JP2009228654A - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気マニホールドをヘッドカバーの外部に別体で設ける場合に比べて、部品点数の削減、コストの削減、スペースの削減およびエンジンの小型化を図る。
【解決手段】 Ｖ型多気筒エンジンＥに吸気を供給する吸気マニホールド１２をシリンダヘッド１１の上面を覆うヘッドカバー１３の内部に一体に形成したので、吸気マニホールド１２をヘッドカバー１３の外部に別体で設ける場合に比べて、部品点数の削減、コストの削減、スペースの削減およびエンジンの小型化が可能になる。吸気マニホールド１２は第１吸気ポートに接続される第１吸気チャンバー３１ｂと、第２吸気ポートに接続される第２吸気チャンバー３２ｂとを備え、第２吸気チャンバー３２ｂの上流位置に吸気の流量を制御するスワールコントロールバルブ３６を配置したので、複数の気筒に対して１個のスワールコントロールバルブ３６を設けるだけで吸気にスワールを発生させることが可能になり、部品点数の削減に寄与することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートに、吸気マニホールドを介して吸気を供給する多気筒エンジンの吸気装置に関する。

通常、多気筒エンジンの吸気ポートに吸気を供給する吸気マニホールドは、吸気ポートが開口するシリンダヘッドの側面に装着されるが．その吸気マニホールドをシリンダヘッドの上面に固定されるロッカーカバー（ヘッドカバー）の上面に取り付けたものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００６−１８９０１７号公報

ところで上記特許文献１に記載されたものは、吸気マニホールドがロッカーカバーと別部材で構成されているために部品点数の削減に寄与しないだけでなく、吸気マニホールドのブランチ管がロッカーカバーの上面および側面を通過してシリンダヘッドの側面に開口する吸気ポートに接続されているため、その設置スペースが大きくなってエンジンの小型化を妨げる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、吸気マニホールドをヘッドカバーの外部に別体で設ける場合に比べて、部品点数の削減、コストの削減、スペースの削減およびエンジンの小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダヘッドに形成した吸気ポートに、吸気マニホールドを介して吸気を供給する多気筒エンジンの吸気装置において、前記吸気マニホールドを、前記シリンダヘッドの上面を覆うヘッドカバーの内部に一体に形成したことを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記吸気ポートは第１吸気ポートおよび第２吸気ポートよりなり、前記吸気マニホールドは第１吸気チャンバーおよび第２吸気チャンバーを備え、複数の前記第１吸気ポートの上流側に接続された前記第１吸気チャンバーの上流位置および複数の前記第２吸気ポートの上流側に接続された前記第２吸気チャンバーの上流位置の何れか一方に、吸気の流量を制御するスワールコントロールバルブを配置したことを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記スワールコントロールバルブの開度をエンジンの運転状態に応じて連続的に変化させることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記吸気ポートに連なる燃焼室に直接燃料を噴射するフュエルインジェクタは、ノズルアームの突起を前記ヘッドカバーに設けたピボットに当接させ、かつ前記ノズルアームのボルト孔をシリンダヘッドに植設したスタッドボルトに挿通してナットで締結することにより、前記シリンダヘッドに固定されることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記シリンダヘッドに植設したスタッドボルトに、前記ヘッドカバーの開口をシールするシール部材と前記ノズルアームのボルト孔とを挿通してナットで締結することを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記エンジンはバンク間空間を有するＶ型エンジンであり、インタークーラーから供給された吸気は二股に分岐して前記バンク間空間側から前記ヘッドカバー内に流入した後、前記バンク間空間と反対側から前記シリンダヘッドの吸気ポートに流入し、前記シリンダヘッドの前記バンク間空間側の排気ポートから排出された排気は合流して該バンク間空間に配置されたターボチャージャに供給されることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記エンジンはバンク間空間を有するＶ型エンジンであり、前記吸気ポートに連なる燃焼室に直接燃料を噴射するフュエルインジェクタを備えており、前記第１吸気チャンバーおよび前記第２吸気チャンバーの一方は、前記フュエルインジェクタよりも高い位置であって前記ヘッドカバーの前記バンク間空間寄りの位置にあることを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置が提案される。

