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(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2016-0073979
(43) 공개일자 2016년06월27일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F16C 7/06 (2006.01) F02B 75/04 (2006.01)
F16C 7/00 (2006.01)
(52) CPC특허분류
F16C 7/06 (2013.01)
F02B 75/045 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2016-7012109
(22) 출원일자(국제) 2014년10월13일
심사청구일자 없음
(85) 번역문제출일자 2016년05월09일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2014/071890
(87) 국제공개번호 WO 2015/055582
국제공개일자 2015년04월23일
(30) 우선권주장
A 50674/2013 2013년10월18일 오스트리아(AT)
(71) 출원인
아베엘 리스트 게엠베하
오스트리아 아-8020 그라츠 한스-리스트-플라츠 1
(72) 발명자
멜데-투차이 헬무트
오스트리아 에이-8042 그라츠 하우프가세 8/9
리치텐져 슈테판
오스트리아 에이-8511 에스티. 슈테판 슈왈츠차쉔
45
호들 베른하르트
오스트리아 에이-8051 그라츠 피셔라우슈트라세
59/55
(74) 대리인
유미특허법인
전체 청구항 수 : 총 14 항
(54) 발명의 명칭 길이-조정 가능 커넥팅 로드
(57) 요 약
발명이 특히 내연 기관을 위한, 왕복 피스톤 기계를 위한 길이-조정 가능 커넥팅 로드(1)에 관한 것으로서, 그러
한 커넥팅 로드(1)가 소형 커넥팅 로드 아이(2)를 가지는 적어도 하나의 제1 로드 부분(6) 및 대형 커넥팅 로드
아이(4)를 가지는 제2 로드 부분(9)을 포함하고, 2개의 로드 부분이 서로에 대해서 및/또는 텔레스코픽 방식으로
(뒷면에 계속)
대 표 도 - 도1
공개특허 10-2016-0073979
- 1 -
서로의 내에서 이동될 수 있고, 제2 로드 부분이 안내 실린더(8)를 형성하고, 제1 로드 부분이 안내 실린더 내에
서 길이방향으로 변위될 수 있는 피스톤 요소(7)를 형성하고, 제1 고압 챔버(10)가 제2 피스톤 부분과 대형 커넥
팅 로드 아이와 대면하는 피스톤 요소의 측면 상의 피스톤 요소 사이에 걸쳐지고, 제1 고압 챔버 내로 적어도 하
나의 제1 오일 채널(20)이 연결되고, 제1 오일 채널 내에서 제1 고압 챔버의 방향으로 개방된 특히 제1 체크 밸
브(21)가 배열되고, 적어도 제1 복귀 채널(22)이 제1 고압 챔버로부터 연장되고, 복귀 채널의 배출유동 횡단면이
제1 위치에서 제어 밸브(13)에 의해서 폐쇄될 수 있고 제2 위치에서 제어 밸브에 의해서 개방될 수 있으며, 제어
밸브는 바람직하게, 커넥팅 로드의 제2 로드 부분의 수용 보어(14) 내에서 축방향으로 변위될 수 있는 제어 피스
톤(15)을 가지며, 제어 피스톤은 특히 복귀 스프링(16)에 의해서 제1 위치로 이동될 수 있고 작동력에 의해서 복
귀 스프링의 힘에 대항하여 제2 위치로 이동될 수 있다. 가능한 한 단순하게 압축비를 변화시킬 수 있게 하기 위
해서, 발명에 따른 피스톤 요소가 양 단부들에서 동작적인 피스톤으로서 디자인된다.
(52) CPC특허분류
F16C 7/00 (2013.01)
공개특허 10-2016-0073979
- 2 -
명 세 서
청구범위
청구항 1
특히 내연 기관을 위한, 왕복-피스톤 기계를 위한 길이-조정 가능 커넥팅 로드(1)로서, 소형 커넥팅 로드 아이
(2)를 가지는 적어도 하나의 제1 로드 부분(6) 및 대형 커넥팅 로드 아이(4)를 가지는 제2 로드 부분(9)을 포함
하고, 2개의 로드 부분(6, 9)이 서로에 대해서 및/또는 텔레스코픽 방식으로 서로의 내에서 이동될 수 있고, 상
기 제2 로드 부분(9)이 안내 실린더(8)를 형성하고, 상기 제1 로드 부분(6)이 상기 안내 실린더(8) 내에서 길이
방향으로 변위될 수 있는 피스톤 요소(7)를 형성하고, 제1 고압 챔버(10)가 상기 제2 로드 부분(9)과 피스톤 요
소(7) 사이에, 상기 대형 커넥팅 로드 아이(4)와 대면하는 피스톤 요소(7)의 측면 상에 걸쳐지고, 상기 제1 고
압 챔버 내로 적어도 하나의 제1 오일 채널(20)이 연결되고, 상기 제1 오일 채널 내에서 상기 제1 고압 챔버
(10)의 방향으로 개방된 특히 제1 체크 밸브(21)가 배열되고, 적어도 제1 복귀 채널(22)이 상기 제1 고압 챔버
(10)로부터 연장되고, 상기 복귀 채널의 배출유동 횡단면이 제1 위치에서 제어 밸브(13)에 의해서 폐쇄될 수 있
고 제2 위치에서 제어 밸브에 의해서 개방될 수 있으며, 상기 제어 밸브(13)는 바람직하게, 상기 커넥팅 로드
(1)의 제2 로드 부분(4)의 수용 보어(14) 내에서 축방향으로 변위될 수 있는 제어 피스톤(15)을 가지며, 상기
제어 피스톤은 특히 복귀 스프링(16)에 의해서 제1 위치로 이동될 수 있고 작동력에 의해서 상기 복귀 스프링
(16)의 힘에 대항하여 제2 위치로 이동될 수 있으며, 상기 피스톤 요소(7)가 이중 작용 피스톤으로서, 바람직하
게 계단형 피스톤으로서 디자인되는, 커넥팅 로드(1).
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 제어 밸브(13)의 제1 위치가 상기 제1 로드 부분(6)의 연장 위치(A)와 연관되고, 상기 제어 밸브(13)의 제
2 위치가 상기 제1 로드 부분(6)의 후퇴 위치(B)와 연관되는, 커넥팅 로드(1).
