WO2012137282A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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晴之 片山
広田 信也
光一朗 福田
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • the exhaust passage of the internal combustion engine is provided with a sensor for detecting the exhaust state (temperature, pressure, oxygen concentration, NOx concentration, etc.) in addition to an exhaust purification catalyst such as an oxidation catalyst.
  • a sensor for detecting the exhaust state temperature, pressure, oxygen concentration, NOx concentration, etc.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which an oxidation catalyst, a temperature sensor, a urea aqueous solution injection nozzle, a NOx reduction catalyst, and a slip-type ammonia oxidation catalyst are sequentially provided from the upstream side along the exhaust flow in the exhaust passage. Yes.
  • the temperature of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst rises. Therefore, if a sensor is installed downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage, the temperature of the sensor rises due to the rise in the exhaust temperature. Further, when a heating device for heating the exhaust such as a burner or a heater is provided in the exhaust passage upstream of the sensor, the temperature of the sensor rises when the exhaust is heated by the heating device. In these cases, if the temperature of the sensor rises excessively, the sensor may deteriorate.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to suppress deterioration of a sensor provided in an exhaust passage.
  • a sensor is provided in a portion of the exhaust passage that is inclined with respect to the front-rear direction of the vehicle.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is An exhaust purification device for an internal combustion engine mounted on a vehicle, An exhaust temperature raising means provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for raising the temperature of the exhaust; A sensor that is provided in an exhaust passage downstream of the exhaust temperature raising means and detects an exhaust state; A portion of the exhaust passage where the sensor is provided is inclined with respect to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the senor provided in the exhaust passage becomes easy to receive the traveling wind of the vehicle. Therefore, even if the exhaust gas temperature is raised by the exhaust gas temperature raising means, the temperature of the sensor can be prevented from rising excessively even if the temperature of the exhaust gas rises upstream from the sensor. Therefore, deterioration of the sensor can be suppressed.
  • the exhaust gas temperature raising means may be a catalyst having an oxidation function.
  • the exhaust gas temperature raising means may be a heating device that heats the exhaust gas using energy supplied from the outside, such as a burner or a heater.
  • the exhaust purification device for an internal combustion engine may further include a downstream side exhaust purification catalyst and a reducing agent addition valve.
  • the downstream side exhaust purification catalyst is provided in the exhaust passage downstream of the sensor.
  • the reducing agent addition valve is provided in an exhaust passage on the downstream side of the sensor and on the upstream side of the downstream side exhaust purification catalyst, and adds the reducing agent to the exhaust gas. By adding the reducing agent from the reducing agent addition valve, the reducing agent is supplied to the downstream side exhaust purification catalyst.
  • the portion of the exhaust passage where the sensor is provided may be inclined in the vertical direction with respect to the vehicle front-rear direction so that the position of the sensor is higher than the position of the reducing agent addition valve.
  • the reducing agent added from the reducing agent addition valve may flow backward due to exhaust pulsation in the exhaust passage. According to the above configuration, since the position of the sensor is higher than the position of the reducing agent addition valve, the reducing agent is unlikely to reach the sensor even if the reducing agent flows backward. Therefore, it can suppress that a reducing agent adheres to a sensor. As a result, it is possible to suppress an error from occurring in the detection value of the sensor.
  • the portion of the exhaust passage where the sensor is provided receives the traveling wind of the vehicle, so that cooling of the exhaust passing through the portion is promoted. Therefore, the temperature rise of the exhaust gas flowing into the downstream side exhaust purification catalyst is suppressed. As a result, it is possible to suppress an excessive increase in the temperature of the downstream side exhaust purification catalyst.
  • deterioration of the sensor provided in the exhaust passage can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the upper side is the upper side in the direction of gravity and the lower side is the lower side in the direction of gravity.
  • the left side is the front of the vehicle, and the right side is the rear of the vehicle.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine mounted on the vehicle 100.
  • the internal combustion engine according to the present invention is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine or the like.
  • An exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • the upstream portion 2 a of the exhaust passage 2 extends substantially parallel to the front-rear direction of the vehicle 100.
  • the exhaust passage 2 is bent downward downstream of the upstream portion 2a.
  • an inclined portion 2 b of the exhaust passage 2 that is inclined in the vertical direction with respect to the front-rear direction of the vehicle 100 is formed downstream of the bent portion.
  • the exhaust passage 2 is bent again downstream of the inclined portion 2b.
  • a downstream portion 2 c of the exhaust passage 2, which is downstream from the bent portion, extends substantially in parallel to the front-rear direction of the vehicle 100.
