CN1318742C - 柴油机颗粒过滤器的再生控制 - Google Patents
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Abstract
用于捕集在车辆的柴油发动机(20)的废气中包含的颗粒物质的过滤器(10)通过燃料喷射控制被再生。控制器(16)在一个最近预定时间间隔期间计算柴油发动机(20)的操作条件的代表值,并根据所述的代表值确定车辆的行驶条件。当所述代表值相应于高速公路行驶条件时,按照一种模式进行燃料喷射控制,使得燃烧掉在过滤器(10)中捕集的所有颗粒物质。在任何其它条件下,按照另一种模式进行燃料喷射控制。因而可以根据车辆的行驶条件进行最佳的过滤器再生。
Description
技术领域
本发明涉及用于捕集包含在柴油机的废气中的颗粒物质的过滤器的再生控制。
背景技术
柴油机颗粒过滤器(下文称为DPF),其捕集包含在车辆的柴油机的废气中的颗粒物质,当捕集的颗粒物质的量达到某个程度时,通过燃烧捕集的颗粒物质使所述过滤器再生,因而使得能够再次用于捕集颗粒物质。通过根据车辆的操作条件进行估计来确定捕集的颗粒物质的量。通过升高发动机废气的温度而使颗粒物质燃烧来进行DPF再生。
发明内容
车辆的操作条件经常在改变,因而在一次再生操作中难于燃烧在DPF中捕集的所有颗粒物质。结果,可能在DPF内部的颗粒物质处于不均匀分布状态的情况下继续进行颗粒物质捕集。这种状态导致对捕集的颗粒物质量的估算精度变差,因而可能导致捕集的颗粒物质的不规则的燃烧,这是不希望的。
WO97-16632提出根据来自汽车导航***的信息预测车辆操作条件和废气的转变,使得只有当确定已经满足用于再生的合适的条件时,才进行DPF的再生。
按照这个***,只要预测正确,DPF再生便在合适的条件下执行,并且颗粒物质便被完全除去。
不过,如果汽车导航***只用于DPF再生的目的,则代价太高。
因此,本发明的目的在于,按照行驶条件进行DPF再生,而不使用汽车导航***。
为实现上述目的,本发明提供一种过滤器的再生装置,所述过滤器用于捕集在车辆的柴油发动机的废气中包含的颗粒物质。所述装置包括参数检测传感器,用于检测和过滤器中捕集的颗粒物质的数量相关的参数;除去机构,用于除去由所述过滤器捕集的颗粒物质;发动机操作条件检测传感器,用于检测柴油发动机的操作条件;以及可编程的控制器,用于控制所述除去机构。所述控制器被编程用于确定在过滤器中捕集的颗粒物质的量是否已经达到一个预定的量,由柴油发动机的操作条件计算在最近的一个预定时间间隔期间的柴油发动机的操作条件的代表值,根据所述代表值确定车辆的行驶条件,以及当捕集的颗粒物质的量已经达到预定量时控制除去机构,以便通过按照车辆的行驶条件应用不同的模式来除去颗粒物质。
本发明提供一种过滤器的再生方法,所述过滤器用于捕集在车辆的柴油发动机的废气中包含的颗粒物质。所述车辆包括除去机构,用于除去由所述过滤器捕集的颗粒物质。所述方法包括:确定和在所述过滤器中捕集的颗粒物质的量相关的参数,确定所述柴油发动机的操作条件,确定在过滤器中捕集的颗粒物质的量是否已达到一个预定的量,由柴油发动机的操作条件计算在最近的一个预定时间间隔期间的柴油发动机的操作条件的代表值,根据所述代表值确定车辆的行驶条件,以及当捕集的颗粒物质的量已经达到预定量时控制除去机构,以便通过按照车辆的行驶条件应用不同的模式来除去颗粒物质。
本发明的细节以及其它的特征和优点在说明书的其余部分中被提出,并且被表示在附图中。
附图说明
图1是用于车辆的发动机的示意图,包括按照本发明的DPF再生装置;
图2是由按照本发明的控制器执行的DPF再生控制程序的流程图;
图3是说明由所述控制器存储的、用于确定行驶条件的特性图;
图4和图2类似,不过表示本发明的第二实施例;
图5和图2类似,不过表示本发明的第三实施例;以及
图6和图2类似,不过表示本发明的第四实施例。
具体实施方式
参见图1,用于车辆的柴油发动机20包括和燃烧室20A相连的进气通路32和排气通路30。
