(57)【要約】【課題】噴射指令期間指示値と噴射量が一対一に対応しており、データ量を抑制することができ、さらに、排気中のＨＣ低減を図ることのできる噴射指令期間−噴射量マップを提供することを課題とする。【解決手段】噴射指令期間−噴射量マップは、少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップである。噴射指令期間−噴射量マップには、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップの作成方法であって、
実測噴射指令期間−噴射量特性線図を描き、当該実測噴射指令期間−噴射量特性線図に基づいて基本噴射指令期間−噴射量マップを取得する工程と、
前記実測噴射指令期間−噴射量特性線図において同一の噴射量が複数観測される噴射指令期間−噴射量特性領域内からクライテリア噴射量を決定する工程と、
当該クライテリア噴射量に対応する噴射指令期間指示値の最小値と最大値の間の噴射指令期間指示値を前記基本噴射指令期間−噴射量マップから消去し、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とを形成する工程を含むことを特徴とした噴射指令期間−噴射量マップ作成方法。
【請求項２】
少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップの作成方法であって、
実測噴射指令期間−噴射量特性線図を描き、当該実測噴射指令期間−噴射量特性線図に基づいて基本噴射指令期間−噴射量マップを取得する工程と、
上昇した前記アウタニードルが前記掛合部に接触する噴射指令期間指示値からインナニードルが上昇を開始するまでの噴射指令期間指示値を前記基本噴射指令期間−噴射量マップから消去し、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とを形成する工程を含むことを特徴とした噴射指令期間−噴射量マップ作成方法。
【請求項３】
請求項１記載の噴射指令期間−噴射量マップ作成方法において、
前記短噴射指令期間領域の最大噴射量と、前記長噴射指令期間領域の最小噴射量との関係を前記最大噴射量＞前記最小噴射量となるように設定する工程を含むことを特徴とした噴射指令期間−噴射量マップ作成方法。
【請求項４】
少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップであって、
短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とが形成されたことを特徴とする噴射指令期間−噴射量マップ。
【請求項５】
請求項４記載の噴射指令期間−噴射量マップにおいて、
前記短噴射指令期間領域の最大噴射量と、前記長噴射指令期間領域の最小噴射量との関係が前記最大噴射量＞前記最小噴射量であることを特徴とする噴射指令期間−噴射量マップ。
【請求項６】
少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁に対し、請求項４又は５記載の噴射指令期間−噴射量マップに基づいて燃料噴射指令を行うことを特徴とした燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば直接筒内に燃料を噴射する内燃機関（以下、エンジンという）に用いる燃料噴射弁、特にインナニードルとアウタニードルとを備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップの作成方法、噴射指令期間−噴射量マップ及び燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、ディーゼルエンジン等において、排気ガス中に含まれる有害成分を低減する一方でエンジンの高出力化に対応できる燃料噴射弁の提案がされている。このような燃料噴射弁としては、例えば、特許文献１に開示された燃料噴射弁がある。特許文献１には、先行してリフトするアウタニードルが所定量リフトすると、このアウタニードルが後発してリフトするインナニードルを持ち上げてリフトさせる係止機構部を有した燃料噴射弁が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４１３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたような燃料噴射弁は、以下のような問題点を有する。燃料噴射弁は、運転状況に応じた必要な燃料噴射量を確保すべく噴孔の開放時間を決定するが、アウタニードルのリフト量によってはこの開放時間が逆転してしまうことがある。