FR2827011A1 - Control valve for I.C. engine exhaust gas recirculation circuit comprises inlet orifice connected to exhaust manifold and outlet orifices connected to cooling exchanger and air admission manifold respectively - Google Patents
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Abstract
Description
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"Vanne de commande pour un circuit de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne"
L'invention concerne une vanne de commande pour un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant un orifice d'entrée à raccorder au collecteur d'échappement du moteur à combustion interne, un premier orifice de sortie à raccorder à un échangeur de refroidissement, lui-même raccordé à la tubulure d'admission du moteur à combustion interne, et un deuxième orifice de sortie à raccorder sensiblement directement à la tubulure d'admission du moteur à combustion interne, et un opercule de vanne destiné à commander le passage depuis l'orifice d'entrée vers le premier ou vers le deuxième orifice de sortie. "Control valve for an exhaust gas recirculation circuit of an internal combustion engine"
The invention relates to a control valve for an exhaust gas recirculation circuit of an internal combustion engine, comprising an inlet port to be connected to the exhaust manifold of the internal combustion engine, a first outlet port to be connected to a cooling exchanger, itself connected to the intake manifold of the internal combustion engine, and a second outlet orifice to be connected substantially directly to the intake manifold of the internal combustion engine, and a cover valve intended to control the passage from the inlet port to the first or to the second outlet port.
Il est connu de faire recirculer une partie des gaz d'échappement vers l'admission d'un moteur à combustion interne, afin d'abaisser la température de combustion et donc de réduire la quantité des oxydes d'azote émis par le moteur. It is known to recirculate part of the exhaust gases to the intake of an internal combustion engine, in order to lower the combustion temperature and therefore reduce the amount of nitrogen oxides emitted by the engine.
Il est par ailleurs connu que le débit des gaz recirculés est limité en raison de l'augmentation des émissions d'oxyde de carbone, de la quantité d'hydrocarbures imbrûlés, de particules de suies, et en raison des instabilités du moteur. De plus, on sait que pendant les phases de fonctionnement du moteur à forte charge, le taux de recirculation des gaz d'échappement admissible est plus faible que pendant les phases de fonctionnement à faible charge. It is also known that the flow rate of recirculated gases is limited due to the increase in carbon monoxide emissions, the quantity of unburnt hydrocarbons, soot particles, and due to the instabilities of the engine. In addition, it is known that during the operating phases of the engine at high load, the permissible exhaust gas recirculation rate is lower than during the operating phases at low load.
En équipant ces moteurs d'un système de refroidissement pour les gaz recirculés, on peut réduire la consommation de carburant ou la production d'émissions de produits polluants, comme les oxydes d'azote (Nox) ou les particules de suies, lors de certaines phases de fonctionnement du moteur, notamment lors du fonctionnement à forte charge. Cependant, il s'est avéré que lors d'autres phases de fonctionnement, notamment à faible charge, le refroidissement des gaz d'échappement recirculés By equipping these engines with a cooling system for recirculated gases, it is possible to reduce fuel consumption or the production of emissions of polluting products, such as nitrogen oxides (Nox) or soot particles, in certain cases. engine operating phases, especially when operating at high load. However, it has been found that during other operating phases, in particular at low load, the cooling of the recirculated exhaust gases
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entraîne une augmentation des émissions de produits polluants, comme le monoxyde de carbone (CO) et des imbrûlés (HC). leads to an increase in emissions of pollutants, such as carbon monoxide (CO) and unburnt materials (HC).
On s'efforce par conséquent de refroidir les gaz d'échappement recirculés durant les phases de fonctionnement du moteur à forte charge, mais de ne pas les refroidir durant les phases de fonctionnement à faible charge. Efforts are therefore made to cool the recirculated exhaust gases during the engine operating phases at high load, but not to cool them during the operating phases at low load.
