(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐管及びコレクタを備えたインテークマニホールドの上流にスロットルバルブが接続された吸気系を備える一方、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸気装置において、ＥＧＲガスの吸気系への導入部を、スロットルバルブの軸芯から該スロットルバルブを収納するスロットルチャンバの管径の略1.3〜1.8倍の大きさだけ、吸気流れ方向下流の位置に配置することにより、前記スロットルバルブの下流側に発生する流れが循環する逆流域にＥＧＲガスを導入すると共に、
ＥＧＲガスの導入角度は、導入位置から導入位置の反対側のスロットルバルブ軸端部に向けて設定されているようにしたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記スロットルチャンバとコレクタとが所定角度曲げて接続されており、前記ＥＧＲガス導入位置を前記曲がりに対して内側に配置すると共に、該ＥＧＲ導入部を、スロットルバルブの軸芯から該スロットルバルブを収納するスロットルチャンバの管径の略1.3 〜1.8 倍の大きさだけ吸気流れ方向下流の位置から、前記曲がりの角度に比例した長さ分だけ下流側に補正した位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項３】
前記スロットルチャンバとコレクタとが所定角度曲げて接続されており、前記ＥＧＲガス導入位置を前記曲がりに対して外側に配置すると共に、該ＥＧＲ導入部を、スロットルバルブの軸芯から該スロットルバルブを収納するスロットルチャンバの管径の略1.3 〜1.8 倍の大きさだけ、吸気流れ方向下流の位置から、前記曲がりの角度に比例した長さ分だけ上流側に補正した位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲガス導入部の吸気流れ方向に対して垂直方向の導入位置は、スロットルバルブ軸方向からみでスロットルバルブ軸と同一の高さ位置に設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。
【請求項５】
直列型エンジンにおいて、スロットルバルブの回転軸と、インテークマニホールドの各気筒の分岐管がコレクタに接合する方向と、を垂直な関係としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸気装置に関し、特に吸気系へのＥＧＲガス導入部の位置，方向を工夫することにより、ＥＧＲ性能を改善した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンでは、一般に大きな出力を要求されない通常の運転時に燃費改善によるＣＯ2 低減あるいはＮＯｘ排出量低減のため、排気の一部を吸気系に戻すＥＧＲ装置を備えている。該ＥＧＲ装置に関して、種々の改良技術が提案されており、例えば、特開平８−２１８９４９号公報等に記載のものでは、第１サージタンクの下流に第２サージタンクを設けて、その第２サージタンクにＥＧＲガス導入部を配置している。こうすることにより、排気の劣化成分がスロットルバルブに付着するのを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例あるいは通常一般的に用いられているＥＧＲ装置においては、ＥＧＲ導入部が最適な位置に配置されていない。このため、ＥＧＲ量を増加した大量ＥＧＲを行なった場合に、ＥＧＲガスと新気との混合が不十分となって各気筒のＥＧＲ率にバラツキを生じ、エンジンの安定度が悪化すると共に、エミッション（汚染物質排出量) が増加し、燃費も悪化する。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを改善することにより、上記課題を解決したエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１の発明に係るエンジンの吸気装置は、
分岐管及びコレクタを備えたインテークマニホールドの上流にスロットルバルブが接続された吸気系を備える一方、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸気装置において、ＥＧＲガスの吸気系への導入部を、スロットルバルブの軸芯から該スロットルバルブを収納するスロットルチャンバの管径の略1.3〜1.8倍の大きさだけ、吸気流れ方向下流の位置に配置することにより、前記スロットルバルブの下流側に発生する流れが循環する逆流域にＥＧＲガスを導入すると共に、
