体31的底壁开设有排水孔311，箱体31内还设有浮子32、导杆33、密封件34和弹性件35，其中，浮子32通过导杆33与密封件34连接，浮子32在水浮力和弹性件35的作用下能够带动密封件34移动以开启或关闭排水孔311。

显然，密封件34与排水孔311的位置相对应，浮子32能够带动密封件34靠近排水孔311以封堵排水孔311或者远离排水孔311以开启排水孔311。

具体的，在箱体31的内周壁固接有固定板36，该固定板36平行于箱体31的底壁设置，且与箱体31底壁之间具有设定距离，导杆33靠近底壁的一端固接密封件34，导杆33的另一端穿过固定板36后与浮子32连接，导杆33能够相对固定板36滑动，弹性件35具体可选用弹簧，套设于导杆33，并且弹性件35的两端分别与密封件34和固定板36抵接。

更具体的，在箱体31的外周壁连接有散热翅片38，EGR废气流经箱体31所在位置时，可经进一步换热冷却后，再流入进气管11，热交换产生的冷凝水或EGR气体中自带的冷凝水留在箱体31内。

以图2所示方位，当箱体31内的水位较高时，在水浮力的作用下，浮子32朝箱体31进口方向移动，带动导杆33及密封件34一起向上移动，从而打开排水孔311，以排出箱体31内的冷凝水，此过程中弹性件35被压缩；水位下降后，浮子32受到的水浮力减小，此时在弹性件35的复位作用下，浮子32、导杆33和密封件34朝箱体31底壁方向移动，密封件34可封堵排水孔311，以防止EGR气体泄漏。

具体的方案中，稳压部件30还包括具有多个通气孔371的隔板37，该隔板37固设于第三管路23内，且通过箱体31的进口伸入箱体31内，该隔板37垂直于第三管路23的轴线设置，这样，第三管路23内的EGR气体通过隔板37的通气孔371流向进气管11，隔板37的设置可防止EGR气体中的冷凝水进入进气管11。

以上对本发明所提供的一种发动机废气再循环装置及其控制方法均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.发动机废气再循环装置，其特征在于，包括与发动机的排气管连接的第一管路、第二管路以及与发动机的进气管连接的第三管路，所述第一管路通过所述第二管路与所述第三管路连接；所述第二管路上设有EGR阀和EGR冷却器；

所述第一管路与所述排气管的连接点位于设于所述排气管上的催化器的前侧；还包括第四管路，所述第四管路的进气端与所述催化器后侧的所述排气管连接，出气端与所述第二管路的进气端连接；所述第二管路的出气端分出一条支路与所述第三管路连接，所述支路上设有压气机；

还包括第一切换阀和第二切换阀，所述第一切换阀能够在所述第一管路与所述第二管路导通，且所述第四管路与所述第二管路截断的位置，和所述第一管路与所述第二管路截断，且所述第四管路与所述第二管路导通的位置之间切换；

所述第二切换阀能够在所述第二管路与所述第三管路导通，且所述第三管路与所述支路截断的位置，和，所述第二管路与所述第三管路截断，且所述第三管路与所述支路导通的位置之间切换；

所述第三管路上设有用于减少EGR气流波动的稳压部件；

所述稳压部件包括存储有水的箱体，所述箱体的进口与所述第三管路连通；所述压气机具体为电动压气机。

2.根据权利要求1所述的发动机废气再循环装置，其特征在于，所述箱体的底壁开设有排水孔，所述箱体内设有浮子、导杆、密封件和弹性件，所述箱体的内周壁固接有固定板，所述固定板平行于所述箱体的底壁，所述导杆穿过所述固定板，且能够相对所述固定板滑动，所述浮子通过所述导杆与所述密封件连接，所述浮子和所述密封件位于所述固定板的两侧；所述弹性件套设于所述导杆，且两端分别与所述密封件和所述固定板抵接；所述浮子在水浮力和所述弹性件的作用下能够带动所述密封件移动以开启或关闭所述排水孔。

3.根据权利要求2所述的发动机废气再循环装置，其特征在于，所述箱体的外周壁连接有散热翅片。

4.根据权利要求2所述的发动机废气再循环装置，其特征在于，所述稳压部件还包括具有多个通气孔的隔板，所述隔板固设于所述第三管路内，且通过所述箱体的进口伸入所述箱体内，所述隔板垂直于所述第三管路的轴线设置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的发动机废气再循环装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述EGR阀、所述第一切换阀、所述第二切换阀和所述压气机通信连接，所述控制器用于控制所述EGR阀的开度、所述第一切换阀的工作位置、所述第二切换阀的工作位置及所述压气机的转速。

6.发动机废气再循环装置的控制方法，所述发动机废气再循环装置为权利要求1-5任一项所述的废气再循环装置，其特征在于，所述控制方法包括：

判断所述发动机的EGR需求量为第一需求时，开启所述EGR阀，并调节所述EGR阀的开度处于第一开度范围；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路截断且所述第四管路与所述第二管路导通的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路导通，且所述第三管路与所述支路截断的工作位置；

判断所述发动机的EGR需求量为第二需求时，开启所述EGR阀，并调节所述EGR阀的开度处于第二开度范围；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路导通且所述第四管路与所述第二管路截止的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路导通，且所述第三管路与所述支路截断的工作位置；

判断所述发动机的EGR需求量为第三需求时，开启所述EGR阀，并将其开度调节至全开位置；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路导通且所述第四管路与所述第二管路截止的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路截止，且所述第三管路与所述支路导通的工作位置，同时开启所述压气机；

其中，所述第一需求小于所述第二需求，所述第二需求小于所述第三需求，所述第一开度范围小于所述第二开度范围，且所述第二开度范围包括全开位置。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

判断所述发动机的瞬态波动大于设定值时，开启所述EGR阀，并将其开度调节至全开位置；将所述第一切换阀切换至所述第一管路与所述第二管路截断且所述第四管路与所述第二管路导通的工作位置；将所述第二切换阀切换至所述第二管路与所述第三管路截止，且所述第三管路与所述支路导通的工作位置，同时开启所述压气机。

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