청구항 3
제2항에 있어서,
상기 제1 로드 부분(6)이 상기 연장 위치(A) 그리고 상기 후퇴 위치(B) 모두에서 상기 제2 로드 부분(9)에 대해
서 유압식으로 록킹될 수 있는, 커넥팅 로드(1).
청구항 4
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소형 로드 아이(2)를 향해서 대면하는 상기 피스톤 요소(7)의 측면 상에서, 제2 고압 챔버(11)가, 상기 제
2 로드 부분(9)으로 고정적으로 연결된 유지 부분(33)과 상기 피스톤 요소(7) 사이에 걸쳐지고, 상기 제2 고압
챔버(11) 내로 적어도 하나의 제2 오일 채널(30)이 연결되고, 상기 제2 오일 채널 내에는, 바람직하게 상기 제1
고압 챔버(10)의 방향으로 개방된 제2 체크 밸브(31)가 배열되는, 커넥팅 로드(1).
청구항 5
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 제2 복귀 채널(32)이 상기 제2 고압 챔버(11)로부터 연장되고, 상기 제2 복귀 채널의 유출유동
횡단면이 상기 제2 위치에서 제어 밸브(13)에 의해서 폐쇄될 수 있고 상기 제1 위치에서 개방될 수 있는, 커넥
팅 로드(1).
청구항 6
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 복귀 채널(22, 32) 만이 상기 제어 밸브(13)에 의해서 제어될 수 있는, 커넥팅 로드(1).
공개특허 10-2016-0073979
- 3 -
청구항 7
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 복귀 유동 스로틀(29)이 상기 제어 밸브(13)에 대한 공급 라인(25) 내에 배열되는, 커넥팅 로드
(1).
청구항 8
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 오일 채널(30) 및/또는 상기 제2 복귀 채널(32)이, 상기 커넥팅 로드(1)의 길이방향 축(1a)을 에워싸
는, 상기 커넥팅 로드(1)의 길이방향 중심 평면(ε)의 외부에 배열되는, 커넥팅 로드(1).
청구항 9
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 부분(33)이, 상기 안내 실린더(8) 내로 돌출되는, 교체 가능한 정지 슬리브에 의해서 형성되고, 바람
직하게 상기 정지 슬리브가 상기 제2 로드 부분(9)과 함께 나사 체결되는, 커넥팅 로드(1).
청구항 10
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 오일 채널(20)에 대한 공급 횡단면이 상기 제2 위치에서 상기 제어 밸브(13)에 의해서 폐쇄될 수 있고
상기 제1 위치에서 개방될 수 있는, 커넥팅 로드(1).
청구항 11
제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 오일 채널(30)에 대한 공급 횡단면이 상기 제1 위치에서 상기 제어 밸브(13)에 의해서 폐쇄될 수 있고
상기 제2 위치에서 개방될 수 있는, 커넥팅 로드(1).
청구항 12
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 피스톤(15)의 작동이 - 바람직하게 복귀 스프링(16)의 힘에 대항하여 - 오일 압력에 의해서 유압식으
로 또는 전자기적으로 실시되는, 커넥팅 로드(1).
청구항 13
제12항에 있어서,
상기 제어 피스톤(15)이, 상기 크랭크케이스 내에 배열된 유도 코일(41)과 상호 작용하는 영구 자석 요소(42)를
가지거나 강자성체 재료로 이루어지는, 커넥팅 로드(1).
청구항 14
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제어 피스톤(15)이, 바람직하게 스프링-부하형 압력 부분에 의해서 형성되는, 적어도 하나의 록킹 요소
(43, 44)에 의해서 적어도 하나의 위치에서 록킹될 수 있고, 바람직하게 상기 록킹 요소(43, 44)가, 상기 제어
피스톤(15)의 이동 방향에 대해서 횡방향으로 상기 제어 피스톤(15) 상에 작용하는 스프링-부하형 압력 본체를
가지는, 커넥팅 로드(1).
발명의 설명
기 술 분 야
발명은 특히 내연 기관을 위한, 왕복 피스톤 기계를 위한 길이-조정 가능 커넥팅 로드에 관한 것으로서, 소형[0001]
공개특허 10-2016-0073979
- 4 -
커넥팅 로드 아이(eye)를 가지는 적어도 하나의 제1 로드 부분 및 대형 커넥팅 로드 아이를 가지는 제2 로드 부
분을 포함하고, 그러한 2개의 로드 부분이 텔레스코픽 방식으로 서로의 내에서 및/또는 서로에 대해서 이동될
수 있고, 제2 로드 부분이 안내 실린더를 형성하고, 제1 로드 부분이 안내 실린더 내에서 길이방향으로 변위될
수 있는 피스톤 요소를 형성하고, 제1 고압 챔버가 제2 피스톤 부분과 대형 커넥팅 로드 아이와 대면하는 피스
톤 요소의 측면 상의 피스톤 요소 사이에 걸쳐지고(spanned), 그러한 제1 고압 챔버 내로 적어도 하나의 제1 오
일 채널이 연결되고, 제1 오일 채널 내에서 제1 고압 챔버의 방향으로 개방된 특히 제1 체크 밸브가 배열되고,
적어도 제1 복귀 채널이 제1 고압 챔버로부터 연장되고, 그러한 복귀 채널의 배출유동(outflow) 횡단면이 제1
위치에서 제어 밸브에 의해서 폐쇄될 수 있고 제2 위치에서 제어 밸브에 의해서 개방될 수 있으며, 제어 밸브는
바람직하게, 커넥팅 로드의 제2 로드 부분의 수용 보어 내에서 축방향으로 변위될 수 있는 제어 피스톤을 가지
며, 그러한 제어 피스톤은 특히 복귀 스프링에 의해서 제1 위치로 이동될 수 있고 작동력에 의해서 복귀 스프링
의 힘에 대항하여(against) 제2 위치로 이동될 수 있다.
