DE2700677A1

DE2700677A1 - Zuendanlage, insbesondere fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2700677A1
Application number: DE19772700677
Authority: DE
Inventors: Ingo Dr Ing Gorille; Gerd Dipl Ing Hoehne; Herman Roozenbeek; Gerhard Dipl Ing Soehner; Peter Dipl Ing Werner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-08
Filing date: 1977-01-08
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2700677C2; JPS5387867A; FR2376953A1; GB1588470A; FR2376953B1; US4185603A; JPS6155614B2

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Zündanlage, insbesondere für Brennkraftmaschinen Zusammenfassung

Es wird eine Zündanlage, insbesondere für Brennkraftmaschinen, vorgeschlagen, die verhindern soll, daß durch Schwankungen der Versorgungsspannung der Endstufentransistor im Regelbereich betrieben wird, wodurch neben der Entstehung von Verlustleistung auch die Lebensdauer der betreffenden Bauteile verringert wird. Die Zündanlage umfaßt eine von einem Winkelmarkengeber gesteuerte Schließwinkelsteuerungsvorrich- tung für den Endstufentransistor im Primärstromkreis der Zündspule, wobei der Schließwinkelsteuerungsvorrichtung wenigstens ein Zeitglied zugeordnet ist, durch das die Schließzeit (Schließwinkel) des Endstufentransistors beeinflußbar ist. Die Standzeit des Zeitglieds ist durch die Versorgungsspannung für die Zündanlage steuerbar.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zündanlagen mit Schließwinkelsteuerungsvorrichtungen sind vielfach bekannt. Bei diesen bekannten Zündanlagen wird zwar die Schließzeit in Abhängigkeit der Drehzeit variiert, damit der Endstufentransistor seinen Regelbereich gerade erreicht, aber möglichst nicht in ihm verweilt, jedoch stimmen diese Verhältnisse bei einer sich verändernden Versorgungsspannung nicht mehr. Ist die Spannungsquelle z.B. eine Batterie, so muß entweder die Schließzeit so eingestellt werden, daß bei voller Batteriespannung ein Betrieb im Regelbereich erfolgt und bei entladender Batterie der Regelbereich gerade noch erreicht wird, oder aber bei voller Batterie wird der Regelbereich gerade erreicht und bei entladener Batterie sinkt die in der Zündspule gespeicherte Energie stark ab.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei variabler Batteriespannung immer eine optimale Schließzeit des Endstufentransistors erreichbar ist, indem bei steigender Batteriespannung die Schließzeit abnimmt und bei sinkender Batteriespannung zunimmt. Die Verlustleistung für Schaltgerät, Zündspule und Vorwiderstände wird dadurch minimisiert. Es wird gleichzeitig eine automatische Startanhebung bei Brennkraftmaschinen gewonnen, indem bei niedriger Batteriespannung während des Anlaßvorganges automatisch die Schließzeit verlängert wird. Das Bordnetz wird minimal belastet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist, als Zeitglied eine von einem Winkelmarkengeber gesteuerte Lade-/Entladestromquelle für einen Kondensator

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in Verbindung mit einem Komparator vorzusehen, der die
Kondensatorspannung mit einem Schwellwert vergleicht und
dessen Ausgangssignal zum Schließen des elektrischen
Schalters diesem zuführbar ist. Variationen hierzu sind
die Addition, bzw. die Subtraktion dieses Komparatorsignals mit dem Signal des Winkelmarkengebers. Hierdurch ergibt
sich eine in jedem Drehzahlbereich der Batteriespannung
angepaßte Regelung des Schließ-/Öffnungsverhältnisses,
d.h. bei niedriger Batteriespannung folgt keine oder nur
eine geringfügige Absenkung der Zündspannung und bei hoher Batteriespannung werden Transistor und Zündspule geschont.

