(57)【要約】【課題】燃料噴流に空気を十分に供給して燃料の空気との混合および蒸発を促進できる筒内直噴エンジンの燃料噴射機構の提供。【解決手段】エンジン内で燃料噴射弁の噴口近傍に設けられ、燃料噴流パターンの外周面を離れて囲むダクトを備え、ダクトの上流側空間の空気が噴流と共にダクト内に誘引されて燃料噴流に混合される燃料噴射機構。ダクトは上流側空間を燃焼空間から区画する隔壁によって、シリンダヘッド、燃料噴射弁あるいは燃料噴射弁支持部材に支持されている。隔壁に吸気口を設けても良い。ダクト入口部に大きな曲率半径を与え、内周面を燃料噴流パターンの外周面に沿ったものとしてもよい。ダクトと上流側空間との間の空気流路は、ダクトの周の全部あるいは部分的に開いたものでよく、小噴口あるいは小噴口間の空間に対面した位置に設けてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内直噴エンジンの燃焼空間に臨む燃料噴射弁の噴口近傍に設けられて、前記噴口から噴射される燃料噴流の外周面を近接して離れて囲む内周面を持つダクトを備え、前記燃料噴流の前記ダクトに関して上流側の上流側空間の空気が、前記燃料噴流の流れにより、前記ダクト内に誘引されて燃料噴流に混合されることを特徴とする筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項２】
前記ダクトを支持し、前記上流側空間を前記燃焼空間から実質的に区画する隔壁を備えていることを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項３】
前記隔壁がエンジンのシリンダヘッドに固着されていることを特徴とする請求項２に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項４】
前記隔壁が燃料噴射弁をシリンダヘッドに支持する支持部材に固着されていることを特徴とする請求項２に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項５】
前記隔壁が燃料噴射弁に固着されていることを特徴とする請求項２に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項６】
前記隔壁が前記ダクトから離れた位置に吸気口を備え、前記上流側空間に前記燃焼空間内の空気が補給されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項７】
前記ダクトが、空気の剥離を防ぐのに充分な大きさの曲率半径を持つ入口部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項８】
前記ダクトの前記内周面が、燃料噴流のパターンの外周面の一部に対して実質的に沿って延びた形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項９】
前記ダクトと前記上流側空間との間に、前記ダクトをダクト全周に亘って前記上流側空間に連通させる流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項１０】
前記ダクトと前記上流側空間との間に、前記ダクトをダクトの周の部分的にだけ前記上流側空間に連通させる流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁が複数の小噴口を含むものであり、前記流路が前記小噴口に実質的に対面した位置にあることを特徴とする請求項１０に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【請求項１２】
前記燃料噴射弁が複数の小噴口を含むものであり、前記流体が前記小噴口の間の空間に
実質的に対面した位置にあることを特徴とする請求項１０に記載の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内直噴エンジンにおける燃料の燃料噴流への空気供給を促進する筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術ではノズル噴孔近傍にノズルよりの噴射拡散過程の燃料群を再捕捉し、空気との混合噴流を形成するためにノズルホルダー部により支持したベンチュリー状の口金部を設けてある。この口金部に噴射燃料群を流過させる過程において、燃料と空気との混合ならびに燃料への熱授受により、燃料噴流の活性化を図ることができる。噴孔を出た燃料噴流は燃焼室内の一部の空気を巻き込み膨張しつつベンチュリー状口金入口部に達し、口金入口部は案内壁に切線的に衝突し、口金内部で強制的に再集合することになる。口金部の絞り部においては、各噴流の剛性エネルギーは圧力より速度エネルギーに変換され、均等的密度分布形態で活性化の進行した単噴流が形成される。