JP2008138579A - Variable valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】可変バルブタイミング制御システムにおいて、実際のエンジンの状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内で低温時のバルブオーバーラップを増大して低温時の燃費・出力を向上させる。
【解決手段】エンジンの未暖機時に、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸気VVT進角値(目標排気VVT遅角値)をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する。このようにすれば、エンジンの製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつきによってエンジンの状態がばらついていても、低温時に燃焼安定限界を越えないように実際の燃焼安定性を確認しながらエンジンの状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内でバルブオーバーラップを大きくする方向に実吸排気VVTを制御することが可能となり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる。
【選択図】図8In a variable valve timing control system, fuel consumption and output at low temperatures are improved by increasing valve overlap at low temperatures within a range of combustion stability limits in accordance with variations in actual engine conditions.
When the engine is not warmed up, the target intake VVT advance value (target exhaust VVT retard value) is set to be a valve overlap from the conforming value within a range in which the combustion stability does not exceed a preset combustion stability limit. Correct in the direction to increase. In this way, even if the engine condition varies due to variations in engine manufacturing, changes over time, and oil viscosity, the engine condition is checked while checking the actual combustion stability so that the combustion stability limit is not exceeded at low temperatures. It is possible to control the actual intake / exhaust VVT in the direction of increasing the valve overlap within the range of the combustion stability limit according to the variation of the engine, and to improve the fuel efficiency and output improvement effect by variable valve timing control at low temperature it can.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は、低温時の可変バルブタイミング制御の制御特性を改善した内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する発明である。 The present invention relates to a variable valve timing control device for an internal combustion engine with improved control characteristics of variable valve timing control at low temperatures.
エンジン(内燃機関)の吸気バルブや排気バルブの開閉タイミング(バルブタイミング)が変化すると、バルブオーバーラップ(両方のバルブが共に開いている期間)が変化する。このバルブオーバーラップは、内部EGR(排気残留率)を変化させて、燃費や出力に大きな影響を与えるため、可変バルブタイミング制御では、エンジン運転状態に応じて適正なバルブオーバーラップを確保するように目標バルブタイミングが設定される。 When the opening / closing timing (valve timing) of the intake valve or exhaust valve of the engine (internal combustion engine) changes, the valve overlap (period in which both valves are open) changes. This valve overlap changes the internal EGR (exhaust residual ratio) and has a large effect on fuel consumption and output. Therefore, in variable valve timing control, an appropriate valve overlap is ensured according to the engine operating state. A target valve timing is set.
一般に、低温時(未暖機時)は、暖機時と比べて、燃焼安定性が低く且つフリクションロスが大きいため、低温時には、バルブオーバーラップ(吸気バルブタイミングの進角量)を小さくするように目標バルブタイミングが設定されている(特許文献1参照)。しかも、実際には、エンジンの製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつき(フリクションロスのばらつき)によってエンジンの状態がばらついているため、実際の適合時には、図7に示すように、低温時のエンジン状態のばらつき分の余裕を見て、低温時の目標バルブタイミングがより安全側(=バルブオーバーラップをより小さく方向)に適合されている。
上述したように、低温時のエンジン状態のばらつき分の余裕を見て、低温時の目標バルブタイミングがより安全側(=バルブオーバーラップをより小さく方向)に適合されているため、図7に示すように、低温時に実際の燃焼安定限界に対して目標バルブタイミング(適合値)が安全側に過大に設定されてしまい、その結果、実際の燃焼安定限界となるバルブオーバーラップ(吸気バルブタイミングの進角値)に対してバルブオーバーラップが過度に小さく制御されてしまい、可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果が小さくなってしまうという問題があった。 As described above, the target valve timing at the low temperature is adapted to the safer side (= the direction in which the valve overlap is smaller) by looking at the margin for the variation in the engine state at the low temperature. Thus, the target valve timing (adapted value) is set excessively to the safe side with respect to the actual combustion stability limit at low temperatures, and as a result, the valve overlap (advance of the intake valve timing becomes the actual combustion stability limit). The valve overlap is controlled to be excessively small with respect to (angular value), and there is a problem that the effect of improving the fuel consumption and output by the variable valve timing control is reduced.
