| 【発明の名称】 |
ＥＧＲ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 浩美
【氏名】川島 幸博
【氏名】濱田 治樹
【氏名】蔀 克士
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| 【要約】 |
【課題】構成部品の個体バラツキに起因した硫酸発生を完全に防止しつつ、NOx 低減効果を高める。
【解決手段】本発明に係るＥＧＲ装置６は、エンジン１の排気通路１から排ガスの一部であるＥＧＲガスを取り出して吸気通路３に環流させるＥＧＲ装置６にあって、ＥＧＲガス温度を調節するための温度調節手段８，９，１０，１２と、温度調節後のＥＧＲガスの温度を検出するためのガス温度検出手段１６と、このガス温度検出手段の出力に基づいて上記温度調節手段を制御するコントローラ１３とを備えたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンの排気通路から排ガスの一部であるＥＧＲガスを取り出して吸気通路に環流させるＥＧＲ装置にあって、ＥＧＲガス温度を調節するための温度調節手段と、温度調節後のＥＧＲガスの温度を検出するためのガス温度検出手段と、該ガス温度検出手段の出力に基づいて上記温度調節手段を制御するコントローラとを備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】 上記コントローラが、エンジン運転状態に基づいて目標ＥＧＲガス温度を決定し、且つ、この目標ＥＧＲガス温度と、上記ガス温度検出手段で検出された実際のＥＧＲガス温度との偏差に基づき、上記温度調節手段を制御する請求項１記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】 上記温度調節手段が、エンジンの排気通路と吸気通路とを結ぶＥＧＲ通路に設けられＥＧＲクーラを有した冷却通路と、該冷却通路をバイパスするバイパス通路と、これら冷却通路及びバイパス通路のＥＧＲガス流量比を調節するための流量比調節弁とを備え、上記コントローラが上記流量比調節弁を制御する請求項１又は２記載のＥＧＲ装置。
【請求項４】 上記冷却通路のＥＧＲクーラ上流側に設けられ該ＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁をさらに備え、上記コントローラが、上記ガス温度検出手段で検出されたＥＧＲガス温度が所定温度以下のとき、上記開閉弁を全閉にする請求項３記載のＥＧＲ装置。
【請求項５】 上記冷却通路のＥＧＲクーラ上流側に設けられ該ＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁をさらに備え、上記コントローラが、上記冷却通路側流量がゼロとなるよう上記流量比調節弁を制御するとき、上記開閉弁を全閉にする請求項３記載のＥＧＲ装置。
【請求項６】 上記冷却通路のＥＧＲクーラ上流側に設けられ該ＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁と、上記冷却通路及びバイパス通路から流出し混合されたＥＧＲガスの流量を調節するための流量調節弁とをさらに備え、上記コントローラが、上記流量調節弁を全閉にするとき、上記開閉弁を全閉にする請求項３記載のＥＧＲ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排ガスの一部（ＥＧＲガス）を排気通路から取り出して吸気通路に環流（ＥＧＲ;Exhaust Gas Recirculation）させるＥＧＲ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジン等の排ガス中のNOx を低減するためＥＧＲが有効であることは知られている。即ち、ＥＧＲを行うと、吸気中の酸素濃度が低下して燃焼が緩慢となり、燃焼温度の低下によりNOx の生成が抑制されると考えられるからである。
