(57)【要約】【課題】排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、触媒未活性時には確実に水素を使用することができるようにする。【解決手段】燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置は、エンジンの排気通路に備えられた排気浄化触媒が活性状態にあるか否かを検出する（Ｓ３）活性状態検出手段と、水素の残量を検出する（Ｓ８）水素残量検出手段と、前記手段で触媒が活性状態にないと検出された場合に、前記手段で検出された水素の残量が所定の残量よりも多いときは水素を使用し（Ｓ９）、少ないときはガソリンと水素との混合物を使用する（Ｓ１０）燃料選択手段とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、
エンジンの排気通路に備えられた排気浄化触媒が活性状態にあるか否かを検出する活性状態検出手段と、
水素の残量を検出する水素残量検出手段と、
前記活性状態検出手段で排気浄化触媒が活性状態にないと検出された場合に、前記水素残量検出手段で検出された水素の残量が所定の残量よりも多いときは、燃料として水素を使用し、少ないときは、燃料としてガソリンと水素との混合物を使用する燃料選択手段とを有していることを特徴とするデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、
前記車両は、エンジンにより駆動されて電力を発生する発電機と、この発電機で発生された電力を蓄える電池と、この電池及び／又は前記発電機から電力の供給を受けて駆動力を出力する車両の動力源としての電動機とを有していることを特徴とするデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、
車両から最寄の水素供給設備までの距離を検出する距離検出手段と、
この距離検出手段で検出された距離が短いほど、前記所定の残量を小さくする変更手段とをさらに有していることを特徴とするデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、
前記水素残量検出手段で検出された水素の残量が少ないほど、ガソリンと水素との混合物中の水素の割合を少なくする補正手段をさらに有していることを特徴とするデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料として２種類の燃料を使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置に関し、排気エミッションの向上を図る燃焼機関の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地球環境保護の観点からガソリン等の液体燃料と水素等の気体燃料とを切り替えて使用することが可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両が知られている。そして、従来、冷間始動時の未燃ガスの排出を抑制するため、エンジンの排気通路に備えられた排気浄化触媒が活性状態となるまでは気体燃料を使用し、活性状態となったのちは液体燃料を使用するという技術がある（例えば特許文献１参照）。また、ガソリンに水素を加えて希薄燃焼させることにより燃焼温度を低下させ、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図るという技術もある（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１３３９４（段落０００８，００１１）
【特許文献２】特開２００４−１１６３９８（段落０００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前者の技術の場合、排気浄化触媒が未活性状態の間は液体燃料を使用しないので、たとえ排気浄化触媒が未活性状態であっても、エンジンの吸気通路の内面に付着した液体燃料が未燃のまま大気に排出されるという不具合が抑制される。しかし、ガソリンを燃料として使用したときの排気ガス温度に比べて、水素を燃料として使用したときの排気ガス温度が低いため、触媒が排気ガスで昇温されて活性状態となるまでの時間が、水素を使用したときはガソリンを使用したときよりも長くなってしまう。その結果、水素の消費量が多くなりがちとなる。
【０００５】
一方、水素の残量が少なくなってきたら、水素の消費はなるべく抑制することが望ましい。そうしないと、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量が確保できなくなる可能性があるからである。特に、水素の供給設備（水素スタンド）は、ガソリンの供給設備（ガソリンスタンド）等と比べると、まだ数が少ないのが現状である。そのため、水素を補給できる機会がガソリン等と比べると多くないから、水素の残量が減ってきたときに水素消費量をなるべく抑制することの重要性はなおさら大きいものである。
【０００６】
