(57)【要約】【課題】増圧装置を有する燃料噴射装置を利用する内燃機関の始動性を改善する。【解決手段】第１の蓄圧室３１は燃料溜り６、インジェクタ制御室３及び第２シリンダ室３５への燃料供給源として機能し、第２の蓄圧室３２は第１シリンダ室３４及び増圧装置制御室１４への燃料供給源として機能する。第２の蓄圧室３２の容積は第１の蓄圧室３１の容積より大きく設定されている。差圧発生弁３３は、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が所定値以下のときに第１の蓄圧室３１と第２の蓄圧室３２との連通を遮断する弁を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、
該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を該増圧ピストンに作用させる制御力の変化により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、
前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、
を備え、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置であって、
前記蓄圧手段は、
前記第２シリンダ室と連通し、ポンプから供給される燃料を蓄圧する第１蓄圧室と、
第１蓄圧室より容積が大きく、前記第１シリンダ室と連通し、第１蓄圧室から供給される燃料を蓄圧する第２蓄圧室と、
第１蓄圧室内の燃料の圧力が所定値以下のときに、第１蓄圧室から第２蓄圧室への燃料の供給を遮断する遮断弁と、
を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、
該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を該増圧ピストンに作用させる制御力の変化により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、
前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、
を備え、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置であって、
前記蓄圧手段は、
前記第２シリンダ室と連通し、ポンプから供給される燃料を蓄圧する第１蓄圧室と、
前記第１シリンダ室と連通し、第１蓄圧室から供給される燃料を蓄圧する第２蓄圧室と、
第１蓄圧室内の燃料の圧力が第２蓄圧室内の燃料の圧力より高くなるように、第１蓄圧室と第２蓄圧室との間を開閉する差圧発生弁と、
を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射装置であって、
前記差圧発生弁は、第１蓄圧室内の燃料の圧力と第２蓄圧室内の燃料の圧力との差が所定値以下のときに、第１蓄圧室から第２蓄圧室への燃料の供給を遮断する弁を含むことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の燃料噴射装置であって、
前記差圧発生弁は、第２蓄圧室内の燃料の圧力が第１蓄圧室内の燃料の圧力より大きいときに、第１蓄圧室と第２蓄圧室とを連通させる弁を含むことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、
該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を制御室内の圧力開放により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、
前記制御室内に制御圧を供給する第１状態と、前記制御室内の圧力を開放する第２状態との切り換えが可能な切換手段と、
前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、
を備える燃料噴射装置を対象として、前記切換手段を第１状態から第２状態に切り換えるとともに前記ニードルを作動させる制御を行うことで、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させることが可能な制御装置であって、
燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させた後、前記切換手段を第２状態から第１状態に切り換えて移動した増圧ピストンの位置を戻すときに、前記第２シリンダ室内の燃料の圧力が増大するように、前記ニードルを作動させずに前記切換手段を一時的に第１状態から第２状態に切り換える切換制御を行う制御手段を有することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の回転速度が所定値以上の場合に、前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の要求トルクが所定値以上の場合に、前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、所定サイクルの間前記切換制御を行わずに燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させた場合は、該切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項９】
ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、
該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を制御室内の圧力開放により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、
前記制御室と前記蓄圧手段とを連通する第１状態と、前記制御室内の圧力を開放する第２状態との切り換えが可能な切換手段と、
前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、
を備える燃料噴射装置を対象として、前記切換手段を第１状態から第２状態に切り換えるとともに前記ニードルを作動させる制御を行うことで、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させることが可能な制御装置であって、
