JP4631855B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

燃料タンク等で発生した蒸発燃料を処理するための蒸発燃料処理装置では、効率的に蒸発燃料を処理することが好ましい。たとえば、特許文献１には、燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに導入するためのベーパ配管に封鎖弁を設け、エンジンの停止中は封鎖弁を閉弁状態とすることで、キャニスタに吸着させる蒸発燃料を、給油時に燃料タンクから流出する蒸発燃料だけに限るようにした蒸発燃料処理装置が記載されている。

実際の蒸発燃料処理装置では、キャニスタが有する蒸発燃料の処理能力を、より高く発揮させることが望まれる。
特開２００６−１１８４７３号公報

本発明は上記事実を考慮し、キャニスタが有する蒸発燃料の処理能力をより高く発揮させて、効率的な蒸発燃料の処理が可能な蒸発燃料処理装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、燃料タンクと連通されて燃料タンク内で生じた蒸発燃料が導入されるキャニスタと、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通する導入配管に設けられ燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を調整可能な流速調整弁と、を有し、前記流速調整弁によって調整される蒸発燃料の流速が、あらかじめ決められた所定時間内で前記キャニスタでの蒸発燃料の吸着が行われるように設定されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、燃料タンクと連通されて燃料タンク内で生じた蒸発燃料が導入されるキャニスタと、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通する導入配管に設けられ燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を調整可能な流速調整弁と、前記燃料タンクの内圧を検出するタンク内圧センサと、前記キャニスタの内圧を検出するキャニスタ内圧センサと、を有し、前記キャニスタ内圧よりも前記タンク内圧が低下した場合に前記キャニスタと前記燃料タンクとが前記流速調整弁によって連通されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、燃料タンクと連通されて燃料タンク内で生じた蒸発燃料が導入されるキャニスタと、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通する導入配管に設けられ燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を調整可能な流速調整弁と、前記燃料タンクの内圧を検出するタンク内圧センサと、前記キャニスタを冷却する冷却装置と、を有し、タンク内圧に基づいて前記流速調整弁による蒸発燃料の流速調整を予測し前記冷却装置が制御されることを特徴とする。

請求項１、請求項２又は請求項４に記載の発明では、燃料タンクから導入配管を通じてキャニスタに導入される蒸発燃料の流速が、流速調整弁によって調整される。すなわち、大量の蒸発燃料が発生してキャニスタの蒸発燃料処理能力を超えた過剰の蒸発燃料がキャニスタに導入されようとしても、これが抑制されるので、キャニスタの吸着効率が確保できる。そして、過剰分の蒸発燃料は、たとえば蒸発燃料の発生量が少ないときや、外気温低下によってキャニスタの吸着能力が高くなっているとき等にキャニスタに導入すれば、全体として、キャニスタが有する蒸発燃料の処理能力をより高く発揮させることになるので、効率的な蒸発燃料の処理が可能となる。

