JP2018172971A - 内燃機関の副室構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 隔壁部材の脱落を抑制することができる内燃機関の副室構造を提供する。【解決手段】 内燃機関１の副室構造は、シリンダヘッド３の下端面に形成され、ピストン１１と協働して主燃焼室１２を形成する燃焼室壁面７と、燃焼室壁面に凹設され、内周面に雌ねじ２０Ａを備えた雌ねじ孔２０と、雌ねじと螺合する雄ねじ２３Ｄを外周面に備え、雌ねじ孔に主燃焼室側から螺入され、雌ねじ孔と協働して副室２４を形成する隔壁部材２３とを有し、隔壁部材は、主燃焼室側に露出した外面に形成された工具係合部２６と、主燃焼室と副室とを接続する複数の連通孔３４とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の副室構造に関する。

主燃焼室及び副室に区画された燃焼室を有する副室式内燃機関が公知である。副室式内燃機関は、副室において混合気を点火し、副室から連通孔を介して主燃焼室に噴出するトーチ状の火炎によって主燃焼室内の混合気を点火させる。副室は、例えば燃焼室壁面に形成された雌ねじ孔に外周に雄ねじを備えた有底筒形の隔壁部材を装着することによって、雌ねじ孔及び隔壁部材の間に形成される（例えば、特許文献１）。隔壁部材と雌ねじ孔との間に打ち込みピンが挿入されることによって、雌ねじ孔に対して隔壁部材が回り止めされ、隔壁部材の脱落が防止されている。

実開平５−８３３２７号公報

しかしながら、特許文献１の副室構造では、打ち込みピンによって雌ねじ孔に対する隔壁部材の回転位置及び挿入深さが固定されるため、隔壁部材に締結力（軸力）が生じない。そのため、打ち込みピンが何らかの原因によって脱落すると、雌ねじ孔に対して隔壁部材が回転可能になり、隔壁部材が雌ねじ孔から脱落する虞がある。また、特許文献１の副室構造では、隔壁部材に締結力が生じるまで隔壁部材を雌ねじ孔にねじ込むこと、すなわち隔壁部材に締め付けトルクを加えることを想定していないため、隔壁部材に締め付けトルクを加えるための工具が係合する構造が存在しない。

本発明は、以上の背景を鑑み、隔壁部材の脱落を抑制することができる内燃機関の副室構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、シリンダヘッド（３）の下端面に形成され、ピストン（１１）と協働して主燃焼室（１２）を形成する燃焼室壁面（７）と、前記燃焼室壁面に凹設され、内周面に雌ねじ（２０Ａ）を備えた雌ねじ孔（２０）と、前記雌ねじと螺合する雄ねじ（２３Ｄ）を外周面に備え、前記雌ねじ孔に前記主燃焼室側から螺入され、前記雌ねじ孔と協働して副室（２４）を形成する隔壁部材（２３）とを有し、前記隔壁部材は、前記主燃焼室側に露出した外面に形成された工具係合部（２６）と、前記主燃焼室と前記副室とを接続する複数の連通孔（３４）とを有することを特徴とする内燃機関の副室構造を提供する。

この態様によれば、工具を工具係合部に係合させて隔壁部材に締め付けトルクを与えることができるため、隔壁部材に締結力（軸力）を生じさせて隔壁部材を雌ねじ孔に締結させることができる。

また、上記の態様において、前記工具係合部は、前記隔壁部材の外周面から径方向内方に凹んだ複数の凹部（２７）を含み、前記凹部に前記連通孔が開口しているとよい。

この態様によれば、工具係合部と連通孔とが同位置に設けられるため、隔壁部材の燃焼室壁面からの突出量が抑制される。これにより、隔壁部材が燃焼室の容積を縮小することが避けられる。

また、上記の態様において、前記工具係合部に含まれる角部は面取りされているとよい。

この態様によれば、工具係合部の加熱が抑制され、工具係合部を起点としたプレイグニッションが抑制される。角度を面取りして鈍らせることによって、角部の表面積が減少し、隔壁部材と燃焼ガスとの熱交換が抑制され、隔壁部材の温度上昇が抑制される。