前記ニードルを作動させずに前記切換手段を一時的に第１状態から第２状態に切り換える切換制御を行うことにより、燃料を噴射させずに前記蓄圧手段内の燃料の圧力を減少させる制御手段を有することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、前記切換制御を繰り返して行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、燃料の噴射を行う作動状態時には、燃料噴射期間を避けて前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の回転減速度が所定値以上の場合に、前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか１に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の要求トルクの低下速度が所定値以上の場合に、前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項１４】
請求項９〜１１のいずれか１に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、前記蓄圧手段内の燃料の圧力が設定圧力より所定値以上高い場合に、前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項１５】
請求項９〜１１のいずれか１に記載の燃料噴射装置の制御装置であって、
前記制御手段は、内燃機関への燃料の噴射を停止した場合に、前記切換制御を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置及びその制御装置に関し、特に蓄圧室に蓄えられた燃料をさらに増圧して噴射することが可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射装置の一例が特許第２８８５０７６号（特許文献１）に開示されている。特許文献１においては、蓄圧室から送出された燃料を増圧ピストンによりさらに増圧することができる増圧装置が設けられている。増圧ピストンは大油室内の燃料により加圧されており、中油室内の圧力を開放することで増圧ピストンが小油室内の燃料を加圧する力が増大して噴射圧が増大する。中油室内の圧力の供給／開放を電磁弁により切り換えることで、蓄圧室からの燃料を直接噴射弁に送って噴射する低圧噴射と、増圧装置にてさらに増圧した燃料を噴射弁に送って噴射する高圧噴射と、の切り換えが可能となっている。なお、高圧噴射を行った後の増圧ピストンは、ばねの力によって初期位置まで戻される。
【０００３】
また、その他の背景技術として、特許文献２，３の燃料噴射装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２８８５０７６号明細書
【特許文献２】特開平８−２７７７６２号公報
【特許文献３】国際公開第０２／１４６８１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示す燃料噴射装置においては、増圧装置の作動の安定性を確保するために蓄圧室の容積を大きく設定する必要があるので、内燃機関の始動時に蓄圧室内を始動可能な圧力まで短時間で昇圧させることが困難であり、内燃機関の始動性が悪化してしまうという問題点がある。そして、高圧噴射後に増圧ピストンを初期位置に戻す動作がばねの力のみによって行われるので、短時間で増圧ピストンを初期位置まで戻すことが困難であり、内燃機関の高速運転時に高圧噴射を安定して行うことが困難であるという問題点がある。さらに、前述したように蓄圧室の容積を大きく設定する必要があるので、蓄圧室内を減圧する必要がある場合に、蓄圧室内を短時間で減圧することが困難であるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、増圧装置を有する燃料噴射装置を利用する内燃機関の始動性を改善することを目的の１つとする。また、本発明は、内燃機関の高速運転時においても増圧装置を安定して作動させることができる燃料噴射装置及びその制御装置を提供することを目的の１つとする。また、本発明は、蓄圧室内を速やかに減圧することができる増圧装置を有する燃料噴射装置の制御装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料噴射装置及びその制御装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明に係る燃料噴射装置は、ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を該増圧ピストンに作用させる制御力の変化により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、を備え、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置であって、前記蓄圧手段は、前記第２シリンダ室と連通し、ポンプから供給される燃料を蓄圧する第１蓄圧室と、第１蓄圧室より容積が大きく、前記第１シリンダ室と連通し、第１蓄圧室から供給される燃料を蓄圧する第２蓄圧室と、第１蓄圧室内の燃料の圧力が所定値以下のときに、第１蓄圧室から第２蓄圧室への燃料の供給を遮断する遮断弁と、を有することを要旨とする。
【０００９】
この本発明においては、燃料を蓄圧する蓄圧室として、燃料噴射用の第１蓄圧室と、増圧手段作動用の第２蓄圧室とが備えられており、第１蓄圧室の容積は第２蓄圧室の容積より小さい。そして、内燃機関を始動する際は、第１蓄圧室から第２蓄圧室への燃料の供給が遮断弁により遮断されるため、第１蓄圧室及び燃料溜り内における燃料の圧力を速やかに上昇させることができる。したがって、この本発明によれば、内燃機関の始動性を改善することができる。
【００１０】
また、本発明に係る燃料噴射装置は、ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を該増圧ピストンに作用させる制御力の変化により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、を備え、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置であって、前記蓄圧手段は、前記第２シリンダ室と連通し、ポンプから供給される燃料を蓄圧する第１蓄圧室と、前記第１シリンダ室と連通し、第１蓄圧室から供給される燃料を蓄圧する第２蓄圧室と、第１蓄圧室内の燃料の圧力が第２蓄圧室内の燃料の圧力より高くなるように、第１蓄圧室と第２蓄圧室との間を開閉する差圧発生弁と、を有することを要旨とする。
