JP3479368B2 - エンジン排気物を減少させる方法及び装置 - Google Patents

エンジン排気物を減少させる方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はエンジン排気物の制御に
関し、特に、エンジンの排気経路へ追加の空気を導入す
る方法及びエンジンの排気経路からの不当な排気物を減
少させるための装置に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】炭化水素、一酸化炭素、
窒素酸化物等の不当なエンジン排気物を有効に減少させ
るために、エンジン排気ガスを触媒処理することが知ら
れている。有効な触媒処理を行うには、エンジン排気ガ
スからの熱伝達等によりライトオフ温度(典型的には、
約400℃)まで加熱されたときに触媒作用を発揮する
触媒コンバータの中でエンジン排気ガスを通過させる。
冷却状態のエンジンを始動させてからライトオフ時間に
達するまでの時間を短縮するためにコンバータを補助加
熱すること又はコンバータへ入る排気ガスを補助加熱す
ることが知られている。補助加熱を進めることは、例え
ばエンジンクランキング時の如きエンジンシリンダの初
期の事象中に、ライトオフ温度を迅速に生じるようにす
ることを意味する。
【0003】コンバータがライトオフ温度に到達し触媒
活動が開始した後、炭化水素や一酸化炭素の如き不当な
排気ガス成分はコンバータによる酸化作用で減少する
が、この酸化を助けるために、コンバータの上流側で排
気ガス内へ新鮮な空気を導入することができる。完全な
酸化を行うには十分な量の新鮮な空気を導入しなければ
ならないが、例えばライトオフ温度以下の温度への排気
ガスの冷却を防止するために空気導入量を制限する必要
もある。従って、排気ガス流へ導入される空気量は(エ
ンジン空燃比及び排気ガス流量の見積もり量に対応す
る)排気ガス酸化要求に従って制御すべきである。
【0004】ライトオフ温度への迅速な到達を保証する
ため、従来の空気制御では、(冷えた状態のエンジン始
動後の所定期間の如き)初期のエンジン作動中は、排気
ガス流への比較的低温の新鮮な空気の導入を禁止してい
た。しかし、コンバータの補助加熱の効果により、上記
初期のエンジン作動中における適正な空気制御の下で、
車両からの排気物を大幅に改善できる。
【0005】例えば、(エンジンのクランク始動即ちク
ランキングの如き)初期のエンジンシリンダ事象中、エ
ンジン空燃比を更に富ませてエンジン始動の信頼性を高
めることが知られている。始動時にエンジン又は燃料供
給装置内で燃料の送給が遅れるような場合には、燃料量
を更に増加させることができる。しかし、始動時に豊富
な空燃比を用いると、望ましくない排気ガス成分(特
に、炭化水素)の量が急激に増大してしまう。酸化を行
うのに十分な酸素量をコンバータ内に確保できない従来
の(排気ガス流に対する新鮮な空気の)制御において
は、上述のコンバータ補助加熱の効果によるコンバータ
の触媒作用にも拘わらず、増大した不当な排気ガス成分
をコンバータ内で適正に酸化させることができない。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的は、改善したエンジン排気
物制御方法及び装置を提供することである。
【0007】
【発明の構成並びに作用効果】本発明の一形態によれ
ば、車両のエンジン始動コマンドを検出する工程と、エ
ンジン始動コマンドを検出したときに排気ガス処理手段
の補助加熱を開始させる工程と、排気ガス処理手段の温
度を感知する工程と、感知した温度を所定の温度と比較
する工程と、感知した温度が上記所定の温度を越えたと
きに、コマンドされた流量で補助空気を上記排気ガス経
路へ導入開始させる工程と、排気ガス経路への補助空気
の導入開始後エンジンの始動を可能にする工程とを有す
ることを特徴とするエンジン排気物減少方法が提供され
る。
【0008】本発明の別の形態によれば、エンジンの排
気ガスを触媒処理するための補助加熱される排気ガス処
理手段と、空気供給手段と、排気ガス処理手段の温度を
感知する温度センサと、エンジン始動コマンドを検出し
たときに排気ガス処理手段を補助加熱し、感知した温度
を所定の温度と比較し、感知した温度が所定の温度を越