また、このようにして形成された単一の燃料噴流をさらに衝突拡散部に衝突させることも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４６２９号公報（第００１４パラグラフ−第００１９パラグラフ、図１−図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の燃料噴射機構では、噴射流体の多くがベンチュリー状口金部の壁面に衝突するため、燃料の気化が促進される反面、運動エネルギーが減少してしまう。このために筒内直噴エンジンで多く行われる筒内空間が高圧となる圧縮過程での噴射では、噴射流体が筒内に十分広がらないという問題があった。また、気化していない噴射流体の一部は、衝突したベンチュリー状口金部の壁面に付着し、未燃焼ガスの発生や噴射特性に影響を与える壁面での炭素物析出の要因となるような問題があった。この問題は衝突拡散部を持つものではより大きかった。
【０００５】
この発明の目的は、燃料噴流を構造物に衝突させることなく燃料噴流に空気を十分に供給して、燃料と空気との混合および燃料の蒸発を促進できる筒内直噴エンジンの燃料噴射機構を提供することである
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、この発明の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構によれば、筒内直噴エンジンの燃焼空間に臨む燃料噴射弁の噴口近傍に設けられて、噴口から噴射される燃料噴流の側面を近接して離れて囲む内周面を持つダクトを備え、燃料噴流のダクトに関して上流側の空間の空気が、燃料噴流の流れにより、ダクト内に誘引されて燃料噴流に混合されるようにしてある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構は、噴口から噴射される燃料噴流の側面を近接して離れて囲む内周面を持つダクトを備えており、燃料噴流のダクトに関して上流側の空間の空気が、燃料噴流の流れにより、ダクト内に誘引されて燃料噴流に混合されるようにしてあるので、燃料噴流への空気混入および燃料の蒸発を促進できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１における筒内直噴エンジンの燃料噴射機構を示すものであり、図１は筒内直噴エンジンの燃料噴射機構の部分だけ示す概略断面図である。図２は図１の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構の噴口を示す拡大平面図である。
【０００９】
この発明の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構は、シリンダヘッド１により一部が画定された燃焼空間２を有する筒内直噴エンジンと共に用いるものである。燃料噴射弁３はシリンダヘッド１の頂壁に取り付けられており、その噴口４は燃焼空間２に臨んでいて燃料を燃焼空間２内に噴射して燃料噴流５を形成することができる。図示の例では噴口４は図２に示されているように６個の小噴口１７を持つものであり、小噴口１７は中心６を持つ外接円７に接するように等間隔で円形に配列されている。噴口４が複数の小噴口１７からなる場合にはその小噴口１７の群の中心は中心６に整列して芯合わせされて配置される。
【００１０】
このような群となった噴口４から噴射された燃料は、それぞれの小噴口１７からの噴射燃料がそれぞれ小噴口１７によって定められる方向に噴射され、他の小噴口１７からの噴射燃料および周囲の空気と混ざり合って、全体として図１に燃料噴流５として示すような噴口４の群から次第に広がる噴霧パターンとなる。このような噴霧パターンの燃料噴流５の外周面８は、噴口４が単一の場合も複数の場合も、噴口４から噴射されてから速度を失うまでの間は全体としてほぼ円錐型である。
【００１１】
エンジンのシリンダヘッド１の頂壁には、平坦な円板状の隔壁９が全外周に亘る溶接等により固着されている。隔壁９は燃焼火炎の熱を直接受けるが、この熱はシリンダヘッド１を介して外部に放熱される。隔壁９は、燃料噴射弁３の軸方向に燃料噴射弁３から比較的小さな所定の距離Ａだけ離れて設けられている。
【００１２】
隔壁９の中央には燃料噴射弁３の噴口４の中心６に軸整列した円形開口であるダクト１０が設けられていて、噴口４からの燃料噴流５がダクト１０を通り抜けて燃焼空間２内に供給されるようにしてある。ダクト１０は、隔壁９の開口の縁部分であって、噴口４から噴射される燃料噴流５の外周面８を近接して離れて囲む内周面を持つ環状の部分である。
【００１３】
また、円板状の隔壁９は、ダクト１０の部分を除いてシリンダ内を実質的に区切って、隔壁９の下方の燃焼空間２と隔壁９の上方の頂壁で囲まれた空間１１とを形成している。この空間１１は、燃料噴流５の流れの方向に見てダクト１０の上流側にあるので上流側空間１１であり、またダクト１０は隔壁９によりシリンダヘッド１に対して支持されている。従って、隔壁９は、ダクト１０を支持し、上流側空間１１を燃焼空間２から実質的に区画している。
【００１４】