  • the inclination angle of the inclined portion 2b of the exhaust passage 2 with respect to the longitudinal direction of the vehicle 100 may be 90 deg.
  • an oxidation catalyst 3 and a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 4 are provided in order from the upstream side.
  • the filter 4 collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) in the exhaust gas.
  • a selective reduction type NOx catalyst 5 is provided in the downstream portion 2 c of the exhaust passage 2.
  • the selective reduction type NOx catalyst 5 is a catalyst that reduces NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent.
  • a urea addition valve 6 for adding a urea aqueous solution to the exhaust gas is provided at a bent portion (a connecting portion between the inclined portion 2b and the downstream portion 2c) on the downstream side of the exhaust passage 2.
  • the urea addition valve 6 adds a urea aqueous solution toward the selective reduction type NOx catalyst 5.
  • ammonia is supplied to the selective reduction type NOx catalyst 5.
  • a temperature sensor 8 for detecting the temperature of the exhaust gas and a NOx sensor 9 for detecting the NOx concentration of the exhaust gas are provided on the inclined portion 2b of the exhaust passage 2. These sensors 8 and 9 are electrically connected to an ECU (not shown) mounted on the vehicle 100, and an output signal thereof is input to the ECU.
  • the ECU controls the operating state of the internal combustion engine 1 and the urea addition amount from the urea addition valve 6 based on the detection values of the sensors 8 and 9.
  • a fuel addition valve for adding fuel is provided upstream of the oxidation catalyst 3 in the upstream portion 2a of the exhaust passage 2 and fuel is added into the exhaust from the fuel addition valve so that the filter regeneration control can be performed. Sometimes it is done.
  • the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 are provided on the downstream side of the filter 4 in the exhaust passage 2. When the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 are exposed to the exhaust gas whose temperature has risen and has become high as described above, there is a possibility that the deterioration of these sensors 8 and 9 may proceed.
  • the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 are provided in the inclined portion 2 b of the exhaust passage 2. Therefore, these sensors 8 and 9 are easy to receive the traveling wind of the vehicle 100. That is, these sensors 8 and 9 are easily cooled by the traveling wind of the vehicle 100. Therefore, even when the temperature of the exhaust gas rises in the upstream portion 2a of the exhaust passage 2, it is possible to suppress the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 from rising excessively. As a result, deterioration of the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 can be suppressed.
  • the inclined portion 2b of the exhaust passage 2 is inclined in the vertical direction with respect to the longitudinal direction of the vehicle 100.
  • the inclined portion 2b is inclined in the lateral direction with respect to the longitudinal direction of the vehicle 100. You may let them. Even in this case, since the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 are easily subjected to the traveling wind of the vehicle, it is possible to suppress the temperature of these sensors 8 and 9 from rising excessively. Even in this case, since the cooling of the exhaust gas passing through the inclined portion 2b of the exhaust passage 2 is promoted, it is possible to suppress the temperature of the selective reduction type NOx catalyst 5 from rising excessively.
  • the positions of the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 are higher than the position of the urea addition valve 6. Therefore, even when the urea aqueous solution added from the urea addition valve 6 flows backward due to exhaust pulsation, the urea aqueous solution hardly reaches the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9. Therefore, it is possible to suppress the urea aqueous solution from adhering to the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9. As a result, it is possible to suppress the occurrence of errors in the detection values of these sensors 8 and 9.
  • the oxidation catalyst 3 corresponds to the exhaust gas temperature raising means according to the present invention.
  • the selective reduction type NOx catalyst 5 corresponds to a downstream side exhaust purification catalyst according to the present invention.
  • the temperature sensor 8 or the NOx sensor 9 corresponds to a sensor according to the present invention.
  • a heating device that heats the exhaust using energy supplied from the outside such as a burner or a heater, may be provided in the upstream portion 2a of the exhaust passage 2 in place of the oxidation catalyst 3. . According to the present embodiment, even if the exhaust gas is heated by these heating devices, it is possible to prevent the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9 from excessively rising.
  • another catalyst having an oxidation function such as a NOx storage reduction catalyst may be provided in the upstream portion 2a of the exhaust passage 2 in place of the oxidation catalyst 3.
  • an occlusion reduction type NOx catalyst may be provided in the upstream portion 2 a of the exhaust passage 2 in place of the filter 4.
  • a catalyst and filter having an oxidation function, or an occlusion reduction type NOx catalyst may be provided in the downstream portion 2 c of the exhaust passage 2.
  • a fuel addition valve for adding fuel as a reducing agent may be provided.