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、実際の内燃機関の状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内で低温時のバルブオーバーラップを増大できて、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances. Therefore, the object of the present invention is to increase the valve overlap at low temperatures within the range of the combustion stability limit in accordance with the variation in the actual state of the internal combustion engine. Another object of the present invention is to provide a variable valve timing control device for an internal combustion engine that can enhance the effect of improving fuel consumption and output by variable valve timing control at low temperatures.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の吸気バルブ及び/又は排気バルブの開閉時期(以下「バルブタイミング」という)を予め設定された目標バルブタイミングに制御する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、内燃機関の燃焼安定性を燃焼安定性判定手段により判定すると共に、内燃機関の温度に関する情報を機関温度検出手段により検出し、検出した内燃機関の温度が所定温度以下となる低温時に前記燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標バルブタイミングをその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正するようにしたものである。このようにすれば、内燃機関の製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつき(フリクションロスのばらつき)によって内燃機関の状態がばらついていても、低温時に燃焼安定限界を越えないように実際の燃焼安定性を確認しながら内燃機関の状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内でバルブオーバーラップを大きくする方向に実バルブタイミングを制御することが可能となり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる。
In order to achieve the above object, an invention according to
一般に、燃焼安定性が低下するほど、内燃機関の運転状態が不安定になって、内燃機関の回転変動が大きくなったり、排出ガスの空燃比変動が大きくなる傾向があるため、請求項2のように、内燃機関の回転変動又は排出ガスの空燃比変動に基づいて燃焼安定性を判定するようにすると良い。これにより、燃焼安定性を精度良く判定することができる。 In general, as the combustion stability decreases, the operating state of the internal combustion engine becomes unstable, and the rotational fluctuation of the internal combustion engine tends to increase, or the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas tends to increase. As described above, it is preferable to determine the combustion stability based on the fluctuation in the rotation speed of the internal combustion engine or the fluctuation in the air-fuel ratio of the exhaust gas. Thereby, combustion stability can be determined with sufficient accuracy.
また、請求項3のように、低温時に燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて目標バルブタイミングを補正し、補正後の目標バルブタイミングを学習値として書き換え可能な不揮発性メモリに更新記憶し、その後の始動時には、前記目標バルブタイミングの学習値を用いるようにしても良い。このようにすれば、実際の内燃機関の状態に応じた適正な目標バルブタイミングを学習することができるので、内燃機関毎に最適なバルブオーバーラップを早期に実現できるようになり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果をより高めることができる。 Further, as in claim 3, the target valve timing is corrected based on the determination result of the combustion stability determination means at a low temperature, and the corrected target valve timing is updated and stored in a rewritable nonvolatile memory as a learning value. At the subsequent start, the learning value of the target valve timing may be used. In this way, it is possible to learn an appropriate target valve timing according to the actual state of the internal combustion engine, so that an optimal valve overlap can be realized early for each internal combustion engine, and the variable at low temperatures can be realized. The effect of improving fuel economy and output by valve timing control can be further enhanced.
また、請求項4のように、低温時に燃焼安定性判定手段により算出された燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値を越えないときには、前記目標バルブタイミングをバルブオーバーラップが大きくなる方向に補正し、前記低温時に燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値を越えたときに、前記目標バルブタイミングをバルブオーバーラップが小さくなる方向に補正するようにすると良い。このようにすれば、低温時にバルブオーバーラップを燃焼安定限界付近に維持することができ、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を最大限に高めることができる。 Further, when the combustion stability determination value calculated by the combustion stability determination means at a low temperature does not exceed the determination threshold value for the combustion stability limit as in claim 4, the target valve timing is increased in the direction in which the valve overlap becomes larger. It is preferable to correct the target valve timing in a direction in which the valve overlap becomes smaller when the determination value of the combustion stability exceeds the determination threshold value of the combustion stability limit at the low temperature. In this way, the valve overlap can be maintained near the combustion stability limit at low temperatures, and the effect of improving fuel consumption and output by variable valve timing control at low temperatures can be maximized.