【００１１】
この本発明においては、第１蓄圧室内の燃料の圧力が第２蓄圧室内の燃料の圧力より高くなるように、第１蓄圧室と第２蓄圧室との間が差圧発生弁により開閉される。これによって、燃料を増圧手段により増圧して噴射した後に増圧ピストンを初期位置に戻す際には、第２シリンダ室内の燃料の圧力を従来より高くすることができるので、増圧ピストンを初期位置に戻すための復元力を従来より増大させることができる。したがって、この本発明によれば、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができるので、内燃機関の高速運転時においても燃料を増圧手段により増圧して噴射する動作を安定して行うことができる。
【００１２】
この本発明に係る燃料噴射装置において、前記差圧発生弁は、第１蓄圧室内の燃料の圧力と第２蓄圧室内の燃料の圧力との差が所定値以下のときに、第１蓄圧室から第２蓄圧室への燃料の供給を遮断する弁を含むものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置において、前記差圧発生弁は、第２蓄圧室内の燃料の圧力が第１蓄圧室内の燃料の圧力より大きいときに、第１蓄圧室と第２蓄圧室とを連通させる弁を含むものとすることもできる。
【００１３】
また、本発明に係る燃料噴射装置の制御装置は、ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を制御室内の圧力開放により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、前記制御室内に制御圧を供給する第１状態と、前記制御室内の圧力を開放する第２状態との切り換えが可能な切換手段と、前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、を備える燃料噴射装置を対象として、前記切換手段を第１状態から第２状態に切り換えるとともに前記ニードルを作動させる制御を行うことで、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させることが可能な制御装置であって、燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させた後、前記切換手段を第２状態から第１状態に切り換えて移動した増圧ピストンの位置を戻すときに、前記第２シリンダ室内の燃料の圧力が増大するように、前記ニードルを作動させずに前記切換手段を一時的に第１状態から第２状態に切り換える切換制御を行う制御手段を有することを要旨とする。
【００１４】
この本発明においては、燃料を増圧手段により増圧させて噴射させた後、切換手段を第２状態から第１状態に切り換えて移動した増圧ピストンの位置を戻すときに、ニードルを作動させずに切換手段を一時的に第１状態から第２状態に切り換えている。これによって、第２シリンダ室内の燃料の圧力が増大し、この増大した第２シリンダ室内の圧力及び制御室内に供給される圧力を増圧ピストンの復元力として作用させることができるので、増圧ピストンの戻り速度を速くすることができる。したがって、この本発明によれば、増圧ピストンを初期位置に戻すのに要する時間を短縮することができるので、内燃機関の高速運転時においても燃料を増圧手段により増圧して噴射する動作を安定して行うことができる。
【００１５】
この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の回転速度が所定値以上の場合に、前記切換制御を行うものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の要求トルクが所定値以上の場合に、前記切換制御を行うものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、所定サイクルの間前記切換制御を行わずに燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させた場合は、該切換制御を行うものとすることもできる。
【００１６】
また、本発明に係る燃料噴射装置の制御装置は、ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧手段と、該蓄圧手段から第１シリンダ室に供給された燃料の圧力により加圧される増圧ピストンを含み、該増圧ピストンが該蓄圧手段から第２シリンダ室に供給された燃料を加圧する力を制御室内の圧力開放により増大させることで、該第２シリンダ室と連通する燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、前記制御室と前記蓄圧手段とを連通する第１状態と、前記制御室内の圧力を開放する第２状態との切り換えが可能な切換手段と、前記燃料溜りに貯溜された燃料をニードルの作動により噴射する噴射ノズルと、を備える燃料噴射装置を対象として、前記切換手段を第１状態から第２状態に切り換えるとともに前記ニードルを作動させる制御を行うことで、前記蓄圧手段に蓄圧された燃料を前記増圧手段により増圧させて噴射させることが可能な制御装置であって、前記ニードルを作動させずに前記切換手段を一時的に第１状態から第２状態に切り換える切換制御を行うことにより、燃料を噴射させずに前記蓄圧手段内の燃料の圧力を減少させる制御手段を有することを要旨とする。
【００１７】
この本発明においては、ニードルを作動させずに切換手段を一時的に第１状態から第２状態に切り換えることにより、燃料を噴射させずに蓄圧手段内の燃料の圧力を減少させているので、蓄圧手段内の燃料の圧力を減圧弁を用いることなく速やかに減少させることができる。
【００１８】
この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、前記切換制御を繰り返して行うものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、燃料の噴射を行う作動状態時には、燃料噴射期間を避けて前記切換制御を行うものとすることもできる。
【００１９】