本発明は、燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両における前記不具合に対処するもので、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、触媒未活性時には確実に水素を使用することができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、エンジンの排気通路に備えられた排気浄化触媒が活性状態にあるか否かを検出する活性状態検出手段と、水素の残量を検出する水素残量検出手段と、前記活性状態検出手段で排気浄化触媒が活性状態にないと検出された場合に、前記水素残量検出手段で検出された水素の残量が所定の残量よりも多いときは、燃料として水素を使用し、少ないときは、燃料としてガソリンと水素との混合物を使用する燃料選択手段とを有していることを特徴とする。
【０００８】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、前記車両は、エンジンにより駆動されて電力を発生する発電機と、この発電機で発生された電力を蓄える電池と、この電池及び／又は前記発電機から電力の供給を受けて駆動力を出力する車両の動力源としての電動機とを有していることを特徴とする。
【０００９】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、車両から最寄の水素供給設備までの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段で検出された距離が短いほど、前記所定の残量を小さくする変更手段とをさらに有していることを特徴とする。
【００１０】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジンを備えた車両の制御装置であって、前記水素残量検出手段で検出された水素の残量が少ないほど、ガソリンと水素との混合物中の水素の割合を少なくする補正手段をさらに有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
まず、請求項１に記載の発明によれば、燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両において、エンジンの排気通路に備えられた排気浄化触媒が活性状態にない場合に、水素の残量が所定の残量よりも多いときは、燃料として水素を使用するので、水素残量を心配することなく、排気エミッションの向上を図ることができる。一方、水素の残量が所定の残量よりも少ないときは、燃料としてガソリンと水素との混合物を使用するので、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量を確保することができる。なお、このときの水素消費量の増大の抑制は、水素の一部がガソリンに置き換わること、及び、ガソリンの使用により排気ガス温度が上がって触媒が活性状態となるまでの時間が短縮化することの両方の事象に起因する。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明によれば、電動機が電池のみから電力の供給を受けて駆動力を出力しているときはエンジンが停止するから、エンジンが冷えて排気浄化触媒が未活性状態になることが多くなり、請求項１で述べた発明の効果が顕著に得られることとなる。
【００１３】
次に、請求項３に記載の発明によれば、車両から最寄の水素供給設備までの距離が短いほど、換言すれば、水素補給が可能となるまでの時間が短いほど、燃料として水素が使用され易くなるので、水素残量を心配することなく、排気エミッションの向上が確実に図られる。一方、車両から最寄の水素供給設備までの距離が長いほど、換言すれば、水素補給が可能となるまでの時間が長いほど、燃料としてガソリンと水素との混合物が使用され易くなるので、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量の確保が確実に図られることとなる。
【００１４】
次に、請求項４に記載の発明によれば、水素の残量が少ないほどガソリンと水素との混合物中の水素の割合を少なくするので、これによっても、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量の確保が確実に図られることとなる。以下、最良の実施形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本実施形態に係る車両１の全体構成を示すブロック図である。この車両１は、所謂シリーズタイプのハイブリッド車両であって、エンジン１０により駆動されて電力を発生するジェネレータ（発電機）２０と、このジェネレータ２０で発生された電力を蓄える高電圧バッテリ４０と、このバッテリ４０及び／又は前記ジェネレータ２０から電力の供給を受けて駆動力を出力する車両１の動力源としてのモータ（電動機）６０とを有している［請求項２の構成に相当］。ジェネレータ２０と高電圧バッテリ４０との間には交流電気を直流電気に変換するためのＡＣ／ＤＣコンバータ３０が介設され、高電圧バッテリ４０とモータ６０との間には直流電気を交流電気に変換するためのＤＣ／ＡＣコンバータ５０が介設されている。モータ６０の駆動力はデファレンシャル７０で減速されて左右の駆動輪（図例では後輪）に伝達される。エンジン１０は、ガソリン燃料タンク８０に貯留されている液体燃料としてのガソリンと、水素燃料タンク９０に貯留されている気体燃料としての水素とを切り替えて使用することが可能なデュアルフューエルエンジンである。
