JPH01208514A - エンジンの排気装置 - Google Patents

エンジンの排気装置

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Publication number
JPH01208514A
JPH01208514A JP2955788A JP2955788A JPH01208514A JP H01208514 A JPH01208514 A JP H01208514A JP 2955788 A JP2955788 A JP 2955788A JP 2955788 A JP2955788 A JP 2955788A JP H01208514 A JPH01208514 A JP H01208514A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
valve
passage
opening
engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2955788A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Kashiyama
謙二 樫山
Tadashi Nakagawa
正 中川
Hidetoshi Nobemoto
秀寿 延本
Eiji Nakai
英二 中井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2955788A priority Critical patent/JPH01208514A/ja
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  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、例えば、エンジンの残留ガスを制御するよ
うなエンジンの排気装置に関する。
(従来技術) 従来、上述例のエンジンの排気装置としては、例えば、
特開昭55−112814号公報に記載の装置がある。
すなわち、吸気弁と共に排気弁のun閉タイミングを相
対的に変化させ、特に排気弁を低負荷域で遅閉じして吸
排気弁のオーバラップ量を増加させて、内部EGRの増
大を図り、以って低負荷域における燃費および運転性能
を向上すべく構成したエンジンの排気装置である。
しかし、上述の従来装置においては、低負荷域において
内部EGRを増大させ、燃費、N0XIICの改善を図
ることができるものの、高負荷域における掃気効果の向
上による出力向上を図ることができないので、燃費、N
Ox、HCの改善と出力向上との両立を図ることができ
ない問題点を有していた。
(発明の目的) この発明は、排気通路の途中に容積変化可能な特異な容
積室を設けることにより、低中負荷域においては内部B
GRを増大させて、燃費、NOx、HCの改善を図るこ
とができ、高負荷域においては掃気効果を向上させ、以
って出力の向上を図ることができるエンジンの排気装置
の提供を目的とする。
(発明の構成) この発明は、排気通路の途中に容積室を設け、上記容積
室の有効容積を変化させる開閉弁を設けると共に、低中
負荷域においては上記有効容積を減少させる方向に、ま
た高負荷域においては上記有効容積を増大させる方向に
上記開閉弁を作動制御する制御手段を備えたエンジンの
排気装置であることを特徴とする。
(発明の効果) この発明によれば、エンジンの低中負荷域においては上
述の制御手段で開閉弁を制御して、排気通路途中の上記
容積室の有効容積を減少させるので、排気抵抗が増大し
、このため内部BGRが増加する。
この結果、排気ガスの還流によりボンピングロスが低減
し、また燃費が改善されると共に、高温の排気ガス還流
(内部EGR)により、燃料の気化霧化が促進され、上
述のボンピングロス低減と併せて良好な燃費効果が得ら
れ、かつNOxの低減および)IC(ハイドロカーボン
)の低減を図ることができる効果がある。
一方、エンジンの高負荷域においては上述の制御手段で
開閉弁を制御して、上述の容積室の有効容積を増大させ
るので、排気ポートから音速に近い状態で排出される排
気ガスが、この容積拡張された容積室において負圧波と
して逆流し、この負圧波が排気弁のエキゾーストクロー
ズ直前において気筒内に到達して、排気ガスを吹出すの
で、掃気効果が向上し、以って、出力の向上を図ること
