(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも点火角および内燃機関への空気供給量が少なくとも１つの電子式制御ユニットにより調節され、および
前記少なくとも１つの制御ユニットがドライバ希望を検出し、このドライバ希望が空気供給量の変化により実現される、
内燃機関の制御方法において、
少なくとも１つの運転状態において、空気供給量および点火角の調節がドライバ希望の関数として行われるとき、ドライバ希望の実現のために必要な空気供給量の変化が少なくとも低減されるように行っている場合であって、且つ、出力提供のために走行ペダルを操作するときには、点火角の変化が進み方向に行われ、一方走行ペダルの操作がほぼ一定のときまたは操作を解除したときには、点火角はドライバ希望とは無関係に調節されることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの運転状態が内燃機関の始動期間であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
所定のドライバ希望範囲に対しては、ドライバにより希望される出力上昇が、点火角の遅れから進みへの調節により空気供給量の調節なしにないしは空気供給量の僅かな調節のみにより実現されるように、点火角調節がドライバ希望の関数であることを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項４】
ドライバにより与えられる出力上昇を提供後、点火角が勾配をつけて遅れ方向に戻され、それに同期してトルク一定のまま空気供給量が変化されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つの方法。
【請求項５】
内燃機関への空気供給量が絞り弁の位置の制御により行われ、また前記少なくとも１つの運転状態においては、絞り弁位置の、ドライバにより操作される操作要素の位置により検出されるドライバ希望に対する関数関係が修正されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つの方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの運転状態以外では、点火角がエンジン回転速度およびエンジン負荷に基づきドライバ希望とは無関係に調節され、絞り弁の位置したがって空気供給量はドライバ希望に基づき調節されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つの方法。
【請求項７】
少なくとも点火角および内燃機関への空気供給量を調節する少なくとも１つの電子式制御ユニットと、ドライバ希望検出ユニットとを備え、前記電子式制御ユニットが検出されたドライバ希望を空気供給量の変化により実現する内燃機関の制御装置において、
少なくとも１つの運転状態において、空気供給量および点火角の調節がドライバ希望の関数として行われるとき、ドライバ希望の実現のために必要な空気供給量の変化が少なくとも低減されるように行っている場合であって、且つ、出力提供のために走行ペダルを操作するときには、点火角の変化が進み方向に行われ、一方走行ペダルの操作がほぼ一定のときまたは操作を解除したときには、点火角はドライバ希望とは無関係に調節されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の内燃機関の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御は、とくに有害物質エミッションの低下および排ガス組成の最適化を考慮して行われる。加速過程のような非定常過程は、短時間理想的混合物組成からの偏差を形成する原因となるので、上記の排ガス組成の最適化の点においてクリティカルな運転状態である。この場合、内燃機関に供給される空気量のきわめて急激な変化は、内燃機関が低温の場合、混合物組成にとくに負の影響を与える。
【０００３】
非定常過程において排ガス組成を最適化するために、種々の方法が提案されている。たとえばドイツ特許公開第３９３０３９６号（米国特許第５０９５８７４号）から、内燃機関への燃料供給量を走行ペダル操作の関数として調節することが既知である。このとき、ドライバにより与えられる燃料の量に基づき、場合により壁膜モデルを考慮して、混合物組成を最適化するように空気供給量が制御される。