【００１６】
このエンジン１０において、例えば１５００ｒｐｍのときの排気ガス温度は、燃料としてガソリンのみを使用したときは５００℃、水素のみを使用したときは３００℃、ガソリンと水素との混合物を使用したときは（その混合割合にも依存するが）およそ４００℃である。これから判るように、ガソリンのみを燃料として使用したときの排気ガス温度に比べて、水素のみを燃料として使用したときの排気ガス温度は低いのである。その結果、後述する排気通路１６上の排気浄化触媒１７が排気ガスで昇温されて活性状態となるまでの時間が、水素のみを使用したときはガソリンのみを使用したときよりも長くなり、結果として、水素の消費量が多くなりがちとなるのである。
【００１７】
この車両１においては、発進時及び低トルク走行時は、バッテリ４０のみからモータ６０に電力が供給されて車両１が走行する。中トルク走行時は、エンジン１０が駆動し、ジェネレータ２０のみからモータ６０に電力が供給されて車両１が走行する。そして、高トルク走行時は、エンジン１０が駆動し、ジェネレータ２０からモータ６０に電力が供給されると共に、バッテリ４０からもモータ６０に電力が供給されて車両１が走行する。なお、バッテリ４０の蓄電量が少なくなったときは、モータ６０の必要電力以上の発電量がジェネレータ２０で得られるようにエンジン１０が駆動し、その余剰分の電力がバッテリ４０に供給されて充電が行われる。このように、この車両１においては、発進時及び低トルク走行時は、エンジン１０が停止するから、エンジン１０が冷えて排気浄化触媒１７が未活性状態になることが頻繁に起こる。
【００１８】
図２は、この車両１の制御システム図である。エンジン１０は、ツインロータ式のロータリーエンジンであって、ロータハウジング１１のトロコイド面に３点で接し３つの作動室を画成するロータ１２の回転（→で示す）により出力軸としてのエキセントリックシャフト１３が回転駆動される。ロータハウジング１１，１１に接続されている吸気通路１４上にスロットル弁１５及びガソリン用燃料噴射弁１０２，１０２が配設され、排気通路１６上に排気浄化触媒１７が配設されている。ここで、排気浄化触媒１７は、より具体的には、車両１のフロア下面の外部に配置されている。つまり、走行風を受けて冷却され得る部位に配置されている。水素用燃料噴射弁１０３及び１対の点火プラグ１０４，１０４はロータハウジング１１の作動室を臨むように取り付けられている。なお、吸気通路１４内及び排気通路１６内に示した矢印は吸気や排気等の流体の流れを示す。
【００１９】
コントロールユニット１００は、バッテリ４０を出入りする電流及びバッテリ４０の電圧を検出するセンサ、つまりバッテリ４０の蓄電量を検出するセンサ１１１からの信号と、車速センサ１１２からの信号と、乗員によるアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ１１３からの信号と、運転席前方のインパネ（図示せず）に備えられ、乗員が操作することにより使用燃料としてガソリン又は水素を選択するための燃料切換スイッチ１１４からの信号と、排気浄化触媒１７の温度を検出する触媒温度センサ（特許請求の範囲における「活性状態検出手段」に相当）１１５からの信号と、水素燃料タンク９０の圧力を検出するセンサ、つまり水素の残量を検出するセンサ（特許請求の範囲における「水素残量検出手段」に相当）１１６からの信号と、車両１の位置を検出するためのＧＰＳアンテナ（特許請求の範囲における「距離検出手段」に相当）１１７からの信号とを入力する。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、ＤＣ／ＡＣコンバータ５０、スロットル弁アクチュエータ１０１、各燃料噴射弁１０２，１０３、及び、点火プラグ１０４にそれぞれ制御信号を出力する。
【００２０】
次に、図３のフローチャートに従って、前記コントロールユニット１００が行う具体的制御動作の１例を説明する。まず、ステップＳ１で、各種信号を読み込んだ後、ステップＳ２で、エンジン１０の運転要求があるか否か（例えば前述の低トルク走行から中トルク走行に移行したか否か等）を判定する。その結果、運転要求がある場合は、ステップＳ３で、触媒温度ＴＭＰが触媒活性温度ＴＭＰｘ（例えば２５０℃）より高いか否かを判定する。その結果、高い場合、つまり触媒１７が活性状態にある場合は、ステップＳ４で、水素残量ＱＨが第１燃料選択水素残量ＱＨｘ（例えば満タンのときの圧力が３６ＭＰａである水素燃料タンク９０の圧力として１ＭＰａ）より多いか否かを判定する。その結果、多い場合は、ステップＳ５で、燃料切換スイッチ１１４は水素を選択しているか否かを判定する。その結果、水素を選択している場合は、ステップＳ６で、燃料として水素を選択する。
