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EP2867529B1 - Kolben-kraftstoffpumpe - Google Patents

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Publication number
EP2867529B1
EP2867529B1 EP13729946.7A EP13729946A EP2867529B1 EP 2867529 B1 EP2867529 B1 EP 2867529B1 EP 13729946 A EP13729946 A EP 13729946A EP 2867529 B1 EP2867529 B1 EP 2867529B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
piston
guide element
fuel pump
guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP13729946.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2867529A1 (de
Inventor
Michael Kleindl
Tamim Latif
Peter Ropertz
Matthias Maess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2867529A1 publication Critical patent/EP2867529A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2867529B1 publication Critical patent/EP2867529B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible

Definitions

  • the guide element is pressed into a retaining ring, which in turn is pressed into the pump housing, wherein the retaining ring preferably has fuel passage openings.
  • the latter can be designed as axially extending channels or as intermediate spaces between radially outwardly extending wing or blade-like fastening sections.
  • the guide element can thus be constructed very easily, which lowers its manufacturing costs, since the fuel passage function is perceived by the separate retaining ring.
  • the guide element may be a sintered or an MIM part. Such a part has a considerable mechanical robustness and thus only in the long term very little wear.
  • the outlet valve 38 further comprises a cylindrical guide element in the form of a present-stage sleeve 50.
  • This has an in FIG. 2 left first section 52 ("guide section") and an in FIG. 2 right second section 54 ("mounting section").
  • the first portion 52 has a larger diameter than the second portion 54. Both portions 52 and 54 are interconnected by a radially extending connecting portion 56.
  • the guide element 50 is presently produced as a sheet metal part by deep drawing.
  • the inner diameter of the first portion 52 is slightly larger than the outer diameter of the guide wall 48 of the valve member 44. In this way, the valve member 44 is slidably movable in the first portion 52 of the guide member 50 in the axial direction, but firmly guided in the radial direction.
  • the outlet valve 38 of the FIG. 3 is different from that of the FIG. 2 mainly by the design of the guide element 50 and its holder:
  • the guide element 50 is made as a sintered or MIM part. Radially outward, the guide element 50 has a constant diameter. Inside, it has a first annular shoulder, which forms the stroke stop 58, and a second shoulder, which forms the support portion 60 for the valve spring 64.
  • the guide member 50 is compressed by radially outwardly extending vane or fin portions 72 in the pump housing 26, between which there are gaps forming the fuel passage openings 71.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Check Valves (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Kolben-Kraftstoffpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Vom Markt bekannt sind Kraftstoffsysteme von Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer mechanisch angetriebenen Kolben-Kraftstoffpumpe unter hohem Druck in ein Kraftstoffrail gefördert wird. Hierzu verfügt die Kolben-Kraftstoffpumpe über mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil. Das Auslassventil ist als federbeaufschlagtes Rückschlagventil ausgeführt, meist mit einem kugelförmigen Ventilelement. Ferner sind Kolbenpumpen bekannt aus der US 6 622 751 B1 , der US 3 916, 496 und der WO 03/058100 A1
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen genannt. Weitere für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Kolbenpumpe hat den Vorteil, dass ihre Herstellung vereinfacht und hierdurch die Herstellkosten gesenkt werden können, weil das Führungselement ohne zusätzliche Fügemaßnahmen sicher im Pumpengehäuse gehalten wird. Durch das Führungselement wird ferner die Zuverlässigkeit im Betrieb der Kolben-Kraftstoffpumpe erhöht, da ein Verkanten verhindert und dichtes Schließen gewährleistet werden. Die Führung des Ventilelements durch das Führungselement verringert außerdem den Verschleiß. Die Führung des Ventilelements sorgt auch für einen zeitlich verkürzten Schließvorgang, was den Wirkungsgrad der Kolben-Kraftstoffpumpe erhöht.
  • Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungselement einen Führungsabschnitt zur Führung des Ventilelements und einen Halterungsabschnitt zur Halterung in der Öffnung des Pumpengehäuses aufweist, wobei der Führungsabschnitt und der Halterungsabschnitt axial an unterschiedlichen Stellen des Führungselements angeordnet sind. Die Funktion "Führung" wird somit von der Funktion "Halterung" räumlich getrennt. Hierdurch bleibt die Qualität der Funktion "Führung" erhalten, auch wenn im Bereich "Halterung" auf Grund des radialen Einpressens radiale Verformungen entstehen.
  • In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das Führungselement in einen Haltering eingepresst ist, der wiederum in das Pumpengehäuse eingepresst ist, wobei der Haltering vorzugsweise Kraftstoff-Durchlassöffnungen aufweist. Letztere können als axial verlaufende Kanäle oder als Zwischenräume zwischen sich nach radial außen erstreckenden flügel- oder lamellenartigen Befestigungsabschnitten ausgebildet sein. Das Führungselement kann somit sehr einfach aufgebaut werden, was seine Herstellkosten senkt, da die Kraftstoffdurchleitungsfunktion von dem separaten Haltering wahrgenommen wird.
