(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路にタービンが設けられるとともに前記タービンの入口部分の流路断面積を変更可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置において、
オゾン供給手段と、前記タービンよりも上流側の排気通路と前記オゾン供給手段とを接続するオゾン供給通路と、前記内燃機関のアイドル運転時又は前記内燃機関の停止時のうちの少なくとも一方の時期に、前記タービンよりも上流側の排気通路にオゾンが供給されるように前記オゾン供給手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記可変ノズルが固着しているか否か判定する固着判定手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記固着判定手段により前記可変ノズルが固着していると判断された場合に前記タービンよりも上流側の排気通路にオゾンを供給すべく前記オゾン供給手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路にタービンが設けられるとともに前記内燃機関の吸気通路にコンプレッサが設けられるターボ過給機と、前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路に設けられるインタークーラと、前記インタークーラよりも上流側の吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置において、
オゾン供給手段と、前記インタークーラよりも上流側の吸気通路と前記オゾン供給手段とを接続するオゾン供給通路と、前記内燃機関のアイドル運転時又は前記内燃機関の停止時のうちの少なくとも一方の時期に、前記インタークーラよりも上流側の吸気通路にオゾンが供給されるように前記オゾン供給手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記インタークーラの詰まりが生じているか否か判定する詰まり判定手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記詰まり判定手段により前記インタークーラの詰まりが生じていると判断された場合に前記インタークーラよりも上流側の吸気通路にオゾンを供給すべく前記オゾン供給手段を動作させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記オゾン供給手段は、空気からオゾンを生成するオゾン生成手段を備えていることを
特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路に設けられたフィルタの目詰まりが発生した場合に吸気通路又は排気通路に添加するオゾンの量を増加させて、フィルタに堆積しているパティキュレートを酸化除去する排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２９９３６号公報
【特許文献２】特表２００５−５０２８２３号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気中のＮＯｘなどを低減するために排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ装置を備えた内燃機関が知られている。このＥＧＲ装置は、吸気通路に戻される排気の流量を調整するＥＧＲ弁、及び排気を冷却するためのＥＧＲクーラを備えている。これらＥＧＲ弁、ＥＧＲクーラに排気中の未燃燃料やパティキュレートなどが付着及び炭化してＥＧＲ弁の固着やＥＧＲクーラの詰まりなどが生じると高温の排気が吸気通路に戻されたり、吸気通路に戻される排気流量の調整が適切に行えずに内燃機関の排気エミッションが悪化するおそれがある。また、可変ノズル付きターボ過給機を備えた内燃機関では、排気中の未燃燃料やパティキュレートなどが付着、炭化して可変ノズルが固着すると吸気量の調整が適切に行えずに内燃機関の排気エミッションが悪化するおそれがある。吸気通路にインタークーラを備えた内燃機関では、未燃燃料やパティキュレートなどの付着、炭化によってインタークーラに詰まりが生じるとインタークーラの冷却効率が低下するので、高温の吸気が内燃機関に送られて排気エミッションが悪化するおそれがある。従来の排気浄化装置は、排気中及びフィルタに堆積したパティキュレートの酸化除去を目的としており、ＥＧＲ装置、ターボ過給機の可変ノズル、及びインタークーラに付着して炭化した未燃燃料やパティキュレートなどの除去に関しては何ら考慮されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、可変ノズルの固着、及びインタークーラの詰まりを速やかに解消し、排気エミッションの悪化を抑制可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路にタービンが設けられるとともに前記タービンの入口部分の流路断面積を変更可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置において、オゾン供給手段と、前記タービンよりも上流側の排気通路と前記オゾン供給手段とを接続するオゾン供給通路と、前記内燃機関のアイドル運転時又は前記内燃機関の停止時のうちの少なくとも一方の時期に、前記タービンよりも上流側の排気通路にオゾンが供給されるように前記オゾン供給手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【００１０】