【００２１】
これに対し、ステップＳ５で、水素を選択していない場合、つまりガソリンを選択している場合は、ステップＳ７で、燃料としてガソリンを選択する。また、ステップＳ４で、水素残量ＱＨが第１燃料選択水素残量ＱＨｘより多くない場合、つまり水素残量ＱＨが減ってきている場合も、ステップＳ７で、燃料としてガソリンを選択する。
【００２２】
さらに、ステップＳ３で、触媒温度ＴＭＰが触媒活性温度ＴＭＰｘより高くない場合、つまり触媒１７が活性状態にない場合は、ステップＳ８で、水素残量ＱＨが第２燃料選択水素残量ＱＨｙ（例えば満タンのときの圧力が３６ＭＰａである水素燃料タンク９０の圧力として１２ＭＰａ）より多いか否かを判定する。その結果、多い場合、つまり水素残量ＱＨにまだ余裕があるときは、ステップＳ９で、燃料として水素を選択する（特許請求の範囲における「燃料選択手段」に相当）［請求項１の構成に相当］。これに対し、ステップＳ８で、水素残量ＱＨが第２燃料選択水素残量ＱＨｙより多くない場合、つまり水素残量ＱＨにあまり余裕がないときは、ステップＳ１０で、燃料としてガソリンと水素との混合物を選択する（特許請求の範囲における「燃料選択手段」に相当）［請求項１の構成に相当］。
【００２３】
一方、ステップＳ２で、エンジン１０の運転要求がない場合は、ステップＳ１１で、エンジン１０が運転中か否かを判定し、運転中であれば、ステップＳ１２で、エンジン１０を停止し、運転中でなければ、そのままリターンする。
【００２４】
図４は、図３の制御動作と並行して行われる別の制御動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１で、ＧＰＳ情報を読み込んだ後、ステップＳ２２で、そのＧＰＳ情報から（例えば図外のナビゲーションシステムの地図情報等と併せて）最寄の水素スタンドまでの距離を計算する。そして、ステップＳ２３で、その距離に基いて、図３のステップＳ４，Ｓ８で用いる第１、第２燃料選択水素残量（ＱＨｘ，ＱＨｙ）を設定する。ここで、図５に例示するような特性を有するマップが用いられる。すなわち、車両１から最寄の水素スタンドまでの距離が短いほど、燃料選択水素残量（図例は第２燃料選択水素残量ＱＨｙを示している）が少なくされるのである（特許請求の範囲における「変更手段」に相当）［請求項３の構成に相当］。これにより、車両１から最寄の水素スタンドまでの距離が短いほど、つまり、水素補給が可能となるまでの時間が短いほど、前述の図３のステップＳ４，Ｓ８でＹＥＳと判定され易くなって、燃料として水素が使用され易くなる。なお、図中、Ａは、例えば満タンのときの圧力が３６ＭＰａである水素燃料タンク９０の圧力として１２ＭＰａ、Ｂは、同じく５ＭＰａである。
【００２５】
（充実部分：請求項４の「補正手段」の実体を具体化しました）
図６は、図３の制御動作と並行して行われるさらに別の制御動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３１で、水素燃料タンク圧力センサ１１６からの信号、つまり水素残量ＱＨを読み込んだ後、ステップＳ３２で、その水素残量ＱＨに基いて、水素の添加割合を設定する。ここで、図７に例示するような特性を有するマップが用いられる。すなわち、水素残量ＱＨが少ないほど、ガソリンと水素との混合物中における水素の添加割合が少なくされるのである（特許請求の範囲における「補正手段」に相当）［請求項４の構成に相当］。図中、Ｃは、例えば満タンのときの圧力が３６ＭＰａである水素燃料タンク９０の圧力として１ＭＰａ、ＱＨｙは、同じく１２ＭＰａである。
【００２６】
以上のように、本実施形態では、燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジン１０を備えた車両１において、エンジン１０の排気通路１６に備えられた排気浄化触媒１７が活性状態にない場合に（Ｓ３でＮＯ）、水素残量ＱＨが第２燃料選択水素残量ＱＨｙよりも多いときは（Ｓ８でＹＥＳ）、燃料として水素を使用するので（Ｓ９）、水素残量を心配することなく、排気エミッションの向上を図ることができる。一方、水素残量ＱＨが第２燃料選択水素残量ＱＨｙよりも少ないときは（Ｓ８でＮＯ）、燃料としてガソリンと水素との混合物を使用するので（Ｓ１０）、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量を確保することができる。なお、このときの水素消費量の増大の抑制は、水素の一部がガソリンに置き換わること、及び、ガソリンの使用により排気ガス温度が上がって触媒１７が活性状態となるまでの時間が短縮化することの両方の事象に起因する。
【００２７】
