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文档简介

1、2NM发动机总述发动机本体充电系统发动机控制系统停机和起动系统目录3NM3ZR-FAE 发动机3ZR-FAE 为直列、4 缸、带双 VVT-i、VALVEMATIC、DIS 和 ETCS-i 的 16 气门 DOHC 发动机。-C-C-W-W3ZR-FAE 发动机发动机总述4NM规格 1/2-C-C-W-W车型NX200COROLLA (ZRE173)发动机3ZR-FAE 3ZR-FE气缸数和排列形式 4 缸、直列气门机构16 气门 DOHC、带双 VVT-i 的链条传动带带 VALVEMATIC VALVEMATIC不带 VALVEMATIC排量 cm3 (cu. in.)1,986 (12

2、1.3)缸径 x 行程 mm (in.)80.5 x 97.6 (3.17 x 3.84)压缩比10.5最大输出功率 kW rpm111 6,100107 6,200最大转矩 kW rpm193 3,800187 3,600点火顺序1 - 3 - 4 - 23ZR-FAE 发动机发动机总述5NM规格 2/2车型NX200COROLLA (ZRE173)发动机3ZR-FAE 3ZR-FE发动机机油等级API:SL、SM、SN 或 ILSAC容量 L (US qts, Imp. qts)净加注4.7 (5.0, 4.1)带机油滤清器4.2 (4.4, 3.7)不带机油滤清器3.9 (4.1, 3.

3、4)发动机冷却液类型丰田原厂 SLLC(超级长效冷却液) 或同等产品*1容量 L (US qts, Imp. qts)6.0 (6.3, 5.3)5.5 (5.8, 4.8)*25.1 (5.4, 4.5)*1:类似的不含硅酸盐、胺、亚硝酸盐及硼酸盐且采用长效复合有机酸技术的优质乙二醇冷却液。*2:带加热器的车型 3ZR-FAE 发动机发动机总述-C-C-W-W6NM3ZR-FAE 发动机主要特征双 VVT-iVALVEMATIC(进气侧)机油喷嘴偏置曲轴滚子式摇臂DIS 和细长电极型铱尖火花塞真空传感器这些是 COROLLA (ZRE172) 发动机图示。液压间隙调节器3ZR-FAE 发动机

4、发动机总述-C-C-W-W7NM特征 1/3项目(1)(2)(3)(4)(5)发动机本体采用了由铝合金制成的气缸体。O采用了偏置曲轴。OOO采用了刺型缸套。O采用了低张力活塞环。OO活塞裙部涂有树脂以减小摩擦。OOO气门机构采用了正时链条和链条张紧器。OO采用了气门间隙调节器总成。OO采用了滚子式摇臂。OOO润滑系统采用了带可换式滤芯的机油滤清器。O冷却系统发动机冷却液采用了丰田原厂 SLLC(超级长效冷却液)。O(1):高性能、高燃油经济性(2):低噪音、低振动(3):轻量化、紧凑设计 (4):良好可维修性(5):清洁排放O:适用3ZR-FAE 发动机发动机总述-C-C-W-W8NM特征 2

5、/3项目(1)(2)(3)(4)(5)进气和排气系统采用了由塑料制成的进气歧管。O采用了无连杆式节气门体总成。OO采用了不锈钢排气歧管。O采用了 TWC(三元催化转化器)。O燃油系统采用了无回流燃油系统。OOO采用了快速连接器以连接燃油软管和燃油管。O点火系统DIS(直接点火系统)使得点火正时无需进行调节。OOO采用了细长电极型铱尖火花塞。OOO(1):高性能、高燃油经济性(2):低噪音、低振动(3):轻量化、紧凑设计 (4):良好可维修性(5):清洁排放O:适用3ZR-FAE 发动机发动机总述-C-C-W-W9NM特征 3/3项目(1)(2)(3)(4)(5)排放控制系统采用了燃油蒸汽排放控