Weiterhin ist besonders vorteilhaft, ein zweites Zeitglied zur Einstellung einer minimalen Offenzeit dem ersten Zeitglied parallel zu schalten. Es ergibt sich eine maximale
Stromflußzeit und damit eine möglichst hohe Zündspannung
im oberen Drehzahlbereich. Es kann weiterhin ein "Energie-Restspeicher-Effekt" besonders bei niedriger Batteriespannung erzielt werden, d.h. ein Wiedereinschalten des Primärstroms, bevor alle im Magnetfeld der Zündspule gespeicherte Energie verbraucht ist. Bei Drehzahländerungen ergibt sich ein günstiges Übergangsverhalten.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 ein Funktionsdiagramm Schließwinkelverhältnis/Drehzahl, Fig. Ί ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels.

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Beschreibung der Erfindung

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundener Geber 10 mit einer vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildeten Impulsformerstufe 11 verbunden. Der Geber ist in der Darstellung als induktiver Geber ausgebildet, jedoch ist z.B. auch eine Ausführung als Unterbrecherkontakt oder als Hall-Geber möglich. Der mit einer Klemme 12 verbundene Ausgang der Impulsformerstufe 11 ist über ein ODER-Gatter 13 und weiterhin über ein UND-Gatter 14 mit einer Klemme 15 verbunden, die die Eingangsklemme für eine an sich bekannte Zündungsendstufe 16 darstellt. Dabei ist die Klemme 15 mit dem Steuereingang eines elektrischen Schalters l60 verbunden, der vorzugsweise als steuerbarer Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor, ausgebildet ist. Eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannung verbundene Klemme l6l ist über die Primärwicklung einer Zündspule 162 und die Schaltstrecke des elektrischen Schalters 160 an Masse angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt zwischen der Schaltstrecke des elektrischen Schalters 160 und der Primärwicklung der Zündspule 162 ist über die Sekundärwicklung dieser Zündspule 162 mit einer Zündstrecke I63 verbunden, deren zweiter Anschluß an Masse liegt. Die Zündstrecke I63 ist bei einer Brennkraftmaschine üblicherweise als Zündkerze ausgebildet. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise ein Hochspannungsverteiler vorgesehen sein.

Die Klemme 12 ist über eine erste Stromquelle 17 und über einen Kondensator l8 an Masse angeschlossen. Die die positive Versorgungsspannung führende Klemme I6I ist an einem Steuereingang der Stromquelle 17 angeschlossen zur Veränderung des gelieferten Stroms in Abhängigkeit von der anliegenden Versorgungsspannung. Eine solche Stromquelle kann in bekannter Weise z.B. dadurch realisiert sein, daß ein Transistor über einen Spannungsteiler durch die Versorgungsspannung angesteuert wird. Der Verknüpfungspunkt

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zwischen der ersten Stromquelle 17 und dem Kondensator l8 ist über einen Komparator 20 an einen zweiten Eingang des ODER-Gatters 13 angeschlossen. Parallel zum Kondensator ist eine zweite Stromquelle 19 als Entladestromquelle geschaltet. Die Auslösung des Entladevorgangs erfolgt über die Klemme 12. Eine stabilisierte Spannungsquelle 21 ist über einen aus zwei Widerständen 22, 23 bestehenden Spannungsteiler an Masse angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt der beiden Widerstände 22, 23 ist an den Vergleichseingang des Komparators 20 angeschlossen. Der Widerstand 23 ist als verstellbarer Widerstand zur Einstellung des Vergleichswerts am Komparator 20 ausgebildet.

Die Klemme 12 ist weiterhin über eine monostabile Schaltstufe mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters l'l verbunden. Die die Versorgungsspannung führende Klemme l6l ist mit einem Steuereingang zur Veränderung der Standzeit der monostabilen Schaltstufe in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung verbunden. Solche einstellbaren monostabilien Schaltstufen sind an sich bekannt und können z.B. dadurch realisiert sein, daß zur Aufladung des Kondensators in der monostabilen Schaltstufe eine spannungsgesteuerte Stromquelle geschaltet ist. Eine weitere Möglichkeit besteht z.B. darin, die Versorgungsspannung über einen aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler so anzukoppeln, daß die geteilte Spannung das Emitterpotential des Schaltschwellentransistors der monostabilen Schaltstufe darstellt.

