JP2000240425A - 内燃機関用半能動消音器 - Google Patents

内燃機関用半能動消音器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブに緩衝材を使用せずに接触騒音を低減
でき、時間経過に拘らず常に一定の騒音低減効果を維持
できる内燃機関用半能動消音器を提供する。 【解決手段】 第１〜第３チャンバに分けられ、一定容
積の密閉空間を有するケースと、第１チャンバと第３チ
ャンバとを連通させる第１バイパスパイプと、第２チャ
ンバと第３チャンバとを連通させる第２バイパスパイプ
と、第１、２チャンバに排気ガスを流入させるインレッ
トパイプと、流入した排気ガスを第１、２チャンバから
各第１、２バイパスパイプを通して第３チャンバに排出
するアウトレットパイプと、第２チャンバ内の圧力に応
じて第２バイパスパイプの下流側端を選択的に開放する
バルブと、バルブ開閉時の衝撃と騒音を低減する緩衝手
段とを含み、前記緩衝手段はバルブが完全に閉鎖された
状態でもバルブと第２バイパスパイプの下流側端との間
で維持される間隔を含む内燃機関用半能動消音器。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用消音器に
係り、より詳しくは、排気騒音を低減させると共に排気
抵抗を増加させずに背圧（バックプレッシャー）を低減
させることによってエンジン出力を向上させることがで
きる内燃機関用半能動消音器に関する。
【０００２】
【従来の技術】消音器は内燃機関の排気騒音を低減させ
る装置であって、この消音器の消音効果を増加させるた
めには消音器の排気抵抗を増加させなければならない。
しかし、排気抵抗はエンジンの排気部で背圧を発生させ
るため、高い排気抵抗はエンジン出力を減少させる。こ
れに反して、背圧を低減させるために排気抵抗を最小に
すると、消音器の消音効果が減少する。このようなジレ
ンマを解決するために、高い消音効果及び低い排気抵抗
の両方を満たす消音器が開発されている。
【０００３】その一例として、日本国特開平第９−１９
５７４９号公報（１９９６年１月１６日出願）には排気
ガスの圧力に応じて調節され得るバルブが設けられる消
音器が提案されている。この消音器の内部はセパレータ
によって上流側チャンバと下流側チャンバとに分けら
れ、前記セパレータにはバルブが設けられる。この消音
器において、内燃機関の回転数が低い時、前記上流側チ
ャンバの圧力がコイルスプリングから供給される力と前
記下流側チャンバの圧力との合力より小さいため、前記
セパレータのバルブは閉鎖される。この場合、排気圧力
が低いため、前記バルブが閉鎖されていてもエンジン出
力には影響を及ぼさない。
【０００４】これに反して、エンジンＲＰＭが増加して
圧力が所定の圧力まで増加すると、前記セパレータのバ
ルブが開放されて排気抵抗が低減される。
【０００５】また、エンジンＲＰＭが高回転数から低Ｒ
ＰＭに変化すると、前記バルブは閉鎖される。前記バル
ブが閉鎖される時に発生する衝撃及び騒音を減少させる
ために、バルブ開口部の周縁に緩衝材が付着される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記緩衝材は
高温排気ガスなどや時間の経過によって固く変形する。
従って、固く変形した緩衝材は衝撃吸収能力を失うよう
になり、バルブが閉鎖される時に発生する騒音は増加す
る。
【０００７】本発明は前記従来の技術の問題点を解決す
るためのものであって、その目的は、バルブに緩衝材を
使用しなくても接触騒音を低減させることができ、時間
の経過に拘らず常に一定の騒音低減効果を維持すること
ができる内燃機関用半能動消音器を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、第１、第２、第３チャンバに分けられ、
一定の容積の密閉空間を有するケースと；前記第１チャ
ンバと前記第３チャンバとを連通させるための第１バイ
パスパイプと；前記第２チャンバと前記第３チャンバと
を連通させるための第２バイパスパイプと；前記第１、
