(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の燃料装置に関し、燃料中に生成した有機酸による悪影響を抑制することを目的とする。【解決手段】酸化劣化により有機酸を生成し得る成分を含む燃料で運転可能な内燃機関１０のための燃料装置であって、有機酸と反応して有機酸塩を生成し得る物質を酸除去剤として収納した酸除去剤充填筒２８と、燃料タンク１６に貯留された燃料を酸除去剤充填筒２８に送る燃料供給手段と、酸除去剤と燃料中の有機酸とが反応することによって生成した有機酸塩を濾過により除去する濾過部２９と、を備える。酸除去剤充填筒２８の酸除去剤は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体または化合物であって、有機酸との反応により燃料に不溶性の有機酸塩を生成するものであり、例えばＣａ（カルシウム）が好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化劣化により有機酸を生成し得る成分を含む燃料で運転可能な内燃機関のための燃料装置であって、
前記有機酸と反応して有機酸塩を生成し得る物質を酸除去剤として収納した酸除去剤収納部と、
前記内燃機関の燃料タンクに貯留された燃料を前記酸除去剤収納部に送る燃料供給手段と、
前記酸除去剤と前記燃料中の有機酸とが反応することによって生成した有機酸塩を濾過により除去する濾過部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料装置。
【請求項２】
前記酸除去剤は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体または化合物であって、前記有機酸との反応により前記燃料に不溶性の有機酸塩を生成するものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料装置。
【請求項３】
前記濾過部を通過した燃料を前記燃料タンクに戻す流路を備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料装置。
【請求項４】
前記濾過部を通過した燃料を前記流路を通して前記燃料タンクに戻すことにより燃料を循環させて前記有機酸を除去する場合に、前記濾過部の圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
前記圧力損失検出手段により検出される圧力損失の増加傾向が止まったと判断された場合に前記有機酸の除去が完了したと判定する手段と、
を備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料装置。
【請求項５】
前記燃料供給手段は、前記燃料タンク内の燃料を前記内燃機関側に送るための燃料ポンプを用いて、前記燃料タンク内の燃料を前記酸除去剤収納部に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料装置。
【請求項６】
前記燃料タンク内の燃料の酸化劣化を判定する判定手段と、
前記燃料タンク内の燃料が酸化劣化していると判定された場合に、前記燃料供給手段により燃料を前記酸除去剤収納部に送る手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の燃料装置。
【請求項７】
前記燃料タンクに設置され、燃料に含まれる酸素原子の量と相関する指標値を検出する酸素含有量検出手段を備え、
前記判定手段は、前記酸素含有量検出手段により検出された指標値の、給油時からの増加量が所定値を超えた場合に、前記燃料タンク内の燃料が酸化劣化していると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料装置。
【請求項８】
前記燃料タンクにバイオ燃料が給油されたことを検知する給油検知手段を備え、
前記判定手段は、バイオ燃料の給油が検知された時から所定期間が経過した場合に、前記燃料タンク内の燃料が酸化劣化していると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスから生産される成分を含んだバイオ燃料が自動車用エンジンの燃料として用いられている。特開２００９−１３８８４号公報に開示されているように、バイオマスから生産された燃料成分は酸化し易く、酸化によりカルボン酸等の有機酸を生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３８８４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８８７１号公報
【特許文献３】特開２００６−１３７３６０号公報
【特許文献４】特開２００４−３３９５０４号公報
