DE102015222856A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Direkteinspritzung und einer eine Saugrohreinspritzung von Kraftstoff. Diese umfasst ein Ermitteln (41) einer Alkoholkonzentration (c21) eines Kraftstoffs, welcher in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden soll, und ein Aufteilen der Kraftstoffeinspritzung zwischen der Direkteinspritzung und der Saugrohreinspritzung in Abhängigkeit von der Alkoholkonzentration (c21) des eingespritzten Kraftstoffs.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with a direct injection and a port injection of fuel. This includes determining (41) an alcohol concentration (c21) of a fuel to be injected into the internal combustion engine and dividing the fuel injection between the direct injection and the port injection depending on the alcohol concentration (c21) of the injected fuel.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung und einer Saugrohreinspritzung von Kraftstoff. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with a direct fuel injection and a port injection of fuel. Furthermore, the present invention relates to a computer program that performs each step of the method according to the invention, as well as a machine-readable storage medium, which stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Ein an den Kraftstoff anpassungsfähiges Fahrzeug (Flexible Fuel Vehicle; FFV) ist ein Fahrzeug, das mit Benzin den Alkoholen Methanol und Ethanol sowie beliebigen Mischungen dieser Kraftstoffe betrieben werden kann. Der Begriff des FFV ist klar abzugrenzen zu einem Fahrzeug mit einem Vielstoffmotor, der verschiedenste Kraftstoffe verbrennt sowie zu Motoren, die mit Dieselkraftstoff oder Biodiesel betrieben werden. Der Sinn des FFV-Konzepts besteht darin, eine vorzugsweise Verwendung von Alkoholen, insbesondere von Bioalkoholen zu ermöglichen, wobei bei deren zeitlicher oder regional begrenzter Nicht-Verfügbarkeit ebenfalls ein Benzinbetrieb möglich ist. Daher bleibt im Gegensatz zu reinen Alkoholfahrzeugen die Mobilität für den Fahrzeugbetreiber gewährleistet.A fuel adaptive vehicle (FFV) is a vehicle that can be operated with gasoline, the alcohols methanol and ethanol, as well as any mixtures of these fuels. The term FFV is clearly defined as a vehicle with a multi-fuel engine that burns a wide variety of fuels as well as engines that run on diesel fuel or biodiesel. The purpose of the FFV concept is to allow a preferred use of alcohols, especially of bioalcohols, with their time or regionally limited non-availability also a gasoline operation is possible. Therefore, in contrast to pure alcohol vehicles mobility for the vehicle operator remains guaranteed.
Sowohl Methanol- als auch Ethanolkraftstoffe enthalten einen Zusatz von 15 % spezieller leicht flüchtiger Kohlenwasserstoffe oder im einfachsten Fall von Benzin. Dieser Zusatz dient hauptsächlich der Verbesserung der bei reinen Alkoholen kritischen Kaltstart- und Kaltlaufeigenschaften unterhalb einer Temperatur von etwa 15°C sowie aus Sicherheitsgründen der Verschiebung der oberen Explosionsgrenzen. Bei reinen Alkoholen kann es unter bestimmten Bedingungen zur Entzündung von Kraftstoffdampf im Tank kommen. Kraftstoffe mit hoher Alkoholbeimischung können sowohl für Kraftfahrzeuge mit reiner Saugrohreinspritzung oder mit reiner Direkteinspritzung sowie ebenfalls für Kraftfahrzeuge mit einem Dualsystem verwendet werden, welches die Kraftstoffeinspritzung auf eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung aufteilt. Die Alkoholkonzentration in Kraftstoffen kann sich saisonal unterscheiden. Um einen Kaltstart bei tiefen Temperaturen zu gewährleisten, wird die übliche maximale Ethanolkonzentration von 85 % im Sommer im Winter auf bis zu 50 % reduziert.Both methanol and ethanol fuels contain an addition of 15% of special volatile hydrocarbons or, in the simplest case, gasoline. This addition is mainly used to improve the critical for pure alcohols cold start and cold running properties below a temperature of about 15 ° C and for safety reasons, the shift of the upper explosion limits. Under pure conditions, pure alcohol can ignite fuel vapor in the tank. High alcohol blending fuels can be used for either single port injection or direct direct injection automotive vehicles, as well as for dual mode vehicles that split fuel injection to port injection and direct injection. The alcohol concentration in fuels may vary seasonally. In order to ensure a cold start at low temperatures, the usual maximum ethanol concentration is reduced from 85% in summer to up to 50% in winter.
