專利名稱：用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)、特別是汽車內(nèi)燃機(jī)的方法，其中，空氣通過一個節(jié)流裝置、特別是一個節(jié)氣門被吸入燃燒室。燃料以第一種運(yùn)行方式在吸氣階段中或以第二種運(yùn)行方式在壓縮階段中直接噴入燃燒室中并被點(diǎn)燃。并且，空氣-燃料混合物通過一個油箱排氣裝置吸入燃燒室。本發(fā)明同時涉及用于特別是汽車內(nèi)燃機(jī)的控制器以及特別是汽車的內(nèi)燃機(jī)。
一種這類型的方法、這類型的內(nèi)燃機(jī)和這類型的控制器例如從所謂的汽油直接噴射中已知。其中，燃料以均勻工作方式在吸氣階段期間或者以分層工作方式在壓縮階段期間噴入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)。均勻工作方式優(yōu)選為內(nèi)燃機(jī)的滿負(fù)荷運(yùn)行設(shè)置，而分層工作方式適合于怠速運(yùn)行和部分負(fù)荷運(yùn)行。在這類型的直噴內(nèi)燃機(jī)中例如根據(jù)所希望的所要求的轉(zhuǎn)矩在所述運(yùn)行方式之間轉(zhuǎn)換。
在均勻工作方式中可通過一個油箱排氣裝置將空氣-燃料混合物輸送至燃燒室。由于通過節(jié)氣門吸入的空氣和在吸氣階段中直接噴入燃燒室的燃料直至點(diǎn)燃前均勻地形成渦流，在燃燒室內(nèi)形成均勻的混合物。因此，燃燒室內(nèi)的空氣-燃料混合物的λ可以通過一個λ調(diào)節(jié)器被控制和/或調(diào)節(jié)到一個額定值。
用這種方式可通過一個這樣的油箱排氣裝置在均勻工作方式中使吸附了燃料的活性炭過濾器再脫附。在燃料箱中蒸發(fā)的燃料由此可以通過油箱排氣裝置加以利用。然而這種脫附需要相當(dāng)長的持續(xù)時間，其結(jié)果是，內(nèi)燃機(jī)只在短時間內(nèi)以節(jié)油的分層工作方式運(yùn)行。
在分層工作方式中存在下述危險，通過節(jié)氣門和油箱排氣裝置附加吸入的空氣-燃料混合物由于其燃料成分少而未被點(diǎn)燃，以致未燃燒的燃料排放到大氣中。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法，利用該方法可達(dá)到油耗盡可能小，同時，排放到大氣中的未燃燒燃料盡可能少。
按照本發(fā)明，對于開頭所述類型的方法，該任務(wù)的解決方案是，在第二種運(yùn)行方式中，通過一個節(jié)氣門并通過一個油箱排氣裝置將稀薄的空氣-燃料混合物吸入燃燒室，借助于附加噴入燃燒室中并被點(diǎn)燃的燃料將該稀薄的空氣-燃料混合物點(diǎn)燃。對于開頭所述類型的內(nèi)燃機(jī)和控制器，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明同樣地解決。
通過在分層工作方式中附加噴入并被點(diǎn)燃的燃料產(chǎn)生所謂的火焰點(diǎn)火。它點(diǎn)燃通過節(jié)氣門和通過油箱排氣閥吸入的稀薄的空氣-燃料混合物。
在此，通過節(jié)氣門和油箱排氣裝置吸入的空氣-燃料混合物應(yīng)盡可能稀薄。這種觸發(fā)火花不要求易燃性。但同時，該空氣-燃料混合物應(yīng)這樣濃，使其被火焰點(diǎn)燃后徹底燃燒。為此相應(yīng)調(diào)整節(jié)氣門和油箱排氣閥。
活性炭過濾器的吸附程度可通過短時的試驗排氣以及通過其對廢氣λ的影響推算出。在此，試驗排氣應(yīng)盡可能在均勻工作方式下進(jìn)行，因為在此時可以最準(zhǔn)確地測定廢氣的λ。
