(57)【要約】【課題】内部に設けられた弁体が閉弁することに伴う騒音の発生を抑制できる内燃機関用マフラを提供する。【解決手段】この内燃機関用マフラは、第１拡張室６１と共鳴室６２と第２拡張室６３とに区画されている。内燃機関用マフラは、インレットパイプ１３と、アウトレットパイプ１５と、第１拡張室６１側の端部がインレットパイプ１３と接続されており第２拡張室６３側の端部が第２拡張室６３に連通する第１インナパイプ２１と、を備える。第１インナパイプ２１の内部には、第３インナパイプ４１と、第３インナパイプ４１のインレットパイプ１３側端部に固定されている第１遮蔽板４３と、第３インナパイプ４１のアウトレットパイプ１５側端部に固定されている第２遮蔽板４４と、を有する弁体４０が設けられている。弁体４０は、第１インナパイプ２１の内部を摺動可能に配設されているとともに、付勢部材５１によってインレットパイプ１３側に付勢されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１拡張室と共鳴室とを区画する第１セパレータと、前記共鳴室と第２拡張室とを区画する第２セパレータと、を備え、前記第１拡張室と前記第２拡張室とが前記共鳴室を挟むように位置している内燃機関用マフラであり、
前記第１拡張室に挿入されており排気を導入するインレットパイプと、
前記インレットパイプを貫通して前記インレットパイプの内部と前記第１拡張室とを連通する第１連通孔と、
前記第２拡張室に挿入されており排気を排出するアウトレットパイプと、
前記第１セパレータと前記第２セパレータとを貫通し、隔壁によって内部が前記第１拡張室側の第１空間と前記共鳴室側の第２空間とに区画されているとともに、前記第１拡張室側の端部が前記インレットパイプと接続されており、前記第２拡張室側の端部が前記第２拡張室に連通する第１インナパイプと、
前記第１インナパイプを貫通して前記第１拡張室と前記第１空間とを連通する第２連通孔と、
前記第１インナパイプを貫通して前記第２空間と前記共鳴室とを連通する第３連通孔と、
前記第１インナパイプの内部を摺動可能に配設されている弁体と、
前記弁体を前記インレットパイプ側に付勢する付勢部材と、
前記第１セパレータを貫通して前記第１拡張室と前記共鳴室とを連通する第２インナパイプと、を備え、
前記弁体は、第３インナパイプと、前記第３インナパイプの前記インレットパイプ側端部を閉塞するように固定されている第１遮蔽板と、前記第３インナパイプの前記アウトレットパイプ側端部が貫通するように固定されている第２遮蔽板とを有し、
前記第３インナパイプは、前記隔壁を貫通しており、同第３インナパイプを貫通して前記第１空間と前記第３インナパイプ内部とを連通する第４連通孔を備え、前記第１空間と前記第２拡張室とを連通するものであり、
前記付勢部材の付勢力によって前記弁体が閉弁範囲にあるときには、前記第１遮蔽板が前記第１インナパイプを隔てることで前記第１空間を区画するとともに、前記第２遮蔽板が前記第１インナパイプを隔てることで前記第２空間と前記第２拡張室とを区画し、前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体が開弁範囲まで摺動したときには、前記第１遮蔽板が前記第１インナパイプを隔てることで前記第１空間を区画し続ける一方、前記第２遮蔽板が前記第１インナパイプ内から前記第２拡張室にはみ出して前記第２空間と前記第２拡張室とが連通される内燃機関用マフラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用マフラに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気音を低減させる内燃機関用マフラとして、内部が共鳴室と拡張室とに区画され、共鳴室と拡張室とを連通するインナパイプを備えた内燃機関用マフラが特許文献１に開示されている。インナパイプには、インナパイプを開閉する弁が設けられている。
【０００３】
弁は、ばねの付勢力によって弁体をインナパイプの下流側の開口端に押し付けることで閉弁され、弁体よりも上流側の圧力が上昇してばねの付勢力を上回ることで開弁されるように設けられている。