Dies Sensierung der Ethanolkonzentration im Kraftstoff wird üblicherweise mit einem Ethanolsensor im Kraftstofftank realisiert. Alternativ können anstelle des Einsatzes eines Ethanolsensors in adaptiven Systemen die Daten einer Lambdasonde zur Erkennung der Kraftstoffgemischzusammensetzung herangezogen werden.This sensing of the ethanol concentration in the fuel is usually realized with an ethanol sensor in the fuel tank. Alternatively, instead of using an ethanol sensor in adaptive systems, the data of a lambda probe can be used to detect the fuel mixture composition.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines FFVs, mit einer Direkteinspritzung (Direct Injection; DI) von Kraftstoff und einer Saugrohreinspritzung (Port Fuel Injection; PFI) von Kraftstoff umfasst das Ermitteln einer Alkoholkonzentration eines Kraftstoffs, welcher in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden soll. Diese Ermittlung kann in herkömmlicher Weise, beispielsweise mittels eines Alkoholsensors im Kraftstofftank oder mittels einer Softwarefunktion erfolgen. Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzung zwischen der Direkteinspritzung und der Saugrohreinspritzung in Abhängigkeit von der Alkoholkonzentration des eingespritzten Kraftstoffs aufgeteilt. Auf diese Weise kann eine Einlasskanalbenetzung und/oder Oberflächenbenetzung eines Brennraums in dem Zylinder des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff vermindert oder sogar ganz vermieden werden. Dadurch wird ein verbessertes Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors beim Motorstart und beim Motornachstart bezüglich Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Rußpartikeln erreicht. Katalysatoren im Abgastrakt des Verbrennungsmotors werden weniger durch übermäßigen Kraftstoffeintrag belastet. Außerdem kommt es zu einer verringerten Belagsbildung auf Bauteilen, wie beispielsweise Einlassventilen, Zündkerzen und Kolben, insbesondere bei Tieftemperatur-Wiederholkaltstartvorgängen. Der Eintrag von Kraftstoff in das Motoröl via Zylinderwandbenetzung kann ebenso verringert werden wie der Verschleiß von Laufbuchsen und Kolbenringen des Verbrennungsmotors. Letzteres beruht darauf, dass es bei einer Verringerung der Eindringtiefe des Kraftstoffsprays zu vermindertem Abwaschen von Ölfilmen an der Laufbuchse kommt.The method of operating an internal combustion engine, particularly an internal combustion engine of an FFV, with Direct Injection (DI) of fuel and port fuel injection (PFI) of fuel includes determining an alcohol concentration of a fuel that is injected into the internal combustion engine should. This determination can be made in a conventional manner, for example by means of an alcohol sensor in the fuel tank or by means of a software function. Subsequently, the fuel injection between the direct injection and the port injection is divided depending on the alcohol concentration of the injected fuel. In this way, an inlet channel wetting and / or surface wetting of a combustion chamber in the cylinder of the internal combustion engine with fuel can be reduced or even completely avoided. As a result, an improved emission behavior of the internal combustion engine during engine startup and engine after-start with respect to hydrocarbons, carbon monoxide and soot particles is achieved. Catalysts in the exhaust tract of the internal combustion engine are less burdened by excessive fuel input. In addition, there is a reduced deposit formation on components, such as intake valves, spark plugs and pistons, especially in low-temperature Wiederholkaltstartvorgängen. The entry of fuel into the engine oil via cylinder wall wetting can be reduced as well as the wear of liners and piston rings of the internal combustion engine. The latter is based on the fact that with a reduction in the penetration depth of the fuel spray to reduced washing off of oil films on the liner.
Bei der ermittelten Alkoholkonzentration kann es sich entweder um die Konzentration eines Alkohols oder um die Gesamtkonzentration aller in dem Kraftstoff enthaltenen Alkohole handeln.The determined alcohol concentration may be either the concentration of an alcohol or the total concentration of all the alcohols contained in the fuel.
Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Zerstäubung von Kraftstoff bei der Direkteinspritzung von der Alkoholkonzentration des Kraftstoffs abhängt. Ist aufgrund einer hohen Alkoholkonzentration des Kraftstoffs bei einem gegebenen Kraftstoffdruck die Relativgeschwindigkeit zwischen dem eingespritzten Kraftstoffstrahl und der umgebenden Luft im Zylinder des Verbrennungsmotors nicht hoch genug, so wird der Kraftstoffstrahl nicht vollständig zerrissen und es kommt zu einer Oberflächenbenetzung des Brennraums.This method is based on the recognition that the atomization of fuel during direct injection depends on the alcohol concentration of the fuel. If, due to a high alcohol concentration of the fuel at a given fuel pressure, the relative velocity between the injected fuel jet and the surrounding air in the cylinder of the internal combustion engine is not high enough, the fuel jet is not completely ruptured and surface wetting of the combustion chamber occurs.
Die Aufteilung erfolgt vorzugsweise so, dass der größtmögliche Anteil der Kraftstoffeinspritzung über die Saugrohreinspritzung erfolgt, bei dem keine Einlasskanalbenetzung oder Oberflächenbenetzung eines Brennraums des Verbrennungsmotors durch den über die Saugrohreinspritzung eingespritzten Kraftstoff erfolgt. Die verbleibende fehlende Menge von Kraftstoff zum Erreichen eines gewünschten Lambda-Wertes wird dann mittels Direkteinspritzung bereitgestellt. Dadurch kann als Reaktion auf einen hohen Alkoholgehalt des Kraftstoffs eine erhöhte absolute Kraftstoffmenge eingespritzt werden, ohne hierdurch die Oberflächenbenetzung des Brennraums zu erhöhen. The division is preferably carried out such that the greatest possible proportion of the fuel injection takes place via the intake manifold injection, in which no intake channel wetting or surface wetting of a combustion chamber of the internal combustion engine takes place through the fuel injected via the intake manifold injection. The remaining missing amount of fuel to achieve a desired lambda value is then provided by direct injection. As a result, in response to a high alcohol content of the fuel, an increased absolute amount of fuel may be injected without thereby increasing the surface wetting of the combustion chamber.
Bei der Aufteilung wird bevorzugt mindestens ein Wert berücksichtigt, von dem abhängt, wie viel Kraftstoff mittels Saugrohreinspritzung verdampft werden kann. In the division, preferably at least one value is taken into account, on which depends how much fuel can be vaporized by means of intake manifold injection.
Dies sind eine Temperatur des Verbrennungsmotors, welche beispielsweise aus einer Kühlwassertemperatur oder Zylinderkopftemperatur ermittelt werden kann und aus welcher eine Wandtemperatur eines Brennraums oder eine Temperatur des Einlasskanals abgeleitet werden kann, eine Lufttemperatur in dem Saugrohr des Verbrennungsmotors, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, aus welcher die Luftgeschwindigkeit in dem Saugrohr abgeleitet werden kann, eine Öffnungsdauer eines Einlassventils des Verbrennungsmotors und eine in dem Saugrohr angesaugte Luftmenge. Optional können auch eine Umgebungstemperatur oder ein Öffnungszeitpunkt des Einlassventils berücksichtigt werden.These are a temperature of the internal combustion engine, which can be determined for example from a cooling water temperature or cylinder head temperature and from which a wall temperature of a combustion chamber or a temperature of the intake duct can be derived, an air temperature in the intake manifold of the internal combustion engine, a speed of the internal combustion engine, from which the air velocity can be derived in the intake manifold, an opening period of an intake valve of the internal combustion engine and a sucked in the intake manifold air quantity. Optionally, an ambient temperature or an opening time of the intake valve can also be taken into account.