Um einen Ruhestrom zu vermeiden ist die stabilisierte Spannungsquelle 21 weiterhin über einen Ladewiderstand 25 und einen zweiten Kondensator 26 mit Masse verbunden. Parallel zum Kondensator 26 ist die Schaltstrecke eines Entladetransistors 27 geschaltet, dessen Steuereingang über ein Differenzierglied 28 an die Klemme 12 angeschlossen ist. Der Verknüpfungspunkt zwischen dem Ladewiderstand 25 und dem Kondensator 26 ist über eine vorzugsweise als Z-Diode ausgebildete Schwellwertstufe 29 mit dem Steuereingang

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eines weiteren Transistors 30 verbunden, dessen Schaltstrecke die Klemme 15 mit Masse verbindet.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel soll im folgenden unter Zuhilfenahme der Fig. 2 und 3 erläutert werden. Ein Signal des Gebers 10 wird in der Impulsformerstufe 11 in ein Rechtecksignal A umgewandelt. Durch die Rotorgeometrie des Gebers kann z.B. ein Tastverhältnis von 40 % eingestellt werden. Durch ein solches Signal A wird die erste Stromquelle 17 eingeschaltet und die zweite Stromquelle 19 gesperrt. Dadurch lädt sich der Kondensator 18 entsprechend dem Signalverlauf B auf. Mit dem Signalende eines Signals A wird die erste Stromquelle 17 gesperrt und die Entladestromquelle 19 eingeschaltet. Der Kondensator l8 entlädt sich. Durch den Spannungsteiler 22, 23 wird am Komparator 20 ein Schwellwert Us eingestellt. Ist der Schwellwert Us durch die Kondensatorspannung des Kondensators 18 unterschritten, so gibt der Komparator 20 ein Signal C ab. Dieses Signal C summiert sich durch das ODER-Gatter 13 mit dem Signal A, wodurch am Ausgang des ODER-Gatters 13 das Signal D anliegt. Durch die Abfallflanke des Signals A wird die monostabile Schaltstufe 2k ausgelöst, wodurch für die Dauer ihrer Standzeit an ihrem Ausgang das Signal E verschwindet. Dadurch ergibt sich an der Klemme 15 der Signalverlauf F. Dieses Signal F dient zur Ansteuerung, gegebenenfalls über Treiberütufen, des Endstufentransistors l60 und gibt dessen Schließzeit vor. Während dieser Schließzeit baut sich ein Strom in der Primärwicklung der Zündspule l62 auf, wodurch am Ende der Schließzeit ein Zündfunke an der Zündstrecke 163 ausgelöst wird. Die Schließzeit ist dabei so eingestellt, daß der Strom gerade seine Sättigung erreicht, jedoch nicht im Sättigungsbereich verweilt, um eine möglichst geringe Verlustleistung und eine Schonung der beteiligten Bauelemente zu erreichen.

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Bei niedrigen Drehzahlen wird die Schwellspannung Us durch die Kondensatorspannung des Kondensators 18 für eine lange Zeit überschritten, so daß das Signal F im wesentlichen dem Signal A entspricht. Das Tastverhältnis Schließwinkel/ Offenzeit bleibt ungefähr konstant. Bei steigender Drehzahl wird der Schwellwert Us für eine immer kürzere Zeit überschritten, da die Lade- und Entladezeit des Kondensators l8 immer geringer wird. Mit steigender Drehzahl nimmt somit das prozentuale Schließwinkelverhältnis zu, wie es in Fig. dargestellt ist. Dieser Anstieg dauert solange, bis die durch die monostabile Schaltstufe 2¹I eingestellte Offenzeit erreicht ist, d.h. bis das Signal D länger wird als das Signal E. In diesem Falle stimmt das Signal F nicht mehr mit dem Signal B sondern nunmehr mit dem Signal E überein. Das prozentuale Schließwinkelverhältnis ändert sich mit steigender Drehzahl η nicht mehr.

Durch die Steuerung der Stromquelle 17, sowie der monostabilen Schaltstufe 2¹I durch die Versorgungsspannung wird die in Fig. dargestellte Kurve bei sinkender Versorgungsspannung angehoben. Die Kurve Ul zeigt die Verhältnisse bei höherer und die Kurve U2 die Verhältnisse bei geringerer Versorgungsspannung. Die Anhebung des waagrechten Teils der Kurve ist dabei durch die spannungsabhängige Steuerung (höhere Spannung-Hängere Standzeit) der monostabilen Schaltstufe 24 vorgegeben und die Anhebung des ansteigenden Teils der Kurve durch die spannungsabhängige Steuerung (höhere Spannung-^höherer Strom) der Stromquelle 17.

