(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタと、
バッテリ電圧から高電圧を発生する高電圧発生手段と、
前記インジェクタの一方に接続され、動作信号に応じて前記高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、
前記インジェクタの一方に接続され、動作信号に応じて前記インジェクタにバッテリ電圧を印加する第２のスイッチ手段と、
前記第２のスイッチ手段と直列に接続され、前記高電圧を阻止する阻止手段と、
アース間に接続されて、前記インジェクタに流れる電流を還流するダイオードと、
前記インジェクタの他方に接続され、前記高電圧と前記バッテリ電圧が印加されている期間電流を通電する第３のスイッチ手段と、
前記第３のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、
第１、第２及び第３の基準レベルを設定し、前記電流検出手段の検出値と前記設定した各基準レベルとの比較によって、インジェクタ電流を３つの電流レベルに制御するように前記第１、第２及び第３のスイッチ手段を切替える制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、要求された噴射信号に基づいて、前記第３のスイッチ手段には前記噴射信号の期間全域で動作信号を与えるとともに、
第１の基準レベルを設定し、前記第１のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御し、
前記噴射信号に同期して所定設定時間だけ第２の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第２の電流レベルになるように制御し、
前記設定時間の経過後、前記噴射信号が終了するまでの期間、第３の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第３の電流レベルになるように制御する
ことを特徴とするインジェクタ駆動回路。
【請求項２】
第１及び第２のインジェクタと、
バッテリ電圧から高電圧を発生する高電圧発生手段と、
前記第１及び第２のインジェクタの共通接続された一方に接続され、動作信号に応じて前記高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、
前記第１及び第２のインジェクタの共通接続された一方に接続され、動作信号に応じて前記インジェクタにバッテリ電圧を印加する第２のスイッチ手段と、
前記第２のスイッチ手段と直列に接続され、前記高電圧を阻止する阻止手段と、
アース間に接続されて、前記第１及び第２のインジェクタに流れる電流を還流するダイオードと、
前記第１のインジェクタの共通接続された他方に接続され、前記高電圧と前記バッテリ電圧が印加されている期間電流を通電する第３のスイッチ手段と、
前記第２のインジェクタの共通接続された他方に接続され、前記高電圧と前記バッテリ電圧が印加されている期間電流を通電する第４のスイッチ手段と、
前記第３及び第４のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、
第１、第２及び第３の基準レベルを設定し、前記電流検出手段の検出値と前記設定した各基準レベルとの比較によって、インジェクタ電流を３つの電流レベルに制御するように前記第１、第２、第３及び第４のスイッチ手段を切替える制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、要求された噴射信号に基づいて、前記第３及び第４のスイッチ手段にはそれぞれ前記噴射信号の期間全域で動作信号を与えるとともに、
第１の基準レベルを設定し、前記第１のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御し、
前記噴射信号に同期して所定設定時間だけ第２の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第２の電流レベルになるように制御し、
前記設定時間の経過後、前記噴射信号が終了するまでの期間、第３の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第３の電流レベルになるように制御する
ことを特徴とするインジェクタ駆動回路。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電流検出手段の検出値と第１の基準レベルとを比較する第１の比較器と、前記検出値と第２の基準レベル又は第３の基準レベルとを比較する第２の比較器とを備え、