  • the fuel added from the fuel addition valve may flow backward due to exhaust pulsation. According to the present embodiment, even in such a case, it is possible to suppress the fuel from adhering to the temperature sensor 8 and the NOx sensor 9.
  • the inclined portion 2b of the exhaust passage 2 is provided with other sensors for detecting the exhaust state such as a pressure sensor or an O 2 sensor in place of or in addition to the temperature sensor 8 or the NOx sensor 9. Also good.
  • sensors for detecting the exhaust state such as a pressure sensor or an O 2 sensor in place of or in addition to the temperature sensor 8 or the NOx sensor 9. Also good.
  • the same effect as described above can be obtained regardless of the type of sensor provided in the inclined portion 2b of the exhaust passage 2.

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Abstract

 本発明は、排気通路に設けられたセンサの劣化を抑制することを目的とする。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関1の排気通路2に設けられ、排気を昇温する排気昇温手段3と、排気昇温手段3より下流側の排気通路2に設けられ、排気の状態を検出するセンサ8(9)と、を備えている。そして、排気通路2におけるセンサ8(9)が設けられた部分2bが、車両100の前後方向に対して傾斜している。

Description

内燃機関の排気浄化装置
 本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
 内燃機関の排気通路には、酸化触媒等の排気浄化触媒に加え、排気の状態(温度、圧力、酸素濃度、又はNOx濃度等)を検出するためのセンサが設けられている。例えば、特許文献1には、排気通路において、酸化触媒、温度センサ、尿素水溶液噴射ノズル、NOx還元触媒及びスリップ式アンモニア酸化触媒を排気の流れに沿って上流側から順に設けた構成が開示されている。
特開2005-105914号公報
 排気浄化触媒において排気中の未燃燃料成分が酸化されると、該排気浄化触媒から流出する排気の温度が上昇する。そのため、排気通路における排気浄化触媒より下流側にセンサが設置されていると、この排気温度の上昇に起因して、該センサの温度が上昇する。また、センサより上流側の排気通路に、バーナ又はヒータ等の排気を加熱するための加熱装置が設けられている場合も、加熱装置によって排気が加熱されると、センサの温度が上昇する。これらの場合に、センサの温度が過剰に上昇すると、センサの劣化が進む虞がある。
 本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、排気通路に設けられたセンサの劣化を抑制することを目的とする。
 本発明では、排気通路における車両の前後方向に対して傾斜している部分にセンサが設けられている。
 より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
 車両に搭載された内燃機関の排気浄化装置であって、
 内燃機関の排気通路に設けられ、排気を昇温する排気昇温手段と、
 前記排気昇温手段より下流側の排気通路に設けられ、排気の状態を検出するセンサと、を備え、
 排気通路における前記センサが設けられた部分が、車両の前後方向に対して傾斜している。
 本発明によれば、排気通路に設けられたセンサが、車両の走行風を受け易くなる。そのため、排気昇温手段によって排気が昇温されることでセンサよりも上流側で排気の温度が上昇しても、センサの温度が過剰に上昇することを抑制することができる。従って、センサの劣化を抑制することができる。
 尚、本発明において、排気昇温手段は、酸化機能を有する触媒であってもよい。酸化機能を有する触媒において排気中の未燃燃料成分が酸化されると、酸化熱によって排気が昇温される。また、本発明において、排気昇温手段は、バーナ又はヒータ等のような、外部から供給されるエネルギを用いて排気を加熱する加熱装置であってもよい。
 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、下流側排気浄化触媒及び還元剤添加弁をさらに備えてもよい。下流側排気浄化触媒は、センサより下流側の排気通路に設けられる。還元剤添加弁は、センサより下流側且つ下流側排気浄化触媒より上流側の排気通路に設けられ、排気中に還元剤を添加する。還元剤添加弁から還元剤が添加されることで、該還元剤が下流側排気浄化触媒に供給される。