ダクト１０は、噴口４側の入口部１２と、内周面１３と、出口部１４とを有する円筒形あるいは環状の部材であって、図示の例では隔壁９の開口の縁部分である。隔壁９は、燃料噴射弁３から所定の距離Ａだけ離れて設けられていて、隔壁９には円形開口であるダクト１０が設けられているので、隔壁９の開口即ちダクト１０には、ダクト１０をダクト１０の全周に亘って上流側空間１１に連通させる流路１５が設けられている。ダクト１０の直径は噴口４の群の外接円７の直径よりも大きく、内周面１３が図１に示されているように、燃料噴流５の側面即ち外周面８を近接してはいるが、離れて接触しないように囲んでいる。このようにして、燃料噴流５がダクト１０を通り抜ける際に、上流側空間１１の空気が燃料噴流５の流れにより巻き込まれてダクト１０内に誘引されるようにしてある。
【００１５】
図１および図２において、燃料噴射弁３の噴口４から燃料噴流５が噴射されるまでは、隔壁９により形成された上流側空間１１と燃焼空間２とは、円形開口であるダクト１０によって完全に連通されているため、双方の圧力は同じである。この状態から噴口４から燃料噴流５が噴射され、燃料噴流５がダクト１０を通り抜けて燃焼空間２に流れると、ダクト１０内に存在していた空気は燃焼空間２に押し出される。即ちダクト１０内に存在していた空気に速度エネルギーが与えられる。
【００１６】
連続した流体の場合、ベルヌーイの定理によりその流体のどの部分においても圧力エネルギーと速度エネルギーと位置エネルギーとの合計が常に一定となる。位置エネルギーが流体のどの部分でもほとんど同じであれば、噴射により速度エネルギーが与えられダクト１０から燃焼空間２に押し出される空気と、速度エネルギーを殆ど持たない上流側空間１１内の空気と、同じく速度エネルギーを殆ど持たない元々燃焼空間２内にあった空気とでは、ダクト１０から燃焼空間２に押し出される空気だけが小さい圧力エネルギーを持つことになる。即ちダクト１０から燃焼空間２に押し出される空気の圧力は、隔壁９により区切られた上流側空間１１内に存在する空気や燃焼空間２の空気に比べて低くなる。
【００１７】
その結果、ダクト１０に向けて周辺の空気が流れ込むことになるが、本発明の燃料噴射機構の構造では燃料噴流５が燃焼空間２に向かって拡散しながら噴射されるため、殆どの空気は隔壁９により形成された上流側空間１１から燃料噴射弁３と隔壁９との間の流路１５を通ってダクト１０の入口部１２に流れ込む。
【００１８】
上流側空間１１から空気がダクト１０内に流れ込む際、燃料噴射弁３と隔壁９とで形成された隙間である流路１５を通過するが、この隙間の大きさ（距離Ａ）の調節などにより流路１５の大きさを調節して、燃料噴流５に適度に空気を衝突させ、あるいは燃料噴流５の近傍に空気を供給することで、空気を燃料噴流５に巻き込ませることができる。このように燃料噴流５のエネルギーにより燃料噴流５への空気の自給が成立する。
【００１９】
上述のように、この発明の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構によれば、燃料噴流５への空気の巻き込みや空気の衝突により、燃料噴流５の液体成分の分裂や蒸発が促進され、蒸発した燃料噴流５と空気が適度に混合した混合気を短時間で得ることができる。
【００２０】
また、ダクト１０は、その直径を噴口４の外接円７の直径よりも大きくしてあり、内周面１３が燃料噴流５の外周面８を近接しているが離れて囲んでいて燃料噴流５に接触しないようにしてある。従って、燃料噴射弁３から噴射された燃料噴流５は隔壁９に衝突せず、燃料噴流５の速度の低減、流れ方向の変化、燃料付着が発生しない。また、上流側空間１１からダクト１０への流路１５はダクト１０の全周に亘って開口しており、ダクト１０への空気の流れ込みが全周でほぼ均等になる。このように、燃料噴流５の全体的または局所的な変形や方向変化などへの影響が回避され、燃料噴流５への空気混入と燃料の蒸発促進の効果が得られる。
【００２１】
実施の形態２．
図３に示す筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、ダクト１０の燃料噴射弁３側の前縁、即ち入口部１２の口唇部の表面が、丸くされて、そこから空気の剥離を防ぐのに充分な大きさの曲率半径を持っている。また、ダクト１０の内周面１３が、図１に示すものよりも延長されていてほぼ円錐面とされ、燃料噴流５のパターンの外周面８の一部にほぼ沿って延びており、外周面８に対して近接しているが離間して設けられている。その他の構成は先のものと同様である。
【００２２】
このように入口部１２の口唇部が丸めて曲線で形成されているので、空気が上流側空間１１からダクト１０内に滑らかに流れ込むことができ、抵抗が減少し、多量の空気を効率よく供給することができる。また、ダクト１０を燃料噴流５に沿ってテーパーした形としてあるので、燃料噴流５に対して作用する抵抗が減少するため、燃料噴流５のパターンの変形や進行方向変化などの特性に与える影響を抑えることができる。
【００２３】
実施の形態３．