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した2つの実施例1,2を説明する。 Hereinafter, two Examples 1 and 2, which embody the best mode for carrying out the present invention, will be described.
図1乃至図8を用いて本発明の実施例1を説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、DCモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ15と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG.
An
更に、スロットルバルブ15の下流側には、サージタンク17が設けられ、このサージタンク17には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ18が設けられている。また、サージタンク17には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各点火プラグ21の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
Further, a
また、エンジン11の吸気バルブ32には、該吸気バルブ32のバルブタイミング(以下「吸気VVT」と表記する)を可変する可変吸気バルブタイミング装置33が設けられ、排気バルブ34には、該排気バルブ34のバルブタイミング(以下「排気VVT」と表記する)を可変する可変排気バルブタイミング装置35が設けられている。
The
一方、エンジン11の排気管22には、排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒等の触媒23が設けられ、この触媒23の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ24が設けられている。尚、空燃比センサ24の代わりに、排出ガスのリッチ/リーンを検出する酸素センサを設けるようにしても良い。
On the other hand, the
また、エンジン11のシリンダブロックには、エンジン11の温度情報として冷却水温を検出する冷却水温センサ25(機関温度検出手段)や、エンジン11のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ26が取り付けられている。このクランク角センサ26の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
Further, a pulse signal is output to the cylinder block of the
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)27に入力される。このECU27は、CPU28、ROM29、RAM30、バックアップRAM31(書き換え可能な不揮発性メモリ)等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成され、ROM30に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁20の燃料噴射量や点火プラグ21の点火時期を制御する。
Outputs of these various sensors are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 27. The ECU 27 is mainly composed of a microcomputer including a CPU 28, a
更に、ECU27は、図2に示す目標吸排気VVT値演算機能を、図3の目標吸排気VVT値演算プログラムによって実現する。このECU27の目標吸排気VVT値演算機能は、エンジン暖機状態判定ブロック41、燃焼安定性判定ブロック42、目標VVT値算出ブロック43、水温補正ブロック44及び目標VVT補正ブロック45とから構成されている。
Further, the
エンジン暖機状態判定ブロック41は、冷却水温センサ25で検出した冷却水温が暖機判定閾値を越えたか否かでエンジン11の暖機が完了したか否かを判定する。
燃焼安定性判定ブロック42は、特許請求の範囲でいう燃焼安定性判定手段として機能し、図4に示すように、燃焼安定性の判定値として、エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量(空燃比センサ24の検出空燃比変動量)を検出して、当該変動量を燃焼安定限界の判定閾値と比較し、当該変動量が判定閾値以下であれば、燃焼安定性が良いと判定し、当該変動量が判定閾値を越えていれば、燃焼安定性が悪いと判定する。
The engine warm-up
The combustion
目標VVT値算出ブロック43は、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度と負荷)に応じて目標吸気VVT進角値と目標排気VVT遅角値をマップ等により算出する。
水温補正ブロック44は、冷却水温センサ25で検出した冷却水温に応じて、吸気VVT用水温補正係数Kinと排気VVT用水温補正係数Kexを図5(a)、(b)のマップにより算出し、目標VVT進角値算出ブロック43で算出した目標吸気VVT進角値と目標排気VVT遅角値にそれぞれ水温補正係数Kin,Kexを乗算して、水温補正処理した目標吸気VVT進角値と目標排気VVT遅角値を求める。各水温補正係数Kin,Kexのマップの特性は、図6に示すように、例えば、10℃以下の低温側の領域では、各水温補正係数Kin,Kexは最小値「0」となり、また、例えば、40℃以上の暖機側の領域では、各水温補正係数Kin,Kexは最大値「1」となり、これらの中間温度領域では、冷却水温が高くなるほど、各水温補正係数Kin,Kexが大きくなるように設定されている。
The target VVT
The water
目標VVT補正ブロック45は、特許請求の範囲でいう制御手段として機能し、エンジン暖機状態判定ブロック41により未暖機時(特許請求の範囲でいう「低温時」に相当)と判定されたときに、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸気VVT進角値をその適合値(水温補正係数Kinで補正した値)よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正し(目標吸気VVT進角値を大きくし)、及び/又は、目標排気VVT遅角値をその適合値(水温補正係数Kexで補正した値)よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する(目標排気VVT遅角値を大きくする)。
The target