 そして、上記の場合、排気通路におけるセンサが設けられた部分を車両の前後方向に対して上下方向に傾斜させ、該センサの位置が還元剤添加弁の位置よりも高くなるようにしてもよい。
 排気通路内における排気の脈動によって、還元剤添加弁から添加された還元剤が逆流する場合がある。上記構成によれば、センサの位置が還元剤添加弁の位置よりも高いため、還元剤の逆流が生じても、該還元剤がセンサまで到達し難い。そのため、センサに還元剤が付着することを抑制することができる。その結果、センサの検出値に誤差が発生することを抑制することが可能となる。
 また、排気通路におけるセンサが設けられた部分が車両の走行風を受けることで、該部分を通過する排気の冷却が促進される。そのため、下流側排気浄化触媒に流入する排気の温度上昇が抑制される。その結果、下流側排気浄化触媒の温度が過剰に上昇することを抑制することが可能となる。
 本発明によれば、排気通路に設けられたセンサの劣化を抑制することができる。
実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
 以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
 <実施例>
 図1は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。尚、図1においては、上方が重力方向の上方であり、下方が重力方向の下方である。また、図1においては、左側が車両の前方であり、右側が車両の後方である。
 内燃機関1は、車両100に搭載されたディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。内燃機関1には排気通路2が接続されている。
 排気通路2の上流部2aは、車両100の前後方向に対して略平行に延びている。排気通路2は、該上流部2aの下流で下方に屈曲している。これにより、この屈曲部分より下流側において、車両100の前後方向に対して上下方向に傾斜した排気通路2の傾斜部2bが形成されている。排気通路2は、該傾斜部2bの下流で再度屈曲している。この屈曲部分より下流側である排気通路2の下流部2cは、車両100の前後方向に対して略平行に延びている。尚、排気通路2の傾斜部2bの車両100の前後方向に対する傾斜角は90degであってもよい。
 排気通路2の上流部2aには、酸化触媒3及びパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタと称する)4が上流側から順に設けられている。フィルタ4は、排気中の粒子状物質(以下、PMと称する)を捕集する。
 排気通路2の下流部2cには、選択還元型NOx触媒5が設けられている。選択還元型NOx触媒5は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する触媒である。排気通路2の下流側の屈曲部分(傾斜部2bと下流部2cとの接続部分)には、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁6が設けられている。該尿素添加弁6は、選択還元型NOx触媒5に向かって尿素水溶液を添加する。該尿素添加弁6から尿素水溶液が添加されることで、選択還元型NOx触媒5にアンモニアが供給される。
 また、排気通路2の傾斜部2bには、排気の温度を検出する温度センサ8及び排気のNOx濃度を検出するNOxセンサ9が設けられている。これらのセンサ8,9は、車両100に搭載されたECU(図示せず)に電気的に接続されており、その出力信号が該ECUに入力される。ECUは、これらのセンサ8,9の検出値に基づいて、内燃機関1の運転状態及び尿素添加弁6からの尿素添加量等を制御する。
 ここで、内燃機関1から排出される未燃燃料成分(HC)が増加すると、該HCが酸化触媒3において酸化されて生じる熱量が増加する。その結果、酸化触媒3より下流側の排気の温度が上昇する。また、フィルタ4の温度が上昇することで、該フィルタ4に捕集されたPMが酸化されると、フィルタ4より下流側の排気の温度はさらに上昇する。フィルタ4に捕集されたPMを強制的に酸化させ除去させるべく、内燃機関1において副燃料噴射を実施することでHCの排出量を増加させるフィルタ再生制御が行われる場合もある。また、排気通路2の上流部2aにおける酸化触媒3よりも上流側に燃料(HC)を添加する燃料添加弁を設け、該燃料添加弁から排気中に燃料を添加することで、フィルタ再生制御が行われる場合もある。
 温度センサ8及びNOxセンサ9は、排気通路2におけるフィルタ4よりも下流側に設けられている。上記のように温度が上昇し高温となった排気に温度センサ8及びNOxセンサ9が晒されると、これらのセンサ8,9の劣化が進む虞がある。
 しかしながら、本実施例では、温度センサ8及びNOxセンサ9が、排気通路2の傾斜部2bに設けられている。そのため、これらのセンサ8,9が、車両100の走行風を受け易い。つまり、これらのセンサ8,9が、車両100の走行風によって冷却され易い。従って、排気通路2の上流部2aにおいて排気の温度が上昇した場合であっても、温度センサ8及びNOxセンサ9の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。その結果、温度センサ8及びNOxセンサ9の劣化を抑制することが可能となる。
 また、排気通路2の傾斜部2bでは、車両100の走行風によって、該傾斜部2bを通過する排気の冷却も促進される。そのため、選択還元型NOx触媒5に流入する排気の温度上昇が抑制される。その結果、選択還元型NOx触媒5の温度が過剰に上昇することを抑制することが可能となる。これにより、選択還元型NOx触媒5におけるNOxの還元を促進させることができ、また、選択還元型NOx触媒5の劣化を抑制することができる。