【特許文献５】特開２００９−１９１１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料中に有機酸が生成すると、その有機酸により、燃料系の金属部品の腐食やゴム部品の膨潤を招いたり、金属部品から溶出した金属が燃料フィルタを詰まらせたり、燃料インジェクタにデポジットが堆積したりするなどの悪影響を生ずるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料中に生成した有機酸による悪影響を抑制することのできる内燃機関の燃料装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃料装置であって、
酸化劣化により有機酸を生成し得る成分を含む燃料で運転可能な内燃機関のための燃料装置であって、
前記有機酸と反応して有機酸塩を生成し得る物質を酸除去剤として収納した酸除去剤収納部と、
前記内燃機関の燃料タンクに貯留された燃料を前記酸除去剤収納部に送る燃料供給手段と、
前記酸除去剤と前記燃料中の有機酸とが反応することによって生成した有機酸塩を濾過により除去する濾過部と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記酸除去剤は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体または化合物であって、前記有機酸との反応により前記燃料に不溶性の有機酸塩を生成するものであることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記濾過部を通過した燃料を前記燃料タンクに戻す流路を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記濾過部を通過した燃料を前記流路を通して前記燃料タンクに戻すことにより燃料を循環させて前記有機酸を除去する場合に、前記濾過部の圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
前記圧力損失検出手段により検出される圧力損失の増加傾向が止まったと判断された場合に前記有機酸の除去が完了したと判定する手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１または第２の発明において、
燃料供給手段は、燃料タンク内の燃料を内燃機関側に送るための燃料ポンプを用いて、燃料タンク内の燃料を酸除去剤収納部に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記燃料タンク内の燃料の酸化劣化を判定する判定手段と、
前記燃料タンク内の燃料が酸化劣化していると判定された場合に、前記燃料供給手段により燃料を前記酸除去剤収納部に送る手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記燃料タンクに設置され、燃料に含まれる酸素原子の量と相関する指標値を検出する酸素含有量検出手段を備え、
前記判定手段は、前記酸素含有量検出手段により検出された指標値の、給油時からの増加量が所定値を超えた場合に、前記燃料タンク内の燃料が酸化劣化していると判定することを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第６の発明において、
前記燃料タンクにバイオ燃料が給油されたことを検知する給油検知手段を備え、
前記判定手段は、バイオ燃料の給油が検知された時から所定期間が経過した場合に、前記燃料タンク内の燃料が酸化劣化していると判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、燃料成分の酸化劣化により生成した有機酸を確実に除去することができる。このため、燃料系部品の劣化やデポジットの堆積など、有機酸による悪影響を回避することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の単体または化合物であって、有機酸との反応により燃料に不溶性の有機酸塩を生成するものを酸除去剤として用いることにより、燃料中の有機酸をより確実に除去することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、濾過部を通過して有機酸が除去された燃料を燃料タンクに戻すことができるので、燃料タンク内から有機酸を排除することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、濾過部の圧力損失の変化に基づいて、有機酸の除去の完了を精度良く判定することができる。
【００１８】
第５の発明によれば、既存の燃料ポンプを用いて燃料を酸除去剤収納部に供給することができるので、専用のポンプが不要となり、軽量化やコスト低減が図れる。
【００１９】
第６の発明によれば、必要な場合にのみ燃料を酸除去剤収納部に送ることができるので、有機酸の除去に要するエネルギーを節減することができる。
【００２０】
第７の発明によれば、燃料タンク内の燃料の酸化劣化を精度良く判定することができる。