考慮內(nèi)燃機(jī)的效率，將節(jié)氣量調(diào)整得盡可能小。有時必須使油箱排氣閥和活性炭過濾器的尺寸比通常大，以便能夠輸送必要的燃料量。由于同樣原因，排氣也是從活性炭過濾器的一定填滿水平時起才有意義。
因此，開創(chuàng)了這樣的可能性，即，不僅在均勻工作方式中起用油箱排氣裝置，在分層工作方式中也起用油箱排氣裝置。在此，通過油箱排氣裝置輸入的空氣-燃料混合物的完全燃燒由附加直接噴入并被點(diǎn)燃的燃料量來保證。因此不產(chǎn)生會危害環(huán)境的未燃燒燃料。
同時，內(nèi)燃機(jī)在分層工作方式時的效率可通過由油箱排氣裝置附加輸入的空氣-燃料混合物改善。分層工作方式可以由于通過油箱排氣裝置附加吸入空氣-燃料混合物而被用于產(chǎn)生較大的力矩。因此較少必須轉(zhuǎn)換成耗費(fèi)燃料的均勻工作方式。
同樣，通過油箱排氣裝置的運(yùn)行，在分層工作方式時也可以達(dá)到，整個油箱排氣裝置效率更高并且可以比迄今有更多的蒸發(fā)燃料被輸送供燃燒。這樣在減少有害物質(zhì)產(chǎn)生的同時進(jìn)一步節(jié)省了燃料。
可以理解，按照本發(fā)明在分層工作方式中起用油箱排氣裝置可以與已知的在均勻工作方式中起用油箱排氣裝置相組合。
在本發(fā)明的一種有利方案中，噴入的總?cè)剂狭坑稍谕ㄟ^油箱排氣裝置吸入的稀薄空氣-燃料混合物中所包含的燃料量和附加噴入的燃料量組成。
特別有益的是，附加噴入的燃料量根據(jù)總共噴入的燃料量并根據(jù)在通過油箱排氣裝置吸入的稀薄空氣-燃料混合物中所包含的燃料量推算出。
因此可以保證，內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的力矩可以通過控制器準(zhǔn)確地控制和/或調(diào)節(jié)到所希望的力矩。在此，控制器一方面考慮由空氣-燃料混合物所產(chǎn)生的力矩，同樣也考慮由直接噴入的燃料量所產(chǎn)生的力矩。
在本發(fā)明的一種有利擴(kuò)展方案中，如果稀薄的空氣-燃料混合物可獨(dú)自點(diǎn)燃，則不噴射附加的燃料。這表示內(nèi)燃機(jī)的只通過油箱排氣裝置實現(xiàn)的、均勻的稀薄混合氣運(yùn)行。
此時內(nèi)燃機(jī)的效率雖然比分層工作方式時差，但在均勻的稀薄混合氣運(yùn)行中可以實現(xiàn)活性炭過濾器的再生，而不需轉(zhuǎn)換成效率更差的λ＝1運(yùn)行狀態(tài)。這在例如較長時間在很小負(fù)荷和高的環(huán)境溫度下運(yùn)行并且活性炭過濾器有溢出的危險時是特別有益的，因為在這種情況下，在無節(jié)流的分層工作方式中由于附加產(chǎn)生力矩而不可能有油箱排氣。
另一種可能是，在用火焰點(diǎn)火的分層工作方式中，節(jié)氣門和油箱排氣閥只部分地開啟從而轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)流的運(yùn)行方式。
但由于上述兩種可能性都比不節(jié)流的分層工作方式差，因此應(yīng)當(dāng)只在所述的例外情況下才使用它們。
在此特別有益的是，為了影響所產(chǎn)生的力矩，油箱排氣裝置和/或節(jié)氣門被節(jié)流。由此可防止內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的力矩升高到超出駕駛員所希望的力矩。
另外一種可能，即活性炭過濾器迅速再生，在均勻工作方式中在NOx存儲催化器的清理階段中產(chǎn)生。在該清理階段中應(yīng)在λ＝1的狀態(tài)下行駛。這時可借助于油箱排氣裝置的燃料實現(xiàn)加濃。在此附加通過噴射閥產(chǎn)生的空氣-燃料混合物甚至可以是稀薄的。