ＥＧＲガスの導入角度は、導入位置から導入位置の反対側のスロットルバルブ軸端部に向けて設定されているようにしたことを特徴とする。
【０００６】
これにより、ＥＧＲガスはスロットルバルブの下流側に発生する流れが循環する逆流域に導入されるため、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
また、ＥＧＲガスの導入角度は、導入位置から導入位置の反対側のスロットルバルブ軸端部に向けて設定されていることにより、エンジンの運転条件が変化しスロットル開度が変化した場合でも、ＥＧＲガスは流れが循環する逆流域に導入されるため、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
また、請求項２に係る発明は、前記スロットルチャンバとコレクタとが所定角度曲げて接続されており、前記ＥＧＲガス導入位置を前記曲がりに対して内側に配置すると共に、該ＥＧＲ導入部を、スロットルバルブの軸芯から該スロットルバルブを収納するスロットルチャンバの管径の略1.3 〜1.8 倍の大きさだけ吸気流れ方向下流の位置から、前記曲がりの角度に比例した長さ分だけ下流側に補正した位置に配置したことを特徴とする。
【０００７】
前記曲がりがある場合は、該曲がりの内側では曲がり角度に比例して前記逆流域が下流側に拡大するが、曲がりの内側からのＥＧＲガス導入位置を曲がり角度に応じた分下流側に補正して配置することにより、ＥＧＲガスを流れが循環する逆流域に導入することができ、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、
前記スロットルチャンバとコレクタとが所定角度曲げて接続されており、前記ＥＧＲガス導入位置を前記曲がりに対して外側に配置すると共に、該ＥＧＲ導入部を、スロットルバルブの軸芯から該スロットルバルブを収納するスロットルチャンバの管径の略1.3 〜1.8 倍の大きさだけ、吸気流れ方向下流の位置から、前記曲がりの角度に比例した長さ分だけ上流側に補正した位置に配置したことを特徴とする。
【０００９】
前記曲がりがある場合、曲がりの外側では内側とは逆に曲がり角度に比例して前記逆流域が上流側に減少するが、曲がりの外側からのＥＧＲガス導入位置を曲がり角度に応じた分上流側に補正して配置することにより、ＥＧＲガスを流れが循環する逆流域に導入することができ、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、
ＥＧＲガスの導入角度は、導入位置から導入位置の反対側のスロットルバルブ軸端部に向けて設定されていることを特徴とする。
これにより、エンジンの運転条件が変化しスロットル開度が変化した場合でも、ＥＧＲガスは流れが循環する逆流域に導入されるため、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１２】
また、請求項５に係る発明は、
直列型エンジンにおいて、スロットルバルブの回転軸と、インテークマニホールドの各気筒の分岐管がコレクタに接合する方向と、を垂直な関係としたことを特徴とする。
これにより、ＥＧＲ量が非常に大きくなり、逆流での新気と混合が不十分のまま下流に排出された場合においても、ＥＧＲガス濃度が高いガスのが流れが、各気筒の分岐間の入口から略等しい位置を流れるため、各気筒に吸い込まれるＥＧＲガス量が均等化し、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。なお、本第１の実施の形態から第４の実施の形態では、本発明に係るＥＧＲガス導入位置のみについて説明し、ＥＧＲガス導入角度についての実施の形態については、その後に説明する。
エンジン１は、分岐管２及びコレクタ３を備えたインテークマニホールドの上流にスロットルバルブ４を有し、排気５の一部をＥＧＲパイプ６を介して吸気系に再循環する。ここで、スロットルチャンバ７の管径をＤとすると、ＥＧＲガス導入位置は、スロットルバルブ４の下流側略1.3 〜1.8 Ｄに配する。
【００１４】
次に、前記第１の実施形態の作用を説明する。