Statt der spannungsabhängigen Steuerung der Stromquelle 17 ist prinzipiell auch eine spannungsabhängige Steuerung der Stromquelle 19 oder aber eine spannungsabhängige Steuerung beider Stromquellen 17, 19 möglich. Weiterhin kann, wie in den Fig. ty und 5 noch näher erläutert wird, auch der Spannungsteiler 22, 23 mit der Versorgungsspannung beaufschlagt werden, um eine spannungsabhängie Verschiebung des Schwellwerts zu erreichen.

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Das in Fig. Ί dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist ähnlich aufgebaut. Bereits beschriebene Bauteile tragen dieselben Bezugs zeichen. Die Ladestromquelle 17 für den Kondensator l8 ist als Widerstand ausgebildet und somit nicht steuerbar. Die Entladestromquelle 19 ist parallel zur Ladestromquelle 17 geschaltet und besteht ebenfalls aus einem Widerstand I90, sowie einer Entkopplungsdiode I9I· Der Spannungsteiler 22, 23 ist an die die Versorgungsspannung führende Klemme I6I angeschlossen. Die Klemme 12 ist über einen Inverter 21 an einen Eingang eines NOR-Gatters 32 angeschlossen, dessen Ausgang mit einer Klemme 33 verbunden ist. Soll das an der Klemme 33 anliegende Signal die Schließzeit des Transistors I6O vorgeben, so muß die Klemme 33 mit der Klemme 15 verbunden sein. Soll dagegen eine minimale Offenzeit gemäß Fig. 1 zusätzlich vorgesehen werden, so ist die Klemme 33 anstelle des Ausgangs des ODER-Gatters 13 an einen Eingang des UND-Gatters 14 anzuschließen. Der Ausgang des Komparators 20 ist an einen zweiten Eingang des NOR-Gatters 32 angeschlossen. Zwischen den Ausgang und den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 20 ist ein Mitkopplungswiderstand 3Ί zur Einstellung der Hysterese des Komparators geschaltet. Parallel zum Widerstand 23 ist ein Entstörkondensator 35 geschaltet. Dieser Entstörkondensator greift in die Mitkopplung ein und reduziert durch dieses Zusammenwirken vorteilhaft Störungen.

Die Wirkungsweise des in Fig. ¹J dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 5 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Die Erzeugung der Signale A, B, C erfolgen analog dem ersten AusfUhrungsbeispiel. Soll die Ladung und Entladung des Kondensators l8 symmetrisch erfolgen, so kann die zweite Stromquelle 19 entfallen und der Kondensator l8 entlädt sich ausschließlich über den Widerstand 17. Zweckmäßigerweise wird jedoch der Entladevorgang beschleunigt ausgelegt, um bei hohen Drehzahlen keine Schwierigkeiten zu bekommen. Das Signal G ist das invertierte Signal A. Im NOR-Gatter 32 werden die Signale C und G zum Signal H

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verknüpft, d.h. vom Signal A wird der überlappende Teil des Signals C abgezogen. Die prozentuale Signallänge des Signals A muß für dieses Ausführungsbeispiel größer ausgelegt werden. Eine Absenkung der Versorgungsspannung bewirkt eine Absenkung des Schwellwerts Us, wodurch das Signal C verkürzt wird. Eine Verkürzung des Signals C bewirkt wiederum eine Verlängerung eines Signals H. Dies führt entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel zu einer Anhebung der prozentualen Schließzeit bei sinkender Versorgungsspannung.

Unter Wegfall des Inverters 31 und des NOR-Gatters 32 kann der Ausgang des Komparators 20 direkt mit der Klemme 33 verbunden werden, wenn die durch die Entladestromquelle 19 festgelegte Zeitkonstante hinreichend klein gemacht wird, d.h. der Entladevorgang hinreichend schnell erfolgt. In diesem Fall ist das Signalende des Signals A nahezu identisch mit dem Signalbeginn des Signals C. Wird nun der invertierende und der nichtinvertierende Eingang des Komparators 20 vertauscht, so ist das Signal C nahezu identisch mit dem Signal H.