배 경 기 술
내연 기관의 압축을 변화시키는 것에 의해서, 전체 부하(full load)가 보다 낮은 압축비에서 동작될 수 있고,[0002]
부분적인 로드 및 시동이 증가된 비율에서 동작될 수 있다. 이러한 경우에, 부분적인 부하 범위 내에서 소비가
개선되고, 증가된 압축비를 이용하여 시동 중에 압축 압력이 증가되며, 감소된 비율에 의해서 피크 압력이 큰
파워에서 감소되고, 그리고 또한 노킹이 방지된다.
압축비를 조정하기 위해서 크랭크샤프트의 편심 크랭크 핀 또는 편심 피스톤 핀을 이용하는 것이 공지되어[0003]
있다. 또한, 크랭크케이스 내의 편심 장착을 이용하여 전체 실린더 블록을 상승시키는 것 또는 전체 크랭크샤프
트 베어링을 하강시키는 것이 압축비 변화를 위한 것으로 공지되어 있다.
문헌 US 2,217,721 A가 제1 및 제2 로드 부분을 가지는 길이-조정 가능 커넥팅 로드를 가지는 내연 기관을 개[0004]
시하고 있으며, 그러한 로드 부분들이 텔레스코픽 방식으로 서로의 내에서 및/또는 서로에 대해서 이동될 수 있
다. 고압 챔버가 2개의 로드 부분들 사이에 걸쳐지고, 그러한 고압 챔버 내로 오일 채널이 연결된다. 오일을 이
용하여 고압 챔버를 재충진하고 비우기 위해서 그에 따라 커넥팅 로드의 길이를 조정하기 위해서, 복귀 스프링
에 의해서 제1 폐쇄 위치로 이동될 수 있고, 오일 압력에 의해서, 복귀 스프링의 힘에 대항하여, 제2 개방 위치
로 이동될 수 있는, 축방향으로 변위될 수 있는 폐쇄 부분 요소를 가지는 제어 밸브가 제공된다.
로드 길이를 조정하기 위한 유압식(hydraulic) 텔레스코픽 메커니즘을 각각 가지는 추가적인 커넥팅 로드가 문[0005]
헌 FR 2 857 408 A1, WO 02/10568 A1, DE 198 35 146 A1, US 4 195 601 A, US 4 124 002 A,
및 US 2 134 995 A로부터 공지되어 있다.
WO 2013/092364 A1는 제1 로드 부분 및 제2 로드 부분을 포함하는 내연 기관용 길이-조정 가능 커넥팅 로드를[0006]
설명한다. 2개의 로드 부분이 텔레스코픽 방식으로 서로의 내에서 및/또는 서로에 대해서 이동될 수 있고, 제2
로드 부분이 안내 실린더를 형성하고 제1 로드 부분이, 안내 실린더 내에서 길이방향으로 이동될 수 있는, 피스
톤 요소를 형성한다. 제1 고압 챔버가 제1 로드 부분과 제2 로드 부분 사이에 걸쳐지고, 그러한 제1 고압 챔버
내로 적어도 하나의 제1 오일 채널이 연결된다. 오일 채널로의 유입유동이, 수용 보어 내에서 축방향으로 변위
될 수 있는 제어 피스톤을 통해서 제어될 수 있다. 제어 피스톤이 복귀 스프링에 의해서 제1 위치 내로 그리고,
오일 압력에 의해서, 복귀 스프링의 힘에 대항하여 제2 위치 내로 이동된다.
AT 512 334 A1는, 텔레스코픽 방식으로 이동될 수 있는 로드 부분들을 포함하는 유사한 길이-조정 가능 커넥[0007]
팅 로드를 개시하며, 그러한 로드 부분들이 적어도 하나의 이동된 위치에서 록킹 유닛에 의해서 기계적으로 록
킹될 수 있다. 록킹 유닛이 이러한 경우에 슬라이드를 가지며, 그러한 슬라이드는 로드 부분의 수용 보어 내에
서, 커넥팅 로드의 길이방향 축에 대해서 횡방향으로, 록킹된 위치와 해제 위치 사이에서 이동될 수 있다. 슬라
이드가 이러한 경우에 쐐기-형상의 영역을 가지며, 그러한 영역은 다른 로드 부분의 상응하는 쐐기-형상의 영역
과 상호 작용한다. 복귀 스프링의 힘에 대항하여 슬라이드의 단부 면으로 압력을 인가하는 것에 의해서, 슬라이
드의 편향이 유압식으로 실시된다.
록킹 유닛이 비교적 많은 양의 구조적 공간을 점유하는 것이 단점이다. 또한, 가공이 복잡한 비교적 많은 수의[0008]
구성요소가 이용되는 것이 단점이다. 각각의 적용예에 대한 최적의 쐐기 각도의 확인에 있어서 부가적인 개발
작업이 요구된다.
그에 따라, 모든 공지된 제안은 높은 수준의 디자인 및/또는 제어 지출을 필요로 한다.[0009]
공개특허 10-2016-0073979
- 5 -
발명의 내용
해결하려는 과제
발명의 목적은 이러한 단점을 피하는 것이고 압축비를 변화시키기 위한 단순한 해결책을 제공하는 것이다.[0010]
과제의 해결 수단
이러한 것이, 피스톤 요소가 이중 작용 피스톤으로서, 바람직하게 계단형(stepped) 피스톤으로서 디자인된 발명[0011]
에 따라서 달성된다.
양 단부에서 동작 가능한 피스톤이, 본 용도에서, 오일이 인가될 수 있는 또는 대향 단부들에서 유압식으로 동[0012]
작될 수 있고 그에 따라 두 방향으로 힘을 가할 수 있는 피스톤이다.
계단형 피스톤은 상이한 크기들의 활성 지역들(active areas)을 가지는 피스톤이고, 예를 들어, 그러한 활성 지[0013]
역들 중 하나가 링 지역으로서 디자인되고 다른 활성 지역이 원형 지역으로서 디자인된다.
제어 밸브의 제1 위치와 연관된 연장 위치, 그리고 또한 제어 밸브의 제2 위치와 연관된 후퇴 위치 모두에서,[0014]
제1 로드 부분이 제2 로드 부분과 관련하여 유압식으로 록킹될 수 있다.