Une solution connue consiste à diriger le flux des gaz d'échappement recirculés soit vers un circuit refroidi, soit vers un circuit non refroidi, au moyen de deux vannes à commande pneumatique. L'une de ces vannes est située dans un conduit de gaz d'échappement recirculés non refroidis, et une deuxième vanne est situé dans un conduit de gaz d'échappement refroidis par un échangeur. En fonction des paramètres de fonctionnement du moteur, l'une des deux vannes est actionnée et elle régule le débit des gaz recirculés, tandis que l'autre vanne reste fermée. A known solution consists in directing the flow of recirculated exhaust gases either to a cooled circuit or to an uncooled circuit, by means of two pneumatically controlled valves. One of these valves is located in an uncooled recirculated exhaust gas conduit, and a second valve is located in an exhaust gas conduit cooled by an exchanger. Depending on the engine operating parameters, one of the two valves is actuated and regulates the flow of recirculated gases, while the other valve remains closed.
Une autre solution connue consiste à associer une vanne qui gère le débit des gaz recirculés avec une vanne qui envoie les gaz recirculés soit vers un échangeur de chaleur pour y être refroidi, soit vers un conduit de dérivation qui court-circuite, ou"by-pass", l'échangeur de chaleur. Another known solution consists in associating a valve which manages the flow of the recirculated gases with a valve which sends the recirculated gases either to a heat exchanger to be cooled there, or to a bypass conduit which short-circuits, or "by- pass ", the heat exchanger.
Une vanne du type mentionné en introduction est connue du document EP-A-1.030. 050. Comme il vient d'être exposé, il faut cependant lui associer une deuxième vanne afin de gérer le débit total des gaz recirculés. A valve of the type mentioned in the introduction is known from document EP-A-1,030. 050. As just explained, it is however necessary to associate a second valve in order to manage the total flow of the recirculated gases.
Le but de la présente invention est donc de pouvoir refroidir les gaz d'échappement recirculés pendant les phases de fonctionnement du moteur à forte charge, mais de ne pas refroidir ces gaz d'échappement recirculés pendant les phases de fonctionnement du moteur à faible charge, tout en permettant également une gestion du débit total des gaz recirculés, et notamment d'annuler ce débit, sans devoir obligatoirement prévoir deux vannes de commande ainsi que les circuits pneumatiques et électriques associés. The aim of the present invention is therefore to be able to cool the recirculated exhaust gases during the operating phases of the engine at high load, but not to cool these recirculated exhaust gases during the operating phases of the engine at low load, while also allowing management of the total flow of recirculated gases, and in particular to cancel this flow, without necessarily having to provide two control valves as well as the associated pneumatic and electrical circuits.
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Conformément à l'invention, dans une vanne telle que décrite en introduction, cet objectif est atteint par le fait que l'opercule de vanne est associé à un siège du premier orifice de sortie, et que la vanne comprend un deuxième opercule, associé à un siège du deuxième orifice de sortie. According to the invention, in a valve as described in the introduction, this objective is achieved by the fact that the valve cover is associated with a seat of the first outlet orifice, and that the valve comprises a second cover, associated with a seat of the second outlet.
Dès lors, puisque la vanne comprend deux opercules, il est possible d'isoler complètement l'orifice d'entrée vis-à-vis des deux orifices de sortie en maintenant les deux opercules sur leurs deux sièges associés. Therefore, since the valve comprises two lids, it is possible to completely isolate the inlet opening from the two outlet openings by maintaining the two lids on their two associated seats.
