JP3533891B2 - ディーゼル機関の吸気制御装置 - Google Patents
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Description
式のディーゼル機関に用いて好適の、ディーゼル機関の
吸気制御装置に関する。
空気量が過剰であっても運転可能なため、アクセル開度
に応じて燃料噴射量のみを制御することでエンジン出力
の制御を行ない、ガソリンエンジンのようにアクセル開
度に応じたスロットルバルブ開度制御(即ち、吸気量制
御)は行なわないのが一般的である。
減速時に、燃料消費量を節約するために燃料の供給を停
止したり、吸気通路内に設けられた吸気絞り弁を絞って
吸気騒音を低減したりする技術も開発されている。ま
た、ディーゼルエンジンでは、排ガスを浄化するため
に、排ガス浄化用触媒(一般には、酸化触媒)が設けら
れるほか、特にNOxの排出低減のためには排ガス還流
装置(EGR装置)が設けられている。
に渡って介設された排ガス還流路(EGR流路)と、E
GR流路に介装された流量制御弁(EGR弁)とからな
り、EGR弁をエンジンの運転状態に応じて開度調整す
ることで排ガス還流量(EGR量)を制御するが、この
EGR量の制御は吸気流に影響するため、吸気絞り弁と
EGR装置とを関連させて制御する技術も開発されてい
る。
気絞り弁を絞ると吸気圧力が大幅に低下するため、燃料
が不完全燃焼して白煙が発生し易くなる不具合がある。
そこで、特開昭59−120771号公報には、吸気絞
り弁とEGR装置とをそなえたディーゼルエンジンにお
いて、吸気絞り弁の下流側の吸気圧力が所定圧以下にな
ったらEGR量を増大させる技術が提案されている。
は、燃料噴射停止時にはEGR弁を開弁することで燃料
噴射停止時の吸気絞り弁の前後の圧力差を小さくして、
再加速時の吸気絞り弁の駆動トルクを低減し、その後燃
料噴射再開時にはEGR弁を閉弁することで黒煙の発生
を防止しようとする技術も提案されている。さらに、実
開昭59−157550号公報には、エンジン冷態時に
吸気絞り弁を絞ることによりエミッション性能を向上す
る技術も開示されている。
る場合、燃料噴射量や燃料噴射時期といった燃料噴射制
御とともにEGR制御は重要である。つまり、かかる制
御は、ドライバビリティや排ガス性状に大きく影響し、
特に車両用エンジンにおいては、ドライバビリティや排
ガス性状に関する要求度が高いため、重要な制御となっ
ている。
率の制御)に関しては、空気過剰率λに着目した制御
(λ−EGR制御)がある。このλ−EGR制御の場合
には、空気過剰率λが燃料噴射量に依存するので、例え
ば燃料噴射ポンプのコントロールスリーブ位置とエンジ
ン回転数とから燃料噴射量を求めて制御に使用すること
ができる。あるいは、空気過剰率λは排ガスの空燃比に
対応するので、リニア空燃比センサ(LAFS)等の排
ガスセンサによって排ガス空燃比を計測して燃料噴射量
制御に使用することができる。
用触媒は、その雰囲気温度、即ち、排ガス温度によって
性能や耐久性が大きく変化する。つまり、排ガス浄化用
触媒は、低温では浄化作用を発揮することができないた
め、冷態始動時には、排ガス温度を上昇させたり、一定
温度以下の排ガス量を低減することが必要である。
イオウ(SO2 )を生成させたり又触媒自体の劣化につ
ながる。このため、排ガス浄化用触媒の温度を一定範囲
内に保って使用するようにしたい。特に、排ガス浄化用
触媒を所定温度域まで昇温させることは、LAFSの温
度環境としても好ましい。つまり、一般にはLAFSに
ヒータを付けてその過冷却を防止しているが、LAFS
は、低温時にブラックニング現象を起こし損傷してしま
うことがあるため、LAFSの雰囲気温度が大幅に低下
することがあれば、この対策として強力なヒータを装備
することが必要になり、コスト増を招く。しかし、LA
FSの雰囲気温度を高めることができれば、ヒータをそ
れほど強力なものにする必要もなく、コスト増を抑制す
ることができる。