【０００４】
したがって、内燃機関から排出される排気の圧力が低く、弁が閉弁状態にあるときには、共鳴室を利用した共鳴効果によって排気音が低減される。一方、内燃機関から排出される排気の圧力が高く、弁が開弁状態にあるときには、排気が共鳴室を通過するようになるため、背圧の上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６‐２６６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている内燃機関用マフラでは、弁体よりも上流側の圧力が急激に低下すると、ばねの付勢力によって弁体が弁座であるインナパイプの開口端に打ち付けられることがあった。すなわち、閉弁に伴う騒音が発生する虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関用マフラは、第１拡張室と共鳴室とを区画する第１セパレータと、前記共鳴室と第２拡張室とを区画する第２セパレータとを備え、前記第１拡張室と前記第２拡張室とは前記共鳴室を挟むように位置している。内燃機関用マフラは、前記第１拡張室に挿入されており排気を導入するインレットパイプと、前記インレットパイプを貫通して前記インレットパイプの内部と前記第１拡張室とを連通する第１連通孔と、前記第２拡張室に挿入されており排気を排出するアウトレットパイプと、を備える。さらに、前記第１セパレータと前記第２セパレータとを貫通し、隔壁によって内部が前記第１拡張室側の第１空間と前記共鳴室側の第２空間とに区画されているとともに、前記第１拡張室側の端部が前記インレットパイプと接続されており、前記第２拡張室側の端部が前記第２拡張室に連通する第１インナパイプを備える。また、前記第１インナパイプを貫通して前記第１拡張室と前記第１空間とを連通する第２連通孔と、前記第１インナパイプを貫通して前記第２空間と前記共鳴室とを連通する第３連通孔と、前記第１インナパイプの内部を摺動可能に配設されている弁体と、前記弁体を前記インレットパイプ側に付勢する付勢部材と、前記第１セパレータを貫通して前記第１拡張室と前記共鳴室とを連通する第２インナパイプと、を備える。そして、前記弁体は、第３インナパイプと、前記第３インナパイプの前記インレットパイプ側端部を閉塞するように固定されている第１遮蔽板と、前記第３インナパイプの前記アウトレットパイプ側端部が貫通するように固定されている第２遮蔽板とを有する。前記第３インナパイプは、前記隔壁を貫通しており、同第３インナパイプを貫通して前記第１空間と前記第３インナパイプ内部とを連通する第４連通孔を備え、前記第１空間と前記第２拡張室とを連通するものである。内燃機関用マフラは、前記付勢部材の付勢力によって前記弁体が閉弁範囲にあるときには、前記第１遮蔽板が前記第１インナパイプを隔てることで前記第１空間を区画するとともに、前記第２遮蔽板が前記第１インナパイプを隔てることで前記第２空間と前記第２拡張室とを区画し、前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体が開弁範囲まで摺動したときには、前記第１遮蔽板が前記第１インナパイプを隔てることで前記第１空間を区画し続ける一方、前記第２遮蔽板が前記第１インナパイプ内から前記第２拡張室にはみ出して前記第２空間と前記第２拡張室とが連通されることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、弁体は、第１遮蔽板よりもインレットパイプ側の圧力を第１遮蔽板が受け、第２遮蔽板よりもアウトレットパイプ側の圧力を第２遮蔽板が受ける。さらに弁体は、付勢部材によってインレットパイプ側に付勢されている。そのため弁体は、第１遮蔽板よりもインレットパイプ側の圧力と第２遮蔽板よりもアウトレットパイプ側の圧力との差圧から生じる力が付勢部材の付勢力に抗して当該付勢力を上回るとき、アウトレットパイプ側に摺動する。一方、上記差圧から生じる力が付勢部材の付勢力を上回らないとき、換言すれば上記差圧から生じる力が付勢部材の付勢力と同一方向に作用する場合、或いは、付勢部材の付勢力が当該付勢力と抗する上記差圧から生じる力を上回るときには、弁体はインレットパイプ側に摺動する。