第２チャンバに排気ガスを流入させるためのインレット
パイプと；前記流入された排気ガスを前記第１、第２チ
ャンバからそれぞれ前記第１、第２バイパスパイプを通
して前記第３チャンバに排出するためのアウトレットパ
イプと；前記第２チャンバ内の圧力の程度に応じて前記
第２バイパスパイプの下流側端を選択的に開放するため
のバルブと；前記バルブが開閉される時の衝撃及び騒音
を低減させるための緩衝手段とを含み、前記緩衝手段は
前記バルブが完全に閉鎖された状態である時にも前記バ
ルブと前記第２バイパスパイプの下流側端との間で維持
される間隔（gap）を含むことを特徴とする内燃機関用
半能動消音器を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施態様を図
１乃至５に基いて詳しく説明する。
【００１０】図１に、本発明の第１の実施形態による半
能動消音器の前側断面図を示す。図１に示されているよ
うに、本発明の半能動消音器は一定の容積の密閉空間を
有するケース２を含む。前記ケース２は第１、第２セパ
レータ６、８によって分けられて第１、第２、第３チャ
ンバ４、１０、１２を形成する。前記第１チャンバ４は
前記第２、第３チャンバ１０、１２の間に配置される。
前記第１、第２、第３チャンバ４、１０、１２の容積は
設計要件に応じて変化する。本発明の好ましい実施形態
において、前記チャンバ４、１０、１２の容積は次のよ
うな関係を有する：第１チャンバ４の容積＜第３チャン
バ１２の容積＜第２チャンバ１０の容積。前記チャンバ
４、１０、１２は第１、第２バイパスパイプ１８、２０
とインレットパイプ１４アウトレットパイプ１６とを通
して互いに連通する。前記インレットパイプ１４はその
上流側端が排気パイプ（図示しない）に連結され、下流
側端が前記第２チャンバ１０と連通される。
【００１１】前記第１チャンバ４の位置に対応する前記
インレットパイプ１４の中央部には、前記インレットパ
イプ１４を通して流入されて前記第２チャンバ１０に供
給される排気ガスを前記第１チャンバ４に分配するため
の多数の排気ホール２３が形成される。また、前記アウ
トレットパイプ１６はその上流側端が前記第３チャンバ
１３と連通して下流側端がケース２の外側に突出するよ
うに形成されて、第２チャンバ１０に流入した排気ガス
が消音器の外に排出され得るようにする。前記第１バイ
パスパイプ１８は第１チャンバ４と第３チャンバ１２と
を連通させて前記第１チャンバ４に供給された排気ガス
が第３チャンバ１２に供給されるようにする。前記第２
バイパスパイプ２０は第２チャンバ１０と第３チャンバ
１２とを連通させる。
【００１２】これによって、前記インレットパイプ１４
の排気ホール２３を通して第１チャンバ４に供給された
排気ガスは第１バイパスパイプ１８を経て第３チャンバ
１２に供給され、その後、アウトレットパイプ１６を通
して消音器の外に排出される。また、前記インレットパ
イプ１４を通して第２チャンバ１０に供給された排気ガ
スは第２バイパスパイプ２０を経て第３チャンバ１２に
供給され、その後、アウトレットパイプ１６を通して消
音器の外に排出される。
【００１３】前記第２バイパスパイプ２０の下流側端に
はバルブ２２が軸回転可能に装着される。第２チャンバ
１０に流入される排気ガスの圧力が一定の圧力以上であ
ると、前記バルブ２２が開放されて排気ガスが第３チャ
ンバ１２に供給され得るようにし、前記圧力が一定の圧
力より低いと、前記バルブが閉鎖され状態を維持して排
気ガスが第３チャンバ１２に供給されないようにする。
【００１４】図２乃至４は前記バルブ２２の構造をより
詳しく示すもので、図２は、図１に示した半能動消音器
のバルブの分解斜視図、図３は、図２の半能動消音器の
バルブの組立斜視図、図４は、図３のＡ−Ａ線の断面図
である。
【００１５】前記バルブ２２は、バルブ支持部材２４
と、バルブ板２６と、前記バルブ支持部材２４と前記バ
ルブ板２６とをピボット連結するためのピン２８と、前
記バルブ板２６をバルブを閉鎖する方向に押し付けるコ
イルスプリング３０とからなる。