また、上記の態様において、前記工具係合部は、前記隔壁部材の前記主燃焼室側に露出した面から突出した凸部（４３）であり、前記隔壁部材が前記雌ねじ孔に締結された後に、切削加工、切断加工、及び研磨加工の少なくとも１つによって除去可能に構成されているとよい。

この態様によれば、工具係合部を除去できるため、隔壁部材の熱容量が減少し、吸気行程において隔壁部材が吸気との熱交換によって冷却され易くなるため、プレイグニッションが抑制される。

また、上記の態様において、前記雌ねじ孔の内周面には周方向に延在する環状の第１係止溝（３１）が形成され、前記隔壁部材の外周面の前記第１係止溝に対向する部分には第２係止溝（３２）が形成され、前記第１係止溝及び前記第２係止溝には、それぞれに係合するＣ形の止め輪（３３）が設けられているとよい。

この態様によれば、止め輪によって隔壁部材が雌ねじ孔に係止されるため、雌ねじ孔からの隔壁部材の脱落が防止される。

また、上記の態様において、前記隔壁部材は、前記雌ねじ孔の軸線に対して傾斜した軸線を備えた貫通孔（５３）を有し、前記貫通孔には、インジェクタ（４１）又は点火プラグ（４２）の先端が挿入されているとよい。

この態様によれば、インジェクタ又は点火プラグの先端が隔壁部材を支持するため、雌ねじ孔からの隔壁部材の脱落が防止される。

以上の構成によれば、隔壁部材の脱落を抑制することができる内燃機関の副室構造を提供することができる。

第１実施形態に係る内燃機関の断面図（図２のI−I断面図） 第１実施形態に係る燃焼室壁面を示すシリンダヘッドの底面図 第１実施形態に係る隔壁部材の斜視図 第２実施形態に係る内燃機関の断面図 第２実施形態に係る隔壁部材の斜視図 第３実施形態に係る隔壁部材の斜視図 第４実施形態に係る内燃機関の断面図 第５実施形態に係る内燃機関の断面図 第６実施形態に係る内燃機関の断面図

以下、図面を参照して、本発明を内燃機関に適用した実施形態について説明する。

（第１実施形態）
内燃機関１は、４ストローク機関であり、図１に示すように、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上端面に締結されたシリンダヘッド３とを含むエンジン本体４を有する。シリンダブロック２には、シリンダブロック２の上端面に開口する断面円形のシリンダ５が形成されている。シリンダ５の軸線をシリンダ軸線Ａとする。シリンダヘッド３の下端面においてシリンダ５の上端と対向する部分は、上方に向けて凹み、シリンダ５の上端をなす燃焼室壁面７を形成している。燃焼室壁面７は、いわゆるペントルーフ形に形成されている。

シリンダ５には、ピストン１１がシリンダ軸線Ａに沿って往復動可能に受容されている。燃焼室壁面７と、ピストン１１の冠面とは協働して主燃焼室１２を形成する。ピストン１１は、コンロッドを介してクランクシャフト（不図示）に接続されている。クランクシャフトの延在方向をクランク軸線方向とする。

図１及び図２に示すように、燃焼室壁面７には、２つの吸気ポート１５と、２つの排気ポート１６とが開口している。クランク軸線及びシリンダ軸線Ａに直交する方向を吸排気方向とすると、燃焼室壁面７において、吸排気方向の一側である吸気側に２つの吸気ポート１５が配置され、他側である排気側に２つの排気ポート１６が配置されている。吸気ポート１５及び排気ポート１６の燃焼室壁面７側の開口端は、ポペットバルブである吸気バルブ１７及び排気バルブ１８によって開閉される。

燃焼室壁面７の中央には、上方に向けて凹んだ雌ねじ孔２０が凹設されている。雌ねじ孔２０は、シリンダ軸線Ａと同軸に配置され、内周面に雌ねじ２０Ａを有する。雌ねじ孔２０は、上端に底面２０Ｂを有し、下端において開口している。