本発明の第１の排気浄化装置によれば、可変ノズルにオゾンを供給できるので、このオゾンによって可変ノズルに付着して炭化した未燃燃焼やパティキュレート（以下、カーボンデポジットと称することもある。）を酸化除去し、可変ノズルの固着を速やかに解消できる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制できる。アイドル運転時の排気流量は負荷運転時の排気流量よりも少ない。内燃機関の停止時は、排気が発生しない。オゾンは排気によって希釈されたり、排気中の炭化水素などによって消費されたりするので、このような排気流量の少ない時期にオゾンを供給することにより、オゾンの使用量を減少することができる。また、内燃機関の停止直後やアイドル運転時は排気の温度が１００°Ｃ程度である。オゾンによるカーボンデポジットの酸化は、このような温度域において促進されるため、より速やかにカーボンデポジットを除去できる。
【００１１】
本発明の第１の排気浄化装置の一形態は、前記可変ノズルが固着しているか否か判定する固着判定手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記固着判定手段により前記可変ノズルが固着していると判断された場合に前記タービンよりも上流側の排気通路にオゾンを供給すべく前記オゾン供給手段を動作させてもよい（請求項２）。この形態によれば、可変ノズルが固着していると判断された場合にオゾンが供給されるので、オゾンの使用量を低減することができる。
【００１２】
本発明の第２の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路にタービンが設けられるとともに前記内燃機関の吸気通路にコンプレッサが設けられるターボ過給機と、前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路に設けられるインタークーラと、前記インタークーラよりも上流側の吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置において、オゾン供給手段と、前記インタークーラよりも上流側の吸気通路と前記オゾン供給手段とを接続するオゾン供給通路と、前記内燃機関のアイドル運転時又は前記内燃機関の停止時のうちの少なくとも一方の時期に、前記インタークーラよりも上流側の吸気通路にオゾンが供給されるように前記オゾン供給手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１３】
本発明の第２の排気浄化装置によれば、インタークーラにオゾンを供給できるので、インタークーラに付着したカーボンデポジットを酸化除去し、インタークーラの詰まりを速やかに解消できる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制できる
【００１４】
本発明の第２の排気浄化装置の一形態は、前記インタークーラの詰まりが生じているか否か判定する詰まり判定手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記詰まり判定手段により前記インタークーラの詰まりが生じていると判断された場合に前記インタークーラよりも上流側の吸気通路にオゾンを供給すべく前記オゾン供給手段を動作させてもよい（請求項４）。この場合、上述した第１の排気浄化装置の一形態と同様に、オゾンの使用量を低減することができる。
【００１５】
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記オゾン供給手段は、空気からオゾンを生成するオゾン生成手段を備えていてもよい（請求項５）。この場合、オゾンを貯留するための手段を備えていなくてもよいので、オゾン生成手段をコンパクトにできる。
【発明の効果】
【００１６】
以上に説明したように、本発明によれば、ターボ過給機の可変ノズル、及びインタークーラにオゾンを供給できるので、可変ノズルの固着、及びインタークーラの詰まりの原因となるカーボンデポジットを酸化除去し、速やかにこれらの異常を解消できる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［参考例］
図３〜図６が本発明の実施の形態を示すものであるが、まずはそれらと共通の部分を有する参考例を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に対する参考例の排気浄化装置が組み込まれた内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する。）を示している。図１のエンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、その気筒２には吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３には、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５、ターボ過給機６のコンプレッサ６ａ、及び吸気を冷却するインタークーラ７が設けられている。