このような開放時間の逆転現象について図９を参照しつつ説明する。アウタニードルのリフト量は必要とされる燃料噴射量が多いほど多くなる。従って、アウタニードルの作動により変化する燃料噴射量の最大量を得ようとする場合はアウタニードルをフルリフトさせることとなる。このようにアウタニードルをフルリフトさせるときのニードルリフト量と噴孔開放時間は、図９中、ｆで示した関係を示す。ところが、図９中、ｈで示すようにアウタニードルをフルリフトさせていないにもかかわらず、噴孔が開放されている時間が長くなり、燃料噴射量が多くなってしまうことがある。これはフルリフト状態から噴射指令が解除され、閉弁方向へ動き始めるアウタニードルは、それまで係止機構部に係止されていることから即座に閉弁方向への移動に移行するのに対し、フルリフト状態まで至っていない状態から噴射指令が解除されると、アウタニードルはその慣性力によって即座に閉弁方向への移動を開始することができず、結果として完全に閉弁するまでの時間がフルリフト状態から閉弁するときと比較しても長時間となってしまうことに起因する。
【０００５】
このような現象に起因して噴射指令期間指示値と燃料の噴射量とが一対一とならないことが懸念される。従来、燃料噴射弁の噴射指令期間は、以下のように取り扱われている。すなわち、図１０に示すようにエンジンに装着されたセンサから取得したエンジン回転数、アクセル開度から必要となる燃料の噴射量、噴射圧を算出し、これらの値から噴射指令期間（τ）が決定され、この決定された噴射指令期間指示値に基づいて燃料噴射弁を開弁させる。ところが、アウタニードルがインナニードルと掛合する前後における前記のような噴射孔の開放時間の逆転現象により、図１１中、破線で示した噴射指令期間指示値と実噴射量の関係から明らかなように、噴射指令期間指示値が大きくなっているにもかかわらず、燃料の噴射量が減少し、同一の噴射量を得るための噴射指令期間指示値が複数得られる状態となることがある。
【０００６】
しかし、燃料噴射制御を行うためのマップは、噴射指令期間指示値と噴射量とが一対一であることが求められる。このため、図１１に実線で示すように実際の噴射量の増減が生じる範囲で一対一となるように数値を定めて補完したマップを作成し、これに基づいた噴射制御を行うことが考えられる。ところが、このように図１１に実線で示すようなマップでは実際の噴射特性とは異なる箇所が不可避的に生じ、要求噴射量と実噴射量とが異なることが懸念される。また、一対一の対応を確保するために噴射量の刻みを細かくしていくとマップを構成するデータ容量が増大してしまう問題もある。
【０００７】
さらに、アウタニードルが上昇して係止機構部に接触している状態となると、その影響を受けてインナニードルのシート面圧が低下し、燃料リークするおそれがある。燃料がリークすると排気ガスに混入して大気放出され、排気中のＨＣ（炭化水素）増加の一因ともなる。
【０００８】
そこで、本発明は、噴射指令期間指示値と噴射量が一対一に対応しており、データ量を抑制することができ、さらに、排気中のＨＣ低減を図ることのできる噴射指令期間−噴射量マップ、その作成方法、さらには燃料噴射制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するための、本発明の噴射指令期間−噴射量マップは、少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップであって、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とが形成されたことを特徴とする（請求項４）。このような噴射指令期間−噴射量マップは、データ容量を抑制しつつ、噴射指令期間と噴射量とが一対一に対応するマップとすることができる。
【００１０】
このような噴射指令期間−噴射量マップは、例えば、以下のような方法により作成することができる。すなわち、実測噴射指令期間−噴射量特性線図を描き、当該実測噴射指令期間−噴射量特性線図に基づいて基本噴射指令期間−噴射量マップを取得する工程と、前記実測噴射指令期間−噴射量特性線図において同一の噴射量が複数観測される噴射指令期間−噴射量特性領域内からクライテリア噴射量を決定する工程と、当該クライテリア噴射量に対応する噴射指令期間指示値の最小値と最大値の間の噴射指令期間指示値を前記基本噴射指令期間−噴射量マップから消去し、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とを形成する工程を含むことを特徴とした噴射指令期間−噴射量マップ作成方法により作成することができる（請求項１）。ここで、実測噴射指令期間−噴射量特性線図は、実際に用いる燃料噴射弁に対し種々の噴射指令期間指示値を指令してこれに対応する噴射量を測定することによって得ることができる。基本噴射指令期間−噴射量マップは、このようにして得られた実測噴射指令期間−噴射量特性線図上の値をサンプリングすることによって取得することができる。クライテリア噴射量は、前記実測噴射指令期間−噴射量特性線図において同一の噴射量が複数観測される噴射指令期間−噴射量特性領域内から適宜決定することができる。この際、エンジンの運転特性等を考慮することができる。
