JP2012062785A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンク内の燃料が酸化劣化した場合、その燃料を改質することの可能な燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料タンク４内に設けられるポンプ本体５０は、燃料タンク４内の燃料を蛇腹管４９、吐出管１５及び燃料配管を通して内燃機関に供給する。ポンプ本体５０の吸入口側および吐出口５２側の少なくともいずれか一方に燃料を改質する改質手段２０が設けられる。ポンプ本体５０の吐出口５２から吐出された燃料の圧力が所定圧より高いとき、その燃料をプレッシャレギュレータ８０は燃料タンク４内へ排出する。燃料タンク４内の燃料の酸化劣化の状態を検出する燃料性状センサ２１の出力に基づき、燃料タンク４内の燃料が所定の状態よりも酸化劣化していることが検出された場合、ＥＣＵはポンプ本体５０を駆動する。これにより、燃料タンク４内の燃料が改質手段２０により改質される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料タンクの燃料を内燃機関に供給する燃料供給装置に関する。

従来、動力源として電動機と内燃機関を備えたハイブリッド車が知られている。ハイブリッド車は、電動機による駆動が多くなり、内燃機関の運転が少なくなると、燃料タンクの燃料が長期間消費されないことがある。また、一般に、車両が長期間停止した状態が続くと、燃料タンク内の燃料が消費されない。
特許文献１では、燃料タンクと内燃機関とを接続する燃料配管に燃料の酸化劣化を検出する粘度センサが設けられている。車両の制御装置（ＥＣＵ）は、粘度センサの出力に基づき、内燃機関に供給される燃料が所定の状態より酸化劣化していることが検出された場合、運転者に知らせると共に、燃料噴射を制御している。

特開２００９−２２８５３４号公報

ところで、燃料タンク内の燃料が長期間消費されないと、燃料タンク内の空気に含まれる酸素により燃料が酸化することがある。燃料の酸性が強くなると、燃料タンク及びその燃料タンク内に設けられたポンプモジュールを形成する樹脂にクラックが発生し、又は金属に錆が発生する。これにより、ポンプモジュールを構成するポンプ本体の作動が悪化するおそれがある。また、燃料タンクから燃料漏れを生じるおそれがある。
特許文献１の燃料供給装置は、酸化劣化した燃料を改質する機能を備えていない。このため、燃料が酸化劣化していることが検出された場合、燃料を交換するか、燃料噴射量を多くする制御をしなければならない。したがって、燃費が悪化することが懸念される。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料タンク内の燃料が酸化劣化した場合、その燃料を改質することの可能な燃料供給装置を提供することにある。

請求項１に係る発明によると、燃料タンク内に設けられるポンプ本体は、燃料タンク内の燃料を内燃機関に供給する。ポンプ本体の吸入口側および吐出口側の少なくともいずれか一方に燃料を改質する改質手段が設けられる。ポンプ本体の吐出口から吐出された燃料の圧力が所定圧より高いとき、その燃料をプレッシャレギュレータは燃料タンク内へ排出する。燃料タンク内の燃料の酸化劣化の状態を検出する燃料性状センサの出力に基づき、燃料タンク内の燃料が所定の状態よりも酸化劣化していることが検出された場合、制御手段はポンプ本体を駆動することで、燃料タンク内の燃料を循環させる。これにより、燃料タンク内の燃料が長期間消費されない場合、燃料タンク内の燃料が酸化劣化したことが検出されると、制御手段がポンプ本体を駆動することで、酸化劣化した燃料が改質手段により改質される。酸化劣化が改質された燃料は、プレッシャレギュレータにより燃料タンク内に排出されるので、燃料タンク内の燃料が改質される。このため、酸化劣化した燃料による樹脂のクラックの発生が抑制されると共に、金属の錆の発生が抑制される。したがって、ポンプ本体の作動の悪化、及び燃料タンクからの燃料漏れを抑制することができる。