6、制系统。O发动机控制系统采用了 MRE(磁阻元件)型凸轮轴位置传感器。O采用了 ETCS-i(智能电子节气门控制系统)。O采用了双 VVT-i(智能可变气门正时)。OO采用了起动机控制(起动保持功能)。O采用了采用了 VALVEMATIC VALVEMATIC。O OO O(1):高性能、高燃油经济性(2):低噪音、低振动(3):轻量化、紧凑设计 (4):良好可维修性(5):清洁排放O:适用3ZR-FAE 发动机发动机总述-C-C-W-W10NM气缸盖相关零件采用了凸轮轴壳以简化气缸盖结构。气缸盖罩衬垫凸轮轴轴承盖(IN 和 EX 为一整体)凸轮轴凸轮轴壳气缸盖气缸盖衬垫3ZR-FAE3ZR-

7、FAE3ZR-FE3ZR-FE不同项目气缸盖罩VALVEMATIC 机构3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W11NM气缸盖相关零件带和不带 VALVEMATIC 的发动机气缸盖零件相同,VALVEMATIC 仅用于区分凸轮轴壳部分。凸轮轴壳气缸盖零件相同。3ZR-FAE3ZR-FAE3ZR-FE3ZR-FE锥形挤压式锥形挤压式3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W12NM气门机构气门机构包括滚子式摇臂、液压间隙调节器、双 VVT-i 系统和 VALVEMATIC 机构。气门滚子式摇臂排气凸轮轴进气凸轮轴排气 VVT-i 控制器进气 VVT-i 控制器凸轮轴位置传感器(MR

8、E 型)VALVEMATIC VALVEMATIC 机构机构液压间隙调节器3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W13NM气门机构主要零部件的布局 (VALVEMATIC)一起更换的零件组件气门升程控制执行器连接器卡子气门升程控制执行器连接器凸轮轴正时齿轮总成备注备注:不要拆解凸轮轴壳。凸轮轴壳气缸盖连续可变气门升程控制器凸轮轴正时排气齿轮总成直销凸轮轴壳分总凸轮轴壳分总成(供应零件)成(供应零件)3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W14NM气门机构拆卸连续可变气门升程控制器拆卸程序 1/31. 使用螺丝刀,滑动气门升程执行器连接器卡子的上部。 注意注意:不要完全拆下 气门

9、升程控制执行器连接器卡子以防直销掉落。气门升程控制执行器连接器气门升程控制执行器连接器卡子直销直销3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W15NM气门机构拆卸连续可变气门升程控制器拆卸程序 2/32. 使用 2 个螺丝刀,轻轻撬动气门升程控制执行器连接器以使连续可变气门升程控制器总成与凸轮轴壳分总成之间留有空隙。注意注意: 不要用力撬动气门升程控制执行器连接器。 不要损坏凸轮轴壳分总成和凸轮轴轴承盖。3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W16NM3. 使用磁力手,从气门升程控制执行器连接器上拆下直销。4. 从凸轮轴壳分总成上拆下螺栓和连续可变气门升程控制器总成。5. 从连续可

10、变气门升程控制器总成上拆下 O 形圈。气门机构拆卸连续可变气门升程控制器拆卸程序 3/3直销3ZR-FAE 发动机发动机本体-C-C-W-W17NM充电控制系统ECM 根据行驶状况和蓄电池的充电状态调节发电机产生的电压。ECM车辆行驶状况判断发电机各种传感器电气负载判断电压电压、电流和蓄电池温度调节产生的电压蓄电池容量计算发电机电流/温度传感器电气负载蓄电池+3ZR-FAE 发动机充电系统-C-C-W-W18NM充电控制系统在下列条件下,发电机停止充电控制并切换至正常发电模式: 蓄电池容量小 蓄电池温度低或高 刮水器工作、鼓风机电动机工作或尾灯继电器接通 蓄电池电流传感器故障 发动机起动 通信