特に、請求項１に記載の発明では、前記流速調整弁によって調整される蒸発燃料の流速が、あらかじめ決められた所定時間内で前記キャニスタでの蒸発燃料の吸着が行われるように設定されているので、この構成を採用しないものと比較して、所定時間内で平均化して（ただし、完全に均一化されている必要はない）蒸発燃料を処理することになる。しかも、一例として、この所定時間を２４時間に設定すれば、外気温が低下している夜間等も蒸発燃料を吸着する時間として利用できることになる。
請求項２に記載の発明では、前記燃料タンクの内圧を検出するタンク内圧センサと、前記キャニスタの内圧を検出するキャニスタ内圧センサと、を有し、前記キャニスタ内圧よりも前記タンク内圧が低下した場合に前記キャニスタと前記燃料タンクとが前記流速調整弁によって連通される。このため、キャニスタ内で冷却凝縮された燃料を燃料タンクに戻すことが可能となる。
なお、請求項２に記載の発明において、請求項３に記載のように、タンク内圧とキャニスタ内圧の差圧によって前記流速調整弁による蒸発燃料の流速が調整される構成とすれば、タンク内圧とキャニスタ内圧だけでなく、これらの差圧によっても蒸発燃料の流速が調整できる。たとえば、タンク内圧が相対的に高い場合には、流速調整弁の開度を小さくし、相対的に低い場合には開度を大きくすることで、燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を所望の範囲に調整できる。タンク内圧が低い場合に、必要以上に流速が低下することを防止できる。
請求項４に記載の発明では、前記燃料タンクの内圧を検出するタンク内圧センサと、前記キャニスタを冷却する冷却装置と、を有し、タンク内圧に基づいて前記流速調整弁による蒸発燃料の流速調整を予測し前記冷却装置が制御される。このため、冷却が必要なタイミングでキャニスタを冷却することで、不必要な冷却装置の駆動を抑制することができる。また、流速調整弁が開弁される前、あるいは流速調整弁によって蒸発燃料の流速が高められる前等に、あらかじめ冷却装置を駆動してキャニスタを冷却しておくことで、効率的な蒸発燃料の吸着も可能となる。
なお、請求項４に記載の発明において、請求項５に記載のように、前記冷却装置が、外部電源から電力を受けることが可能とされていれば、冷却装置が外部電源から電力供給を受けるようにすることで、車載されたバッテリーの放電を防止できる。
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記流速調整弁によって調整される蒸発燃料の流速が、前記キャニスタでの蒸発燃料の吸着能力を超えないように決定された流速以下となるように設定されている。これにより、キャニスタの吸着能力の範囲内で蒸発燃料が導入されることになる。

請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記キャニスタを大気連通する大気連通管に設けられ、キャニスタの大気連通を調整可能な連通調整弁、を有することを特徴とする。

この連通調整弁による「調整」には、連通調整弁を完全に開弁あるいは閉弁することの他に、所望の開度となるように調整することも含まれる。したがって、連通調整弁を閉弁して、キャニスタ内圧を保持することができる。また、蒸発燃料の吸着時及び脱離時のそれぞれにおいて、キャニスタ内の気体の流れを調整することも可能となる。特に、請求項８に記載のように、前記キャニスタの内圧があらかじめ設定された規定圧を超えない範囲で前記連通調整弁が閉弁される構成とすれば、キャニスタ内を過度に高圧にすることなく、蒸発燃料のキャニスタへの不用意な吹き抜けを抑制できる。

請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、外気温を検出する外気温センサを有し、外気温に基づいて前記流速調整弁が制御されることを特徴とする。

これにより、外気温よるキャニスタの吸着能力の変動に対応して、蒸発燃料をキャニスタに導入することが可能になる。

請求項１０に記載の発明では、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、前記流速調整弁からエンジンへと燃料を供給する供給配管、を有し、流速統制弁が、前記キャニスタと前記燃料タンク又は前記エンジンのいずれか一方への連通を切り替え可能な三方弁とされていることを特徴とする。

すなわち、この三方弁では、キャニスタと燃料タンクとの連通、及び、キャニスタとエンジンとの連通は可能とされるが、燃料タンクとエンジンとは連通しない。このため、燃料タンクからエンジンへの直接的なパージを防止できる。

本発明は上記構成としたので、キャニスタが有する蒸発燃料の処理能力をより高く発揮させて、効率的な蒸発燃料の処理が可能となる。

図１には、本発明の一実施形態の蒸発燃料処理装置１２が示されている。この蒸発燃料処理装置１２では、自動車に搭載される燃料タンク１４等で発生する蒸発燃料をキャニスタ１６で処理するために使用されるものである。キャニスタ１６を構成するキャニスタ容器１８内には、活性炭を含んで構成された吸着剤２０が収容されており、この吸着剤２０によって、蒸発燃料を吸着及び脱離することができる。