ができる効果があり、低中負荷域の燃費、NOx。
ICの改善と、高負荷域の出力向上との両立を図ること
ができる効果がある。
(実施例) この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はエンジンの排気装置を示し、エアクリーナ1の浄
化空気出口にエア70−メータ2を接続し、このエアフ
ローメータ2の後位にはスロットルチャンバ3およびサ
ージタンク4を介して吸気マニホルド5を接続し、この
吸気マニホルド5先端をシリンダヘッド6(第2図参照
)内の吸気ポ、  −ドアに接続している。
そして、上述の吸気ボート7を開閉する吸気弁8を設け
る一方、上述の吸気マニホルド5には燃料噴射弁9を、
また前述のエアフローメータ2にはエアフローセンサ1
0をそれぞれ配設している。
さらに、排気ポート11を開閉する排気弁12を設ける
一方、上述の排気ポート11には排気通路13を連通し
ている。
上述の排気通路13の途中における触媒コンバータ14
の上流側には容積室15を設け、この容積室15を仕切
板16で主通路17と副通路18とに区画している。
“上述の主通W117の通路断面積は、アイドル時の排
気流量を通すに充分な大きさに設定し、また上述の副通
路18の通路断面積は排気脈動を減衰すると共に、負圧
波が生ずるに充分な大きさに設定している。
このように設定した上述の副通路18の入口部には、容
積室15の有効容積、つまり副通路18の通路断面積を
可変制御する開閉弁19を設けている。
そして、上述の開閉弁19を第1図に実線で示す如く全
開にした時、排気ガスを、主通路17のみを通して排出
すると共に、排気抵抗の増大により内部EGR−が増加
すべく構成し、また上述の開閉弁19を第1図に仮想線
で示す如く全開にした時、容積室15の有効容積が増大
し、排気脈動を減衰すると共に、負圧波を逆流伝播すべ
く構成している。
上述の開閉弁19は、アクチュエータ20および弁可変
装T121により開閉制御される。
ところで、第1図に示す動弁室22内には排気弁12の
開閉タイミングを必要に応じて遅閉じさせる排気弁M閉
じa梢23を設けている。
上述の排気弁遅閉じ11#I23は第2図、第3図に示
す如く構成している。
すなわち、カム軸24の所定位置に通常開閉タイミング
に対応するカムプロフィールを有する通常カム25.2
5を形成すると共に、これら通常カム25.25間にお
けるカム軸24に遅閉じ用のカムプロフィールを有する
遅閉じカム26を形成している。
またロッカーシャフト27には上述の各カム25.25
.26位置に対応して通常用のロッカーアーム28.2
8と、遅閉じ用のロッカーアーム29とをそれぞれ配設
している。
そして、上述の通常用のロッカーアーム28の一方の揺
動端には通常カム25に転接するニードルローラ30を
配設し、他方の揺動端にはバルブステム31の上端に当
接する油圧式ラッシュアジャスタ32を配設している。
一方、上述の遅閉じ用のロッカーアーム29の一方の揺
動端には、遅閉じカム26に転接するニードルローラ3
3を配設している。
上述の遅閉じ用のロッカーアーム29のバルブ側のアー
ム内には油圧室34を形成し、この油圧室34内にセレ
クトピン35.35を突没可能に配設している。
上述のセレクトピン35.35と対向する通常用のロッ
カーアーム28.28のアーム内にはピン挿入用の凹部
36.36を形成し、これら各凹部36.36内にはリ
ターンスプリング37.37を介してレシーバ38.3
8を配設している。
而して、上述のセレクトピン35,35背面の油圧室3
4に低油圧が作用する通常時には、セレクトピン35.
35およびレシーバ38.38は第3図の状態を保持し
、遅閉じ用のロッカーアーム29と通常用のロッカーア
ーム28.28とが互いに切離され、排気弁12は通常
カム25によって揺動される通常用のロッカーアーム2
8で開閉制御され、排気弁12の開閉タイミングは第4
図に実線で示す如く通常のタイミングとなる。
一方、上述のセレクトピン35.35背面の油圧室34
に高油圧が作用すると、これらセレクトピン35.35
はリターンスプリング37.37のバネ力に抗してレシ
ーバ38.38を押圧しながら凹部36.36内に挿入
し、遅閉じ用のロッカーアーム29と通常用のロッカー
アーム28゜28とが互いに連結され、排気弁12は遅
閉じカム26によって揺動される遅閉じ用のロッカーア
ーム29を介して、3本のロッカーアーム28゜28.