11、故障(发电机与 ECM 之间的局部通信) 发电机故障 蓄电池充电约 2.5 至 4 小时。 累计行驶时间约 20 小时。3ZR-FAE 发动机充电系统-C-C-W-W19NM诊断充电控制系统 DTCDTC 编号检测项目检测条件P058A蓄电池监视模块性能 电流值为 999.939 A 或更大或 -1,000 A 或更小持续 3.2 秒或更长时间。 最大与最小电流值差别为 0.0305 A 或更小持续 100 秒或更长时间 接收到电流检测电路故障条件。 蓄电池温度为 105 C 或更高或 -40 C 或更低持续 3.2 秒或更长时间。 接收到温度检测电路故障条件。 电压值为 15.98 V 或更

12、高或 6.0 V 或更低持续 3.2 秒或更长时间。 接收到电压检测电路故障条件。 发生蓄电池电流传感器内部记忆写入故障(蓄电池识别信息)。(曲轴未转动)(单程检测逻辑)3ZR-FAE 发动机充电系统-C-C-W-W20NM诊断充电控制系统 DTCDTC 编号检测项目检测条件P1602蓄电池劣化发动机运行时(未转动曲轴)蓄电池容量异常低持续 10 秒或更长时间(单程检测逻辑)。P161A与发电机失去通信 ECM 无法接收到 LIN 通信且点火开关置于 ON 位置时,发电机总成无法接收到 LIN 通信约 17 分钟或更长时间(单程检测逻辑)。P162B与蓄电池监视模块失去通信 ECM 无法接收到

13、 LIN 通信且点火开关置于 ON 位置时,蓄电池电流传感器总成无法接收到 LIN 通信约 33 秒或更长时间(单程检测逻辑)。3ZR-FE 发动机主要区别3ZR-FAE 发动机充电系统-C-C-W-W21NMVALVEMATIC该系统与 VVT-i 协同工作,通过连续控制进气门正时和气门升程来控制进气量。进气量节气门开度节气门加速踏板位置传感器机油控制阀曲轴位置传感器连续可变气门升程控制器EDU无刷电动机电动机位置传感器作用角传感器进气歧管压力真空传感器节气门位置传感器凸轮轴位置传感器VALVEMATIC/IN VVT-i曲轴位置凸轮轴位置OCV 控制EXVVT-iECM空气流量计3ZR-F

14、AE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W22NMVALVEMATIC气门正时VALVEMATIC 能够连续控制各气缸进气门的气门升程。BDCTDCBDCCA气门升程气门正时带 VVT-i 的发动机带 VALVEMATIC 的发动机气门升程气门正时BDCTDCBDCCA气门升程TDCBDCTDCBDC气门叠开度进气门关闭持续角气门正时3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W23NMVALVEMATIC气门正时气门正时进气打开-7-7 至至 2020 BTDC BTDC 关闭-67-67 至至 8080 ABDC ABDC 排气打开15 至 65 BBDC 关闭-1 至 49 ATD

15、C TDCBDCBTDC 20ATDC -1BTDC -7ATDC 49ABDC -67ABDC 80BBDC 65BBDC 15:进气门开度:排气门开度3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W24NMVALVEMATICVALVEMATIC 的优点高性能、燃油经济性和清洁排放 单击!视频VALVEMATIC 的优点3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W25NMVALVEMATICVALVEMATIC 的优点提高了燃油经济性可变气门升程控制气门升程:小进气循环开始时,通过将必要量的空气吸入气缸以减小泵吸损失。 (有关详情,请参考下一张幻灯片。)带 VALVEMATIC

16、 的发动机常规发动机行驶条件节气门全开怠速发动机正在起动巡航气门升程常规发动机(气门升程:不变)带 VALVEMATIC 的发动机(气门升程:可变)泵吸损失减小量大小3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W26NMVALVEMATIC泵吸损失(进气循环描述)进气循环开始时,通过将必要量的空气吸入气缸以减小泵吸损失。备注备注:压力值为示例以帮助理解。气缸容积BDCTDC100 kPa30 kPa气缸压力P V P V 曲线曲线 负压100 kPa30 kPa123321常规发动机与带 VALVEMATIC 的发动机对比:带 VALVEMATIC 的发动机:常规发动机:泵吸损失减小量排