特別有意義的是，本發(fā)明方法以一種控制元件的形式實現(xiàn)，該控制元件為內(nèi)燃機(jī)、特別是汽車內(nèi)燃機(jī)的控制器設(shè)置。其中在該控制元件上存儲了一個程序，該程序可以在一計算裝置上、特別是在一個微處理器上運(yùn)行，并且適合于實施本發(fā)明方法。在這種情況下，本發(fā)明通過一個存儲在該控制元件上的程序?qū)崿F(xiàn)，使得設(shè)有該程序的該控制元件與該程序適合于實施的該方法以相同的方式體現(xiàn)本發(fā)明。作為控制元件特別是可以使用一種電氣存儲介質(zhì)，例如一個只讀存儲器或一個快速存儲器。
本發(fā)明的其它特征、使用可能性和優(yōu)點(diǎn)由下面對本發(fā)明實施例的描述中得出，這些實施例見附圖
所示。在此，說明或描述的所有特征單獨(dú)或以任意組合形式構(gòu)成本發(fā)明的主題，不取決于在權(quán)利要求書中對它們的概括或其引用關(guān)系，并且不取決于在說明書及附圖中對其的撰寫及描述。
唯一的附圖示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的一個實施例。
在附圖中示出一個汽車的內(nèi)燃機(jī)1，其中，一個活塞2可以在一個汽缸3內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。汽缸3設(shè)置有一個燃燒室4，它此外通過活塞2、至少一個進(jìn)氣門5和至少一個排氣門6限制邊界。一個進(jìn)氣管7與進(jìn)氣門5連接，一個排氣管8與排氣門6連接。
在進(jìn)氣門5和排氣門6的區(qū)域內(nèi)一個噴射閥9和一個火花塞10伸入燃燒室4中。通過該噴射閥9可以將燃料噴入燃燒室4中。利用該火花塞10可以將燃燒室4中的燃料點(diǎn)燃。
在進(jìn)氣管7中安裝有一個可轉(zhuǎn)動的節(jié)氣門11，通過它可以向進(jìn)氣管7輸入空氣。送入的空氣量取決于節(jié)氣門11的角度位置。在排氣管8中安裝有一個催化器12，該催化器用于凈化由于燃料燃燒所產(chǎn)生的廢氣。
活塞2由于燃燒室4中的燃料燃燒而被推動往復(fù)運(yùn)動，這種運(yùn)動被傳遞給一個在此未示出的曲軸并在其上作用一個轉(zhuǎn)矩。
一個廢氣回流管13連接排氣管8和進(jìn)氣管7。在該廢氣回流管13中裝有一個廢氣回流閥14。總體以此方式實現(xiàn)廢氣再循環(huán)。廢氣再循環(huán)可以、但不是必須強(qiáng)制地設(shè)置。
一個活性炭過濾器15通過一個油箱排氣管16與進(jìn)氣管7連接。在油箱排氣管16中裝有一個油箱排氣閥17?；钚蕴窟^濾器15與一個燃料箱對應(yīng)設(shè)置。從該燃料箱中蒸發(fā)的燃料被吸納到活性炭過濾器15中并被中間存儲。在油箱排氣閥17打開的情況下，中間存儲的燃料可通過油箱排氣管16吸入進(jìn)氣管7中?？傮w以此方式實現(xiàn)油箱排氣裝置。
一個控制器18被供給輸入信號19，輸入信號19描述借助傳感器測得的內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行參數(shù)?？刂破?8例如與一個空氣量傳感器，一個λ傳感器，一個轉(zhuǎn)速傳感器和類似傳感器連接。此外，控制器18與一個加速踏板傳感器連接，該加速踏板傳感器產(chǎn)生一個信號，該信號給出可由駕駛員操作的加速踏板的位置并從而給出所要求的轉(zhuǎn)矩?？刂破?8產(chǎn)生輸出信號20，借助這些輸出信號可以通過執(zhí)行元件或執(zhí)行器影響內(nèi)燃機(jī)1的性能?？刂破?8例如與噴射閥9、火花塞10、節(jié)氣門11、油箱排氣閥17和類似件連接，并且產(chǎn)生為了它們的控制所要求的信號。