前記第１の比較器は、前記第１の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御する印加電圧を出力し、
前記第２の比較器は、前記第２の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を前記第１の電流レベルより低い第２の電流レベルに制御する印加電圧を出力し、
前記設定時間経過後、前記第２の基準レベルが第３の基準レベルに切替えられると、前記第３の基準レベルとの比較によりインジェクタ前記電流を第２の電流レベルより低い第３の電流レベルに制御する印加電圧を出力する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインジェクタ駆動回路。
【請求項４】
前記第１の比較器で前記第１の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御する印加電圧は、前記第１のスイッチ手段に印加される前記バッテリ電圧より高いブースト電圧であり、
前記第２の比較器で前記第２又は第３の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を前記第２又は第３の電流レベルに制御する印加電圧は、前記第２のスイッチ手段に印加される前記バッテリ電圧である
ことを特徴とする請求項３記載のインジェクタ駆動回路。
【請求項５】
前記設定時間は、前記噴射信号を入力としてワンショット回路により生成することを特徴とする請求項１又は２に記載のインジェクタ駆動回路。
【請求項６】
前記設定時間は、前記噴射信号を入力としてワンショット回路により生成し、
前記第１の基準レベルは、前記ワンショット回路が出力している期間、生成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のインジェクタ駆動回路。
【請求項７】
前記制御手段は、マイクロコンピュータを有し、前記マイクロコンピュータが、前記噴射信号と前記設定時間とを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載のインジェクタ駆動回路。
【請求項８】
前記制御手段は、インジェクタ電流を前記第２の電流レベルに制御する前記第２のスイッチ手段の動作時間を、前記バッテリ電圧に応じて変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のインジェクタ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用燃料噴射装置に用いるインジェクタ駆動回路に係り、特に、燃料噴射器（インジェクタ）にブースト電圧とバッテリ電圧を切替えて印加するインジェクタ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのシリンダ内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射式エンジンの実用化が進んでいる。この筒内燃料噴射式エンジンでは、特に希薄燃焼による排気ガスの低減、燃料消費量の低減が課題である。このような背景からインジェクタの駆動には、噴射信号に対するインジェクタの応答時間を速くし、噴射信号の時間幅が小さい範囲から比例的に制御することが求められる。
そのための手段として、噴射信号の立上がり時にインジェクタに高電圧を印加して大電流を流し、開弁時間を短縮し、その後は開弁を保持するための保持電流を制御する方法が一般的である。
【０００３】
そして、高電圧の生成には、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータが必要となる。このＤＣ−ＤＣコンバータの性能の一例を示すと、バッテリ電圧（１４Ｖ）から７０〜１００Ｖ程度に昇圧し、１０Ａ程度のピーク電流を供給するものである。さらに、この高電圧は、６気筒エンジンで最高回転数が６６００ｒｐｍを例にすると、時間３ｍｓ毎にインジェクタを駆動することになるので、一度インジェクタを駆動した後３ｍｓの間に高電圧が所定値に復帰していることが必要で、かつバッテリ電圧が１０Ｖまで保証できる仕様となる。このような、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータは、消費電力が大きくなり、熱的に過酷な環境では放熱の対応が大きな問題となる。
【０００４】