尚、実施の形態の第１吸気ポート３５Ａおよび第２吸気ポート３５Ｂは本発明の吸気ポートに対応する。

請求項１の構成によれば、多気筒エンジンに吸気を供給する吸気マニホールドをシリンダヘッドの上面を覆うヘッドカバーの内部に一体に形成したので、吸気マニホールドをヘッドカバーの外部に別体で設ける場合に比べて、部品点数の削減、コストの削減、スペースの削減およびエンジンの小型化が可能になる。

また請求項２の構成によれば、吸気マニホールドは第１吸気ポートに接続される第１吸気チャンバーと、第２吸気ポートに接続される第２吸気チャンバーとを備え、第１吸気チャンバーの上流位置および第２吸気チャンバーの上流位置の何れか一方に吸気の流量を制御するスワールコントロールバルブを配置したので、多気筒エンジンの複数の気筒に対して１個のスワールコントロールバルブを設けるだけで吸気にスワールを発生させることが可能となり、部品点数の削減に寄与することができる。

また請求項３の構成によれば、スワールコントロールバルブの開度をエンジンの運転状態に応じて連続的に変化させるので、アイドリング時、加速時、減速時、クルーズ時等のあらゆる運転状態で最適の燃焼状態を確保し、エミッションの低減に寄与することができる。

また請求項４の構成によれば、吸気ポートに連なる燃焼室に直接燃料を噴射するフュエルインジェクタをシリンダヘッドに固定する際に、ノズルアームの突起をヘッドカバーに設けたピボットに当接させ、かつノズルアームのボルト孔をシリンダヘッドに植設したスタッドボルトに挿通してナットで締結するので、フュエルインジェクタをシリンダヘッドに固定する締結力でヘッドカバーをシリンダヘッドに固定し、ヘッドカバーの内部に一体に形成した吸気マニホールドをシールする軸力を付与することが可能となり、ヘッドカバーをシリンダヘッドに締結する締結部材を廃止あるいは削減することができる。

また請求項５の構成によれば、シリンダヘッドに植設したスタッドボルトに、ヘッドカバーの開口をシールするシール部材とノズルアームのボルト孔とを挿通してナットで締結するので、ノズルアームの下面でシール部材を潰して３面シールすることが可能になってシール性が向上するだけでなく、安価なシール材でも充分なシール効果を確保できるのでコスト面でも有利となる。

また請求項６の構成によれば、インタークーラーから供給された吸気は二股に分岐してＶバンクのバンク間空間側からヘッドカバー内に流入した後、バンク間空間と反対側からシリンダヘッドの吸気ポートに流入し、シリンダヘッドのバンク間空間側の排気ポートから排出された排気はバンク間空間に配置されたターボチャージャに供給されるので、吸気が二股に分岐してからヘッドカバー内に流入するまでの吸気通路の長さを最小限に抑えることができるだけでなく、バンク間空間を利用してターボチャージャをコンパクトに配置することができる。

また請求項７の構成によれば、吸気マニホールドの第１吸気チャンバーおよび第２吸気チャンバーの一方は、フュエルインジェクタよりも高い位置であってヘッドカバーのバンク間空間寄りの位置にあるので、バンク間空間の上方のスペースを有効に活用することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の実施の形態を示すもので、図１はＶ型エンジンの斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線拡大矢視図、図４は吸気マニホールドを斜め下方から見た図、図５はエンジンの吸気系および排気系の模式図である。

