电控发动机教案2.docx
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电控发动机教案2
汽车发动机
教案
（2012~2013学年第二学期）
课程汽车电控发动机
周6学时共96学时
系（部）机械教研室
教师冯长发
第一章汽车发动机电控技术概述
课程名称
汽车发动机电控技术
总学时：
2学时
讲课：
2学时
实习：
0学时
课程性质
理论课
任课教师
职称
授课对象
专业年 班级
教学目的和
要求
掌握发动机电控系统的基本组成；了解发动机电控技术的发展，和各传感器的类型和功用
教学重点和
难点
发动机电控系统的基本组成
教学进程
第次课
第1次课
授课章节
汽车发动机电控技术概述
学时
2
备注
教案（章节备课）
学时
第1节
发动机电控技术的发展
教
案
内
容
一、发动机电控技术发展
汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为三个阶段：
第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机。
第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统。
第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。
目前发动机上常用的电控系统有：
电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、排放控制系统、增压控制系统、警告提示系统、自我诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。
二、电控技术对发动机性能的影响
1．提高发动机的动力性
通过减小进气阻力，提高充气效率，电控系统使得进入气缸中的空气得到充分的利用。
2．提高发动机燃油经济性
通过电控系统来精确的控制在各种运行工况下发动机所需的混合气浓度，使燃烧更为充分。
3．降低排放污染
通过电控系统的优化控制，提高燃烧质量，应用排放控制系统，降低排放污染。
4．改善发动机的加速和减速性能
5．改善发动机的起动性能
第2节
应用在发动机上的电子控制系统
教
案
内
容
应用发动机上的电子控制系统有：
一、电子燃油喷射系统
ECU主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气；同时还包括喷油正时控制、断油控制和燃油泵控制。
二、电控点火系统
ESA的功能是点火提前角控制。
根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程。
三、怠速控制系统
发动机辅助控制系统。
四、排放控制系统
对发动机控制装置的工作实行电子控制。
五、进气控制系统
六、增压控制系统
七、巡航控制系统
八、警告系统
九、自诊断与报警系统
十、失效保护系统
十一、应急备用系统
第3节
发动机控制系统的基本组成
教
案
内
容
一、电控系统的基本组成与类型
1．组成
有三部分组成：
信号输入装置——各种传感器，采集控制系统的信号，并转换成电信号输送给ECU。
电子控制单元——ECU，给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令。
执行元件——由ECU控制，执行某项控制功能的装置。
2．类型
开环控制——ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。
闭环控制——也叫反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU，进行原先的控制修正。
二、传感器的类型及功用
1．空气流量计——测量发动机的进气量，将信号输入ECU（主信号）。
2．进气绝对压力传感器——测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入ECU（主信号）。
3．节气门位置传感器——检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。
4．凸轮轴位置传感器——提供曲轴转角基准位置信号（主信号）。
5．曲轴位置传感器——检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号（主信号）。
6．进气温度传感器——检测进气温度信号（修正信号）。
7．冷却液温度传感器——给ECU提供冷却液温度信号（修正信号）。
8．车速传感器——检测汽车行驶速度。
9．氧传感器——检测排气中的氧含量。
10．爆燃传感器——检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。
11．空调开关——当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。
12．挡位开关——自动变速器由空挡挂入其他档时，向ECU输入信号。