この場合、目標VVT補正ブロック45は、未暖機時(低温時)に、燃焼安定性の判定値(エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量)が燃焼安定限界の判定閾値を越えないときには、目標吸気VVT進角値をその適合値(水温補正係数Kinで補正した値)よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正し(目標吸気VVT進角値を大きくし)、及び/又は、目標排気VVT遅角値をその適合値(水温補正係数Kexで補正した値)よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する(目標排気VVT遅角値を大きくする)。その後、燃焼安定性の判定値(エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量)が燃焼安定限界の判定閾値を越えたときに、目標吸気VVT進角値をバルブオーバーラップを小さく方向に補正し、及び/又は、目標排気VVT遅角値をバルブオーバーラップを小さくする方向に補正する。これにより、未暖機時(低温時)に、バルブオーバーラップを燃焼安定限界付近に維持するように制御する。
In this case, when the target
以上説明した本実施例1の目標吸気VVT進角値と目標排気VVT遅角値の演算処理はECU27によって図3の目標吸排気VVT値演算プログラムに従って実行される。以下、図3の目標吸排気VVT値演算プログラムの処理内容を説明する。以下の説明では、「目標吸排気VVT値」とは、「目標吸気VVT進角値」、「目標排気VVT遅角値」を意味し、「実吸排気VVT値」とは、「実吸気VVT進角値」、「実排気VVT遅角値」を意味する。
The calculation processing of the target intake VVT advance value and the target exhaust VVT delay value of the first embodiment described above is executed by the
図3の目標吸排気VVT値演算プログラムは、エンジン運転中に所定周期(吸排気VVTの制御周期)で実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ101で、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度と負荷)に応じて目標吸排気VVT値をマップ等により算出する。この後、ステップ102に進み、冷却水温センサ25で検出した冷却水温に応じて水温補正係数Kin,Kexを図5(a)、(b)のマップにより算出し、この水温補正係数Kin,Kexを目標吸排気VVT値に乗算して、水温補正処理した目標吸排気VVT値を求める。
The target intake / exhaust VVT value calculation program of FIG. 3 is executed at a predetermined cycle (control cycle of intake / exhaust VVT) during engine operation. When this program is started, first, at
この後、ステップ103に進み、冷却水温センサ25で検出した冷却水温が暖機判定閾値を越えたか否かでエンジン11の暖機が完了したか否かを判定し、暖機完了後と判定されれば、ステップ108に進み、上記ステップ102で水温補正処理した目標吸排気VVT値をそのまま出力して、実吸排気VVT値を当該目標吸排気VVT値に一致させるように制御する。
Thereafter, the process proceeds to step 103, where it is determined whether or not the
これに対して、上記ステップ103で、冷却水温が暖機判定閾値以下(未暖機時)と判定されれば、ステップ104に進み、燃焼安定性の判定値(エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量)を検出した後、ステップ105に進み、燃焼安定性の判定値を燃焼安定限界の判定閾値と比較し、燃焼安定性の判定値が判定閾値以下であれば、燃焼安定性が良いと判断して、ステップ106に進み、上記ステップ102で水温補正処理した目標吸排気VVT値に所定値を加算して、目標吸排気VVT値をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正し、次のステップ108で、補正後の目標吸排気VVT値を出力して、実吸排気VVT値を当該目標吸排気VVT値に一致させるように制御する。
On the other hand, if it is determined in
また、上記ステップ105で、燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値以上であると判定されれば、燃焼安定性が燃焼安定限界を越えて燃焼安定性が悪化したと判断して、ステップ107に進み、上記ステップ102で水温補正処理した目標吸排気VVT値から所定値を減算して、目標吸排気VVT値をバルブオーバーラップを小さくする方向に補正し、次のステップ108で、補正後の目標吸排気VVT値を出力して、実吸排気VVT値を当該目標吸排気VVT値に一致させるように制御する。これらステップ105〜108の処理によって、未暖機時(低温時)に、バルブオーバーラップを燃焼安定限界付近に維持するように制御する。
If it is determined in
以上説明した本実施例1によれば、図8に示すように、未暖機時(低温時)に、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸排気VVT値をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正するようにしたので、エンジン11の製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつき(フリクションロスのばらつき)によってエンジン11の状態がばらついていても、低温時に燃焼安定限界を越えないように実際の燃焼安定性を確認しながらエンジン11の状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内でバルブオーバーラップを大きくする方向に実吸排気VVT値を制御することが可能となり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる。
According to the first embodiment described above, as shown in FIG. 8, when the engine is not warmed up (at low temperature), the target intake / exhaust VVT value is set within a range in which the combustion stability does not exceed a preset combustion stability limit. Since the valve overlap is corrected to be larger than the conforming value, even if the state of the