29が一体となって揺動するので、排気弁12の開閉タ
イミングは第4図に点線で示す如く遅閉じとなり、吸排
気弁8.12のオーバラップ期間が増大して前述の負圧
波を有効に作用させる。
なお、第1図において39はピストン、40はコネクテ
ィングロッド、41はクランク角センサである。
ところで、第1図においてCPU50はエアフローセン
サ10からのエアフローセンサ信号と、クランク角セン
サ41からのクランク角信号と、負荷信号し、エンジン
回転数信号Rおよびアクセル開速度信号Aの入力に基づ
いて、ROM42に格納したプログラムに従って前述の
弁可変装W121、排気弁遅閉じm梢23を駆動制御し
、またRAM43は第5図に示すマツプ等の必要なデー
タを記憶する。
ここで、上述の第5図に示すマツプは、エンジン回転数
Rに対する負荷りのマツプで、負荷aはアイドル時の最
大負荷を示し、負荷すは背圧増加によりボンピングロス
が大幅に増え始める負荷を示し、エンジン回転数Cは背
圧増加によりボンピングロスが大幅に増え始める回転数
を示し、エンジン回転数dは音速と開閉弁19配設位置
との関係で定まる所定の回転数を示す。
また、第5図に示す領域Iは開閉弁19の開度を負荷条
件に応じて開閉制御すると共に、排気弁遅閉じ機構23
により排気弁12を遅閉じして、内部EGR量を増大制
御する低中負荷域を示し、領域■は開閉弁19を全開に
すると共に、排気弁遅閉じ機構23により排気弁12を
遅閉じして、負圧波の伝播により掃気効果を向上させる
高負荷域を示し、領域■は開閉弁19を全開にすると共
に、排気弁遅閉じa構23を解除して排気弁12を通常
の開閉タイミングで開閉させる領域を示す。
さらに、上述のCPU50は弁可変装!21およびアク
チュエータ20を介して開閉弁19を作動制御し、低中
負荷域においては容積室15の有効容積を減少させ、ま
た高負荷域においては容積室15の有効容積を増大させ
る制御手段である。
このように構成したエンジンの排気装置の動作を第6図
のフローチャートを参照して説明する。
第1ステツプ101で、CPtJ50は負荷し、エンジ
ン回転数Rおよびアクセル開速度Aを読取る。
次に、第2ステツプ102で、CPU50は現行のアク
セル開速度A1の絶対値と加速度のスライスレベルεを
比較して定常運転かあるいは加減速運転かを判定する。
上述の第2ステツプ102で、定常運転であるとCPU
50が判定した際には、次の第3ステツプ103に移行
し、この第3ステツプ103でCPU50は定常マツプ
(第5図参照)に基づいた制御を実行する。
すなわち、負荷条件が第5図の領域l内の低中負荷域で
は、CPU50は弁可変装置21、アクチュエータ20
を介して開閉弁19の開度な負荷に対応した第7図に示
す如き開度に制御する。
このためエンジン低中負荷域においては上述の開閉弁1
9で、容積室15の有効容積が減少傾向に制御されるの
で、排気道H!113の排気抵抗が増大して、内部EG
Rが増加する。
また、排気弁遅閉じ機構23により排気弁12が遅閉じ
となる。
この結果、上述の排気ガスの還流によりポンピングロス
が低減し、燃費が改善されると共に、高温の排気ガス還
流(内部EGR)により、燃料の気化霧化が促進され、
上述のボンピングロス低減と合せて、良好な燃費効率が
得られ、かつNOxの低減およびHeの低減を図ること
ができる効果がある。
一方、負荷条件が第5図の領域■内の高負荷域では、C
PU50は弁可変装置21、アクチュエータ20を介し
て開閉弁19の開度を全開に制御すると共に、排気弁M
閉じ11123により排気弁12を遅閉じにする。
このためエンジン高負荷域においては上述の開閉弁19
で、容積室15の有効容積が増大するめで、排気ボート
11から音速に近い状態で排出される排気ガスは、この
容積拡張された容積室15、詳しくは副通路18で膨張
して排気脈動が減衰され、また該容積室15で形成され
た負圧波が排気通路13を逆流して、この負圧波が遅閉
じ制御された排気弁12のエキゾーストクローズ直前に
おいて気筒内に有効に到達する。
この結果、負圧エネルギにより排気ガスを吹出すので、
掃気効果が向上し、従って出力の向上を図ることができ