【００２１】
第８の発明によれば、燃料タンク内の燃料の酸化劣化を精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２４】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両に搭載される内燃機関１０と、燃料タンク１６と、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを備えている。本実施形態の内燃機関１０は、ディーゼルエンジンである。この内燃機関１０は、バイオマスから生産されるバイオマス由来成分（本実施形態では、脂肪酸メチルエステルとする）を化石燃料（本実施形態では、軽油とする）に混合した燃料（以下「バイオ燃料」という）で運転可能になっている。脂肪酸メチルエステルは、例えば菜種、廃食油等のバイオマスから生産することができる。
【００２５】
内燃機関１０の各気筒１２には、筒内に燃料を噴射するための燃料インジェクタ１４が設けられている。内燃機関１０が使用するバイオ燃料は、燃料タンク１６に貯留されている。燃料タンク１６に貯留された燃料は、燃料フィルタ１７を通って燃料ポンプ１８に送られ、燃料ポンプ１８により加圧されて、コモンレール２０内に貯留される。各気筒の燃料インジェクタ１４は、燃料パイプ２１によりコモンレール２０に接続されている。コモンレール２０内の燃料は、燃料パイプ２１を通って、各気筒１２の燃料インジェクタ１４に送られる。
【００２６】
燃料インジェクタ１４には、燃料リターンパイプ２２が更に接続されている。燃料インジェクタ１４で噴射されなかった燃料は、燃料リターンパイプ２２を通って、燃料タンク１６に戻る。また、コモンレール２０も、減圧弁２３を介して、燃料リターンパイプ２２に接続されている。コモンレール２０内で余剰となった燃料は、減圧弁２３を通って燃料リターンパイプ２２に送られ、燃料タンク１６に戻る。
【００２７】
燃料タンク１６には、燃料中のバイオマス由来成分の濃度（以下、「バイオ成分濃度」と称する）を検出することのできる燃料性状センサ２４（酸素含有量検出手段）が設置されている。燃料性状センサ２４は、燃料タンク１６に貯留された燃料の誘電率あるいは吸光度などの物理量（指標値）を検出するセンサで構成されている。化石燃料が炭化水素で構成されているのに対し、バイオマス由来成分は酸素原子を含む化合物で構成されている。このため、バイオ成分濃度が高くなるほど、バイオ燃料の酸素原子含有量は多くなる。そして、バイオ燃料の酸素原子含有量は、バイオ燃料の誘電率や吸光度などの物理量と相関することが知られている。よって、燃料性状センサ２４によってバイオ燃料の誘電率あるいは吸光度などを検出することにより、燃料タンク１６に貯留されたバイオ燃料のバイオ成分濃度を検出することができる。
【００２８】
バイオマス由来成分は、不飽和結合（二重結合）を含んでいるなどの理由から、酸化劣化し易いという性質がある。例えば脂肪酸メチルエステルの場合、この酸化劣化の反応は、次式で表される。
【００２９】
【化１】
2011149403.tif 000003
【００３０】
上記（１）式に示すように、バイオマス由来成分が酸化すると、カルボン酸等の有機酸（以下、「カルボン酸」で代表する）が生成される。このようにして燃料中にカルボン酸が生成すると、燃料系の金属部品（燃料インジェクタ１４、燃料パイプ等）の腐食やゴム部品の膨潤を招いたり、金属部品から溶出した金属が燃料フィルタ１７を詰まらせたり、燃料インジェクタ１４にデポジットが堆積したりするなどの悪影響を生ずるおそれがある。
【００３１】
本実施形態のシステムは、上記のような悪影響を回避するため、燃料中のカルボン酸を除去するための酸除去装置２５を備えている。図１に示すように、酸除去装置２５は、燃料タンク１６内から燃料を汲み上げ、その燃料をまた燃料タンク１６へ戻す循環流路２６を備えている。循環流路２６の途中には、ポンプ２７と、酸除去剤充填筒２８（酸除去剤収納部）と、濾過部２９とが上流側からこの順で配置されている。
【００３２】
カルボン酸は、金属と反応することにより、カルボン酸塩（有機酸塩）を生成する。金属元素を記号Ｍで表すと、カルボン酸と金属Ｍと反応は、自然数ｎを用いて、次式で表すことができる。
【００３３】
【化２】
2011149403.tif 000004
【００３４】
酸除去剤充填筒２８には、カルボン酸と上記（２）式の反応をすることにより、燃料に不溶性のカルボン酸塩を生成する金属Ｍの単体または化合物からなる物質が酸除去剤として収納されている。酸除去剤は、例えばペレット状などの固体の状態で酸除去剤充填筒２８に収納されている。
【００３５】