えたときに所定のコマンド流量で排気ガス経路内への補
助空気の供給を開始させるように空気供給手段を作動さ
せ、排気ガス経路内への補助空気の供給の開始後にエン
ジン始動を可能にする制御手段とを有することを特徴と
するエンジン排気物減少装置が提供される。
【0009】好ましい実施例においては、エンジンの初
期作動中に好ましくない排気ガス成分を酸化させるため
に十分な酸素を供給するようにエンジン排気ガス流への
新鮮な空気の導入を制御することができる。
【0010】好ましくは、エンジンの初期作動中(例え
ば、エンジンクランキング前又はその期間中)、制御さ
れた量の新鮮な空気が触媒コンバータの上流側のエンジ
ン排気ガス経路へ導入される。
【0011】コンバータの補助加熱により、コンバータ
の温度がライトオフ温度まで迅速に上昇する。コンバー
タが校正温度に到達した直後でエンジンクランキング前
に、補助空気を制御された流量で排気ガス流へ導入する
のが好ましい。
【0012】また、この流量は理論混合比からのエンジ
ン空燃比の変化に応じて変化するのが望ましい。炭化水
素等の不当な排気ガス成分の増加量はエンジン空燃比を
監視することにより予測できる。好ましくは、制御され
た流量は、コンバータをライトオフ温度以下に冷却する
ことなく、増加した排気ガス成分を酸化させるに必要な
酸素の量を精確に排気ガス経路へ供給するように、調整
される。
【0013】一実施例において、初期のエンジンシリン
ダ事象中上述の増加した排気ガス成分を酸化できる流量
で排気ガス経路を流通させる空気量を見積もるまで、エ
ンジン始動を禁止する。
【0014】
【実施例】図1を参照すると、エンジン10の作動によ
り発生した排気ガスは普通の排気ガス管12から触媒処
理を行う2段触媒コンバータ14へ送られる。触媒コン
バータの補助加熱は普通の電気加熱素子(例えば、キャ
メット(Camet) EHCコンバータ)を備えたヒーター又
はバーナーヒーターの如きヒーター16により行う。ヒ
ーターはヒータードライバ24からの駆動信号により制
御され、この信号のレベルは校正した所望の加熱スケジ
ュールに応じて既知の触媒コンバータ加熱技術により設
定される。ヒータードライバ24はコントローラ28か
らイネーブル信号ENABLEを受けたときに加熱スケ
ジュールに従ってヒーター16の作動を制御するように
付勢される。
【0015】普通の熱電対即ちサーミスタ26は触媒コ
ンバータの温度を感知し、その温度を表す出力信号Tc
atを発生させる。空気ポンプ18の作用により普通の
空気フィルタ(図示せず)を通して大気中から吸引され
た空気の如き補助空気はコンバータ14の上流側の地点
で導管20から排気ガス管12へ導入される。空気ポン
プ18はポンプドライバ22により駆動されるが、この
ドライバは、例えば、これに入力された所望の空気コマ
ンドAIRdを(ポンプへ入力され)ポンプを駆動すべ
き速度に対応する電流又は電圧レベルに変換するための
普通の駆動回路を有する。
【0016】空気ポンプ18の作用により空気導管20
中を流通する空気の流量は、例えば空気導管20内の校
正されたオリフィスの両側の圧力差を測定する差圧セン
サの如きセンサ30により感知される。センサ30は導
管20を通る実際の流量を表す信号AIRaを発生させ
る。
【0017】普通の単チップマイクロプロセッサをベー
スとしたコントローラの如きコントローラ28は補助空
気制御及び触媒コンバータの補助加熱制御を行う。更
に、コントローラ28は、エンジンへの燃料コマンド、
空気コマンド及び点火コマンドを制御し、周知のエンジ
ン制御技術に応じたエンジン診断ルーチン及び保守ルー
チンを実行することにより、一般的なエンジン作動を制
御できる。このような制御は、入力信号情報を読取りそ
の入力信号情報に応じて作動コマンドを発生させ出力す
る(コントローラのメモリー(図示せず)に記憶され
た)エンジン制御ルーチンを実行することにより行われ
る。
【0018】例えば、コントローラ28により所望の空
気コマンドAIRdを発生させてこれをポンプドライバ
22へ出力し、ドライバによりこのコマンドを空気ポン
プ18へ出力すべき駆動信号に変換することができる。
次いで、所望の空気コマンドAIRdに応じて空気導管
20内へ空気を吸引させる。更に、エンジン作動中の適
