JP2003515026A - ピストン内燃機関のシリンダに可変吸気運動を実行する設定ユニット - Google Patents

ピストン内燃機関のシリンダに可変吸気運動を実行する設定ユニット

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、シリンダ(1)がそれぞれに少なくとも一個の排気弁(6)と少なくとも一個の吸気弁(5)を有するピストン内燃機関に関し、吸気弁(5)は二つの部分通路(7.1,7.2)に分割されている一個の吸気通路(7)と連結され、その部分通路には異なる吸気管長さを備える二つの吸気管(10,11)と設置ユニット(9)が併設されており、その設置ユニットにより少なくとも一個の設置要素によって選択的に部分通路(7.1,7.2)及び/又は吸気管(10,11)の三つの流れ横断面及び/又は部分通路(7.1,7.2)に対する吸気管(10,11)の併設が調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 ピストン内燃機関の運転の際に有害物質を減少させるために、シリンダ空間内
の燃焼排気を最適することが試みられ、それは特に低回転数における部分負荷領
域内で意味がある。通例に形成された内燃機関の場合に低回転数を備える部分負
荷運転ではシリンダ空間内への空気の流入速度が減少するので、慣習上の吸気エ
ンジンでも、直接噴射を持つエンジンでも、混合気浄化と混合気分布がシリンダ
の内部空間内で思わしくなく形成され、燃焼排気の一致した侵害を生じる。
【0002】 この問題を解決するために、各シリンダにそれぞれに一個の吸気弁を付属させ
た吸気通路にシリンダ軸線に関してシリンダ内の入口領域に上下に延びている二
つの部分通路に分割することを断念されていて、この場合に二つの部分通路の少
なくとも一方には一個の絞り弁が付属されており、その絞り弁によって完全に分
離するまで二つの部分通路の少なくとも一方において流れ速度の減速を可能とす
る。この種の配置は例えばドイツ特許出願公開第2815701号明細書とドイ
ツ特許出願公開第3147198号明細書を引用すべきである。
【0003】 ドイツ特許出願公開第3328584号明細書から各シリンダに一個の吸気通
路のみが付属されている配置が公知である。複数の操縦薄板の配置によって吸気
通路が吸気弁の近くの領域において複数の部分通路に分割されている。一方で空
気量に、他方で空気の流れ速度に影響するために、適切なスライダ要素を介して
、選択的に入口開口を部分通路に分離することが可能である。
【0004】 この発明の課題は、種々の運転条件に改良された適合を可能とするピストン内
燃機関を提供することである。
【0005】 この課題は、この発明によると、ピストン内燃機関のシリンダがそれぞれ少な
くとも一個の排気弁と少なくとも一個の吸気弁とを有し、その吸気弁が吸気通路
と接続されており、この吸気通路が二つの部分通路に分割されていて、その部分
通路の二つの吸気管が異なった吸気管長さを備えて設定ユニットに併置されてい
て、その設定ユニットによって少なくとも一個の調整要素を介して選択的に部分
通路及び/又は吸気管の自由流れ横断面及び/又は部分通路に対する吸気管の併
置が調整できるピストン内燃機関によって解決される。さらに、すべての回転数
範囲とすべての負荷範囲に渡って空気供給量も、流れ速度も所定変動可能性を利
用して敏感に調整することを可能とする。高い回転数と全負荷の場合には、両部
分通路と両吸気管も、一個のみの吸気管も開放できる。吸気管における流れ横断
面の絞りによって空気供給は低負荷から中間負荷までの場合における減少された
負荷要件に一致してほぼ損失なしに減少される。一致して全負荷に対して低回転
数から中間回転数までの場合に一個の吸気管も一個の部分通路も分離されるので
、必要な空気量が全負荷の場合に特に長い吸気管を通して両部分通路の一方に案
内されて、このため減少された空気量にもかかわらず、空気が高流れ速度でシリ
ンダ空間に流入する。低負荷要件の場合には、開放部分通路及び/又は開放吸気
管の自由流れ横断面の相応しい減少によって空気供給が僅かな負荷要件に一致し
て減少され得る。
【0006】 この発明によるシステムの好ましい利点は、エンジン運転における適切な作用
を備えるユニットにおける種々の機能を集中させることにある。このシステムに