なお、本実施形態では、車両走行用の駆動源として、エンジンの他に、走行用電池から電力供給を受ける駆動用モータ（いずれも図示省略）を備えた、いわゆるハイブリッド車を適用対象としている。

燃料タンク１４とキャニスタ１６とは、ベーパ配管２２で接続されている。後述するように、本実施形態では、キャニスタ１６内で冷却凝縮された燃料を燃料タンク１４に戻す場合があり、キャニスタ１６の燃料タンク側ポート２８は、最下部になるような構造及び車体への搭載状態とされている。

ベーパ配管２２の途中からは、図示しないエンジンと連通する供給配管２４が分岐されており、分岐部分には、第一封鎖弁２６が備えられている。

第一封鎖弁２６は三方弁とされている。本実施形態では特に、キャニスタ１６と燃料タンク１４との連通、又は、キャニスタ１６とエンジンとの連通は可能とするが、燃料タンク１４とエンジンとは連通させない構成とされている。

また、第一封鎖弁２６は、燃料タンク１４の内圧（燃料タンク内圧）が、あらかじめ設定された所定圧以上になると開弁して、キャニスタ１６と燃料タンク１４とを連通するようになっている。そして、少なくともキャニスタ１６と燃料タンク１４とを連通した状態及び、キャニスタ１６とエンジンとを連通した状態で開度（絞り）を調整することで、蒸発燃料の流速を調整することが可能とされている。なお、図２に示すように、第一封鎖弁２６の開度の調整は、制御回路４２によるデューティ制御によってなされる。

図１に示すように、キャニスタ１６には、外部（大気）と連通される大気連通管３０が設けられており、大気連通管３０に第二封鎖弁３２が備えられている。第二封鎖弁３２も図２に示すように、制御回路４２によって制御され、開閉及び開度の調整がなされるようになっている。

そして、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、第一封鎖弁２６と第二封鎖弁３２のぞれぞれの開閉、あるいは開度を調整することで、キャニスタ１６の内圧（キャニスタ内圧）を所望の圧力に維持できるようになっている。このため、キャニスタ容器１８は、想定されるキャニスタ内圧に耐えられるだけの耐圧性を有する構成とされている。

キャニスタ１６内には、吸着剤２０を冷却する冷却装置３４が備えられている。一般に、活性炭を含む吸着剤では、温度低下（冷却）によって蒸発燃料の吸着能力が高くなり、温度上昇（加熱）によって蒸発燃料の脱離能力が高くなる。なお、冷却装置３４も、図２に示すように、制御回路４２で制御される。

また、冷却装置３４の作動は、前記した走行用電池を充電するための外部電源、たとえば家庭用電源からの電力供給によってなされるようになっている。

図１に示すように、燃料タンク１４内には、内圧を検出するタンク内圧センサ３６が設けられている。また、キャニスタ１６内にも、内圧を検出するキャニスタ内圧センサ３８が設けられている。さらに、キャニスタ１６の外部には、外気温を検出する外気温センサ４０（図２参照）が設けられている。図２に示すように、これらの各センサで検出されたデータは、制御回路４２に送られるようになっている。

次に、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２の動作及び作用を説明する。

本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、キャニスタ１６に蒸発燃料が導入される導入部分に第一封鎖弁２６、大気と連通される連通部分に第二封鎖弁３２が設けられており、これら封鎖弁を制御することで、キャニスタ内圧を所定の範囲に維持できる。また、蒸発燃料をベーパ配管２２から導入して吸着するときや、大気を大気連通管３０から導入して、蒸発燃料を脱離（パージ）するとき等のそれぞれの過程において、蒸発燃料や大気の流れを制御することもできる。

また、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、燃料タンク１４のタンク内圧があらかじめ設定された所定圧以上になると第一封鎖弁２６が開弁して、キャニスタ１６と燃料タンク１４とを連通する。このとき、燃料タンク１４からキャニスタ１６の導入される蒸発燃料の流速を、第一封鎖弁２６によって調整することができる。そして、これにより、キャニスタ１６の蒸発燃料処理能力を、蒸発燃料の流速を調整しない構成と比較して、より高く発揮させることができる。