この問題を解決する方法として提案されているものとしては、例えば特公平７−７８３７４号、特開平１０−１５３１４１号公報に記載されたものがある。これらの公報に記載の装置は、共にソレノイド（インジェクタ相当）に電流を流すことにより蓄積されるエネルギを、電流の遮断によってコンデンサに蓄積し、高電圧を得るようにしたものである。
また、ブースト電圧によるインジェクタの駆動に関しては、特表平０８−５１２１７２号公報に記載されたものがある。
【０００５】
この公報に記載の装置は、噴射信号と同期してインジェクタにブースト電圧を印加して電流を流し、第１の電流レベルに達した時点でブースト電圧を切離してバッテリ電圧の印加に切替える。バッテリ電圧の印加状態では、当初はインジェクタに流す電流値を第２の電流レベルで保持し、その後第３の電流レベルに下げて保持を持続する。このような電圧、電流の制御によりインジェクタの燃料噴射量が低領域から高領域まで直線的に制御可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来技術の装置にあっては、バッテリ電圧からブースト回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）で生成されるブースト電圧が正常の場合について述べられており、ブースト電圧が異常の場合、すなわち、ブースト電圧が０、又はブースト作用がなくなりブースト電圧が入力電圧、すなわちバッテリ電圧を出力した場合については明示されていなかった。
上記ブースト電圧が異常の場合、インジェクタに流れる電流が前記第１の電流レベルに到達しないため次のような問題が生ずる。
【０００７】
まず、ブースト電圧が０の場合には、噴射期間全域でインジェクタ電流が第３の電流レベルとなるため燃料の供給ができなくなる。次に、ブースト作用がなくなりブースト電圧がバッテリ電圧を出力した場合には、噴射期間全域でバッテリ電圧が印加され予定以上の電流が流れ続けるため、インジェクタのコイルの熱的な劣化に至る。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ブースト電圧が０の場合でも燃料の噴射を可能にすることができ、ブースト電圧がバッテリ電圧を出力した場合でもインジェクタの熱的な劣化を回避することができるインジェクタ駆動回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明のインジェクタ駆動回路は、基本的には、インジェクタと、バッテリ電圧から高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記インジェクタの一方に接続され、動作信号に応じて前記高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、前記インジェクタの一方に接続され、動作信号に応じて前記インジェクタにバッテリ電圧を印加する第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段と直列に接続され、前記高電圧を阻止する阻止手段と、アース間に接続されて、前記インジェクタに流れる電流を還流するダイオードと、前記インジェクタの他方に接続され、前記高電圧と前記バッテリ電圧が印加されている期間電流を通電する第３のスイッチ手段と、前記第３のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、第１、第２及び第３の基準レベルを設定し、前記電流検出手段の検出値と前記設定した各基準レベルとの比較によって、インジェクタ電流を３つの電流レベルに制御するように前記第１、第２及び第３のスイッチ手段を切替える制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、要求された噴射信号に基づいて、前記第３のスイッチ手段には前記噴射信号の期間全域で動作信号を与えるとともに、第１の基準レベルを設定し、前記第１のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御し、前記噴射信号に同期して所定設定時間だけ第２の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第２の電流レベルになるように制御し、前記設定時間の経過後、前記噴射信号が終了するまでの期間、第３の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第３の電流レベルになるように制御することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明のインジェクタ駆動回路は、第１及び第２のインジェクタと、バッテリ電圧から高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