よる可能性によって吸気空気量或いは混合気量を調整するために、例えばオット
−エンジンの場合に以前に使用された負荷調整部材が通常には絞り弁を省略でき
る。その負荷調整部材は適切な接続状態では例えば低回転数と低負荷のために吸
気範囲或いは吸気通路範囲における狙った絞りによって排気戻りを制御され得る
。正確なこの絞りによってシリンダ内の残留ガス含有量や帰還が精密に調整され
る。
【0007】 空転の際には、望まれた運転条件に応じて、吸気管或いは吸気通路が完全に分
離でき、この場合に所定の空転調整に一致して供給された僅かな空気量は設定ユ
ニットの一致した調整によってシリンダ空間に流入できる。この場合に、設定ユ
ニットは、可変可能なガス交換弁を備えるピストン内燃機関の場合に複数シリン
ダ機械では一個或いは複数個のシリンダを燃料供給の遮断と点火によって燃焼さ
れない可能性を提供する所謂通路遮断が可能であるように構成されているから、
遮断されたシリンダが零負荷によって運転される間に減少された負荷要件に一致
してシリンダの一部のみが燃焼される。
【0008】 この発明の構成では、吸気通路がシリンダ軸線の整合に関連して一個の上部分
通路と一個の下部分通路とに分割されることが意図されている。この種の通路配
置によって上部分通路の遮断の場合に低負荷要件の範囲に空気がシリンダ空間に
流入することが可能であり、所謂転倒流れが生じ、即ち実質的にシリンダ軸線を
横切って延びる軸線を持つ空気渦が生じる。
【0009】 この発明の他の構成では、吸気通路がシリンダ軸線に関連して実質的に一平面
に並列に位置する二つの部分通路に分割されることが意図されている。この配置
には、部分負荷範囲においてシリンダ空間内の部分通路の一方の遮断によって所
謂渦流れを発生すること、即ち一個の部分通路のみを通して流入する空気がシリ
ンダ内部空間内に空気渦を発生し、その空気渦の軸線が実質的にシリンダ軸線に
一致することを可能とする。
【0010】 この発明の他の好ましい構成では、部分通路が種々の流れ横断面を有すること
が意図されている。この場合に、部分負荷運転の際に開放されたままである部分
通路が僅かな流れ横断面を有するならば、目的に合っている。
【0011】 この発明の更なる構成では、設定ユニットは、それぞれに一個の吸気管と接続
されている二つの流入開口を備え且つそれぞれに一個の部分通路と接続されてい
る二つの流出開口を備えているケ−シングを有すること、及び選択的に流入開口
と流出開口に併設でき、二つの互いに相対的に且つ互いに独立して作動可能な設
定要素が設けられていることが意図されている。これにより、各望まれた併設で
は両吸気管を同時に或いは短い或いは長い吸気管のみを開放保持する、同時に両
部分通路又は一方の部分通路或いは他方の部分通路を開放保持する可能性が与え
られる。操縦はエンジン制御部と接続されている両設定要素と接続された少なく
とも一個の設定駆動手段によって行われるので、一方で付与回転数に且つ他方で
負荷要件に一致してエンジン制御部を介して設定要素が調整され得る。構成に応
じて設定要素は、流入開口と流出開口に併設できる開放範囲と遮蔽範囲を有する
【0012】 この発明の好ましい構成では、設定ユニットはシリンダ軸線が流入開口の軸線
を横切って延びている円筒状設定空間を有し、その設定空間内では一個の外部設
定要素と一個の内部設定要素とが共軸方向に配置されており、外部設定要素が設
定空間のシリンダ壁に外面により隣接して且つシリンダ壁に破口を有する中空シ
リンダにより形成されており、内部設定要素が少なくとも一個のスライダウエブ
によって形成されて、その外面がシリンダ面により形成されていて、そのシリン
ダ面が外部設定要素の円筒状内面に隣接している。設定ユニットのこの種の構成
により、流入開口及び/又は流出開口を適切にカバ−する場合に必要な密封を保
証する。
【0013】 この発明は、実施例の概略図面に基づいて詳細に説明される。図1はシリンダ
を通る概略縦断面を示し、図2は高回転数における負荷運転の調整を示す設定ユ
ニットの実施態様を通る概略縦断面を示し、図3は高回転数を備える全負荷運転
の調整における図2による設定ユニットを示し、図4は減少された回転数を備え
る部分負荷運転の調整における図2による設定ユニットを示し、図5は高回転数
を備える部分負荷運転の調整における図2による設定ユニットを示し、図6は無
負荷運転或いは通路遮断における図2による設定ユニットを示し、図7は無負荷