る効果がある。
このように上述の第3ステツプ103の処理実行により
、低中負荷域の燃費、NOx、HCの改善と、高負荷域
の出力向上との両立を図ることができる効果がある。
ところで、前述の第2ステツプ102で、加減速運転で
あるとCPtJ50が判定した際には、次の第4ステツ
プ104に移行する。
この第4ステツプ104で、CPU50は現行のアクセ
ル開速度Aiが零よりも大か小か、換言すれば、加速が
減速かを判定して、加速時には次の第5ステツプ105
に移行し、減速時には別の第11ステツプ111に移行
する。
上述の第5ステツプ105で、CPU50は負荷条件が
第8図に示す領域■(領域工から出る可能性のある領域
)内にあるか否かを判定し、領域■外の時には、前述の
第3ステツプ103にリターンする一方、領域■内の時
には次の第6ステツプ106に移行する。
上述の第6ステツプ106で、CPU50は比例定数の
初期値α1にアクセル開速度の最大値AIIaXを乗じ
た値に開閉弁19の開速度X1を設定する。
次に、第7ステツプ107で、CPtJ50は開閉弁1
9が運転条件に応じた所定開度になったか否かを判定し
、所定開度になった場合には前述の第3ステツプ103
にリターンする一方、未だ所定開度になっていない場合
には、次の第8ステツプ108に移行する。
この第8ステツプ108で、CPU50は負荷し、エン
ジン回転数R、アクセル開速度Aを検知し、次の第9ス
テツプ109で、CPU50は第9図に実線で示す定常
用マツプより開閉弁19の開度目標値を読取る。
次に第10ステツプ110で、CPU50は比例定数α
iを演算して、上述の第6ステツプ1゜6にリターンす
る。
この第6ステツプ106で、CPU50は、Xi=α1
−AIIaX の比例定数αiを上述の第10ステツプ110の演算結
果に更新して、開閉弁19の開速度を更新する。
以下、上述の第6ステツプ106乃至第10ステツプ1
10の処理を繰返して、第7ステツプ107で開閉弁1
9の開度が運転条件に応じた所定開度になると、第3ス
テツプ103にリターンする。
つまり、上述の第5ステツプ105乃至第10ステツプ
110の処理によりCPU50は第9図に点線で示すよ
うに開閉弁19の開度を閉から全開に移行する際、開閉
弁19の開速度をアクセル開速度に比例させることで、
トルクショックを軽減する。
一方、前述の第4ステツプ104で、減速であるとCP
U50が判定した際には前述の第11ステツプ111に
移行する。
この第11ステツプ111で、CPU50は負荷条件が
第8図に示す領域■(領域Iに入る可能性のある領域)
内にあるか否かを判定し、領域■外の時には前述の第3
ステツプ103にリターンする一方、領域■内の時には
次の第12ステツプ112に移行する。
上述の第12ステツプ112で、CPU50は比例定数
の初期値αiにアクセル開速度の最小値A11nを乗じ
た値に開閉弁19の開速度Xi(厳密には閉速度のこと
)を設定する。
次に第13ステツプ113で、CPU50は開閉弁19
が運転条件に応じた所定開度になったが否かを判定し、
所定開度になった場合には前述の第3ステツプ103に
リターンする一方、未だ所定開度になっていない場合に
は、次の第14ステヅプ114に移行する。
この第14ステツプ114で、CPU50は負6荷■7
、エンジン回転数R、アクセル開速度Aを検知し、次の
第15ステツプ115で、CPU50は第10図に実線
で示す定常マツプより開閉弁19の開度目標値を読取る
。
次に第16ステツプ116で、CPU50は比例定数α
iを演算して、上述の第12ステツプ112にリターン
する。
この第12ステツプ112で、CPU50は、X i 
=a i −AIlfn の比例定数αiを上述の第16ステツプ116の演算結
果に更新して、開閉弁19の開速度を更新する。
以下上述の第12ステツプ112乃至第16ステツプ1
16の処理を繰返して、第13ステツプ113で開閉弁
19の開度が運転条件に応じた所定開度になると、第3
ステツプ103にリターンする。
つまり、上述の第11ステツプ111乃至第16ステツ
プ116の処理によりCPU50は第10図に点線で示