記第１及び第２のインジェクタの共通接続された一方に接続され、動作信号に応じて前記高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、前記第１及び第２のインジェクタの共通接続された一方に接続され、動作信号に応じて前記インジェクタにバッテリ電圧を印加する第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段と直列に接続され、前記高電圧を阻止する阻止手段と、アース間に接続されて、前記第１及び第２のインジェクタに流れる電流を還流するダイオードと、前記第１のインジェクタの共通接続された他方に接続され、前記高電圧と前記バッテリ電圧が印加されている期間電流を通電する第３のスイッチ手段と、前記第２のインジェクタの共通接続された他方に接続され、前記高電圧と前記バッテリ電圧が印加されている期間電流を通電する第４のスイッチ手段と、前記第３及び第４のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、第１、第２及び第３の基準レベルを設定し、前記電流検出手段の検出値と前記設定した各基準レベルとの比較によって、インジェクタ電流を３つの電流レベルに制御するように前記第１、第２、第３及び第４のスイッチ手段を切替える制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、要求された噴射信号に基づいて、前記第３及び第４のスイッチ手段にはそれぞれ前記噴射信号の期間全域で動作信号を与えるとともに、第１の基準レベルを設定し、前記第１のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御し、前記噴射信号に同期して所定設定時間だけ第２の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第２の電流レベルになるように制御し、前記設定時間の経過後、前記噴射信号が終了するまでの期間、第３の基準レベルを設定し、前記第２のスイッチ手段に動作信号を与えてインジェクタ電流を第３の電流レベルになるように制御することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のインジェクタ駆動回路の具体的な態様は、前記制御手段が、前記電流検出手段の検出値と第１の基準レベルとを比較する第１の比較器と、前記検出値と第２の基準レベル又は第３の基準レベルとを比較する第２の比較器とを備え、前記第１の比較器は、前記第１の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御する印加電圧を出力し、前記第２の比較器は、前記第２の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を前記第１の電流レベルより低い第２の電流レベルに制御する印加電圧を出力し、前記設定時間経過後、前記第２の基準レベルが第３の基準レベルに切替えられると、前記第３の基準レベルとの比較によりインジェクタ前記電流を第２の電流レベルより低い第３の電流レベルに制御する印加電圧を出力することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のインジェクタ駆動回路の具体的な態様は、前記第１の比較器で前記第１の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を第１の電流レベルに制御する印加電圧は、前記第１のスイッチ手段に印加される前記バッテリ電圧より高いブースト電圧であり、前記第２の比較器で前記第２又は第３の基準レベルとの比較によりインジェクタ電流を前記第２又は第３の電流レベルに制御する印加電圧は、前記第２のスイッチ手段に印加される前記バッテリ電圧であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の他の具体的な態様は、前記設定時間が、前記噴射信号を入力としてワンショット回路により生成することを特徴としている。
また、本発明の他の具体的な態様は、前記設定時間が、前記噴射信号を入力としてワンショット回路により生成し、前記第１の基準レベルは、前記ワンショット回路が出力している期間、生成されることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の他の具体的な態様は、前記制御手段が、マイクロコンピュータを有し、前記マイクロコンピュータが、前記噴射信号と前記設定時間とを生成することを特徴としている。
