(57)【要約】【課題】形状変化要素の修理や交換を容易化して、内燃エンジンの維持コストを低減する。【解決手段】本発明は、直噴内燃エンジン（１）の吸気マニホールド（３）の吸気アーム（４）に関する。吸気アーム（４）は、吸気ポート（５）に固定可能で、吸気ポート（５）と吸気アーム（４）は、吸気マニホールド（３）から燃焼室（９）へ空気を輸送するための給気ダクト（７）を構成し得る。給気ダクト（７）の内壁に固定され、形状を変えることで吸気マニホールド（３）から燃焼室（９）へ輸送される空気の流入方向や流入速度を変え得る形状変化要素（６）が設けられ、形状変化要素（６）は、吸気アーム（４）に固定されている。本発明は、また、吸気アーム（４）を備えた外気分配器（２）と、複数の燃焼室（９）および少なくとも１つの外気分配器（２）を有する吸気マニホールド（３）を備えた内燃エンジン（１）とに関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直噴内燃エンジン（１）用の吸気マニホールド（３）の吸気アーム（４）であって、
上記吸気アーム（４）は、上記内燃エンジン（１）の吸気ポート（５）に固定可能であり、そのために、上記吸気ポート（５）および吸気アーム（４）は、上記吸気マニホールド（３）から上記内燃エンジン（１）の燃焼室（９）へ空気を輸送するための給気ダクト（７）を構成可能であり、
上記給気ダクト（７）の内壁に固定され、形状を変えることによって上記吸気マニホールド（３）から上記燃焼室（９）へ輸送される空気の流入方向および流入速度を変えることができる形状変化要素（６）を備えており、
上記形状変化要素（６）は、上記吸気アーム（４）に固定されている
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項２】
請求項１において、
上記形状変化要素（６）は、上記吸気アーム（４）の内壁（１０）に固定された少なくとも１つの流体チャンバ（１６）を有する
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項３】
請求項１において、
上記形状変化要素（６）は、上記吸気アーム（４）の内壁（１０）に固定された少なくとも１つのダイヤフラム（２１）を有する
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項４】
請求項１において、
上記形状変化要素（６）は、印加電圧に応じて形状を変え得る少なくとも１つのアクチュエータ要素を有する
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項５】
請求項１において、
上記形状変化要素（６）は、制御信号に応じて端部を伸縮し得る少なくとも１つのフラップ要素を有する
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記吸気アーム（４）は、各上記吸気ポート（５）に挿入可能および／または差込み可能に構成されている
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記吸気アーム（４）は、該吸気アーム（４）の外壁（１１）が上記吸気ポート（５）の内壁（１２）に当接するように上記吸気ポート（５）に固定可能である
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記吸気アーム（４）が上記吸気ポート（５）に固定される場合に、上記吸気アーム（４）の外壁（１１）と上記吸気ポート（５）の内壁（１２）との間に、断熱効果を有するエアギャップ（１４）が形成される
ことを特徴とする吸気アーム。
【請求項９】
直噴内燃エンジン（１）用の吸気マニホールド（３）の外気分配器（２）であって、
上記外気分配器（２）は、上記内燃エンジン（１）の複数の燃焼室（９）に対して、請求項１〜８のいずれか１項に記載の吸気アーム（４）をそれぞれ備える
ことを特徴とする外気分配器。
【請求項１０】
それぞれに吸気ポート（５）が連通する複数の燃焼室（９）を備える内燃エンジン（１）であって、
上記燃焼室（９）に空気を供給するための吸気マニホールド（３）を備え、
上記吸気マニホールド（３）は、少なくとも１つの請求項９に記載の外気分配器（２）を備えるか、または、各上記燃焼室（９）に対して請求項１〜８のいずれか１項に記載の吸気アーム（４）を備える
ことを特徴とする内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴内燃エンジン用の吸気マニホールドの吸気アームに関する。ここで、吸気アームは、内燃エンジンの吸気ポートに固定可能であり、当該吸気ポートおよび吸気アームは、吸気マニホールドから内燃エンジンの燃焼室へ空気を輸送するための給気ダクトを構成し得る。
【背景技術】
【０００２】
吸気マニホールドを通って輸送された空気は、その後、燃焼室で燃料と混合されて燃料−空気混合物を形成し、そして当該混合物は爆発的に燃焼する。内燃エンジンの出力は、燃料−空気混合物の燃焼挙動に実質的に依存し、また特に影響され得る。