【００１１】
また、前記のような噴射指令期間−噴射量マップは、例えば、以下のような方法によっても作成することができる。すなわち、実測噴射指令期間−噴射量特性線図を描き、当該実測噴射指令期間−噴射量特性線図に基づいて基本噴射指令期間−噴射量マップを取得する工程と、上昇した前記アウタニードルが前記掛合部に接触する噴射指令期間指示値からインナニードルが上昇を開始するまでの噴射指令期間指示値を前記基本噴射指令期間−噴射量マップから消去し、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とを形成する工程を含むことを特徴とした噴射指令期間−噴射量マップ作成方法により作成することができる（請求項２）。上昇した前記アウタニードルが前記掛合部に接触してからインナニードルが上昇を開始するまでの期間はインナニードルのシート面圧が低下し、燃料リークするおそれがある。そこで、この期間に相当する噴射指令期間指示値を基本噴射指令期間−噴射量マップから消去することによって燃料リークを抑制できるマップを取得することができる。
【００１２】
さらに、このような噴射指令期間−噴射量マップ作成方法において、前記短噴射指令期間領域の最大噴射量と、前記長噴射指令期間領域の最小噴射量との関係を前記最大噴射量＞前記最小噴射量となるように設定する工程を加えることもできる（請求項３）。例えば、このような工程を経て得られる噴射指令期間−噴射量マップ、すなわち、前記短噴射指令期間領域の最大噴射量と、前記長噴射指令期間領域の最小噴射量との関係が前記最大噴射量＞前記最小噴射量である噴射指令期間−噴射量マップ（請求項５）とすれば、短噴射指令期間領域、長噴射指令期間領域相互間でヒステリシスを形成することができ、噴射指令期間の大幅な変化を緩和することができる。例えば、前記短噴射指令期間領域の最大噴射量を前記クライテリア噴射量よりも増加させ、前記長指令噴射期間領域の最小噴射量を前記クライテリア噴射量よりも減少させることによって噴射指令期間−噴射量マップを作成することができる。このようにして得られた噴射指令期間−噴射量マップを用いれば、クライテリア噴射両付近で噴射期間が大きく変わることを回避することができ、例えば、噴射管系の圧力脈動を低減し、パイロット噴射特性等への影響を緩和することができる。
【００１３】
本発明の燃料噴射制御装置は、少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁に対し、前記のような噴射指令期間−噴射量マップに基づいて燃料噴射指令を行うことを特徴としている（請求項６）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくともノズルボディの先端部に上流側と下流側とにずらして配置した複数の噴孔と、上流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断するアウタニードルと、下流側に配置した前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、上昇したアウタニードルとの掛合部を有するインナニードルと、を備えた燃料噴射弁の噴射制御に用いる噴射指令期間−噴射量マップを、短噴射指令期間領域と長噴射指令期間領域とが形成されたマップとしたので、噴射指令期間指示値と噴射量が一対一に対応したマップのデータ量を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、図１を参照しつつ本発明の燃料噴射制御装置１によって噴射制御がされる燃料噴射弁２の概略構成を説明する。図１は、燃料噴射弁２の先端部分を拡大し、断面として示した模式図である。燃料噴射弁２は、図示しないエンジンの気筒毎に装着され、エンジンの燃焼室内に向けて燃料を噴射するようになっている。このような燃料噴射弁２には燃料噴射ポンプ３によって圧送された燃料がコモンレール４を介して供給される。また、燃料噴射弁２の開閉は、燃料噴射制御装置１からの指令によって図示しないソレノイドを駆動することによって行われる。