すように開閉弁19の開度を全開から所定開度に移行す
る際、開閉弁19の開速度をアクセル開速度に比例させ
ることで、トルクショックを軽減する。
このように加減速時において、上述の開閉弁19の開閉
速度をアクセル開速度と比例させるので、トルクショッ
クを大幅に緩和することができる効果がある。
第11図は他の実施例を示すフローチャートで、冷間時
に上述の内部EGRが多い場合には、エンジンの安定性
が悪くなるため、冷間時には内部EGRを減少させるよ
うに制御すると共に、冷間時および過熱時において高負
荷をかけるとエンジンの損傷を招くので、冷間時および
過熱時に体積効率ηVを上げないように制御するフロー
チャートである。
この場合、第1図に示すRAM43には第12図、第1
3図、第14図に示すそれぞれのマツプを記憶させる。
このように構成したエンジンの排気装置の動作を第11
図のフローチャートを参照して説明する。
第1ステツプ201で、CPU50は冷却水温度t、エ
ンジン回転数R1負荷りを読取る。
次に第2ステツプ202で、CPU50はエンジン回転
数Rに対する負荷りの領域が第12図のイ11ロ、ハ何
れの領域にあるかを判定し、領域ハの場合には次の第3
ステツプ203に移行し、この第3ステツプ203でC
PU50は基本システムコントロール(先の実施例の定
常マツプによる処理と同一)を実行した後に、前述の第
1ステツプ201にリターンする。
一方、上述の第2ステツプ202で、現行の運転条件が
領域イ内であるとCPU50が判定した際には、第4ス
テツプ204に移行する。
上述の第4ステツプ204でCPU50は現行の冷却水
温度tが第13図に示す予め設定した水温tまたとえば
50〜70℃に対して大か小かを判定し、t>tiの場
合には前述の第3ステツプ203に移行する一方、t<
tlで冷間時であるとCPU50が判定した際には、次
の第5ステツプ205に移行する。
この第5ステツプ205で、CPU50は開閉弁19の
開度2を第13図に示す冷却水温度の関数曲線f (t
)に対応して開度増大制御し、内部EGRの低減を図っ
てエンジンの安定性を改善した後に、前述の第1ステツ
プ201にリータンする。
一方、上述の第2ステツプ202で、現行の運転条件が
第12図の領域口内であるとCPtJ50が判定した際
には、次の第6ステツプ206に移行する。
この第6ステツプ206で、CPU50は現行の冷却水
温度tが第14図に示す予め設定した水温t2例えば5
0〜70℃に対して大か小かを判定し、t>t2の場合
には次の第7ステツプ207に移行する一方t<t2の
場合には別の第8ステツプ208に移行する。
この第8ステツプ208で、CPU50は開閉弁19の
開度2を第14図に示す冷却水温度の関数曲線g (t
)に対応して開度減少制御し、体積効率ηVを下げてエ
ンジンの損傷を防止する。
一方、上述の第7ステツプ207で、CPU50は現行
の冷却水温度tが第14図に示す予め設定した水温t3
例えば100〜110℃に対して大か小かを判定し、t
<t3の場合には次の第9ステツプ209に移行する。
この第9ステツプ209で、CPU50は開閉弁19の
開度Zを全開にする。
また、上述の第7ステツプ207で、t>t3であると
CPU50が判定した際には、次の第10ステツプ21
0に移行し、この第10ステツプ210で、CPU50
は開閉弁19の開度Zを第14図に示す冷却水温度の関
数曲線h (t)に対応して開度減少制御し、体積効率
ηVを下げてエンジンの損傷を防止する。
以上のような第11図の処理により冷却水温度tに対応
した開閉弁19の開度補正を実行することで、第12図
の領域イの運転条件では内部EGRを増大補正制御して
、エンジンの安定性を改善することができ、また第12
図の領域口の運転条件では体積効率を減少補正制御して
、エンジンの損傷を防止することができる。
ところで、低湿度(乾燥状態)ではノッキングしやすく
なるが、このノッキングしやずい状態になる時、点火タ
イミングがリタードすることを利用して、タイミングリ
タード量を検出し、この検出結果に基づいて、上述の開
閉弁19を閉じぎみにし、容積室15の有効容積を減少
させる方向に作動制御して、内部EGRを増大制御し、