【０００３】
したがって、燃焼−空気混合物の燃焼挙動は、例えば、燃焼室における空気の流入方向や流入速度によって影響され得る。このため、給気ダクトの内壁に形状変化要素が設けられることがあり、それによって当該給気ダクトの輪郭が変わり得る。形状変化要素の形状を変えることにより、給気ダクトの輪郭も変化し、それにより吸気マニホールドから燃焼室へ輸送される空気の流入方向や流入速度が特に影響される。このため、例えばタンブル流などの様々なフロー状態が実現され得、それらは燃焼プロセスの補助効果を有し、それにより内燃エンジンの出力に動作点に応じて影響し得る。
【０００４】
従来技術から、形状変化要素を備えた直噴内燃エンジンが既にいくつか知られている。したがって、特許文献１には、吸気マニホールドの内壁に設けられ、圧力調節によってその容積や形状を変更する膨張可能チャンバを備えた直噴内燃エンジンが記載されている。また、特許文献２から、吸気ポートの内壁に固定された膨張可能チャンバを備えた内燃エンジンが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第１０００４２６１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第４９２８６３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃エンジン内および吸気ポート内は高温であり、そのことが形状変化要素の耐用年数に悪影響を与え得る。また、吸気ポート内に固定された形状変化要素の修理または交換は非常に複雑であり、それにより内燃エンジンの維持コストが増大する。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、形状変化要素の修理または交換が容易に実行可能であり、このために維持コストが低減される態様で、上述したタイプの内燃エンジンを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、この目的は、独立請求項１の主題によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００９】
本発明は、形状変化要素を吸気アームに固定するという基本思想に基づく。吸気アームおよび吸気ポートは、吸気マニホールドから内燃エンジンの燃焼室へ空気を輸送するための給気ダクトを構成し、そのため、吸気アームの内壁に固定された形状変化要素は、その形状を変えることによって、空気の流入方向および流入速度に影響し得る。
【００１０】
吸気アームは、内燃エンジンの吸気ポートに固定されており、そのため、有利には、形状変化要素の修理または交換のために吸気アームだけを取り外せば足りる。このため、吸気アームに固定された形状変化要素の修理および交換をより容易に行うことができる。
【００１１】
また、吸気アーム内の温度は吸気ポート内の温度よりも低いので、形状変化要素の耐用年数が長くなり、また形状変化要素の修理および交換を行う頻度が減る。これにより、維持コストがさらに低減され得る。
【００１２】
本発明に係る解決策の別の態様では、有利には、形状変化要素は、吸気アームの内壁に固定された少なくとも１つの流体チャンバを有する。実際に、流体チャンバは、少なくとも１つの柔軟チャンバ壁を有していて、その容積および形状を変えることができる。この目的のために、流体チャンバは、圧力供給ラインを介して加圧される。流体チャンバ内の圧力が給気ダクト内の圧力に比べて高いか、等しいか、または低いかのいずれかに応じて、当該流体チャンバの容積および形状が適合され、それにより給気ダクトの輪郭も変化する。給気ダクトの輪郭の変化により、吸気マニホールドから燃焼室へ輸送される空気の流入方向および流入速度は、動作点に応じて特に影響され得る。
【００１３】
流体チャンバを吸気アームの内壁に固定する場合には、吸気アームの内壁に対向するチャンバ壁が、当該吸気アームの内壁に実質的に当接して固定される。当該固定は、固着、圧入、または嵌合態様でなされてもよい。流体チャンバが給気ダクトの輪郭に影響し得るように、柔軟チャンバ壁は、実質的に給気ダクトの内部空間に面して配置される。流体チャンバの加圧により、柔軟チャンバ壁が変形して給気ダクトの内部空間に入り込み、それにより給気ダクトの輪郭が影響される。
【００１４】
流体チャンバが吸気アームの内壁に固定されることにより、当該吸気アームの内壁が少なくとも当該領域において実質的にフレキシブルに構成され、それにより流体チャンバの形状変化、およびよって給気ダクトの輪郭の変化が可能になる。流体チャンバを加圧すると、流体チャンバおよびフレキシブルな内壁が変形して給気ダクトに入り込み、その結果、給気ダクトの輪郭が変化して、空気の流入方向および流入速度が実質的に影響される。
【００１５】