雰囲気温度は、吸気絞り弁による吸気量調整に大きく影
響される。例えば減速時等に燃料無噴射としたときに
は、吸気温度がそのまま排ガス温度となり、吸気量が多
ければ排ガス温度が低下し、その低温の排ガスにより触
媒を含む排気系が冷却され、吸気量が少なければ排ガス
温度が上昇して、触媒を含む排気系が冷却され難くな
る。
用触媒をより効果的に利用することや、強力なヒータを
用いずにLAFSのブラックニング現象の防止を行なう
ことも可能と考えられる。ただし、吸気絞り弁により吸
気量を低下させるとポンピングロスが増大するため燃費
が悪化しやすい。したがって、燃費の面から考えると吸
気絞り弁を閉じる運転領域は極力小さくしたい。
ので、吸気制御により、排ガス浄化用触媒をより効果的
に利用することや、LAFS等の他の部材の保護や性能
の効率よい発揮を行なうことができるようにした、ディ
ーゼル機関の吸気制御装置を提供することを目的とす
る。
の本発明のディーゼル機関の吸気制御装置では、温度検
出手段が、機関の排気系に設けられた排ガス浄化用触媒
の温度又は触媒温度に対応した温度を検出し、燃料噴射
量算出手段が機関の燃料噴射量を算出する。吸気絞り弁
制御手段は、温度検出手段による検出温度と燃料噴射量
算出手段による機関の燃料噴射量とに基づいて、ディー
ゼル機関の吸気管に設けられ開放状態と閉弁状態との2
つの開度状態のいずれか一方をとる吸気絞り弁を開閉制
御する。つまり、検出温度が予め設定された所定温度未
満で且つ燃料噴射量算出手段で算出された機関の燃料噴
射量が、燃料噴射停止手段により燃料噴射が停止された
か否かを判定しうる微小値として予め設定された基準値
未満である燃料噴射停止時に、吸気絞り弁を閉弁する。
これにより、排ガス温度の低下を防止して排ガスによっ
て排ガス浄化用触媒が冷却されるのを防止するので、排
ガス浄化用触媒の温度低下が抑制される。また、機関の
出力の小さいときに吸気弁を閉弁することで、ポンピン
グの増大による燃費の悪化が防止される。
噴射を停止すると、燃料噴射量算出手段で算出された機
関の燃料噴射量が予め設定された基準値(すなわち、燃
料噴射が停止されているか否かを判定しうる微小値)未
満となり、吸気絞り弁制御手段は、このとき、温度検出
手段による検出温度が予め設定された所定温度未満の場
合に、吸気絞り弁を閉弁する。燃料噴射停止時には、吸
気導入量が大きいほど排ガス温度が低下し、吸気導入量
が小さいほど排ガス温度の低下が抑制されるため、燃料
供給停止時のように機関からの熱発生の少ないときであ
りながら、排ガス浄化用触媒の冷却が防止されるように
なっている。
吸気制御装置では、吸気絞り弁制御手段によって吸気絞
り弁が閉弁されているときには排ガス還流量を該吸気絞
り弁が閉弁される前に比べて増量するので、吸気温度が
上昇して、排ガス温度も上昇し、低温状態の排ガス浄化
用触媒の温度が速やかに所定の温度域へ高められる。
の形態について説明する。まず、図1〜図4は本発明の
一実施形態としてのディーゼル機関の吸気制御装置に関
して示すもので、これらの図に基づいて実施形態を説明
する。本実施形態にかかるディーゼル機関(以下、エン
ジンという)は、図1に示すように、エンジン本体1に
設けられた各シリンダボア2内にピストン3が摺動可能
に嵌挿され、シリンダボア2及びピストン3上面で囲ま
れて燃焼室4が形成されている。
副室5には燃料噴射ノズル6が設けられており、燃料噴
射ポンプ7から送給された燃料が燃料噴射ノズル6から
副室5内に噴射されるようになっている。そして、副室
5内で燃焼した燃焼エネルギにより副室5内の残った燃
料を燃焼室4内に送給してこれを燃焼させるようになっ
ている。
放により連通する吸気通路8が接続されており、この吸
気通路8には、ターボチャージャ9のコンプレッサホイ
ール(図示略),インタクーラ10,吸気絞り弁11
が、上流側から順に配設されている。また、燃焼室4に
は排気弁12の開放により連通する排気通路13が接続
されており、この排気通路13には、上流側(燃焼室