【００１６】前記バルブ支持部材２４は、一定の形状を
有する本体３２と、ほぼ円形に形成される中央孔３４
と、前記中央孔３４の方に開いており壁４４によって所
定の深さに形成されるキャビティ４２と、前記本体３２
から所定の距離だけ延長されてバルブ板装着部３８を形
成する一対の第１ピン支持具４０とを含む。前記それぞ
れの第１ピン支持具４０の末端部には第１ピンホール４
６が設けられる。さらに、前記中央孔３４の上側周縁と
前記壁４４の上側周縁とにはテーパ部３６が形成され
る。
【００１７】前記バルブ板２６は、前記バルブ支持部材
２４の中央孔３４の直径より多少大きな直径を有する円
板部４８と、前記円板部４８の一側から延長される延長
部５０と、前記延長部５０の両側から延長されて形成さ
れそれぞれが第２ピンホール５９を有する一対の第２ピ
ン支持具５２とを含む。前記第２ピン支持具５２は前記
延長部５０が前記バルブ板装着部３８に置かれる時に前
記第１ピン支持具４０の内側に隣接するように位置す
る。前記バルブ板２６のピン支持具５２の間の延長部５
０には、ストッパー５６が前記バルブ支持部材２４のキ
ャビティ４２内に位置するようにバルブ支持部材２４に
向かって形成される。
【００１８】図３に示されているように、バルブ板２６
がバルブ支持部材２４の上に配置される状態で、ピン２
８が前記ピンホール４６、５９を通過してバルブ板２６
の第２ピン支持具５２の間に位置するコイルスプリング
３０に挿入される。即ち、前記ピン２８が前記コイルス
プリング３０の長軸を貫通する。
【００１９】前記コイルスプリング３０はトーションコ
イルスプリングであって、一端はバルブ支持部材２４の
本体３２に接触し他端はバルブ板２６の延長部５０の本
体に接触して、所定の力でバルブ板２６をバルブ支持部
材の方に押し付ける。
【００２０】前記バルブ支持部材２４のキャビティ４２
と前記バルブ板２６のストッパー５６とはバルブ板２６
が中央孔３４を完全に閉鎖するのを防止するために設け
られる。即ち、バルブ板２６が閉鎖位置にある時、スト
ッパー５６の壁５８（図４参照）がキャビティ４２の壁
４４に接触することによって、バルブ板２６が中央孔３
４を完全に覆うのを防止する。より詳しくは、バルブ支
持部材２４のキャビティ４２の壁４４が前記ピン２８と
同一線上に形成されるため、図４に示すピン２８と前記
壁４４、５８の接触部との間の距離Ｌが最も短くなる。
これによって、前記ストッパー５６の壁５８と前記キャ
ビティ４２の壁４４との衝突によって発生する衝撃及び
騒音を低減させることができる。
【００２１】また、バルブは、バルブが閉鎖している時
の衝撃及び騒音を低減させるために、図４に示すバルブ
板２６の円板部４８の周縁とバルブ支持部材の中央孔３
４の周縁端との間が所定の距離Ｓを維持するように設計
される。これによって、緩衝材を使用しなくても衝突衝
撃及び騒音が低減され、そのため、バルブが永続性を有
するようになる。
【００２２】次に本発明の第１実施例による半能動消音
器の作動について説明する。
【００２３】図５に示されているように、内燃機関から
の排気ガスはインレットパイプ１４を経て第１、第２チ
ャンバ４、１０に流入される。インレットパイプ１４の
排気ホール２３を通して第１チャンバ４に供給された排
気ガスは第１バイパスパイプ１８を経て第３チャンバ１
２に流入される。一方、インレットパイプ１４を通して
第２チャンバ１０に流入された排気ガスが所定の周波数
に共鳴することによって、排気騒音が消音される。前記
消音された排気ガスは第２バイパスパイプ２０を経て第
３チャンバ１２に流入され、その後、アウトレットパイ
プ１６を経て消音器の外に排出される。従って、前記第
２チャンバ１０は排気騒音を消音する共鳴器として作用
する。内燃機関の低いＲＰＭによって前記第２チャンバ
１０の内部の圧力が低下する時、第２バイパスパイプ２
０を通過してバルブ板２６の左側方向に作用する第２チ
ャンバ１０内部の圧力の作動力は、バルブ板２６の右側
方向に作用するコイルスプリング３０から供給される押
し付け力と第３チャンバ１２の内部の圧力との合力より
小さい。従って、バルブ２２は図１に示されているよう