第一封鎖弁２６により蒸発燃料の流速調整としては、たとえば、キャニスタ１６の吸着能力を考慮し、燃料タンク１４からキャニスタ１６への蒸発燃料の流速が一定値以下になるように抑制することで、キャニスタ１６の吸着効率を確保する方法及び構成が挙げられる。すなわち、燃料タンク１４内に大量の蒸発燃料が発生してキャニスタ１６の蒸発燃料処理能力を超えた過剰の蒸発燃料がキャニスタに導入されようとした場合であっても、第一封鎖弁２６によって蒸発燃料の流速が抑制されるので、キャニスタの吸着効率が確保できる。そして、過剰分の蒸発燃料は、たとえば蒸発燃料の発生量が少ないときや、外気温低下によってキャニスタの吸着能力が高くなっているとき等にキャニスタ１６に導入すれば、全体として、キャニスタが有する蒸発燃料の処理能力をより高く発揮させることになり、効率的な蒸発燃料の処理が可能となる。

この場合、一例として、タンク内圧センサ３６で検出されるタンク内圧が相対的に高い場合には第一封鎖弁２６の開度を小さくし、タンク内圧が相対的に低い場合にはこの開度を大きくするように制御回路４２で制御することで、タンク内圧が低いときに、必要以上に流速が低下することを防止できる。

この例では、外気温センサ４０で検出された外気温データを基にし、外気温が高い場合には、第一封鎖弁２６の開度を小さくしてもよい。すなわち、活性炭を含んで構成された吸着剤２０では、温度上昇に伴って蒸発燃料の吸着能力が低下する。したがって、吸着能力が低下しているときには、蒸発燃料の流速を抑制することで、相対的に、吸着能力が高いときに蒸発燃料をキャニスタ１６に導入することになるので、全体としてキャニスタ１６の吸着能力が高くなる。

また、これとは別の方法及び構成として、あらかじめ所定の時間を設定し、この所定時間内で、燃料タンク１４で発生する蒸発燃料をキャニスタ１６で吸着できるようにしてもよい。一例として、上記所定時間を２４時間とし、燃料タンク１４での一日分の蒸発燃料の発生量を、２４時間でキャニスタ１６の吸着剤２０に吸着させるように、蒸発燃料の流速を設定してもよい。この方法では、所定時間内で、より平均化して蒸発燃料をキャニスタ１６へ送り吸着処理することになる。もちろん、所定時間内で、キャニスタ１６に導入される蒸発燃料が完全に均一化されている必要はない。すなわち、本実施形態の構成を採用しない蒸発燃料処理装置と比較して、時間的により平均化されて蒸発燃料がキャニスタ１６に導入されるようになっていればよい。

なお、この例では、必ずしも第一封鎖弁２６の開度を制御回路４２で制御する必要はない。すなわち、第一封鎖弁２６として、最大の開度となったときに上記したように所定時間で蒸発燃料をキャニスタ１６に吸着させるように、その開度を固定しておく構成でもよい。

第一封鎖弁２６に関する上記２つの制御方法及び構成は、それぞれを単独で適用することも可能であり、併用して適用することも可能である。

また、本実施形態では、キャニスタ１６に冷却装置３４が備えられており、キャニスタ１６内の吸着剤２０を冷却することで、蒸発燃料の吸着能力を高めることができる。特に、タンク内圧センサ３６によって検出したタンク内圧に基づいて、適切なタイミングで冷却装置３４を駆動することも可能である。すなわち、タンク内圧が上昇して所定値を超えた場合には、その後に蒸発燃料の発生量が増加し、キャニスタ１６への蒸発燃料の導入量も増加すると想定される。そこで、たとえば第一封鎖弁２６が開弁される前のタイミングで、あらかじめ冷却装置３４を駆動してキャニスタ１６内の吸着剤２０を冷却しておくことができる。加えて、キャニスタ１６の吸着剤２０を冷却する必要がないとき、たとえば、タンク内圧が所定値に達していない場合等に、不必要に冷却装置３４を駆動してしまうことも防止可能となる。