請求項２に係る発明によると、燃料供給装置は、ポンプ本体の吸入口側および吐出口側の少なくともいずれか一方に設けられ、燃料に含まれる異物を捕獲するフィルタを備える。改質手段は、フィルタに設けられ、フィルタを通過する燃料を改質する。これにより、燃料供給装置は、燃料タンク内を循環する燃料、又は燃料タンク内から内燃機関に供給される燃料をろ過すると共に、改質することができる。

請求項３に係る発明によると、フィルタは、フィルタケース、及びこのフィルタケースに収容されるフィルタエレメントを有する。改質手段は、フィルタエレメントと一体で形成され、そのフィルタエレメントに担持される。これにより、改質手段を組み付ける工数を低減することができる。
さらに、フィルタのろ過効率を悪化させることなく、燃料を改質することができる。

請求項４に係る発明によると、改質手段は、フィルタエレメントと別体で形成され、そのフィルタエレメントと共にフィルタケース内に収容される。この構成においても、フィルタ内にエレメントと改質手段を同時に取り付けることで、改質手段を組み付ける工数を低減することができる。

請求項５に係る発明によると、燃料供給装置は、ポンプボディ、サブタンク、及びフランジを備える。ポンプボディは、ポンプ本体、フィルタ及びプレッシャレギュレータを収容する。サブタンクは、有底筒状に形成され、その内側にポンプボディを収容する。フランジは、燃料タンクに形成された開口を塞ぐと共に、サブタンクを燃料タンク内に固定する。
燃料性状センサは、サブタンクの内側に設けられる燃料接触式センサであり、サブタンク内の燃料の状態を検出する。
これにより、ポンプ本体に直接吸入されるサブタンク内の燃料を燃料性状センサが直接検出することが可能になるので、ポンプ本体の作動の悪化を抑制すると共に、ポンプボディ、サブタンク等からの燃料漏れを抑制することができる。なお、燃料接触式センサとしては、ｐＨセンサ、誘電率センサ等が例示される。

請求項６に係る発明によると、燃料性状センサは、フランジの燃料タンク内側に設けられる燃料非接触式センサであり、サブタンク内の燃料の状態を検出する。この構成によっても、ポンプ本体に直接吸入されるサブタンク内の燃料を燃料性状センサが検出することが可能になるので、ポンプ本体の作動の悪化を抑制すると共に、ポンプボディ、サブタンク等からの燃料漏れを抑制することができる。なお、燃料非接触式センサとしては、赤外線センサ等が例示される。

請求項７に係る発明によると、改質手段は、酸化劣化した燃料を改質可能な孔を有する多孔性材料である。多孔性材料としては、酸素吸着樹脂、活性炭及びセラミック等が例示される。これにより、酸化劣化した燃料を改質することができる。

本発明の第１実施形態による燃料供給装置の構成図である。 本発明の第１実施形態による燃料供給装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料供給装置の備えるフィルタエレメントの模式図である。 本発明の第１実施形態による燃料供給装置の備えるプレッシャレギュレータ部分の断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料供給装置の断面図である。 本発明の第３実施形態による燃料供給装置の断面図である。 本発明の第４実施形態による燃料供給装置の備えるプレッシャレギュレータ部分の断面図である。

以下、本発明による複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料供給装置を図１〜図４に示す。本実施形態の燃料供給装置１は、図１に示すように、ポンプモジュール２及びこのポンプモジュール２の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ３を備えている。ポンプモジュール２は、燃料タンク４に形成された開口５から挿入され、燃料タンク４内に設置されている。燃料タンク４には、燃料供給口６から燃料が供給される。燃料タンク４内の燃料は、ポンプモジュール２によって汲み上げられ、燃料配管７を経由して内燃機関へ供給される。

ポンプモジュール２は、図２に示すように、フランジ１０、サブタンク３０、ポンプボディ４０、ポンプ本体５０、低圧フィルタ６０、高圧フィルタ７０、改質手段２０、プレッシャレギュレータ８０及び燃料性状センサ２１等を備えている。ポンプモジュール２は、例えば樹脂及び金属等から形成されている。
フランジ１０は、略円盤状に形成され、燃料タンク４に形成された開口５を塞いでいる。フランジ１０には、吐出管１５及び電気コネクタ１６が設けられている。吐出管１５は、一方の側が内燃機関に燃料を供給する燃料配管７に接続され、他方の側が蛇腹管４９に接続されている。