소형 커넥팅 로드를 향해서 대면하는 피스톤 요소의 단부 상에서, 제2 로드 부분으로 고정적으로 연결된 유지[0015]
부분과, 피스톤 요소 사이에 걸쳐지는 제2 고압 챔버가 바람직하게 제공되고, 그러한 제2 고압 챔버 내로 적어
도 하나의 제2 오일 채널이 연결되고, 제2 오일 채널 내에는, 바람직하게 제1 고압 챔버의 방향으로 개방된 제2
체크 밸브가 배열된다. 감압을 가능하게 하기 위해서, 적어도 하나의 복귀 채널이 제2 고압 챔버로부터 기원할
수 있고, 그 유출유동 횡단면이 제2 위치에서 제어 밸브에 의해서 폐쇄될 수 있고 제1 위치에서 개방될 수
있다. 제1 및 제2 고압 챔버가 대형 로드 아이의 방향으로 또는 소형 로드 아이의 방향으로 각각 위치를 고정한
다.
제어 밸브의 방향으로 개방된 복귀 유동 스로틀이, 대형 로드 아이로부터 바람직하게 기원하는 제어 밸브로의[0016]
공급 라인 내에 배열되는 것이 특히 유리하다.
복귀 유동 스토틀이, 제어 밸브의 방향으로 개방된 체크밸브, 및 그에 평행하게 배열된 스로틀 보어로 이루어질[0017]
수 있고, 복귀 유동 스로틀이, 예를 들어, 밸브 스프링에 의해서 개방 방향에 반대로 밸브 시트(seat) 상으로
가압되는, 스로틀 보어를 구비하는 스프링-부하형(spring-loaded) 밸브 판을 가질 수 있다. 이러한 유형의 복귀
유동 스로틀이, 예를 들어, DE 196 12 721 A1에서 개시되어 있다.
한편으로, 고압 챔버의 급속 충진이 복귀 유동 스로틀의 개방 체크 밸브를 통해서 복귀 유동 스로틀에 의해서[0018]
실시될 수 있다. 다른 한편으로, 커넥팅 로드의 조정으로부터 초래되는 복귀 압력 파동이 감쇠되고, 대형 로드
아이의 방향을 따른 복귀 유동이 작게 유지된다.
고압 챔버의 압력 오일 공급이 커넥팅 로드의 대형 로드 베어링 또는 대형 로드 아이로부터의 유입유동 라인을[0019]
통해서 실시된다.
제어 밸브의 제어 피스톤의 수용 보어의 축이 바람직하게 커넥팅 로드의 길이방향 중심 평면 내의 로드 길이방[0020]
향 축에 수직으로 배열된다. 제2 오일 채널 및 제2 복귀 채널의 단순한 제조를 가능하게 하기 위해서, 제2 오일
채널 및/또는 제2 복귀 채널이, 로드 길이방향 축을 봉입하고(enclose) - 그에 따라 수용 보어에 측방향으로 인
접하는, 커넥팅 로드의 길이방향 중심 평면 외측에 배열되는 것이 유리하다. 측방향 제2 오일 및 복귀 채널과
수용 보어 사이의 연결이 짧은 횡방향 보어를 통해서 생성된다. 제1 오일 채널 및 제1 복귀 채널이 길이방향 중
심 평면 내에 배열될 수 있다.
제2 오일 및 복귀 채널이 커넥팅 로드의 대형 로드 아이로부터 연장되어 드릴 가공될 수 있다. 제1 오일 및 복[0021]
귀 채널의 생성이 안내 실린더의 측면으로부터 실시될 수 있다.
압축비의 변화를 위한 신뢰 가능하고 단순한 해결책이, 제1 오일 채널에 대한 공급 횡단면이 제어 밸브에 의해[0022]
서 제2 위치에서 폐쇄될 수 있고 제1 위치에서 개방될 수 있는 경우에 실시될 수 있고, 바람직하게 제2 오일 채
널에 대한 공급 횡단면이 제어 밸브에 의해서 제1 위치에서 폐쇄될 수 있고 제2 위치에서 개방될 수 있다.
특히 콤팩트한(compact) 구성을 가지는 발명의 하나의 특별하게 단순한 실시예의 변형예에서, 제1 및 제2 복귀[0023]
채널만이 제어 밸브에 의해서 제어될 수 있는 것이 제공된다. 그에 따라, 제어 피스톤이 매우 짧게 유지될 수
공개특허 10-2016-0073979
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있다.
바람직하게, 제어 피스톤의 작동이 복귀 스프링의 힘에 대항하는 오일 압력에 의해서 유압식으로 실시된다.[0024]
대안적으로 또는 부가적으로, 제어 피스톤의 작동이 전자기적으로 실시되는 것이 제공될 수 있고, 바람직하게[0025]
제어 피스톤이 강자성 재료로 이루어지거나, 크랭크케이스 내에 배열된 유도 코일과 상호작용하는, 영구 자석
요소를 구비한다. 제어 피스톤이, 바람직하게 스프링-부하형 압력 부분에 의해서 형성되는, 적어도 하나의 록킹
요소에 의해서 적어도 하나의 위치에서 록킹될 수 있고, 바람직하게 록킹 요소가, 제어 피스톤의 이동 방향에
대해서 횡방향으로 제어 피스톤 상으로 작용하는 스프링-부하형 압력 본체를 갖는다.
도면의 간단한 설명
이하에서 도면을 기초로 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다. [0026]
도 1은 스위칭 밸브의 제1 스위칭 위치에서 제1 실시예의 변형예의 도 2의 선 I-I을 따른 단면으로 발명에 따른
커넥팅 로드를 도시한다.
도 2는 이러한 커넥팅 로드를 측면도로 도시한다.
도 3은 스위칭 밸브의 제2 스위칭 위치에서 도 1과 유사한 단면으로 커넥팅 로드를 도시한다.
도 4는 도 1의 선 IV-IV을 따른 단면으로 커넥팅 로드를 도시한다.
도 5는 도 1의 선 V-V을 따른 단면으로 커넥팅 로드를 도시한다.
도 6은 개략도로서 도 1에 도시된 제어 밸브의 제1 스위칭 위치에 대한 스위칭 배열을 도시한다.
도 7은 개략도로서 도 3에 도시된 제어 밸브의 제2 스위칭 위치에 대한 스위칭 배열을 도시한다.