此外，控制器18為此設(shè)置，即，用于控制和/或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行參數(shù)。例如，由噴射閥9噴入燃燒室4中的燃料量特別是針對燃料消耗量小和/或產(chǎn)生的有害物質(zhì)少而被控制器18控制和/或調(diào)節(jié)。為此目的，控制器18配置有一個微處理器，該微處理器在一個存儲介質(zhì)中、特別是在一個快速存儲器中存儲了一個程序，該程序適合于進(jìn)行所述的控制和/或調(diào)節(jié)。
在第一種運(yùn)行方式中，即內(nèi)燃機(jī)1的均勻工作方式，節(jié)氣門11根據(jù)所希望的轉(zhuǎn)矩部分地開啟或關(guān)閉。燃料在由活塞2引起的吸入階段中被噴射閥9噴入燃燒室4中。通過同時由節(jié)氣門11吸入的空氣，噴入的燃料形成渦流并從而基本均勻地被分配到燃燒室4內(nèi)。之后，燃料/空氣混合物在壓縮階段中被壓縮，以便然后被火花塞10點(diǎn)燃。由于被點(diǎn)燃的燃料的膨脹，活塞2被驅(qū)動。在均勻工作方式中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩此外取決于節(jié)氣門11的位置。考慮少量產(chǎn)生有害物質(zhì)，盡可能將燃料/空氣混合物調(diào)整到λ等于1。
在該第一種運(yùn)行方式中，可以開啟油箱排氣閥17，從而可以補(bǔ)充直接噴入的燃料量而從活性炭過濾器15向燃燒室4中吸入空氣-燃料混合物。被吸入的空氣-燃料混合物中所含的燃料量可由控制器18通過λ的變化推算出并從而在確定直接噴入的燃料量時加以考慮，而λ的變化λ傳感器探測。
在第二種運(yùn)行方式中，即內(nèi)燃機(jī)1的所謂分層工作方式，節(jié)氣門11寬闊地開啟。燃料在一個由活塞2引起的壓縮階段中被噴射閥9噴入燃燒室4內(nèi)，確切地說局部地在火花塞10的最接近的周圍以及在時間上隔開一個適當(dāng)?shù)木嚯x在點(diǎn)火時刻之前。然后借助火花塞10點(diǎn)燃燃料，從而活塞2在接下來的工作階段中由于被點(diǎn)燃的燃料膨脹而被驅(qū)動。在分層工作方式中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很大程度上取決于噴入的燃料量。分層工作方式基本上是為內(nèi)燃機(jī)1的怠速運(yùn)行和部分負(fù)荷運(yùn)行設(shè)置的。
最好在第一種運(yùn)行方式中、但也有時在第二種運(yùn)行方式中，一直重復(fù)檢查活性炭過濾器15的吸附狀態(tài)。為此，將油箱排氣閥17短時開啟并借助λ傳感器探測由此而引起的λ的變化，由此可由控制器18推算出可作為空氣-燃料混合物從活性炭過濾器15中吸入的燃料量。
如果活性炭過濾器15超出規(guī)定的吸附狀態(tài)，則油箱排氣閥17開啟。同時節(jié)氣門11被這樣控制，使得總的通過油箱排氣閥17和節(jié)氣門11向燃燒室4中吸入稀薄的空氣-燃料混合物。該稀薄的空氣-燃料混合物很均勻地分布在燃燒室4中。這樣存在于燃燒室4中的空氣-燃料混合物可稀薄得以致其獨(dú)自不能通過觸發(fā)火花點(diǎn)燃。
然后通過噴射閥9向燃燒室4直接噴入一些附加的燃料量。這部分燃料量選擇得盡可能小。該燃料量取決于在通過油箱排氣閥17吸入的空氣-燃料混合物中所包含的燃料量和由控制器18推算出的為產(chǎn)生所需力矩而要求的、要噴入或要輸入的總?cè)剂狭俊?br> 通過噴射閥9附加直接噴入的燃料量被火花塞10點(diǎn)燃。即發(fā)生所謂的火焰點(diǎn)火，通過火焰點(diǎn)火就同樣點(diǎn)燃了從活性炭過濾器15吸入燃燒室4中的稀薄的空氣-燃料混合物。