【０００３】一方、吸気にＥＧＲガスを混入させることでその分新気量が減り、スモークが悪化するという問題がある。これを解決するため、ＥＧＲ通路中に水冷式・空冷式等のＥＧＲクーラを設け、高温のＥＧＲガスを冷却して体積を減少させることにより、新気量の増大を図り、スモークの発生を防止しようという提案がなされている。
【０００４】このようなＥＧＲ装置（所謂クールＥＧＲシステム）としては特開平4-175453号公報に開示されたような装置がある。これにおいてはＥＧＲ通路が途中で分岐され、一方の分岐通路にＥＧＲクーラが設けられ、他方の分岐通路がバイパス通路として使用される。各分岐通路にはＥＧＲ弁が設けられ、これらＥＧＲ弁はエンジン負荷に基づき開閉制御される。特にエンジン高負荷時以外は、ＥＧＲクーラ側のＥＧＲ弁を閉じ、ガスの冷却を行わないようにしている。これにより軽負荷時にガス温度を高温に保ち、ポンピングロスを増加させないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来装置では、各分岐通路に設けられたＥＧＲ弁がエンジン負荷のみに基づき制御されるオープンループ制御が採用される。このため、装置の各構成部品（例えばＥＧＲ弁）の個体バラツキによっては、狙い通りにＥＧＲガス温度を制御できない欠点がある。
【０００６】一方、ディーゼルエンジンの場合、排ガス即ちＥＧＲガスに硫黄分及び水分が含まれており、ＥＧＲガスを冷却し過ぎると、ガス中の水分が結露して水となり、これが硫黄分と反応して硫酸を生成し、ＥＧＲ通路をなす配管、ＥＧＲクーラ、吸気管、シリンダ等各構成部品に腐食を生じさせてしまう。
【０００７】よって、ディーゼルエンジンの場合、上記のような個体バラツキに起因して硫酸が発生する虞があり、このような事態は絶対に回避しなければならない。
【０００８】一方、このような個体バラツキを予定して、ＥＧＲガス温度が硫酸発生温度を絶対下回らぬよう、バイパス通路側のＥＧＲ弁開度を多めに設定しておくことも考えられるが、これでは本来の目的であるＥＧＲガスの冷却が不十分となり、十分なNOx 低減効果が得られない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排気通路から排ガスの一部であるＥＧＲガスを取り出して吸気通路に環流させるＥＧＲ装置にあって、ＥＧＲガス温度を調節するための温度調節手段と、温度調節後のＥＧＲガスの温度を検出するためのガス温度検出手段と、このガス温度検出手段の出力に基づいて上記温度調節手段を制御するコントローラとを備えたものである。
【００１０】これによれば、実際のＥＧＲガス温度に基づくフィードバック制御が可能となり、硫酸発生温度を下回らない最小且つ最適温度にＥＧＲガス温度を制御できる。
【００１１】ここで、上記コントローラが、エンジン運転状態に基づいて目標ＥＧＲガス温度を決定し、且つ、この目標ＥＧＲガス温度と、上記ガス温度検出手段で検出された実際のＥＧＲガス温度との偏差に基づき、上記温度調節手段を制御するのが好ましい。
【００１２】また、上記温度調節手段が、エンジンの排気通路と吸気通路とを結ぶＥＧＲ通路に設けられＥＧＲクーラを有した冷却通路と、この冷却通路をバイパスするバイパス通路と、これら冷却通路及びバイパス通路のＥＧＲガス流量比を調節するための流量比調節弁とを備え、上記コントローラが上記流量比調節弁を制御するのが好ましい。
【００１３】また、上記冷却通路のＥＧＲクーラ上流側に設けられＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁をさらに備え、上記コントローラが、上記ガス温度検出手段で検出されたＥＧＲガス温度が所定温度以下のとき、上記開閉弁を全閉にするのが好ましい。
【００１４】また、上記冷却通路のＥＧＲクーラ上流側に設けられＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁をさらに備え、上記コントローラが、上記冷却通路側流量がゼロとなるよう上記流量比調節弁を制御するとき、上記開閉弁を全閉にするのが好ましい。