また、前記制御手段は、インジェクタ電流を前記第２の電流レベルに制御する前記第２のスイッチ手段の動作時間を、前記バッテリ電圧に応じて変化させることを特徴としている。
前記の如く構成された本発明のインジェクタ駆動回路によって、ブースト回路の異常に対して、インジェクタの噴射動作を確保することができ、ブースト電圧がバッテリ電圧を出力した場合でもインジェクタの熱的な劣化を回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明のインジェクタ駆動回路の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態のインジェクタ駆動回路の構成を示す回路図である。図１では多気筒エンジンのインジェクタ駆動回路のうち１気筒分の回路を示している。
【００１６】
図１において、１はバッテリ、７０はインジェクタ、２はインジェクタ７０を駆動するインジェクタ駆動回路、１００はブースト電圧１００Ａを生成するブースト回路（高電圧発生手段）、２００はインジェクタ７０を駆動すべき噴射信号２００Ａを生成する制御回路、３００は供給される噴射信号２００Ａ及び電流検出信号に基づいて各ＦＥＴに印加する噴射信号（動作信号）１０Ａ，２０Ａ，４０Ａを生成する駆動ロジック回路（制御手段）である。
【００１７】
ブースト回路１００は、出力コンデンサ１０５（高電圧充電コンデンサ）の電圧を帰還して、出力コンデンサ１０５の電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータであり、出力電圧と基準電圧を比較してスイッチング時間を制御するゲート制御回路１０１、インダクタンスであるコイル１０２、バッテリ１の＋(プラス)側からコイル１０２の電流をオン／オフするＤＣ−ＤＣコンバータＦＥＴ１０３、ＦＥＴ１０３がオフ時にコイル１０２の電流を通電するダイオード１０４、ダイオード１０４の通電電流を充電する出力コンデンサ１０５から構成されている。また、出力コンデンサ１０５の電圧は、ゲート制御回路１０１に帰還され、ゲート制御回路１０１は、出力コンデンサ１０５の電圧が所定の高電圧になるように制御する。
【００１８】
インジェクタ駆動回路２は、インジェクタ７０の一方に接続され、ブースト回路１００で生成されたブースト電圧１００Ａを印加する高電圧印加用ＦＥＴ１０（第１のスイッチ手段）と、噴射信号２０Ａに応じてバッテリ電圧１Ａを印加するＶＢ印加用ＦＥＴ２０（第２のスイッチ手段）と、ＦＥＴ２０と直列に接続され、ＦＥＴ１０がオン時にＦＥＴ２０の寄生ダイオードを通じてブースト電圧１００Ａがバッテリ１にショートするのを阻止する阻止ダイオード３０（阻止手段）と、ＦＥＴ１０，ＦＥＴ２０がオフしたときにインジェクタ７０に流れていた電流をフリーホイールするフリーホイールダイオード６０と、インジェクタ７０の他方に接続され、インジェクタ７０の噴射期間全領域で通電する電流制御用ＦＥＴ４０（第３のスイッチ手段）と、電流制御用ＦＥＴ４０とアース間に接続され、インジェクタ電流７０Ａを検出する電流検出抵抗５０（電流検出手段）とを備え、電流検出抵抗５０及びフリーホイールダイオード６０のアノードは共にバッテリ１のマイナス側に接続される。
【００１９】
制御回路２００は、インジェクタ７０を駆動すべき噴射信号（噴射パルス）２００Ａを生成し、駆動ロジック回路３００に出力する。
駆動ロジック回路３００は、第１、第２及び第３の基準レベルを設定し、噴射信号２００Ａと電流検出抵抗５０で検出した検出値５０Ａにより、ＦＥＴ１０、ＦＥＴ２０，ＦＥＴ４０のゲート信号（動作信号）１０Ａ、２０Ａ、４０Ａを生成する。ゲート信号１０Ａは、トランジスタ１３のベースに制限抵抗１４を介して与え、トランジスタ１３をオンさせ抵抗１１と抵抗１２の分圧値をＦＥＴ１０のゲートに与える。ゲート信号２０Ａは、トランジスタ２３のベースに制限抵抗２４を介して与え、トランジスタ２３をオンさせ抵抗２１と２２の分圧値をＦＥＴ２０のゲートに与える。ＦＥＴ４０のゲート信号４０Ａは、噴射信号２００Ａと同じ時間幅の信号を与える。
【００２０】
バッテリ１の＋側は、ブースト回路１００の出力コンデンサ１０５の出力側を介し、高電圧印加用ＦＥＴ１０を通してインジェクタ７０＋側に接続される。また、このインジェクタ７０＋側には、バッテリ１の＋側（以下、バッテリ１＋という）からＶＢ印加用ＦＥＴ２０と逆流阻止用ダイオード３０とからなる直列回路が接続される。
【００２１】
インジェクタ７０−(マイナス)側は、インジェクタ電流７０Ａを所定値に制御する電流制御用ＦＥＴ４０と電流検出抵抗５０によりバッテリ１の−側に接続されている。また、このバッテリ１の−側（以下、バッテリ１−という）からインジェクタ７０＋側には、ＦＥＴ１０、ＦＥＴ２０をオフした時にインジェクタ７０のエネルギをフリーホイールするダイオード６０が接続される。