雌ねじ孔２０には隔壁部材２３が受容されている。隔壁部材２３は雌ねじ孔２０と協働して副室２４を形成する。図１〜図３に示すように、隔壁部材２３は、円筒形の筒部２３Ａと、筒部２３Ａの下端を閉塞する下壁部２３Ｂとを有し、上方に向けて開口した凹部２３Ｃを形成する。筒部２３Ａの外周面には、雄ねじ２３Ｄが形成されている。

下壁部２３Ｂは、中央部が下方に向けて凸となるように湾曲している。下壁部２３Ｂの主燃焼室１２側に露出した外面の外周部には、隔壁部材２３の軸線を中心とした環状の工具係合部２６が形成されている。工具係合部２６は、隔壁部材２３の外周面から径方向内方に凹んだ複数の凹部２７を含む。各凹部２７は、隔壁部材２３の軸線と略直交する上壁面２７Ａと、上壁面２７Ａからそれぞれ垂下した２つの側壁面２７Ｂとによって画定され、下方かつ径方向外方に向けて開口している。２つの側壁面２７Ｂの境界部は、上下に延びる隅部を形成し、凹部２７において最も径方向内方に位置している。各凹部２７は、隔壁部材２３の軸線を中心とした回転対称形に形成され、周方向に連続して１２個配列されている。なお、凹部２７の数は任意に設定することでき、例えば６個等であってよい。

下壁部２３Ｂには、厚み方向に貫通し、主燃焼室１２と副室２４とを連通する複数の連通孔３４が形成されている。各連通孔３４は、直線状に延び、それぞれの軸線が副室２４内における１つの交点において互いに交差している。すなわち、各連通孔３４は、連通孔３４の軸線の交点を中心とした放射状に延びている。各連通孔３４は、隔壁部材２３の軸線を中心として回転対称形に形成され、それぞれの交点はシリンダ軸線Ａと一致する隔壁部材２３の軸線上に位置している。本実施形態では、連通孔３４は１２個設けられ、隔壁部材２３の軸線を中心として周方向に等間隔に配置されている。各連通孔３４の主燃焼室１２側の開口端は、各凹部２７の底部、すなわち２つの側壁面２７Ｂの境界に開口している。このように、工具係合部２６に連通孔３４を開口させることによって、工具係合部２６及び連通孔３４の配置スペースを縮小することができ、隔壁部材２３の燃焼室壁面７からの突出量を小さくすることができる。

工具係合部２６に対応した工具を係合させ、工具を回転させることによって隔壁部材２３に締め付けトルクを与えることができる。工具は、各凹部２７に係合可能な複数の凸部を備えている。工具を使用した締め付けによって、隔壁部材２３の筒部２３Ａの上端面２３Ｅを雌ねじ孔２０の底面２０Ｂに圧接させ、筒部２３Ａに圧縮反力を生じさせることができる。圧縮反力によって、雌ねじ２０Ａ及び雄ねじ２３Ｄのねじ山は互いに圧接し、隔壁部材２３の雌ねじ孔２０に対する回転が抑制され、隔壁部材２３の脱落が防止される。

雌ねじ孔２０の内周面の底面２０Ｂ側部分には、径方向外方に凹み、周方向に環状に延在した第１係止溝３１が形成されている。筒部２３Ａの外周面の下壁部２３Ｂと相反する側の端部には、径方向内方に凹み、周方向に環状に延在した第２係止溝３２が形成されている。雌ねじ孔２０に隔壁部材２３が装着された状態で、第１係止溝３１と第２係止溝３２とは、径方向に互いに対向している。

図１に示すように、第１係止溝３１及び第２係止溝３２には、Ｃ形の止め輪３３が装着されている。止め輪３３は、第１係止溝３１及び第２係止溝３２に沿って延在し、外周側部分において第１係止溝３１に上下方向において係合し、内周側部分において第２係止溝３２に上下方向において係合し、雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の上下への相対移動を規制する。このように、第１係止溝、第２係止溝３２、及び止め輪３３は、隔壁部材２３の脱落防止手段として機能する。第２係止溝３２に止め輪３３を装着し、止め輪３３を弾性変形によって第２係止溝３２内に埋没させることによって、隔壁部材２３は止め輪３３と共に雌ねじ孔２０に螺入することができる。隔壁部材２３が雌ねじ孔２０に対して所定の位置まで螺入すると、第１係止溝３１と第２係止溝３２とが対向し、止め輪３３は復元して外周側部分が第１係止溝３１内に突入する。