当な時期(例えば、運転手が点火パワーVignをコン
トローラ28へ供給した時点)にコンバータの補助加熱
を開始するように出力信号ENABLEを設定すること
ができる。所望のコンバータ補助加熱時間(例えば、エ
ンジン排気ガスからコンバータへ供給された熱エネルギ
によりコンバータがライトオフ温度に達すると予想され
る時間)が経過した後、出力信号ENABLEを低レベ
ルへ戻し、コンバータ補助加熱作動を停止させる。
【0019】コンバータ補助加熱を行い、コンバータ1
4へ補助空気を供給するルーチンの実施例を図2、3に
示す。他のルーチン(例えば、普通のエンジン制御ルー
チン、エンジン診断ルーチン、エンジン保守ルーチン)
もコントローラのメモリー内に記憶させることができ
る。
【0020】点火パワーVignをコントローラ28へ
供給したとき(例えば、運転手がイグニッションキーを
オン位置へ回転させた後エンジンが始動する前)、図2
のルーチンの実行がステップ50で開始され、ステップ
52へ進んで、コントローラの初期化を行い、データ変
数、ポインター、フラグ、カウンタを初期値に設定す
る。次いで、ステップ54において、上述の校正した加
熱スケジュールに従ってヒーター16を駆動するために
ヒータードライバ24(図1)にコマンドを与えるレベ
ルに出力信号ENABLEを設定することにより、コン
バータの予備加熱(補助加熱)を可能化する。
【0021】次いで、ステップ56へ進み、コントロー
ラ作動中に、例えば(エンジンシリンダの)事象をベー
スとした割込みやタイマーをベースとした割込みの如き
普通のコントローラ割込みを可能にする。普通のマイク
ロコントローラをベースとしたエンジン制御において既
知の如く、可能になった割込みが生じたときに、制御は
現在行われているコントローラの作動から所望の割込み
サービスルーチンへ移行し、エンジン制御又は診断機能
の如きサービス機能を実行する。割込みサービスルーチ
ンが終了すると、制御は元のコントローラの作動へ戻
る。
【0022】ステップ56でコントローラ割込みを可能
化した後、ステップ58において、コントローラ28
(図1)の作動中、バックグラウンド作動が連続的に繰
り返される。このようなバックグラウンド作動は、エン
ジン又は排気装置の診断及び保守機能とすることがで
き、可能になった割込みが生じたときには中断すること
ができる。
【0023】この実施例における可能化された割込みの
一例は、可能化されている間に実質上一定の周期で生じ
るタイマーをベースとした割込みである。例えば、50
ないし100ミリ秒毎に割込みを生じさせることができ
る。この割込みが生じると、図3の各ステップに対応す
る一連の作動を含む割込みサービスルーチンへ移行す
る。一般に、このサービスルーチンは、特にエンジン始
動時及びその直後においてエンジン排気物に対する改善
を行うために、触媒コンバータの予備加熱、排気ガス管
12(図1)へ供給される空気量の制御、及びエンジン
始動を調整する。
【0024】上述のように、点火パワーがコントローラ
28(図1)へ供給された直後にコンバータ補助加熱が
行われる。図3のルーチンは、コンバータの温度が校正
されたしきい値まで上昇した直後でエンジン始動前に、
排気ガス管12(図1)へ導入される補助空気を制御す
る。
【0025】校正されたしきい温度はコンバータのライ
トオフ温度(約400℃)としてもよいし、ライトオフ
温度に到達した直後に炭化水素や一酸化炭素を酸化する
のに十分な補助空気量がコンバータ内に存在することが
保証されれば、ライトオフに対応する温度以下の温度に
設定してもよい。しかし、校正されたしきい温度は、ヒ
ーターがコンバータ温度をライトオフ温度近傍まで上昇
させる前に比較的冷えた補助空気をコンバータへ導入し
てしまうほど低い値に設定すべきではない。その理由
は、このような空気導入が生じた場合、ライトオフ温度
に到達するまでの時間が大幅に延びてしまうからであ
る。更に、コンバータ温度がしきい温度に到達した後
は、不必要なコンバータ冷却を防止するために、補助空
気の流量は、炭化水素や一酸化炭素等のエンジン排気ガ
ス成分を酸化させるに必要なものとして見積もった流量
を越えないように制限すべきである。
【0026】特に、図3のルーチンはタイマーをベース
としたコントローラ割込み時にステップ70において開