排気通路４には、ターボ過給機６のタービン６ｂ、排気を浄化するための排気浄化触媒８及び、排気中のパティキュレートを捕捉するためのフィルタ９が設けられている。ターボ過給機６は、タービン６ｂの入口部分の流路断面積を変更可能な可変ノズル６ｃを備えている。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路１０で接続され、ＥＧＲ通路１０には排気を冷却するためのＥＧＲクーラ１１と吸気通路３に戻される排気の流量を調整するＥＧＲ弁１２とが設けられている。また、エンジン１には、各気筒２内に燃料を噴射するインジェクタ１３と、インジェクタ１３から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１４と、不図示の燃料タンクからコモンレール１４に燃料を供給する燃料ポンプ１５と、を備えた燃料供給装置１６が設けられている。また、燃料供給装置１６は、排気通路４に燃料を供給するための燃料添加インジェクタ１７を備えている。
【００１８】
図１に示したように、エンジン１のＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲ弁１２よりも上流側のＥＧＲ通路１０には、オゾン供給通路２０を介してオゾン供給手段としてのオゾン供給装置２１が接続されている。オゾン供給装置２１は、オゾン生成器２２と、オゾン生成器２２に空気を供給するエアーポンプ２３と、備えている。オゾン生成器２２は交流電源２４と複数の電極２５とを備え、交流電源２４によって電極２５間に無声放電などの放電を発生させ、その放電によって空気中の酸素からオゾンを生成する周知のものである。そのため、オゾン生成器２２の詳細な説明は省略する。オゾン供給通路２０には、ＥＧＲ通路１０からオゾン供給装置２１への排気の流入を防止すべく逆止弁２６が設けられている。
【００１９】
オゾン生成器２２の交流電源２４及びエアーポンプ２３の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、可変ノズル６ｃの動作及びＥＧＲ弁１２の動作などを制御してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。図２は、ＥＣＵ３０がオゾン生成器２２の交流電源２４及びエアーポンプ２３の動作を制御するために実行するオゾン供給制御ルーチンを示している。図２の制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２０】
図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でＥＧＲ通路１０にオゾンを供給するオゾン供給条件が成立したか否か判断する。ＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲ弁１２には排気中の未燃燃料やパティキュレートに起因するカーボンデポジットが付着する。このカーボンデポジットは、ＥＧＲクーラ１１の詰まりやＥＧＲ弁１２の固着を生じさせるおそれがある。そこで、この付着したカーボンデポジットを酸化除去すべくＥＧＲ通路１０にオゾンを供給する。オゾン供給条件は、例えばＥＧＲクーラ１１の上流と下流にＥＧＲ通路１０内の圧力を検出する圧力センサをそれぞれ設け、これらの圧力センサによって検出されるＥＧＲクーラ１１の前後の圧力差に基づいて判断する。ＥＧＲクーラ１１に詰まりが生じると圧力差が拡大する。そこで、圧力差が予め設定した許容値を超えた場合にＥＧＲクーラ１１の詰まりが生じたと判断し、オゾン供給条件が成立したと判断する。ＥＧＲ弁１２が固着した場合、ＥＧＲ弁１２の開度を変更する制御が行われてもＥＧＲ弁１２の前後の圧力差が殆ど変化しない。そこで、ＥＧＲ弁１２の前後の圧力差を検出し、ＥＧＲ弁１２の開度を変更する制御が行われてもこの圧力差が殆ど変化しない場合にＥＧＲ弁１２が固着したと判断し、オゾン供給条件が成立したと判断してもよい。さらに、エンジン１が高負荷低回転で運転されるなど排気中の未燃燃料又はパティキュレートが増加するような条件で運転された時間の積算値が予め設定した判定値以上になった場合にオゾン供給条件が成立したと判断してもよい。このようにＥＧＲクーラ１１の詰まりが生じているか否か、及びＥＧＲ弁１２が固着しているか否か判定することにより、ＥＣＵ３０は本発明のＥＧＲ異常判定手段として機能する。
【００２１】
ＥＧＲ通路１０へのオゾン供給条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はオゾン供給装置２１を停止させてオゾンの供給を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ＥＧＲ通路１０へのオゾン供給条件が成立していると判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ３０はエンジン１がアイドル運転中か、又はエンジン１が停止された直後であるか否か判定する。エンジン１の運転状態は、例えばエンジン１の回転数及びアクセル開度に基づいて判定し、エンジン１の回転数が所定のアイドリング回転数域内で、かつアクセル開度が０％、即ちアクセルが踏み込まれていない場合にエンジン１の運転状態がアイドル運転であると判断する。エンジン１がアイドル運転中ではない、又はエンジン１が停止された直後ではないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はオゾンの供給を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２２】