有利には、複数の流体チャンバが吸気アームに固定されていてもよい。ここで、複数の流体チャンバは、吸気アームの長手方向または横方向において互いに並んで内壁に配置されていてもよい。個々の流体チャンバまたは流体チャンバ群は、互いに独立して駆動されてもよく、それにより給気ダクトの輪郭が多くの態様で変化し得る。したがって、給気ダクトの輪郭は、空気が当該給気ダクトを通る渦巻状の経路を流れるか、または絞られるように適合される。
【００１６】
流体チャンバは、例えば空気のような圧縮可能な流体と、例えばオイルのような圧縮不能な流体との両方で満たされてもよい。
【００１７】
本発明に係る解決策の有利な別の態様では、形状変化要素は、吸気アームの内壁に固定された少なくとも１つのダイヤフラムを有する。ダイヤフラムは、固着、圧入、または嵌合態様で吸気アームに固定されていてもよく、また例えば伸縮性のポリマー材料で作られていてもよい。
【００１８】
ダイヤフラムに圧力をかけられるように、当該ダイヤフラムと吸気アームの内壁とによって形成されるダイヤフラム内部は、圧力供給ラインに接続されている。ダイヤフラム内の圧力が給気ダクト内の圧力に比べて高いか、等しいか、または低いかのいずれかに応じて、ダイヤフラム内部の容積が適合され、よってダイヤフラムの形状が影響される。
【００１９】
有利には、吸気アームにおいて、複数のダイヤフラムが当該吸気アームの長手方向または横方向において互いに隣り合って設けられていてもよい。個々のダイヤフラムまたはダイヤフラム群の個別制御を通じて、給気ダクトの様々な輪郭が実現され得る。
【００２０】
本発明に係る解決策の別の態様では、有利には、形状変化要素は、印加電圧に応じて形状を変え得る少なくとも１つのアクチュエータ要素を有する。アクチュエータ要素は、固着、圧入、または嵌合態様で吸気アームの内壁に固定されていてもよい。
【００２１】
アクチュエータ要素は、吸気アームの内壁内で、および当該内壁に対して固定されていてもよい。吸気アームの内壁にアクチュエータ要素を固定する場合、当該内壁は当該領域においてフレキシブルであると考慮され、それにより内壁の変形が可能になる。内壁に固定されたアクチュエータ要素によると、粒子フローによる塵や材料腐食からアクチュエータ要素を追加的に保護することが可能となる。
【００２２】
有利には、吸気アームに、複数のアクチュエータ要素が当該吸気アームの長手方向または横方向において互いに隣り合って設けられていてもよい。複数のアクチュエータ要素が互いに個別に制御される場合、給気ダクトの様々な輪郭が実現可能であり、吸気マニホールドから燃焼室に輸送される空気の流入方向および流入速度は、動作点に応じて特に影響される。
【００２３】
有利には、形状変化要素は、制御信号に応じて端部を伸縮できる少なくとも１つのフラップ要素を有する。フラップ要素は、例えば、給気ダクトを完全に閉じるか、または給気ダクトの一部を空気が通過するようにしてもよい。吸気アームの内壁に複数のフラップ要素が設けられていてもよく、それにより空気の好ましい流入方向および好ましい流入速度が実現される。
【００２４】
本発明に係る解決策の有利な別の態様では、吸気アームは、各吸気ポート内に挿入可能および／または差込み可能に構成されている。そして、吸気アームは、吸気ポートの内径以下の外径を実質的に有する。吸気ポートに対する吸気アームの着脱可能な固定は、圧入または嵌合態様でなされてもよく、また当該固定は、例えばねじ接続、クランプ接続、または差込接続によって実現されてもよい。
【００２５】
吸気アームが吸気ポートに挿入され、および／または差し込まれる場合、吸気アームに設けられた形状変化要素は、当該挿入および／または差込みがなされない場合に比べて、吸気ポートにおいて吸気バルブにより近く配置され得る。有利には、空気の流入方向および流入速度が、内燃エンジンの燃焼室に入る直前に影響され得る。また、吸気アームが吸気ポート内に可動的に配置され、それにより形状変化要素と吸気バルブとの間の距離が動的に変更可能にされてもよい。
【００２６】
吸気ポート内に挿入可能および／または差込み可能に構成された吸気アームによると、内燃エンジンの燃焼室に入る直前に空気の流入速度が影響されることを実現できるにも関わらず、維持コストおよび維持労力を低減することができる。
【００２７】
有利には、吸気アームは、当該吸気アームの外壁が吸気ポートの内壁に当接するように、吸気ポートに対して着脱可能に固定可能である。このために、吸気アームは、吸気ポートの内径以下の外径を実質的に有する。吸気アームが吸気ポートの内側に当接する構成によると、給気ダクトが追加的に狭くなることが抑止される。
【００２８】
形状変化要素を給気ダクト内に配置するために、吸気アームは、吸気ポートに挿入され、および／または差し込まれ、そして当該吸気ポートに着脱可能に固定される。吸気アーム内の形状変化要素の修理または交換を実行するために、吸気アームが吸気ポートから取り外されてもよく、そしてメンテナンスが行われる。
【００２９】