도 8은 도 1로부터의 VIII의 상세도를 도시한다.
도 9은 도 3으로부터의 IX의 상세도를 도시한다.
도 10은, 스위칭 밸브의 제1 스위칭 위치가 단면의 평면 내로 회전되는 제2 오일 및 복귀 채널을 가지는 제2 실
시예의 변형예에서, 도 1과 유사한 단면도로, 발명에 따른 커넥팅 로드를 도시한다.
도 11은 스위칭 밸브의 제2 스위칭 위치 내의 이러한 커넥팅 로드를 도시한다.
도 12는 개략도로서 도 10에 도시된 제어 밸브의 제1 스위칭 위치에 대한 스위칭 배열을 도시한다.
도 13은 개략도로서 도 11에 도시된 제어 밸브의 제2 스위칭 위치에 대한 스위칭 배열을 도시한다.
도 14는 제3 실시예의 변형예의 발명에 따른 커넥팅 로드를 도시한다.
실시예의 변형예들에서, 기능적으로 균등한 부분들이 동일한 참조 기호로 제공된다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도면의 각각에서, 도 8에서 볼 수 있는 피스톤 핀 베어링(3)을 위한 소형 로드 아이(2), 및 내연 기관의 크랭크[0027]
핀 베어링(5)(도 10 및 도 11 참조)을 위한 대형 로드 아이(4)를 포함하는 2-부분 커넥팅 로드(1)가 도시되어
있다. 소형 그리고 대형 로드 아이(2, 4)의 회전 대칭 축이 각각 2a 및 4a로 식별되어 있다. 커넥팅 로드(1)의
길이방향 축이 1a로 식별되어 있고, 소형 및 대형 로드 아이(2, 4)의 회전 대칭 축(2a 및 4a)에 수직이고 커넥
팅 로드(1)의 길이방향 축(1a)을 포함하는, 커넥팅 로드(1)의 길이방향 중심 평면이 ε(도 2)으로 식별되어 있
다.
커넥팅 로드(1)가 소형 로드 아이(2)를 가지는 상부 제1 로드 부분(6) 및 대형 로드 아이(4)를 가지는 하부 제2[0028]
로드 부분(9)을 갖는다. 제1 로드 부분(6)이, 커넥팅 로드(1)의 길이방향 축(1a)의 방향으로, 도 1, 도 8, 및
도 10에서 볼 수 있는 조정 범위(ΔL) 만큼 연장 위치(A)(도 1, 도 6, 도 8, 도 10, 및 도 12)와 후퇴 위치
(B)(도 3, 도 7, 도 9, 도 11, 및 도 13) 사이에서 제2 로드 부분(9)과 관련하여 조정될 수 있다. 육각형 소켓
나사에 의해서 예시적인 실시예에서 형성된, 체결 나사(17)를 가지는 실질적으로 원통형인 피스톤 요소(7)가 상
부 제1 로드 부분(6) 내에 체결된다. 도 1 및 도 3에 도시된 실시예의 변형예에서, 체결 나사(17)의 나사 헤드
가 피스톤 부분(7)으로부터 돌출되고, 도 10 및 도 11에 도시된 제2 실시예의 변형예에서, 나사 헤드가 피스톤
부분(7) 내로 묻혀있다(countersunk).
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피스톤 요소(7)가 커넥팅 로드(1)의 하부의 제2 로드 부분(9)의 안내 실린더(8) 내에서 안내되고 그에 따라 피[0029]
스톤 요소가 축방향으로 이동될 수 있으며, 제1 고압 챔버(10)가, 대형 로드 아이(4)를 향해서 대면하는 피스톤
요소(7)의 제1 단부 면(7a)과, 2개의 로드 부분(6, 9)의 적어도 하나의 위치의 제2 로드 부분(9) 사이에 걸쳐진
다. 도 1 및 도 3으로부터 명확한 바와 같이, 제1 예시적 실시예에서, 체결 나사(17)의 나사 헤드가 피스톤 요
소(7)의 제1 단부 면(7a)으로부터 제1 고압 챔버(10) 내로 돌출되지만, 이는 기능에 영향을 미치지 않는데, 이
는 축방향을 따른 활성 지역의 돌출만이 관련되기 때문이다. 제1 고압 챔버(10)를 향해서 배향된 피스톤 요소
(7)의 활성 지역이 제1 단부 면(7a)에 의해서 부분적으로 그리고 체결 나사(17)의 나사 헤드의 단부 면에 의해
서 부분적으로 형성된다. 계단형 피스톤으로서 디자인된 피스톤 요소(7)가, 소형 로드 아이(2)를 향해서 대면하
고 제2 고압 챔버(11)와 경계를 접하는 제2 단부 면(7b)을 가지며, 그 원통형 측방향 표면이 제2 로드 부분(9)
의 안내 실린더(8)에 의해서 형성된다. 계단형 피스톤이 상이한 크기들의 활성 지역들을 가지는 피스톤 - 본 경
우에, "양 단부에서 동작적인 피스톤" - 으로서 일반적으로 이해되고, 활성 지역 중 하나(여기에서: 제2 고압
챔버(11)를 향해서 배향된 활성 지역)가 링 지역으로서 디자인되고 다른 활성 지역이 원형 지역으로서 디자인된
다. 여기에서 설명된 압력 비율이 상이한 활성 지역에 의해서 이루어질 수 있을 것이다.
링-형상의 제1 및 제2 단부 면(7a, 7b)이, 고압 챔버(10, 11) 내로 유도되고 가압되는 작동 매체, 예를 들어 모[0030]
터 오일을 위한 압력 결합 지역을 형성한다.
모터 오일이, 제1 오일 채널(20)을 통해서, 제1 고압 챔버(10)와 경계를 접하는 피스톤 요소(7)의 제1 단부 면[0031]
(7a)으로 인가되고, 제1 오일 채널 내에는 제1 고압 챔버(10)의 방향으로 개방된 제1 체크 밸브(21)가
배열된다. 제1 복귀 채널(22)이 제1 고압 챔버(10)로부터 연장되고, 그러한 제1 복귀 채널(22)을 통해서 제1 고
압 챔버(10)가 감압될 수 있다.