側)から排ガス還流路(EGR流路)14,ターボチャ
ージャ9のタービンホイール(図示略),排ガス浄化用
触媒15の順で配設されている。
分から吸気通路8の吸気絞り弁11よりも下流の部分に
亘って介設されており、EGR流路14の吸気通路8へ
の流入部分には排ガス還流量制御手段(EGR弁)16
が配設されている。また、排気通路13におけるターボ
チャージャ9のタービンホイール上下流間には排気バイ
パス通路17が設けられており、このバイパス通路17
には、吸気通路8におけるターボチャージャ9のコンプ
レッサホイールの下流の負圧で開放するバイパス制御弁
18が介装されており、ターボチャージャ9による過給
が過剰になると、バイパス制御弁18が開放してターボ
チャージャ9による過給を自動的に弱めるようになって
いる。
1,EGR弁16は、吸気絞り弁制御手段19Aを備え
た電子制御ユニット(ECU)19を通じて、ドライバ
の要求やエンジンの状態に応じて制御されるようになっ
ている。つまり、このエンジンには、エンジンの冷却水
温度を検出する冷却水温センサ20,機関状態検出手段
としてのアクセル開度センサ21,機関状態検出手段と
してのエンジン回転数センサ22,機関状態検出手段と
しての吸気圧センサ(ブースト圧センサ)23,燃料噴
射ポンプ7のコントロールスリーブ位置を検出するスリ
ーブ位置センサ(図示略)等が設けられており、ECU
19では、これらのセンサ20〜23等からの情報に基
づいて、各部の制御を行なうようになっている。
制御について説明すると、ECU19の吸気絞り弁制御
手段19Aでは、燃料噴射が行なわれていない場合(燃
料噴射停止時)に、冷却水温センサ20で検出された冷
却水温が所定温度T1(例えば60°C)未満であれ
ば、吸気絞り弁11を閉鎖し、検出された冷却水温が所
定温度T1(例えば60°C)以上であれば、吸気絞り
弁11を開放するようになっている。
ス浄化用触媒15を所要の温度領域に保持するためのも
のである。つまり、減速時等には燃料噴射を停止する機
能(燃料噴射停止手段)がそなえられ、減速時等で燃料
が噴射されていないとき(燃料噴射停止時)には、吸気
量が多いほど排気温度が低下するので、吸気絞り弁11
を閉鎖すれば排ガス浄化用触媒15の温度低下を防止す
ることができ、吸気絞り弁11を開放すれば排ガス浄化
用触媒15の温度を低下させることができる。
の温度(触媒温度)に対応した温度であり、冷却水温セ
ンサ20は、触媒温度に対応した温度を検出する温度検
出手段として機能する。したがって、冷却水温が所定温
度T1未満のときは、排ガス浄化用触媒15の温度が低
下していて活性温度領域に達していないものと考えて、
吸気絞り弁11を閉鎖することで、排ガス浄化用触媒1
5の温度を高めるようにし、一方、冷却水温が所定温度
T1以上のときは、排ガス浄化用触媒15の温度は上昇
して既に活性温度領域に達したものと考えて、吸気絞り
弁11を開放することで、排ガス浄化用触媒15の温度
上昇を抑制するようにしているのである。
は、エンジン回転数Ne及びコントロールスリーブ位置
Spに基づいて燃料噴射量を推定して、この推定した燃
料噴射量Qfが微小な基準値Qf0 よりも小さければ、
燃料噴射が行なわれていないと判定するようになってい
る。したがって、燃費の悪化を防止しつつ排ガス浄化用
触媒15の冷却を抑制しているのである。そして、燃料
噴射が再開された時には排ガス浄化用触媒15が冷却さ
れていないので触媒15を通じた排ガス浄化処理を速や
かに実行することができる。
運転中の燃料噴射量と同等な値としてもよい。このよう
に構成すれば、暖機中に確実に吸気量を低減することが
可能となって排ガス浄化用触媒15の温度を速やかに上
昇させることが可能になるとともに、アイドル時の燃費
が若干悪化するものの通常走行時の燃費を悪化させるこ
とはない。
しての燃料噴射量算出手段19Bが設けられ、この燃料
噴射量算出手段19Bでは、燃料噴射に同期した所定の
タイミングでスリーブ位置検出手段42によりスリーブ