【００１７】
燃料噴射弁２は、ノズルボディ５の先端部５ａに上流側と下流側とにずらして配置した噴孔、すなわち、上流側の第一噴孔６と、その下流側の第二噴孔７とを備えている。ノズルボディ５の内部には第一噴孔６からの燃料噴射を遮断するアウタニードル８が上下動可能に内装されている。このアウタニードル８は中空となっており、内部にインナニードル９が装着されている。このインナニードル９は、第二噴孔７からの燃料噴射を遮断する。インナニードル９には上昇したアウタニードル８の上端が掛合する鍔状の掛合部９ａが形成されている。
【００１８】
このような構成の燃料噴射弁２は、前記のように燃料噴射制御装置１からの噴射指令によってインナニードル８、アウタニードル９が作動し、燃料の噴射が行われる。図１中、（ａ）で示した部分（図１中、左側）は、第一噴孔６のみが開放された状態を示している。また、図１中、（ｂ）で示した部分（図１中、右側）は、第一噴孔６及び第二噴孔７が開放されている状態を示している。ここで、燃料噴射制御装置１内には噴射指令期間−噴射量マップが格納されており、燃料噴射弁２の噴射制御はこの噴射指令期間−噴射量マップに基づいて行われる。図２は、噴射指令期間−噴射量マップをプロットしたグラフである。図２に示すように噴射指令期間−噴射量マップは、短噴射指令期間領域Ｓと長噴射指令期間領域Ｌとが形成されている。このような噴射指令期間−噴射量マップでは、噴射指令期間と噴射量とは一対一の関係となっており、エンジン回転数、アクセル開度から算出される燃料の噴射量が決定されると、それに対応する噴射指令指示値が得られる。燃料噴射制御装置１は、得られた噴射指令指示値に従って燃料噴射弁２に対する噴射指令を行う。
なお、燃料噴射弁２は、ソレノイドに代えてピエゾ素子を備えた構成としてもよい。
【００１９】
次に、このような噴射指令期間−噴射量マップの作成方法について説明する。
噴射指令期間−噴射量マップを作成するためには、まず、燃料噴射弁２を用いた燃料噴射実験により実測噴射指令期間−噴射量特性線図を取得する。図３は、この実測噴射指令期間−噴射量特性線図を示している。この実測噴射指令期間−噴射量特性線図上の複数の点を選択することによって基本噴射指令期間−噴射量マップを取得することができる。
【００２０】
次に、図３に示す実測噴射指令期間−噴射量特性線図において同一の噴射量が複数観測される噴射指令期間−噴射量特性領域Ｔ内からクライテリア噴射量Ｑｃを決定する。ここで、領域Ｔは図３に示すように実測噴射指令期間−噴射量特性線図中で上向き凸部の頂点ａ点から下向き凸部の頂点ｂ点の間である。このような領域Ｔでは、同一の噴射量を実現することができる噴射指令期間指示値が複数みられる。例えば、領域Ｔ内の噴射量Ｑ１を得ることのできる噴射指令期間指示値として、τ１、τ２、τ３の三つの値を得ることができる。
このような領域Ｔ内からクライテリア噴射量Ｑｃを決定する。このクライテリア噴射量Ｑｃは領域Ｔ内であればどこに設定してもよいが、通常、エンジンの運転特性や、チューニングによって適宜選択する。このようにしてクライテリア噴射量Ｑｃを決定し、図４に示すように基本噴射指令期間−噴射量マップに当てはめると、点Ｓ２と点Ｌ１とが定まる。
【００２１】
この点Ｓ２と点Ｌ１は、それぞれクライテリア噴射量Ｑｃに対応する噴射指令期間指示値の最小値と最大値となる。図５に示すように、このような点の間の噴射指令期間指示値はマップ作成に使用しない領域となる。そこで、この領域を基本噴射指令期間−噴射量マップから消去すれば、点Ｓ１から点Ｓ２で表現される短噴射指令期間領域Ｓと、点Ｌ１から点Ｌ２で表現される点長噴射指令期間領域Ｌとが形成される。以上のような工程を経ることにより、図２に示す噴射指令期間−噴射量マップを得ることができる。なお、点Ｌ２は、インナニードル９がフルリフトしない範囲に設定されている。これは、インナニードル９がフルリフトしたときと、フルリフトする前とで燃料の噴射量の逆転が生じないようにするためである。
【００２２】
以上の工程を得ることにより、図２に示した噴射量と噴射指令期間指示値とが一対一に対応した噴射指令期間−噴射量マップを得ることができる。このような噴射指令期間−噴射量マップは、データ容量の軽減が達成されている。
【００２３】