  • Vorgeschlagen wird auch, dass das Führungselement einen Hubanschlag aufweist, welcher den Öffnungshub des Ventilelements auf ein vorgegebenes Maß begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass der Schließimpuls des Ventilelements auf den Ventilsitz reduziert wird, indem der Flugweg des Ventilelements durch den Hubanschlag verringert wird. Die vorhandenen Beschleunigungen wirken daher nur noch auf einem begrenzten Weg, was zu einer geringeren Schließgeschwindigkeit des Ventilelements führt. Dies verringert die schädigenden Wirkungen beim Schließen, insbesondere den durch den Schließaufprall sowohl am Ventilelement als auch am Ventilsitz erzeugten Verschleiß. Außerdem sorgt der reduzierte Flugweg für einen zeitlich verkürzten Schließvorgang, was den Wirkungsgrad der Kolben-Kraftstoffpumpe erhöht. Darüber hinaus führt die geringere Schließgeschwindigkeit zu einer geringeren Aufprallgeschwindigkeit des Ventilelements am Ventilsitz, was zu einer Geräuschverminderung im Betrieb der Kolben-Kraftstoffpumpe führt.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolben-Kraftstoffpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungselement koaxial zum und radial außerhalb vom Ventilelement angeordnet ist und einen nach radial einwärts gerichteten Absatz aufweist, der den Hubanschlag bildet. Ein solches Führungselement ist einfach herzustellen, und der nach radial einwärts gerichtete Hubanschlag kann beispielsweise durch einen ringförmigen Absatz ausgebildet sein, an dem das Ventilelement weitestgehend flächig in Anlage kommt, wodurch die Belastungen auf das Ventilelement gering gehalten werden. Darüber hinaus behindert ein solches Führungselement die Unterbringung der Ventilfeder nicht.
  • Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Führungselement mindestens abschnittsweise einen kleineren Innendurchmesser als das Ventilelement aufweist und koaxial zum Ventilelement angeordnet ist, und dass das zum Ventilelement hin weisende Ende des Führungsabschnitts den Hubanschlag bildet, oder dass es einen nach radial auswärts gerichteten Absatz aufweist, der den Hubanschlag bildet. Auch dies ist einfach zu fertigen und zu montieren und hat darüber hinaus noch den Vorteil der geringeren radialen Abmessungen.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn auch eine Ventilfeder durch das Führungselement geführt wird. Damit erfüllt das Führungselement nicht nur eine, sondern zwei oder gegebenenfalls sogar drei Aufgaben. Durch die Integration der verschiedenen Funktionen werden Bauteile und somit Fertigungs- und Montagekosten gespart.
  • Diese Integration unterschiedlicher Funktionen in das besagte Führungselement kann nochmals erweitert werden, wenn es einen Stützabschnitt aufweist, an dem sich das vom Ventilelement entgegengesetzte Ende der Ventilfeder abstützt.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ventilfeder eine spiralig oder sternartig geformte Flachmembranfeder ist, die an dem Führungselement oder direkt am Pumpengehäuse befestigt ist. Hierdurch kann die axial Bauhöhe des Auslassventils reduziert werden.
  • Bei dem Führungselement kann es sich um ein Sinter- oder ein MIM-Teil handeln. Ein derartiges Teil hat eine erhebliche mechanische Robustheit und somit einen auch auf Dauer nur sehr geringen Verschleiß.
  • Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass das Ventilelement topfförmige Gestalt hat. Die umlaufende Wand eines solchen Ventilelements eignet sich besonders gut als Führungswand im Zusammenspiel mit dem oben erwähnten Führungselement. Dennoch hat ein solches Ventilelement eine vergleichsweise geringe Masse und somit eine gute Dynamik, was wiederum dem Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kolben-Kraftstoffpumpe zu Gute kommt.
  • Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Kolben-Kraftstoffpumpe, die wiederum ein Auslassventil aufweist;
    • Figur 2 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1;
    • Figur 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1;
  • Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 16 fördert. Diese führt zu einer durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Hochdruckpumpe in Form einer Kolben-Kraftstoffpumpe 18. Von dieser führt eine Hochdruckleitung 20 zu einem Kraftstoffrail 22. An dieses sind mehrere Injektoren 24 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume (nicht dargestellt) einspritzen.