本発明に係る解決策の有利な別の態様では、吸気アームは、吸気ポートに着脱可能に固定可能であり、ここで、吸気アームの外壁と吸気ポートの内壁との間にエアギャップが形成される。吸気ポートの内壁と吸気アームの外壁との間にエアギャップを形成するために、吸気アームの外径は、吸気ポートの内径よりも実質的に小さい。吸気アームの外径と吸気ポートの内径との間の差は、例えば数ｍｍ程度であってもよい。
【００３０】
吸気アームと吸気ポートとの間のエアギャップが一定高さを有するように、吸気アームの外壁および／または吸気ポートの内壁に少なくとも１つのスペーサ要素が設けられていてもよい。スペーサ要素は、例えば、所定の高さを有する点状または線状の射出成形部品であってもよい。吸気アームの長手方向および横方向の両方においてエアギャップの一定高さを調節するために、吸気アームの外壁および／または吸気ポートの内壁に複数のスペーサ要素が実際に設けられる。
【００３１】
吸気アームと吸気ポートとの間のエアギャップによると、内燃エンジンに輸送される空気の追加的な断熱が可能になる。よって、特に大きな熱出力を伴う高出力の内燃エンジンの場合に、空気の温度が低く保たれ、それにより内燃エンジンのノック性が改善され得る。
【００３２】
本発明は、また、直噴内燃エンジン用の吸気マニホールドの外気分配器に関していて、内燃エンジンの複数の燃焼室に対して、外気分配器が上述した実施形態のいずれかに係る吸気アームをそれぞれ備えるという基本思想に基づく。
【００３３】
本発明に係る外気分配器のための吸気マニホールドの吸気アームは、内燃エンジンの各吸気ポートに対して着脱可能に固定され、それにより、吸気ポートおよび吸気アームは、吸気マニホールドから内燃エンジンの各燃焼室へ空気を輸送するための給気ダクトを形成している。吸気アームの内壁には、形状を変えることで、吸気マニホールドから燃焼室へ輸送される空気の流入方向および流入速度を変えることのできる形状変化要素が設けられる。
【００３４】
形状変化要素が内燃エンジンの吸気アームに固定されているため、形状変化要素の修理または交換のために吸気アームのみを取り外せば足りる。本発明に係る外気分配器によると、従来の内燃エンジンに比べて維持コストを低減することができる。
【００３５】
本発明は、また、それぞれに吸気ポートが連通する複数の燃焼室と、当該燃焼室に空気を供給するための吸気マニホールドとを備えた内燃エンジンに関する。本発明は、吸気マニホールドが、少なくとも１つの上述した実施形態に係る外気分配器を備えるか、または、各燃焼室に対して上述した実施形態のいずれかに係る吸気アームを備えるという基本思想に基づく。
【００３６】
本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。
【００３７】
上述したあるいは後述する特徴は、それぞれに示す組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてまたは単独でも利用可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、外気分配器を備えた内燃エンジンを概略的に示す平面図である。
【図２】図２は、吸気ポートおよび吸気アームを概略的に示す断面図であって、吸気ポートに形状変化要素が固定されている。
【図３】図３は、吸気ポートおよび吸気アームを概略的に示す断面図であって、吸気ポートに形状変化要素が固定されている。
【図４】図４は、吸気ポートおよび吸気アームを概略的に示す断面図であって、吸気ポートに形状変化要素が固定されている。
【図５】図５は、流体チャンバの形態における形状変化要素を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、流体チャンバの形態における形状変化要素を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、ダイヤフラムの形態における形状変化要素を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、ダイヤフラムの形態における形状変化要素を概略的に示す断面図である。
【図９】図９は、複数の形状変化要素を有する吸気アームを概略的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、複数の形状変化要素を有する吸気アームを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、同じ参照符号は、同一のもしくは類似のまたは機能的に同一の構成要素を示す。
【００４０】
図１は、吸気マニホールド３の外気分配器２を備えた内燃エンジン１の概略平面図である。外気分配器２は、当該外気分配器２に固定されると共に内燃エンジン１の各吸気ポート５に固定された複数の吸気アーム４を有する。
【００４１】
図２には、吸気ポート５、および当該吸気ポート５に固定されかつ形状変化要素６を有する吸気アーム４の概略断面図が示されている。吸気アーム４および吸気ポート５は、給気ダクト７を構成しており、当該給気ダクト７を介して、吸気マニホールド３から吸気バルブ８によって閉じられた内燃エンジン１の燃焼室９へ空気が輸送される。吸気アーム４の内壁１０に固定された形状変化要素６は、その形状を変化させることにより、給気ダクト７における空気の流入方向および流入速度に特に影響し得る。