17、气燃烧压缩进气进气3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W27NMVALVEMATIC泵吸损失(进气循环描述)常规发动机带 VALVEMATIC 的发动机插图说明VALVEMATIC 在空气吸入气缸时使用 ETCS-i 协同控制调节进气系统内的压力,带 VALVEMATIC 的发动机的泵吸损失要比高负压的常规发动机小。100 kPa30 kPa压力差产生的泵吸损失:70 kPa100 kPa80 kPa压力差产生的泵吸损失:2020 kPa备注备注: 压力值为示例以帮助理解。:拉下活塞所需的动力(泵吸损失)3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W28NMVALVEMAT

18、IC泵吸损失(进气循环描述)P V 曲线点123带 VALVEMATIC 的发动机常规发动机30 kPa55 kPa80 kPa80 kPa100 kPa30 kPa30 kPa30 kPa备注备注:压力值为示例以帮助理解。:拉下活塞所需的动力(泵吸损失)80 kPa80 kPa100 kPa100 kPa100 kPa100 kPa100 kPa3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W29NMVALVEMATIC泵吸损失(泵吸损失减小)以相同转速使用相同活塞拉部位 A 时,通过较大空气通道吸入空气所需的动力较小。通过采用比常规发动机大的节气门开度(扩大空气通道),可减小进气时吸入

19、空气所需的动力。节气门开度控制原理图“A”“A”空气通道:大空气通道:小:进气所需的动力3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W30NMVALVEMATICVALVEMATIC 的优点提高了发动机输出功率气门升程增大气门升程:大进气效率增加 带 VALVEMATIC 的发动机常规发动机行驶条件节气门全开怠速发动机正在起动巡航气门升程常规发动机(气门升程:不变)带 VALVEMATIC 的发动机(气门升程:可变)发动机输出功率增大发动机输出功率增大大小3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W31NMVALVEMATICVALVEMATIC 的优点提高了发动机响应带 VAL

20、VEMATIC 的发动机常规发动机进气阻力:大进气阻力:小节气门开度比常规发动机大。进气歧管内的压力接近于大气压力。将空气吸入气缸非常容易。3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W32NMVALVEMATICVALVEMATIC 的优点更加清洁的排放通过较小的气门升程就可保持发动机转速低时的高空气流速。生成均匀混合气以稳定燃烧。带 VALVEMATIC 的发动机常规发动机高空气流速3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W33NMVALVEMATICVALVEMATIC 的结构主要包括连续可变气门升程控制器和 VALVEMATIC 机构。 连续可变气门升程控制器VALVE

21、MATIC 机构持续角 CA气门升程 mm (in.)带 VVT-i 的 1ZZ-FE 发动机(参考) 2409.3 (0.366)带带 VALVEMATIC VALVEMATIC 的发动机的发动机最大28011.5 (0.453)最小1061.1 (0.0433)3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W34NMVALVEMATIC连续可变气门升程控制器差速滚子转换器将电动机的旋转运动转换为控制轴的轴向线性运动,以使 VALVEMATIC 机构工作。EDU无刷电动机差速滚子转换器电动机位置传感器 (2 个霍尔集成电路)作用角传感器 (3 个霍尔集成电路)3ZR-FAE 发动机发动机

22、控制系统-C-C-W-W35NMVALVEMATIC差速滚子转换器通过部位“A”的螺旋作用,螺母的旋转运动转换为控制轴的轴向运动。行星齿轮装置行星装置(螺旋)太阳齿轮螺母(齿圈) 通过电动机旋转太阳轴 (控制轴) 线性运动部位“A” (螺旋结构)行星装置(齿轮) 小齿轮3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W36NM调节垫片控制轴摇臂滑块摇臂轴摆动凸轮 滚子臂气门摇臂总成VALVEMATIC气门升程控制机构控制轴的轴向线性运动通过摇臂滑块变为旋转运动并移动摆动凸轮。液压间隙调节器气门摇臂总成进气门滚子式摇臂凸轮轴3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W37NMVALVE