図２に示したような噴射指令期間−噴射量マップは、さらに、短噴射指令期間領域Ｓの最大噴射量と、長噴射指令期間領域Ｌの最小噴射量との関係を最大噴射量＞最小噴射量となるように設定し、図６に示すような噴射指令期間−噴射量マップとすることができる。すなわち、短噴射指令期間領域Ｓの上端点であるＳ２をＳ２’まで上方へ延長して新たに短噴射指令期間領域Ｓ’を形成し、長噴射指令期間領域Ｌの下端点であるＬ１をＬ１’まで下方へ延長して新たに長噴射指令期間領域Ｌ’を形成した噴射指令期間−噴射量マップを得ることができる。このように短噴射指令期間領域Ｓ’から長噴射指令期間領域Ｌ’へ移行するときにはＳ２’から移行させるようにし、長噴射指令期間領域Ｌ’から短噴射指令期間領域Ｓ’へ移行するときにはＬ１’から移行させるようにヒステリシスを形成することにより、クライテリア噴射量Ｑｃ付近での頻繁な噴射指令期間の大幅な変更を回避することができる。これにより、噴射期間が大きく変わることに起因する噴射管系の圧力脈動の変動を抑制することができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２では、実施例１で説明したマップ作成方法とは異なるマップ作成方法について説明する。このマップ作成方法は、上昇したアウタニードル８が掛合部９ａに接触してからインナニードル９が上昇を開始するまでの期間はインナニードル８のシート面圧が低下し、燃料リークするおそれがあることから、この期間に相当する噴射指令期間指示値を基本噴射指令期間−噴射量マップから消去することによって燃料リークを抑制できるマップを取得するものである。
【００２５】
まず、基本噴射指令期間−噴射量マップを取得するが、この工程は実施例１の場合と同様である。次に、上昇したアウタニードル８が掛合部９ａに接触する噴射指令期間指示値からインナニードル８が上昇を開始するまでの噴射指令期間指示値を特定する。上昇したアウタニードル８が掛合部９ａに接触してからインナニードル８が上昇を開始するまで間は、インナニードル８の面圧が低下し、ＨＣが発生し易い。このため燃料噴射弁２を用いた燃焼実験において、排気ガス中の成分を分析し、図７に示すようなＨＣが多量に発生している領域Ａを特定し、この領域Ａ内の噴射指令期間指示値（Ａ１〜Ａ２）を上昇したアウタニードル８が掛合部９ａに接触する噴射指令期間指示値からインナニードル８が上昇を開始するまでの噴射指令期間指示値とする。
【００２６】
このような領域Ａ内の噴射指令期間指示値（Ａ１〜Ａ２）を前記基本噴射指令期間−噴射量マップから消去すれば、図８に示すように短噴射指令期間領域Ｓと長噴射指令期間領域Ｌとが形成された噴射指令期間−噴射量マップを得ることができる。このようにして得られた噴射指令期間−噴射量マップを用い燃料噴射を行うことによりインナニードル８の面圧低下によるＨＣ発生を抑制することができるのでＨＣの発生を低減することができる。なお、このような噴射指令期間−噴射量マップは、図２に示した実施例１における噴射指令期間−噴射量マップと比較すると、短噴射指令期間領域Ｓと長噴射指令期間領域Ｌがわずかに相違している。
【００２７】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の燃料噴射制御装置によって噴射制御がされる燃料噴射弁の概略構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の噴射指令期間−噴射量マップをプロットして描いた噴射指令期間−噴射量線図である。
【図３】実施例１の噴射指令期間−噴射量マップの作成工程を説明する図である。
【図４】同じく、実施例１の噴射指令期間−噴射量マップの作成工程を説明する図である。
【図５】実施例１の噴射指令期間−噴射量マップの説明図である。
【図６】他の実施例の噴射指令期間−噴射量マップをプロットして描いた噴射指令期間−噴射量線図である。
【図７】ＨＣ発生領域Ａの説明図である。
【図８】実施例２の噴射指令期間−噴射量マップをプロットして描いた噴射指令期間−噴射量線図である。
【図９】従来における噴孔開放時間の逆転現象の説明図である。
【図１０】従来の噴射指令期間の決定方法の説明図である。
【図１１】従来の方法で補完した噴射指令期間−噴射量マップの説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料噴射制御装置
２  燃料噴射弁
３  燃料噴射ポンプ
４  コモンレール
５  ノズルボディ
６  第一噴孔
７  第二噴孔
８  アウタニードル
９  インナニードル
９ａ  掛合部
Ｓ、Ｓ’  短噴射指令期間領域
Ｌ、Ｌ’  長噴射指令期間領域
【図１】
2008115704.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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