제2 고압 챔버(11)의 방향으로 개방된 제2 체크 밸브(31)가 내부에 배열되는 제2 오일 채널(30)이, 피스톤 요소[0032]
(7)의 제2 단부 면(7b)과 경계를 접하는 제2 고압 챔버(11) 내로 연결된다. 오일 압력이 이러한 제2 오일 채널
을 통해서 제2 고압 챔버(11)로 인가될 수 있다. 제2 고압 챔버(11)의 감압이 제2 고압 챔버(11)로부터 연장되
는 제2 복귀 채널(32)을 통해서 발생된다.
오일 공급, 차단, 및 오일의 방출이 제어 밸브(13)에 의해서 제어되고, 그러한 제어 밸브는, 제1 위치와 제2 위[0033]
치 사이에서 수용 보어(14) 내에서 축방향으로 이동될 수 있고, 압력 조절 밸브(또한 미도시)에 의해서 오일 펌
프(구체적으로 도시되지 않음)에서의 오일 압력을 통해서 공지된 방식으로 제어되는 제어 피스톤(15)을 가지고,
예를 들어, 액추에이터(미도시)가 오일 펌프의 조절 밸브 내의 스프링을 다소 예비-장력화시킨다(pre-tension).
제어 피스톤(15)을 이동시키는 것에 의해서, 제1 또는 제2 복귀 채널(22, 32)이 개방되거나 차단될 수 있고, 각[0034]
각의 다른 복귀 채널(32, 22)이 각각 차단되거나 개방된다.
도 1 내지 도 9에 도시된 제1의 실시예의 변형예에서, 제어 피스톤(15)이 제1 및 제2 복귀 채널(22 및 32)을 단[0035]
지 개방 또는 폐쇄한다. 제1 및 제2 오일 채널(20, 30)이 제어 피스톤(15)에 의해서 제어되지 않는다.
대조적으로, 도 10 내지 도 12에 도시된 실시예의 제어 피스톤(15)이 제1 및 제2 오일 채널(20, 30)을 작동시키[0036]
기 위한 제1 피스톤 부분(15a) 및 제1 및 제2 복귀 채널(22, 32)을 작동시키기 위한 제2 피스톤 부분(15b)을 가
지며, 바람직하게 링 홈(15c) 내에 배열되는 반경방향 보어(15d)가 2개의 피스톤 부분(15a, 15d) 사이에서 제어
피스톤(15) 내로 형성되고, 이러한 보어는 제어 피스톤(15)의 축방향 보어(15e) 내로 개방된다. 축방향 보어
(15e)가, 대형 로드 아이(4) 또는 크랭크 핀 베어링(5)으로부터 연장되고 수용 보어(14) 내로 연결되는 오일 공
급 채널(28)의 방향을 따른 개구부로서 디자인된다.
도 1은 큰 압축비와 연관되고 도 6에 개략적으로 도시된 제어 밸브(13)의 제1 위치와 상호 관련된 연장 위치[0037]
(A)에서 제1 실시예의 변형예의 커넥팅 로드(1)를 도시하고, 도 3은 작은 압축비와 연관되고 도 7에서 볼 수 있
는 제어 밸브(13)의 제2 위치와 상호 관련된 후퇴 위치(B)에서 커넥팅 로드(1)를 도시한다.
도 10은, 큰 압축비와 연관되고 도 12에 도시된 제어 밸브(13)의 제1 위치와 상호 관련된 연장 위치(A)에서, 단[0038]
면의 평면 내로 회전된, 제2 오일 및 복귀 채널(30, 32)을 포함하는 제2 실시예의 변형예의, 큰 압축비를 가지
는 커넥팅 로드(1)를 도시한다. 도 11은 또한 단면의 평면 내로 회전된 제2 오일 및 복귀 채널(30, 32)을 가지
고, 작은 압축비와 연관되고 도 13에 도시된 제어 밸브(13)의 제2 위치와 상호 관련된 후퇴 위치(B)에서 도 10
으로부터의 커넥팅 로드를 도시한다.
작은 부하에서, 오일 압력이 속력 및 부하에 의존하는 방식으로 오일 펌프에 의해서 낮은 압력, 예를 들어, 1.8[0039]
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바아로 조절된다. 예를 들어, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같은 - 이러한 경우에, 제어 피스톤(15)이, 커넥팅
로드(1)의 길이방향 축(1a)에 대해서 횡방향으로 배열된 그 수용 보어(14) 내에서, 낮은 오일 압력 레벨에서 복
귀 스프링(16)의 힘에 의해서 제1 정지부(18)에 대항하여 가압되는데, 이는 복귀 스프링(16)의 스프링 힘이 오
일 압력에 의해서 유발되는 제어 피스톤(15)의 피스톤 힘 보다 크기 때문이다. 이러한 위치에서, 크랭크 핀 베
어링(5)으로부터의 오일 공급과 제1 체크 밸브(21) 사이의 유동 연결이 초래되고, 이는 피스톤 요소(7)의 제1
단부 면(7a) 아래에 위치된 제1 고압 챔버(10) 내로 연결된다. 내연 기관의 피스톤이 그 질량 힘(mass force)에
의해서 2개의 커넥팅 로드 부분(6, 9)을 멀리 당기는 한, 오일이 제1 체크 밸브(21)를 통해서 제1 고압 챔버
(10) 내로 그러한 제1 고압 챔버가 충진될 때까지 유동한다. 고압 챔버(10)의 부피는, 제2 로드 부분(9)의 샤프
트 부분(9a) 내로 나사 체결되고 정지 슬리브에 의해서 형성되며, 피스톤 요소(7)의 최대 가능 행정을
규정하는, 유지 부분(33)에 의해서 경계가 정해진다. 이러한 정지 슬리브의 길이에 따라서, 길이-조정 가능 커
넥팅 로드(1)의 커넥팅 로드의 조정 범위(ΔL)가 임의적으로 셋팅될 수 있을 것이다.