サブタンク３０は、有底筒状に形成されている。フランジ１０とサブタンク３０とを支柱部材３１が接続している。支柱部材３１は、一端がフランジ１０に形成された図示しない凹部に圧入され、他端がサブタンク３０に形成された図示しない孔に摺動可能に取付けられている。支柱部材３１の径外側には圧縮コイルスプリング３４が取付けられ、その弾性力によりサブタンク３０を燃料タンク４の底壁８に押し付けている。

サブタンク３０の内側にポンプボディ４０が収容されている。ポンプボディ４０は、図示しない取付部材によってサブタンク３０に固定されている。
ポンプボディ４０は、ポンプ本体５０、高圧フィルタ７０及びプレッシャレギュレータ８０を収容すると共に、これらを連通する燃料通路４５，４６を形成している。
ポンプ本体５０は、略円筒状に形成され、その内部に、図示しないモータ及びこのモータにより回転する図示しないインペラを有する。ポンプ本体５０は、インペラの回転により、軸方向下側に設けられた吸入口から燃料を吸入、昇圧し、軸方向上側に設けられた吐出口５２から燃料を吐出する。
ポンプ本体５０の吸入口側には低圧フィルタ６０が設けられている。低圧フィルタ６０は、袋状に形成され、サブタンク３０内からポンプ本体５０に吸入される燃料に含まれる比較的大きな異物を捕獲する。

ポンプ本体５０の径外側に高圧フィルタ７０が設けられている。高圧フィルタ７０は、円環状に形成されたフィルタケース７１、及びこのフィルタケース７１の内側に設けられた筒状のフィルタエレメント７２を有する。高圧フィルタ７０は、吐出口５２から吐出した燃料に含まれる比較的小さい異物を捕獲する。

フィルタエレメント７２は、先ず、綿繊維又はガラス繊維などの基材に、改質手段２０としての酸素吸着樹脂、活性炭又はセラミック等の多孔性材料が混合され、図３（Ａ）に示すように、平板状のろ紙７３と波状のろ紙７４とが形成される。そして平板状のろ紙７３と波状のろ紙７４とが接合された後、図３（Ｂ）に示すように、ロール状に巻かれる。これにより、筒状のフィルタエレメント７２が形成される。この結果、改質手段２０は、フィルタエレメント７２に担持され、そのフィルタエレメント７２と一体に形成される。したがって、フィルタエレメント７２を通過する燃料は、異物が捕獲されると共に、酸化劣化した燃料が改質される。

図４に示すように、高圧フィルタ７０とポンプボディ４０の流出通路４７とを連通する燃料通路４６にプレッシャレギュレータ８０が設けられている。プレッシャレギュレータ８０は、略筒状に形成されたケース８１、及びこのケース８１の内部に図示しない圧力弁を有する。ケース８１は大径部８２と小径部８３とを有する。プレッシャレギュレータ８０は、ケース８１の大径部８２と小径部８３との間の段差８４に形成された図示しない開口から燃料通路４６を流れる燃料をケース８１内部に導入している。
燃料通路４６に流れる燃料の圧力が所定圧より高くなると、ケース８１内部に設けられた圧力弁が開弁する。これにより、燃料通路４６に流れる燃料は、ケース８１内部を通り、小径部８３の軸方向の上端８５に形成された図示しない開口から燃料室４８へ排出される。したがって、燃料通路４６を流れる燃料は、プレッシャレギュレータ８０により所定圧に調圧される。