【０００４】
１９９４年２月１５日付の未公開特許出願第４４０４６６８．５号から、有害物質エミッションを低減するために、内燃機関への空気供給量をドライバ希望の関数として電子式に制御するときに、内燃機関の始動期間においては空気質量ないし空気容量の最大変化速度を制限することが既知である。すべての既知の提案の目的は、単位時間当たりの空気質量変化を制限することまたは空気／燃料システムを動的に最適化することである。しかしながら、ドライバ希望の所定の変化が実現されるためには、たとえ空気供給量の変化速度が制限されたとしても、いずれの場合も空気供給量の対応変化が実現されなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
対応するドライバ希望において、有害物質エミッションの低減を考慮して、空気供給量の必要な変化の絶対値を低減することが本発明の課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
米国特許第９３５１２９７号から、内燃機関が低温のとき触媒装置を急速に加熱するために内燃機関の点火角を遅れ方向に変化させることが既知である。
【０００７】
少なくとも点火角および内燃機関への空気供給量を調節する少なくとも１つの電子式制御ユニットとがドライバ希望を検出しかつドライバ希望を空気供給量の変化により実現する内燃機関の制御方法および装置が提案されている。少なくとも１つの運転状態において、電子式制御ユニットが空気供給量および点火角をドライバ希望の関数として調節するとき、ドライバ希望の実現のために必要な空気供給量の変化が少なくとも低減されるように調節する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１において制御ユニットが１０で示され、制御ユニットは少なくとも１つのマイクロコンピュータ１２を含む。ドライバ希望を検出するために、制御ユニット１０に測定装置１６から入力ライン１４が接続されている。測定装置１６は、機械的接続部１８を介して、ドライバにより操作される操作要素２０とくに走行ペダルと接続されている。さらに制御ユニット１０に入力ライン２２ないし２４が接続され、入力ライン２２ないし２４は制御ユニット１０を測定装置２６ないし２８と接続している。制御ユニット１０の出力ラインとして、内燃機関への空気供給量を調節する調節要素３２たとえば絞り弁を電気的に操作するためのライン３０ならびに点火時期を調節するためのライン３４が図示されている。制御ユニット１０は、燃料供給量を制御するための出力ライン、場合により自動変速を制御するための入力ラインおよび／または車両のブレーキ装置を制御するための出力ラインなどのその他の出力ラインを有していることは当然である。
【０００９】
制御ユニット１０ないしマイクロコンピュータ１２は、たとえば燃料供給調節および空気供給量ならびに点火角の調節のような内燃機関の制御のための種々の機能を実行する。本発明に関連するものはとくに、空気供給量の電気式制御および点火角の調節である。この理由から、以下にこの両方の機能のみを詳細に説明する。制御ユニット１０ないしマイクロコンピュータ１２は、入力ライン１４を介して、操作信号βに基づきドライバ希望を検出する。操作信号βは、場合により、ライン２２ないし２４を介して検出されるエンジン回転速度、変速機段、走行速度などのような他の運転変数を考慮して、空気供給量を調節するための目標値に変換される。この目標値は調節要素３２を操作することにより調節される。この場合好ましい実施態様においては、目標値は空気供給量を調節する絞り弁の目標位置であり、絞り弁は調節制御回路の範囲内で制御される。さらに、制御ユニット１０ないしマイクロコンピュータ１２は入力ライン２２ないし２４を介して対応する測定装置から回転速度信号および負荷信号を受け取り、マイクロコンピュータ１２はこれらの信号から、あらかじめプログラムされた特性曲線を用いて既知のように内燃機関の点火角ＺＷを決定する。点火角ＺＷはライン３４を介して出力される。この場合、負荷信号としてとくに空気質量、空気容量または吸気管圧力信号が使用される。点火角は正常運転状態においては所定の特性曲線群により決定されるが、エンジンが低温の場合、内燃機関の始動期間に、触媒装置を急速に加熱するために点火角は所定の特性曲線群とは無関係に遅れ方向に調節される。これはとくにアイドリング状態においておよびアイドリングに近い運転状態において行われる。
