KR101610061B1 - Exhaust gas purification system of vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명의 예시적인 실시예는에 따른 차량의 배기 가스 정화장치는, 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하기 위한 것으로서, DOC-DPF 촉매의 후단에 설치되는 SCR 촉매와, 상기 DOC-DPF 촉매의 전단에 설치되어 배기 가스의 스트림 방향으로 환원제를 분무하는 인젝터를 포함하고, 상기 DOC-DPF 촉매는 담체에 촉매 물질이 코팅된 코팅 영역과 촉매 물질이 코팅되지 않은 비코팅 영역으로 이루어지며, 상기 인젝터는 상기 DOC-DPF 촉매의 비코팅 영역을 통해 환원제를 분사하는 것을 특징으로 한다.An exhaust gas purifying apparatus for a vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention is an apparatus for purifying an exhaust gas discharged from an engine of a vehicle. The apparatus includes an SCR catalyst disposed downstream of a DOC-DPF catalyst, Wherein the DOC-DPF catalyst comprises a coating region coated with a catalyst material and an uncoated region coated with a catalyst material, wherein the DOC-DPF catalyst is formed on the carrier, The injector injects the reducing agent through the non-coated region of the DOC-DPF catalyst.
Description
본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 배기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 가스 중의 공해 물질을 저감시킬 수 있는 배기 가스 정화장치에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to an exhaust system of a vehicle, and more particularly, to an exhaust gas purifier capable of reducing pollutants in exhaust gas.
일반적으로, 엔진의 배기 시스템은 배기 가스 중에 함유된 공해 물질인 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF((Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction) 등과 같은 배기가스 후처리장치를 구비하고 있다.Generally, the exhaust system of an engine is divided into DOC (Diesel Oxidation Catalyst), DPF (Diesel Particulate matter Filter), SCR (Selective Catalyst Reduction) and the like to reduce nitrogen oxide (NOx) And the same exhaust gas post-treatment device.
이 중에서, SCR은 인젝터를 통해 배기 가스의 스트림 방향으로 분사되는 환원제(요소)가 배기 가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기 가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키는 것이다.In the SCR, the reducing agent (urea) injected in the stream direction of the exhaust gas through the injector is converted into ammonia (NH 3 ) by the heat of the exhaust gas, and the catalytic reaction of the nitrogen oxide and ammonia in the exhaust gas by the SCR catalyst Nitrogen oxides are reduced to nitrogen gas (N 2 ) and water (H 2 O).
상기에서와 같은 DOC, DPF, 및 SCR을 채용한 종래 기술의 배기 가스 정화장치는 일 예로서 도 2에서와 같이, 배기 파이프(1)의 내부에 DOC(2)와 DPF(3)를 배기 가스의 스트림 방향으로 장착하고, 그 DPF(3)의 후단으로 SCR(4)을 장착하고 있다.2, the
또한, DPF(3)의 후단에서 SCR(4)의 전단 사이는 환원제와 배기 가스의 혼합 영역으로서 그 혼합 영역에는 인젝터(5)를 장착하고 있다.Between the rear end of the
이 경우는 환원제의 공급원인 인젝터(5)를 DPF(3)의 후단에서 SCR(4)의 전단 사이에 장착하므로, DPF(3)의 후단에서부터 SCR(4)의 전단까지 대략 800~1500mm 정도로 긴 분무 및 혼합 영역을 필요로 한다.In this case, since the
아울러, 종래 기술에서는 상기한 혼합 영역에 대한 환원제의 무화 및 증발 성능을 개선하기 위해 환원제와 배기 가스를 혼합하는 혼합 촉진 장치로서의 믹서(7)를 설치하고 있다.In addition, in the prior art, a
그런데, 종래 기술에서는 DPF(3)의 후단에서 SCR(4)의 전단 사이에 인젝터(5)를 설치하므로, 환원제와 배기 가스의 분무 및 혼합 영역이 실질적으로 길어지고 SCR(4)의 위치가 엔진으로부터 더욱 멀어지게 되는 바, 이로 인해 열적 손실을 야기시킬 뿐만 아니라, 배기 파이프(프론트 파이프)의 구조가 복잡해지고, 부피가 증가하게 되는 등 차체 하부 배기계 레이아웃 설계의 자유도를 악화시키고 있다.However, in the prior art, since the