図４に示す筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、ダクト１０を上流側空間１１に連通させるために、ダクト１０と上流側空間１１との間に、ダクト１０の周方向の部分的にだけ開いた複数の流路１６が設けられている。このような流路１６は、ダクト１０である隔壁９の円形の開口の縁から立ち上がって、燃料噴射弁３に向かって延び、燃料噴射弁３に接し、全体としてほぼ環状をなすように配置された複数の円筒部分壁１８の間に形成されている。また、燃料噴射弁３の噴口４が図２に示すものと同様の複数の小噴口１７を備えたものであるが、この複数の流路１６はこれら小噴口１７に対して燃料噴射弁３の径方向に実質的に対面した位置にある。その他の構成は先のものと同様である。円筒部分壁１８は隔壁９側でなく、燃料噴射弁３側に設けても良い。
【００２４】
図４において、燃料噴射弁３は複数の小墳口１７を有する例えばマルチホールインジェクタと呼ばれるものであって、燃料噴流５に空気を自給する動力は燃料噴流５に導かれた空気が高速で流れることで生じる周囲空気との圧力差である。したがって圧力差は小噴口１７ごとに分かれた各燃料噴流５近傍に対して発生する。
【００２５】
圧力差が生じる部分、即ち小噴口１７の位置に合わせてダクト１０への流路１６を設けると、空気は破線矢印で示すように隔壁９で形成された上流側空間１１から小墳口１７に向けてより円滑に供給される。また、空気が流路１６を通過する際その流路が絞られるため空気の流速が高くなる。その結果空気は燃料噴流５により強く衝突して燃料噴流５の内部深くにまで浸透するほか、燃料噴流５の燃料分子の分裂や蒸発を促進する。なおダクト１０を通る燃料噴流５の流れ作用により、隔壁９によって形成された上流側空間１１内の空気が燃料噴流５に供給されるメカニズムは実施の形態１に関連して説明したものと同様である。
【００２６】
なお、ここでは複数の小墳口１７を有する例えばマルチホールインジェクタと呼ばれる燃料噴射弁３を例に説明したが、噴口４が単一であっても、噴口４が偏って配置された燃料噴射弁や噴口断面形状がおよそ円形ではない燃料噴射弁に対しても同様の効果を供することができる。
【００２７】
実施の形態４．
図５に示す筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、図４の流路１６を形成する円筒部分壁１８と同様の円筒部分壁１９が設けられていて、複数の流路２０が形成されている。これら流路２０は、小噴口１７ではなく、小噴口１７と小噴口１７との間の空間に対して、燃料噴射弁３の径方向に実質的に対面した位置に設けられていて、空気を小噴口１７の間の空間に向けて上流側空間１１から空気を供給するものである。その他の構成は先のものと同様である。
【００２８】
図５において、燃料噴流５の作用により、隔壁９によって形成された上流側空間１１の空気が、破線矢印で示すように燃料噴流５に供給される動作は実施の形態１あるいは実施の形態３のものと同じであるが、この構成では隔壁９によって形成された上流側空間１１から噴口４に向けて流れる大きな速度の空気が燃料噴流５に直接衝突することがないため、燃料噴流５のパターン形状や方向を変化させることなく燃料噴流５への空気の混入と燃料の蒸発促進の効果が得られる。
【００２９】
実施の形態５．
図６に示すこの発明の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、隔壁９が、ダクト１０から離れた位置に別の開口部である吸気口２１を備えており、隔壁９によって区画された上流側空間１１に燃焼空間２を連通させて、燃焼空間２からこの吸気口２１を通して上流側空間１１に空気を補給できるようにしてある。その他の構成は先のものと同様である。
【００３０】
図６において、燃料噴流５の流れ作用により上流側空間１１の空気が流路１５を通してダクト１０内の燃料噴流５に供給される動作は、先に説明した実施の形態１のものと同じである。燃料噴流５の近傍と上流側空間１１との間の圧力差により空気の流れが発生すると、上流側空間１１内の空気が排出されて圧力が次第に低下し、燃料噴流５の近傍に対する圧力差が次第に小さくなろうとする。しかしながらこの実施の形態では、隔壁９のダクト１０から離れた位置に別の開口部である吸気口２１が設けられているので、燃焼空間２の圧力と隔壁９で形成された上流側空間１１の圧力とを常に等しく保つことができる。その結果、上流側空間１１の空気の圧力は低下せず、空気供給量は低下しない。更に、上流側空間１１の容積を機関の１行程の燃料噴射に必要な空気量以下に抑えることができるので、機関の圧縮比を低下させることなく燃料噴流５への空気混入と燃料の蒸発促進の効果が得られる。
【００３１】
このような吸気口２１は図６に示すように一個であっても良いし、円形の隔壁９の中心型に対して等距離に複数個設けても、対称に複数個設けても良いし、吸気口２１の形状や寸法も様々なものを使用できる。
【００３２】
実施の形態６．