因此，內(nèi)燃機(jī)1產(chǎn)生的力矩包括由從活性炭過濾器15中吸入的稀薄的空氣-燃料混合物所產(chǎn)生的力矩，以及包括由附加直接噴入燃燒室4中的那些燃料所產(chǎn)生的力矩。因此，所描述的內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行方式可以在內(nèi)燃機(jī)1要求的力矩大于由稀薄空氣-燃料混合物所產(chǎn)生的力矩時才起用。
下面所描述的內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行方式在效率方面的優(yōu)越性低于前面描述的運(yùn)行方式。因此，下述的運(yùn)行方式只在由于作用在內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷很小和由于活性炭過濾器15被完全裝滿而不能執(zhí)行前述運(yùn)行方式時才采用。
如果內(nèi)燃機(jī)1例如很長時間在很低的負(fù)荷下運(yùn)行，而且如果活性炭過濾器15例如經(jīng)過較長期處在較高溫度下而有溢出的危險，那么，可以通過油箱通氣閥17的一個相應(yīng)位置，借助于油箱排氣裝置和通過節(jié)氣門11吸入的空氣，在燃燒室4中僅提供均勻的稀薄空氣-燃料混合物?？赡苓@些從活性炭過濾器15吸入燃燒室4內(nèi)的稀薄空氣-燃料混合物不需要附加直接噴入的燃料即可點(diǎn)燃。在這種情況下，則不附加噴入燃料，并且該空氣-燃料混合物直接被火花塞10點(diǎn)燃。這是內(nèi)燃機(jī)1的一種均勻的稀薄工作方式，它僅通過油箱排氣裝置實現(xiàn)。
如果在內(nèi)燃機(jī)1的所述運(yùn)行方式中產(chǎn)生的力矩比所要求的大，則可通過油箱排氣閥17和/或節(jié)氣門11的相應(yīng)節(jié)流使產(chǎn)生的力矩降低到所希望的值。這是一種節(jié)流的火焰點(diǎn)火分層工作方式。這樣可以可靠地避免產(chǎn)生不希望的過大力矩。
前面描述的油箱排氣裝置在分層工作方式中的起用可以與同樣描述的油箱排氣裝置在均勻工作時方式中的起用組合。
油箱排氣裝置此外可以在均勻工作方式中在NOx存儲催化器的清理階段期間起用。在這種情況下，通過該附加的油箱排氣裝置在均勻工作方式期間達(dá)到空氣-燃料混合物的加濃效果，它有助于NOx存儲催化器的清理。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(1)、特別是汽車內(nèi)燃機(jī)的方法，其中空氣通過一個節(jié)流裝置、特別是通過一個節(jié)氣門(11)吸入燃燒室(4)中，其中，燃料以第一種運(yùn)行方式在吸氣階段中或以第二種運(yùn)行方式在壓縮階段中直接由一個噴射閥(9)噴入燃燒室(4)中并被一個火花塞(10)點(diǎn)燃，并且，空氣-燃料混合物通過一個油箱排氣裝置(15，16，17)吸入燃燒室(4)中，其特征在于，在第二種運(yùn)行方式中，通過節(jié)氣門(11)和通過油箱排氣裝置(15，16，17)向燃燒室(4)中吸入稀薄的空氣-燃料混合物，并且，借助于附加噴入燃燒室(4)中并被點(diǎn)燃的燃料將所述稀薄的空氣-燃料混合物點(diǎn)燃。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，總共噴入的燃料量由通過節(jié)氣門(11)和通過油箱排氣裝置(15，16，17)吸入的稀薄的空氣-燃料混合物中所包含的燃料量和附加噴入的燃料量組成。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，附加噴入的燃料量根據(jù)總共噴入的燃料量并根據(jù)在通過節(jié)氣門(11)和通過油箱排氣裝置(15，16，17)吸入的稀薄的空氣-燃料混合物中所包含的燃料量推算出。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，如果稀薄的空氣-燃料混合物可獨(dú)自點(diǎn)燃，則不噴入附加的燃料。