【００１０】
本発明により、ドライバの出力上昇希望において、この出力上昇を充填量の上昇すなわち空気供給量の上昇を介して行うばかりでなく、実質的に一定充填量の場合または充填量の変化が少ない場合に点火角の調節をそれに応じて遅れ方向に戻すことが行われる。言い換えると、操作要素２０の位置の値から検出されたドライバ希望は、たとえばアイドリングにおいておよびアイドリングに近い部分負荷領域において、充填量したがって絞り弁の位置が実質的にアイドリング値に保持されるように変換されるが、点火角はドライバ希望に応じて遅れから進みの方向に調節される。この場合、ドライバ希望に対する点火角の調節の関数関係があらかじめ与えられている。走行ペダル値ないしはドライバ希望が所定のしきい値を超えたときに初めて、走行ペダル値に対応して充填量が上昇される。
【００１１】
第２の有利な実施態様においては、充填量は小さいペダル位置において既に上昇されるが、変化量は、充填量の変化のみに基づいて出力上昇を実現するために必要な変化量よりも実質的に小さい。この場合充填量の変化に平行して、点火角も進み方向に調節される。この場合それぞれの変化量は、両方の手段が協働してドライバにより希望される出力を出すように行われる。
【００１２】
有利な補足態様により、加速ペダルがアイドリングから低部分負荷領域へ移動するときまたは低部分負荷領域にあるとき、まず点火角が短時間進み方向に調節され、これによりドライバにより希望されるトルク上昇が直ちに実現される。次に時間の関数として充填量したがって絞り弁位置が勾配をつけて上昇されかつこれに同期して点火角が勾配をつけて遅れ方向に戻される。変化量の時間関数関係は、過程が実質的にトルクの変化がないようにすなわち内燃機関により与えられる回転トルクの変化が実質的に発生しないように行われる。これにより、点火角の調節に伴う触媒装置の急速加熱ができないという不利が補償される。したがってこの不利は動的過程の間のきわめて短時間に発生するにすぎず、したがってこの不利は平均してほとんど影響がない。上記の方法は、好ましい実施態様においては、内燃機関が低温のとき、所定のエンジン温度または触媒装置温度に到達するまでの始動期間に行われる。これは、始動期間のみ点火角が遅れ方向に調節されるエンジン制御装置の場合である。基本的にアイドリング中に点火角が遅れ方向に調節されるエンジン制御装置の場合、本発明による方法は、内燃機関の全運転範囲内で使用されるので有利である。とくに、エンジン制御装置の適切な設計により、本発明による方法を、とくに内燃機関のアイドリング状態において点火角が遅れ方向に調節されることにより実現することが可能である。
【００１３】
空気供給量を調節するための調節要素３２として、全運転範囲にわたり調節可能な絞り弁のほかに、アイドリング範囲内ないしアイドリングに近い範囲内で調節可能な弁を使用してもよい。本発明はさらに、すべての運転状態において、遅れ点火角に調節されている非定常過程において使用可能であるので有利である。
【００１４】
本発明の有利な実施態様を、図２に示す流れ図ならびに図３および４に示す線図により説明する。
【００１５】
図２に示すプログラム部分が所定の時点においてスタート後、第１のステップ１００において、内燃機関が始動状態にあるかどうかが判定される。これはとくに、エンジン温度に対するしきい値に基づいて判定され、エンジン温度は始動期間の終端においてこのしきい値を超えることになる。さらに補足としてまたは代替として、触媒装置温度に対するしきい値を設けてもよい。内燃機関が始動期間になく正常運転範囲にあるとき、ステップ１０２において、走行ペダル位置β、エンジン回転速度Ｎmotおよびエンジン負荷Ｑが読み込まれ、それに続くステップ１０４において、絞り弁位置目標値αsしたがって充填量が、走行ペダル位置の値βに基づき、場合によりエンジン回転速度、変速機段などのような他の運転変数に基づいて特性曲線群ないし特性曲線から決定される。それに応じて、それに続くステップ１０６において、点火角ＺＷが所定の特性曲線群からエンジン回転速度Ｎmotおよび負荷Ｑに基づいて決定される。点火角ＺＷおよび絞り弁の目標位置αsの決定後ステップ１０８において、点火角ＺＷが出力されかつ絞り弁角αの所定の目標値αsへの制御が行われる。その後プログラム部分は終了し、所定の時間経過後プログラム部分が反復される。