【０００９】
弁体がこのように構成されていることによって、インレットパイプから導入される排気の圧力が低いときには、付勢部材によって弁体がインレットパイプ側に付勢される。弁体がインレットパイプ側に付勢され、第１遮蔽板が第１インナパイプを隔てることで第１空間を区画するとともに、第２遮蔽板が第１インナパイプを隔てることで第２空間と第２拡張室とを区画する状態の弁体の摺動範囲が閉弁範囲である。このとき、インレットパイプから導入される排気は、第１連通孔を通過して第１拡張室に流入し、第２連通孔を通過して第１インナパイプの内部である第１空間に流入する。第１空間に流入した排気は、第４連通孔を通過して第３インナパイプの内部に流入する。そして、第３インナパイプの内部に流入した排気は、第２拡張室に流入したのちアウトレットパイプを通過して排出される。このように、排気がインレットパイプから導入されてアウトレットパイプから排出されるまでの間の拡張効果によって、排気音を低減することができる。また、インレットパイプから導入される排気の一部は、第１連通孔を通過して第１拡張室に流入する。第１拡張室に流入した排気は、第２インナパイプを通過して共鳴室に流入する。このとき共鳴室は、第２インナパイプのみが開口した空間になっている。そのため、第２インナパイプのうち第１拡張室に突出している部分が共鳴パイプとして作用し、当該共鳴パイプと共鳴室とを利用した共鳴効果によって排気音を低減させることができる。
【００１０】
一方、インレットパイプから導入される排気の圧力が高いときには、弁体がアウトレットパイプ側に摺動することで、第２遮蔽板が第１インナパイプ内から第２拡張室にはみ出し、第２空間と第２拡張室とが連通される。こうして第２空間と第２拡張室とが連通されている状態の弁体の摺動範囲が開弁範囲である。このときインレットパイプから導入される排気は、第１連通孔を通過して第１拡張室に流入し、第２インナパイプを通過して共鳴室に流入する。共鳴室に流入した排気は、第３連通孔を通過して第１インナパイプの内部である第２空間に流入する。そして、第２空間に流入した排気は、第２拡張室に流入したのちアウトレットパイプを通過して排出される。このように、排気がインレットパイプから導入されてアウトレットパイプから排出されるまでの間の拡張効果によって、排気音を低減することができる。また、排気が共鳴室を通過することによって、排気がインレットパイプから導入されてアウトレットパイプから排出されるまでの間に背圧が上昇することを抑制することができる。
【００１１】
上記構成では弁座が存在せず、弁体が第１インナパイプ内部を摺動することによって開弁と閉弁とが行われる。そのため、弁体が弁座に打ち付けられることがなく騒音が発生することがない。すなわち、閉弁に伴う騒音が発生することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関用マフラの一実施形態についてその断面構造を示す図。
【図２】同実施形態にかかる内燃機関用マフラの弁体がアウトレットパイプ側に摺動した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、内燃機関用マフラの一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関用マフラは、内部が第１拡張室６１と共鳴室６２と第２拡張室６３とに区画されているマフラ本体１０を有している。第１拡張室６１と第２拡張室６３とは、共鳴室６２を挟むように位置している。マフラ本体１０の内部には、第１セパレータ１１と第２セパレータ１２とが設けられている。第１セパレータ１１は、第１拡張室６１と共鳴室６２とを区画しており、第２セパレータ１２は、共鳴室６２と第２拡張室６３とを区画している。
【００１４】
マフラ本体１０の第１拡張室６１には、排気を導入するインレットパイプ１３が挿入されている。マフラ本体１０の第２拡張室６３には、排気を排出するアウトレットパイプ１５が挿入されている。インレットパイプ１３及びアウトレットパイプ１５の径は、マフラ本体１０の径よりも小さい。インレットパイプ１３には、インレットパイプ１３を貫通してインレットパイプ１３の内部と第１拡張室６１とを連通する第１連通孔１４が設けられている。