【００１５】また、上記冷却通路のＥＧＲクーラ上流側に設けられＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁と、上記冷却通路及びバイパス通路から流出し混合されたＥＧＲガスの流量を調節するための流量調節弁とをさらに備え、上記コントローラが、上記流量調節弁を全閉にするとき、上記開閉弁を全閉にするのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】図１は本発明の実施形態に係るＥＧＲ装置を示す。なお本装置も前記同様に所謂クールＥＧＲシステムの構成が採られる。
【００１８】本装置はディーゼルエンジン１に組み合わされ、エンジン１には排気通路２と吸気通路３とが備えられる。ここではターボチャージャ４も備えられ、ターボチャージャ４は排気通路２の排ガスで駆動され、吸気通路３の吸気を過給するようになっている。吸気通路３にはインタークーラ５が備えられる。図中、排気通路２内の排ガスの流れを黒塗りの太矢印で、吸気通路３内の吸気の流れを白塗りの太矢印でそれぞれ示す。
【００１９】かかるＥＧＲ装置６は、排気通路２と吸気通路３とを結ぶＥＧＲ通路７を有する。ＥＧＲ通路７は、排気通路２（ここでは排気マニホールド）から排ガスの一部（ＥＧＲガス）を取り出してこれを吸気通路３（ここでは吸気マニホールド）に環流させる。図中、このＥＧＲガスの流れを実線細矢印で示す。ＥＧＲ通路７は途中で二分岐され、一方がＥＧＲクーラ８を備えた冷却通路９、他方が冷却通路９をバイパスするバイパス通路１０とされている。ＥＧＲクーラ８は水冷式で、エンジン１との間で一対の冷却水配管１１を通じてエンジン冷却水を循環させるようになっている。図中、冷却水配管１１内の冷却水の流れを破線細矢印で示す。これにより、ＥＧＲクーラ８内でＥＧＲガスが冷却水との間で熱交換され、冷却されるようになる。
【００２０】冷却通路９とバイパス通路１０との合流部に、これら通路のＥＧＲガス流量比を調節するための流量比調節弁１２が設けられる。流量比調節弁１２はスプール式の三方弁、負圧アクチュエータ及び電磁ソレノイド等からなり、コントローラとしての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１３によってデューティ制御され、各通路に開口する入口面積比を連続的に変えられるようになっている。つまりＥＣＵ１３から電磁ソレノイドに所定のデューティ比の定電圧パルスが付与されると、これに応じた量だけ負圧アクチュエータが作動し、これに三方弁が連動して、両通路９，１０から弁下流側に至る通路面積比が上記デューティ比に応じた値になる。これにより、各通路９，１０のＥＧＲガスを所定の流量比で混合ないし集合させ、弁下流側に流出させることができる。もっともこの流量比調節弁は各通路９，１０に設けたバタフライ弁等で構成してもよく、種々の変形が可能である。
【００２１】ＥＧＲ通路７の出口付近には流量調節弁１４が設けられる。これは両通路９，１０から流出し混合されたＥＧＲガスの流量、つまり全ＥＧＲガス量を調節するためのものである。流量調節弁１４はリフト弁、負圧アクチュエータ及び電磁ソレノイド等からなり、前記同様にＥＣＵ１３によってデューティ制御され、通路面積ないし弁開度を連続的に変えられるようになっている。もっとも、上記流量比調節弁１２に可変絞りを設け、全ＥＧＲガス量を調節し得る機能を与えた場合は、単体としての流量調節弁１４が省略可能である。このように流量調節弁についても種々の形態が考えられる。
【００２２】ここで、冷却通路９のＥＧＲクーラ８上流側には、ＥＧＲクーラ８へのＥＧＲガスの流入を規制するための開閉弁１５が設けられる。開閉弁１５はバタフライ弁、負圧アクチュエータ及び電磁ソレノイド等からなり、前記と異なりＥＣＵ１３によってON/OFF制御され、全開或いは全閉のいずれか一方に制御されるようになっている。なおここではノーマルオープンのものが使用され、OFF で全開、ONで全閉となる。この開閉弁についても種々の形態が可能である。