【００１６】
内燃機関が始動中であるとき、ステップ１１０において走行ペダル位置値βが読み込まれる。それに続いてステップ１１２において、点火角ＺＷおよび絞り弁位置目標値αsが走行ペダル位置βに基づき図３ａないしｂに示す特性曲線ないし特性曲線群から読み取られ、それに続くステップ１０８において出力され、また調節される。その後プログラム部分は終了する。
【００１７】
図３ａおよび３ｂにおいて、横軸には走行ペダル位置値βが、縦軸には調節すべき絞り弁角αおよび調節すべき点火角ＺＷがそれぞれ目盛られている。この場合、走行ペダル位置値は走行ペダルの操作の解除に対応するアイドリング値βminから走行ペダルのフル操作に相当する最大値βmaxまで変化する。それに応じて絞り弁したがって供給量を、最小走行ペダル値に対応する最小位置値αminから走行ペダル位置の最大位置値に対応する絞り弁の最大位置値αmaxまで調節することができる。内燃機関の好ましい実施態様におけるように、絞り弁を介してアイドリング空気もまた供給される場合、走行ペダルの操作を解除したときの絞り弁の開度は、場合によりアイドリング制御により調節されるアイドリング位置αLLである。
【００１８】
第１の有利な実施態様においては、調節すべき絞り弁角および点火角の走行ペダル位置に対する関数関係は図３ａに示すように与えられる。この場合、βminからしきい値のβ0までの位置範囲においては、絞り弁角はアイドリング値αLLないし最小値αminに一定に保持される。点火角（遅れ）ＺＷsから、位置値β0に対応する点火角値（進み）ＺＷfへ進み方向に調節される。位置値β0以降は、調節すべき絞り弁角は走行ペダル位置値の上昇と共に増大し、一方点火角調節は実質的に一定のままである。ドライバが走行ペダルをβminからβ0の下側の値まで操作したとき、これにより表わされた出力希望は点火角の調節により実現される。β0以上に操作されたときに初めて、絞り弁が操作される。
【００１９】
図３ｂにおいては、点火角が出力増大のためのペダル走行位置の関数として変化する範囲が拡大されている。この場合βminと限界値β1との間の範囲において絞り弁角は一定ではなく僅かに上昇しているが、その上昇勾配は正常運転の場合の上昇勾配よりは小さい。この場合もまた同様に、それに応じてβminとβ1との範囲内で点火角は遅れから進みの方向に調節される。走行ペダル位置値β1以降は、出力希望の増大は走行ペダル位置の関数として対応する絞り弁の調節により行われ、一方この間点火角はほぼ一定のままである。有利な実施態様においては、図３に示したリニアな関数関係のほかに、関数関係は漸減的であってもまたは漸増的であってもよい。有利な実施態様においては、走行ペダル値に基づき絞り弁値および点火角を決定するとき、エンジン回転速度、走行速度および／または変速機段のような運転変数を考慮することがとくに有利である。この場合、個々に選択されたパラメータ範囲に対し、図３に対応する特性曲線が与えられている。個々のパラメータ値に対し中間値を内挿できる特性曲線をあらかじめ与えることが個々の場合同様に有利である。
【００２０】
以下に本発明を図４に示す時間線図の例でわかりやすく説明する。図４ａは走行ペダル位置信号の時間経過を示し、図４ｂは点火角の時間経過を示しまた図４ｃは絞り弁角の時間経過を示す。時点ｔ0までは走行ペダルの操作は解除され、走行ペダル値はβminにあるものとする。その後ドライバが走行ペダルを操作し、ここで走行ペダル位置値は時点ｔ1においてしきい値β0を超え、最終的に終端値β2に上昇されるものとする。これにより、時点ｔ0以降は点火角は進み方向に調節される。点火角のこの進み方向の調節は、時点ｔ1において、しきい値β0に対応する値ＺＷfに到達したときに終了する。それに応じて、絞り弁調節は時点ｔ0以降時点ｔ1までそのアイドリング値αLLに保持され、時点ｔ1以後に初めてドライバ操作に応じて上昇され、最終的に走行ペダル位置値β2に対応する絞り弁角α2に到達する。
【００２１】
アイドリング範囲および低部分負荷範囲に関する上記の説明のほかに、本発明は遅れ点火角に調節される内燃機関の全運転範囲において有利に使用可能である。