図１および図５に示すように、自動車のエンジンルームに横置きに搭載されるＶ型６気筒エンジンＥは、車体前方側に配置されたフロントバンクＢｆおよび車体後方側に配置されたリヤバンクＢｒを備えており、フロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒ間にＶ字状のバンク間空間Ｖが形成される。フロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒのシリンダヘッド１１，１１の上面には、内部に吸気マニホールド１２，１２が一体に形成されたヘッドカバー１３，１３が結合される。

バンク間空間Ｖの左側にターボチャージャ１４が搭載されており、リヤバンクＢｒの上方に配置されたエアクリーナ１５の前端がターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａに接続され、コンプレッサ１４ａから延びる第１吸気管１６がエンジンＥの前方に配置されたインタークーラー１７の左側面に接続される。インタークーラー１７の右側面から出た第２吸気管１８は、フロントバンクＢｆの右側面に配置されたスロットルバルブ１９を経由した後に、バンク間空間Ｖの上方で二股に分岐し、その一方の前部吸気管２０がフロントバンクＢｆのヘッドカバー１３の右側面に接続され、その他方の後部吸気管２１がリヤバンクＢｒのヘッドカバー１３の右側面に接続される。

フロントバンクＢｆのシリンダヘッド１１の後面およびリヤバンクＢｒのシリンダヘッド１１の前面に開口する排気ポート２６…（図２参照）に接続された排気マニホールド２２は、１本の第１排気管２３に合流した後にターボチャージャ１４のタービン１４ｂに接続され、タービン１４ｂから出た第２排気管２４はキャタライザー２５に接続される。排気ポート２６…は排気バルブ２７…（図２参照）により開閉される。

次に、図２〜図４に基づいて、フロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒのヘッドカバー１３，１３の構造を説明する。フロントバンクＢｆのヘッドカバー１３およびリヤバンクＢｒのヘッドカバー１３は、車幅方向に延びる対称面に関して前後面対称な構造であるため、その代表としてフロントバンクＢｆのヘッドカバー１３の構造を説明する。

ヘッドカバー１３は合成樹脂で射出成形されるもので、第１吸気マニホールド３１および第２吸気マニホールド３２の二つの部材で構成される。

図４は第１吸気マニホールド３１および第２吸気マニホールド３２を、中子の形状として示すものである。第１吸気マニホールド３１は、ヘッドカバー１３の右側面に配置されたＬ字状の第１吸気導入通路３１ａと、第１吸気導入通路３１ａの下流端に連なる第１吸気チャンバー３１ｂと、第１吸気チャンバー３１ｂから前方に延びて下向きに湾曲する３本の第１ブランチ管３１ｃ…とを備える。第２吸気マニホールド３２は、ヘッドカバー１３の右側面に配置されたＬ字状の第２吸気導入通路３２ａと、第２吸気導入通路３２ａの下流端に連なる第２吸気チャンバー３２ｂと、第２吸気チャンバー３２ｂから下向きに延びるる３本の第２ブランチ管３２ｃ…とを備える。第１吸気マニホールド３１の３本の第１ブランチ管３１ｃ…および第２吸気マニホールド３２の３本の第２ブランチ管３２ｃ…は、各々１本ずつがペアになって３個の燃焼室に連なる吸気ポートにそれぞれ接続される。

図１から明らかなように、第１吸気マニホールド３１の第１吸気チャンバー３１ｂはバンク間空間Ｖ側の高い位置（シリンダヘッド１１から遠い位置）に配置され、第２吸気マニホールド３２の第２吸気チャンバー３２ｂはバンク間空間Ｖと反対側の低い位置（シリンダヘッド１１に近い位置）に配置される。

図２および図５から明らかなように、エンジンＥのフロントバンクＢｆの３個の燃焼室３３の各々には、第１吸気バルブ３４Ａで開閉される第１吸気ポート３５Ａと、第２吸気バルブ３４Ｂで開閉される第２吸気ポート３５Ｂとが形成されており、第１吸気ポート３５Ａおよび第２吸気ポート３５Ｂは各々前記第１ブランチ管３１ｃ…および第２ブランチ管３２ｃ…が接続される。