この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の回転減速度が所定値以上の場合に、前記切換制御を行うものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、燃料が噴射される内燃機関の要求トルクの低下速度が所定値以上の場合に、前記切換制御を行うものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、前記蓄圧手段内の燃料の圧力が設定圧力より所定値以上高い場合に、前記切換制御を行うものとすることもできる。この本発明に係る燃料噴射装置の制御装置において、前記制御手段は、内燃機関への燃料の噴射を停止した場合に、前記切換制御を行うものとすることもできる。ここで、内燃機関への燃料の噴射を停止する場合は、内燃機関の運転中に一時的にフューエルカットを行う場合、内燃機関の運転を停止する場合等が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２１】
「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。本実施形態の燃料噴射装置は、例えば圧縮点火式内燃機関に適用されるものであり、燃料加圧ポンプ１、第１の蓄圧室３１、第２の蓄圧室３２、差圧発生弁３３、及びインジェクタ１００を備えている。そして、インジェクタ１００は、各気筒に対応して設けられており、ノズル５、噴射制御バルブ９、増圧装置４、及び増圧制御バルブ１１を備えている。なお、本実施形態の燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御は、コントローラ３０によって実行される。
【００２２】
燃料加圧ポンプ１は、図示しないタンクに蓄えられた燃料を汲み上げて第１の蓄圧室３１へ供給する。第１の蓄圧室３１は、燃料加圧ポンプ１から供給された燃料を所定圧力で蓄える。第２の蓄圧室３２は、第１の蓄圧室３１から差圧発生弁３３を介して供給された燃料を所定圧力で蓄える。圧力センサ４１は、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力を検出する。圧力センサ４１の検出値はコントローラ３０に入力され、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が設定圧力となるように燃料加圧ポンプ１の駆動制御がコントローラ３０によって行われる。なお、ここでの設定圧力は、例えば４０〜１２０ＭＰａ程度の値であり、機関回転速度及び要求トルク（駆動負荷）が高いほど大きい値がコントローラ３０内で設定される。
【００２３】
増圧装置４は、増圧ピストン１０及びばね１５を有しており、増圧装置４内には、第１シリンダ室３４、第２シリンダ室３５、及び増圧装置制御室１４が形成されている。第１シリンダ室３４は第２の蓄圧室３２と連通しており、第１シリンダ室３４には第２の蓄圧室３２から燃料が供給される。この第１シリンダ室３４内に供給された燃料の圧力により、増圧ピストン１０が加圧される。そして、第２シリンダ室３５は圧力遮断弁１７を介して第１の蓄圧室３１と連通しており、第２シリンダ室３５には第１の蓄圧室３１から圧力遮断弁１７を介して燃料が供給される。また、増圧装置制御室１４は増圧制御バルブ１１を介して第２の蓄圧室３２及びタンクと連通しており、増圧装置制御室１４内に第２の蓄圧室３２からの燃料の圧力を供給可能であるとともに、増圧装置制御室１４内の圧力を開放可能である。ここで、増圧装置制御室１４における圧力の供給／開放については、増圧制御バルブ１１により切り換え可能である。
【００２４】
図２に示すように、増圧ピストン１０の摺動方向と垂直な面に関して、第１シリンダ室３４内の燃料の圧力を受ける面積Ａ１は、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力を受ける面積Ａ３より大きい。さらに、増圧装置制御室１４内の燃料の圧力を受ける面積をＡ２とすると、Ａ１＝Ａ２＋Ａ３の関係が成立している。また、ばね１５は、増圧ピストン１０を第１シリンダ室３４側へ付勢する力を発生している。
【００２５】
増圧制御バルブ１１は、増圧装置制御室１４と第２の蓄圧室３２とを連通して第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力を増圧装置制御室１４に供給する第１状態と、増圧装置制御室１４とタンクとを連通して増圧装置制御室１４内の圧力を開放する第２状態と、の切り換えが可能である。増圧制御バルブ１１を第１状態から第２状態に切り換えると、増圧装置制御室１４内の圧力が開放されるため、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力が増大する。このように、増圧装置制御室１４内の燃料の圧力は、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力を変化させるために、増圧ピストン１０に作用させる制御圧力として機能する。
【００２６】
ノズル５内には燃料溜り６が形成されており、燃料溜り６は、油路７及び圧力遮断弁１７を介して第１の蓄圧室３１と連通しているとともに、油路７，８を介して第２シリンダ室３５と連通している。そして、ノズル５のシート部１６には噴射孔２０が形成されており、ノズル５内には燃料溜り６と噴射孔２０との連通を開閉するニードル１３が摺動自在に収容されている。
【００２７】
ニードル１３の作動は、インジェクタ制御室３内の燃料の圧力を開放することによって行われる。ここで、インジェクタ制御室３は、オリフィス１８及び圧力遮断弁１７を介して第１の蓄圧室３１と連通しているとともに、オリフィス１８及び油路８を介して第２シリンダ室３５と連通している。インジェクタ制御室３に燃料の圧力が供給されているときは、ニードル１３は作動せず、燃料溜り６に貯溜された燃料は噴射されない。
【００２８】
噴射制御バルブ９を作動させることにより、インジェクタ制御室３内の燃料がオリフィス１９を介して排出するとともに、コマンドピストン１２及びニードル１３がインジェクタ制御室３側に移動して燃料溜り６と噴射孔２０とが連通し、燃料溜り６に貯溜された燃料が噴射孔２０から図示しない内燃機関の燃焼室内に噴射される。ここで、増圧制御バルブ１１を第１状態に維持した状態で噴射制御バルブ９を作動させたときは、第１の蓄圧室３１に蓄圧された燃料が増圧装置４により増圧されることなく噴射される。
【００２９】