位置Spを得て、このスリーブ位置Spとこのときエン
ジン回転数センサ43により検出されたエンジン回転数
Neとから燃料噴射量Qを算出する。
は、燃料スピル時又はその直前が好ましく、この燃料ス
ピル時直前のタイミングは、図2に示すように、燃料噴
射開始検出手段41により燃料噴射が開始された時点
(即ち、ポンプ圧の立上り時点)から所定期間即ち燃料
噴射期間Td〔この噴射期間tdの単位は、クランク角
(CA°)対応の値である〕が経過した時点として設定
されている。これは、燃料スピル時又はその直前であれ
ば、スリーブ位置Spにスピルされた燃料によってスリ
ーブ位置が変動するキックアウトの影響が生じる前であ
り、キックアウトの影響を回避して噴射終了時のスリー
ブ位置Spを正確に検出することができるためである。
は、クランク角(CA°)〕と対応し、この燃料噴射期
間Tdは、例えば図3に示すように、スリーブ位置Sp
とエンジン回転数Neとに対応する。そこで、燃料噴射
量算出手段19Bでは、このような対応関係に基づいて
演算式又はマップ又はテーブル等が予め設定されてお
り、このような演算式やマップやテーブル等を用いて、
スリーブ位置Spとエンジン回転数Neとから燃料噴射
量Qを算出するようになっている。なお、図3は本エン
ジン(図1参照)のように副室を介して燃料噴射を行な
う燃料噴射タイプ(IDIタイプ)の例を示している。
に対応するが、ここでは、エンジン回転数Neと前回検
出したスリーブ位置Spiとから、例えば次式(1)に
示すように、エンジン回転数Neとスリーブ位置Spi
との関数f1 により燃料噴射量Qiを求め、こうして求
めた燃料噴射量Qiとエンジン回転数Neとから、次式
(2)に示すように、燃料噴射期間Tdを求めるように
構成されている。
算出された燃料噴射期間Tdだけ経過した時点でのスリ
ーブ位置の検出情報は、例えば電圧値Spaとして得ら
れるが、この値Spaから実際のスリーブ位置Spを求
めるには、例えば次式(3)を用いることができる。な
お、式(3)において、aは補正係数,bは補正量であ
る。
ンジン回転数Neとから次式(4)により行なうように
なっている。 Q=f(Ne,Sp) ・・・(4) 本発明の一実施形態としてのディーゼル機関の吸気制御
装置は、上述のように構成されているので、例えば図4
のフローチャートに示すように、吸気制御が行なわれ
る。
ガバナスリーブ位置Spを検出するとともにエンジン回
転数センサ22によりエンジン回転数Neを検出して
(ステップA10)、これらのスリーブ位置Sp及びエ
ンジン回転数Neから、上式(4)によって燃料噴射量
Qを逆算する(ステップA20)。そして、この算出し
た(推定した)燃料噴射量Qを微小な基準値Qf0 と比
較して、推定燃料噴射量Qが基準値Qf0 未満なら、燃
料噴射が行なわれていない(燃料無噴射)か否かが判定
される(ステップA30)。
気制御装置による処理は行なわないが、燃料噴射が行な
われていなければ、ステップA40に進んで、冷却水温
センサ(温度検出手段)20で検出された温度(冷却水
温)が所定温度T1(例えば60°C)未満か否かが判
定される。冷却水温が所定温度T1(例えば60°C)
未満ならば、排ガス浄化用触媒15の温度が活性温度領
域に達していないものと考えられ、ステップA50に進
んで、吸気絞り弁11を閉鎖する。これにより、低温排
気ガス量が低下するため、排ガス浄化用触媒15の温度
低下が抑制され、排ガス浄化用触媒15の活性化が促進
されて、排ガス浄化用触媒15の作用により速やかに排
ガス浄化を実行することができるようになる。
冷却水温が所定温度T1未満になるため、吸気絞りを行
なわないかぎり、排ガス浄化用触媒15の活性化に時間
がかかるが、本装置のように吸気絞り弁11を閉鎖する
ことで、排ガス浄化用触媒15の活性化が速やかに行な
われるようになり、始動直後の排ガス浄化を促進するこ
とができる。
は、排ガス浄化用触媒15の温度は上昇して既に活性温
度領域に達したものと考えられ、ステップA40からス