또한, 종래 기술에서는 환원제와 배기 가스의 혼합 영역에 믹서(7)를 설치하므로, 배기 파이프(1)의 내부에 믹서(7)를 추가로 장착함에 따른 배압 증가 및 원가 상승을 유발하게 된다.Further, in the prior art, since the
이를 개선하기 위해 종래 기술에서는 DPF(3)의 전단에 인젝터(5)를 구성하는 기술이 개시된 바 있으나, 이 또한 DOC(2)와 DPF(3) 사이에 일정 수준 이상의 공간을 필요로 하므로, 패키지의 단순화 측면에서 큰 효과를 기대하기는 힘든 실정이다.In order to solve this problem, in the prior art, a technique for constructing the
본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 인젝터의 장착 위치를 개선하여 환원제와 배기 가스의 혼합 영역을 축소시킬 수 있도록 한 차량의 배기 가스 정화장치를 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention has been made to solve the above problems and provides an exhaust gas purifying apparatus for a vehicle which can reduce a mixing area of a reducing agent and an exhaust gas by improving the mounting position of the injector .
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예는에 따른 차량의 배기 가스 정화장치는, 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하기 위한 것으로서, DOC-DPF 촉매의 후단에 설치되는 SCR 촉매와, 상기 DOC-DPF 촉매의 전단에 설치되어 배기 가스의 스트림 방향으로 환원제를 분무하는 인젝터를 포함하고, 상기 DOC-DPF 촉매는 담체에 촉매 물질이 코팅된 코팅 영역과 촉매 물질이 코팅되지 않은 비코팅 영역으로 이루어지며, 상기 인젝터는 상기 DOC-DPF 촉매의 비코팅 영역을 통해 환원제를 분사하는 것을 특징으로 한다.To this end, an exhaust gas purifying apparatus for a vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention is provided for purifying exhaust gas discharged from an engine of a vehicle, including an SCR catalyst provided at the rear end of the DOC-DPF catalyst, The DOC-DPF catalyst includes a coating region coated with a catalyst material and an uncoated region coated with a catalyst material, wherein the coating region is coated with a catalytic material and the non- , The injector injects a reducing agent through an uncoated region of the DOC-DPF catalyst.
상기 차량의 배기 가스 정화장치에 있어서, 상기 인젝터는 상기 DOC-DPF 촉매의 비코팅 영역과 일직선을 이루며 상기 DOC-DPF 촉매의 전단에 설치될 수 있다.In the apparatus for purifying exhaust gas of the vehicle, the injector may be disposed in front of the DOC-DPF catalyst in a straight line with the uncoated region of the DOC-DPF catalyst.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기 가스 정화장치에 의하면, 인젝터를 DOC 촉매의 전단에 설치함과 아울러 DOC 촉매와 DPF 촉매에 비코팅 영역을 형성하므로, DOC 촉매와 DPF 촉매에서 암모니아의 산화 반응을 유발시키지 않으면서 암모니아를 SCR 촉매로 유입시킬 수 있다.According to the exhaust gas purifying apparatus for a vehicle according to the exemplary embodiment of the present invention as described above, since the injector is disposed at the front end of the DOC catalyst and the uncoated region is formed in the DOC catalyst and the DPF catalyst, The ammonia can be introduced into the SCR catalyst without causing the oxidation reaction of the ammonia in the catalyst.
따라서, 본 실시예에서는 인젝터를 DOC 촉매의 전단에 설치함으로, DPF 촉매의 후단에서부터 SCR 촉매까지의 배기 가스와 환원제의 혼합 영역을 축소시킬 수 있다.Therefore, in this embodiment, the injector is disposed at the front end of the DOC catalyst, so that the mixed region of the exhaust gas and the reducing agent from the rear end of the DPF catalyst to the SCR catalyst can be reduced.