一方、増圧制御バルブ１１を第１状態から第２状態に切り換え、噴射制御バルブ９を作動させると、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力が増大して燃料溜り６に貯溜された燃料の圧力が増大しているため、燃料が増圧装置４により増圧されて噴射される。このように、本実施形態に係る燃料噴射装置は、第１の蓄圧室３１に蓄圧した燃料を増圧装置４によりさらに増圧して噴射することが可能である。
【００３０】
圧力遮断弁１７は、増圧装置４により増圧された燃料が第１の蓄圧室３１へ逆流することを防止するために設けられている。ここでの圧力遮断弁１７は、第１の蓄圧室３１から第２シリンダ室３５及び燃料溜り６へ向かう方向のみの燃料の流れを許容するチェック弁により構成することができる。
【００３１】
コントローラ３０は、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が設定圧力となるように燃料加圧ポンプ１の吐出流量の制御を行う。そして、コントローラ３０は、噴射制御バルブ９の作動タイミングの制御を行うことで燃料噴射タイミングの制御を行う。さらに、コントローラ３０は、燃料を増圧装置４により増圧させて噴射させるために増圧制御バルブ１１の切り換え制御も行う。
【００３２】
本実施形態においては、燃料を蓄圧する蓄圧室（コモンレール）として、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２が設けられている。ここで、第１の蓄圧室３１は燃料溜り６、インジェクタ制御室３及び第２シリンダ室３５への燃料供給源として機能し、第２の蓄圧室３２は第１シリンダ室３４及び増圧装置制御室１４への燃料供給源として機能する。そして、第２の蓄圧室３２の容積は第１の蓄圧室３１の容積より大きく設定されている。この理由としては、内燃機関の始動時に第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力を速やかに上昇させる必要があるのと、燃料を増圧装置４により増圧して噴射する際は大流量の燃料を第２の蓄圧室３２から第１シリンダ室３４に供給する必要があるためである。典型的な例としては、第１の蓄圧室３１の容積は５０ｃｍ3以下で、第２の蓄圧室３２の容積は１００ｃｍ3以上である。
【００３３】
さらに、第１の蓄圧室３１と第２の蓄圧室３２との間に差圧発生弁３３が設けられており、所定条件の下で第１の蓄圧室３１と第２の蓄圧室３２との連通が差圧発生弁３３により遮断される。以下、差圧発生弁３３のより詳細な構成の一例を図３を用いて説明する。図３に示すように、差圧発生弁３３は、弁３０１，３０２，３０３を有している。
【００３４】
弁３０１は、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が所定値Ｘ１（例えば３０〜３５ＭＰａ程度の値）より大きいときに、第１の蓄圧室３１と連通した流路３０４と流路３０５とを連通させる。一方、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が所定値Ｘ１以下のとき、弁３０１は閉じる。これによって、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が所定値Ｘ１以下のときは、第１の蓄圧室３１から第２の蓄圧室３２への燃料の供給が遮断される。
【００３５】
弁３０２は、弁３０１に対して第２の蓄圧室３２側に直列に設けられている。弁３０２は、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力と第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力との差が所定値Ｘ２（例えば２〜５ＭＰａ程度の値）より大きいときに、流路３０５と第２の蓄圧室３２と連通した流路３０６とを連通させる。一方、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力と第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力との差が所定値Ｘ２以下のとき、弁３０２は閉じる。
【００３６】
弁３０３は、弁３０２と並列に設けられている。弁３０３は、第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力が第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力より大きいときに、流路３０５と流路３０６とを連通させる。一方、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力以上のとき、弁３０３は閉じる。
【００３７】
以上の弁３０２，３０３の動作から、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力と第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力との差が所定値Ｘ２以下で且つ第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力以上のときは、流路３０５と流路３０６との連通が遮断されることになる。
【００３８】
次に、本実施形態に係る燃料噴射装置の動作について説明する。なお、内燃機関の始動前は、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内に燃料が蓄圧されていないものとする。
【００３９】
内燃機関を始動させる際には、燃料加圧ポンプ１が駆動されて第１の蓄圧室３１に燃料が供給される。ここでは弁３０１は閉じており、第２の蓄圧室３２に燃料は供給されないため、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力は速やかに上昇する。噴射制御バルブ９を作動させることで、燃料が燃焼室内に噴射されて内燃機関が始動される。
【００４０】
第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が所定値Ｘ１より大きくなると弁３０１，３０２が開き、第１の蓄圧室３１から第２の蓄圧室３２に燃料が供給される。ここでは弁３０３は閉じている。第２の蓄圧室３２に燃料が供給されて第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力と第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力との差が所定値Ｘ２以下になると、弁３０２が閉じて第１の蓄圧室３１から第２の蓄圧室３２への燃料の供給が遮断されることで、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力より高い状態が保たれる。