或いはシリンダ遮断の他の調整における図2による設定ユニットを示し、図8は
燃料直接噴射と外部点火を備えるピストン内燃機関の選択された切換え位置の一
覧表を示し、図9は設定ユニットの変更された実施態様を示し、図10から図1
3までは図9による実施態様の設定要素の種々の調整を示し、図14は設定ユニ
ットの他の実施態様を示し、図15は設定ユニットの他の実施態様を示す。
【0014】 図1は多気筒ピストン内燃機関の一個のシリンダ1を通る縦断面を示す。シリ
ンダ1のシリンダ空間2には、ここでは詳細に図示されていないクランク軸と連
結されたピストン3が上下に移動できる。シリンダ空間2はシリンダヘッド4に
よって閉鎖されて、シリンダヘッド内に吸気弁5と排気弁6が配置されていて、
それら相応しい弁によってシリンダ空間2への吸気通路7と排気通路8の合流が
その制御に一致して開放できる。ここに閉鎖位置に図示されたガス交換弁5と6
はそれぞれに図示されていない設定駆動手段と連結されていて、例えばカム軸、
特に自由可変に制御可能な設定駆動手段、例えば電磁式或いは液圧式に作動され
る弁駆動手段と連結されている。
【0015】 吸気通路7には設定ユニット9が併設されており、その設定ユニットには異な
る吸気管長さ及び/又は吸気管直径を備える二つの吸気管10と11が接続され
ている。ここにおいて吸気管10は短く形成され、吸気管11が長く形成されて
いる。両吸気管10と11は中央空気供給管12に連通されて、総ての吸気管を
介してピストン内燃機関のシリンダが空気を供給され、吸気側で空気フィルタを
備えている。
【0016】 図1から明らかな様に、吸気通路7は異なる流れ横断面をもつ二つの部分通路
7.1と7.2に分割されている。ここに図示された実施例の場合には、両部分
通路がシリンダ軸線13に関して上下に配置されている配置になっており、上に
位置する部分通路7.1は小さい流れ横断面を有する。
【0017】 しかし、配置は、両部分通路がシリンダ軸線13に関して並んで延びるように
なっており、小さい流れ横断面を備える部分通路が吸気弁5の弁開放の形式に併
設されていて、この部分通路を介して流入する空気は、シリンダ内部空間内のシ
リンダ軸線に垂直に整合されている円平面に関して正接に発生する。
【0018】 図2は設定ユニット9の実施態様を縦断面で示す。この設定ユニットは二つの
流入開口10.1と11.1を有する実質的に一個のケ−シング14から成り、
それら流入開口には両吸気管10と11が接続されている。ケ−シング14の対
向して位置する面には、部分通路7.1と7.2が接続している一致した流出開
口7.3と7.4が配置されている。
【0019】 ケ−シング14は二つの相対的に互いに回転可能な或いは旋回可能な設定要素
16と17が配置されている円筒状内部空間15を有する。次の図面のより良い
理解のために、両設定要素16と17は通常の切断図面に図示されていなく、む
しろ切断面は一致した「符号」を備えているので、互いに設定要素の異なる併設
は難なく認識できる。設定空間15は円筒状内壁18を備えていて、そのシリン
ダ軸線は流入開口10.1と11.1或いは流出開口7.3と7.4の軸線を横
切って延びている。設定要素16と17は設定空間15内に互いに配置されてい
るので、それら設定要素は互いに独立してシリンダ空間の軸線を中心に旋回され
得る。設定要素16と17は部分シリンダとして形成されていて、そのシリンダ
外面によりそれぞれに設定空間15の円筒状内壁18に隣接する。設定要素の周
辺長さは実質的に両吸気管の流入開口10.1、11.1の外縁距離に一致し、
両吸気管が異なる流入横断面を有し得て、及び/又は流出開口7.3と7.4の
外縁距離に一致する。
【0020】 両設定要素16と17は、エンジン制御により制御できる設定駆動手段と連結
されている。
【0021】 図2には、負荷降下、”高回転数における全負荷”の設定ユニット9が図示さ
れている。認識できる様に、吸気管10と11の流れ横断面も、部分通路7.1
と7.2の流れ横断面も、完全に開放する。両設定要素16と17はその内面1
6.1と17.1を備えているので、それら設定要素は全負荷状態で出来るだけ
損失のない流れを許容する。
【0022】 図3は高回転数を備える全負荷の運転用の両設定要素16と17の併設を示し
、図4は減少された回転数の場合を示す。両設定の場合に部分通路7.1と7.