【００２２】
本発明の有利な変更態様が図５の流れ図ないし図６の時間線図によりわかりやすく示されている。図２ないし４に示した方法は個々には、点火角の遅れ方向へのシフトにより触媒装置を急速に加熱するためには不利となるという結果をもたらすことがある。したがって変更態様により、点火角を遅れ位置にした少なくとも１つの運転状態（たとえば限界値β0まで）において走行ペダルを移動させるとき、まず点火角を短時間進み方向に調節し、これによりドライバが希望するトルク上昇を実現させる。その後充填量ないし絞り弁位置が勾配をつけて上昇されるので、これにより実質的に混合物の非定常偏差が発生することはない。絞り弁位置のこの調節に同期して、それに応じて点火角が勾配をつけて再び遅れ方向に調節され、これにより結果として得られた内燃機関のトルクは一定のままとなる。したがって、触媒装置の加熱不良という予想される不利は、動的過程の間のきわめて短期間のみとなる。したがって、実際条件としては平均的にほとんど影響はない。
【００２３】
図５に示すプログラム部分のスタート後、第１のステップ２００において、内燃機関が始動範囲にあるかどうかが判定される。これはエンジン温度および／または触媒装置温度により判定される。内燃機関が始動期間外にあるとき、第１のステップ２０２において、走行ペダル位置β、エンジン回転速度Ｎおよびエンジン負荷Ｑが読み込まれ、次にステップ２０４において、絞り弁位置目標値αsが走行ペダル位置βに基づき、場合によりエンジン回転速度および変速機段のような他の運転変数に基づいて決定される。その後ステップ２０６において、調節すべき点火角ＺＷが回転速度−負荷特性曲線から読み取られ、ステップ２０８において、この読み取られた点火角が出力されかつ絞り弁位置の目標値αsollへの制御が行われる。その後プログラム部分が終了する。
【００２４】
内燃機関が始動中であるとき、ステップ２１０において走行ペダル位置値βが読み込まれ、それに続くステップ２１２において、走行ペダル位置値の変化が存在するかどうかが判定される。これはたとえば走行ペダル位置値の時間微分の値に基づきまたは相前後する位置値の間の差に基づいて検出され、この場合この値が所定値Δより大きいときに位置変化が検出される。判定が肯定の場合、ステップ２１４において、点火角および絞り弁位置値が走行ペダル値に基づき図３に示す特性曲線ないし特性曲線群から決定され、対応する値がステップ２０８により出力されないしは調節される。これは、走行ペダル位置の変化があるとき、絞り弁および点火角の調節が最初の両方の実施態様により行われることを示している。走行ペダル移動が停止されているかないしはステップ２１２の意味における走行ペダル変化が存在しないとき、判定ステップ２１６において、走行ペダル位置βが走行ペダル操作の解除に対応する値βminより大きいかどうかが判定される。この判定が否定のとき、すなわち内燃機関がアイドリング状態にあるとき、ステップ２１８において、遅れ点火角ＺＷsが出力されかつ絞り弁目標値αsは絞り弁アイドリング値αLLにセットされる。この値はステップ２０８により出力されないしは制御される。
【００２５】
ステップ２１６において走行ペダルが操作されていることが確定されたとき、ステップ２２０において、点火角および絞り弁位置が勾配をつけて相互に反対方向に、それぞれの運転状態において与えられた正常位置に調節される。このためにステップ２２０により、点火角ＺＷは実際の走行ペダル位置値βの関数である値Δ１だけ遅れ方向に調節される。絞り弁目標値αsは同様にβの関数である値Δ２だけ上昇される。Δ１およびΔ２の値はこの場合、実際の走行ペダル値に対し点火角および絞り弁位置の変化により内燃機関が所定のトルクから外れないように選択される。その後ステップ２２２において、場合により、変化された点火角が現在の運転状態において正常な点火角ＺＷnormに制限され、また絞り弁目標値αsが現在の運転状態において走行ペダル位置の関数である正常値に制限される。その後ステップ２０８により、ステップ２２０において計算されかつ場合によりステップ２２２において制限された点火角値および絞り弁位置値が出力されないしは制御される。その後プログラム部分は終了する。
【００２６】
図６に、図５に示した方法の結果が、アイドリング位置から低部分負荷位置までの走行ペダル位置の調節に対する時間線図によりわかりやすく示されている。