이로써, 본 실시예에서는 배기 가스와 환원제의 혼합 영역을 축소시킬 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 믹서를 삭제할 수 있고, SCR 촉매가 엔진으로부터 가깝게 위치하기 때문에 열적 손실을 줄일 수 있으며, 차체 하부 배기계 레이아웃 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.Thus, in the present embodiment, the mixing area of the exhaust gas and the reducing agent can be reduced, so that the mixer as in the prior art can be eliminated, the SCR catalyst can be located close to the engine and the thermal loss can be reduced, The degree of freedom of design can be improved.
특히, 본 실시예에서는 환원제의 무화 및 증발 성능 개선을 위한 믹서를 삭제할 수 있으므로, 배기 파이프 내에 믹서를 추가로 장착함에 따른 배압 증가 및 원가 상승을 방지할 수 있다.Particularly, in this embodiment, since the mixer for improving the atomization and evaporation performance of the reducing agent can be eliminated, it is possible to prevent the back pressure increase and the cost increase due to the additional mounting of the mixer in the exhaust pipe.
그리고, 본 실시예에서는 DOC 촉매의 전단이 DPF 촉매의 후단에 비하여 고온 조건이므로 냉 시동 시 인젝터를 통한 환원제의 최초 분사 시점을 단축시킬 수 있기 때문에, 환원제의 증발 및 열분해 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.In this embodiment, since the front end of the DOC catalyst is in a high-temperature condition as compared with the downstream end of the DPF catalyst, the initial injection timing of the reducing agent through the injector can be shortened during the cold start, thereby further improving the evaporation and pyrolysis performance of the reducing agent .
또한, 본 실시예에서는 배기 가스와 환원제의 혼합 영역을 축소시킬 수 있으므로, 언더 바디의 SCR 시스템 특히, 프론트 파이프의 단순화 및 부피를 축소시킬 수 있다.Further, in this embodiment, since the mixed region of the exhaust gas and the reducing agent can be reduced, the simplification and the volume of the under-body SCR system, particularly, the front pipe can be reduced.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기 가스 정화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 차량의 배기 가스 정화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a view schematically showing an exhaust gas purifying apparatus for a vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing an exhaust gas purifying apparatus for a vehicle according to the prior art.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. .
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기 가스 정화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an exhaust gas purifying apparatus for a vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기 가스 정화장치(100)는 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 정화하기 위한 배기가스 후처리 시스템에 적용될 수 있다.Referring to the drawings, an exhaust
본 실시예에 의한 상기 배기 가스 정화장치(100)는 기본적으로, 배기 파이프(10)의 도중에 구성되는 DOC 촉매(20)와, DOC 촉매(20)의 후단에 설치되는 DPF 촉매(30)와, DPF 촉매(30)의 후단에 설치되는 SCR 촉매(40)를 포함하여 구성될 수 있다.The exhaust gas purifying
상기 DOC 촉매(20)는 배기 가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 기능을 한다.The
상기 DPF 촉매(30)는 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위한 촉매 담체가 형성되어 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시키게 되는 것이다.The
그리고, 상기 SCR 촉매(40)는 DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)를 거치며 발생된 질소산화물을 요소(urea) 수용액과 같은 환원제를 이용하여 질소 기체로 환원시키는 것이다.The
즉, 상기 SCR 촉매(40)는, 환원제가 배기 가스의 산화열에 의해 암모니아로 전환됨으로써, 촉매에 의한 배기 가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스와 물로 환원시킬 수 있다.That is, in the
상기에서와 같은 배기 가스 정화장치(100)는 SCR 촉매(40)의 전단에서 배기 가스의 스트림 방향으로 환원제를 분사하기 위한 인젝터(50)를 포함하고 있다.The exhaust gas purifying