Selon d'autres aspects de l'invention : - les deux opercules de vanne sont actionnés par un élément d'actionnement unique ou commun ; - l'élément d'actionnement est une tige mobile selon sa direction axiale via un actionneur ; - la tige porte l'un des opercules de manière solidaire, et l'autre opercule via une liaison à course morte ; - ledit autre opercule est monté coulissant le long de la tige, un ressort repousse cet opercule constamment en direction du siège associé, et la tige comporte un épaulement tourné vers cet autre opercule, écarté de celui-ci en position de repos de la tige et susceptible de venir engager cet opercule et le soulever de son siège associé en fonctionnement ; - le premier opercule repose sur le premier siège de vanne associé en position de repos de la tige, et est soulevé de ce siège suite à un premier déplacement axial de la tige jusqu'à une première position de fonctionnement, dans laquelle le deuxième opercule n'est pas soulevé de son siège associé ; - suite à un deuxième déplacement axial de la tige jusqu'à une deuxième position de fonctionnement, le deuxième opercule est aussi soulevé de son siège associé ; - le premier siège de vanne a un diamètre inférieur au deuxième siège de vanne. According to other aspects of the invention: - the two valve covers are actuated by a single or common actuating element; - The actuating element is a rod movable in its axial direction via an actuator; - The rod carries one of the covers in an integral manner, and the other cover via a dead travel link; - Said other cover is slidably mounted along the rod, a spring pushes this cover constantly in the direction of the associated seat, and the rod has a shoulder facing this other cover, separated from the latter in the rest position of the rod and likely to come to engage this cover and lift it from its associated seat in operation; - The first cover rests on the first associated valve seat in the rod rest position, and is lifted from this seat following a first axial movement of the rod to a first operating position, in which the second cover n 'is not lifted from its associated seat; - following a second axial movement of the rod to a second operating position, the second cover is also lifted from its associated seat; - The first valve seat has a smaller diameter than the second valve seat.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, pour Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, for
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la compréhension de laquelle on se reportera aux figures cijointes, dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma illustrant les collecteurs d'admission et d'échappement d'un moteur à combustion interne, ainsi que le circuit de recirculation des gaz d'échappement ; - la figure 2 est une coupe axiale schématique de la vanne de commande de recirculation du circuit de la figure 1, en position fermée ; - la figure 3 est une coupe axiale schématique de la vanne de la figure 2, dans une première position pour fonctionnement du moteur à combustion interne à forte charge ; et - la figure 4 est une coupe axiale schématique de la vanne des figures 2 et 3, dans une deuxième position pour fonctionnement du moteur à faible charge. the understanding of which we will refer to the attached figures, in which: - Figure 1 is a diagram illustrating the intake and exhaust manifolds of an internal combustion engine, as well as the exhaust gas recirculation circuit ; - Figure 2 is a schematic axial section of the recirculation control valve of the circuit of Figure 1, in the closed position; - Figure 3 is a schematic axial section of the valve of Figure 2, in a first position for operation of the internal combustion engine at high load; and - Figure 4 is a schematic axial section of the valve of Figures 2 and 3, in a second position for operation of the engine at low load.
Dans le schéma de la figure 1, la référence 10 désigne de façon générale un moteur à combustion interne, dont la structure intérieure n'est pas détaillée. In the diagram of FIG. 1, the reference 10 generally designates an internal combustion engine, the internal structure of which is not detailed.
L'air nécessaire à la combustion est fourni par une tubulure d'admission 12 qui se termine par un collecteur d'admission 14, celui-ci présentant les ramifications 16 nécessaires pour mener l'air jusqu'aux cylindres individuels 18. The air necessary for combustion is supplied by an intake manifold 12 which ends in an intake manifold 14, the latter having the ramifications 16 necessary to conduct the air to the individual cylinders 18.
De la même manière, les gaz brûlés qui s'échappent des cylindres 18 empruntent des ramifications 20 qui débouchent dans un collecteur d'échappement 22, puis sont guidés vers l'extérieur par une tubulure d'échappement 24. In the same way, the burnt gases which escape from the cylinders 18 pass through ramifications 20 which open into an exhaust manifold 22, then are guided outwards by an exhaust pipe 24.
Pour recirculer une partie des gaz d'échappement, il est prévu un circuit de recirculation, désigné dans son ensemble par la référence 26, qui commence par un conduit de départ 28, branché directement sur le collecteur d'échappement 22 et débouchant dans une vanne de commande 30 qui forme ici le coeur de l'invention et qui sera décrite plus loin en détails à l'aide des figures 2 à 4. To recirculate a part of the exhaust gases, a recirculation circuit is provided, designated as a whole by the reference 26, which begins with a flow pipe 28, connected directly to the exhaust manifold 22 and opening into a valve. control 30 which here forms the heart of the invention and which will be described later in detail with the aid of FIGS. 2 to 4.