に閉じた状態を維持し、消音効果が増加される。
【００２４】内燃機関のＲＰＭの増加によって前記第２
チャンバ１０の内部の圧力が増加されると、第２バイパ
スパイプ２０を通過してバルブ板２６に左側方向に作用
する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動力がバルブ板
２６に右側方向に作用する第３チャンバ１２の圧力とコ
イルスプリング３０から供給される押し付け力との合力
より大きくなり、これによってバルブ２２は開放され
る。そのため、排気抵抗が減少する。
【００２５】第１、第２チャンバ４、１０から第３チャ
ンバ１２に流入された排気ガスはアウトレットパイプ１
６を経て消音器の外に排出される。
【００２６】図６は本発明の第２の実施形態による半能
動消音器の部分断面図、図７は図６のＢ−Ｂ線の断面図
を示している。
【００２７】バルブ１００が第２バイパスパイプ２０の
下流側端に設置される。本実施形態のバルブ１００は第
１、第２バルブ部材１０１、１０２からなる。前記第
１、第２バルブ部材１０１、１０２はそれぞれ第２バイ
パスパイプ２０の下流側端の上部及び下部（図６におい
て）に設置される。
【００２８】前記第１バルブ部材１０１は、第１バルブ
板１２２と、第１ピン１２１と、第１コイルスプリング
１２４と、第１ストッパー１２３とを含む。また、第２
バイパスパイプ２０の下流側端には一対のピン支持板１
２９、１３０が形成されている。前記第１ピン１２１は
前記ピン支持板１２９、１３０及び支持突起１２１ａに
よって支持され、バルブ板１２２の支点としての役割を
はたす。前記第１コイルスプリング１２４は前記ピン支
持板１２９、１３０の間に挿入され、この第１コイルス
プリング１２４の長軸に沿って前記第１ピン１２１が貫
通し、第１コイルスプリング１２４の一側アーム部１２
４ａは第１ストッパー１２３の内壁に形成された固定突
起１２３ａに固定され、他側アーム部１２４ｂはバルブ
板１２２に接触する。前記第１ストッパー１２３は第１
バルブ板１２２をふさぐことによって第１バルブ部材１
０１が閉鎖し得る程度を制限するように形成され、第１
バルブ板１２２の背面に形成される突起部１２２ｂのホ
ールを通して第１ピン１２１が貫通することによって、
第１ピン１２１に回転可能に連結される。
【００２９】第２バルブ部材１０２は、第２バルブ板１
３２と、第２コイルスプリング１３４と、第２ピン１３
１と、第２ストッパー１３３とを含む。この第２バルブ
部材１０２の構造は前記第１バルブ部材１０１の構造と
類似しているので、第２バルブ部材１０２の詳しい説明
は省略する。
【００３０】第１、第２バルブ部材１０１、１０２の構
造は上述したように類似しているが、第１、第２コイル
スプリング１２４、１３４の弾性力は互いに異なる。第
１コイルスプリング１２４の弾性力は、排気ガスの所定
の中間レベルの圧力と同一に設定され、内燃機関からの
排気ガスの圧力が前記所定の中間レベルの圧力より大き
い時には第１バルブ板１２２が開放されるようにする。
反面、第２コイルスプリング１３４の弾性力は排気ガス
の所定の高レベルの圧力より小さく設定され、内燃機関
からの排気ガスの圧力が前記所定の高レベルの圧力と同
一であるか大きい時には第２バルブ板１３２が開放され
るようにする。
【００３１】前記第１、第２バルブ板１２２、１３２は
その間に所定の間隔Ｇをおいて配置されるので衝突しな
い。
【００３２】以下、本発明の第２の実施形態による半能
動消音器の作動について説明する。
【００３３】図５に示されているように、内燃機関から
の排気ガスはインレットパイプ１４を経て第１、第２チ
ャンバ４、１０に流入される。前記第１チャンバ４に供
給された排気ガスは第１バイパスパイプ１８を経て第３
チャンバ１２に供給される。また、第２チャンバ１０に
流入された排気ガスが所定の周波数に共鳴することによ
って排気騒音が消音される。前記消音された排気ガスは
第２バイパスパイプ２０を経て第３チャンバ１２に流入
され、その後、アウトレットパイプ１６を経て消音器の
外に排出される。従って、前記第２チャンバ１０は排気