スロットルバルブ４下流の流れを図２に示す。スロットルバルブ４の背面には、主流の流れに対して、流れが循環する逆流域が存在する。図３にエンジン回転速度とスロットル開度で表した常用運転領域を示す。この常用運転領域の中でＥＧＲを利用する領域はスロットル全開に近い高負荷と、アイドル付近の低負荷を除いた領域となる。図４はスロットル開度に対する逆流域の大きさを示す。逆流域の大きさはスロットル開度に依存する。そこで図３のＥＧＲ領域の中で負荷の高いＥＧＲ領域高負荷条件と負荷の低い領域のＥＧＲ領域低負荷条件の逆流域の状態に着目する。図５にＥＧＲ領域低負荷条件とＥＧＲ領域高負荷条件の逆流域を示す。図４に示したように逆流域の大きさはスロットル開度に依存する。したがって低負荷条件では逆流域は大きくなり、逆流が安定して起こる逆流安定位置は管径Ｄの約1.8 倍となる。また、高負荷条件では逆流安定位置は管径の約1.3 倍となる。
【００１５】
図６にＥＧＲ導入位置の影響を示す。まず、逆流域よりも下流からＥＧＲガスを導入した場合は、ＥＧＲガスはそのまま下流に流されるため、新気とのミキシングが進まず混合状態が悪い。また、逆流安定位置よりもかなり上流側のスロットルバルブ近傍からＥＧＲガスを導入した場合、ＥＧＲガスは新気と混合せずに直接スロットルバルブに当たってしまうため、スロットルバルブにデポジット（堆積物) を形成する原因となる。また、スロットルバルブに当たった後、すぐに主流に乗って下流側に流されるため、新気との混合もあまり進まない。
【００１６】
これに対して、逆流安定位置付近である管径Ｄの1.3 〜1.8 倍の位置からＥＧＲガスを導入した場合、ＥＧＲガスは逆流域で長い時間滞留するため新気とのミキシングが進み混合状態が良くなる。図９に従来例として特開平８−２１８９４９号の構成図を示す。図から理解できるようにＥＧＲガス導入位置Ｘはスロットルバルブ21からかなり下流側となっており、逆流域の下流からＥＧＲガスを導入している。図７に本実施形態の効果を示す。従来例ではＥＧＲガスを逆流域の下流から導入していたため、ＥＧＲ率の気筒間バラツキが増加していたが、本実施形態では逆流域を有効に活用し、逆流安定位置からＥＧＲガスを導入することによって新気との混合が促進されるためＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。より正確なＥＧＲ導入位置は、図８に示すようにＥＧＲ領域の中でＥＧＲ率が最大となりバラツキが発生しやすい運転領域で設定することが望ましい。
【００１７】
次に、第２の実施の形態について説明する。該第２の実施の形態の基本的な構成は、前記第１の実施の形態の構成（図１) と同様であるが、本実施の形態では、コレクタ３とスロットルチャンバ７とが所定角度θ曲げて接続されており、該構造において前記曲がりの内側からＥＧＲガスを導入する方式とする。図10に吸気の流れ状態を示す。図示のように流れの主流が外側に偏るため、逆流域の形状が変化する。すなわち、逆流域は外側が短くなり、内側が長くなる。図11に、より詳しい逆流域の状態を示す。内側の逆流域はストレートに接続される場合より下流側に大きくなり、逆流安定位置は下流側に移動する。その変化代は前記の接続角度θに比例する。したがって、内側からＥＧＲガスを導入する場合は、ＥＧＲガス導入位置は下流側にαθ（０°＜θ＜30°のとき例えばαは0.8)だけ補正する。このようにすることにより、吸気系に曲がりがある場合においてもＥＧＲガスを逆流安定位置に導入することができ、ＥＧＲの気筒間バラツキを低減できる。
【００１８】
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は前記第２の実施の形態と同様、コレクタ３とスロットルチャンバ７が角度をなして接続された構造において、該曲がりの外側からＥＧＲガスを導入する方式とする。図11で示したように、外側の逆流域はストレートの場合よりも小さくなり、逆流安定位置は上流側に移動する。したがって、外側からＥＧＲガスを導入する場合は、ＥＧＲガス導入位置は上流側にαθ（０°＜θ＜30°のとき例えばαは0.8)だけ補正する。このようにすることにより、吸気系に曲がりがある場合においてもＥＧＲガスを逆流安定位置に導入することができ、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１９】