13、起动开关——发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。
教
案
内
容
14．制动灯开关——制动时，向ECU提供制动信号。
15．动力转向开关——当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向ECU输入信号。
16．巡航控制开关——当进入巡航控制状态时，向ECU输入巡航控制状态信号。
三、电子控制单元（ECU）的基本功能
1．给传感器提供电压，接受传感器和其他装置的输入信号，并转换成数字信号。
2．储存该车型的特征参数和运算所需的有关数据信号。
3．确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值。
4．将输入信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并存储故障信息。
5．向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息。
6．自我修正功能（学习功能）。
四、执行元件的类型
有以下主要执行元件：
喷油器、点火器、怠速控制阀、巡航控制电磁阀、节气门控制电动机、EGR阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性炭罐排泄电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等。
作 业
1．电控技术对发动机性能有哪些影响？
2．什么叫开环系统？
什么叫闭环系统？
有什么特点？
3．电控系统由哪几部分组成？
各有什么作用？
本章
小结
1．发动机电控技术发展经历了3个阶段。
2．电控技术对发动机性能的影响。
3．电控系统的基本由3部分组成：
信号输入装置、ECU、执行元件。
4．电控系统有开环和闭环两中控制类型。
5．电控单元的基本功能是按照一定的程序对各种输入信号进行运算处理、储存、分析处理，然后输出指令，控制执行元件工作，以达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。
备注
第二章汽油机电控燃油喷射系统
课程名称
汽车发动机电控技术
总学时：
26学时
讲课：
14.5学时
实习：
11.5学时
课程性质
理论课
任课教师
职称
授课对象
专业年班级
教学目的和
要求
掌握电控燃油喷射系统的组成及其功能；了解喷射系统的类型；掌握燃油系统、空气供给系统、控制系统的主要元件的构造与维修。
教学重点和
难点
教学重点：
电控燃油喷射的功能；电控燃油喷射系统的组成与基本原理；燃油供给系、控制系统的组成与基本原理及主要元件的构造与检修。
教学难点：
控制系统主要元件的基本原理与检修。
教学进程
第次课
第1次课
第2次课
第3次课
第4次课
第5次课
授课章节
电控燃油喷射系统概述
电控燃油喷射系统的功能、组成与基本原理
空气供给系统主要元件的构造与检修
燃油供给系统主要元件的构造与检修
控制系统主要元件的构造与检修
学时
1.5
3
1
2.5
3.5
备注
教案（章节备课）
学时
第1节
电控燃油喷射系统的概述
教
案
内
容
一、汽油喷射系统的发展
20世纪30年代用于军用飞机上，1954年德国奔驰公司在奔驰300SL上装了机械式汽油喷射系统（K型）。
20世纪60年代在K型的基础上发展了机电组合式汽油喷射系统（KE型）。
20世纪60年代后期，随着电子技术的发展，德国BOSCH公司研制出电控燃油喷射系统（EFI）。
电控燃油喷射技术经历了晶体管、集成电路、和微机处理三大发展进程。
二、电控燃油喷射系统的优点
1．能提供发动机在各种工况下最合适的混合气浓度，是发动机在各种工况条件下保持最佳的动力性、经济性和排放性能。
2．电控燃油喷射系统配用排放物控制系统后，大大降低了HC、CO和NOX三种有害气体的排放。
3．增大了燃油的喷射压力，因此雾化比较好。
4．汽车在不同地区行驶时，对大气压力或外界环境温度变化引起的空气密度的变化，发动机控制ECU能及时准确地作出补偿。
5．汽车加减速行驶的过渡运转阶段，燃油控制系统能迅速的作出反应。
6．有减速断油功能，既能降低排放，也能节省燃油。
7．在进气系统中，由于没有象化油器那样的喉管部位，因而进气阻力小。
8．发动机冷机起动容易，暖机性能提高。
三、电控燃油喷射系统的类型
1．按喷射方式分类
同时喷射——将各气缸的喷油器并联，所有喷油器由电脑的同一个指令控制，同时喷油，同时断油。
分组喷射——将各气缸的喷油器分成几组，同一组喷油器同时喷油或断油。
顺序喷射——各喷油器由电脑分别控制，按发动机各气缸的工作顺序喷油。
a）同时喷射b）分组喷射c）顺序喷射
2．按空气量的计量方式分类
D型电控燃油喷射系统——利用绝对压力传感器检测进气管内的绝对压
教
案
内
容
力，电脑根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量。
在根据进气量和发动机转速确定基本喷油量（比L型更精确）。