他の実施形態では、止め輪３３は、内燃機関１が停止している冷間時に第２係止溝３２内に位置し、内燃機関１が駆動している熱間時に膨張して第１係止溝３１及び第２係止溝３２に跨る位置に位置するように構成してもよい。例えば、シリンダヘッド３の材質の熱膨張係数以上の熱膨張係数を有する材料によって止め輪３３を形成するとよい。熱間時に止め輪３３はシリンダヘッド３よりも高温になるため、止め輪３３はシリンダヘッド３よりも膨張して第１係止溝３１内に突入することができる。この構成によれば、冷間時には止め輪３３は第２係止溝３２内に位置するため、隔壁部材２３の着脱が可能になる。

工具係合部２６に含まれる角部２８、すなわち凹部２７の縁を画定する稜部は、面取りされていることが好ましい。角部２８は、主燃焼室１２に対して露出し、表面積が大きい。そのため、他の部分に対して高温になり易く、プレイグニッションの起点になる虞がある。面取りによって角部２８が鈍らされることによって、表面積が減少して温度上昇が抑制される。

シリンダヘッド３には、雌ねじ孔２０の底面２０Ｂの中央から上方に延びる接続通路３５と、接続通路３５に接続したインジェクタ孔３６及び点火プラグ孔３７とが形成されている。接続通路３５は、下端において隔壁部材２３の凹部２３Ｃと接続し、副室２４の一部を形成する。インジェクタ孔３６及び点火プラグ孔３７は、上端においてシリンダヘッド３の上面に開口しており、下端において接続通路３５の上端に接続している。インジェクタ孔３６は、クランク軸線と直交する平面上に配置され、上方に向けて吸気側に傾斜している。シリンダ軸線Ａに沿った方向から見てインジェクタ孔３６は、隣り合う吸気ポート１５の間に配置されている。点火プラグ孔３７は、クランク軸線と直交する平面上に配置され、上方に向けて排気側に傾斜している。シリンダ軸線Ａに沿った方向から見てインジェクタ孔３６は、隣り合う排気ポート１６の間に配置されている。

インジェクタ孔３６にはインジェクタ４１が挿入されている。インジェクタ４１は、液体燃料又は気体燃料を噴射する手段である。インジェクタ４１は、先端に燃料を噴射する噴孔を備えたノズル４１Ａを有する。インジェクタ４１は、噴孔を備えたノズル４１Ａの先端が接続通路３５に位置するように配置されている。

点火プラグ孔３７には、スパークプラグである点火プラグ４２が挿入されている。点火プラグ４２は、軸状に延びる本体部４２Ａと、本体部４２Ａの先端中央に設けられた中心電極４２Ｂと、本体部４２Ａの先端周縁から突出した接地電極４２Ｃとを有する。本体部４２Ａの外周面には、雄ねじが形成されており、点火プラグ孔３７の下部に形成された雌ねじに螺合している。中心電極４２Ｂと接地電極４２Ｃの先端部との間は、発火部となり、点火時に中心電極４２Ｂに電圧が印加されることによって火花が発生する。中心電極４２Ｂ及び接地電極４２Ｃは、接続通路３５に配置されている。

燃焼室壁面７における２つの吸気ポート１５の間の部分には上方に凹んだ凹部４５が形成されている。シリンダヘッド３には、吸気側の外側面から凹部４５の側面に延びる第２インジェクタ孔４６が形成されている。第２インジェクタ孔４６には、第２インジェクタ４７が挿入されている。第２インジェクタ４７は、先端の噴孔が主燃焼室１２に配置され、主燃焼室１２に向けて燃料を噴射する。