【００２３】また、ＥＧＲ通路７の流量比調節弁１２下流側且つ流量調節弁１４上流側に、混合後のＥＧＲガスの温度を検出するためのガス温センサ１６（ガス温度検出手段）が設けられている。ガス温センサ１６はＥＧＲガス温度に応じた電圧の信号をＥＣＵ１３に出力する。
【００２４】図示するように、ＥＣＵ１３は、エンジン（ＥＮＧ）回転センサ、アクセルセンサ、水温センサ、ブーストセンサ等の各種センサからエンジン運転状態を示す各種信号を受け取り、所定の演算処理を行ってエンジン１及びＥＧＲ装置６を総括的に制御するようになっている。各センサからの出力信号は一定時間毎にA/D変換され、ＥＣＵ１３内のRAM にメモリされる。
【００２５】次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２６】図２乃至図５はＥＣＵ１３によって実行される制御のフローチャートを示す。まず図２はエンジン１の制御ルーチン（メインルーチン）を示す。ＥＣＵ１３は、最初のステップ２１で、エンジン回転センサ及びアクセルセンサ等の出力からエンジン回転速度ＮＥ及びアクセル開度ＡＣＬ等を読み込み、これらの出力に基づき、ステップ２２で燃料の目標噴射量Ｑfin を、ステップ２３で燃料の目標噴射時期ＳＯＩを、それぞれ計算する。ここでは水温センサ及びブーストセンサ等で検出された冷却水温及び吸気圧等に基づき、目標噴射量Ｑfin 及び目標噴射時期ＳＯＩの補正を適宜行っている。これらの計算は所定タイミング毎、具体的には所定のクランクパルスがＥＣＵ１３に入力される度に行う。
【００２７】次に、図３は流量比調節弁１２の制御ルーチン（サブルーチン）を示す。これは上記メインルーチンに対し一定時間毎になされる割込み処理である。ＥＣＵ１３は、最初のステップ３１で、上記で得られたエンジン回転速度ＮＥ及び目標噴射量Ｑfin に加え、ガス温センサ１６で検出されるＥＧＲガス温度Ｔegr を読み込む。そして次のステップ３２で、エンジン回転速度ＮＥ及び目標噴射量Ｑfinの値から、目標ＥＧＲガス温度Ref Ｔegr をマップ検索により算出する。そしてステップ３３で、現在値と目標値とのＥＧＲガス温度の偏差ΔＴegr ＝Ｔegr −Ref Ｔegr を計算する。そしてステップ３４で、この偏差ΔＴegr に応じたデューティ比Duty cool egr 、つまり流量比調節弁１２の電磁ソレノイドに送るべき定電圧パルスのデューティ比をマップ検索により算出する。そしてステップ３５でこのデューティ比に等しい定電圧パルスを電磁ソレノイドに送出して、流量比調節弁１２の弁位置を調節する。
【００２８】これにより、ＥＧＲクーラ８で冷却された低温のＥＧＲガスと、バイパス通路１０を流れてきた高温のＥＧＲガスとが所定割合で混合され、混合後のＥＧＲガス温度が、現在のエンジン運転状態に見合った温度に調節される。そしてこの調節後のＥＧＲガス温度をガス温センサ１６で検出し、これに基づいて再度流量比調節弁１２を制御すれば、ＥＧＲガス温度のフィードバック制御が達成される。
【００２９】このように、ここではＥＧＲクーラ８、冷却通路９、バイパス通路１０及び流量比調節弁１２が、本発明の温度調節手段を構成している。
【００３０】図４は流量調節弁１４の制御ルーチン（サブルーチン）を示す。これも上記メインルーチンに対し一定時間毎になされる割込み処理である。ＥＣＵ１３は、最初のステップ４１で、上記で得られたエンジン回転速度ＮＥ及び目標噴射量Ｑfin を読み込み、ステップ４２でこれらの値から目標ＥＧＲ量Ref Ｍegr をマップ検索により算出する。そしてステップ４３で目標ＥＧＲ量Ref Ｍegr に応じたデューティ比Duty mass egr 、つまり流量調節弁１４の電磁ソレノイドに送るべき定電圧パルスのデューティ比をマップ検索により算出する。そしてステップ４４でこのデューティ比Duty mass egr に等しい定電圧パルスを電磁ソレノイドに送出し、流量調節弁１４を目標ＥＧＲ量Ref Ｍegr に見合った開度に調節する。これによりＥＧＲガス量が現在のエンジン運転状態に見合った最適量に制御される。