 尚、本実施例では、排気通路2の傾斜部2bを、車両100の前後方向に対して上下方向に傾斜させたが、該傾斜部2bを、車両100の前後方向に対して左右方向に傾斜させてもよい。この場合であっても、温度センサ8及びNOxセンサ9は車両の走行風を受け易くなるため、これらのセンサ8,9の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。また、この場合であっても、排気通路2の傾斜部2bを通過する排気の冷却が促進されるため、選択還元型NOx触媒5の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。
 また、本実施例に係る構成によれば、温度センサ8及びNOxセンサ9の位置が、尿素添加弁6の位置よりも高くなる。そのため、尿素添加弁6から添加された尿素水溶液が排気の脈動によって逆流した場合であっても、該尿素水溶液が温度センサ8及びNOxセンサ9まで到達し難い。従って、温度センサ8及びNOxセンサ9に尿素水溶液が付着することを抑制することができる。その結果、これらのセンサ8,9の検出値に誤差が発生することを抑制することが可能となる。
 尚、本実施例においては、酸化触媒3が、本発明に係る排気昇温手段に相当する。また、選択還元型NOx触媒5が、本発明に係る下流側排気浄化触媒に相当する。また、温度センサ8又はNOxセンサ9が、本発明に係るセンサに相当する。
 ただし、本発明は、上記のような構成以外の構成にも適用できる。例えば、本実施例においては、排気通路2の上流部2aに、酸化触媒3に代えて、バーナ又はヒータ等の、外部から供給されるエネルギを用いて排気を加熱する加熱装置を設けてもよい。本実施例によれば、これらの加熱装置によって排気が加熱されても、温度センサ8及びNOxセンサ9の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。
 また、本実施例においては、排気通路2の上流部2aに、酸化触媒3に代えて、吸蔵還元型NOx触媒等の酸化機能を有する他の触媒を設けてもよい。また、排気通路2の上流部2aには、フィルタ4に代えて吸蔵還元型NOx触媒を設けてもよい。排気通路2の上流部2aに吸蔵還元型NOx触媒が設けられた場合、該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたSOxを還元させる際に該吸蔵還元型NOx触媒が昇温される。そのため、該吸蔵還元型NOx触媒から流出する排気の温度が高くなる。本実施例によれば、このような場合でも、温度センサ8及びNOxセンサ9の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。また、排気通路2の上流部2aに、酸化触媒3を設けずに、フィルタ4に酸化機能を有する触媒を担持させてもよい。
 また、排気通路2の下流部2cには、選択還元型NOx触媒5に代えて、酸化機能を有する触媒及びフィルタ、又は、吸蔵還元型NOx触媒を設けてもよい。そして、これらの場合は、尿素添加弁6に代えて、還元剤となる燃料を添加する燃料添加弁を設けてもよい。排気通路2に燃料添加弁が設けられた場合、該燃料添加弁から添加された燃料が排気の脈動によって逆流する虞がある。本実施例によれば、このような場合でも、温度センサ8及びNOxセンサ9に燃料が付着することを抑制することができる。
 また、排気通路2の傾斜部2bには、温度センサ8又はNOxセンサ9に代えて、或いは、これらに加えて、圧力センサ又はOセンサ等の排気の状態を検出する他のセンサを設けてもよい。排気通路2の傾斜部2bに設けられるセンサがどのような種類のものであっても、上記と同様の効果を得ることができる。
1・・・内燃機関
2・・・排気通路
3・・・酸化触媒
4・・・パティキュレートフィルタ
5・・・選択還元型NOx触媒
6・・・尿素添加弁
8・・・温度センサ
9・・・NOxセンサ
100・・車両

Claims (4)

  1.  車両に搭載された内燃機関の排気浄化装置であって、
     内燃機関の排気通路に設けられ、排気を昇温する排気昇温手段と、
     前記排気昇温手段より下流側の排気通路に設けられ、排気の状態を検出するセンサと、を備え、
     排気通路における前記センサが設けられた部分が、車両の前後方向に対して傾斜している内燃機関の排気浄化装置。
  2.  前記センサより下流側の排気通路に設けられた下流側排気浄化触媒と、
     前記センサより下流側且つ前記下流側排気浄化触媒より上流側の排気通路に設けられ、排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、をさらに備え、
     排気通路における前記センサが設けられた部分が車両の前後方向に対して上下方向に傾斜しており、前記センサの位置が前記還元剤添加弁の位置よりも高くなっている請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3.  前記排気昇温手段が、酸化機能を有する触媒である請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4.  前記排気昇温手段が、外部から供給されるエネルギを用いて排気を加熱する加熱装置である請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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