図５から明らかなように、スロットルバルブ１９の下流の前部吸気管２０および後部吸気管２１の内部は第１吸気通路２０ａ，２１ａおよび第２吸気通路２０ｂ，２１ｂに仕切られており、前部吸気管２０については、その第１吸気通路２０ａの下流端が第１吸気マニホールド３１の第１吸気導入通路３１ａの上流端に接続され、その第２吸気通路２０ｂの下流端が第２吸気マニホールド３２の第２吸気導入通路３２ａの上流端に接続される。そして第２吸気マニホールド３２の第２吸気導入通路３２ａにスワールコントロールバルブ３６が配置される。

図２および図３から明らかなように、シリンダヘッド１１の上面には各燃焼室３３の内部に燃料を噴射するフュエルインジェクタ３７が設けられており、このフュエルインジェクタ３７はヘッドカバー１３の頂面に形成した開口１３ａに装着した環状のシール部材４１を貫通して上方に突出する。ヘッドカバー１３の頂面から上方に突出するフュエルインジェクタ３７を下向きに押し付けてシリンダヘッド１１に固定するノズルアーム４２は、その中間部に上下方向に貫通するボルト孔４２ａを備えるとともに、その先端部に下向きに突出する突起４２ｂを備える。一方、シリンダヘッド１１の上面にはスタットボルト３８が植設されており、このスタットボルト３８はヘッドカバー１３の頂面に形成した開口１３ｂに装着した環状のシール部材３９と、ノズルアーム４２のボルト孔４２ａとを貫通してヘッドカバー１３の上方に延出する。またヘッドカバー１１にはノズルアーム４２の突起４２ｂが上方から当接するピボット４３が設けられる。

従って、スタットボルト３８の上端からナット４０を締め込むと、このナット４０によりノズルアーム４２と共に押し下げられたフュエルインジェクタ３７がシリンダヘッド１１に固定され、これと同時に、ノズルアーム４２の先端の突起４２ｂにピボット４３を押し下げられたヘッドカバー１３がシリンダヘッド１１の上面に固定される。このとき、ヘッドカバー１３の開口１３ｂに装着したシール部材３９がノズルアーム３７ａの下面によって押し潰されるため、３面シールが可能になってヘッドカバー１３の開口１３ｂを確実にシールすることができる。このように、ヘッドカバー１３の開口１３ｂをシリンダヘッド１１の上面に対して確実にシールすることで、ヘッドカバー１３の内部に一体に形成した第１、第２吸気マニホールド３１，３２のシールも同時に行うことができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

エンジンＥを運転すると、フロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒの６個の排気ポート２６…から前後の排気マニホールド２２，２２に排出された排ガスが第１排気管２３に集合し、ターボチャージャ１４のタービン１４ｂに供給される。ターボチャージャ１４のタービン１４ｂが排ガスのエネルギーで回転すると、タービン１４ｂと同軸に結合されたコンプレッサ１４ａが回転し、エアクリーナ１５を出た吸気を圧縮して第１吸気管１６に供給する。コンプレッサ１４ａで圧縮された吸気は温度上昇しているため、その吸気は充填効率を高めるべくインタークーラー１７で冷却された後、第２吸気管１８に設けたスロットルバルブ１９を通過してから二股に分岐し、前部吸気管２０および後部吸気管２１に供給される。

例えば、前部吸気管２０に供給された吸気は、前部吸気管２０の内部に区画された第１吸気通路２０ａおよび第２吸気通路２０ｂに分岐し、フロントバンクＢｆのヘッドカバー１３の内部に形成された吸気マニホールド１２の第１吸気マニホールド３１および第２吸気マニホールド３２にそれぞれ供給される。第１吸気マニホールド３１に供給された吸気は、第１吸気導入通路３１ａから第１吸気チャンバー３１ｂを経て３本の第１ブランチ管３１ｃ…に分岐し、そこからシリンダヘッド１１に形成した第１吸気ポート３５Ａ…を経て３個の燃焼室３３…に供給される。また吸気マニホールド１２の第２吸気マニホールド３２に供給された吸気は、第２吸気導入通路３２ａから第２吸気チャンバー３２ｂを経て３本の第２ブランチ管３２ｃ…に分岐し、そこからシリンダヘッド１１に形成した第２吸気ポート３５Ｂ…を経て３個の燃焼室３３…に供給される。