柴油发动机20燃烧空气和燃料的混合物,所述空气从进气通路32吸入燃烧室20A,所述燃料借助于压缩点火由燃料喷射器23喷射到燃烧室20A。燃烧气体作为废气从排气通路30排出。
在进气通路32上提供有空气滤清器35,涡轮增压器29的压缩器29A,中间冷却器28,以及进气节流阀21。在进气通路32中吸入的空气由空气滤清器35净化,由压缩器29A压缩,由中间冷却器28冷却,然后通过进气节流阀21吸入燃烧室20A。
在排气通路30上提供有涡轮机增压器29的涡轮机29B和DPF10。从燃烧室20A排入废气通路30的废气驱动涡轮机29B旋转。然后,在DPF 10中捕集颗粒物质之后,把废气排入大气中。
在废气通路30中的废气的一部分通过废气再循环通路(EGR通路)33被再循环进入引入的空气中。EGR通路33连接涡轮机29B上游的排气通路30和进气节流阀21下游的进气通路32。在EGR通路33内提供有废气再循环阀(EGR阀)22,用于调节废气再循环流量(EGR流量)。
DPF 10捕集在废气通路30中的废气内包含的颗粒物质,并通过在预定的再生温度下燃烧捕集的颗粒物质进行再生。可以使用已知的陶瓷多孔过滤器作为DPF 10。
通过使用发动机控制器16控制燃料喷射量和燃料喷射器23的喷射定时来升高排气温度而进行DPF 10的再生。为升高废气温度而进行的喷射定时的控制包括后喷射和喷射定时延迟。这种燃料喷射控制对于升高废气的温度是熟知的。
发动机控制器16由微型计算机构成,其包括中央处理单元(CPU),只读存储器(ROM),随机存取存储器(RAM),以及输入/输出接口(I/O)接口。控制器可以由多个微型计算机构成。
为了控制DPF 10的再生,分别向控制器16作为信号输入来自用于检测吸入的空气量的空气流量计34、用于检测在DPF 10的入口和出口之间的压差的压差传感器12、用于检测DPF 10的上游的废气温度的温度传感器13、用于检测DPF 10的下游的废气温度的温度传感器14、用于从废气中的氧气浓度检测提供给燃烧室20A的空气/燃料混合物的空气/燃料比的空气/燃料比传感器(A/F传感器)15、用于检测柴油发动机20的转速的转速传感器24、用于检测车辆的行驶速度的车速传感器25、用于检测车辆的变速器的档位的档位传感器26、以及计时器27的检测数据。一种通用的废气氧气传感器或者较为廉价的氧气传感器可用作A/F 15。
发动机控制器16根据这些信号估算DPF 10内部的颗粒物质的燃烧条件。
其间,根据柴油发动机20的转速、车辆速度、变速器的档位以及在计时器27上测量的时间,确定车辆的行驶条件。
现在说明车辆的行驶条件和DPF 10的再生。
参见图3,在这个实施例中,使用平均车速Vm和在直到当前时间的一个预定的时间间隔期间柴油发动机20处于怠速运行的时间的比例Tidle作为参数,车辆的行驶条件被分成5种条件,即高速公路行驶、市郊公路行驶、山路行驶、市内公路行驶以及交通堵塞的公路上行驶。所述预定时间间隔被设置为5分钟。
如图所示,和其它4个行驶条件相比,在拥堵的道路上行驶的期间,怠速时间比例Tidle高,而平均车速Vm低。和其它4个行驶条件相比,在高速公路行驶期间,平均车速Vm高而怠速时间比例Tidle低。
在市郊公路行驶条件下,怠速时间比例Tidle基本上和高速公路行驶条件的相等,但是平均车速Vm低于高速公路行驶条件的平均车速。
在山路行驶条件下,怠速时间比例Tidle低,并且平均车速Vm低。在市区行驶条件下,平均车速Vm基本上和山路行驶条件下的相等,但是怠速时间比例Tidle高于山路行驶条件。山路行驶条件和市区公路行驶条件的平均车速Vm都位于比市郊公路行驶条件的平均车速Vm低的速度范围内。
在高速公路行驶条件下,柴油发动机20的废气温度高,因而颗粒物质可被充分燃烧,而不需进行特定的操作来升高DPF 10的温度。因而用于升高温度的后喷射和喷射定时延迟的量小,并且用于再生DPF 10所需的燃料消耗量可被保持在最小。在这种环境下,还可以燃烧掉在DPF 10中捕集的所有的颗粒物质,使得DPF 10被完全再生。