テップA50に進んで、吸気絞り弁11を開放する。こ
れにより、吸気絞り弁11の下流側の温度低下が促進さ
れ、排気温度も低下させることができ、排ガス浄化用触
媒15の温度上昇が抑制されるようになり、排ガス浄化
用触媒15の温度が過剰に高温になることが防止され
て、排ガス中成分による酸化イオウ(SO2 )の生成が
抑制され触媒自体の劣化も抑制される。
り弁11の開閉制御(又は開度制御)による吸気量調整
で、排ガス浄化用触媒15の温度を、活性領域内に保っ
て使用するができるようになり、排ガス浄化性能を向上
させることができる利点がある。また、エンジンの冷態
時には、排ガス浄化用触媒15の温度が低いのと同様に
図示しないリニア空燃比センサ(LAFS)の雰囲気温
度も低く、LAFSにブラックニングが生じ易く、通常
であれば強力なヒータを装備することが必要になるが、
吸気絞り弁11を閉鎖することで、吸気絞り弁11の下
流側の温度低下が抑制されるため、強力なヒータを装備
することなく、LAFSの雰囲気温度を高めLAFSの
ブラックニングの発生を防止することができる。したが
って、低コストで、LAFSのブラックニングによる損
傷を回避することができるようになる。
温を触媒温度に対応した温度として採用しているが、例
えば排気管内の温度など他の温度情報についても、触媒
温度に対応した温度として採用することができる。さら
には、冷却水温センサ20に代わる温度検出手段とし
て、例えば触媒ベッド温度等の触媒自体の温度を検出す
る高温センサ(触媒温度センサ)を設置して、この触媒
温度自体に基づいて、吸気制御を行なうようにしてもよ
い。
触媒にかかる温度情報に基づいた吸気絞り弁の開閉制御
を行なっているが、例えばエンジンの軽負荷時や減速時
にも、燃料噴射量は少なく又は無しになり、吸気絞り弁
の開閉制御が直接的に触媒15の温度に影響するため、
エンジンの軽負荷時や減速時であることを条件に、触媒
にかかる温度情報に基づいた吸気絞り弁の開閉制御を行
なってもよい。この場合、アクセル開度センサ21によ
りエンジンの負荷状態を検出することができ、また、エ
ンジン回転数センサ22の検出情報に基づいてエンジン
の減速を検出することができる。
開放制御及び閉鎖制御を同一の所定温度T1に基づき行
なっているが、吸気絞り弁11の開放を許可する温度を
T1、吸気絞り弁11の閉鎖を許可する温度をT2 とし
て、開放許可温度T1 を閉鎖許可温度T2 よりも高温に
設定すれば(T1 >T2 )、吸気絞り弁11が開放され
ることによる温度〔触媒の温度又は該触媒温度に対応し
た温度(冷却水温度も含む〕の低下によって、この温度
が開放許可温度T1 を下回ってもすぐには閉鎖鎖許可温
度T2 までは低下しないため、吸気絞り弁11がハンチ
ングするのを防止することができる。
に関連性をもたせて、基準値Qf0が大きいほど所定温
度T1を低く設定すれば、極低温時においても排ガス浄
化用触媒の活性化を早めることができる。さらに、吸気
絞り弁を閉鎖側に制御しているときに、EGR弁16を
開放側に制御し、吸気通路8に流入される排ガス流量を
増大させれば、暖かい排ガスによって吸気温度が上昇
し、排ガス温度がさらに上昇するので、排ガス浄化用触
媒の活性化をより一層早めることができる。
発明のディーゼル機関の吸気制御装置によれば、排ガス
浄化用触媒が低温状態で且つ機関の出力が小さいときに
は、吸気絞り弁を閉弁することで排ガス温度の低下が防
止され、低温状態の排ガス浄化用触媒の温度低下が抑制
されるため、排ガス浄化用触媒の活性化が促進されて、
排ガス浄化性能が向上するとともに燃費の悪化が防止さ
れる効果がある。
通路や吸気通路内に設置された雰囲気温度に影響される
部材に対しても、かかる吸気絞り弁の制御を利用して、
排ガス浄化用触媒の温度管理と合わせて、部材を保護し
たり、部材の性能を発揮しやすくしたりすることもでき
る。さらに、燃料噴射停止時に上記の吸気絞り弁の制御
を行なうので、機関からの熱発生が少ない状況下でも、
排ガス浄化用触媒の冷却を防止できるようになり、排ガ