このとき、エンジンＥの運転状態に応じて、例えばアイドリング時、加速時、減速時、クルーズ時に応じて第２吸気導入通路３２ａに設けたスワールコントロールバルブ３６の開度を制御する。これにより、第１吸気ポート３５Ａに供給される吸気量に対する第２吸気ポート３５Ｂに供給される吸気量の比率を変化させ、燃焼室３３に発生するスワールの大きさを制御することで、エンジンＥのあらゆる運転状態で最適の燃焼状態を確保してエミッションの低減に寄与することができる。またスワールコントロールバルブ３６は、フロントバンクＢｆの３個の燃焼室３３…に対して１個設ければ良いため、部品点数の削減に寄与することができる。

以上、前部吸気管２０に供給された吸気の流れについて説明したが、後部吸気管２１に供給された吸気の流れについても同様である。

しかして、エンジンＥのフロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒにそれぞれ吸気を供給する吸気マニホールド１２をシリンダヘッド１１の上面を覆うヘッドカバー１３の内部に一体に形成したので、吸気マニホールド１２をヘッドカバー１３の外部に別体で設ける場合に比べて、部品点数の削減、コストの削減、スペースの削減およびエンジンの小型化が可能になる。

またインタークーラー１７から供給された吸気は二股に分岐してバンク間空間ＶからフロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒのヘッドカバー１３，１３内に流入した後、バンク間空間Ｖと反対側からシリンダヘッド１１，１１の第１、第２吸気ポート３５Ａ…，３５Ｂ…に流入し、シリンダヘッド１１，１１のバンク間空間Ｖ側の排気ポート２６…から排出された排気はバンク間空間Ｖに配置されたターボチャージャ１４に供給されるので、吸気が第２吸気管１８から前部吸気管２０および後部吸気管２１に二股に分岐してからヘッドカバー１３，１３内に流入するまでの吸気通路の長さを最小限に抑えることができるだけでなく、バンク間空間Ｖを利用してターボチャージャ１４をコンパクトに配置することができる。

またヘッドカバー１３に設けられた第１吸気マニホールド３１の第１吸気チャンバー３１ｂおよび第２吸気マニホールド３２の第２吸気チャンバー３２ｂのうち、その一方の第１吸気チャンバー３１ｂをフュエルインジェクタ３７よりも高い位置であってヘッドカバー１３のバンク間空間Ｖ寄りの位置に設けたので、バンク間空間Ｖの上方のスペースを有効に活用することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではＶ型６気筒エンジンＥを例示したが、本発明はシリンダブロックに２個以上の気筒を並置した任意の形式の多気筒エンジンに対して適用することができる。

また二つの第２吸気通路２０ｂ，２１ｂの合流部の直上流にスワールコントロールバルブを設ければ、スワールコントロールバルブの数を１個で済ますことができ、更なるコストダウンが可能になる。

Ｖ型エンジンの斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線拡大矢視図 吸気マニホールドを斜め下方から見た図 エンジンの吸気系および排気系の模式図

符号の説明

１１ シリンダヘッド
１２ 吸気マニホールド
１３ ヘッドカバー
１３ｂ 開口
１７ インタークーラー
２６ 排気ポート
３１ｂ 第１吸気チャンバー
３２ｂ 第２吸気チャンバー
３５Ａ 第１吸気ポート（吸気ポート）
３５Ｂ 第２吸気ポート（吸気ポート）
３６ スワールコントロールバルブ
３７ フュエルインジェクタ
３８ スタッドボルト
３９ シール部材
４０ ナット
４２ ノズルアーム
４２ａ ボルト孔
４２ｂ 突起
４３ ピボット
Ｅ エンジン
Ｖ バンク間空間