冷却装置３４の駆動は、走行用電池を充電するための外部電源、たとえば家庭用電源を利用し、この外部電源からの電力供給によって行うことができる。このため、車両に搭載された走行用電池等から電力供給を受けなくてもよいので、走行用電池の放電を防止できる。もちろん、このような外部電源のない場所では、走行用電池からの電力供給で冷却装置３４を駆動してもよい。また、冷却装置３４の駆動用電源の種類に関わらず、冷却装置３４の駆動と走行用電池への充電を同時に行うことも可能である。

上記のようにして、第一封鎖弁２６を制御する場合に、制御回路４２は、第二封鎖弁３２を閉じておけば、キャニスタ１６内に導入された蒸発燃料が大気連通管３０から吹き抜けてしまうことによるエミッションを防止できる。この場合、本実施形態ではタンク内圧とキャニスタ内圧の双方を検出できるので、これらの差圧も勘案して第一封鎖弁２６を制御すればよい。

また、本実施形態では、キャニスタ１６としては、想定されるキャニスタ内圧に十分に耐えられるだけの強度を有するキャニスタ容器１８を用いているが、キャニスタ内圧がこの規定値を超えないようにするために、第二封鎖弁３２を必要に応じて開弁することも可能である。

本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、第一封鎖弁２６が三方弁とされており、キャニスタ１６と燃料タンク１４との連通と、キャニスタ１６とエンジンとの連通を切り替えることができるようになっている。したがって、たとえばエンジン作動時にエンジンからの負圧によってキャニスタ１６内の蒸発燃料を脱離（パージ）可能な場合には、第一封鎖弁２６を、キャニスタ１６とエンジンとが連通されるように切り替えて（第二封鎖弁３２は閉弁しておく）、キャニスタ１６内の蒸発燃料をエンジンに送ることができる。このとき、エンジンの作動状態に応じて第一封鎖弁２６の開度をデューティ制御することで、パージ量を調整することができる。

また、たとえば車両走行中にタンク内圧が所定値を超えた場合には、第一封鎖弁２６によって燃料タンク１４とキャニスタ１６とを連通させ、燃料タンク１４内で発生したベーパをキャニスタ１６の吸着剤２０で吸着させることができる。そして、タンク内圧が所定値よりも低くなった場合には、燃料タンク１４内での蒸発燃料の発生量が少なくなっていると考えられるので、第一封鎖弁２６によって再度、キャニスタ１６とエンジンとを連通させて、エンジンの負圧でキャニスタ１６から蒸発燃料を脱離させることができる。

そして、キャニスタ内圧が低下して、たとえば大気圧程度にまで下がった場合には、第二封鎖弁３２を開弁することで、エンジンの負圧と大気圧との差圧で、蒸発燃料の脱離を行うことができる。

このように、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、第一封鎖弁２６と第二封鎖弁３２とを適切に制御することで、タンク内圧及びキャニスタ内圧を高く維持し、燃料タンク１４からエンジンに蒸発燃料が直接パージされるため、エンジンパージの負荷を減らすことができる。

さらに、たとえば夜間に燃料タンク１４の温度低下等によって、キャニスタ内圧よりもタンク内圧が低くなることがある。このような場合には、第一封鎖弁２６を制御してキャニスタ１６と燃料タンク１４とを連通させる（必要に応じて、第二封鎖弁３２の開度も制御する）ことで、キャニスタ１６内で冷却凝縮された燃料を、燃料タンク１４に戻すことができる。実質的に、燃料タンク１４内の負圧を利用して蒸発燃料を脱離（パージ）していることになる。したがって、この場合も、エンジンからの負圧によるパージ（エンジンパージ）の負荷を減少させることができる。なお、必要に冷却装置３４を駆動し、キャニスタ１６内の蒸発燃料をより効率的に冷却凝縮することも可能である。