  • Die Kolben-Kraftstoffpumpe 18 umfasst ein nur bereichsweise angedeutetes Pumpengehäuse 26, in dem ein Pumpenkolben 28 geführt ist. Dieser kann von einem nicht dargestellten Antrieb in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden, was durch einen Doppelpfeil 30 angedeutet ist. Der Pumpenkolben 28 und das Pumpengehäuse 26 begrenzen einen Förderraum 32. Dieser ist über ein Einlassventil 34 mit der Niederdruckleitung 16 verbunden. Ferner ist der Förderraum 32 über einen Hochdruckkanal 36 mit einem Auslassventil 38 verbunden, welches auslassseitig wiederum mit der Hochdruckleitung 20 verbunden ist.
  • Sowohl das Einlassventil 34 als auch das Auslassventil 38 sind als federbeaufschlagte Rückschlagventile ausgeführt. Nicht dargestellt, aber möglich ist dabei eine Ausführung des Einlassventils als Mengensteuerventil. Bei einem solchen kann das Einlassventil 34 während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 28 zwangsweise geöffnet werden, so dass der Kraftstoff nicht in das Kraftstoffrail 22, sondern zurück in die Niederdruckleitung 16 gefördert wird. Hierdurch kann die von der Kolben-Kraftstoffpumpe 18 in das Kraftstoffrail 22 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden.
  • Die Ausgestaltung des Auslassventils 38 ist vorliegend von besonderer Bedeutung. Auf dieses wird daher nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 2 stärker im Detail eingegangen:
    Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Auslassventils 38 im Schnitt. In Figur 2 ganz links ist eine ringförmige Gegenplatte 40 in im Pumpengehäuse 26 vorhandene stufenförmige Öffnung 41 eingepresst, wobei die Gegenplatte 40 auf ihrer in Figur 2 rechten Stirnseite einen sich axial erstreckenden kragenartigen Abschnitt aufweist, der einen Ventilsitz 42 bildet. Dieser arbeitet mit einem topfförmigen Ventilelement 44 zusammen. Die Gegenplatte 40 ist ringförmig mit einem Innenkanal 43. Das topfförmige Ventilelement 44 umfasst einen Boden 46 und eine umlaufende Führungswand 48. Die Öffnung 41 ist Teil des Hochdruckkanals 36.
  • Das Auslassventil 38 umfasst ferner ein zylindrisches Führungselement in Form einer vorliegend stufigen Hülse 50. Dieses weist einen in Figur 2 linken ersten Abschnitt 52 ("Führungsabschnitt") und einen in Figur 2 rechten zweiten Abschnitt 54 ("Halterungsabschnitt") auf. Der erste Abschnitt 52 hat einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 54. Beide Abschnitte 52 und 54 sind durch einen sich radial erstreckenden Verbindungsabschnitt 56 miteinander verbunden. Das Führungselement 50 ist vorliegend als Blechteil durch Tiefziehen hergestellt. Der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 52 ist ganz leicht größer als der Außendurchmesser der Führungswand 48 des Ventilelements 44. Auf diese Weise ist das Ventilelement 44 gleitend im ersten Abschnitt 52 des Führungselements 50 in axialer Richtung beweglich, jedoch in radialer Richtung fest geführt. In einer Richtung vom Ventilsitz 42 weg bildet dabei die dem Ventilelement 44 zugewandte Stirnfläche des Verbindungsabschnitts 56 einen Hubanschlag 58 für das Ventilelement 44 beziehungsweise den abragenden Rand von dessen Führungswand 48.
  • An ihrem in Figur 2 rechten Ende weist das Führungselement 50 einen nach radial einwärts gerichteten Steg 60 auf, dessen innerer Rand eine Öffnung 62 begrenzt. Zwischen dem Steg 60 des Führungselements 50 und dem Ventilelement 44 ist eine schraubenförmige Ventilfeder 64 verspannt. Der nach innen gerichtete Steg 60 bildet insoweit einen Stützabschnitt für das vom Ventilelement 44 entgegengesetzte Ende der Ventilfeder 64. Der Außendurchmesser der Ventilfeder 64 und der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 54 des Führungselements 50 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Ventilfeder 64 in dem zweiten Abschnitt 54 des Führungselements 50 radial geführt ist.
  • Das Auslassventil 38 umfasst ferner einen Haltering 66, der mit seiner Außenwand 68 in die Öffnung 41 im Pumpengehäuse 26 eingepresst ist. In die Innenöffnung 70 des Halterings 66 ist wiederum der zweite Abschnitt 54 des Führungselements 50 eingepresst. Dabei liegt der Verbindungsabschnitt 56 mit seiner in Figur 2 nach rechts weisenden Seite an der in Figur 2 nach links weisenden Seite des Halterings 66 an. Das Führungselement 50 kann insoweit mit sehr geringer Pressung im Haltering 66 verpresst sein, gegebenenfalls auch einfach lose in den Haltering 66 eingesetzt sein, ohne dass dies die Funktionsfähigkeit des Auslassventils 38 beeinflussen würde. In dem Haltering 66 sind mehrere kanalartige Kraftstoffdurchlassöffnungen 71 vorhanden.