始される。次に、ステップ72へ進んで、触媒コンバー
タ14の温度Tcatが、前のルーチンにおいて、校正
されたしきい温度Tthresh(この実施例では、3
50℃に設定)以上の「高温状態」として診断されてい
たか否かを判定する。YESの場合は、例えばコントロ
ーラのメモリー内に設定されたフラグにより指示されて
ステップ84へ進み、タイマーをインクレメント(増
分)し、コンバータが「高温状態」として診断されたた
めに生じたこのルーチンの反復数をカウントする。次い
で、ステップ82−96において、補助空気制御及びコ
ンバータの補助加熱を実行する。これについては後述す
る。
【0027】一方、ステップ72においてコンバータが
「高温状態」でないと診断された場合(YES)は、ス
テップ74へ進み、温度センサ26(図1)からのコン
バータ温度信号Tcatを読取る。次いで、ステップ7
6において、コンバータ温度Tcatがしきい温度Tt
hreshを越えていた場合(YES)は、ステップ7
8へ進み、例えば上述のコントローラのメモリー内のフ
ラグを設定することにより、コンバータの「高温状態」
診断を表示する。次にステップ80へ進み、タイマーを
ゼロにリセットし、補助空気制御及びコンバータの補助
加熱(後述)に利用するために、「高温状態」診断後の
このルーチンの反復数のカウントを初めから開始させ
る。
【0028】タイマーのリセット後、ステップ82へ進
み、空気ポンプ18から空気導管20を通って排気ガス
管12(図1)へ至る空気の実際の流量AIRaを読取
る。次いでステップ86へ進み、実際の空気流量AIR
aが校正された空気流量しきい値Kair(この実施例
のように一定(例えば、3グラム/秒)でもよいし、別
の実施例として可変でもよい)を越えたか否かを判定す
る。例えば、しきい値Kairは(Kair=AIRd
−δ)に設定することができる。ここで、AIRdは空
燃比、Tcat、AIRa及びタイマーの現在値の如き
パラメータの所定の関数として変化することのできる所
望の空気流量であり、δは空気流量信号AIRaに多少
の乱れがあってもステップ86の実行を可能にするよう
に小さな値に設定できる値である。
【0029】ステップ86において、空気流量AIRa
がしきい値Kairを越えていた場合(YES)は、ス
テップ88へ進み、エンジンクランキング中及びその直
後に発生するエンジン排気ガス成分を(無害物に)変換
するためにエンジン排気ガス管12中を通すべき十分な
量の空気が感知されているので、エンジンのクランキン
グを可能にする。エンジンスタータ回路(図示ぜず)内
のカットオフリレーを閉じてスタータモータの作動を許
容することにより、エンジン始動を可能にすることがで
きる。この実施例においては、このようなリレーはステ
ップ88で閉じるまでは通常開いている。ステップ88
でのエンジンクランキング後、ステップ90(後述)へ
進む。
【0030】一方、ステップ86において、空気流量A
IRaがしきい値Kairを越えていなかった場合(N
O)は、排気ガスを発生させるエンジンシリンダの事象
を阻止するために、空気ポンプの作動により実際の空気
流量AIRaが排気ガスの成分を実質上酸化するのに十
分な程度に確立されるまで、エンジン始動を可能化しな
い。特に、空気流量AIRaがしきい値Kairを越え
ていなかった場合はステップ88へは進まず、ステップ
90へ直接進み、エンジンの空燃比A/F(典型的な始
動条件下における空燃比でよい)の如きエンジン作動条
件の下で酸化を生じさせるように排気ガス管12(図
1)へ導入すべき新鮮な空気の流量として所望の空気流
量AIRdが決定される。上述のように、始動条件はエ
ンジン始動の信頼性を改善するためのコマンドされた豊
富なエンジン空燃比を含むことができる。コマンドされ
た燃料をエンジン10(図1)へ送る燃料供給装置内で
燃料送給が遅れるような場合は、少なくともエンジンの
最初の数サイクル中における実際の空燃比は豊富な空燃
比コマンドにより得られる空燃比よりも更に富ませるこ
とができる。
【0031】エンジン始動空燃比に対応する炭化水素や
一酸化炭素を酸化するのに十分な空気流量は、エンジン
空燃比A/Fに基づき所望の空気流量AIRdを決定す
るステップ88の作動により達成される。所望の空気流