例えば、図８に例示したように、触媒温度ＴＭＰが触媒活性温度ＴＭＰｘより低く、触媒１７が活性状態にない場合であって、水素残量ＱＨが第２燃料選択水素残量ＱＨｙよりも多いときは、排気ガス温度が相対的に低い水素を燃料として使用するから、触媒温度ＴＭＰは、符号アで示すように、エンジン１０の始動後、比較的長い時間をかけて触媒活性温度ＴＭＰｘまで到達し、触媒１７は活性状態になる。しかし、水素残量ＱＨに余裕があるから水素残量ＱＨを心配することがない。これに対し、触媒温度ＴＭＰが触媒活性温度ＴＭＰｘより低く、触媒１７が活性状態にない場合であって、水素残量ＱＨが第２燃料選択水素残量ＱＨｙよりも少ないときは、排気ガス温度が相対的に高いガソリンと水素との混合物を燃料として使用するから、触媒温度ＴＭＰは、符号イで示すように、エンジン１０の始動後、比較的短時間のうちに触媒活性温度ＴＭＰｘまで到達し、触媒１７は迅速に活性状態になる。これにより、排気エミッションの向上を図りながら、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量を確保することが可能となる。
【００２８】
また、モータ６０がバッテリ４０のみから電力の供給を受けて駆動力を出力している発進時及び低トルク走行時はエンジン１０が停止するから、エンジン１０が冷えて排気浄化触媒１７が未活性状態になることが多くなり、前述した効果が顕著に得られることとなる。
【００２９】
また、車両１から最寄の水素供給設備までの距離が短いほど、換言すれば、水素補給が可能となるまでの時間が短いほど、燃料として水素が使用され易くなるので（図４のＳ２３、図５、及び図３のＳ８，Ｓ９参照）、水素残量ＱＨを心配することなく、排気エミッションの向上が確実に図られる。一方、車両１から最寄の水素供給設備までの距離が長いほど、換言すれば、水素補給が可能となるまでの時間が長いほど、燃料としてガソリンと水素との混合物が使用され易くなるので（図４のＳ２３、図５、及び図３のＳ８，Ｓ１０参照）、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量の確保が確実に図られることとなる。
【００３０】
また、水素残量ＱＨが少ないほどガソリンと水素との混合物中の水素の割合を少なくするので（図６のＳ３２、図７、及び図３のＳ１０参照）、これによっても、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、次の触媒未活性時に使用するだけの水素量の確保が確実に図られることとなる。
【００３１】
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、種々の修正や変更を施してよいことはいうまでもない。例えば、前記実施形態では、触媒１７の活性状態を触媒温度ＴＭＰで検出したが、これに代えて、排気ガス温度で検出することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、燃料としてガソリンと水素とを使用可能なデュアルフューエルエンジンを備えた車両において、排気エミッションの向上を図りつつ、水素消費量の増大を抑制して、触媒未活性時には確実に水素を使用することができる技術であるから、排気エミッションの向上を図る燃焼機関の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の最良の実施の形態に係る車両の全体構成を示すブロック図である。
【図２】前記車両の制御システム図である。
【図３】前記車両のコントロールユニットが行う具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。
【図４】図３の制御動作と並行して行われる別の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ２３で用いられるマップの特性図である。
【図６】図３の制御動作と並行して行われるさらに別の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】図６のステップＳ３２で用いられるマップの特性図である。
【図８】図３のステップＳ９で得られる作用及びステップＳ１０で得られる作用を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１        ハイブリッド車両
１０      ロータリーエンジン
１４      吸気通路
１６      排気通路
１７      排気浄化触媒
２０      ジェネレータ（発電機）
３０      ＡＣ／ＤＣコンバータ
４０      高電圧バッテリ（電池）
５０      ＤＣ／ＡＣコンバータ
６０      モータ（電動機）
８０      ガソリン燃料タンク
９０      水素燃料タンク
１００    コントロールユニット（燃料選択手段、変更手段、補正手段）
１０２    ガソリン用燃料噴射弁
１０３    水素用燃料噴射弁
１１２    車速センサ
１１４    燃料切換スイッチ
１１５    触媒温度センサ（活性状態検出手段）
１１６    水素燃料タンク圧力センサ（水素残量検出手段）
１１７    ＧＰＳアンテナ（距離検出手段）
【図１】
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【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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