Das Verfahren kann besonders vorteilhaft beim Starten des Verbrennungsmotors eingesetzt werden, da dieser beim Start seine niedrigste Temperatur hat und deshalb der Unterschied zwischen der Verdampfungsenthalpie von Alkoholen und von Benzin besonders großen Einfluss auf die Wandfilmbildung hat. Die Verdampfungsenthalpie von Ethanol (904 kJ/kg) ist ungefähr doppelt so groß wie die Verdampfungsenthalpie von Benzin, die im Bereich von 380 bis 500 kJ/kg liegt. Zur Verdampfung von ethanolreichen Kraftstoffmischungen wird daher erheblich mehr Wärme benötigt als zur Verdampfung von benzinreichen Kraftstoffen. Ein erhöhter Ethanolgehalt resultiert deshalb in erhöhter Anforderung an den Start des Verbrennungsmotors, insbesondere beim Kaltstart unterhalb von 10°C, was auch zu einer erhöhten Brennraumwandfilmbildung im Kaltbetrieb führen kann.The method can be used particularly advantageously when starting the internal combustion engine, since it has its lowest temperature at startup and therefore the difference between the enthalpy of evaporation of alcohols and of gasoline has a particularly great influence on the wall film formation. The enthalpy of vaporization of ethanol (904 kJ / kg) is about twice the vaporization enthalpy of gasoline, which is in the range of 380 to 500 kJ / kg. For evaporation of ethanol-rich fuel mixtures therefore much more heat is needed than for the evaporation of gasoline-rich fuels. An increased ethanol content therefore results in increased demands on the start of the internal combustion engine, in particular during a cold start below 10 ° C., which can also lead to increased combustion chamber wall film formation in cold operation.
Der Kraftstoffdruck in einem Hochdruckkraftstoffspeicher des Verbrennungsmotors, beispielsweise in einem Common Rail, wird vor dem Motorstart vorzugsweise in Abhängigkeit der Alkoholkonzentration gewählt. Das Starten des Verbrennungsmotors erfolgt dann bei hoher Alkoholkonzentration mit einem erhöhten Kraftstoffdruck. Hierdurch kann eine verbesserte Gemischaufbereitung erzielt werden.The fuel pressure in a high-pressure fuel reservoir of the internal combustion engine, for example in a common rail, is preferably selected as a function of the alcohol concentration before the engine is started. The starting of the internal combustion engine then takes place at high alcohol concentration with an increased fuel pressure. As a result, improved mixture preparation can be achieved.
Die Alkoholkonzentration des eingespritzten Kraftstoffs wird vorzugsweise mit der Alkoholkonzentration eines Referenzkraftstoffs verglichen. Der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckkraftstoffspeicher wird gegenüber einem für die Verwendung des Referenzkraftstoffs in dem Hochdruckkraftstoffspeicher vorgegebenen Kraftstoffdruck erhöht, wenn die Alkoholkonzentration des eingespritzten Kraftstoffs größer als die Alkoholkonzentration des Referenzkraftstoffs ist. Hierzu handelt es sich bei dem Referenzkraftstoff insbesondere um einen Kraftstoff, der maximal 5 Vol.-% Alkohole enthält. The alcohol concentration of the injected fuel is preferably compared with the alcohol concentration of a reference fuel. The fuel pressure in the high-pressure fuel accumulator is increased from a fuel pressure predetermined for use of the reference fuel in the high-pressure fuel accumulator when the alcohol concentration of the injected fuel is greater than the alcohol concentration of the reference fuel. In particular, the reference fuel is a fuel which contains a maximum of 5% by volume of alcohols.
Bei dem Erhöhen wird vorzugsweise eine Temperatur des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Hierdurch können erhöhte Anforderungen an den Start des Verbrennungsmotors insbesondere beim Kaltstart berücksichtigt werden.When increasing, a temperature of the internal combustion engine is preferably taken into account. As a result, increased requirements for the start of the internal combustion engine can be taken into account, in particular during a cold start.