Die beschriebenen Schaltungen können auch lediglich zur Korrektur einer aufwendigeren, insbesondere digitalen, Schließwinkelsteuerungsvorrichtung vorgesehen sein. In diesem Falle wird die Klemme 12 nicht mit dem Geber 10 sondern mit dem Ausgang einer solchen Schließwinkelsteuerungsvorrichtung verbunden.

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Claims

Ansprüche

..) Zündanlage, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer Zündspule, in deren Primärstromkreis ein elektrischer
Schalter und in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke geschaltet ist und mit einer Schließwinkelsteuerungsvorrichtung für den elektrischen Schalter, die mit einem Winkelmarkengeber verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließwinkelsteuerungsvorrichtung wenigstens ein Zeitglied (17 - 20, 24) zugeordnet ist, durch das die Schließzeit (Schließwinkel) des elektrischen
Schalters (l6O) beeinflußbar ist und daß die Standzeit
des Zeitglieds durch die Versorgungsspannung für die
Zündanlage steuerbar ist.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (17 - 20) aus einer vom Winkelmarkengeber (10) gesteuerten Lade-/Entladestromquelle (17, 19) für
einen Kondensator (18), sowie aus einem Komparator (20) besteht, der die Kondensatorspannung mit einem Schwellwert (Us) vergleicht und daß die Ausgangsspannung des
Komparators (20) zum Schließen des elektrischen Schalters (160) diesem zuführbar ist.
3· Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (160) zusätzlich durch ein Signal (A) des Winkelmarkengebers (10) schließbar ist.

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4. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied aus einer vom Winkelmarkengeber (10) gesteuerten Lade-/Entladestmquelle (17 > 19) für einen Kondensator (18), sowie aus einem Komparator (20) besteht, der die Kondensatorspannung mit einem Schwellwert (Us) vergleicht und daß ein Signal zum Schließen des elektrischen Schalters (l60) diesem zufUhrbar ist, das sich durch eine logische Schaltungsanordnung (31, 32) ergibt, wenn gleichzeitig ein Winkelmarkensignal und kein Schwellwertsignal durch Unterschreiten des Schwellwerts vorliegt.
5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und/oder Entladestromquelle (17, 19) durch die Versorgungsspannung steuerbar ist.
6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert für den Komparator (20) durch die Versorgungsspannung steuerbar ist.
7. Zündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert durch einen an die Versorgungsspannung angelegten Spannungsteiler (22, 23) gebildet ist.
8. Zündanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (20) ein Mitkopplungsglied (3¹I) aufweist.

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9. Zündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verknüpfungspunkt des Mitkopplungsglieds (3'0 mit einem Eingang des Komparators (20) über einen Entstörkondensator (35) an Masse angeschlossen ist.
10. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Zeitglied (2*1) zur Einstellung einer minimalen Offenzeit dem ersten Zeitglied (17 - 20) parallel geschaltet ist.
11. Zündanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Standzeit des zweiten Zeitglieds (24) durch die Versorgungsspannung steuerbar ist.
12. Zündanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitglied (24) durch eine die Zündung bewirkende Signalflanke auslösbar ist und daß eine logische Verknüpfung (I¹I) der Ausgangssignale der beiden Zeitglieder (17 - 20, 2k) vorgesehen ist, durch die während der Standzeit des zweiten Zeitglieds der elektrische Schalter (160) offengehalten wird.

13· Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ruhestromabschaltvor richtung (25 - 30) vorgesehen ist.

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.Zündanlage nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß durch während des Betriebs der Zündanlage periodisch auftretende Signale über ein Differenzierglied (28) ein elektrischer Entladeschalter (27) für einen an eine Spannungsquelle (21) angeschlossenen Kondensator (26) betätigbar ist und daß die Kondensatorspannung über eine Schwellwertstufe (29) einem Kurzschlußschalter (30) zuführbar ist, zum Kurzschließen der Steuerspannung für den elektrischen Schalter (160) im Primärstromkreis der Zündspule (162).

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