以上のように構成した内燃機関１の効果について説明する。隔壁部材２３が工具係合部２６を有するため、工具を工具係合部２６に係合させて隔壁部材２３に締め付けトルクを与えることができる。そのため、隔壁部材２３を雌ねじ孔２０にねじ込み、隔壁部材２３の上端面２３Ｅを雌ねじ孔２０の底面２０Ｂに圧接させることができる。これにより、隔壁部材２３に圧縮反力が生じ、雌ねじ２０Ａと雄ねじ２３Ｄとが圧接して雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の回転が抑制される。すなわち、隔壁部材２３を雌ねじ孔２０に締結することができる。

連通孔３４が工具係合部２６の凹部２７に開口し、工具係合部２６と連通孔３４とが同位置に設けられるため、隔壁部材２３の燃焼室壁面７からの突出量を抑制することができる。これにより、隔壁部材２３が主燃焼室１２の容積を縮小することが避けられる。

工具係合部２６の角部２８が面取りされているため、角部２８の表面積が減少して隔壁部材２３と燃焼ガスとの熱交換が抑制され、工具係合部２６の加熱が抑制される。これにより、工具係合部２６を起点としたプレイグニッションが抑制される。

（第２実施形態）
第２実施形態では第１実施形態と比較して隔壁部材２３における連通孔３４の位置が異なり、他の構成は同様である。図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る隔壁部材２３は、各連通孔３４の主燃焼室１２側の開口端が下壁部２３Ｂの工具係合部２６よりも中心側の表面に開口している。連通孔３４は、工具係合部２６からずれた位置に配置してもよく、シリンダ軸線Ａに対して任意の角度をなすことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では第１実施形態と比較して隔壁部材２３における工具係合部２６及び連通孔３４の位置が異なり、他の構成は同様である。図６に示すように、第３実施形態に係る隔壁部材２３では、工具係合部２６は下壁部２３Ｂの主燃焼室１２側に露出した面の中央に突設された凸部５１である。凸部５１は、例えば六角柱や四角柱に形成されているとよい。凸部５１は、下壁部２３Ｂにおいて、円周上に配置された複数の連通孔３４の内側に配置されているとよい。また、凸部５１は、締結部材が雌ねじ孔２０に締結された後に、切削加工、切断加工、及び研磨加工の少なくとも１つによって除去可能に構成されている。すなわち、隔壁部材２３が雌ねじ孔２０に組み付けられた後には、凸部５１である工具係合部２６は除去されて下壁部２３Ｂに存在しない。

工具係合部２６が除去されることによって、主燃焼室１２の容積が増加する。また、工具係合部２６が隔壁部材２３から除去されることによって、隔壁部材２３の熱容量が減少し、吸気行程において隔壁部材２３が冷却され易くなる。これにより隔壁部材２３の温度が低下し、隔壁部材２３を起点としたプレイグニッションが抑制される。下壁部２３Ｂにおいて凸部５１が複数の連通孔３４よりも先端側に配置されているため、凸部５１を切削等によって除去する際に連通孔３４に凸部５１の切り屑が進入し難い。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１〜第３実施形態と比較して隔壁部材２３の脱落防止手段としての第１係止溝３１、第２係止溝３２及び止め輪３３が省略されている。また、図７に示すように、点火プラグ孔３７は、雌ねじ孔２０の内周面に開口し、隔壁部材２３の筒部２３Ａには厚み方向に貫通して点火プラグ孔３７に接続する挿通孔５３が形成されている。点火プラグ孔３７及び挿通孔５３は互いに同軸に配置され、シリンダ軸線Ａに対して傾斜して配置されている。点火プラグ４２の先端部は挿通孔５３内に突入し、雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の回転を規制する。これにより、雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の脱落が防止される。この場合、インジェクタ孔３６及びインジェクタ４１は、シリンダ軸線Ａに沿って配置されるとよい。

（第５実施形態）
第５実施形態では、第１〜第３実施形態と比較して隔壁部材２３の脱落防止手段としての第１係止溝３１、第２係止溝３２及び止め輪３３が省略されている。また、図８に示すように、インジェクタ孔３６は、雌ねじ孔２０の内周面に開口し、隔壁部材２３の筒部２３Ａには厚み方向に貫通して点火プラグ孔３７に接続する挿通孔５３が形成されている。インジェクタ孔３６及び挿通孔５３は互いに同軸に配置され、シリンダ軸線Ａに対して傾斜して配置されている。インジェクタ４１のノズル４１Ａの先端部は挿通孔５３内に突入し、雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の回転を規制する。これにより、雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の脱落が防止される。この場合、点火プラグ孔３７及び点火プラグ４２は、シリンダ軸線Ａに沿って配置されるとよい。