본 실시예에 의한 상기 배기 가스 정화장치(100)는 인젝터(50)의 장착 위치를 최적화하여 DPF 촉매(30)의 후단에서부터 SCR 촉매(40)까지의 배기 가스/환원제 혼합 영역을 축소시킬 수 있고, 냉시동 시 환원제의 최초 분사 시점을 단축시킬 수 있으며, 언더 바디의 SCR 시스템 특히 프론트 파이프의 단순화 및 부피를 축소시킬 수 있는 구조로 이루어진다. The exhaust gas purifying
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 차량의 배기 가스 정화장치(100)는 인젝터(50)를 DOC 촉매(20)의 전단에 설치하는 것을 특징으로 하고 있다.For this purpose, the exhaust gas purifying
여기서, 본 실시예에서는 인젝터(50)를 DOC 촉매(20)의 전단에 설치하므로, 환원제가 DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)를 통과하며 언급한 바 있는 혼합 영역으로 유입되는데, DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)의 산화 촉매에 의하여 환원제가 SCR 촉매(40)에 도달하기 전에 모두 산화될 수 있다.In this embodiment, since the
즉, 이 경우는 DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)의 산화 촉매 상에서 일어나는 암모니아의 산화로 인하여 SCR 촉매(40)로 암모니아가 충분히 공급되지 못해 SCR 촉매(40)에 의한 질소산화물의 환원 반응을 기대하기 힘들뿐만 아니라, 암모니아의 과산화로 인한 질소산화물이 추가로 생성되는 가능성도 있다.That is, in this case, since ammonia is not sufficiently supplied to the
이에, 본 실시예에서는 담체에 촉매 물질이 코팅된 코팅 영역(91)과 촉매 물질이 코팅되지 않은 비코팅 영역(92)으로 이루어진 DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)를 구성할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, the
여기서, 상기 DOC 촉매(20)의 비코팅 영역(92)과 DPF 촉매(30)의 비코팅 영역(92)은 상호 대응하게 연결되는 것이 바람직하다.Here, the
본 실시예에서, 상기 인젝터(50)는 DOC 촉매(20)의 비코팅 영역(92)에 대응하는 위치에 장착되는 바, DOC 촉매(20)의 비코팅 영역(92)과 일직선을 이루며 DOC 촉매(20)의 전단에 설치되어 DOC 촉매(20) 및 DPF 촉매(30)의 비코팅 영역(92)을 통해 환원제를 분사할 수 있다.In this embodiment, the
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기 가스 정화장치(100)에 의하면, 우선 DOC 촉매(20)에서는 코팅 영역(91)에서 배기 가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시키며, DPF 촉매(30)에서는 코팅 영역(91)에서 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시키게 된다.Therefore, in the exhaust gas purifying
이러는 과정에서 본 실시예에 의한 인젝터(50)는 환원제를 배기 가스의 스트림 방향으로 분사한다.In this process, the
그러면, 상기 환원제는 DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)의 비코팅 영역(92)을 통해 배기 파이프(10)의 내부로 확산되며 배기 가스와 혼합되면서 배기 가스의 산화열에 의해 암모니아로 전환된다.The reducing agent diffuses into the
이에, SCR 촉매(40)에서는 배기 가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스와 물로 환원시킨다.Thus, in the
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기 가스 정화장치(100)에 의하면, 인젝터(50)를 DOC 촉매(20)의 전단에 설치함과 아울러 DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)에 비코팅 영역(92)을 형성하므로, DOC 촉매(20)와 DPF 촉매(30)에서 암모니아의 산화 반응을 유발시키지 않으면서 암모니아를 SCR 촉매(40)로 유입시킬 수 있게 된다.As described above, according to the exhaust gas purifying
따라서, 본 실시예에서는 인젝터(50)를 DOC 촉매(20)의 전단에 설치함으로, DPF 촉매(30)의 후단에서부터 SCR 촉매(40)까지의 배기 가스와 환원제의 혼합 영역을 축소시킬 수 있다.Therefore, in this embodiment, the
이로써, 본 실시예에서는 배기 가스와 환원제의 혼합 영역을 축소시킬 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 믹서를 삭제할 수 있으며, SCR 촉매(40)가 엔진으로부터 가깝게 위치하기 때문에 열적 손실을 줄일 수 있고, 차체 하부 배기계 레이아웃 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.Thus, in the present embodiment, the mixing area of the exhaust gas and the reducing agent can be reduced, so that the mixer as in the prior art can be eliminated and the
특히, 본 실시예에서는 환원제의 무화 및 증발 성능 개선을 위한 믹서를 삭제할 수 있으므로, 배기 파이프 내에 믹서를 추가로 장착함에 따른 배압 증가 및 원가 상승을 방지할 수 있다.Particularly, in this embodiment, since the mixer for improving the atomization and evaporation performance of the reducing agent can be eliminated, it is possible to prevent the back pressure increase and the cost increase due to the additional mounting of the mixer in the exhaust pipe.