23、MATIC气门升程控制机构 1 连续可变气门升程控制器使控制轴移动。 2 通过带螺旋结构的摇臂滑块控制轴的移动使摆动凸轮旋转。此移动改变了与滚子式摇臂的位置关系,也改变了气门升程 和持续角。1123ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W38NMVALVEMATIC气门升程控制工作情况摇臂滑块位置摆动凸轮位置的相位变化气门升程小持续角持续角大持续角:小持续角:大持续角:106 CA气门升程:1.1 mm (0.0433 in.)持续角:280 CA气门升程:11.5 mm (0.453 in.)3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W39NMVALVEMATIC气门升程控

24、制ECU 通过接收来自 ECM 的目标气门升程控制气门升程。连续可变气门升程控制器电动机差速滚子转换器电动机位置传感器 控制轴ECM 加速踏板开度 发动机转速SDWN(切断信号(失效保护)气门升程 (反馈)作用角传感器目标气门正时 (VVT-i)目标节气门开度(ETCS-i)目标进气量EDU目标气门升程目标气门升程 (VALVEMATIC)(VALVEMATIC) 气门升程气门升程 :大:小3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W40NMVALVEMATIC(行驶状况和气门升程的关系)持续角)发动机转速进气门提前角 (CA)起动控制发动机正在起动怠速提升期间发动机停机怠速重载200

25、 CA240 CA106 至 280 CA200 CA重载轻载暖机后:VALVEMATIC 控制暖机前:节气门控制进气门持续角 (CA)VVT 工作情况最大延迟提前提前延迟轻载行驶怠速提升控制正常工作情况发动机停机控制最大延迟最大延迟最大延迟暖机前控制28020010620062进气门持续角 (CA)240240 CA3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W41NMVALVEMATICVVT-i 协同控制进气门提前角 (CA)进气门持续角 (CA)TDCBDC28024020016010604020提前延迟TDCBDCTDCBDCTDCBDCTDCBDCTDCBDC发动机正在起动5

26、9TDCBDCTDCBDC重载3ZR-FAE 发动机发动机控制系统暖机前暖机后怠速、轻载发动机 停机-C-C-W-W42NMVALVEMATICVVT-i 控制配备 VALVEMATIC 发动机的车型,根据气门升程改变气门打开/关闭正时。 因此,VVT-i 控制特性与常规 VVT-i 车型的不同。 示例:怠速期间示例:怠速期间 常规 VVT-i 车型带 VALVEMATIC 的车型控制气门正时至延迟侧来消除气门叠开度以减小进气侧的回火。由于持续角小,控制气门正时至提前侧。3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W43NMVALVEMATICETCS-i 协同控制暖机后,通过气门升程和

27、节气门开度调节进气量。通过根据发动机转速和加速踏板开度信号所计算的目标进气量决定目标气门升程和节气门开度。暖机前暖机后怠速中等负载重载节气门OO (常规发动机的节气门轻微打开状态)O气门升程(持续角)200 至 240 CA常规发动机持续角很小。O (可变)常规发动机持续角很大。备注备注:表格中的“O”表示控制进气量的项目。3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W44NMVALVEMATICVALVEMATIC DTC与 VALVEMATIC 相关的 DTC 如下所示。连续可变气门升程控制器电动机电动机位置传感器 ECMSDWN气门升程 (反馈)作用角传感器EDU3 切断信号故障5

