JP2011122552A - 内燃機関の排出ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明は、内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、前記窒素酸化物還元装置に添加物を供給する添加物供給装置を備え、前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記窒素酸化物還元装置に添加物供給装置から供給される添加物の量を制御する添加物量制御手段を備えていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
これら尿素SCR触媒浄化装置、NOx吸蔵触媒浄化装置などを備えた排出ガス浄化装置は、排出ガスに炭化水素(軽油)、尿素などの還元剤を添加することで、選択性接触還元触媒、NOx吸蔵触媒等の窒素酸化物還元装置を還元性雰囲気としてNOxを還元除去するものである。(特許文献1〜3)
しかし、既存の技術では、N2O低減に対する方策が十分にとられていなかった。
この発明は、内燃機関の排出ガス浄化装置においては、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することを目的とする。
この内燃機関1の排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置11は、排気通路8に窒素酸化物還元装置として選択性接触還元(SCR)触媒を備えた尿素SCR浄化装置12を設け、前記尿素SCR触媒浄化装置12よりも下流側の排気通路8にアンモニアスリップ防止触媒13を設けている。尿素SCR浄化装置12は、選択性接触還元触媒に流入する排出ガスの温度を検出する排出ガス温度センサ14を設け、選択性接触還元触媒の温度を検出する選択性接触還元触媒温度センサ15を設けている。アンモニアスリップ防止触媒13は、アンモニアスリップ防止触媒温度センサ16を設けている。
なお、この排出ガス浄化装置11は、前記尿素SCR触媒浄化装置12よりも上流側の排気通路8に酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタ17を備えている。パティキュレートフィルタ17は、排出ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、捕集した粒子状物質を酸化触媒により酸化分解して捕集機能を再生する。
前記排出ガス浄化装置11は、尿素SCR触媒浄化装置12に添加物を供給する添加物供給装置として尿素供給装置18を備えている。尿素供給装置18は、尿素SCR触媒浄化装置12よりも上流側の排気通路8に還元剤の尿素を尿素噴射弁19により供給する。また、排出ガス浄化装置11は、添加物供給装置として軽油供給装置20を備えている。軽油供給装置20は、尿素SCR触媒浄化装置12よりも上流側の排気通路8に還元剤の軽油を軽油噴射弁21により供給する。
排出ガス浄化装置11は、尿素SCR触媒浄化装置12とアンモニアスリップ防止触媒13との間の排気通路8にアンモニア(NH3)濃度を検出するアンモニア検出手段22を備え、アンモニアスリップ防止触媒13の下流側の排気通路8には亜酸化窒素(N2O)濃度を検出する亜酸化窒素検出手段23を備えている。亜酸化窒素検出手段23は、例えば、IR(赤外線吸収検出)方式とし、N2Oに特有の赤外吸収波長の吸光度を測定することにより排出ガス中の亜酸化窒濃度を検出する。
制御手段24は、燃焼室2に燃料供給装置9の燃料噴射弁10から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段26と、尿素SCR触媒浄化装置12に尿素供給装置18の尿素噴射弁19から供給される添加物の尿素量を制御する添加物量制御手段である尿素量制御手段27と、尿素SCR浄化装置12に軽油供給装置20の軽油噴射弁21から供給される添加物の軽油量を制御する添加物量制御手段である軽油量制御手段28とを備えている。
前記内燃機関1は、噴射量制御手段26によって、運転状況検出手段25が検出する運転状況に応じて、燃焼室2に燃料供給装置9から供給される燃料噴射量を制御する。
この内燃機関1の排出ガス浄化装置11は、尿素量制御手段27によって、亜酸化窒素検出手段23により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、尿素SCR触媒浄化装置12に尿素供給装置18から供給される尿素量を制御する。また、排出ガス浄化装置11は、アンモニア検出手段22により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段23により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、尿素量制御手段27により尿素供給装置18による尿素の供給を停止するように制御する。さらに、排出ガス浄化装置11は、アンモニアスリップ防止触媒13の温度が設定温度以下である場合には、亜酸化窒素濃度に応じた尿素量制御手段27による尿素量制御を行わない。