【００１５】
マフラ本体１０の内部には、第１セパレータ１１と第２セパレータ１２とを貫通する第１インナパイプ２１が設けられている。第１インナパイプ２１の第１拡張室６１側の端部は、インレットパイプ１３のアウトレットパイプ１５側の端部と接続されている。第１インナパイプ２１の第２拡張室６３側の端部は、第２拡張室６３に連通している。第１インナパイプ２１の内部は、隔壁８１によって、インレットパイプ１３側の第１空間７１と、アウトレットパイプ１５側の第２空間７２とに区画されている。隔壁８１は、第１セパレータ１１と同一平面上に設けられている。
【００１６】
また、第１インナパイプ２１は、小径部２２と、小径部２２よりも内径が拡径されている大径部２５からなり、小径部２２と大径部２５との間には拡径部２４を有している。拡径部２４は、共鳴室６２に位置している。小径部２２には、小径部２２を貫通して第１拡張室６１と第１インナパイプ２１の内部である第１空間７１とを連通する第２連通孔２３が設けられている。大径部２５には、大径部２５を貫通して共鳴室６２と第１インナパイプ２１の内部である第２空間７２とを連通する第３連通孔２６が設けられている。
【００１７】
マフラ本体１０の内部には、第１拡張室６１と共鳴室６２とを連通する第２インナパイプ３１が、第１セパレータを貫通して設けられている。
マフラ本体１０には、第１インナパイプ２１の内部を摺動可能な弁体４０が配設されている。弁体４０は、第３インナパイプ４１と、第１遮蔽板４３と、第２遮蔽板４４からなる。弁体４０を構成する第３インナパイプ４１と第１遮蔽板４３と第２遮蔽板４４とは、一体に第１インナパイプ２１の内部を摺動可能に設けられている。
【００１８】
第３インナパイプ４１は、隔壁８１を貫通している。第３インナパイプ４１の径は、第１インナパイプ２１の径よりも小さい。第３インナパイプ４１には、第３インナパイプ４１を貫通して第１インナパイプ２１の内部である第１空間７１と第３インナパイプ４１の内部とを連通する第４連通孔４２が設けられている。
【００１９】
第１遮蔽板４３は、第３インナパイプ４１のインレットパイプ１３側端部を閉塞するように固定されている。第１遮蔽板４３は、隔壁８１よりもインレットパイプ１３側に配設されており、小径部２２の内径に対応する直径を有している。
【００２０】
第２遮蔽板４４は、第３インナパイプ４１のアウトレットパイプ１５側端部が貫通するように固定されている。第２遮蔽板４４は、隔壁８１よりもアウトレットパイプ１５側に配設されており、大径部２５の内径に対応する直径を有している。
【００２１】
さらに、弁体４０は、第１遮蔽板４３のアウトレットパイプ１５側から第２遮蔽板４４のアウトレットパイプ１５側までの距離Ｌ１が、隔壁８１のインレットパイプ１３側からアウトレットパイプ１５のインレットパイプ１３側端部までの距離Ｌ２よりも短くなるように形成されている。
【００２２】
また、第１空間７１には付勢部材としてのばね５１が設けられている。ばね５１は、第１遮蔽板４３に一端が固定され隔壁８１に他端が固定されている。そして、ばね５１は弁体４０をインレットパイプ１３側に付勢している。
【００２３】
次に本実施形態にかかる内燃機関用マフラの作用とともに、その効果について説明する。
弁体４０は、第１遮蔽板４３よりもインレットパイプ１３側の圧力を第１遮蔽板４３が受け、第２遮蔽板４４よりもアウトレットパイプ１５側の圧力を第２遮蔽板４４が受ける。さらに弁体４０は、ばね５１によってインレットパイプ１３側に付勢されている。そのため弁体４０は、第１遮蔽板４３よりもインレットパイプ１３側の圧力と第２遮蔽板４４よりもアウトレットパイプ１５側の圧力との差圧から生じる力が、ばね５１の付勢力に抗して当該付勢力を上回るとき、図２に示すようにアウトレットパイプ１５側に摺動する。一方、上記差圧から生じる力がばね５１の付勢力を上回らないとき、換言すれば上記差圧から生じる力がばね５１の付勢力と同一方向に作用する場合、或いは、ばね５１の付勢力が当該付勢力と抗する上記差圧から生じる力を上回るとき、弁体４０は図１に示すようにインレットパイプ１３側に摺動する。