L型电控燃油喷射系统——利用空气流量计直接测量发动机的进气量，电脑不必进行推算，可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。
3．按喷射位置分类
多点喷射系统——每缸进气门处装有一个中央喷射装置，由ECU控制喷射。
其燃油分配均匀性好，但控制系统复杂，成本高。
主要用与中、高级轿车。
单点喷射系统——在节气门上方装一个中央喷射装置，由1～2个喷油器集中喷油。
采用顺序喷射方式。
结构简单，故障少、维修调整方便。
广泛的应用于普通轿车和货车。
4．按有无信号分类
开环控制系统（无氧传感器）——通过实验室确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电脑，在发动机工作时，电脑根据系统中各传感器的输入信号，判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量。
其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。
当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。
闭环控制系统（有氧传感器）——在系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，在通过电脑与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量。
空燃比控制精度较高。
第2节
电控燃油喷射系统的功能
教
案
内
容
一、喷油正时控制
喷油分为同步喷油和异步喷油。
同步是指发动机各缸工作循环，在既定的曲轴位置进行喷油，同步喷油有规律性。
异步喷油与发动机的工作不同步，无规律性，是在同步喷油的基础上，为改善发动机的性能额外增加的喷油。
1．同步喷油正时控制
（1）顺序喷射正时控制
特点：
喷油器驱动回路数与气缸数目相等。
ECU根据凸轮轴位置传感器（G信号）、曲轴位置传感器（Ne信号）和发动机的作功顺序，确定各缸工作位置。
当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸开始喷油。
顺序喷射控制电路
（2）分组喷射正时控制
特点：
把所有喷油器分成2～4组，由ECU分组控制喷油器。
以各组最先进入作功的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。
分组喷射控制电路
（3）同时喷射正时控制
特点：
所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停油。
喷油正时控制是以发动机最先进入作功行程的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。
教
案
内
容
同时喷射控制电路
2．异步喷油正时控制
（1）起动时异步喷油正时控制
在同步喷油基础上，为改善发动机的起动性能，在增加一次异步喷油。
在起动开关处于接通状态时，ECU接受到第一个凸轮轴位置传感器信号（Ne信号）后，接收到第一个曲轴位置传感器信号（G信号）时，开始进行起动时的异步喷油。
（2）加速时异步喷油正时控制
为了改善加速性能，ECU根据节气门位置传感器中怠速信号从接通到断开时，增加依次固定量的喷油。
二、喷油量控制
目的：
使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的喷油量，以提高发动机的经济性和降低排放污染。
当喷油器的结构和喷油压差一定时，喷油量的多少取决于喷油时间。
1．起动时的同步喷油量控制
在发动机转速低于规定值或点火开关接通位于STA（起动）档时，喷油时间的确定见图，ECU根据冷却液传感器信号（THW信号）和冷却液温度——喷油时间确定基本喷油时间，根据进气温度传感器（THA信号）对喷油时间作修正（延长或缩短）。
然后在根据蓄电池电压适当延长喷油时间，以实现喷油量的进一步的修正，即电压修正。
起动时的基本喷油时间喷油时间的确定
2．起动后的同步喷油量控制
喷油持续时间=基本喷油持续时间×喷油修正系数+电压修正值
D型根据发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定基本喷油时间。
L型根据发动机转速信号和空气流量计信号确定基本喷油时间。
喷油修正系数有：
（1）起动后加浓修正根据冷却液温度确定喷油时间的初始修正值；
（2）暖机加浓修正在达到正常温度之前，根据冷却液温度信号进行喷油时间修正；
教
案
内
容
（3）进气温度修正根据进气温度传感器提供的进气温度信号（THA信号），对喷油时间进行修正；低于20℃是空气密度大，ECU适当的增加喷油时间，高于20℃的适当的减少喷油时间。
（4）大负荷工况喷油量修正根据PIM信号和Vs信号以及节气门位置传感器输送的全负荷信号（PSW信号）或VTA信号判断发动机负荷状况，大负荷时适当增加喷油时间。