2の流出開口7.3と7.4が完全に開放し、一方、付与された負荷状態に応じ
て短い吸気管10或いは長い吸気管11が開放されている。図3に一致する両設
定要素16と17の併設では、図示された矢印の方向に設定要素16の回転の際
に長い吸気管11の流入横断面が設定要素16により開放されるので、高空気供
給が行われる。逆方向における設定の場合に空気供給の減少が行われ、両吸気管
の流入開口10.1と11.1の部分的カバ−が行われる。
【0023】 図4に図示された出口状態では、短い吸気管の流入開口10.1が設定要素1
7によって閉鎖されていて、矢印の方向への回転によって空気量供給が流入開口
10.1の流れ横断面の増える開放が高められる。
【0024】 設定要素16がそれぞれに矢印に対する逆方向に設置されるならば、両吸気管
10、11の両流入開口10.1と11.1が一致して部分的にカバ−される。
【0025】 図2、図3と図4により記載された負荷降下では、選択的に設定要素16或い
は17が図示されて設定空間15の貫流を妨げない位置では作動せずに保持され
ている。
【0026】 図5では、高回転数における部分負荷用の両設定要素16と17の設定が図示
されている。この設定の場合に設定要素16は長い吸気管11の流入開口11.
1を閉鎖するように設定されている。同時に設定ユニット17は小さい流れ横断
面を有する部分通路7.1の流出開口7.3を閉鎖するように設定されている。
それ故に、短い吸気管10は小さい流れ横断面を有する部分通路7.1と接続し
ているので、短い吸気管10における減少された流れ抵抗の場合には高流れ速度
を備える空気は下部分通路7.2によってシリンダ空間2に流入され得る。この
場合にシリンダ空間2内には転倒流れ、即ち回転渦巻きが発生し、そのシリンダ
空間の回転軸線がシリンダ軸線13に垂直に整合されている。それで、新鮮なガ
ス混合気の良い混合と燃焼の改良された経過が生じるので、全負荷条件が低い回
転数から中間回転数までの場合にも燃焼の最適な経過により保持されている。
【0027】 減少された回転数を備える部分負荷の場合に、図5から出発して、設定が一致
して変更されるので、大きな部分通路7.2が設定要素16によって閉鎖されて
、短い吸気管10が設定要素17によって閉鎖されている。
【0028】 図6は、長い吸気管11と小さい部分通路7.1とが僅かに開放されている空
転設定を示す。
【0029】 図7は、通路遮断用の設定要素16と17の設定を示す。
【0030】 図8は、例として且つ一覧表状形態に、異なる回転数範囲における異なる負荷
降下のための図2から図7までに基づいて記載された変更可能性を示す。両設定
要素16と17の制御が一致する設置駆動手段を介して最初に既に説明した様に
、エンジン制御によって行われ、その制御によって回転数、負荷条件(ガスペダ
ル状態)などのような現実のエンジンデ−タが把握されて、一致する制御信号に
処理される。この場合に両設定要素16と17の調整のために、それぞれに両設
定要素の一方の基本設定を与える一致する特徴部分を備えることが可能であるの
で、それぞれに付与された負荷/回転数−範囲にてこの範囲における異なる負荷
状態への適合は他の設定要素によって行われる。
【0031】 実施例は、前述の様にそれぞれに一個の吸気弁と一個の排気弁のみを有するピ
ストン内燃機関に基づいて説明されている。けれども、そのシステムが実施態様
では設置でき、少なくとも吸気側には二つ或いは複数の吸気弁が吸気通路7の相
応しい重複と分割の相応しい構成を設けている。
【0032】 図9は、図2による実施態様に実質的に一致する他の実施態様を示す。ただ相
対的に互いに回転可能な両設定要素16と17のみがいくらか異ならせて実施さ
れる。次の図面のより良い理解のために、ここでも両設定要素16と17が通常
の切断図面に図示されておらず、むしろ切断面は一致する「符号」を備えている
ので、設定要素の異なる併設が互いに難なく認識できる。設置空間15は円筒状
内壁18を備えており、そのシリンダ軸線が流入開口10.1と11.1或いは
流出開口7.3と7.4の軸線を横切って延びている。両設定要素16と17は
設置空間15内で互いに共軸方向に配置されている。外部設定要素16は中空シ
リンダとして形成されていて、そのシリンダ外面により設置空間15の円筒状内