En plus de son orifice d'entrée 32 raccordé au conduit de départ 28, la vanne de commande comprend deux orifices de In addition to its inlet orifice 32 connected to the outlet conduit 28, the control valve includes two orifices for
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sortie 34 et 36. Le premier orifice de sortie 34 est relié à un conduit de recirculation annexe 40, dit aussi conduit de recirculation"de refroidissement"en raison du fait qu'il traverse un échangeur de chaleur 42, celui-ci étant traversé par ailleurs par le liquide de refroidissement du moteur. Le deuxième orifice de sortie 36 est relié à un conduit de recirculation direct 38 qui débouche directement dans la tubulure d'admission 12. Le circuit du liquide de refroidissement est ici symbolisé par des tubulures 44 directement raccordées au moteur 10. outlet 34 and 36. The first outlet orifice 34 is connected to an annex recirculation duct 40, also called recirculation duct "cooling" due to the fact that it passes through a heat exchanger 42, the latter being traversed by elsewhere by the engine coolant. The second outlet 36 is connected to a direct recirculation duct 38 which opens directly into the intake manifold 12. The coolant circuit is here symbolized by manifolds 44 directly connected to the engine 10.
Comme le montre enfin la figure 1, la vanne 30 comprend un actionneur 46, et celui-ci est piloté par une unité de commande électronique (ECU) portant la référence 48. As finally shown in FIG. 1, the valve 30 comprises an actuator 46, and the latter is controlled by an electronic control unit (ECU) bearing the reference 48.
Dans la coupe axiale de la figure 2 de la vanne 30, on retrouve, agencés dans un corps de vanne 50, l'orifice d'entrée 32, le premier et le deuxième orifice de sortie 34 et 36, et l'actionneur 46. In the axial section of FIG. 2 of the valve 30, we find, arranged in a valve body 50, the inlet port 32, the first and second outlet port 34 and 36, and the actuator 46.
L'actionneur 46 porte une tige d'actionneur 52 qui définit un axe X-X et qui traverse le corps 50 de manière à y être guidé en déplacement suivant l'axe X-X. The actuator 46 carries an actuator rod 52 which defines an axis X-X and which passes through the body 50 so as to be guided therein in displacement along the axis X-X.
Dans le corps 50 sont définis un certain nombre de passages, pour réaliser d'une part une communication depuis l'orifice d'entrée 32 vers le premier orifice de sortie 34 et, d'autre part, une communication depuis l'orifice d'entrée 32 vers le deuxième orifice de sortie 36. In the body 50 are defined a number of passages, to achieve on the one hand a communication from the inlet orifice 32 to the first outlet orifice 34 and, on the other hand, a communication from the orifice inlet 32 to the second outlet 36.
Sur le trajet de la communication entre l'orifice d'entrée 32 et le premier orifice de sortie 34 est aménagé un premier siège de vanne 54 concentrique à l'axe X-X, et sur le trajet de la communication entre l'orifice d'entrée 32 et le deuxième orifice de sortie 36 est aménagé un deuxième siège de vanne 56 concentrique à l'axe X-X lui aussi. On the path of communication between the inlet 32 and the first outlet 34 is arranged a first valve seat 54 concentric with the axis XX, and on the path of communication between the inlet 32 and the second outlet 36 is arranged a second valve seat 56 concentric with the axis XX also.
La tige 52 de l'actionneur porte deux opercules de vannes 58 et 60. Le premier opercule 58 est solidaire de la tige 52 et, dans la situation de repos illustrée dans la figure 2, dans laquelle la tige occupe sa position la plus rétractée dans l'actionneur 46, The rod 52 of the actuator carries two valve covers 58 and 60. The first cover 58 is integral with the rod 52 and, in the rest situation illustrated in FIG. 2, in which the rod occupies its most retracted position in the actuator 46,
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le premier opercule devant 58 repose sur le premier siège de vanne 54, ce qui interrompt toute communication depuis l'orifice d'entrée 32 vers le premier orifice de sortie 34. the first cover in front 58 rests on the first valve seat 54, which interrupts all communication from the inlet port 32 to the first outlet port 34.