【００４１】
内燃機関の低負荷運転時には、増圧制御バルブ１１を第１状態のままで噴射制御バルブ９を作動させることで、燃料を増圧装置４により増圧することなく噴射する。一方、内燃機関の高負荷運転時には、増圧制御バルブ１１を第１状態から第２状態に切り換え噴射制御バルブ９を作動させることで、燃料を増圧装置４により増圧して噴射する。ニードル１３が作動すると、第１シリンダ室３４内の燃料により加圧されている増圧ピストン１０が第２シリンダ室３５側へ移動して燃料が増圧されて噴射される。増圧装置４が作動することで第１の蓄圧室３１内の圧力と第２の蓄圧室３２内の圧力との差が所定値Ｘ２より大きくなると、弁３０２が開いて第１の蓄圧室３１から第２の蓄圧室３２へ燃料が供給される。このとき、第１の蓄圧室３１内の圧力と第２の蓄圧室３２内の圧力との関係は、図４におけるほぼ実線上を移動することになり、第１の蓄圧室３１内の圧力と第２の蓄圧室３２内の圧力との差がほぼ所定値Ｘ２に保たれる。
【００４２】
燃料を増圧装置４により増圧して噴射した後に増圧ピストン１０を初期位置まで戻す際には、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換える。増圧制御バルブ１１を第１状態に切り換えた直後は、燃料が第２の蓄圧室３２から増圧装置制御室１４に流入するとともにばね１５の復元力により増圧ピストン１０が第１シリンダ室３４側へ移動する。その後は、ばね１５の復元力により増圧ピストン１０が第１シリンダ室３４側へ移動する。また、増圧ピストン１０を戻す際には、第１の蓄圧室３１から第２シリンダ室３５に燃料が供給され、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力も増圧ピストン１０の復元力として作用する。ここで、弁３０２の動作により第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力より高いため、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力が第１シリンダ室３４及び増圧装置制御室１４内の燃料の圧力より高くなる。したがって、従来より大きい復元力を増圧ピストン１０に作用させることができるので、増圧ピストン１０を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００４３】
また、コントローラ３０は、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内における燃料の減圧を短時間に行う必要があると判定した場合は、以下に示す減圧制御を行う。この減圧制御は、燃料加圧ポンプ１を停止させるか吐出流量を低下させるとともに、噴射制御バルブ９を作動させずに、すなわちニードル１３を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換えることにより行われる。増圧制御バルブ１１を第１状態から第２状態に切り換えると増圧装置制御室１４内の圧力が開放され、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換えると増圧装置制御室１４に第２の蓄圧室３２からの燃料の圧力が供給される。この切り換え動作によって、第２の蓄圧室３２内の燃料が排出されて圧力が減少する。そして、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力と第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力との差が所定値Ｘ２より大きくなると弁３０２が開くため、第１の蓄圧室３１内の燃料が第２の蓄圧室３２及び増圧装置制御室１４を経由して排出されることで、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力も減少する。さらに圧力を減少させる必要がある場合は、この切り換え動作を繰り返すことにより燃料の排出を繰り返して圧力をさらに減少させる。
【００４４】
なお、上記の減圧制御を行う場合の例としては、内燃機関の回転減速度（回転速度の時間減少量）が所定値以上の場合、内燃機関の要求トルクの低下速度が所定値以上の場合、フューエルカットを行う場合、内燃機関を停止した場合、圧力センサ４１により検出された第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が設定圧力より所定値以上高い場合等が挙げられる。
【００４５】
また、増圧装置４による増圧を行わずに極少量の燃料を噴射するとともに減圧を行う場合も考えられる。その場合に、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力より低くなると、弁３０３が開いて第２の蓄圧室３２から第１の蓄圧室３１へ燃料が供給されるため、第１の蓄圧室３１内の減圧速度が遅くなる。このとき、第１の蓄圧室３１内の圧力と第２の蓄圧室３２内の圧力との関係は、図５におけるほぼ破線上を移動することになり、第２の蓄圧室３２内の圧力が弁３０２により設定される適正値より高くなる。この状態は、燃料加圧ポンプ１と増圧装置４の駆動履歴、及び圧力センサ４１の検出値に基づいて推定できる。あるいは圧力センサにより第２の蓄圧室３２内の圧力を直接検出してもよい。この状態が推定または検出された場合も、上記の減圧制御を行うことで第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内の圧力を減少させる。圧力の減少とともに、第１の蓄圧室３１内の圧力と第２の蓄圧室３２内の圧力との関係も図４におけるほぼ実線上へ移行する。なお、その場合は、燃料噴射期間を避けて噴射制御バルブ９を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換える動作を行う。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、内燃機関の始動時には弁３０１が閉じているので、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２のうち第１の蓄圧室３１のみに燃料加圧ポンプ１からの燃料が供給される。第１の蓄圧室３１の容積は第２の蓄圧室３２の容積より小さいため、内燃機関の始動時に第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力を速やかに上昇させることができる。したがって、内燃機関の始動性を改善することができる。