ポンプ２７が作動して燃料タンク１６内の燃料が循環流路２６を通って酸除去剤充填筒２８に送られると、燃料に含まれるカルボン酸の影響によって酸除去剤から金属Ｍが溶け出す。溶け出した金属Ｍは、カルボン酸と反応して、不溶性のカルボン酸塩を生成する。生成したカルボン酸塩は、燃料とともに濾過部２９に流れる。濾過部２９内には、カルボン酸塩を濾過して除去することのできる除去フィルタが設置されている。カルボン酸塩は、燃料に不溶性であるので、濾過部２９の除去フィルタによって濾別されて除去される。このため、カルボン酸塩を含まない燃料のみが燃料タンク１６に戻される。このように、酸除去装置２５のポンプ２７を作動させて燃料を循環流路２６に循環させることにより、燃料タンク１６内の燃料からカルボン酸を効率良く除去することができる。このため、カルボン酸による上述したような悪影響が生ずることを回避することができる。
【００３６】
酸除去剤の金属Ｍとしては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が好ましい。これらは、イオン化傾向が大きいので、容易に溶出して、燃料中のカルボン酸と効率良く反応するからである。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の中でも、容易且つ安価に入手できるなどの点で、Ｃａ（カルシウム）が酸除去剤の金属Ｍとして特に好適である。この場合、酸除去剤としては、単体の金属カルシウムでも、例えば炭酸カルシウムのようなカルシウム化合物でも、どちらでもよい。
【００３７】
濾過部２９の除去フィルタの種類は、特に限定されないが、例えばメンブレンフィルタ等を用いることが好ましい。孔径は０．２μｍ程度が好ましい。
【００３８】
酸除去装置２５を作動させるとポンプ２７が電力を消費するので、燃費節減の観点からは、燃料タンク１６内の燃料に含まれるカルボン酸の量が許容値を超えた場合にのみ、酸除去装置２５を作動させることが望ましい。そこで、本実施形態では、燃料タンク１６内の燃料の酸化劣化判定を行い、燃料が酸化劣化していると判定された場合に、酸除去装置２５を作動させることとした。
【００３９】
図２および図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンによれば、まず、燃料タンク１６への給油があったかどうかが判定される（ステップ１００）。給油の有無を検知する方法は、特に限定されないが、例えば、燃料タンク１６の油量計（図示せず）で検出される油量の増加、あるいは燃料タンク１６の注入口のキャップの開閉を検知するセンサ（図示せず）などによって検知すればよい。
【００４０】
上記ステップ１００で、燃料タンク１６への給油があったと判定された場合には、その給油後における燃料性状センサ２４の検出値が初期酸素濃度Ｃ０として記憶される（ステップ１０２）。前述したように、燃料性状センサ２４は、バイオ燃料の酸素原子含有量と相関する物理量を検出している。バイオ燃料中のバイオマス由来成分の酸化劣化が進行するほど、その酸化反応により空気中の酸素原子が燃料中に取り込まれるので、バイオ燃料の酸素原子含有量が増加していく。このため、燃料性状センサ２４の検出値を給油時の値と比較することにより、酸化劣化の進行度合い、すなわちカルボン酸の生成量を判定することができる。
【００４１】
上述した図２に示すルーチンによって給油直後の初期酸素濃度Ｃ０が検出されると、次回の給油によって初期酸素濃度Ｃ０が更新されるまで、図３に示すルーチンが定期的に実行される。図３に示すルーチンによれば、まず、現在の燃料性状センサ２４の検出値Ｃと、初期酸素濃度Ｃ０との差（Ｃ−Ｃ０）が所定の判定値ＣＬより大きいかどうかが判定される（ステップ１１０）。（Ｃ−Ｃ０）がＣＬ以下であった場合には、燃料タンク１６内の燃料に含まれるカルボン酸の量は許容範囲内であると判断できる。この場合には、本ルーチンの処理がここで終了される。
【００４２】
これに対し、上記ステップ１１０で、（Ｃ−Ｃ０）がＣＬを超えていた場合には、燃料タンク１６内の燃料に含まれるカルボン酸の量が許容範囲を超えたと判断できる。そこで、この場合には、カルボン酸を除去するべく、酸除去装置２５のポンプ２７が作動される（ステップ１１２）。これにより、循環流路２６に燃料が循環し、酸除去剤充填筒２８および濾過部２９によって燃料中のカルボン酸が除去されていく。燃料中のカルボン酸が除去されていくと、燃料の酸素原子含有量が減少するので、燃料性状センサ２４の検出値Ｃも低下していく。ステップ１１４では、（Ｃ−Ｃ０）がＣＬ未満になったかどうかが判定される。（Ｃ−Ｃ０）がＣＬ未満に低下していれば、燃料タンク１６内の燃料に含まれるカルボン酸の量は許容範囲内まで低下したと判断できる。そこで、（Ｃ−Ｃ０）がＣＬ未満であると判定された場合には、カルボン酸の除去が完了したと判断し、酸除去装置２５のポンプ２７が停止される（ステップ１１６）。
【００４３】
なお、酸除去装置２５を作動させる場合は、これを内燃機関１０の停止中（車両の停止中）に行うようにしてもよい。
【００４４】