以って低湿度時におけるノッキングを防止するサブルー
チンを設けてもよいことは勿論である。
第15図、第16図は排気管と容積室15と触媒コンバ
ータ14との王者の配置構造を示し、第1気筒51、第
2気筒52、第3気筒53、第4気筒54の点火順序を
#1→#3→#4→#2のIllに設定し、排気行程が
連続しない気筒の排気通路同士つまり排気通路55.5
8を集合させて第1の集合部59を形成すると共に、排
気通路56゜57を集合させて第2の集合部60にした
4気筒エンジンの排気系において、第15図の実施例で
は、上述の各集合部59.60をその下流で集合させ、
第3図の集合部61を形成し、この第3の集合部61と
触媒コンバータ14との間に上述の容積室15を介設し
ている。
また、第16図の実施例では、前述の各集合部59.6
0の下流側と、触媒コンバータ14の上流側との間にそ
れぞれ上述の容積室15.15を介設している。
何れにしても上述の容積室15の下流側に触媒コンバー
タ14を介設することで、次の如き効果がある。
すなわち、上述の開閉弁19を減速時に閉制御すると、
排気ガスの排気抵抗が上昇して、背圧が増大するので、
ブレーキング時の排気ブレーキ効果が得られる。
また、減速時には、燃料流量が低く、排気ガスの温度が
比較的低いので、このような排ガス低温状態下では、排
気ガスを主通路17を通すことで、排気ガスを何等膨張
させることなく触媒コンバータ14に導くことができて
、触媒反応温度の低減を抑制して、浄化率の維持を図る
ことができる効果がある。
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、 この発明の制御手段は、実施例のCPU50に対応する
も、 この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるもの
ではない。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示し、 第1図はエンジンの排気装置を示す系統図、第2図は排
気弁遅閉じ機構を示す側面図、第3図は同fi横を一部
断面して示す平面図、第4図は遅閉じ機構による排気弁
の開閉タイミングを示す特性図、 第5図はRAMに記憶させたマツプの説明図、第6図は
排気装置の制御を示すフローチャート、第7図は常用回
転域における負荷に対する開閉弁開度を示す特性図、 第8図は加減速時のマツダの説明図、 第9図は加速時の開閉弁制御を示す説明図、第10図は
減速時の開閉弁制御を示す説明図、第11図は冷却水温
度による開閉弁開度の補正処理を示すフローチャート、 第12図は制御領域を示すマツプの説明図、第13図は
低中負荷領域下における開度補正を示す関数曲線図、 第14は高負荷領域下における開度補正を示す関数曲線
図、 第15図は4気筒エンジンの排気系における容積室と触
媒コンバータとの配置構造を示す説明図、第16図は4
気筒エンジンの排気系における容積室と触媒コンバータ
との配置構造の他の実施例を示す説明図である。 13・・・排気通路    15・・・容積室19・・
・開閉弁     50・・・CPU第2図 第4図 第11医 M 始 01t エンジン回聰歇R 1s 1 と 割り位る F1.Lの4威 ギリ定 t <tl z=+(t)  206      208t<t2 
        Z=9(t)に      二一一一
一一 第12図 第13図 第14図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)排気通路の途中に容積室を設け、 上記容積室の有効容積を変化させる開閉弁 を設けると共に、低中負荷域においては上 記有効容積を減少させる方向に、また高負 荷域においては上記有効容積を増大させる 方向に上記開閉弁を作動制御する制御手段 を備えた エンジンの排気装置。
JP2955788A 1988-02-10 1988-02-10 エンジンの排気装置 Pending JPH01208514A (ja)

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