Un deuxième opercule de vanne 60 est monté sur la tige 52 via un agencement dit"à course morte"en ce qu'il coulisse le long du fût de la tige 52 au moyen d'un guide 62, tandis qu'un ressort 64 repousse le deuxième opercule 60 constamment en direction du siège 56. À une distance"x"du siège 56, la tige 52 comporte un épaulement 66, tourné vers le deuxième opercule 60. Cependant, dans la situation de la figure 2, le deuxième opercule 60 est appliqué par le ressort 64 contre le siège 56, ce qui interrompt aussi toute communication depuis l'orifice d'entrée 32 vers le deuxième orifice de sortie 36. A second valve cover 60 is mounted on the rod 52 via a so-called "dead-stroke" arrangement in that it slides along the barrel of the rod 52 by means of a guide 62, while a spring 64 pushes back the second cover 60 constantly in the direction of the seat 56. At a distance "x" from the seat 56, the rod 52 has a shoulder 66, facing the second cover 60. However, in the situation in FIG. 2, the second cover 60 is applied by the spring 64 against the seat 56, which also interrupts all communication from the inlet port 32 to the second outlet port 36.
On note enfin que tous les composants de la communication de l'orifice d'entrée 32 jusqu'au premier orifice de sortie 34, c'est-à-dire essentiellement le premier siège 54, ont une section de passage plus petite que les composants correspondants de la communication de l'orifice d'entrée 32 jusqu'aux deuxième orifice de sortie 36, ici essentiellement le siège 56. Finally, note that all the components of the communication from the inlet port 32 to the first outlet port 34, that is to say essentially the first seat 54, have a smaller passage section than the components correspondents of the communication from the inlet port 32 to the second outlet port 36, here essentially the seat 56.
La position de repos de la vanne 30 illustrée dans la figure 2 est celle que la vanne occupe en l'absence d'ordre de l'unité centrale 48, mais aussi pour celles des phases de fonctionnement pour lesquelles l'unité centrale 48 a pris une décision correspondante, c'est-à-dire que les paramètres de fonctionnement du moteur ne nécessitent pas de faire recirculer les gaz d'échappement. The rest position of the valve 30 illustrated in FIG. 2 is that which the valve occupies in the absence of an order from the central unit 48, but also for those of the operating phases for which the central unit 48 has taken a corresponding decision, that is to say that the engine operating parameters do not require recirculation of the exhaust gases.
Lorsque le moteur fonctionne à forte charge, ce que l'unité centrale 48 détecte à partir des paramètres qu'elle reçoit des divers capteurs (non représentés), elle envoie à l'actionneur 46 un ordre d'un niveau correspondant, qui provoque un premier déplacement de la tige de vanne 52 jusqu'à atteindre la position illustrée à la figure 3. When the engine is running at high load, which the central unit 48 detects from the parameters it receives from the various sensors (not shown), it sends the actuator 46 an order of a corresponding level, which causes a first movement of the valve stem 52 until reaching the position illustrated in FIG. 3.
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Le déplacement de la tige 52 (vers le bas sur la figure) a provoqué le soulèvement du premier l'opercule de vanne 58 depuis le premier siège associé 54, ouvrant la communication depuis l'orifice d'entrée 32 vers le premier orifice de sortie 34. The displacement of the rod 52 (downwards in the figure) caused the first valve cover 58 to be raised from the first associated seat 54, opening the communication from the inlet port 32 to the first outlet port 34.
Cependant, la course de la tige 52 est restée inférieure à la distance x (voir figure 2) de manière qu'il reste encore une distance y entre l'épaulement 66 de la tige 52 et le deuxième opercule 60. Celui-ci reste donc appliqué contre le deuxième siège 56 et bloque toute communication de l'orifice d'entrée 32 jusqu'au deuxième orifice de sortie 36. However, the stroke of the rod 52 has remained less than the distance x (see FIG. 2) so that there is still a distance y between the shoulder 66 of the rod 52 and the second cover 60. The latter therefore remains applied against the second seat 56 and blocks any communication from the inlet port 32 to the second outlet port 36.