【００２７】
この場合、図６ａには走行ペダル位置βが、図６ｂには点火角ＺＷがまた図６ｃには絞り弁位置値αが時間ｔについて示されている。時点ｔ0以前においては、内燃機関はアイドリング状態にある。走行ペダル位置値は走行ペダルの操作解除βminに対応し、点火角ＺＷは値ＺＷsに調節されまた絞り弁位置値はアイドリング値αLLに対応している。時点ｔ0において走行ペダル操作が行われ、この走行ペダル操作は時点ｔ1に終了するものとする。このとき存在する走行ペダル位置値は値β1に相当する。図３ａにおいては、時点ｔ0とｔ1との間の走行ペダルの調節の結果、点火角ＺＷは走行ペダル位置の関数として値ＺＷsから時点ｔ1における値ＺＷfまで調節される。この例示状況においては、絞り弁位置値は時点ｔ1までアイドリング値のままである。走行ペダル操作は時点ｔ1に終了し、ドライバにより希望されるトルク上昇が点火角の調節により行われる。時点ｔ1から時点ｔ2まで点火角は勾配をつけて再び値ＺＷsまで戻され、一方その間絞り弁角はアイドリング値から値α1まで勾配をつけて調節される。この場合この値α1は、絞り弁位置と走行ペダル位置との間の直線関係において対応する走行ペダル位置β1の値に対応する。勾配をつけて調節される点火角および絞り弁位置の調節勾配は走行ペダル位置値の関数であるが、この場合この勾配は、内燃機関のトルクが変わらないように選択される。
【００２８】
図３ｂに示す調節もまたこのよう行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による方法は、とくにアイドリングから部分負荷への過渡状態に対しおよび部分負荷領域における非定常過程において、対応するドライバ希望の変化を実現するために必要な空気供給量変化が小さく、しかも低部分負荷への過渡状態においては空気供給量変化を完全に防止できるという利点を有している。
【００３０】
したがって混合物組成の理想値からの偏差が実質的に小さく、これにより有害物質エミッションの低減が達成されることは有利である。
【００３１】
この場合、本発明による方法は、内燃機関の始動中において触媒装置を加熱するために点火角を遅れ位置とするので、とくに有利である。
【００３２】
本発明の方法をトルク一定のまま行わせる手段が提供できることはとくに有利である。これにより、本発明の方法に付随する触媒加熱不良が補償される。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の制御装置の全体ブロック回路図である。
【図２】本発明をコンピュータプログラムで行うための流れ図である。
【図３】２つの実施態様（図３ａ、ｂ）における、ドライバ希望と点火角および空気供給量との間の関係を示す。
【図４】図３に示す関係を実現するための時間線図であり、図４ａは走行ペダル位置を、図４ｂは点火角を、および図４ｃは絞り弁角をそれぞれ示す。
【図５】本発明の他の有利な補足態様を示す他の流れ図の例である。
【図６】図５の補足態様をさらにわかりやすく示した時間線図であり、図６ａは走行ペダル位置を、図６ｂは点火角を、および図６ｃは絞り弁角をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１０  制御ユニット
１２  マイクロコンピュータ
１４、２２．．．２４  入力ライン
１６、２６．．．２８  測定装置
１８  機械的接続部
２０  操作要素
３０、３４  出力ライン
３２  調節要素
α  絞り弁位置
αS  絞り弁位置目標値
αLL  アイドリング絞り弁位置
αmax  絞り弁位置最大値
αmin  絞り弁位置最小値
β  走行ペダル位置
β0  走行ペダル位置しきい値
β1  走行ペダル位置限界値
β2  走行ペダル位置終端値
βmax  走行ペダル位置最大値
βmin  走行ペダル位置最小値
Δ１  点火角の変化量
Δ２  絞り弁位置の変化量
Ｎmot  エンジン回転速度
Ｑ  エンジン負荷
ＺＷ  点火角
ＺＷf  進み点火角
ＺＷnorm  正常点火角
ＺＷs  遅れ点火角
【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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