Die mittels der Direkteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem gewählten Kraftstoffdruck in mehrere Teileinspritzungen geteilt. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der gewählte Kraftstoffdruck nicht realisiert werden könnte, weil er über einem maximal erreichbaren Kraftstoffdruck liegt. Mehrere Einspritzpulse bieten außerdem den Vorteil, dass das Eindringen des Kraftstoffsprays in den Brennraum reduziert und eine bessere Lufterfassung gewährleistet wird. Auch die Alkoholkonzentration des Kraftstoffs und die Temperatur des Verbrennungsmotors können optional bei der Entscheidung berücksichtigt werden, ob die eingespritzte Kraftstoffmenge in mehrere Teileinspritzungen geteilt werden soll. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Einspritztiming der Direkteinspritzung in Abhängigkeit von dem gewählten Kraftstoffdruck gewählt wird. Optional können hierbei auch die Alkoholkonzentration des Kraftstoffs, sowie die Temperatur und die Drehzahl des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Unter dem Einspritztiming werden der Beginn, die Pausendauer zwischen den Einspritzungen, die Anzahl der Einspritzungen und die Mengenverteilung zwischen den Einspritzpulsen der Direkteinspritzung verstanden. The amount of fuel injected by the direct injection is preferably divided into a plurality of partial injections depending on the selected fuel pressure. This is particularly advantageous if the selected fuel pressure could not be realized because it is above a maximum achievable fuel pressure. Several injection pulses also offer the advantage of reducing the penetration of the fuel spray into the combustion chamber and ensuring better air detection. Also, the alcohol concentration of the fuel and the temperature of the engine may optionally be taken into account in deciding whether to split the injected fuel amount into a plurality of split injections. Furthermore, it is preferred that the injection timing of the direct injection is selected as a function of the selected fuel pressure. Optionally, the alcohol concentration of the fuel, as well as the temperature and the speed of the internal combustion engine can be taken into account. The injection timing is understood to mean the beginning, the pause duration between the injections, the number of injections and the quantity distribution between the injection pulses of the direct injection.
Die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung zwischen Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie gegebenenfalls die Einspritzungsverlaufsformung der Direkteinspritzung können dynamisch mit steigender Motortemperatur nach Starthochlauf angepasst werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Teileinspritzungen kontinuierlich verringert werden und der Splitfaktor der Aufteilung zwischen Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung kann in Abhängigkeit von Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt werden.The distribution of the fuel injection between intake manifold injection and direct injection and optionally the injection course of the direct injection can be adjusted dynamically with increasing engine temperature after start-up. For example, the number of split injections can be continuously reduced and the split factor of the split between port injection and direct injection can be adjusted depending on the load and speed of the engine.
Der erhöhte Kraftstoffdruck wird bevorzugt auf einen vorgegebenen Kraftstoffdruck in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors begrenzt. Wenn die Motortemperatur einen hinreichend hohen Wert angenommen hat, beginnen die Nachteile des erhöhten Kraftstoffdrucks im Hochdruckkraftstoffspeicher die Vorteile einer dadurch verringerten Oberflächenbenetzung des Brennraums zu überwiegen, da die Oberflächenbenetzung mit steigender Motortemperatur sowieso zurückgeht. Deshalb wird bei dieser Temperatur zu dem Standardbetriebsdruck des Hochdruckkraftstoffspeichers zurückgekehrt. The increased fuel pressure is preferably limited to a predetermined fuel pressure as a function of the temperature of the internal combustion engine. When the engine temperature has reached a sufficiently high level, the disadvantages of increased fuel pressure in the high pressure fuel accumulator begin to outweigh the benefits of reduced surface wetting of the combustion chamber because surface wetting decreases as the engine temperature increases. Therefore, at this temperature, the standard operating pressure of the high pressure fuel storage is returned.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens auf einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben.The computer program is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or control unit. It allows the implementation of the method on a conventional electronic control unit, without having to make any structural changes. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium. By loading the computer program on a conventional electronic control unit, the electronic control unit according to the invention is obtained, which is set up to operate an internal combustion engine by means of the method according to the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Ein Verbrennungsmotor
Bei einem Starten
Der notwendige Kraftstoffdruck p25 im Hochdruckkraftstoffspeicher
Mit steigender Temperatur T1 des Verbrennungsmotors können die Erhöhung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckkraftstoffspeicher
Das Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht es, die Kraftstoffbenetzung der Innenwand des Brennraums
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102015222856.8A DE102015222856A1 (en) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Method for operating an internal combustion engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111636970A (en) * | 2020-06-05 | 2020-09-08 | 吉林大学 | Cold start oil injection ignition control method based on composite injection engine |
DE102022210280A1 (en) | 2022-09-28 | 2024-03-28 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for controlling an internal combustion engine, computing unit and computer program |
-
2015
- 2015-11-19 DE DE102015222856.8A patent/DE102015222856A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111636970A (en) * | 2020-06-05 | 2020-09-08 | 吉林大学 | Cold start oil injection ignition control method based on composite injection engine |
DE102022210280A1 (en) | 2022-09-28 | 2024-03-28 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for controlling an internal combustion engine, computing unit and computer program |
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