一方、エンジン１がアイドル運転中、又はエンジン１が停止された直後であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はオゾン生成器２２にて放電を発生させるとともにエアーポンプ２３を起動して図１に矢印Ａで示したようにＥＧＲ通路１０にオゾンを供給する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２３】
参考例の排気浄化装置によれば、ＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲ弁１２にオゾンを供給できるので、これらの部分に付着したカーボンデポジットを酸化除去し、ＥＧＲクーラ１１の詰まり、及びＥＧＲ弁１２の固着を速やかに解消できる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制できる。オゾンは、エンジン１の排気流量の少ないアイドル運転中、又はエンジン１の停止直後に供給されるので、オゾンの使用量を低減できる。また、このような時期は排気温度が１００°Ｃ程度であるため、オゾンによるカーボンデポジットの酸化除去を促進できる。ＥＧＲクーラ１１の詰まり又はＥＧＲ弁１２の固着が生じていると判断された場合にオゾンを供給するので、オゾンの使用量をさらに低減できる。なお、図１の制御ルーチンを実行してオゾン供給装置２１の動作を制御することにより、ＥＣＵ３０は本発明の動作制御手段として機能する。
【００２４】
［第１の形態］
図３及び図４を参照して本発明の第１の形態に係る排気浄化装置について説明する。なお、図３及び図４において上述した参考例の図１及び図２と共通する部分には同一の参照符号を付し、それらの説明を省略する。図３に示したように、本形態ではタービン６ｂよりも上流側の排気通路４とオゾン供給装置２１とがオゾン供給通路２０によって接続される点が参考例と異なる。図４は、図３のＥＣＵ３０が実行するオゾン供給制御ルーチンを示している。図４の制御ルーチンもＥＣＵ３０の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２５】
図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ２１で排気通路４にオゾンを供給するオゾン供給条件が成立したか否か判断する。可変ノズル６ｃに排気中の未燃燃料やパティキュレートに起因するカーボンデポジットが付着すると可変ノズル６ｃの固着が生じるおそれがある。そこで、可変ノズル６ｃに付着したカーボンデポジットを除去すべく排気通路４にオゾンを供給する。排気通路４へのオゾン供給条件は、例えばコンプレッサ６ａよりも下流の吸気通路３の圧力を検出する吸気圧センサを設け、この吸気圧センサによって検出される吸気圧に基づいて判断する。可変ノズル６ｃが固着すると可変ノズル６ｃの開度を変更する制御が行われても、この吸気圧センサの検出値が殆ど変化しない。そこで、可変ノズル６ｃの制御が行われても、コンプレッサ６ｃよりも下流の吸気圧が殆ど変化しない場合に可変ノズル６ｃが固着していると判断し、オゾン供給条件が成立したと判断する。また、排気中の未燃燃料又はパティキュレートが増加するような条件で運転された時間の積算値が予め設定した判定値以上になった場合にオゾン供給条件が成立したと判断してもよい。このように可変ノズル６ｃが固着しているか否か判定することにより、ＥＣＵ３０は本発明の固着判定手段として機能する。
【００２６】
排気通路４へのオゾン供給条件が成立していると判断した場合はステップＳ１２に進み、以降図２の制御ルーチンと同様の処理を行う。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路４へのオゾン供給条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はオゾンの供給を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２７】
この形態の排気浄化装置によれば、図３に矢印Ｂで示したようにターボ過給機６の可変ノズル６ｃにオゾンを供給できるので、カーボンデポジットに起因する可変ノズル６ｃの固着を速やかに解消できる。そのため、エンジン１の吸気量を適切に調整して排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００２８】
［第２の形態］
図５及び図６を参照して本発明の第２の形態について説明する。なお、図５及び図６において上述した参考例の図１及び図２と共通する部分には同一の参照符号を付し、それらの説明を省略する。図５に示したように、本形態では、ＥＧＲ通路１０がインタークーラ７よりも上流側の吸気通路３と排気通路４とを接続している。また、本形態では、インタークーラ７よりも上流側の吸気通路３とオゾン供給装置２１とがオゾン供給通路２０によって接続される点が他の形態と異なる。図６は、図５のＥＣＵ３０が実行するオゾン供給制御ルーチンを示している。図６の制御ルーチンもＥＣＵ３０の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２９】