騒音を消音する共鳴器として作用する。
【００３４】ここで、図６に示すように、内燃機関の低
いＲＰＭによって第２チャンバ１０の内部の圧力が低下
する時、第２バイパスパイプ２０を通過してバルブ板１
２２、１３２の左側方向（図６参照、以下同じ）に作用
する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動力は、バルブ
板１２２、１３２の右側方向（図６参照、以下同じ）に
作用するコイルスプリング１２４、１３４から供給され
る押し付け力と第３チャンバ１２の内部の圧力との合力
より小さい。従って、バルブ１００は閉じた状態に維持
され、消音効果が増加する。
【００３５】内燃機関のＲＰＭの増加によって前記第２
チャンバ１０の内部の圧力が所定の中間レベルの圧力以
上、所定の高レベルの圧力以下に増加する時、第２バイ
パスパイプ２０を通過してバルブ板１２２、１３２の左
側方向に作用する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動
力は、第１バルブ板１２２の右側方向に作用するコイル
スプリング１２４から供給される押し付け力より大きく
なるので、前記第１コイルスプリング１２４によって加
えられる弾性力が相対的に小さい第１バルブ板１２２だ
けが開放される。
【００３６】内燃機関のＲＰＭの増加によって前記第２
チャンバ１０の内部の圧力が前記所定の高レベルの圧力
以上に増加する時、第２バイパスパイプ２０を通過して
バルブ板１２２、１３２の左側方向に作用する第２チャ
ンバ１０の内部の圧力の作動力は、バルブ板１２２、１
３２の右側方向に作用する第３チャンバ１２の内部の圧
力及び前記コイルスプリング１２４、１３４から第１、
第２バルブ板１２２、１３２に加えられる押し付け力よ
り大きいので、第１、第２バルブ板１２２、１３２は開
放される。
【００３７】前記排気ガスの圧力が増加しても、増加し
た排気ガスの圧力がバルブ部材１０１、１０２を選択的
に開放するようにコイルスプリング１２４、１３４の弾
性力より大きくなければならないので、背圧が急激には
増加せず、エンジン出力が向上する。
【００３８】
【発明の効果】上述のように、開閉可能なバルブを有す
る半能動消音器を開示した本発明によれば、バルブが閉
じた時に、バルブ支持部材とバルブ板との間に所定の間
隔Ｓが維持されるので衝突衝撃力及び騒音を減少させる
ことができる。
【００３９】また、バルブ支持部材の接触部とバルブ板
とバルブ板の回転軸との間の距離を最小化することによ
って、衝突衝撃力及び騒音の低減だけでなくバルブの耐
久性を向上させることができる。
【００４０】さらに、本発明によれば、バルブが排気ガ
スの圧力レベルに応じて選択的に開閉される２つのバル
ブ板を有することによって、背圧が急激には増加せず、
エンジン出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による半能動消音器の
前側断面図である。
【図２】図１に示した半能動消音器のバルブの分解斜視
図である。
【図３】図２の半能動消音器のバルブの組立斜視図であ
る。
【図４】図３のＡ−Ａ線の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による半能動消音器の
作動状態図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による消音器の部分断
面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線の断面図である。
【符号の説明】