量AIRdはコンバータ温度Tcatに基づき決定する
こともできるが、この場合は、供給される空気がコンバ
ータの効率に悪影響(ライトオフ温度以下へのコンバー
タ温度Tcatの低下)を与えないほどコンバータ温度
Tcatが高いときにのみ、ポンプにより空気を供す
る。また、所望の空気流量AIRdは、例えば普通の閉
ループ制御技術を用いて実際の空気流量AIRaに基づ
き決定することもできる。更にまた、所望の空気流量A
IRdはタイマーに応答して決定することもできが、こ
の場合は、既知のコンバータ加熱制御技術に従って、コ
ンバータの加熱後所定の期間経過後に所望の空気流量A
IRdをゼロの方へ減少させる。例えば、新鮮な空気流
量に対する排気ガス背圧効果のフィードフォワード補償
に適用するため又は触媒コンバータ14(図1)を通す
炭化水素や一酸化炭素の流量の決定にエンジン空燃比を
適用するために、排気ガス流量を所望の空気流量AIR
dの決定に使用できる。例えば、エンジン吸入空気流セ
ンサを使用することにより又はエンジン速度、エンジン
吸入マニホルド圧力、周囲圧力等のパラメータの組み合
わせを使用することにより排気ガス流量を見積もること
ができる。ステップ90で所望の空気流量AIRdを決
定した後、ステップ92へ進み、コントローラ28(図
1)からポンプドライバ22へ所望の空気流量信号AI
Rdを出力し、このドライバは上述のように所望の空気
流量信号AIRdに応答して駆動コマンドを空気ポンプ
18へ送る。次いで、ステップ94へ進み、タイマーの
値を(所望のコンバータ補助加熱時間に対応するように
設定された)校正されたホールド時間Tholdと比較
する。コンバータ温度が所定のしきい温度(例えばTt
hresh)に到達した後は、エンジン排気ガスの熱の
みでコンバータをライトオフ温度に維持している限る
は、コンバータ補助加熱は必要でない。
【0032】この実施例においては、図3のルーチンの
少なくともホールド時間Tholdの反復中にコンバー
タ温度Tcatがしきい温度Tthreshを越えた場
合は、コンバータ補助加熱は不要となる。従って、ステ
ップ94において、タイマー値がホールド時間Thol
dを越えた場合(YES)は、ステップ96へ進み、例
えばヒータードライバ24を不作動にするレベルに信号
ENABLE(図1)を設定することにより、コンバー
タ加熱を停止させる。一方、ステップ94において、タ
イマー値がホールド時間Tholdを越えていない場合
(NO)は、ステップ98へ進み、図3のルーチンに対
応する割込みの発生により中断していたコントローラ作
動状態へ戻す。
【0033】また、ステップ76において、コンバータ
温度Tcatがしきい温度Tthreshより大きくな
い場合(NO)は、触媒コンバータ14(図1)はこの
実施例の補助空気制御の開始からの効果によるライトオ
フ温度近傍に達していないものと判断する。この場合、
比較的冷えた新鮮な空気を導入してしまうと、ライトオ
フ温度に到達するまでの時間が増大し、コンバータの触
媒作用が生じないので、十分な排気物減少を達成できな
い。従って、ステップ76からステップ98へ直接移行
させ、図3の割込みルーチンを終了させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】触媒コンバータへの空気供給装置の一実施例を
示す概略ブロック線図である。
【図2】図1の装置の作動ルーチンを示すフローチャー
トである。
【図3】割込みルーチンの一例を示すフローチャートで
ある。
【符号の説明】
10 エンジン 12 排気ガス管 14 触媒コンバータ 18 空気ポンプ 20 空気導管 22 ポンプドライバ 26 サーミスタ 28 コントローラ 54 補助加熱ステップ 74 コンバータ温度読取りステップ 76 コンバータ温度比較ステップ 82 空気流量読取りステップ 86 空気流量比較ステップ 88 エンジン始動可能化ステップ 92 空気出力ステップ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/24 ZAB F01N 3/24 ZABA (72)発明者 デーヴィッド・アレン・スィンガー アメリカ合衆国ミシガン州48335,ファ ーミントン,ヒルクレスト 33614 (72)発明者 デーヴィッド・ブライアン・ブラウン アメリカ合衆国ミシガン州48315,シェ ルビー・タウンシップ,グレンウッド 13970 (56)参考文献 特開 平5−59940(JP,A) 特開 平4−166606(JP,A) 実開 平7−10419(JP,U) 実開 平6−14433(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/20 - 3/24