内燃機関1の排出ガス浄化装置11は、内燃機関1の運転時に燃料供給装置9から燃焼室2に燃料を供給し、尿素供給装置18から還元剤としての尿素を尿素SCR触媒浄化装置12の上流側の排気通路8に供給し、また、軽油供給装置19から還元剤としての軽油を供給する。排気通路8に供給された尿素は、加水分解してアンモニアが生成される。生成されたアンモニアと排出ガスとは、尿素SCR触媒浄化装置12に導入され、選択性接触還元触媒にてアンモニアと排出ガスに含まれるNOxとが反応し、N2に還元される。選択性接触還元触媒にて反応に使われなかった余剰のアンモニアは、アンモニアスリップ防止触媒13にて酸化され、N2と水が生成され、排出(アンモニアスリップ)を防止される。
尿素供給装置18から供給される尿素量は、図2に示すように、亜酸化窒素N2O濃度に応じて制御される。排出ガス浄化装置11は、プログラムがスタートすると(A01)、排出ガス温度センサ14の検出信号などの各種信号を取り込み(A02)、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1(例えば、10ppm)未満(N2O<K1)であるかを判断する(A03)。
この判断(A03)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、尿素の噴射を停止して軽油の噴射量を制御する(A04)。その後、軽油を供給している状態において各種信号を取り込み(A05)、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1未満(N2O<K1)であるかを判断する(A06)。この判断(A06)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、軽油の噴射を停止し(A07)、プログラムをエンドにする(A09)。
一方、前記判断(A03)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合、また、前記判断(A06)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて尿素の噴射量を制御し(A08)、プログラムをエンドにする(A09)。
このように、内燃機関1の排出ガス浄化装置11は、亜酸化窒素検出手段23により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、添加物の尿素の供給を停止し、あるいは制御することにより、尿素SCR触媒触媒浄化装置12に尿素供給装置18から供給される尿素量を適切に制御することができるので、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。
図3において、排出ガス浄化装置11は、プログラムがスタートすると(B01)、排出ガス温度センサ14の検出信号などの各種信号を取り込み(B02)、アンモニアNH3濃度が設定値K2(例えば、10ppm)未満(NH3<K2)であるかを判断する(B03)。
この判断(B03)がNO(アンモニア発生量が多い)の場合は、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1(例えば、10ppm)未満(N2O<K1)であるかを判断する(B04)。この判断(B04)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、尿素の噴射を停止し(B05)、プログラムをエンドにする(B07)。なお、ステップ(B05)においては、尿素の噴射停止でなく、軽油の噴射量制御に切り換えてもよい。
一方、前記判断(B03)がYES(アンモニア発生量が少ない)の場合、また、前記判断(B04)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて尿素の噴射量を制御し(B06)、プログラムをエンドにする(B07)。
このように、内燃機関1の排出ガス浄化装置11は、アンモニア検出手段22により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段23により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、尿素量制御手段27により尿素供給装置18による尿素の供給を停止することで、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。
図4において、排出ガス浄化装置11は、プログラムがスタートすると(C01)、排出ガス温度センサ14の検出信号などの各種信号を取り込み(C02)、アンモニアスリップ防止触媒13の温度TEMP1が設定温度T1(例えば、300℃)を越えて(TEMP1>T1)いるかを判断する(C03)。
この判断(C03)がNO(アンモニアスリップ防止触媒13の温度が低い)の場合は、アンモニアNH3濃度が設定値K2(例えば、10ppm)未満(NH3<K2)であるかを判断する(C04)。この判断(C04)がNO(アンモニア発生量が多い)の場合は、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1(例えば、10ppm)未満(N2O<K1)であるかを判断する(C05)。この判断(C05)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、尿素の噴射を停止し(C06)、プログラムをエンドにする(C08)。
一方、前記判断(C03)がYES(アンモニアスリップ防止触媒13の温度が高い)の場合、前記判断(C04)がYES(アンモニア発生量が少ない)の場合、また、前記判断(C05)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて尿素の噴射量を制御し(C07)、プログラムをエンドにする(C08)。