図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ３１で吸気通路３にオゾンを供給するオゾン供給条件が成立したか否か判断する。インタークーラ７に排気中の未燃燃料やパティキュレートに起因するカーボンデポジットが付着するとインタークーラ７の詰まりが生じるおそれがある。そこで、インタークーラ７に付着したカーボンデポジットを除去すべく吸気通路３にオゾンを供給する。吸気通路３へのオゾン供給条件は、例えばインタークーラ７の前後の吸気圧の差を検出する圧力差センサを設け、この圧力差センサの検出値に基づいて判断する。インタークーラ７の詰まりが生じるとインタークーラ７の前後の吸気圧の差が拡大する。そこで、この吸気圧の差が予め設定した許容値を超えた場合にインタークーラ７の詰まりが生じたと判断し、吸気通路３へのオゾン供給条件が成立したと判断する。また、インタークーラ７に詰まりが生じるとインタークーラ７の冷却効率が低下するので、例えばインタークーラ７よりも下流の吸気の温度を検出し、この温度が予め設定した判定温度以上に上昇した場合にインタークーラ７に詰まりが生じたと判断し、吸気通路３へのオゾン供給条件が成立したと判断してもよい。さらに、排気中の未燃燃料又はパティキュレートが増加するような条件で運転された時間の積算値が予め設定した判定値以上になった場合にオゾン供給条件が成立したと判断してもよい。このようにインタークーラ７の詰まりが生じているか否か判定することにより、ＥＣＵ３０は本発明の詰まり判定手段して機能する。
【００３０】
吸気通路３へのオゾン供給条件が成立していると判断した場合はステップＳ１２に進み、以降図２の制御ルーチンと同様の処理を行う。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、吸気通路３へのオゾン供給条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はオゾンの供給を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３１】
この形態の排気浄化装置によれば、図５に矢印Ｃで示したようにインタークーラ７にオゾンを供給できるので、カーボンデポジットに起因するインタークーラ７の詰まりを速やかに解消できる。そのため、インタークーラ７によって吸気の冷却を適切に実施し、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００３２】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。オゾン供給手段はオゾン生成器とエアーポンプに限定されない。例えば、オゾンを貯留可能なタンクを設け、このタンクからＥＧＲ通路などにオゾンを供給してもよい。上述した形態においてはオゾン供給装置がＥＧＲ通路、排気通路、又は吸気通路のうちの一つの通路と接続されていたが、オゾン供給装置はこれらの通路のうちの複数の通路と接続されていてもよい。例えば、オゾン供給通路によってオゾン供給装置がＥＧＲ通路と排気通路の両方に接続されていてもよい。このように複数の通路とオゾン供給装置を接続する場合は、オゾン供給通路にオゾンの供給先を変更する供給先切替弁を設けてもよい。この場合、一台のオゾン供給装置から複数の通路にオゾンを供給できるので、装置をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に対する参考例の排気浄化装置が組み込まれたディーゼルエンジンを示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行するオゾン供給制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】本発明の第１の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたディーゼルエンジンを示す図。
【図４】図３のＥＣＵが実行するオゾン供給制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】本発明の第２の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたディーゼルエンジンを示す図。
【図６】図５のＥＣＵが実行するオゾン供給制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３４】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
３  吸気通路
４  排気通路
６  ターボ過給機
６ａ  コンプレッサ
６ｂ  タービン
６ｃ  可変ノズル
７  インタークーラ
１０  ＥＧＲ通路
１１  ＥＧＲクーラ
１２  ＥＧＲ弁
２０  オゾン供給通路
２１  オゾン供給装置（オゾン供給手段）
３０  エンジンコントロールユニット（動作制御手段、ＥＧＲ異常判定手段、固着判定手段、詰まり判定手段）
【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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