Claims (7)

1. シリンダヘッド（１１）に形成した吸気ポート（３５Ａ，３５Ｂ）に、吸気マニホールド（１２）を介して吸気を供給する多気筒エンジンの吸気装置において、
   前記吸気マニホールド（１２）を、前記シリンダヘッド（１１）の上面を覆うヘッドカバー（１３）の内部に一体に形成したことを特徴とする多気筒エンジンの吸気装置。
2. 前記吸気ポート（３５Ａ，３５Ｂ）は第１吸気ポート（３５Ａ）および第２吸気ポート（３５Ｂ）よりなり、前記吸気マニホールド（１２）は第１吸気チャンバー（３１ｂ）および第２吸気チャンバー（３２ｂ）を備え、複数の前記第１吸気ポート（３５Ａ）の上流側に接続された前記第１吸気チャンバー（３１ｂ）の上流位置および複数の前記第２吸気ポート（３５Ｂ）の上流側に接続された前記第２吸気チャンバー（３２ｂ）の上流位置の何れか一方に、吸気の流量を制御するスワールコントロールバルブ（３６）を配置したことを特徴とする、請求項１に記載の多気筒エンジンの吸気装置。
3. 前記スワールコントロールバルブ（３６）の開度をエンジン（Ｅ）の運転状態に応じて連続的に変化させることを特徴とする、請求項２に記載の多気筒エンジンの吸気装置。
4. 前記吸気ポート（３５Ａ，３５Ｂ）に連なる燃焼室（３３）に直接燃料を噴射するフュエルインジェクタ（３７）は、ノズルアーム（４２）の突起（４２ｂ）を前記ヘッドカバー（１３）に設けたピボット（４３）に当接させ、かつ前記ノズルアーム（４２）のボルト孔（４２ａ）をシリンダヘッド（１１）に植設したスタッドボルト（３８）に挿通してナット（４０）で締結することにより、前記シリンダヘッド（１１）に固定されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の多気筒エンジンの吸気装置。
5. 前記シリンダヘッド（１１）に植設したスタッドボルト（３８）に、前記ヘッドカバー（１３）の開口（１３ｂ）をシールするシール部材（３９）と前記ノズルアーム（４２）のボルト孔（４２ａ）とを挿通してナット（４０）で締結することを特徴とする、請求項４に記載の多気筒エンジンの吸気装置。
6. 前記エンジン（Ｅ）はバンク間空間（Ｖ）を有するＶ型エンジンであり、インタークーラー（１７）から供給された吸気は二股に分岐して前記バンク間空間（Ｖ）側から前記ヘッドカバー（１３）内に流入した後、前記バンク間空間（Ｖ）と反対側から前記シリンダヘッド（１１）の吸気ポート（３５Ａ，３５Ｂ）に流入し、前記シリンダヘッド（１１）の前記バンク間空間（Ｖ）側の排気ポート（２６）から排出された排気は合流して該バンク間空間（Ｖ）に配置されたターボチャージャ（１４）に供給されることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の多気筒エンジンの吸気装置。
7. 前記エンジン（Ｅ）はバンク間空間（Ｖ）を有するＶ型エンジンであり、前記吸気ポート（３５Ａ，３５Ｂ）に連なる燃焼室（３３）に直接燃料を噴射するフュエルインジェクタ（３７）を備えており、前記第１吸気チャンバー（３１ｂ）および前記第２吸気チャンバー（３２ｂ）の一方は、前記フュエルインジェクタ（３７）よりも高い位置であって前記ヘッドカバー（１３）の前記バンク間空間（Ｖ）寄りの位置にあることを特徴とする、請求項２に記載の多気筒エンジンの吸気装置。

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