【００３１】図５は開閉弁１５の制御ルーチン（サブルーチン）を示す。これも上記メインルーチンに対し一定時間毎になされる割込み処理である。ＥＣＵ１３は、最初のステップ５１で、上記で得られたＥＧＲガス温度Ｔegr 、偏差デューティ比Dutycool egr 及び目標ＥＧＲ量Ref Ｍegr を読み込む。そして次のステップ５２で、ＥＧＲガス温度Ｔegr を設定温度 Lv Ｔegr （ここでは100 ℃）と比較し、Ｔegr ＞ Lv Ｔegr のときはステップ５３に、Ｔegr ≦ Lv Ｔegr のときはステップ５６に進む。ステップ５３では、偏差デューティ比Duty cool egr を設定値（ここでは０）と比較し、Duty cool egr ＞０のときはステップ５４に、Duty cool egr ≦０のときはステップ５６に進む。次に、ステップ５４で、目標ＥＧＲ量Ref Ｍegr を設定値（ここでは０）と比較し、Ref Ｍegr ＞０のときはステップ５５に、Ref Ｍegr ≦０のときはステップ５６に進む。なおこの場合、後者が成立するのは０の場合だけである。
【００３２】ステップ５５では開閉弁１５をOFF とする制御を行う。これにより開閉弁１５は全開となり、ＥＧＲクーラ８へのＥＧＲガスの流入が許容される。一方、ステップ５６では、開閉弁１５をONとする制御を行う。これにより開閉弁１５は全閉とされ、ＥＧＲクーラ８へのＥＧＲガスの流入が一切規制される。
【００３３】このように本装置では、まず、図３にも示したように、ガス温センサ１６で検出される現在のＥＧＲガス温度に基づき、流量比調節弁１２を制御し、ＥＧＲガス温度をフィードバック制御することができる。これにより硫酸発生温度を絶対下回らない最小温度にＥＧＲガス温度を制御することができる。つまりこのような最小温度が実機試験等で求められ、ＥＣＵ１３のROM にマップ形式でメモリされている。よってそのマップから求められる目標値と、実際値との偏差に基づき流量比調節弁１２を制御すれば、ＥＧＲガス温度をフィードバック制御することができる。こうして現在のエンジン運転状態に見合った最適温度のＥＧＲガスが得られ、最大のNOx 低減効果を得ることが可能となる。また個体バラツキに起因した硫酸の発生を完全に防止できる。
【００３４】ところで、上述の特開平4-175453号公報に開示された従来装置では、ＥＧＲクーラ側のＥＧＲ弁がＥＧＲクーラの下流側に設けられている。よってこれをディーゼルエンジンと組み合わせ、ＥＧＲガスの冷却を中止すべくＥＧＲクーラ側のＥＧＲ弁を全閉にすると、クーラ内にＥＧＲガスが滞留し且つこれが過冷却されてしまい、硫酸を生じさせる結果となる。なお、上記従来装置はガソリンエンジンと組み合わされており、ガソリンエンジンの排ガスに硫黄分は含まれないため、この問題は発生しない。
【００３５】そこで、本装置では、開閉弁１５をＥＧＲクーラ８の上流側に設けている。こうするとＥＧＲガスの冷却を行わない場合に、ＥＧＲクーラ８内へのＥＧＲガスの流入を完全に規制できる。これによりＥＧＲクーラ８内でのガス滞留及び過冷却を防止でき、これに伴う硫酸発生を完全に防止することができる。従って、ディーゼルエンジンに最適なＥＧＲ装置とすることもできる。
【００３６】ここで、ＥＧＲガスの冷却を行わない場合とは、■現在のＥＧＲガス温度Ｔegr が設定温度 Lv Ｔegr （＝100 ℃）以下の場合、■流量比調節弁１２に対する偏差デューティ比Duty cool egr が０以下の場合、及び■流量調節弁１４に対する目標ＥＧＲ量Ref Ｍegr が０の場合をいう。
【００３７】■の場合、排ガス温度又は冷却水温が十分低いと考えられるため、クーラ内での結露防止のため冷却を中止する必要がある。よって開閉弁１５を全閉とし、ＥＧＲクーラ８へのＥＧＲガスの流入を規制している。