Il en résulte qu'il établit un faible écoulement de gaz d'échappement en recirculation (symbolisé par les flèches A à la figure 3) via la vanne 30 et l'échangeur de chaleur 42, dans lequel la température des gaz est abaissée. As a result, it establishes a low flow of recirculating exhaust gas (symbolized by the arrows A in FIG. 3) via the valve 30 and the heat exchanger 42, in which the temperature of the gases is lowered.
Le débit est faible d'une part en raison de la faible section du premier siège 54 et, d'autre part, parce que l'échangeur de chaleur 42 représente une perte de charge importante vis-à-vis des gaz en recirculation. The flow is low on the one hand because of the small section of the first seat 54 and, on the other hand, because the heat exchanger 42 represents a significant pressure drop with respect to the recirculating gases.
Au contraire, lorsque le moteur fonctionne à faible charge, l'unité centrale 48 envoie à l'actionneur 46 un ordre d'un niveau plus élevé, qui provoque un deuxième déplacement de la tige 52, jusqu'à la position illustrée dans la figure 4. On the contrary, when the engine is running at low load, the central unit 48 sends to the actuator 46 an order of a higher level, which causes a second displacement of the rod 52, to the position illustrated in the figure. 4.
Le déplacement est si important que l'épaulement 66 rejoint le deuxième opercule 60 et le soulève du deuxième siège associé 56. Cela ouvre le passage de l'orifice d'entrée 32 jusqu'à l'orifice de sortie 36, de sorte qu'il s'établit à un écoulement de gaz, symbolisé par les flèches B. The displacement is so great that the shoulder 66 joins the second cover 60 and lifts it from the second associated seat 56. This opens the passage from the inlet port 32 to the outlet port 36, so that it is established at a gas flow, symbolized by the arrows B.
Ce mouvement n'a pas essentiellement modifié la situation entre l'opercule 58 et le siège 54, et il continue de s'écouler des gaz depuis l'orifice d'entrée 32 jusqu'à l'orifice de sortie 34, symbolisé par les flèches A, mais la grande taille du deuxième siège 56, combinée avec la quasi-absence de perte de charge dans le conduit 38, ont pour résultat que la majeure partie des gaz recirculés empruntent donc le conduit sans échangeur. On This movement has not essentially changed the situation between the cover 58 and the seat 54, and gases continue to flow from the inlet port 32 to the outlet port 34, symbolized by the arrows A, but the large size of the second seat 56, combined with the virtual absence of pressure drop in the duct 38, have the result that the major part of the recirculated gases therefore pass through the duct without exchanger. We
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obtient ainsi à la fois une augmentation importante du débit total, et une absence de refroidissement de ces gaz recirculés, comme désiré dans ces phases de fonctionnement du moteur à faible charge. thus obtains both a significant increase in the total flow rate, and an absence of cooling of these recirculated gases, as desired in these operating phases of the engine at low load.
L'actionneur 46 pourra être du type électrique ou pneumatique, et de façon générale de tout type connu en matière d'actionneurs pour l'industrie automobile. The actuator 46 may be of the electrical or pneumatic type, and generally of any type known in the field of actuators for the automotive industry.
On comprend que la vanne selon l'invention est composée d'un petit nombre de composants que l'on peut fabriquer aisément et à faible coût, même si l'on tient compte de ce que les matériaux doivent résister aux hautes températures des gaz d'échappement. De plus, il n'est pas imposé de respecter des tolérances étroites. It will be understood that the valve according to the invention is composed of a small number of components which can be easily and inexpensively manufactured, even if account is taken of the fact that the materials must withstand the high temperatures of the gases d 'exhaust. In addition, there is no requirement to adhere to close tolerances.
Avantageusement, la vanne 30 est intégrée à l'échangeur de chaleur 42, ce qui simplifie la fabrication et le montage, en particulier grâce à la disparition au moins partielle des conduits de liaison entre la vanne 30 et l'échangeur 42 Advantageously, the valve 30 is integrated into the heat exchanger 42, which simplifies manufacturing and assembly, in particular by virtue of the at least partial disappearance of the connecting conduits between the valve 30 and the exchanger 42
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