在市郊公路行驶条件下,平均车速Vm低于高速公路行驶条件的平均车速,因而DPF 10的温度低于高速公路行驶条件下的温度。因而,为使DPF 10再生而必须使温度升高的程度大于高速公路行驶条件下的程度。因而和高速公路行驶条件相比,需要较大量的后喷射和喷射定时延迟,以便升高温度,因而在升高温度的操作中消耗较大量的燃料。
在山路行驶条件和市区道路行驶条件下,平均车速甚至低于市郊公路行驶条件的平均车速,因而DPF 10的温度也低于市郊公路行驶条件的温度。因此,在这两个行驶条件下,后喷射和喷射定时延迟的量的增加超过在市郊公路再生模式下的增加。
不过,山路行驶条件下的怠速频率低于市区公路行驶条件下的怠速频率,因而能够比较容易地维持在行驶期间被升高的废气温度,并且比较容易地升高废气的温度,这是由于车辆在爬坡时施加大的负载。结果,在山路再生模式下用于使DPF 10的温度升高到其再生温度所需的后喷射和喷射定时延迟的量小于在市区道路再生模式下的量。
在拥堵的道路行驶条件下,平均车速低,并且怠速频率高,因而废气的温度低。相应地,DPF 10的温度也低,因而需要大数量的后喷射和喷射定时延迟来升高DPF 10的温度到其再生温度。结果,在拥堵的道路行驶条件下,消耗大量的燃料用于DPF 10的再生。
如上所述,用于使DPF 10的温度升高到其再生温度所需的后喷射和喷射定时延迟的量在高速公路再生模式下最小,然后通过市郊公路再生模式、山路再生模式、市区公路再生模式和拥堵道路再生模式逐渐增加。换句话说,如果DPF 10总是在高速公路再生模式下被再生,可以保持燃料消耗的增加最小。不过,如果在DPF 10中捕集的颗粒物质的量达到其限制,即使行驶在拥堵的道路上时,DPF 10也必须被再生。
通过确保在高速公路行驶条件下DPF 10被可靠地和完全地再生,在较为不利的行驶条件下,例如拥堵道路行驶条件下,DPF 10需要被再生的频率可被减小,因而可以避免用于使DPF 10再生所需的燃料消耗量的增加。
使得DPF 10完全再生也改善在DPF 10中捕集的颗粒物质的量的估算精度,根据在DPF 10的入口和出口之间的压差来估算颗粒物质的量。通过改善捕集的颗粒物质的估算精度,可以避免DPF 10的不必要的再生操作,因而可以抑止增加DPF 10被再生的次数。如果当捕集的颗粒物质的量超过估算的量时DPF 10被再生,则温度可能过度地升高,但是改善估算精度便可以避免这个缺点。
下面参照图2说明用于再生DPF 10的控制程序,其由发动机控制器16根据上述的车辆行驶条件执行。发动机控制器16以10毫秒的间隔执行这个程序,此时柴油发动机20是工作着的。
首先,在步骤S100,发动机控制器16根据来自计时器27和车速传感器25的输入信号计算恰好就在执行程序之前的一个预定的时间间隔Ta期间的平均车速Vm。如上所述,该预定的时间间隔Ta被设置为5分钟。
在步骤S101,发动机控制器16根据来自计时器27和车速传感器25的输入信号计算在时间间隔Ta期间柴油发动机20的怠速时间Ti。
在步骤S102,发动机控制器16按照下式(1)计算怠速时间的比例Tidle。
Tidle=Ti/Ta (1)
在步骤S103,发动机控制器16参考具有图3所示的特性的、并被预先存储在ROM中的一个图来确定与组合的平均车速Vm和怠速时间比例Tidle相应的行驶条件。
在步骤S104,发动机控制器16在步骤S103确定的行驶条件是否是高速公路行驶条件。如果确定结果是肯定的,则在步骤S105,发动机控制器16选择高速公路再生模式作为DPF 10的再生模式,然后执行步骤S107的处理。
在高速公路再生模式下,所有的在DPF 10中捕集的颗粒物质被除去。在其它的再生模式下,捕集的颗粒物质并不总是被完全除去。
当在步骤S104确定行驶条件不是高速公路行驶条件时,发动机控制器16在步骤S106选择相应于所述行驶条件的再生模式,然后执行步骤S107的处理。