図9に示す本発明の実施例2では、上記実施例1と同様の方法で、未暖機時(低温時)に燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸排気VVT値をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正すると共に、補正後の目標吸排気VVT値を学習値としてECU27のバックアップRAM31(書き換え可能な不揮発性メモリ)に更新記憶しておき、次回のエンジン始動時には、バックアップRAM31に記憶されている目標吸排気VVT値の学習値を読み出して、この学習値を目標吸排気VVT値の初期値として用い、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸排気VVT値をその学習値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する。
この場合、目標吸排気VVT値の学習値は、学習精度を向上させるために冷却水温毎やエンジン運転状態毎に学習するようにすると良い。
In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 9, the target intake / exhaust is performed in a range in which the combustion stability does not exceed a preset combustion stability limit when not warmed up (at a low temperature) by the same method as in the first embodiment. The VVT value is corrected so that the valve overlap is larger than the appropriate value, and the corrected target intake / exhaust VVT value is updated and stored in the backup RAM 31 (rewritable nonvolatile memory) of the
In this case, the learning value of the target intake / exhaust VVT value may be learned for each cooling water temperature or each engine operating state in order to improve learning accuracy.
以上説明した本実施例2によれば、実際のエンジン11の状態に応じた適正な目標吸排気VVT値を学習することができるので、エンジン毎に最適なバルブオーバーラップを早期に実現できるようになり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を前記実施例1よりも高めることができる。
According to the second embodiment described above, an appropriate target intake / exhaust VVT value corresponding to the actual state of the
尚、上記実施例1,2では、吸気バルブ32と排気バルブ34の両方のバルブタイミングを可変制御するようにしたが、吸気バルブ32と排気バルブ34のいずれか一方のみのバルブタイミングを可変制御するシステムにも本発明を適用して実施できる。
In the first and second embodiments, the valve timing of both the
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、15…スロットルバルブ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…排気管、25…冷却水温センサ(機関温度検出手段)、27…ECU(燃焼安定性判定手段,制御手段)、32…吸気バルブ、33…可変吸気バルブタイミング装置、34…排気バルブ、35…可変排気バルブタイミング装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
内燃機関の燃焼安定性を判定する燃焼安定性判定手段と、
内燃機関の温度に関する情報を検出する機関温度検出手段と、
前記機関温度検出手段で検出した内燃機関の温度が所定温度以下となる低温時に前記燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で前記目標バルブタイミングをその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。 In a variable valve timing control device for an internal combustion engine that controls an opening / closing timing (hereinafter referred to as “valve timing”) of an intake valve and / or an exhaust valve of the internal combustion engine to a preset target valve timing,
Combustion stability determining means for determining combustion stability of the internal combustion engine;
Engine temperature detecting means for detecting information relating to the temperature of the internal combustion engine;
The target is within a range where the combustion stability does not exceed a preset combustion stability limit based on the determination result of the combustion stability determination means at a low temperature when the temperature of the internal combustion engine detected by the engine temperature detection means is lower than a predetermined temperature. A variable valve timing control device for an internal combustion engine, comprising: control means for correcting the valve timing in a direction in which the valve overlap is made larger than its conforming value.
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