壁18に隣接して、そのシリンダ空間は破断部(Durchbrechung)を有し、その破
断部は二つの実質的に対角線に対抗位置する円板状(Schieberforige)壁部分16
.1と16.2並びに二つの並んで密に位置して実質的に密封要素として役立つ
壁部分16.3がとどまるように配置されている。
【0033】 円板状壁部分16.1と16.2の互いに向いた合った縁の僅かな距離aは、
両流入開口10.1と11.1の外部に位置する縁のおよそ全距離bに一致する
ように形成されている。密封要素として役立つ両壁部分16.3の間の距離cは
部分通路7.1の流出開口7.3のおよそ縁距離に一致するように形成されてい
る。両円板状壁部分16.1と16.2の周辺長さはそれぞれに両吸気管の一方
の流入開口の縁距離に実質的に一致し、両吸気管は等しい流入横断面を有する。
図3から図7までに類似する互いに両設定要素16と17の調整の際にこの配置
により相応しい負荷降下が設定される。
【0034】 図10から図13までには、図9による実施態様と異なる運転状態が図示され
ていて、図2による実施態様の運転状態と一致する。
【0035】 図10による運転状態は、図3による運転状態と一致し、図11は図4による
運転状態と一致し、図12は図6による運転状態と一致し、そして図13は図7
による運転状態と一致する。
【0036】 図2に示された実施態様から出発して、図9による配置は、設定ユニット9内
で一個のみの設定要素、例えば設定要素16が配置されていて、部分通路7.1
と7.2を一致してカバ−する形式に変更されている。他の設定要素の機能は吸
気管10、11の少なくとも一方における従来の絞り要素によって奏される。
【0037】 このための変更では、図14に図示された実施態様も可能である。この場合に
少なくとも部分通路7.2内に並びに両吸気管10と11内に設定要素としてそ
れぞれに別々に制御可能な設置駆動手段と連結する絞り弁20、21と22が配
置されている。前記負荷降下は一致する形式におけるこの配置でも調整できる。
けれども、この配置は、図2と図3による実施態様と比べて追加的に一致する制
御を備える他の設定駆動手段を必要とする。
【0038】 図示された絞り弁20、21と22の代わりに、円板(Schieber)が設けられ得
る。図14による実施態様に対する変更として、設定要素として二つの分離され
て互いに旋回可能な案内フラップ23と24も設けられ、それらにより一致する
状態の場合には前記負荷降下が調整され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 シリンダを通る概略縦断面を示す。
【図2】 高回転数における負荷運転の調整を示す設定ユニットの実施態様を通る概略縦
断面を示す。
【図3】 高回転数を備える全負荷運転の調整における図2による設定ユニットを示し、
【図4】 減少された回転数を備える部分負荷運転の調整における図2による設定ユニッ
トを示す。
【図5】 高回転数を備える部分負荷運転の調整における図2による設定ユニットを示す
【図6】 無負荷運転或いは通路遮断における図2による設定ユニットを示す。
【図7】 無負荷或いはシリンダ遮断の他の調整における図2による設定ユニットを示す
【図8】 燃料直接噴射と外部点火を備えるピストン内燃機関の選択された切換え位置の
一覧表を示す。
【図9】 設定ユニットの変更された実施態様を示す。
【図10】 図9による実施態様の設定要素の種々の調整を示す。
【図11】 図9による実施態様の設定要素の種々の調整を示す。
【図12】 図9による実施態様の設定要素の種々の調整を示す。
【図13】 図9による実施態様の設定要素の種々の調整を示す。
【図14】 設定ユニットの他の実施態様を示す。
【図15】 設定ユニットの他の実施態様を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルント・ミヒャエル ドイツ連邦共和国、52070 アーヘン、フ リードリヒストラーセ、29 (72)発明者 ディール・シュテファン ドイツ連邦共和国、50181 ベートブルク、 リッパー・ベルク、1アー (72)発明者 ラング・オーリヴァー ドイツ連邦共和国、52074 アーヘン、マ ーストリヒター・ストラーセ、75 Fターム(参考) 3G031 AA28 BA14 BB05 BB12 DA12 DA33 DA34 DA36 EA02 FA03 FA05 HA01 HA04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストン内燃機関のシリンダ(1)がそれぞれ少なくとも一