（5）过渡工况喷油量修正主要根据PIM信号或Vs信号、Ne信号、SPD信号、VTA信号、NSW信号判断过渡工况，对喷油时间进行修正。
（6）怠速稳定性修正ECU根据PIM信号和Ne信号对喷油量进行修正，随着进气管绝对压力增大或怠速降低，适当增加喷油时间；反之，减少喷油时间。
3．异步喷油量控制
发动机起动和加速时的异步喷油量是固定，各缸喷油器以一个固定的喷油持续时间，同时向各缸增加一次喷油。
三、燃油停供控制
减速断油控制——当汽车减速时，ECU将会切断燃油喷射控制电路，停止喷油，以降低碳氢化合物及一氧化碳的排放量。
限速断油控制——加速时，发动机超过安全转速或汽车车速超过设定的最高车速时，ECU将切断燃油喷射控制电路，停止喷油，防止超速。
四、燃油泵控制
根据发动机的转速和负荷来控制燃油泵以高速或低速运转。
第3节
电控燃油喷射系统的组成与基本原理
教
案
内
容
汽油机电控燃油喷射系统的组成
一、空气供给系统
功用：
为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的供气量。
原理：
空气经空气滤清器过滤后，通过空气流量计、节气门体进入进气总管，再通过进气歧管分配给各缸。
进气系统原理图
二、燃油供给系
教
案
内
容
功用：
供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据电脑指令喷油。
原理：
电动燃油泵将汽油自油箱内吸出，经滤清器过滤后，由压力调节器调压，通过油管输送给喷油器，喷油器根据电脑指令向进气管喷油。
燃油泵供给的多余汽油经回油管流回油箱。
燃油供给系统原理图
三、控制系统
ECU根据空气流量计信号和发动机转速信号确定基本喷油时间，再根据其他传感器对喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油或断油。
控制系统原理图
第4节
空气供给系统主要元件的构造与检修
教
案
内
容
一、空气供给系统元件位置
D型EFI空气供给系统
L型EFI空气供给系统
二、空气供给系统基本元件的构造
1．空气滤清器
一般为干式纸质滤心式，结构与普通发动机上相同。
2．节气门体
节气门体安装在进气管中，来控制发动机正常工况下的进气量。
主要由节气门和怠速空气道等组成。
节气门位置传感器装在节气门轴上，来检测节气门的开度。
有的车上还设有副节气门和副节气门位置传感器，例如LS400。
在LS400上还设有牵引控制系统（TRC），当车辆处于TRC控制状态行驶时，无论是起步、匀速或加减速工况，汽车均能根据道路状况（包括泥泞、湿滑路面）确保输出最佳的驱动力和牵引性能，使车辆平稳和安全行驶。
在TRC控制行驶状态下，发动机的主节气门由主节气门强制开启器打开（全开），进气量由副节气门控制，节气门开度信号也由副节气门位置传感器负责将信号传送给ECU。
注意：
在装有节气门限位螺钉的汽车上，使用中一般不允许调节节气门限位螺钉，除非怠速控制阀发生故障而无法及时修复，可通过调整节气门最小开度来保持发动机怠速运转，故障排除后，应将节气门限位螺钉调回原位。
3．进气管
为了消除进气波动和保证各缸进气均匀，对进气总管和歧管的形状、容积有严格的要求。
如LS400在空气室设一个大容量的空气室以减少进气脉动和各缸的相互干涉，有利于提高各缸的充气量，在进气室两侧各设有4根进气管，8根进气歧管呈S型交叉布置，以增加进气歧管的长度，提高进气谐波压力，有利于进一步提高充气量。
4．空气供给系的检修
维修时应注意进行以下检查：
（1）检查空气滤清器滤心是否赃污，必要时用压缩空气吹净或更换；
（2）进气系统漏气对电控燃油喷射发动机的影响比对化油器式发动机的影响大。
检查各连接部位应连接可靠，密封垫应完好；
（3）检查节气门内腔的积垢和积胶情况，必要时用清洗剂进行清洗。
注意：
绝对不能用砂纸和刀片清理积垢和积胶。
第5节
燃油供给系统主要元件的构造与维修
教
案
内
容
一、燃油供给系统元件位置
由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、脉动阻尼器及油管组成。
二、电动燃油泵
1．作用：
给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。
2．类型：
（1）按安装位置不同分为：
内置式——安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、管路安装简单。
外置式——串接在油箱外部的输油管路中，易布置、安装自由大，单噪声大，易产生气阻。
（2）按电动燃油泵的结构不同分为：
涡轮式、滚柱式、转子式和侧槽式。
3．电动燃油泵的结构
（1）涡轮式电动燃油泵
1）结构
主要由燃油泵电动机、涡轮泵、出油阀、卸压阀组成。
2）原理
油泵电动机通电时，电动机驱动涡轮泵叶片旋转，由于离心力的作用，使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳，将燃油从进油室带往出油室。