在步骤S107,发动机控制器16根据DPF 10所捕集的颗粒物质的量来确定DPF 10是否有必要再生。在这一确定中,允许DPF 10的再生的捕集的颗粒物质的量设置为上限量的80-90%。在当前捕集的量超过步骤S107中的再生允许量时,确定DPF 10需要被再生。如上所述,捕集量是根据由压差传感器12检测的压差来估算的。
在步骤S107已确定必需进行再生后,发动机控制器16在步骤S108根据在步骤S105或S106选择的再生模式进行DPF 10的再生操作。当在步骤S107确定不需要再生时,控制器16跳过步骤S108,结束程序。
因而,在直到当前时间的一个预定的时间间隔内,发动机控制器16根据平均车速Vm和怠速时间比例Tidel确定行驶条件,结果,发动机20的操作条件可以被合适地反映在DPF 10的再生中,而不用使用昂贵的装置例如汽车导航***。
接着参照图4说明本发明的第二实施例。
本实施例的硬件结构和第一实施例的相同,但是行驶条件确定方法和第一实施例不同。在这个实施例中,执行图4所示的程序来代替图2中的第一实施例的程序。
步骤S200-S205的处理内容和第一实施例中的步骤S100-S105的相同。
当在步骤S204确定行驶条件不相应于高速公路行驶条件时,发动机控制器16则在步骤S206比较当前的车速V和预置的目标高速Va。
车速V是由车速传感器25检测的最近的速度。
目标高速Va用作参考用于确定DPF 10是否能够完全再生。目标高速Va被预先通过实验设置。此处,目标高速Va被设置为每小时60千米。
当在步骤S206车速V低于目标高速Va时,发动机控制器16在步骤S210选择相应于行驶条件的再生模式。所述行驶条件是在步骤S203确定的行驶条件。
当在步骤S206车速V等于或大于目标高速Va时,在步骤S208发动机控制器16测量车速V等于或超过目标高速Va的连续时间间隔Tva。这个测量利用计时器27进行。或者,每当程序被执行时,计时器的值被向上计数。
接着,在步骤S209,发动机控制器16确定是否连续的时间间隔Tva已经达到一个连续的高速行驶目标时间Tb。其中,连续的高速行驶目标时间Tb被设置为2分钟。如果连续的时间间隔Tva尚未达到连续的高速行驶目标时间Tb,则发动机控制器16选择相应于在步骤S210的行驶条件的再生模式。在步骤S210的处理之后,发动机控制器16进行步骤S212的处理。
当连续的时间间隔Tva已经达到连续高速行驶目标时间Tb时,发动机控制器16则在步骤S211选择高速公路行驶再生模式。在步骤S211的处理之后,发动机控制器16进行步骤S212的处理。
步骤S212和步骤S213的处理与第一实施例中的步骤S107,108的处理相同。
在这个实施例中,当车速V在连续高速行驶目标时间Tb内连续地等于或超过目标高速Va时,执行高速公路行驶再生模式,即使直到当前时间的一个预定时间间隔期间行驶条件不相应于高速公路行驶条件。结果,可以增加用于执行DPF 10的完全再生的机会。
接着参照图5说明本发明的第三实施例。
本实施例应用于包括超高速档(over top gear)的车辆。所有其它的硬件结构和第一实施例的相同。在这个实施例中,执行图5所示的程序来代替图2的第一实施例的程序。
步骤S300-S305的处理内容和第一实施例的步骤S100-S105的相同。
当在步骤S304确定行驶条件不相应于高速公路行驶条件时,发动机控制器16在步骤S306根据来自档位传感器26的输入信号确定当前应用的档位是否是超高速档。当使用超高速档时,发动机控制器16确定车辆正在以高速行驶。
在当前应用的档位不是超高速档时,发动机控制器16在步骤S310选择和行驶条件相应的再生模式。所述行驶条件是在步骤S303确定的行驶条件。
在当前应用的档位是超高速档时,发动机控制器16则在步骤S308测量连续的超高速档应用时间间隔Tia。这个测量利用计时器27进行。或者,每当程序被执行时,计时器的值被向上计数。