【００２４】
まず、図１を用いて、インレットパイプ１３から導入される排気の圧力が低く、上記差圧から生じる力がばね５１の付勢力を上回らないときの排気の流れを説明する。なお図１には、排気の流れを例示する矢印を付している。このとき、ばね５１によって弁体４０がインレットパイプ１３側に付勢されていることによって、第１遮蔽板４３が第１インナパイプ２１を隔てることで第１空間７１を区画するとともに、第２遮蔽板４４が第１インナパイプ２１を隔てることで第２空間７２と第２拡張室６３とを区画する。このように第２遮蔽板４４が第２空間７２と第２拡張室６３とを区画している状態の弁体４０の摺動範囲が閉弁範囲である。弁体４０が閉弁範囲にあるとき、インレットパイプ１３から導入される排気は、第１連通孔１４を通過して第１拡張室６１に流入する。第１拡張室６１に流入した排気は、第２連通孔２３を通過して第１インナパイプ２１の内部である第１空間７１に流入する。第１空間７１に流入した排気は、第４連通孔４２を通過して第３インナパイプ４１の内部に流入する。そして、第３インナパイプ４１の内部に流入した排気は、第２拡張室６３に流入したのちアウトレットパイプ１５を通過して排出される。このように、排気がインレットパイプ１３から導入されてアウトレットパイプ１５から排出されるまでの間の拡張効果によって、排気音を低減することができる。また、インレットパイプ１３から導入される排気の一部は、第１連通孔１４を通過して第１拡張室６１に流入する。第１拡張室６１に流入した排気は、第２インナパイプ３１を通過して共鳴室６２に流入する。このとき共鳴室６２は、第２インナパイプ３１のみが開口した空間になっている。そのため、第２インナパイプ３１のうち第１拡張室６１に突出している部分が共鳴パイプとして作用する。当該共鳴パイプと共鳴室６２とを利用した共鳴効果によって、共鳴パイプの長さＬ３と共鳴室６２の容積とによって設定される周波数の排気音を低減することができる。
【００２５】
一方、インレットパイプ１３から導入される排気の圧力が高く、第１遮蔽板４３よりもインレットパイプ１３側の圧力と第２遮蔽板４４よりもアウトレットパイプ１５側の圧力との差圧から生じる力がばね５１の付勢力に抗して当該付勢力を上回るときには、図２に示すように、弁体４０がアウトレットパイプ１５側に摺動する。こうした弁体４０の摺動によって、第２遮蔽板４４が第１インナパイプ２１内から第２拡張室６３にはみ出し、第２空間７２と第２拡張室６３とが連通される。なお、第１遮蔽板４３は第１インナパイプ２１を隔てることで第１空間７１を区画する。第２空間７２と第２拡張室６３とが連通されている状態の弁体４０の摺動範囲が開弁範囲である。
【００２６】
続いて図２を用いて、上記差圧から生じる力が大きく、弁体４０が開弁範囲にあるときの排気の流れを説明する。なお図２には、排気の流れを例示する矢印を付している。弁体４０が開弁範囲にあるとき、インレットパイプ１３から導入される排気は、第１連通孔１４を通過して第１拡張室６１に流入する。第１拡張室６１に流入した排気は、第２インナパイプ３１を通過して共鳴室６２に流入する。共鳴室６２に流入した排気は、第３連通孔２６を通過して第１インナパイプ２１の内部である第２空間７２に流入する。そして、第２空間７２に流入した排気は、第２拡張室６３に流入したのちアウトレットパイプ１５を通過して排出される。このように、排気がインレットパイプ１３から導入されてアウトレットパイプ１５から排出されるまでの間の拡張効果によって、排気音を低減することができる。また、排気が共鳴室６２を通過することによって、共鳴室６２においても拡張効果を奏することができるとともに、排気がインレットパイプ１３から導入されてアウトレットパイプ１５から排出されるまでの間に背圧が上昇することを抑制することができる。
【００２７】