由于进油室的燃油不断增多，形成一定的真空度，将燃油从进油口吸入；而出油室燃油不断增多，燃油压力升高，当达到一定值时，顶开出油阀出油口输出。
出油阀在油泵不工作时阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的压力，便于下次起动。
如图
涡轮式电动燃油泵
1—前轴承2—电动机定子3—后轴承4—出油阀5—出油口6—卸压阀
7—电动机转子8—叶轮9—进油口10—泵壳体11—叶片
3）优点
泵油量大、泵油压力较高、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长等优点。
此外，由于不需要消声器所以可以小型化，因此广泛的应用在轿车上。
教
案
内
容
如捷达、本田雅阁。
（2）滚柱式电动燃油泵
1）结构
主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。
2）原理
当转子旋转时，位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，对周围起密封作用，在相邻两个滚柱之间形成工作腔。
在燃油泵运转过程中，工作腔转过出油口后，其容积不断增大，形成一定的真空度,当转到与进油口连通时，将燃油吸入；而吸满燃油的工作腔转过进油口后，容积不断减小，使燃油压力提高，受压燃油流过电动机，从出油口输出。
3．燃油泵控制
（1）ECU控制的燃油泵控制电路
主要应用在装用D型EFI和装用热式和卡门旋涡式空气流量计的L型EFI系统中。
控制原理：
燃油泵控制ECU根据发动机ECU端子FPC和DI的信号，控制＋B端子与FP端子的连通回路，以改变输送给燃油泵电压，从而实现对燃油泵转速的控制。
（2）燃油泵开关控制的燃油泵控制
主要用于装用叶片式空气流量计的L型EFI系统中。
控制原理：
当点火开关ST端子接通时，起动机继电器线圈通电使触点闭合，此时开路继电器中L1线圈通电使其触点闭合，从而通过主继电器、开路继电器向燃油泵供电，油泵工作；发动机正常运转时，点火开关IG端子与电源接通，同时空气流量计测量板转动使油泵开关闭合，开路继电器L2通电，使开路继电器触点保持闭合，油泵继续工作。
发动机停转时，L1和L2线圈不通电，燃油泵停止工作。
（3）燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路
如下图，此控制电路根据发动机转速和负荷的变化，通过燃油泵继电器改变油泵的供电线路，从而控制油泵的工作转速。
燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路
4．燃油泵的就车检查
（1）用专用导线将诊断座上的燃油泵测试端子跨接到12V电源上。
教
案
内
容
（2）将点火开关转至“ON”位置，但不要起动发动机。
（3）旋开油箱盖能听到燃油泵工作的声音，或用手捏进油软管应感觉有压力。
（4）若听不到燃油泵的工作声音或进油管无压力，应检修或更换燃油泵。
（5）若有燃油泵不工作故障，且上述检查正常，应检查燃油泵电路导线、继电器、易熔线和熔丝有无断路。
5．燃油泵的拆装与检测
拆装燃油泵时注意：
应释放燃油系统压力，并关闭用电设备。
拆下燃油泵后，测量燃油泵两端子之间电阻，应为2～3Ω。
用蓄电池直接给燃油泵通电，应能听到油泵电机高速旋转的声音，注意：
通电时间不能太长。
三、燃油滤清器
功用：
滤清燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机件磨损，保证发动机正常工作。
一般采用纸质滤心，每行驶20000～40000㎞或1到2年应更换，安装时应注意燃油流动方向的箭头，不能装反。
四、脉动阻尼器
功用：
减小在喷油器喷油时，油路中的油压可能会产生微小的波动，使系统压力保持稳定。
组成：
由膜片、回位弹簧、阀片和外壳组成。
原理：
发动机工作时，燃油经过脉动阻尼器膜片下方进入输油管，当燃油压力产生脉动时，膜片弹簧被压缩或伸张，膜片下方的容积稍有增大或减小，从而起到稳定燃油系统压力的作用。
五、燃油压力调节器
1．作用：
稳定燃油管的压力，使它与进气歧管之间的压力差保持恒定为250～300kPa。
2．为什么要使燃油管压力与进气歧管压力保持恒定的压力差？
ECU对喷油质量的控制是时间控制，即控制喷油的持续时间，喷油压力便成影响喷油量和空燃比的重要因素，若在相同的喷油持续时间，若喷油压力不同，喷油量也不同。
为了精确的控制喷油量和空燃比，必须确保喷油压力与进气歧管真空度之间的压力差为恒定值。
3．组成：
主要由阀片、膜片、膜片弹簧和外壳组成。
4．原理：
发动机工作时，燃油压力调节器膜片上方承受的压力为弹簧压力和进气管内气体的压力之和，膜片下方承受的压力为燃油压力，当压力相等时，膜片处于平衡位置不动。
当进气管内气体压力下降时，膜片向上移动，回油阀开度增大，回油量增多，使输油管内燃油压力也下降；反之，进气管内气体压力升高时,燃油的压力也升高。
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