    個の排気弁(6)と少なくとも一個の吸気弁(5)とを有し、その吸気弁(5)
    は吸気通路(7)と接続されており、この吸気通路は二つの部分通路(7.1,
    7.2)に分割されていて、その部分通路の二つの吸気管(10、11)は異な
    った吸気管長さを備えて設定ユニット(9)に併置されていて、その設定ユニッ
    トによって少なくとも一個の調整要素を介して選択的に部分通路(7.1,7.
    2)及び/又は吸気管(10、11)の自由流れ横断面及び/又は部分通路(7
    .1,7.2)に対する吸気管(10、11)の併置が調整できることを特徴と
    するピストン内燃機関。
  2. 【請求項2】 吸気通路(7)はシリンダ軸線(13)の整合と関連して、
    上部分通路(7.1)と下部分通路(7.2)に分割されていることを特徴とす
    る請求項1に記載のピストン内燃機関。
  3. 【請求項3】 吸気通路(7)はシリンダ軸線(13)の整合と関連して、
    実質的に一平面に並列に位置する二つの部分通路に分割されていることを特徴と
    する請求項1或いは請求項2に記載のピストン内燃機関。
  4. 【請求項4】 部分通路(7.1,7.2)は異なった流れ横断面を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のピストン内燃機
    関。
  5. 【請求項5】 設定ユニット(9)は一個のケ−シング(14)を有し、そ
    のケ−シングはそれぞれに一個の吸気管(10、11)と接続されている二つの
    流入開口(10.1,11.1)と、それぞれに一個の部分通路(7.1,7.
    2)と接続されている二つの流出開口(7.3、7.4)とを備え、そして少な
    くとも二つの相対的に互いに且つ無関係に互いに移動可能な調整要素(16、1
    7)が設けられており、選択的に流入開口(10.1,11.1)と流出開口(
    7.3、7.4)とを併置できることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいず
    れか一項に記載のピストン内燃機関。
  6. 【請求項6】 調整要素が開口領域と止め領域とを有し、選択的に流入開口
    (10.1,11.1)と流出開口(7.3、7.4)とを併置できることを特
    徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のピストン内燃機関。
  7. 【請求項7】 ケ−シング(14)は一個の円筒状調整空間(15)を有し
    、その円筒軸線が流入開口(10.1,11.1)の軸線を横切って延びており
    、調整空間(15)内に一個の外部調整要素(16)と一個の内部調整要素(1
    7)が共軸方向に配置されており、外部調整要素(16)が中空シリンダによっ
    て形成されていて、その中空シリンダはその外面で調整空間(15)の円筒状内
    壁(18)に隣接して且つそのシリンダ壁は破断部を有し、そして内部調整要素
    (17)が少なくとも一個のスライドウエブによって形成され、そのスライドウ
    エブの外面はシリンダ面によって形成され、そのシリンダ面が外部調整要素(1
    6)の円筒状内面に隣接することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか
    一項に記載のピストン内燃機関。
JP2001538653A 1999-11-12 2000-11-07 ピストン内燃機関のシリンダに可変吸気運動を実行する設定ユニット Withdrawn JP2003515026A (ja)

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