燃料室４８は、ジェット通路９０に連通している。ジェット通路９０は、燃料室４８と反対側の端部が図示しないジェットノズルに接続されている。燃料通路４６から燃料室４８へ排出された燃料は、ジェット通路９０を経由してジェットノズルから噴射される。ジェットノズルは、サブタンク３０の外側からサブタンク３０内へ燃料を噴射することで、そこに発生する負圧により燃料タンク４の燃料をサブタンク３０内に導入する。
また、燃料室４８には、リリーフバルブ９１が接続している。リリーフバルブ９１は、燃料室４８の燃料圧力が高くなり、その燃料圧力が弁体９３に作用する力がスプリング９２に設定された荷重より大きくなると、弁体９３が壁面９４から離座する。これにより、ジェットノズルの噴射に余剰となった燃料は、サブタンク３０内へ排出される。

図２に示すように、高圧フィルタ７０から燃料通路４６を通り、プレッシャレギュレータ８０により所定圧に調圧された燃料は、流出通路４７に流れる。流出通路４７の出口側とフランジ１０の吐出管１５とを蛇腹管４９が接続している。内燃機関の運転時、流出通路４７から蛇腹管４９を通り吐出管１５から吐出される燃料は、燃料配管７を経由し、内燃機関に供給される。

フランジ１０の燃料タンク４内側の内壁に燃料性状センサ２１が設けられている。本実施形態の燃料性状センサ２１は、燃料非接触式センサであり、具体的には、赤外線センサである。赤外線センサは、サブタンク３０内の燃料に向かって赤外線を照射し、燃料によって反射される光を受光素子により受光する。燃料の酸化劣化の状態に応じて燃料から反射される光が変化する。このため、燃料性状センサ２１は、受光素子の受光した光に応じた信号をＥＣＵ３に出力する。
ＥＣＵ３は、燃料性状センサ２１から出力された信号を受信すると、その信号に基づき、燃料の酸化劣化の状態を検出する。なお、ＥＣＵ３は、ポンプモジュール２と別体で車両に設置されていてもよいし、ポンプモジュール２と一体でフランジ１０に設置されていてもよい。

燃料供給装置１の作動について説明する。
ＥＣＵ３は、燃料の酸化劣化の状態を定期的に検出する。この検出のタイミングは、例えば、１日に１回程度であってもよいし、１月に１回程度であってもよい。
なお、ＥＣＵ３は、内燃機関が一定期間運転されていないことが検出された場合、燃料の酸化劣化の状態を検出するようにしてもよい。また、ＥＣＵ３は、燃料タンク４の燃料供給口６から燃料が一定期間給油されていないことが検出された場合、燃料の酸化劣化の状態を検出するようにしてもよい。

ＥＣＵ３は、サブタンク３０内の燃料が所定の状態よりも酸化していることが検出された場合、リード線５３を介してポンプ本体５０に通電し、ポンプ本体５０を駆動する。
ここで、燃料の所定の状態は、ポンプモジュール２を形成する材質の耐酸性等、種々の条件に基づき任意に設定可能である。燃料の所定の状態として、例えば、ポンプモジュール２を形成する樹脂又は金属に影響を与えない程度の劣化状態が例示される。また、燃料の所定の状態として、例えば、内燃機関の運転に影響を与えない程度の劣化状態が例示される。

内燃機関の運転が停止しているとき、ポンプ本体５０に通電されると、ポンプ本体５０は、モータによりインペラを回転させ、サブタンク３０内の燃料を低圧フィルタ６０を経由し、ポンプ本体５０に吸入する。ポンプ本体５０に吸入された燃料は、インペラの回転により昇圧され、ポンプ本体５０の吐出口５２から排出される。この燃料は、高圧フィルタ７０により異物が除去されると共に改質された後、内燃機関に供給されることなく、プレッシャレギュレータ８０から燃料室４８に排出される。燃料室４８の燃料は、ジェットノズルからサブタンク３０内に噴射される。また、燃料室４８の燃料は、リリーフバルブ９１からサブタンク３０内に排出される。サブタンク３０内に排出された燃料はサブタンク３０の開口部から燃料タンク４内に溢れ出る。これにより、燃料タンク４内の燃料がポンプモジュール２を循環し、改質される。