４ 第１チャンバ １０ 第２チャンバ １２ 第３チャンバ １４ インレットパイプ １６ アウトレットパイプ １８ 第１バイパスパイプ ２０ 第２バイパスパイプ ２２ バルブ ２３ 排気ホール ２４ バルブ支持部材 ２６ バルブ板 ２８ ピン ３０ コイルスプリング ３４ 中央孔 ４２ キャビティ ４４ キャビティの壁 ５６ ストッパー ５８ ストッパーの壁 １００ バルブ １０１、１０２ バルブ部材 １２１、１３１ 第１、第２ピン １２１ａ、１３１ａ 支持突起 １２２、１３２ 第１、第２バルブ板 １２２ｂ、１３２ｂ 突起部 １２３、１３３ 第１、第２ストッパ １２３ａ、１３３ａ 固定突起 １２４、１３４ 第１、２コイルスプリング １２４ａ、１３４ａ 一側アーム部 １２４ｂ、１３４ｂ 他側アーム部 １２９、１３０ ピン支持板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１、第２、第３チャンバに分けられ、
    一定の容積の密閉空間を有するケースと、 前記第１チャンバと前記第３チャンバとを連通させるた
    めの第１バイパスパイプと、 前記第２チャンバと前記第３チャンバとを連通させるた
    めの第２バイパスパイプと、 前記第１、第２チャンバに排気ガスを流入させるための
    インレットパイプと、 前記流入された排気ガスを前記第１、第２チャンバから
    それぞれ前記第１、第２バイパスパイプを通して前記第
    ３チャンバに排出するためのアウトレットパイプと、 前記第２チャンバ内の圧力程度に応じて前記第２バイパ
    スパイプの下流側端を選択的に開放するためのバルブ
    と、 前記バルブが開閉される時の衝撃及び騒音を低減させる
    ための緩衝手段とを含み、 前記緩衝手段は前記バルブが完全に閉鎖された状態の時
    にも前記バルブと前記第２バイパスパイプの下流側端と
    の間で維持される間隔（gap）を含むことを特徴とする
    内燃機関用半能動消音器。
  2. 【請求項２】 前記バルブは、本体と、中央孔と、バル
    ブ板装着部を形成する一対の第１ピン支持具と、前記第
    １ピン支持具の間の本体に形成されるキャビティとを含
    むバルブ支持部材と、 一対の第２ピン支持具を有する延長部と、前記ピン支持
    具の反対方向に突出して前記バルブ支持部材のキャビテ
    ィの内外に移動し得るストッパーとを含むバルブ板と、 ピンが前記ピン支持具と共に長軸を貫通することによっ
    て前記第２ピン支持具の間に挿入される弾性部材とから
    なることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用半能
    動消音器。
  3. 【請求項３】 前記第１、第２、第３チャンバは、第１
    チャンバの容積＜第３チャンバの容積＜第２チャンバの
    容積である容積の関係を有するように形成されることを
    特徴とする請求項１に記載の内燃機関用半能動消音器。
  4. 【請求項４】 前記中央孔の反対側のキャビティの壁と
    前記ストッパーの対応する壁とが前記ピンの長軸と同一
    線上に形成されることを特徴とする請求項２の内燃機関
    用半能動消音器。
  5. 【請求項５】 前記バルブが閉鎖された時、前記中央孔
    の周縁の前記バルブ板と前記バルブ支持部材との間の間
    隔（Ｓ）が維持されることを特徴とする請求項２に記載
    の内燃機関用半能動消音器。
  6. 【請求項６】 第１、第２バルブ部材からなるバルブに
    おいて、各バルブ部材は、 バルブ板と、 前記バルブ板の支点としての役割をはたすピンと、 前記バルブ板を一方向に押し付けるコイルスプリング
    と、 前記バルブ部材の閉鎖を制限するストッパーとを含み、 前記第１バルブ部材の前記バルブ板の前記コイルスプリ
    ングの弾性力は前記第２バルブ部材のバルブ板のコイル
    スプリングの弾性力より小さいことを特徴とする請求項
    １に記載の内燃機関用半能動消音器。
  7. 【請求項７】 前記第１、第２バルブ部材は排気ガスの
    圧力程度に応じて選択的に開放されることを特徴とする
    請求項６に記載の内燃機関用半能動消音器。
  8. 【請求項８】 前記第１、第２バルブ部材の前記バルブ
    板の間に一定の間隔（Ｇ）が形成されることを特徴とす
    る請求項６に記載の内燃機関用半能動消音器。
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