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，為了影響所產(chǎn)生的力矩，油箱排氣裝置(17)和/或節(jié)氣門(11)被節(jié)流。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，可從油箱排氣裝置(15，16，17)吸入的燃料量被事先推算出。
7.控制元件，特別是快速存儲器，用于特別是汽車的內(nèi)燃機(jī)(1)的控制器(18)，在其中可存儲一個程序，該程序可以在一個計算裝置上、特別是在一個微處理器上運(yùn)行，并且適合于實施按權(quán)利要求1至6之一所述的方法。
8.用于特別是汽車的內(nèi)燃機(jī)(1)的控制器(18)，其中，內(nèi)燃機(jī)(1)具有一個燃燒室(4)，空氣可通過一個節(jié)氣門(11)吸入該燃燒室中，燃料可以以第一種運(yùn)行方式在吸氣階段中或以第二種運(yùn)行方式在壓縮階段中直接由一個噴射閥(9)噴入該燃燒室中并被一個火花塞(10)點(diǎn)燃，空氣-燃料混合物可通過一個油箱排氣裝置(15，16，17)吸入該燃燒室中，其特征在于，通過控制器(18)，在第二種運(yùn)行方式中，稀薄的空氣-燃料混合物可通過節(jié)氣門(11)和通過油箱排氣裝置(15，16，17)吸入燃燒室(4)中，并且，通過控制器(18)，借助于附加噴入燃燒室(4)中并被點(diǎn)燃的燃料將所述稀薄的空氣-燃料混合物點(diǎn)燃。
9.內(nèi)燃機(jī)(1)，特別是用于汽車，具有一個燃燒室(4)，空氣可通過一個節(jié)氣門(11)吸入該燃燒室中，燃料可以以第一種運(yùn)行方式在吸氣階段中或以第二種運(yùn)行方式在壓縮階段中直接由一個噴射閥(9)噴入該燃燒室中并被一個火花塞(10)點(diǎn)燃，空氣-燃料混合物可通過一個油箱排氣裝置(15，16，17)吸入該燃燒室中，并且具有一個控制器(18)，其特征在于，通過控制器(18)，在第二種運(yùn)行方式中，稀薄的空氣-燃料混合物可通過節(jié)氣門(11)和通過油箱排氣裝置(15，16，17)吸入燃燒室(4)中，并且，通過控制器(18)，借助于附加噴入燃燒室(4)中并被點(diǎn)燃的燃料將所述稀薄的空氣-燃料混合物點(diǎn)燃。
全文摘要
描述一種特別是用于汽車的內(nèi)燃機(jī)(1),其設(shè)置有一個燃燒室(4),空氣可通過節(jié)氣門(11)吸入該燃燒室中,燃料可以以第一種運(yùn)行方式在吸氣階段中或以第二種運(yùn)行方式在壓縮階段中直接由一個噴射閥(9)噴入燃燒室(4)中并被一個火花塞(10)點(diǎn)燃。空氣－燃料混合物可通過一個油箱排氣裝置(15,16,17)輸送給燃燒室(4)。通過控制器(18)這樣控制和/或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)(1),使得在第二種運(yùn)行方式中,通過節(jié)氣門(11)和通過油箱排氣裝置(15,16,17)向燃燒室(4)中吸入稀薄的空氣－燃料混合物,并且,借助于附加噴入燃燒室(4)中并被點(diǎn)燃的燃料將該稀薄的空氣－燃料混合物點(diǎn)燃。
文檔編號F02B17/00GK1367862SQ0081119
公開日2002年9月4日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月31日
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