接着,在步骤S309,发动机控制器16确定是否连续的时间间隔Tia已经达到连续的高速行驶目标时间Tc。在此,连续的高速行驶目标时间Tc被设置为两分钟。如果连续时间间隔Tia未达到连续的高速行驶目标时间Tc,发动机控制器16则在步骤S310选择相应于行驶条件的再生模式。在步骤S310的处理之后,发动机控制器16进行步骤S312的处理。
步骤S312、S313的处理和第一实施例中的步骤S107、S108的处理相同。
在这个实施例中,当在连续的高速行驶目标时间Tc期间连续地使用超高速档时,执行高速公路行驶再生模式,即使直到当前时间的预定时间间隔期间行驶条件不相应于高速公路行驶条件。结果,和第二实施例类似,可以增加用于执行DPF 10的完全再生的机会。
在这个实施例中,把使用超高速档设置为应用高速公路行驶再生模式的条件。因而超高速档是相应于在第二实施例中使用的目标高速Va的档位。不过,根据在车辆变速***中的档位设置,相应于目标高速Va的档位也可以是超高速档之外的其它档。在这种情况下,相应于目标高速Va的档的连续使用时间间隔被设置为应用高速公路行驶再生模式的条件。
下面参照图6说明本发明的第四实施例。
本实施例的硬件结构和第一实施例的硬件结构相同,但是用于确定是否进行再生的方法和第一实施例的不同。在本实施例中,执行图6所示的程序代替图2中第一实施例的程序。
步骤S400-S408的处理和第一实施例的步骤S00-S108的相同。
在这个实施例中,步骤S409的确定跟随着步骤S406。
更具体地说,在步骤S406已选择高速公路行驶再生模式之外的再生模式之后,发动机控制器16在步骤S409确定在DPF 10中捕集的颗粒物质的量是否达到其上限值。
如果DPF 10中捕集的颗粒物质的量没有达到上限,则发动机控制器16结束程序而不再生DPF 10。如果在DPF 10中捕集的颗粒物质的量已经达到上限值,则发动机控制器16在步骤S408根据在步骤S406选择的再生模式进行DPF 10的再生。
当在步骤S405选择高速公路行驶再生模式时,则在步骤S407进行的关于DPF 10是否需要再生的确定根据在DPF 10中捕集的颗粒物质的量是否已经达到对于专门为高速公路行驶设置的再生允许的量进行。在这个步骤中使用的再生允许的量被设置为所述上限的50%。这个值小于在步骤S107,S212和S312设置的再生允许量,这是因为步骤S407的处理只在高速公路行驶期间进行。如上所述,在其它的对于DPF 10再生的运行条件当中,高速公路行驶是最合适的,因此,再生允许量被设置为一个较小的值,以便在高速公路行驶期间增加DPF再生的机会。这个实施例与第一实施例的区别还在于,当选择高速公路行驶再生模式之外的再生模式的时间,直到在DPF 10中捕集的颗粒物质的量达到上限之前不进行再生。
如果在进行再生之前在等待捕集的颗粒物质的量达到上限的同时行驶条件改变为高速公路行驶条件,则根据高速公路行驶再生模式进行DPF 10的完全再生。在这个实施例中,在高速公路行驶再生模式下进行再生的机会可被增加。
通过用和本实施例类似的方式确定用于执行高速公路行驶再生模式之外的再生模式的再生条件,在第二和第三实施例中可以获得类似的效果。
在日本申请的申请日为2003年9月17日的公开号为2003-325028的内容被包括在此作为参考。
虽然本发明参照其某些实施例进行了说明,但是本发明不限于上述的这些实施例。对于本领域技术人员,在权利要求的范围内可以对上述的实施例作出各种改变和改型。
其中要求作为专有权或私有权进行保护的本发明的实施例被定义如下。
Claims (9)
1.一种用于捕集在车辆的柴油发动机(20)的废气中包含的颗粒物质的过滤器(10)的再生装置,包括:
参数检测传感器(12),用于检测和过滤器(10)中捕集的颗粒物质的量相关的参数;
除去机构(23),用于除去由所述过滤器(10)捕集的颗粒物质;
发动机操作条件检测传感器(24),用于检测柴油发动机(20)的操作条件,以及
可编程控制器(16),其被编程用于:
确定在过滤器(10)中捕集的颗粒物质的量是否已经达到一个预定的量(S107,S212,S312,S407);
根据柴油发动机(20)的操作条件,计算在最近的一个预定时间间隔期间柴油发动机(20)操作条件的代表值(S102,S202,S302,S402);
根据所述代表值确定车辆的行驶条件(S103,S203,S303,S403);以及
当捕集的颗粒物质的量已经达到预定量时控制所述除去机构(23),以便通过按照车辆的行驶条件应用不同的模式来除去颗粒物质(S105,S106,S108,S205,S210,S213,S305,S310,S313,S405,S406,S408)。
2.如权利要求1所述的再生装置,其中,所述发动机操作条件检测传感器(24)包括检测柴油发动机(20)的转速的传感器(24),以及所述代表值包括怠速频率,其是在所述最近的预定时间间隔期间柴油发动机(20)运行在怠速情况下的频率。
3.如权利要求1所述的再生装置,其中,所述车辆的行驶条件包括高速公路行驶条件,并且所述控制器(16)还被编程用于当要在高速公路行驶条件下除去由过滤器(10)捕集的颗粒物质时,控制所述除去机构(23),以便应用一种用于除去所有捕集的颗粒物质的模式(S105,S205,S305,S405)。
4.如权利要求3所述的再生装置,其中,所述再生装置还包括用于检测车速的传感器(25),并且所述代表值包括在所述最近的预定时间间隔期间的平均车速和怠速运行频率。
5.如权利要求4所述的再生装置,其中,所述控制器(16)还被编程用于当车速在一个预定目标时间间隔期间连续地不低于一个预定值时,即使在行驶条件不相应于所述高速公路行驶条件时,控制所述除去机构(23),以便应用所述用于除去由过滤器(10)捕集的所有颗粒物质的模式(S211)。
6.如权利要求4所述的再生装置,其中,所述车辆包括具有多个档的变速器,所述再生装置还包括用于检测变速器的档位的传感器(26),并且所述控制器(16)还被编程用于当在一个预定目标时间间隔期间连续地使用一个预定的档位时,即使在行驶条件不相应于所述高速公路行驶条件时,控制所述除去机构(23),以便应用所述用于除去由过滤器(10)捕集的所有颗粒物质的模式(S311)。
7.如权利要求1到6中任何一个所述的再生装置,其中,所述预定的量被设置为在过滤器(10)中捕集的颗粒物质的量的上限的80-90%。
8.如权利要求7所述的再生装置,其中,车辆的行驶条件包括高速公路行驶条件,并且所述控制器(16)还被编程用于按如下方式控制所述除去机构(23)除去在过滤器(10)内捕集的颗粒物质,当在高速公路行驶条件下捕集的颗粒物质的量达到预定的量时应用除去所有捕集的颗粒物质的模式(S405),同时在不同于高速公路行驶条件的行驶条件下,阻止除去机构(23)除去颗粒物质,直到捕集的量已经达到上限(S409)。
9.一种用于捕集在车辆的柴油发动机(20)的废气中包含的颗粒物质的过滤器(10)的再生方法,所述车辆包括用于除去由所述过滤器(10)捕集的颗粒物质的装置(23),所述方法包括:
确定和在所述过滤器(10)中捕集的颗粒物质的量相关的参数;
确定所述柴油发动机(20)的操作条件;
确定在过滤器(10)中捕集的颗粒物质的量是否已达到一个预定的量(S107,S212,S312,S407);
根据柴油发动机(20)的操作条件,计算在最近的一个预定时间间隔期间柴油发动机(20)操作条件的代表值(S107,S212,S312,S407);
根据所述代表值确定车辆的行驶条件(S103,S203,S303,S403);以及
当捕集的颗粒物质的量已经达到预定量时控制所述除去机构(23),以便通过按照车辆的行驶条件应用不同的模式来除去颗粒物质(S105,S106,S108,S205,S210,S213,S305,S310,S313,S405,S406,S408)。
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