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態の基本的な構成は第１の実施の形態と同様であるが、吸気の流れに対して直角な方向にＥＧＲを導入する場合の導入位置を最適化した実施の形態を示す。図12に、サイド側（スロットルバルブ軸方向) から見たスロットルバルブの下流の流れを示す。逆流域のサイド方向の流れＬは位置により異なり、スロットルバルブ軸４ａの位置が最長（Ｌｍａｘ) となる。図13にＥＧＲの導入位置を変えたときのＥＧＲガスの流れを示す。スロットルバルブ軸と同じ高さからＥＧＲガスを導入した場合ＥＧＲガスはスロットルバルブに当たるまでに十分時間があるため、新気と混合した後スロットルバルブに当たる。これに対して、下方の位置から導入しようとした場合、逆流域が小さいため逆流域に導入するためには導入位置をスロットルバルブに近づけなければならない。そうするとＥＧＲガスは新気と十分混合する前にスロットルバルブに当たる。図14にＥＧＲガス導入位置を変えた場合のスロットルバルブ背面のＥＧＲガス濃度を示す。図からわかるようにＥＧＲガス濃度はスロットルバルブ軸の位置が一番低くなる。そこから離れるにしたがってＥＧＲガス濃度が高くなり、スロットルバルブへのデポジットの問題が発生する。また、ＥＧＲガスが逆流域に滞留し、新気とのミキシングする時間を考慮すると混合状態もスロットルバルブ位置が有利となり、図14に示すようにＥＧＲ率気筒間バラツキもスロットルバルブ軸位置が最も低くなる。したがって、図13(1) に示したように、ＥＧＲガス導入位置をスロットルバルブ軸位置とすることによってＥＧＲ率に気筒間バラツキを低減できる。
【００２０】
次に、本発明に係るＥＧＲ導入角度についての実施の形態について説明する。この構成は、前記第１〜第４の実施形態および後述の第５の実施形態に適用される。本実施の形態の基本的な構成は第１の実施の形態と同様であるが、ＥＧＲガスの導入方向を最適化したものである。図５に示したように逆流域は運転条件によって変化する。したがって、最適な位置にＥＧＲガスを導入するためには運転条件に応じてＥＧＲガス導入位置を変える必要がある。しかしながら、その実現には可動装置を付加する必要がありコストが増加する。またＥＧＲガス導入方向を変えた従来例として実開平２−５２９５０号がある。その構成を図18に示す。しかしながらこの従来例ではＥＧＲガスの導入方向（図示矢印Ｙ) は吸気流に対して直交する方向となっているため逆流域の変化には対応できない。
【００２１】
本実施の形態では運転条件によりＥＧＲガス流量が変わり、ＥＧＲガス流入流速が変化することに着目した。図16にＥＧＲ率が一定の場合のスロットル開度に対するＥＧＲガス流速を示す。スロットル開度が大きくなり負荷が高くなるほど流速が大きくなる。この傾向を踏まえて本実施の形態ではＥＧＲガス導入方向をスロットルバルブ軸端部に向かう方向とした。図15(1) ，(2) は、本実施の形態において負荷条件が変化した時のＥＧＲガス流れを示す。低負荷条件ではガス導入流速は低いが、逆流域が大きくなるためＥＧＲガスは逆流域に導入される。負荷が高い場合には逆流域は小さくなるがＥＧＲガス流入流速が高くなるため、ＥＧＲガスは逆流域に導入される。したがって、図17に示すように本実施の形態では各運転条件においてＥＧＲガスの気筒間バラツキを低減することができる。
【００２２】
次に、インテークマニホールド分岐管とスロットルバルブ軸との関係を工夫した第５の実施の形態について説明する。図19に従来例を示す。従来例では、スロットルバルブ軸と分岐管の流れ方が平行となっている。したがって、図２に示すように上下方向に主流が流れるため、ＥＧＲガス導入位置はサイド方向となる。ここでＥＧＲ量が非常に多くなった場合を考えると、ＥＧＲガスを逆流域に導入しても新気との混合が進まず、ＥＧＲガス濃度の濃いガスが下流側に流れることとなる。Ａ位置からＥＧＲガスを導入した場合、ＥＧＲ濃度の濃いガスは分岐管から遠い位置を流れるため、１, ２番気筒には吸い込まれず３, ４番気筒に吸い込まれることとなる。したがって、３, ４番気筒のＥＧＲ率が高くなり、ＥＧＲ率の気筒間バラツキが増加する。Ｂ位置から導入した場合は、逆にＥＧＲ濃度の高いガスが１, ２番気筒に吸い込まれやすくなるため、１, ２番気筒のＥＧＲ率が高くなり、Ａ位置と同様にＥＧＲ率の気筒間バラツキが増加する。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、図20に示すようにスロットルバルブ軸と分岐管の流れ方向を垂直とした。このようにすると、主流は両サイド側を流れるため上下方向からＥＧＲガスを導入することができる。これにより、ＥＧＲガス濃度の濃いガスは上下（この図では上) 方向から流れ、コレクタ内では各気筒の分岐管から略等しい距離を通過するため各気筒に均等に吸い込まれる。したがって、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００２４】