【００４７】
そして、第１の蓄圧室３１内における燃料の圧力が第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力より高くなるように、弁３０２，３０３の開閉動作が行われる。これによって、燃料を増圧装置４により増圧して噴射した後に増圧ピストン１０を初期位置に戻す際には、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力を第１シリンダ室３４及び増圧装置制御室１４内の燃料の圧力より高くすることができるので、増圧ピストン１０を初期位置に戻すための復元力を増大させることができる。したがって、増圧ピストン１０を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができるので、内燃機関の高速運転時に増圧装置４を安定して作動させることができる。さらに、増圧ピストン１０に復元力を作用させるばね１５の設計自由度も増すため、増圧装置４の小型化も実現できる。
【００４８】
また、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内の圧力を短時間で減少させることが必要な場合は、噴射制御バルブ９を作動させずに、すなわちニードル１３を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換えている。これによって、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内に蓄圧された燃料を増圧装置制御室１４を経由して排出することができるので、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内における燃料の圧力を減圧弁を用いることなく速やかに減少させることができる。
【００４９】
「第２実施形態」
図６は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御対象となる燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。本実施形態においては、第１実施形態と比較して燃料を蓄圧する蓄圧室（コモンレール）が分かれておらず共通化されており、差圧発生弁３３が省略されている。すなわち、本実施形態の蓄圧室３１は、燃料溜り６、インジェクタ制御室３、第１シリンダ室３４、第２シリンダ室３５及び増圧装置制御室１４への燃料供給源として機能する。なお、他の構成については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５０】
本実施形態においても、燃料を増圧装置４により増圧して噴射した後に増圧ピストン１０を初期位置まで戻す際には、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換える。
【００５１】
ここで、燃料を増圧装置４により増圧して噴射した直後は、第２シリンダ室３５内にはまだ高圧の燃料が残っている。そして、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換えた直後は、第２シリンダ室３５内の燃料の圧力の他に増圧装置制御室１４内に流入する燃料の圧力も増圧ピストン１０に作用するため、増圧ピストン１０を初期位置に戻す復元力は大きく、図７の初期戻り量部分に示すように増圧ピストン１０の戻り速度は速い。しかし、その後は、ばね１５の復元力のみによって増圧ピストン１０が戻ることになるため、図７の戻り勾配α部分に示すように増圧ピストン１０の戻り速度が遅くなる。したがって、図８に示すように、増圧ピストン１０が完全に初期位置まで戻るのに時間がかかり、内燃機関の高速運転時には増圧ピストン１０が初期位置に戻る前に再び第２シリンダ室３５側に移動してしまうことになる。この動作が繰り返されると、図８に示すように、増圧ピストン１０のストローク量が不足し、増圧装置４により十分に燃料の増圧を行うことができなくなってしまう。
【００５２】
そこで、本実施形態において、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換えて増圧ピストン１０を戻す際には、コントローラ３０は、噴射制御バルブ９を作動させずに、すなわちニードル１３を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換える制御を行う。増圧制御バルブ１１を第２状態に切り換えると、増圧装置制御室１４内の圧力が開放されるとともに第２シリンダ室３５内の燃料の圧力が増大する。その状態で増圧制御バルブ１１を第１状態に切り換えると、ばね１５の復元力だけでなく、増大した第２シリンダ室３５内の燃料の圧力及び増圧装置制御室１４内に流入する燃料の圧力も増圧ピストン１０の復元力として作用する。したがって、図９に示すように、増圧ピストン１０の戻り速度を一時的に速くすることができるので、増圧ピストン１０を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。この増圧制御バルブ１１を一時的に第２状態に切り換えるタイミングは増圧ピストン１０の戻り速度が遅くなった後が好ましく、実験的または解析的にこのタイミングを設定することができる。
【００５３】
なお、この切り換え制御については、１サイクル中１回に限らず１サイクル中に複数回繰り返して行ってもよい。さらに、この切り換え制御については、増圧ピストン１０を戻す度に行わずに、増圧ピストン１０のストローク不足の発生を予測して行ってもよい。増圧ピストン１０のストローク不足の発生が予測される場合の例としては、内燃機関の回転速度が所定値以上の場合、内燃機関の要求トルクが所定値以上の場合、所定サイクルの間この切り換え制御を行わずに燃料を増圧装置４により増圧させて噴射させた場合等が挙げられる。
【００５４】