ＥＣＵ３は、燃料性状センサ２１から出力される信号に基づき、サブタンク３０内の燃料が所定の状態に改質されたことが検出された場合、ポンプ本体５０への通電を停止する。
なお、ＥＣＵ３は、ポンプ本体５０に一定時間通電した後、ポンプ本体５０への通電を停止してもよい。この一定時間は、燃料タンク４内の所定量の燃料がポンプモジュール２を循環する時間、または、サブタンク３０内の所定量の燃料がポンプモジュール２を循環する時間としてもよい。

本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）燃料タンク内の燃料が長期間消費されない場合、ＥＣＵ３は、燃料性状センサ２１により燃料タンク４内の燃料が酸化劣化したことを検出すると、ポンプ本体５０を駆動する。これにより、高圧フィルタ７０に設けられた改質手段２０により燃料タンク４内の燃料をろ過されると共に改質される。このため、酸化した燃料による樹脂のクラックの発生が抑制されると共に、金属の錆の発生が抑制される。したがって、ポンプ本体５０の作動の悪化、並びにポンプボディ４０、サブタンク３０及び燃料タンク４からの燃料漏れを抑制することができる。
（２）燃料性状センサ２１は、フランジ１０に設けられ、サブタンク３０内の燃料の状態を検出する。これにより、ポンプ本体５０に直接吸入されるサブタンク３０内の燃料を燃料性状センサ２１が検出することが可能になる。このため、ポンプ本体５０の作動の悪化を抑制すると共に、ポンプボディ４０及びサブタンク３０等からの燃料漏れを抑制することができる。
（３）改質手段２０は、高圧フィルタ７０のフィルタエレメント７２に担持され、そのフィルタエレメント７２と一体で形成される。これにより、改質手段２０を組み付ける工数を低減することができる。さらに、高圧フィルタ７０のろ過効率を悪化させることなく、燃料を改質することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料供給装置を図５に示す。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、燃料性状センサ２２がサブタンク３０の内壁に設けられている。本実施形態の燃料性状センサ２２は、燃料接触式センサであり、具体的に、ｐＨセンサまたは誘電率センサである。ｐＨセンサは燃料の水素イオン濃度を検出する。誘電率センサは、２個の電極間を流れる燃料の静電容量を検出する。燃料性状センサ２２の検出した信号は、ＥＣＵ３に伝送される。

ＥＣＵ３は、燃料性状センサ２２から出力された信号を受信すると、その信号に基づき、燃料の酸化劣化の状態を検出する。ＥＣＵ３は、サブタンク３０内の燃料が所定の状態よりも酸化していることが検出された場合、ポンプ本体５０に通電し、ポンプ本体５０を駆動する。これにより、燃料タンク４内の酸化劣化した燃料が高圧フィルタ７０のフィルタエレメント７２に担持された改質手段２０により改質される。
本実施形態では、ポンプ本体５０に直接吸入されるサブタンク３０内の燃料を燃料性状センサ２２が直接検出することが可能になる。このため、ポンプ本体５０の作動の悪化を抑制すると共に、ポンプボディ４０及びサブタンク３０等からの燃料漏れを抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料供給装置を図６に示す。本実施形態では、燃料性状センサ２３がサブタンク３０の底壁３５に設けられている。本実施形態の燃料性状センサ２３は、第２実施形態と同様、燃料接触式センサである。
また、本実施形態では、高圧フィルタ７０のフィルタエレメント７５と改質手段２４とが別体で形成されている。改質手段２４は、酸素吸着樹脂、活性炭又はセラミック等の多孔性材料、或いは磁石等から円盤状に形成されている。改質手段２４は、フィルタエレメント７５と共に高圧フィルタ７０のフィルタケース７１内に収容されている。