모터 오일이, 피스톤 요소(7)의 제1 단부 면(7a) 아래의 제1 오일 채널(20) 내에 배열된 제1 체크 밸브(21)를[0040]
통해서 질량 힘에 의해서 흡입된다. 제어 피스톤(15)은, 그 실린더 자켓(19)으로, 제1 고압 챔버(10)로부터 연
장되는 제1 복귀 채널(22)을 차단한다. 흡입된 오일이 빠져나갈 수 없고 압축될 수 없다. 결과적으로, 제1 로드
부분(6)을 포함하는, 피스톤 요소(7)가 상승되고 그에 따라 커넥팅 로드(1)가 보다 길어지기 시작한다. 이러한
방식으로, 보다 큰 압축비가 낮은 오일 압력에서 셋팅될 수 있다.
커넥팅 로드(1)가 멀리 당겨짐에 따라, 피스톤 요소(7)가 제2 복귀 채널(32)을 통해서 링-형상의 제2 고압 챔버[0041]
(11)의 오일 배출구를 변위시키고, 제어 밸브(13)의 제어 피스톤(15)이 이러한 제1 위치에서 해제된다. 오일이
도 1, 도 6, 도 10, 및 도 12에 도시된 화살표(R)를 따라서 내연 기관의 크랭크케이스를 향해서 유동한다.
오일 펌프의 조절 압력이 높은 부하에서 - 또한 부하 및 속력에 의존하는 방식으로 - 높은 레벨로, 예를 들어,[0042]
3.5 바아로 조절된다면, 도 3 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제어 피스톤(15)이 모터 오일에 의해서 제2 정지부
(23)에 대항하여 그 수용 보어(14) 내에서 가압되는데, 이는 오일 압력에 의해서 유발되는 제어 피스톤(15)의
피스톤 힘이 복귀 스프링(16)의 스프링 힘 보다 강하기 때문이다. 복귀 스프링(16)이 이러한 경우에 압축된다.
제2 정지부(23)가, 예를 들어, 복귀 스프링(16)을 위한 안내부 및/또는 수용 보어(14)의 홈 내로 삽입된 록 링
(24)에 의해서 형성될 수 있다.
이러한 위치에서, 유동 연결이, 제1 고압 챔버(10)와 제2 고압 챔버(11)로 연결된 제2 오일 채널(32) 내에 배열[0043]
된 제2 체크 밸브(31) 사이에서 초래된다. 가스 힘이 피스톤 요소(7)를 포함하는 제1 로드 부분(6)을 대형 로드
아이(4)의 방향으로 도면에서 하향 가압하는데, 이는 제1 복귀 채널(22)을 통한 제1 고압 챔버(10)로부터의 유
출유동이 제어 피스톤(15)에 의해서 개방되었기 때문이다. 연소실 내의 가스 압력의 양의 약 20배에 달할 수 있
는 이러한 제1 고압 챔버(10) 내의 가스 힘으로 인해서 발생되는 압력이 이제 링-형상의 제2 고압 챔버(11)를
충진하는데 도움을 준다. 이러한 제2 고압 챔버(11)로부터 제2 복귀 채널(32)을 통한 유출유동이 이러한 제2 위
치의 제어 피스톤(15)에 의해서 차단된다. 이러한 제2 위치에서, 연소실(구체적으로 도시되지 않음)로부터의 가
스 압력이 피스톤 요소(7)를 전체적으로 하향 가압하고, 그에 의해서 보다 작은 압축비가 초래된다. 결과적인
압력으로 인해서, 커넥팅 로드(1)의 제1 로드 부분(6)이, 제1 로드 부분(6)의 후퇴 위치에서 피스톤 요소(7)에
대한 정지부를 형성하는, 안내 실린더(8)의 피스톤-측 단부 면(12)에 대항하여 대형 로드 아이(4)의 방향으로
도면에서 하향 가압된다.
피스톤 요소(7)는 더 이상 상승될 수 없는데, 이는 오일이, 제2 고압 챔버(11)의 충진을 위해서 연속적으로 개[0044]
방되는 제2 체크 밸브(31)를 통해서 제2 고압 챔버(11)에 도달하고, 그에 따라 피스톤 요소(7)가 포켓 홀의 하
단에 대항하여 더 가압되어 유지되기 때문이다. 제1 체크 밸브(21)가 제1 고압 챔버(10) 내의 상승 압력에 의해
서 그 폐쇄 위치에서 유지된다.
제2 실시예의 변형예에서, 제1 오일 채널(20)이 또한 도 13의 좌측 피스톤 부분(15a)에 의해서 부가적으로 차단[0045]
된다.
제2 고압 챔버(11)의 부피가 제1 고압 챔버(10)의 부피 보다 작기 때문에, 제2 고압 챔버(11) 내에서 더 이상[0046]
공간을 가지지 않는 오일이, 복귀 유동 스로틀(29)을 가지고, 대형 로드 아이 내로 연결되는 오일 공급 채널
(28)을 가지는 공급 라인(25)을 통해서, 크랭크 핀 베어링(5)의 방향으로, 외부로 유동할 수 있어야 한다.
이는, 도 7 및 도 13으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 위치결정(positioning) 로드(15)의 제2 위치에서, 모터 오
일을 위한 제1 복귀 채널(22)이 제어 피스톤(15)에 의해서 개방된다는 점에서 달성된다.
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내연 기관의 낮은 공회전 범위(lower idle range)에서도, 엔진 오일 압력이 조절 압력 보다 낮을 때, 낮은 부하[0047]
범위에서의 소비를 개선하고 저온 시동을 보다 용이하게 만드는 큰 압축비가 셋팅될 수 있는 것이 특히 유리하
다. 긴 시간에 걸쳐 큰 압축비를 유지하기 위해서, 누설이 손실되는데, 이는 제1 고압 챔버(10)로부터의 안내
실린더(8)의 간극(clearance)이 피스톤 요소(7)의 제1 단부 면(7a) 아래로 재충진되어야 하기 때문이다. 이는,
피스톤(구체적으로 도시되지 않음) 및 제1 로드 부분(6)의 질량 힘이 제1 체크 밸브(21)(재충진 밸브)를 경유하
여 공급 라인(25)을 통해서 제1 단부 면(7a) 아래의 제1 고압 챔버(10) 내로 엔진 오일을 흡입하는 것으로 실시
된다. 후속 압축 행정 중에, 고압이 다시 축적되고 제1 체크 밸브(21) 내의 소형 볼(21a)이 제1 고압 챔버(10)
로부터 오일이 빠져나가는 것을 방지한다. 이러한 과정이 각각의 작업 사이클 중에 반복된다. 만약 압축비를 다
시 감소시키를 원한다면, 오일 펌프의 조절 압력이 증가되고 제어 피스톤(15)이 오일 압력에 의해서 제2 정지부
(23)에 대항하여 가압되고, 그에 따라, 공급 라인(25)을 통한 제1 복귀 채널(22)과 크랭크 핀 베어링(5)으로의
오일 공급 채널(28) 사이의 유동 연결이 개방된다. 가스 압력이 피스톤 요소(7)를 아래쪽으로 가압하고 작은 압
축비가 다시 셋팅된다. 제어 피스톤(15)이 단지 오일 압력에 의해서 그리고 낮은 오일 압력에서의 정지부(18)와
높은 오일 압력에서의 정지부(23) 사이에서 복귀 스프링(16)에 의해서 그 수용 보어(14) 내에서 전후로 밀린다.