28、 电动机断路/短路2 EDU 内部故障1 工作情况异常 6 传感器断路/短路4 电动机/控制轴卡滞7 失去通信3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W45NMVALVEMATICVALVEMATIC DTC与 VALVEMATIC 相关的 DTC 如下所示。故障部位DTC 编号检测项目1工作情况异常P1055ECM 检测到 VALVEMATIC 目标角度与实际角度之间存在偏差2EDU 内部故障P1049VALVEMATIC 驱动器内部电路故障 B13切断信号故障P104AVALVEMATIC SDOWN 电路故障4电动机/控制轴卡滞P2646“A” 摇臂执行器系统性能或卡在 OFF

29、 位置 B1P2647“A” 摇臂执行器系统卡在 ON 位置 B15电动机断路/短路P2648“A” 摇臂执行器控制电路低电位 B1P2649“A” 摇臂执行器控制电路高电位 B16传感器断路/短路P264A“A” 摇臂执行器位置传感器电路 B17失去通信U011B与摇臂控制模块“A”失去通信3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W46NMVALVEMATIC数据表 1/3检测仪显示测量项目范围正常条件诊断备注VALVEMATIC Target AngleVALVEMATIC 目标持续角最小:0 CA,最大:639.9 CA从“Activate the VALVEMATIC (EN

30、G ON)”中选择“High”主动测试:260 CA从“Activate the VALVEMATIC (ENG ON)”中选择“Low”主动测试:106 CA仅在主动测试期间可用。VALVEMATIC Current Angle实际 VALVEMATIC 持续角最小:0 CA, 最大:639.9 CA 最小持续角:106 CA 最大持续角:260 CAVALVEMATIC IG OFFVALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:发动机开关置于 OFF 位置时工作发动机开关置于 OFF 位置时无法使用 GTS 进行检查。此数据表其中一项(显示 VALVEMATIC 工作状态)为 ON。

31、VALVEMATIC IG ONVALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:发动机开关置于 ON 位置且发动机未运行3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W47NMVALVEMATIC数据表 2/3检测仪显示测量项目范围正常条件诊断备注VALVEMATIC CrankingVALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:发动机起动时(曲轴转动期间)此数据表其中一项(显示 VALVEMATIC 工作状态)为 ON。VALVEMATIC bef Warm UpVALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:发动机暖机前发动机正在运行(发动机冷却液温度为 60 C 140

32、 F 或更低)或“Activate the VALVEMATIC before Warm Up”主动测试期间VALVEMATIC aft Warm UpVALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:发动机暖机后发动机正在运行(发动机冷却液温度为 60C 140 F 或更高)或“Activate the VALVEMATIC after Warm Up”主动测试期间VALVEMATIC IDM Hi TempVALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:连续可变气门升程控制器总成过热3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W48NMVALVEMATIC数据表 3/3检测仪显

33、示测量项目范围正常条件诊断备注VALVEMATIC Low (ACT)VALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:最小气门升程时系统运行或在“Activate the VALVEMATIC (ENG ON)”主动测试中选择“Low”此数据表其中一项(显示 VALVEMATIC 工作状态)为 ON。VALVEMATIC High (ACT)VALVEMATIC 工作状态ON 或 OFFON:最大气门升程时系统运行或在“Activate the VALVEMATIC (ENG ON)”主动测试中选择“High”MAP进气歧管压力最低:0 kPa (0 mmHg),最高:255 kPa (1

34、,912 mmHg)80 至 110 kPa (abs) 600 至 825 mmHg (abs):点火开关置于 ON 位置20 至 40 kPa (abs) 150 至 300 mmHg (abs):怠速3ZR-FAE 发动机发动机控制系统-C-C-W-W49NMVALVEMATIC主动测试 1/2检测仪显示测试部位控制范围车辆条件Activate the VALVEMATIC (ENG OFF)*1将可变气门升程控制器总成移至最小或最大持续角相应位置High/Low/OFF 车辆停止。 发动机停机。 发动机冷却液温度为 0 C (32 F) 或更高。 换档杆置于 P 或 N。Activate the VALVEMATIC (EN

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