また、カルボン酸の除去が完了したかどうかを判定する方法、すなわち酸除去装置２５の作動を停止すべきタイミングを判定する方法は、上記の例に限定されるものではない。例えば、酸除去装置２５を一定時間作動した時点でカルボン酸の除去が完了したと判定してもよい。あるいは、次のようにして判定してもよい。濾過部２９内の除去フィルタにカルボン酸塩が堆積していくと、燃料の通過抵抗が増大するので、濾過部２９の圧力損失が増加していく。図１に示すように、濾過部２９の上流側と下流側とにそれぞれ圧力センサ３０，３１を設けることにより、濾過部２９の圧力損失を検出することができる。燃料タンク１６内のカルボン酸が除去されれば、酸除去剤充填筒２８に燃料が供給されても、もはやカルボン酸塩が生成されないので、濾過部２９の圧力損失がそれ以上増加することはない。そこで、酸除去装置２５の作動中に濾過部２９の圧力損失の変化を圧力センサ３０，３１により検出し、この圧力損失の増加傾向が止まったと判断された時点で、カルボン酸の除去が完了したと判定して、酸除去装置２５の作動を停止するようにしてもよい。
【００４５】
また、燃料タンク１６内の燃料が酸化劣化したかどうかを判定する方法、すなわち酸除去装置２５を作動すべきタイミングを判定する方法は、上記の例に限定されるものではない。例えば、燃料タンク１６にバイオ燃料が給油されたことを燃料性状センサ２４の検出値あるいはユーザーの操作などによって検知し、その給油時から所定期間（例えば２０日間）が経過した場合に、燃料タンク１６内の燃料が酸化劣化したと判定して、酸除去装置２５を作動させるようにしてもよい。
【００４６】
また、燃料事情の悪い地域あるいは国では、初めから酸化劣化したバイオ燃料が燃料タンク１６に給油されることも考えられる。そのような場合には、バイオ燃料を給油した後にユーザーが手動で酸除去装置２５の作動を開始できるようなスイッチを設ける構成にしてもよい。あるいは、給油直後に自動的に酸除去装置２５を作動させるようにしてもよい。給油したバイオ燃料が初めから酸化劣化しており、カルボン酸が含まれていた場合には、酸除去装置２５の作動中、カルボン酸が除去されていくことによって、燃料性状センサ２４の検出値が低下していく。そこで、給油直後に自動的に酸除去装置２５の作動を開始した後、燃料性状センサ２４の検出値の変化を分析し、燃料性状センサ２４の検出値が低下していった場合には、給油したバイオ燃料が酸化劣化していたものと判断できる。この場合には、燃料性状センサ２４の検出値の低下が止まるまで、酸除去装置２５の作動を続けるようにすればよい。一方、給油直後に自動的に酸除去装置２５の作動を開始した後に、燃料性状センサ２４の検出値が変化しない場合には、給油したバイオ燃料が酸化劣化していないと判断し、酸除去装置２５の作動を停止すればよい。
【００４７】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００４８】
図４は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。図４に示すように、本実施形態のシステムでは、燃料タンク１６と燃料ポンプ１８とを結ぶ第１流路３３の途中に三方弁３４が設置されている。三方弁３４からは、燃料タンク１６へ向かって第２流路３５が分岐している。この第２流路３５の途中に、酸除去剤充填筒２８と濾過部２９とが配置されている。
【００４９】
三方弁３４は、第１流路３３を燃料ポンプ１８に連通させる状態と、第２流路３５を燃料ポンプ１８に連通させる状態とに切り換え可能になっている。燃料タンク１６内の燃料が酸化劣化していると判定された場合、すなわち燃料にカルボン酸が含まれている場合には、第２流路３５を燃料ポンプ１８に連通させる状態にする。この状態では、燃料タンク１６内の燃料は、酸除去剤充填筒２８および濾過部２９を通って燃料ポンプ１８により汲み上げられ、そのまま内燃機関１０側（コモンレール２０）へ送られる。これにより、酸除去剤充填筒２８および濾過部２９にてカルボン酸を除去した燃料を内燃機関１０側へ送ることができるので、カルボン酸による部品腐食やデポジット堆積などの悪影響を回避することができる。
【００５０】
一方、燃料タンク１６内の燃料にカルボン酸が含まれていないと判定された場合には、第１流路３３を燃料ポンプ１８に連通させる状態に三方弁３４を切り換える。これにより、燃料タンク１６内の燃料は、酸除去剤充填筒２８および濾過部２９を通らずに、第１流路３３の燃料フィルタ１７を通って、内燃機関１０側へ送られる。
【００５１】
本実施形態では、実施の形態１におけるポンプ２７のような専用のポンプが不要となるので、装置構成を簡素化でき、軽量化やコスト低減が図れる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  燃料インジェクタ
２０  コモンレール
２４  燃料性状センサ
２５  酸除去装置
２６  循環流路
２７  ポンプ
２８  酸除去剤充填筒
２９  濾過部
３０，３１  圧力センサ
３３  第１流路
３４  三方弁
３５  第２流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011149403.tif 000008