さらに、弁の開閉状態の切り換えを、弁体４０が第１インナパイプ２１内部を摺動することによって行うことができる。これによって、閉弁時に弁座に弁体が押し付けられる弁と比較して、閉弁に伴う騒音の発生を抑制することができる。なお、弁の開閉に伴って弁体と弁座とが接触すると内燃機関用マフラが振動する虞があったが、本実施形態によれば弁体と弁座の接触が生じないため、こうした振動を抑制することもできる。
【００２８】
ところで、インナパイプの下流側の開口端に弁体を押し付けることで閉弁され、弁体よりも上流側の圧力に応じて開弁する弁が内燃機関用マフラに設けられている場合、弁体よりも上流側の圧力が急激に変動すると、弁体が揺動して弁の開閉が繰り返されることがあった。
【００２９】
この点、本実施形態では、第１遮蔽板４３よりもインレットパイプ１３側の圧力と第２遮蔽板４４よりもアウトレットパイプ１５側の圧力との差圧から生じる力と、ばね５１の付勢力と、の関係によって弁体４０の状態が切り換えられる。弁体４０よりも下流側の圧力を受けていることによって、弁体４０よりも上流側の圧力が急激に変動したとしても、弁体４０の揺動が抑制され、弁の開閉が繰り返されることを抑制できる。これによって、弁が不要に閉弁されることが抑制されるため、内燃機関用マフラから排出される排気容量の低下を防ぐことができる。また、弁体４０の状態が安定することによって、排気が内燃機関用マフラを通過することに伴う圧力の挙動が安定する。なお、弁の開閉が短い周期で繰り返されると、弁体が弁座に繰り返し打ち付けられることに伴う騒音が発生する虞もあったが、本実施形態によれば上述のように、弁座が存在しないため、閉弁時に打音が生じず、こうした騒音が生じることがない。
【００３０】
また、図１に示す距離Ｌ１が距離Ｌ２よりも短いため、弁体４０がアウトレットパイプ１５側に摺動範囲の限界まで摺動したとしても、弁体４０の第２遮蔽板４４がアウトレットパイプ１５に接触することが抑制される。
【００３１】
なお、本実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・図１及び図２に示した各部の寸法は一例に過ぎず変更することができる。特に、第２インナパイプ３１が第１拡張室６１に突出している長さＬ３と、共鳴室６２の容積と、を適宜変更することで、共鳴効果によって低減することのできる排気音の周波数を調節することができる。
【００３２】
・ばね５１の付勢力を調節することによって弁体４０の摺動範囲を調節することができる。例えば、インレットパイプ１３側への付勢力を強くすれば、距離Ｌ１を距離Ｌ２よりも長くしたとしても、第２遮蔽板４４がアウトレットパイプ１５へ接触することを抑制できる。
【００３３】
・隔壁８１を第１セパレータ１１と同一平面上に設けたが、第１セパレータ１１よりもインレットパイプ１３側に隔壁８１を設けたり、第１セパレータ１１よりもアウトレットパイプ１５側に隔壁８１を設けたりすることができる。
【００３４】
・第１インナパイプ２１の内部に隔壁８１を設けたが、第１セパレータ１１が第１インナパイプ２１の内部を第１空間７１と第２空間７２とに区画する構成を採用することもできる。つまり、第１セパレータ１１が第１インナパイプ２１の内部における隔壁を構成してもよい。
【００３５】
・付勢部材としてばね５１を例示したが、ばね５１以外の付勢部材を用いることもできる。
・小径部２２、拡径部２４、大径部２５からなる第１インナパイプ２１を例示した。第１インナパイプ２１は、第１インナパイプ２１の延伸方向において内径が変化しないパイプであってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０…マフラ本体、１１…第１セパレータ、１２…第２セパレータ、１３…インレットパイプ、１４…第１連通孔、１５…アウトレットパイプ、２１…第１インナパイプ、２２…小径部、２３…第２連通孔、２４…拡径部、２５…大径部、２６…第３連通孔、３１…第２インナパイプ、４０…弁体、４１…第３インナパイプ、４２…第４連通孔、４３…第１遮蔽板、４４…第２遮蔽板、５１…ばね、６１…第１拡張室、６２…共鳴室、６３…第２拡張室、７１…第１空間、７２…第２空間、８１…隔壁。
【図１】
2017141741.tif 000003
【図２】
2017141741.tif 000004