ス浄化性能を向上させることができる利点がある。
吸気制御装置によれば、吸気絞り弁制御手段によって吸
気絞り弁が閉弁されているときには排ガス還流量を該吸
気絞り弁が閉弁される前に比べて増量するので、吸気温
度が上昇して、排ガス温度も上昇し、低温状態の排ガス
浄化用触媒の温度が速やかに所定の温度域へと高めら
れ、排ガス浄化性能を向上させることができる利点があ
る。
吸気制御装置を説明するディーゼル機関の模式的な構成
図である。
吸気制御装置にかかる燃料噴射動作を説明するタイムチ
ャートであり、(A)は燃料噴射開始情報、(B)はス
リーブ位置情報をそれぞれ示す。
料噴射時間(燃料噴射量)との対応例を示す図である。
吸気制御装置の動作を説明するフローチャートである。
Claims (2)
- 【請求項1】ディーゼル機関の吸気管に設けられ開放状
態と閉弁状態との2つの開度状態のいずれか一方をとる
吸気絞り弁と、 該機関の排気系に設けられた排ガス浄化用触媒と、 該触媒の温度又は該触媒温度に対応した温度を検出する
温度検出手段と、 該機関の燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、該機関への燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段と、 該温度検出手段による検出温度が予め設定された所定温
度未満で、且つ該燃料噴射量算出手段で算出された該機
関の燃料噴射量が、該燃料噴射停止手段により燃料噴射
が停止されたか否かを判定しうる微小値として予め設定
された基準値未満である燃料噴射停止時に、該吸気絞り
弁を閉弁する吸気絞り弁制御手段とをそなえていること
を特徴とする、ディーゼル機関の吸気制御装置。 - 【請求項2】該機関への排ガス還流量を制御する排ガス
還流量制御手段をさらにそなえ、 該吸気絞り弁制御手段により、該吸気絞り弁が閉弁され
ているときには該排ガス還流量制御手段により制御され
る排ガス還流量を該吸気絞り弁が閉弁される前に比べて
増量する ことを特徴とする、請求項1記載のディーゼル
機関の吸気制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19880997A JP3533891B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | ディーゼル機関の吸気制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP19880997A JP3533891B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | ディーゼル機関の吸気制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1136938A JPH1136938A (ja) | 1999-02-09 |
JP3533891B2 true JP3533891B2 (ja) | 2004-05-31 |
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JP (1) | JP3533891B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP3618269B2 (ja) * | 1999-12-06 | 2005-02-09 | トヨタ自動車株式会社 | 車両の燃料供給停止時の制御装置 |
JP2019196755A (ja) * | 2018-05-11 | 2019-11-14 | 株式会社豊田自動織機 | ディーゼルエンジン |
-
1997
- 1997-07-24 JP JP19880997A patent/JP3533891B2/ja not_active Expired - Fee Related
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