【００３８】また■の場合に関しては、流量比調節弁１２が、偏差デューティ比Duty coolegr が大きいほど冷却通路９側の通路面積を増すような構造となっており、その値が０以下であれば温度偏差ΔＴegr も０以下で、現在のガス温度Ｔegr が目標温度Ref Ｔegr に等しいかそれ以下であることを意味する。よってこのときはＥＧＲガスの冷却が不要なので、冷却通路９側を閉じるよう、或いは冷却通路９側流量がゼロとなるよう流量比調節弁１２を制御し、同時に開閉弁１５を全閉とし、ＥＧＲクーラ８内へのガスの流入を規制している。
【００３９】また、■の場合は、ＥＧＲ自体が不要で流量調節弁１４が全閉とされる場合であるので、この場合にも同時に開閉弁１５を全閉とし、ＥＧＲクーラ８内へのガスの流入を規制している。
【００４０】このように、■の場合にあっては、排ガス温度又は冷却水温が低い始動時、寒冷時等において、クーラ内での結露を防止し、硫酸の発生を完全に防止することができる。
【００４１】また、■の場合にあっては、ＥＧＲガスの温度が十分低温で冷却が不要な場合に、ＥＧＲクーラ８内へのガスの流入を規制でき、硫酸の発生を完全に防止することができる。
【００４２】また、■の場合にあっては、ＥＧＲ自体が不要な場合にＥＧＲクーラ８内へのガスの流入を規制でき、硫酸の発生を完全に防止することができる。
【００４３】さらに、■及び■の場合にあっては、開閉弁１５を流量比調節弁１２及び流量調節弁１４と連動させられるので、これらの作動条件に応じて確実に開閉弁１５を閉弁させられ、硫酸の発生を完全に防止することができる。
【００４４】ここで、ＥＧＲガス温度の制御中に、ＥＧＲガス温度が何らかの原因で予定されていた最小温度を大きく下回ってしまったような場合でも、上記■の場合に該当すれば、開閉弁１５が全閉とされ冷却が中止されるので、ＥＧＲガス温度は設定温度 Lv Ｔegr を大きく下回ることがない。これにより過冷却に対する完全な補償が達成される。このとき同時にＥＧＲクーラ８内での結露及び硫酸発生が防止されるのは勿論である。
【００４５】また、上述のような最小、最適なＥＧＲガス温度の下で、流量調節弁１４を制御し、ＥＧＲ量を制御するので、最小量のＥＧＲガスをエンジン１に送ることができ、新気量不足によるスモーク悪化等の問題も確実に防げる。
【００４６】以上が本発明の実施形態であるが、本発明は上記実施形態の他にも種々の実施形態が可能である。例えば流量調節弁１４にリフトセンサを追加し、これをフィードバック制御するようにしてもよい。またエンジンの形式・種類は限定されず、ガソリンエンジン等としてもよい。さらに、開閉弁を可変絞り式とし、流量比調節弁の一部として兼用させることもできる。即ち、この場合はバイパス通路に独立の流量調節弁を設け、上記流量比調節弁１２は省略する。こうすればバイパス通路の流量調節弁と開閉弁との開度調節により、流量比を調節でき、開閉弁を全閉とすれば、冷却通路側流量をゼロとすると共にクーラ内へのガス流入を規制できる。
【００４７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば以下の如き優れた効果が発揮される。
【００４８】（１）ＥＧＲガス温度を最適にフィードバック制御でき、硫酸の発生を完全に防止すると共に、NOx 低減効果を高められる。
【００４９】（２）ディーゼルエンジンに最適となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１７０
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月３１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２８０５６６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月１２日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−８６７６６ |
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