그리고, 본 실시예에서는 DOC 촉매(20)의 전단이 DPF 촉매(30)의 후단에 비하여 고온 조건이므로 냉 시동 시 인젝터(50)를 통한 환원제의 최초 분사 시점을 단축시킬 수 있기 때문에, 환원제의 증발 및 열분해 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.In this embodiment, since the front end of the
또한, 본 실시예에서는 배기 가스와 환원제의 혼합 영역을 축소시킬 수 있으므로, 언더 바디의 SCR 시스템 특히 프론트 파이프의 단순화 및 부피를 축소시킬 수 있다.Further, in this embodiment, since the mixed region of the exhaust gas and the reducing agent can be reduced, the simplification and the volume of the under-body SCR system, particularly the front pipe, can be reduced.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.
10... 배기 파이프 20...DOC 촉매
30... DPF 촉매 40... SCR 촉매
50... 인젝터 91... 코팅 영역
92... 비코팅 영역10
30 ... DPF catalyst 40 ... SCR catalyst
50 ...
92 ... uncoated region
Claims (2)
배기 파이프의 도중에 구성되는 DOC 촉매와, 상기 DOC 촉매의 후단에 설치되는 DPF 촉매와, 상기 DPF 촉매의 후단에 설치되는 SCR 촉매와, 상기 DOC 촉매의 전단에 설치되어 배기 가스의 스트림 방향으로 환원제를 분사하는 인젝터를 포함하고,
상기 DOC 촉매 및 DPF 촉매는 담체에 촉매 물질이 코팅된 코팅 영역과 촉매 물질이 코팅되지 않은 비코팅 영역으로 이루어지며,
상기 DOC 촉매의 비코팅 영역과 상기 DPF 촉매의 비코팅 영역은 상호 대응하게 연결되고,
상기 인젝터는 상기 DOC 촉매 및 DPF 촉매의 비코팅 영역을 통해 환원제를 분사하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기 가스 정화장치.An exhaust gas purifying apparatus for purifying exhaust gas discharged from an engine of a vehicle, comprising:
A DPF catalyst disposed downstream of the DOC catalyst, an SCR catalyst disposed downstream of the DPF catalyst, and a reducing agent disposed upstream of the DOC catalyst in the stream direction of the exhaust gas, An injector for injecting fuel,
The DOC catalyst and the DPF catalyst are composed of a coating region coated with a catalyst material and an uncoated region coated with a catalyst material,
Wherein the uncoated region of the DOC catalyst and the uncoated region of the DPF catalyst are correspondingly connected,
Wherein the injector injects a reducing agent through the non-coated region of the DOC catalyst and the DPF catalyst.
상기 인젝터는,
상기 DOC 촉매 및 DPF 촉매의 비코팅 영역과 일직선을 이루며 상기 DOC 촉매의 전단에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배기 가스 정화장치.The method according to claim 1,
Wherein the injector comprises:
Wherein the exhaust gas purifying catalyst is disposed on a front side of the DOC catalyst and in alignment with the uncoated region of the DOC catalyst and the DPF catalyst.
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