このように、内燃機関1の排出ガス浄化装置11は、アンモニアスリップ防止触媒13の温度が設定温度を越える場合は亜酸化窒素が発生しにくいため、尿素の供給を停止せずに尿素量制御を行い、アンモニアスリップ防止触媒13の温度が設定温度以下である場合には、尿素の供給を停止して亜酸化窒素濃度に応じた尿素量制御手段27による尿素量制御を行わないので、亜酸化窒素濃度に応じた専用の制御を行う必要がなく、適正な制御を行うことができる。
この内燃機関101の排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置111は、排気通路108に窒素酸化物還元装置としてNOx吸蔵触媒を備えたNOx吸蔵触媒浄化装置112を設け、前記NOx吸蔵触媒浄化装置112よりも下流側の排気通路108にアンモニアスリップ防止触媒113を設けている。NOx吸蔵触媒浄化装置112は、NOx吸蔵触媒に流入する排出ガスの温度を検出する排出ガス温度センサ114を設け、NOx吸蔵触媒の温度を検出するNOx吸蔵触媒温度センサ115を設けている。アンモニアスリップ防止触媒113は、アンモニアスリップ防止触媒温度センサ116を設けている。
なお、この排出ガス浄化装置111は、前記NOx吸蔵触媒浄化装置112よりも上流側の排気通路108に酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタ117を備えている。パティキュレートフィルタ117は、排出ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、捕集した粒子状物質を酸化触媒により酸化分解して捕集機能を再生する。
前記排出ガス浄化装置111は、NOx吸蔵触媒浄化装置112に添加物を供給する添加物供給装置として尿素供給装置118を備えている。尿素供給装置118は、NOx吸蔵触媒浄化装置112よりも上流側の排気通路108に還元剤の尿素を尿素噴射弁119により供給する。また、排出ガス浄化装置111は、添加物供給装置として軽油供給装置120を備えている。軽油供給装置120は、NOx吸蔵触媒浄化装置112よりも上流側の排気通路108に還元剤の軽油を軽油噴射弁121により供給する。
排出ガス浄化装置111は、NOx吸蔵触媒浄化装置112とアンモニアスリップ防止触媒113との間の排気通路108にアンモニア(NH3)濃度を検出するアンモニア検出手段122を備え、アンモニアスリップ防止触媒113の下流側の排気通路108には亜酸化窒素(N2O)濃度を検出する亜酸化窒素検出手段123を備えている。亜酸化窒素検出手段123は、例えば、IR(赤外線吸収検出)方式とし、N2Oに特有の赤外吸収波長の吸光度を測定することにより排出ガス中の亜酸化窒濃度を検出する。
制御手段124は、燃焼室102に燃料供給装置109の燃料噴射弁110から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段126と、NOx吸蔵触媒浄化装置112に尿素供給装置118の尿素噴射弁119から供給される添加物の尿素量を制御する添加物量制御手段である尿素量制御手段127と、NOx吸蔵触媒浄化装置112に軽油供給装置120の軽油噴射弁121から供給される添加物の軽油量を制御する添加物量制御手段である軽油量制御手段128とを備えている。
前記内燃機関101は、噴射量制御手段126によって、運転状況検出手段125が検出する運転状況に応じて、燃焼室102に燃料供給装置109から供給される燃料噴射量を制御する。
この内燃機関101の排出ガス浄化装置111は、噴射量制御手段126によって、亜酸化窒素検出手段123により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、燃焼室102に燃料供給装置109から供給される燃料の噴射量を制御する。また、排出ガス浄化装置111は、アンモニア検出手段122により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段123により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、噴射量制御手段126により燃料供給装置109による燃料噴射を停止する。さらに、排出ガス浄化装置111は、NOx吸蔵触媒浄化装置112のNOx吸蔵触媒の温度が設定温度以下である場合には、亜酸化窒素濃度に応じた燃料噴射制御手段126による燃料噴射量制御を行わない。
内燃機関101の排出ガス浄化装置111は、内燃機関101の運転時に燃料供給装置109から燃焼室102に燃料を供給し、尿素供給装置118から還元剤としての尿素をNOx吸蔵触媒浄化装置112の上流側の排気通路108に供給し、また、軽油供給装置119から還元剤としての軽油を供給する。尿素から生成されたアンモニアと排出ガスとは、NOx吸蔵触媒浄化装置112に導入され、NOx吸蔵触媒にてアンモニアと排出ガスに含まれるNOxとが反応し、N2に還元される。反応に使われなかった余剰のアンモニアは、アンモニアスリップ防止触媒113にて酸化され、N2と水が生成され、排出(アンモニアスリップ)を防止される。