本実施形態では、サブタンク３０内の燃料が少量になった場合、サブタンク３０の底壁３５に設けられた燃料性状センサ２３により燃料の性状を検出することができる。
また、本実施形態では、高圧フィルタ７０のフィルタケース７１内にフィルタエレメント７５と改質手段２４を同時に組み付けることで、改質手段２４を組み付ける工数を低減し、ポンプモジュールの製造コストを低減することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による燃料供給装置を図７に示す。本実施形態では、リリーフバルブ９１の燃料出口側に改質手段２５が設けられている。
本実施形態においても、ポンプモジュール２と燃料タンク４内を循環する燃料を改質手段２５に通すことで、燃料タンク４内の酸化劣化した燃料を改質することができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、燃料性状センサ２１，２２，２３をフランジ１０またはサブタンク３０の内壁に設けた。これに対し、本発明は、燃料性状センサをサブタンクの外壁又は燃料タンクの内壁に設けてもよい。
上述した第１〜第３実施形態では、高圧フィルタ７０に改質手段２０，２４を設けた。これに対し、本発明は、低圧フィルタに改質手段を設けてもよい。
上述した実施形態では、改質手段２０，２４，２５として、酸素吸着樹脂、活性炭又はセラミック等の多孔性材料を使用した。これに対し、本発明は、改質手段として、磁石、イオン交換樹脂、グラファイトシリカ、または酸化した燃料を還元することの可能な還元剤を使用してもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組合せることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・燃料供給装置
３ ・・・ＥＣＵ（制御手段）
４ ・・・燃料タンク
２０，２４，２５・・・改質手段
２１，２２，２３・・・燃料性状センサ
５０ ・・・ポンプ本体
５２ ・・・吐出口
６０ ・・・低圧フィルタ
７０ ・・・高圧フィルタ
８０ ・・・プレッシャレギュレータ

Claims (7)

1. 燃料タンク内に設けられ、前記燃料タンク内の燃料を内燃機関に供給するポンプ本体と、
   前記ポンプ本体の吸入口側および吐出口側の少なくともいずれか一方に設けられ、燃料を改質する改質手段と、
   前記ポンプ本体の前記吐出口から吐出された燃料の圧力が所定圧より高いとき、前記吐出口から吐出された燃料を前記燃料タンク内へ排出するプレッシャレギュレータと、
   前記燃料タンク内の燃料の酸化劣化の状態を検出する燃料性状センサと、
   前記燃料性状センサの出力に基づき、前記燃料タンク内の燃料が所定の状態よりも酸化劣化していることが検出された場合、前記ポンプ本体を駆動することで、燃料タンク内の燃料を循環させる制御手段と、を備えることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記ポンプ本体の前記吸入口側および前記吐出口側の少なくともいずれか一方に設けられ、燃料に含まれる異物を捕獲するフィルタを備え、
   前記改質手段は、前記フィルタに設けられ、前記フィルタを通過する燃料を改質することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記フィルタは、フィルタケース、及びこのフィルタケースに収容されるフィルタエレメントを有し、
   前記改質手段は、前記フィルタエレメントと一体で形成され、前記フィルタエレメントに担持されることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記フィルタは、フィルタケース、及びこのフィルタケースに収容されるフィルタエレメントを有し、
   前記改質手段は、前記フィルタエレメントと別体で形成され、前記フィルタエレメントと共に前記フィルタケース内に収容されることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
5. 前記ポンプ本体、前記フィルタ及び前記プレッシャレギュレータを収容するポンプボディと、
   有底筒状に形成され、その内側に前記ポンプボディを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンクに形成された開口を塞ぐと共に、前記サブタンクを前記燃料タンク内に固定するフランジと、を備え、
   前記燃料性状センサは、前記サブタンクの内側に設けられる燃料接触式センサであり、前記サブタンク内の燃料の状態を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
6. 前記ポンプ本体、前記フィルタ及び前記プレッシャレギュレータを収容するポンプボディと、
   有底筒状に形成され、その内側に前記ポンプボディを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンクに形成された開口を塞ぐと共に、前記サブタンクを燃料タンク内に固定するフランジと、を備え、
   前記燃料性状センサは、前記フランジの前記燃料タンク内側に設けられる燃料非接触式センサであり、前記サブタンク内の燃料の状態を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
7. 前記改質手段は、酸化劣化した燃料を改質可能な孔を有する多孔性材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料供給装置。

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