なお、上記では、本発明の流速調整弁及び連通調整弁として、第一封鎖弁２６及び第二封鎖弁３２を挙げたが、流速調整弁及び連通調整弁の具体的構成は特に限定されず、また、これら弁の制御方法も、上記したデューティ制御の他に、弁の種類等に応じて適切なものを選択できる。

ただし、第一制御弁２６としては、三方弁とし、キャニスタ１６と燃料タンク１４との連通、と、キャニスタ１６とエンジンとの連通と、を切替可能とすることが好ましい。

本発明の一実施形態の蒸発燃料処理装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の蒸発燃料処理装置のブロック図である。

符号の説明

１２ 蒸発燃料処理装置
１４ 燃料タンク
１６ キャニスタ
１８ キャニスタ容器
２０ 吸着剤
２２ ベーパ配管（導入配管）
２４ 供給配管
２６ 第一封鎖弁（流速調整弁）
２８ 燃料タンク側ポート
３０ 大気連通管
３２ 第二封鎖弁（連通調整弁）
３４ 冷却装置
３６ タンク内圧センサ
３８ キャニスタ内圧センサ
４０ 外気温センサ
４２ 制御回路

Claims (10)

1. 燃料タンクと連通されて燃料タンク内で生じた蒸発燃料が導入されるキャニスタと、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通する導入配管に設けられ燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を調整可能な流速調整弁と、
   を有し、
   前記流速調整弁によって調整される蒸発燃料の流速が、あらかじめ決められた所定時間内で前記キャニスタでの蒸発燃料の吸着が行われるように設定されていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 燃料タンクと連通されて燃料タンク内で生じた蒸発燃料が導入されるキャニスタと、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通する導入配管に設けられ燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を調整可能な流速調整弁と、
   前記燃料タンクの内圧を検出するタンク内圧センサと、
   前記キャニスタの内圧を検出するキャニスタ内圧センサと、
   を有し、
   前記キャニスタ内圧よりも前記タンク内圧が低下した場合に前記キャニスタと前記燃料タンクとが前記流速調整弁によって連通されることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
3. タンク内圧とキャニスタ内圧の差圧によって前記流速調整弁による蒸発燃料の流速が調整されることを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 燃料タンクと連通されて燃料タンク内で生じた蒸発燃料が導入されるキャニスタと、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通する導入配管に設けられ燃料タンクからキャニスタへ導入される蒸発燃料の流速を調整可能な流速調整弁と、
   前記燃料タンクの内圧を検出するタンク内圧センサと、
   前記キャニスタを冷却する冷却装置と、
   を有し、
   タンク内圧に基づいて前記流速調整弁による蒸発燃料の流速調整を予測し前記冷却装置が制御されることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
5. 前記冷却装置が、外部電源から電力を受けることが可能とされていることを特徴とする請求項４に記載の蒸発燃料処理装置。
6. 前記流速調整弁によって調整される蒸発燃料の流速が、前記キャニスタでの蒸発燃料の吸着能力を超えないように決定された流速以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
7. 前記キャニスタを大気連通する大気連通管に設けられ、キャニスタの大気連通を調整可能な連通調整弁、
   を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
8. 前記キャニスタの内圧があらかじめ設定された規定圧を超えない範囲で前記連通調整弁が閉弁されることを特徴とする請求項７に記載の蒸発燃料処理装置。
9. 外気温を検出する外気温センサを有し、
   外気温に基づいて前記流速調整弁が制御されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
10. 前記流速調整弁からエンジンへと燃料を供給する供給配管、を有し、
    流速調整弁が、前記キャニスタと前記燃料タンク又は前記エンジンのいずれか一方への連通を切り替え可能な三方弁とされていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。

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