燃料供給装置109から供給される燃料噴射量は、図6に示すように、亜酸化窒素濃度に応じて制御される。排出ガス浄化装置111は、プログラムがスタートすると(D01)、排出ガス温度センサ114の検出信号などの各種信号を取り込み(D02)、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1(例えば、10ppm)未満(N2O<K1)であるかを判断する(D03)。
この判断(D03)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、燃料噴射を停止(リッチスパイク停止)し(D04)、プログラムをエンドにする(D06)。この判断(D03)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて燃料噴射量の制御(リッチスパイク制御)を行い(D05)、プログラムをエンドにする(D06)。
このように、内燃機関101の排出ガス浄化装置111は、亜酸化窒素検出手段123により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、燃料噴射を停止し、あるいは制御することにより、燃焼室102に燃料供給装置109から供給される燃料噴射量を適切に制御することができるので、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。
図7において、排出ガス浄化装置111は、プログラムがスタートすると(E01)、排出ガス温度センサ114の検出信号などの各種信号を取り込み(E02)、アンモニアNH3濃度が設定値K2(例えば、10ppm)未満(NH3<K2)であるかを判断する(E03)。
この判断(E03)がNO(アンモニア発生量が多い)の場合は、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1(例えば、10ppm)未満(N2O<K1)であるかを判断する(E04)。この判断(E04)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、燃料噴射を停止(リッチスパイク停止)し(E05)、プログラムをエンドにする(E07)。
一方、前記判断(E03)がYES(アンモニア発生量が少ない)の場合、また、前記判断(E04)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて燃料噴射量を制御(リッチスパイク制御)し(E06)、プログラムをエンドにする(E07)。
このように、内燃機関101の排出ガス浄化装置111は、アンモニア検出手段122により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段123により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、噴射量制御手段126により、燃料供給装置109による燃料噴射を停止することで、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。
図8において、排出ガス浄化装置111は、プログラムがスタートすると(F01)、排出ガス温度センサ114の検出信号などの各種信号を取り込み(F02)、NOx吸蔵触媒浄化装置112のNOx吸蔵触媒の温度TEMP2が設定温度T2(例えば、400℃)を越えて(TEMP2>T2)いるかを判断する(F03)。
この判断(F03)がNO(NOx吸蔵触媒浄化装置112の温度が低い)の場合は、アンモニアNH3濃度が設定値K2(例えば、10ppm)未満(NH3<K2)であるかを判断する(F04)。この判断(F04)がNO(アンモニア発生量が多い)の場合は、亜酸化窒素N2O濃度が設定値K1(例えば、10ppm)未満(N2O<K1)であるかを判断する(F05)。この判断(F05)がNO(亜酸化窒素発生量が多い)の場合は、燃料噴射を停止(リッチスパイク停止)し(F06)、プログラムをエンドにする(F08)。
一方、前記判断(F03)がYES(NOx吸蔵触媒浄化装置112の温度が高い)の場合、前記判断(F04)がYES(アンモニア発生量が少ない)の場合、また、前記判断(F05)がYES(亜酸化窒素発生量が少ない)の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて燃料噴射量を制御(リッチスパイク制御)し(F07)、プログラムをエンドにする(F08)。
このように、内燃機関101の排出ガス浄化装置111は、NOx吸蔵触媒浄化装置112の温度が設定温度を越える場合は亜酸化窒素N2Oが発生しにくいため、燃料噴射を停止せずに燃料噴射量制御を行い、NOx吸蔵触媒浄化装置112の温度が設定温度以下である場合には、燃料噴射を停止して亜酸化窒素濃度に応じた噴射量制御手段126による燃料噴射量制御を行わないので、亜酸化窒素濃度に応じた専用の制御を行う必要がなく、適正な制御を行うことができる。
この内燃機関201の排出ガス浄化装置211は、排気通路208に窒素酸化物還元装置としてNOx吸蔵触媒を備えたNOx吸蔵触媒浄化装置212を設けている。NOx吸蔵触媒浄化装置212は、NOx吸蔵触媒に流入する排出ガスの温度を検出する排出ガス温度センサ213を設け、NOx吸蔵触媒の温度を検出するNOx吸蔵触媒温度センサ214を設けている。
なお、この排出ガス浄化装置211は、前記NOx吸蔵触媒浄化装置212よりも上流側の排気通路208に酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタ215を備えている。パティキュレートフィルタ215は、排出ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、捕集した粒子状物質を酸化触媒により酸化分解して捕集機能を再生する。