以上説明してきたように、第１の実施の形態では、ＥＧＲガスの導入を逆流安定位置であるスロットルバルブの軸芯からスロットルチャンバ管径の略1.3 〜1.8 倍下流の位置としたためＥＧＲガスと新気の混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキが低減できる。
また、ＥＧＲガス導入方向をＥＧＲガス導入位置の反対側のスロットルバルブ軸端部に向けて導入することとしたため、運転条件により逆流域が変化した場合においてもＥＧＲガスを逆流域に導入できるため各運転条件においてＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
また、第２の実施の形態では、スロットルチャンバとコレクタが所定角度曲げて接続されている場合において、ＥＧＲガス導入位置が曲がりに対して内側にある場合は、ＥＧＲガス導入部を流れに対してスロットルバルブの軸芯からスロットルチャンバ管径の略1.3 〜1.8 倍下流の位置から曲がり角度に比例した長さ分下流側に補正した位置に配置することとしたため、ＥＧＲガスを逆流安定位置に導入でき、ＥＧＲガスと新気との混合が促進されるため、ＥＧＲ率の気筒間バラツキが低減できる。
【００２５】
第３の実施の形態では、スロットルチャンバとコレクタが所定角度曲げて接続されている場合において、ＥＧＲガス導入位置が曲がりに対して外側にある場合は、ＥＧＲガス導入部を流れに対して曲がり角度に比例した長さ分上流側に補正した位置に配置することとしたため、ＥＧＲガスを逆流安定位置に導入でき、ＥＧＲガスと新気の混合が促進されるためＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００２６】
第４の実施の形態では、ＥＧＲガス導入部の流れに対して垂直方向の導入位置を、スロットル軸と同一位置から導入することとしたため、逆流域の最長部分にＥＧＲガスを導入でき、ＥＧＲガスと新気の混合が促進されるため、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００２７】
第５の実施の形態では、スロットルバルブの回転軸とインテークマニホールドの各気筒の分岐管がコレクタに接合する方向とを垂直な位置関係としたため、ＥＧＲ量が増加し逆流域でのＥＧＲガスと新気とのミキシングが不十分となりＥＧＲガス濃度の濃いガスが下流に流れた場合においても、各気筒に均等に吸い込まれるためＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】スロットルバルブ下流の流れを説明する図。
【図３】運転条件中のＥＧＲ領域を説明する図。
【図４】スロットル開度と逆流域の大きさの関係を示す特性図。
【図５】負荷条件による逆流域の変化を説明する図。
【図６】ＥＧＲガス導入位置を変えた場合のＥＧＲガスの流れを説明する図。
【図７】第１の実施の形態の効果を示す図。
【図８】実際のＥＧＲ導入位置の決め方を説明する図。
【図９】第１の実施の形態に対応する従来例の構成図。
【図１０】スロットルチャンバとコレクタが所定角度曲げて接続された場合の逆流域の変化を説明する図。
【図１１】第２，第３の実施の形態における逆流安定位置を説明する図。
【図１２】第４の実施の形態を説明する図。
【図１３】ＥＧＲガス導入位置を変えた場合のＥＧＲガス流れを説明する図。
【図１４】第４の実施の形態の効果を説明する図。
【図１５】第５の実施の形態を説明する図。
【図１６】スロットル開度とＥＧＲガス流速の関係を示す特性図。
【図１７】第５の実施の形態の効果を示す図。
【図１８】第５の実施の形態に対応する従来例の構成図。
【図１９】第６の実施の形態に対応する従来例の構成図。
【図２０】第６の実施の形態を説明する図。
【符号の説明】
１      エンジン
２      分岐管
３      コレクタ
４      スロットルバルブ
４ａ    スロットルバルブ軸
５      ＥＧＲガス
６      ＥＧＲパイプ
７      スロットルチャンバ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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