図７に示す筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、ダクト１０を支持して上流側空間１１を区画するほぼカップ形の隔壁２２が、燃料噴射弁３をシリンダヘッド１に取り付けるための支持部材２３に溶接等により固着されている。支持部材２３は、内部に燃料噴射弁３を収納して保持するほぼ円筒形の部材であり、その外周面でシリンダヘッド１により強固に支持されている。隔壁２２は、円形の開口部であるダクト１０を全周に亘って支持する円板部２４と、円板部２４の外周縁から軸方向に立ち上がった円筒部２５とを備えており、円筒部２５で燃料噴射弁支持部材２３に固着されている。このような隔壁２２と支持部材２３との間には、燃料噴流５の流れの方向に見てダクト１０の上流側に上流側空間２６が形成されている。その他の構成は先のものと同様である。
【００３３】
図７において燃料噴流５の流れ作用により隔壁２２によって形成された上流側空間２６の空気が燃料噴流５に供給される動作はこれまでに説明したのと同様である。燃料噴射弁支持部材２３が、シリンダヘッド１に着脱可能なものである場合には、燃料噴射弁３と噴口４とダクト１０との位置関係を正確に設定して組み立ててから、その組立体をシリンダヘッド１に搭載することが可能であり、組み立てが正確かつ容易になる。また例えばこれまでに説明した様々な実施の形態と組み合わせることもできる。
【００３４】
隔壁２２は燃焼火炎の熱を直接受けるが、隔壁２２が燃料噴射弁支持部材２３に熱的に接合されているため、この熱は燃料噴射弁支持部材２３とシリンダヘッド１とを介してエンジン冷却水（図示せず）により冷却される。
【００３５】
実施の形態７．
図８に示す筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、ダクト１０を支持する隔壁２７が直接燃料噴射弁３に溶接等により固着されている。隔壁２７はその一端が燃料噴射弁３の先端部の外周部に固着されていて、他端には隔壁２７よりも僅かに径方向内側に突出した環状の部分であるダクト１０が支持されている。ダクト１０は燃料噴射弁３の噴口４から噴射された燃料噴流５の外周を近接してはいるが離間して囲んでいる。このようにして円筒形の隔壁２７は、燃料噴流５の流れの方向に見てダクト１０よりも上流側の上流側空間２８を、燃焼空間２から区画している。なお、隔壁２７の縁でダクト１０が形成されてさえいれば、径方向内側に突出した部分はなくてもよい。
【００３６】
このような筒内直噴エンジンの燃料噴射機構に於いては、上流側空間２８の空気がダクト１０を通る燃料噴流５に供給される動作はこれまでに説明したものと同じであるが、燃料噴射弁３と、噴口４と、ダクト１０との位置関係を正確に設定して組立てからシリンダヘッド１に搭載することが可能であり、組立てが正確かつ容易となる。
【００３７】
これまでに説明した様々な実施の形態および変形例は、いずれも燃料噴流を構造物に衝突させることなく燃料噴流に空気を十分に供給して、燃料と空気との混合および燃料の蒸発を促進できる筒内直噴エンジンの燃料噴射機構を提供するものであるが、これらの実施の形態および変形例を様々に組合せても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１である筒内直噴エンジンの燃料噴射機構を示す概略断面図である。
【図２】図１の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構の燃料噴射弁の噴口と隔壁との関係を示す拡大平面図である。
【図３】この発明の実施の形態２である別の筒内直噴エンジンの燃料噴射機構を示す概略断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３である隔壁に設けた空気流路の構造を一部を破断して示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４である隔壁に設けた空気流路の別の構造を一部を破断して示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５である隔壁に吸気口を設けた例を示す概略断面図である。
【図７】この発明の実施の形態６である隔壁を燃料噴射弁支持部材に取付けた例を示す概略断面図である。
【図８】この発明の実施の形態７である隔壁を燃料噴射弁に取付けた例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリンダヘッド、  ２  燃焼空間、  ３  燃料噴射弁、  ４  噴口、  ５  燃料噴流、  ８  外周面、  ９、２２、２７  隔壁、  １０  ダクト、  １１、２６、２８  上流側空間、  １２  入口部、  １３  内周面、  １５、１６、２０  流路、  １７  小噴口、  ２１  吸気口、  ２３  支持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005344631.tif 000006
【図５】
2005344631.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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