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気ガスを触媒処理するため
    の補助加熱される排気ガス処理手段(14)を有するエ
    ンジン(10)の排気ガス経路(12)へ補助空気を導
    入する方法において、 車両のエンジン始動コマンドを検出する工程と;上記エ
    ンジン始動コマンドを検出したときに上記排気ガス処理
    手段(14)の補助加熱を開始させる工程と;上記排気
    ガス処理手段(14)の温度を感知する工程(74)
    と;感知した温度を所定の温度と比較する工程(76)
    と;上記感知した温度が上記所定の温度を越えたとき
    に、コマンドされた流量で補助空気を上記排気ガス経路
    へ導入開始させる工程(92)と;上記排気ガス経路へ
    の補助空気の導入開始後上記エンジンの始動を可能にす
    る工程(88)と;を有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 上記エンジン始動の期間中にエンジンの
    空燃比を予測する工程と;当該エンジン始動の期間中に
    排気ガス流量を予測する工程と;予測したエンジン空燃
    比及び予測した排気ガス流量の所定の関数として上記補
    助空気のコマンド流量を決定する工程と;を有すること
    を特徴とする請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 上記エンジン始動期間が、エンジンクラ
    ンキング中に生じるエンジンシリンダの事象を含んでい
    ることを特徴とする請求項2の方法。
  4. 【請求項4】 上記エンジン始動期間が、コマンドされ
    た豊富なエンジン空燃比を提供する初期のエンジン作動
    期間を含むことを特徴とする請求項2又は3の方法。
  5. 【請求項5】 上記エンジンの排気ガス経路へ供給され
    る実際の補助空気流量を予測する工程(82)と;予測
    した実際の補助空気流量を所定のしきい流量と比較する
    工程(86)と;を有し、上記予測した実際の補助空気
    流量が上記所定のしきい流量を越えたときにエンジン始
    動を可能とすることを特徴とする請求項1ないし4のい
    ずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 上記エンジンの始動を可能にする工程
    が、上記予測した実際の補助空気流量が上記所定のしき
    い流量を越えるまでエンジン始動を禁止する工程を有す
    ることを特徴とする請求項5の方法。
  7. 【請求項7】 上記所定のしきい流量を上記コマンド流
    量の所定の関数としたことを特徴とする請求項5又は6
    の方法。
  8. 【請求項8】 エンジン(10)の排気ガス経路(1
    2)からの不当な排気物を減少させる装置において、 上記エンジンの排気ガスを触媒処理するための補助加熱
    される排気ガス処理手段(14)と;空気供給手段(1
    8−22)と;上記排気ガス処理手段の温度を感知する
    温度センサ(26)と;エンジン始動コマンドを検出し
    たときに上記排気ガス処理手段を補助加熱し、感知した
    温度を所定の温度と比較し、上記感知した温度が上記所
    定の温度を越えたときに所定のコマンド流量で上記排気
    ガス経路内への補助空気の供給を開始させるように上記
    空気供給手段(18−22)を作動させ、当該排気ガス
    経路内への補助空気の供給の開始後にエンジン始動を可
    能にする制御手段(28)と;を有することを特徴とす
    る装置。
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