피스톤 요소(7)가, 원통형 핀(27)이 내부에 결합되는, 측방향 표면 내에 형성된 축방향 홈(26)에 의해서 제1의[0048]
예시적인 실시예(도 1 및 도 2 참조)에서 형성된, 회전-방지 요소(34)를 갖는다. "축방향"은 여기에서 커넥팅
로드(1)의 길이방향 축(1a)에 실질적으로 평행한 것을 의미하는 한편, 대조적으로, 원통형 핀(27)이, 축방향 홈
(26) 내에서, 반경방향으로, 즉 길이방향 축(1a)에 실질적으로 수직으로 결합된다. 제2 실시예의 변형예(도 10
및 도 11 참조)에서, 회전-방지 요소(34)가 피스톤 요소(7)의 제1 단부 면(7a) 내의 축방향 보어(26a)를 구비하
고, 그 내부에는 제2 로드 부분(9) 내에 상응하게 배열된 원통형 핀(27)이 결합되고, 보어(26a) 내에 결합되는
핀의 길이는 조정 경로(ΔL) 보다 길다.
핀(27)은 피스톤 요소(7)의 그에 따라 제1 로드 부분(6)의 제2 로드 부분(9)에 대한 회전을 방지한다.[0049]
제어 피스톤(15)의 수용 보어(14)의 오일 공급이 공급 라인(25) 및 오일 공급 채널(28)을 통해서 실시된다. 이[0050]
는 대형 로드 아이(4) 내로 개방되고 그에 따라 크랭크 핀 베어링(5)으로의 유동 연결을 갖는다.
복귀 유동 스로틀(29)이, 제어 밸브(13)의 방향으로 개방된 체크밸브(29a), 및 그에 평행하게 배열된 스로틀 보[0051]
어(29b)로 이루어질 수 있고, 복귀 유동 스로틀(29)이, 예를 들어, 밸브 스프링에 의해서 개방 방향(구체적으로
도시되지 않음)에 반대로 밸브 시트 상으로 가압되는, 스로틀 보어를 구비하는 - 자체적으로 공지된 - 스프링-
부하형 밸브 판을 가질 수 있다. 제1 고압 챔버(10)의 신속한 충진이 스위칭 밸브(13)의 방향으로 개방된 복귀
유동 스로틀의 체크 밸브(29a)에 의해서 보장될 수 있다. 한편으로, 2개의 로드 부분(6, 9)의 서로에 대한 조정
으로부터 초래되는 압력 파동이 크랭크 핀 베어링(3)의 영역과 관련하여 감쇠될 수 있으나, 크랭크 핀 베어링
(3)의 방향을 따른 유량이 작게 유지될 수 있다. 평행하게 연결된 스로틀 보어(29b) 및 체크 밸브(29a)가 공유
된 원통형 본체(미도시) 내에 수용될 수 있다.
조립 이유로, 제1 로드 부분(6) 및 피스톤 요소(7)가 상이한 부분들로 구현되고 체결 나사(17)를 통해서 서로에[0052]
대해서 고정적으로 연결된다.
체결 나사(17)를 위한 나사산(thread)이, 충분히 큰 횡단면적을 가지고 그에 따라 로드 부분(6)의 버클(buckle)[0053]
영역 외부에 위치되는 제1 로드 부분(6)의 영역 내에 유리하게 위치된다. 질량 힘을 충분히 흡수할 수 있을 정
도로, 나사 연결부의 치수가 결정되어야 한다.
복귀 스프링(16)의 복귀력에 대항하는 오일 압력에 의한 작동에 대한 대안으로서, 제어 피스톤(15)의 작동이 또[0054]
한, 도 14에 개략적으로 도시된 바와 같은, 크랭크케이스(40) 내에 배열된 유도 코일(41)에 의해서 전자기적으
로 실시될 수 있다. 이러한 경우에, 제어 피스톤(15)이 강자성체 재료로 이루어질 수 있거나 영구 자석 요소
(42)를 가질 수 있고, 전자기력에 의해서, 록킹 요소(43, 44)에 의해서 록킹될 수 있는 2개의 위치들 사이에서
전후로 이동될 수 있다. 그에 대한 대안으로서, 자기 제어 피스톤(15) - 도 1 내지 도 13에 도시된 제 1 및 제2
실시예의 변형예에서와 같음 - 이 복귀 스프링(16)에 의해서, 제1 로드 부분(6)의 연장 위치(A)에 상응하는 제1
위치 내로, 그리고, 복귀 스프링(16)의 힘에 대항하여 - 그러나 이제 전자기적으로 - 제1 로드 부분(6)의 후퇴
위치(B)에 상응하는 제2 위치 내로 이동될 수 있다. 록킹 요소(43, 44)가, 예를 들어, 이동 방향에 횡방향으로
제어 피스톤(15) 상으로 작용하는, 스프링-부하형 압력 본체에 의해서 형성될 수 있고, 그러한 압력 본체가 록
킹 위치에서 제어 피스톤(15)의 홈 또는 함몰부 내에 결합된다. 커넥팅 로드(1)의 커넥팅 로드 이동 공간이 도
14에서 참조 부호(45)로 표시되어 있다.
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