【００４２】
吸気アーム４は、内燃エンジン１の吸気ポート５に着脱可能に固定されており、そのため、形状変化要素６の修理または交換のために、有利には、吸気アーム４を取り外しさえすればよい。
【００４３】
図３は、吸気ポート５と、当該吸気ポート５に固定された吸気アーム４とを示す概略断面図である。ここで、吸気アーム４は、吸気ポート５の内径よりも小さな外径を実質的に有していて、そのために当該吸気ポート５に容易に差し込み、または挿入することができる。
【００４４】
吸気アーム４は、吸気ポート５に着脱可能に固定されており、また吸気アーム４の外壁１１は、吸気ポート５の内壁１２に当接している。吸気ポート５において吸気アーム４が同ポート５に当接する構成により、給気ダクト７が不必要に狭くなることが抑止され得る。
【００４５】
吸気アーム４を吸気ポート５における同じ位置に配置するために、ストッパ縁部１３が吸気アーム４に設けられている。
【００４６】
吸気ポート５内に挿入されまたは差し込まれた吸気アーム４により、形状変化要素６が吸気ポート５において吸気バルブ８により近く配置される。有利には、空気の流入方向および流入速度は、当該空気が内燃エンジン１の燃焼室９に入る直前に影響されてもよい。
【００４７】
図４は、吸気ポート５に固定された形状変化要素６を伴う吸気ポート５および吸気アーム４の概略断面図である。吸気アーム４の外壁１１と吸気ポート５の内壁１２との間に、数ｍｍ程度であってもよいエアギャップ１４が形成されている。吸気ポート５の内壁１２と吸気アーム４の外壁１１との間にエアギャップ１４を形成するために、吸気アーム４の外径は、吸気ポート５の内径よりも実質的に小さい。
【００４８】
複数のスペーサ要素１５により、吸気アーム４の外壁１１と吸気ポート５の内壁１２との間に一定の間隔を設けることができる。この例示的な実施形態において、スペーサ要素１５は、吸気アーム４の外壁１１に点状に設けられている。
【００４９】
吸気アーム４と吸気ポート５との間のエアギャップ１４によると、燃焼室９に輸送される空気の追加的な断熱が可能となる。これにより、内燃エンジン１のノック性が特に熱出力の向上によって改善され得る。
【００５０】
図５および図６は、流体チャンバ１６の形態における形状変化要素６の概略断面図である。流体チャンバ１６は、空気およびオイルの両方で満たされ得るものであって、例えばポリマー材料から作られていてもよい。流体チャンバ１６は、接着層１７によって吸気アーム４の内壁１０に固定されていて、柔軟チャンバ壁１８と、内壁１０に固定された固定チャンバ壁１９とを有する。
【００５１】
流体チャンバ１６は、図６に示すように、加圧を通じてその容積および形状が具体的に定まり得る。このために、流体チャンバ１６は、圧力供給ライン２０によって外部圧力源に接続されている。流体チャンバ１６内の圧力が給気ダクト７内の圧力以下であるかどうかに応じて、流体チャンバ１６の容積および形状が適合され、よって給気ダクト７の輪郭も変化する。
【００５２】
図７および図８は、ダイヤフラム２１の形態における形状変化要素６の概略断面図である。当該ダイヤフラム２１は、接着層２２によって、固着態様で吸気アーム４の内壁１０に固定されている。ダイヤフラム２１および吸気アーム４の内壁１０は、圧力供給ライン２４に接続されたダイヤフラム内部２３を区画している。ダイヤフラム２１が加圧されると、当該ダイヤフラム２１はその形状を変えて給気ダクト７内に膨出し、これにより給気ダクト７の輪郭が変化し、よって空気の流入方向および流入速度が特に変化する。
【００５３】
図９および図１０は、複数の形状変化要素６を有する吸気アーム４の概略断面図である。個々の形状変化要素６は、互いに別々に加圧され得、そのため給気ダクト７の様々な輪郭が調節され得る。したがって、図９では、形状変化要素６が均等に加圧されており、そのため給気ダクト７は中心点対称である。これに対し、図１０では、複数の形状変化要素６が不均等に加圧されており、そのため給気ダクト７は鏡映対称になっている。
【符号の説明】
【００５４】
１    内燃エンジン
２    外気分配器
３    吸気マニホールド
４    吸気アーム
５    吸気ポート
６    形状変化要素
７    給気ダクト
９    燃焼室
１０    （吸気アームの）内壁
１１    （吸気アームの）外壁
１２    （吸気ポートの）内壁
１４    エアギャップ
１６    流体チャンバ
２１    ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018132058.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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