前記排出ガス浄化装置211は、NOx吸蔵触媒浄化装置212に添加物を供給する添加物供給装置として軽油供給装置216を備えている。軽油供給装置216は、パティキュレートフィルタ215よりも上流側の排気通路208に還元剤の軽油を軽油噴射弁217により供給する。
排出ガス浄化装置211は、NOx吸蔵触媒浄化装置212の上流側の排気通路208にアンモニア(NH3)濃度を検出するアンモニア検出手段218を備え、NOx吸蔵触媒浄化装置212の下流側の排気通路208には亜酸化窒素(N2O)濃度を検出する亜酸化窒素検出手段219を備えている。亜酸化窒素検出手段219は、例えば、IR(赤外線吸収検出)方式とし、N2Oに特有の赤外吸収波長の吸光度を測定することにより排出ガス中の亜酸化窒素濃度を検出する。
前記内燃機関201は、噴射量制御手段222によって、運転状況検出手段221が検出する運転状況に応じて、燃焼室202に燃料供給装置209から供給される燃料噴射量を制御する。
この内燃機関201の排出ガス浄化装置211は、噴射量制御手段222によって、亜酸化窒素検出手段219により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、燃焼室202に燃料供給装置209から供給される燃料の噴射量を制御する。また、排出ガス浄化装置211は、アンモニア検出手段218により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段219により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、噴射量制御手段222により燃料噴射装置209による燃料噴射を停止する。さらに、排出ガス浄化装置211は、NOx吸蔵触媒浄化装置212のNOx吸蔵触媒の温度が設定温度以下である場合には、亜酸化窒素濃度に応じた燃料噴射制御手段222による燃料噴射量制御を行わない。
2 燃焼室
5 吸気通路
8 排気通路
9 燃料供給装置
10 燃料噴射弁
11 排出ガス浄化装置
12 尿素SCR浄化装置
13 アンモニアスリップ防止触媒
14 排出ガス温度センサ
15 アンモニアスリップ防止触媒温度センサ
18 尿素供給装置
19 尿素噴射弁
20 軽油供給装置
21 軽油噴射弁
22 アンモニア検出手段
23 亜酸化窒素検出手段
24 制御手段
25 運転状況検出手段
26 噴射量制御手段
27 尿素量制御手段
28 軽油量制御手段
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、
前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
前記窒素酸化物還元装置に添加物を供給する添加物供給装置を備え、
前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、
前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、
前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記窒素酸化物還元装置に添加物供給装置から供給される添加物の量を制御する添加物量制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。 - 内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、
前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
前記内燃機関の燃焼室に燃料を噴射供給する燃料供給装置を備え、
前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、
前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、
前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記燃焼室に燃料供給装置から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。 - 前記アンモニア検出手段により検出されたアンモニア濃度と、前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、前記添加物量制御手段により添加物の供給を停止する、あるいは前記噴射量制御手段により燃料噴射を停止することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
- 前記アンモニアスリップ防止触媒の温度が設定温度以下である場合には、前記亜酸化窒素濃度に応じた添加物量制御手段による添加物量制御を行わないこと、あるいは前記窒素酸化物還元装置の温度が設定温度以下である場合には、前記亜酸化窒素濃度に応じた噴射量制御手段による燃料噴射量制御を行わないことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
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