  • Im Betrieb der Kolben-Kraftstoffpumpe 18 hebt das Ventilelement 44 vom Ventilsitz 42 ab, wenn der Druck im Förderraum 32 während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 28 einen entsprechenden Öffnungswert erreicht. Der Hub des Ventilelements 44 wird jedoch durch den Hubanschlag 58 auf ein vorgegebenes Maß H begrenzt, welches dem Abstand zwischen dem Hubanschlag 58 und dem abragenden Rand der Führungswand 48 des Ventilelements 44 bei geschlossenem Auslassventil 38 entspricht. Bei geöffnetem Auslassventil 38 strömt der Kraftstoff durch den Innenkanal 43 in der Gegenplatte 40, durch den Spalt zwischen Ventilsitz 42 und Boden 46 des Ventilelements 44, den Ringraum zwischen erstem Abschnitt 52 des Führungselements 50 und der Innenwand der Öffnung 41 im Pumpengehäuse 26, die Kraftstoff-Durchlassöffnungen 71 schließlich in die Hochdruckleitung 20.
  • In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform eines Auslassventils 38 gezeigt. Dabei tragen hier wie nachfolgend solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen des Auslassventils von Figur 2 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie werden nachfolgend nicht nochmals erläutert.
  • Das Auslassventil 38 der Figur 3 unterscheidet sich von jenem der Figur 2 hauptsächlich durch die Ausgestaltung des Führungselements 50 und dessen Halterung: In Figur 3 ist das Führungselement 50 als Sinter- oder MIM-Teil hergestellt. Radial außen hat das Führungselement 50 einen konstanten Durchmesser. Im Inneren weist es einen ersten ringförmigen Absatz auf, welcher den Hubanschlag 58 bildet, sowie einen zweiten Absatz, der den Stützabschnitt 60 für die Ventilfeder 64 bildet. Das Führungselement 50 ist durch sich nach radial außen erstreckende Flügel- oder Lamellenabschnitte 72 im Pumpengehäuse 26 verpresst, zwischen denen Zwischenräume vorhanden sind, welche die Kraftstoff-Durchlassöffnungen 71 bilden.

Claims (10)

  1. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (26), einem Kolben (28), und mit einem Rückschlag-Auslassventil (38) mit einem Ventilelement (44) und einem Führungselement (50) zur Führung der Bewegung des Ventilelements (44), wobei das Führungselement (50) mindestens mittelbar in eine Öffnung (41) im Pumpengehäuse (26) radial eingepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (44) topfförmige Gestalt hat, mit einem stromaufwärts angeordneten Topfboden (46), der bei geschlossenem Rückschlag-Auslassventil (38) an einem Ventilsitz (42) des Rückschlag-Auslassventils (38) zur Anlage kommt, und mit einer stromabwärts angeordneten Führungswand (48).
  2. Kolben-Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) einen Führungsabschnitt (52) zur Führung des Ventilelements (44) und einen Halterungsabschnitt (54) zur Halterung in der Öffnung (41) des Pumpengehäuses (26) aufweist, wobei der Führungsabschnitt (52) und der Halterungsabschnitt (54) axial an unterschiedlichen Stellen des Führungselements (50) angeordnet sind.
  3. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) in einen Haltering (66) eingepresst ist, der wiederum in das Pumpengehäuse (26) eingepresst ist, wobei der Haltering (66) vorzugsweise Kraftstoff-Durchlassöffnungen (71) aufweist.
  4. Kolben-Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) einen Hubanschlag (58) aufweist, welcher den Öffnungshub des Ventilelements (44) auf ein vorgegebenes Maß (H) begrenzt.
  5. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) koaxial zum und radial außerhalb vom Ventilelement (44) angeordnet ist und einen nach radial einwärts gerichteten Absatz aufweist, der den Hubanschlag (58) bildet.
  6. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) mindestens abschnittsweise einen kleineren Innendurchmesser als das Ventilelement (44) aufweist und koaxial zum Ventilelement (44) angeordnet ist, und dass das zum Ventilelement (44) hin weisende Ende des Führungselements (50) den Hubanschlag (58) bildet, oder dass es einen nach radial auswärts gerichteten Absatz aufweist, der den Hubanschlag bildet.
  7. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilfeder (64) durch das Führungselement (50) geführt wird.
  8. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) einen Stützabschnitt (60) aufweist, an dem sich das vom Ventilelement (44) entgegengesetzte Ende einer Ventilfeder (64) abstützt.
  9. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilfeder als spiralig oder sternartig geformte Flachmembranfeder (64) ausgeführt ist, die an dem Führungselement (50) befestigt ist.
  10. Kolben-Kraftstoffpumpe (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (50) ein Sinter- oder ein MIM-Teil ist.
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