また、本実施形態においても、コントローラ３０は、第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２内における燃料の減圧を短時間に行う必要があると判定した場合は、以下に示す減圧制御を行う。この減圧制御は、第１実施形態と同様に、燃料加圧ポンプ１を停止させるか吐出流量を低下させるとともに、噴射制御バルブ９を作動させずに、すなわちニードル１３を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換えることにより行われる。増圧制御バルブ１１を第１状態から第２状態に切り換えると増圧装置制御室１４内の圧力が開放され、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換えると増圧装置制御室１４に蓄圧室３１からの燃料の圧力が供給される。この切り換え動作によって、蓄圧室３１内の燃料が排出されて圧力が減少する。さらに圧力を減少させる必要がある場合は、この切り換え動作を繰り返すことにより燃料の排出を繰り返して圧力をさらに減少させる。
【００５５】
なお、上記の減圧制御を行う場合の例としては、内燃機関の回転減速度（回転速度の時間減少量）が所定値以上の場合、内燃機関の要求トルクの低下速度が所定値以上の場合、フューエルカットを行う場合、内燃機関を停止した場合、圧力センサ４１により検出された蓄圧室３１内における燃料の圧力が設定圧力より所定値以上高い場合等が挙げられる。
【００５６】
また、増圧装置４による増圧を行わずに極少量の燃料を噴射するとともに減圧を行う場合も考えられるが、この場合も、上記の減圧制御を行うことで蓄圧室３１内の圧力を減少させる。ただし、その場合は、燃料噴射期間を避けて噴射制御バルブ９を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換える動作を行う。
【００５７】
なお、他の動作については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料を増圧装置４により増圧して噴射した後、増圧制御バルブ１１を第２状態から第１状態に切り換えて増圧ピストン１０を戻す際には、噴射制御バルブ９を作動させずに、すなわちニードル１３を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換えている。これによって、増大した第２シリンダ室３５内の燃料の圧力及び増圧装置制御室１４内に流入する燃料の圧力を増圧ピストン１０の復元力として作用させることができるので、増圧ピストン１０の戻り速度を一時的に速くすることができる。したがって、増圧ピストン１０を初期位置に戻すのに要する時間を短縮することができるので、内燃機関の高速運転時に増圧装置４を安定して作動させることができる。さらに、増圧ピストン１０に復元力を作用させるばね１５の設計自由度も増すため、増圧装置４の小型化も実現できる。
【００５９】
また、蓄圧室３１内の圧力を短時間で減少させることが必要な場合は、噴射制御バルブ９を作動させずに、すなわちニードル１３を作動させずに増圧制御バルブ１１を一時的に第１状態から第２状態に切り換えている。これによって、蓄圧室３１内に蓄圧された燃料を増圧装置制御室１４を経由して排出することができるので、蓄圧室３１内における燃料の圧力を減圧弁を用いることなく速やかに減少させることができる。
【００６０】
図１では、第１の蓄圧室３１と第２の蓄圧室３２とが外観上分かれて示されているが、実際には外観上２つに分ける必要はなく１本のコモンレールの内部を分けて差圧発生弁を取り付けた構造であってもよい。
【００６１】
図１では、第２の蓄圧室３２からインジェクタ１００までの油路について、第１シリンダ室３４への油路と増圧制御バルブ１１への油路とが別々であるが、インジェクタ１００外では油路を共通化してインジェクタ１００内で分岐するように油路を構成してもよい。同様に、図６では、蓄圧室３１からインジェクタ１００までの油路について、圧力遮断弁１７への油路、第１シリンダ室３４への油路及び増圧制御バルブ１１への油路が別々であるが、インジェクタ１００外では油路を共通化してインジェクタ１００内で分岐するように油路を構成してもよい。
【００６２】
図１，６では、増圧制御バルブ１１は３方弁として示されているが、２方弁式を用いてもよい。そして、図１，６では、増圧ピストン１０に復元力を作用させるばね１５が増圧装置制御室１４内に設けられているが、第１シリンダ室３４や第２シリンダ室３５内にばね１５を設けてもよい。
【００６３】
また、例えばＶ型機関のように蓄圧室の配置に制限がある場合、第１実施形態では第１の蓄圧室３１及び第２の蓄圧室３２をそれぞれ複数設け、第２実施形態では蓄圧室３１を複数設けることも可能である。
【００６４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図２】増圧装置の構成の概略を示す図である。
【図３】差圧発生弁の構成の概略を示す図である。
【図４】第１の蓄圧室と第２の蓄圧室との関係を説明する図である。
【図５】第１の蓄圧室と第２の蓄圧室との関係を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御対象となる燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図７】増圧ピストンの戻り動作を説明する図である。
【図８】増圧ピストンが初期位置まで戻らずに再び増圧が行われる現象を説明する図である。
【図９】増圧ピストンの戻り速度を速めた例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  燃料加圧ポンプ、３  インジェクタ制御室、４  増圧装置、５  ノズル、６  燃料溜り、９  噴射制御バルブ、１０  増圧ピストン、１１  増圧制御バルブ、１３  ニードル、１４  増圧装置制御室、１５  ばね、１７  圧力遮断弁、２０  噴射孔、３０  コントローラ、３１  第１の蓄圧室、３２  第２の蓄圧室、３３  差圧発生弁、３４  第１シリンダ室、３５  第２シリンダ室、１００  インジェクタ、３０１，３０２，３０３  弁。
【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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【図９】
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