（第６実施形態）
第６実施形態では、第１〜第３実施形態と比較して隔壁部材２３の脱落防止手段としての第１係止溝３１、第２係止溝３２及び止め輪３３が省略され、代わりに隔壁部材２３の筒部２３Ａの下端部が加締めによって燃焼室壁面７の雌ねじ孔２０の開口端の周縁に結合されている。図９に示すように、燃焼室壁面７の雌ねじ孔２０の周囲に少なくとも１つの係止片５５が突設されている。係止片５５は、雌ねじ孔２０に隔壁部材２３が装着された後に径方向内方に屈曲するように加締められる。加締められた係止片５５は、凹部２７内に突入し、凹部２７と係合する。係止片５５が凹部２７を係止することによって、隔壁部材２３は雌ねじ孔２０に対して回転が規制される。これにより、隔壁部材２３の雌ねじ孔２０からの脱落が防止される。

第６実施形態の変形例として、係止片５５は、凹部２７に代えて隔壁部材２３の下壁部２３Ｂの外面に当接し、隔壁部材２３を下方から支持する構成としてもよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、雌ねじ孔２０に対する隔壁部材２３の回転が規制するために、隔壁部材２３の下壁部２３Ｂの外周部と雌ねじ孔２０の開口端の縁部とは溶接されてもよい。

１ ：内燃機関
３ ：シリンダヘッド
７ ：燃焼室壁面
１１ ：ピストン
１２ ：主燃焼室
２０ ：雌ねじ孔
２３ ：隔壁部材
２３Ａ ：筒部
２３Ｂ ：下壁部
２３Ｃ ：凹部
２３Ｄ ：雄ねじ
２３Ｅ ：上端面
２４ ：副室
２６ ：工具係合部
２７ ：凹部
２８ ：角部
３１ ：第１係止溝
３２ ：第２係止溝
３３ ：止め輪
３４ ：連通孔
４１ ：インジェクタ
４２ ：点火プラグ
５１ ：凸部
５３ ：挿通孔
５５ ：係止片
Ａ ：シリンダ軸線

Claims (6)

1. シリンダヘッドの下端面に形成され、ピストンと協働して主燃焼室を形成する燃焼室壁面と、
   前記燃焼室壁面に凹設され、内周面に雌ねじを備えた雌ねじ孔と、
   前記雌ねじと螺合する雄ねじを外周面に備え、前記雌ねじ孔に前記主燃焼室側から螺入され、前記雌ねじ孔と協働して副室を形成する隔壁部材とを有し、
   前記隔壁部材は、前記主燃焼室側に露出した外面に形成された工具係合部と、前記主燃焼室と前記副室とを接続する複数の連通孔とを有することを特徴とする内燃機関の副室構造。
2. 前記工具係合部は、前記隔壁部材の外周面から径方向内方に凹んだ複数の凹部を含み、
   前記凹部に前記連通孔が開口していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の副室構造。
3. 前記工具係合部に含まれる角部は面取りされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の副室構造。
4. 前記工具係合部は、前記隔壁部材の前記主燃焼室側に露出した外面から突出し、除去可能に形成された凸部であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の副室構造。
5. 前記雌ねじ孔の内周面には周方向に延在する環状の第１係止溝が形成され、
   前記隔壁部材の外周面の前記第１係止溝に対向する部分には第２係止溝が形成され、
   前記第１係止溝及び前記第２係止溝には、それぞれに係合するＣ形の止め輪が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の内燃機関の副室構造。
6. 前記隔壁部材は、前記雌ねじ孔の軸線に対して傾斜した軸線を備えた貫通孔を有し、
   前記貫通孔には、インジェクタ又は点火プラグの先端が挿入されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の内燃機関の副室構造。

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