【００２２】
図２は、駆動ロジック回路３００の回路図である。
図２において、駆動ロジック回路３００は、コンパレータ３０２，３１０、ＦＥＴ３１１、ワンショット回路３０９、アンドゲート３０７，３１７、及び抵抗３０３〜３０６，３０８，３１１〜３１６から構成される。
【００２３】
上記コンパレータ３０２（第１の比較器）、アンドゲート３０７、抵抗３０３〜３０６，３０８及びアンドゲート３０７は、全体としてＦＥＴ１０のゲート信号１０Ａを生成する第１の駆動回路を構成し、上記ワンショット回路３０９、コンパレータ３１０（第２の比較器）、ＦＥＴ３１１、抵抗３１１〜３１６及びアンドゲート３１７は、全体としてＦＥＴ２０のゲート信号２０Ａを生成する第２の駆動回路を構成する。
以下、上述のように構成されたインジェクタ駆動回路の動作を説明する。
【００２４】
図３は、上記インジェクタ駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図であり、図３における番号は図１及び図２の該当する信号に対応している。
まず、駆動ロジック回路３００の動作について説明する。
図２に示すように、コンパレータ３０２の＋端子には、基準電圧３０１を抵抗３０３と抵抗３０４で分圧した値３０２Ａが入力されており、コンパレータ３０２の−端子に入力されているインジェクタ電流７０Ａによる電流検出値５０Ａすなわち３０２Ｂが、＋端子電圧３０２Ａより低い期間はコンパレータ３０２の出力３０２Ｃはハイレベルを出力している。これにより、図３に示すように、噴射信号２００Ａが出力していると、アンドゲート３０７の出力はハイレベルとなりＦＥＴ１０のゲート信号１０Ａが出力される。
一方、バッテリ電圧１Ａを印加するＦＥＴ２０のゲート信号２０Ａは次のように生成される。
【００２５】
図３に示すように、ワンショット回路３０９は、噴射信号２００Ａの立上りに同期してワンショット信号３０９Ａを所定設定時間（Ｔ３）出力する。このワンショット信号３０９Ａが出力されている期間Ｔ３、ＦＥＴ３１１がオンする。ＦＥＴ３１１がオンした時、コンパレータ３１０の＋端子には、基準電圧３０１を抵抗３１２及び抵抗３１３の並列と抵抗３１４とで分圧した値３１０Ａが入力されており、−端子に入力されているインジェクタ電流７０Ａによる電流検出値５０Ａすなわち３１０Ｂが、＋端子電圧３１０Ａより低い期間はコンパレータ３１０の出力３１０Ｃはハイレベルを出力している。これにより、噴射信号２００Ａが出力していると、アンドゲート３１７の出力はハイレベルとなりＦＥＴ２０のゲート信号２０Ａが出力される。
【００２６】
ワンショット回路３０９が設定時間（Ｔ３）経過後０になると、ＦＥＴ３１１がオフするのでコンパレータ３１０の＋端子電圧３１０Ａは抵抗３１３と抵抗３１４の分圧となり、ＦＥＴ３１１がオンの時より小さくなる。−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａより小さくなるまではコンパレータ３１０の出力３１０ＣはローレベルでＦＥＴ２０のゲート信号２０ＡもローレベルとなってＦＥＴ２０はオフする。インジェクタ電流７０Ａがさらに減少して−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａより大きくなると、コンパレータ３１０の出力３１０ＣはハイレベルとなりＦＥＴ２０のゲート信号２０ＡもハイレベルとなってＦＥＴ２０はオンする。
次に、開弁時の動作は次のようになる。
【００２７】
図３に示すように、噴射信号２００Ａは、期間Ｔ１の間出力され、またこの噴射信号２００Ａの立上りに同期してＦＥＴ１０のゲート信号１０Ａが発生し、ＦＥＴ１０がオンしてインジェクタ７０にブースト電圧１００Ａが印加され、インジェクタ電流７０Ａが流れ始める。
【００２８】
このインジェクタ電流７０Ａによって電流検出抵抗５０に電圧降下が生じる。電流検出抵抗５０の電圧変化は、駆動ロジック回路３００により検出され、インジェクタ電流７０Ａが、第１の電流レベルＩ１に達すると、コンパレータ３０２の−端子電圧３０２Ｂが＋端子電圧３０２Ａより大きくなりコンパレータ３０２の出力３０２Ｃはローレベルとなるので、ゲート信号１０ＡもローレベルとなってＦＥＴ１０はオフし、インジェクタ電流７０Ａはインジェクタ７０、ＦＥＴ４０、電流検出抵抗５０、フリーホイールダイオード６０の経路で流れて減少する。Ｔ２経過後の＋端子電圧３０２Ａは、抵抗３０３と抵抗３０４及び抵抗３０５の並列による分圧電圧となり、この値は第３の電流レベルＩ３より十分小さく設定してあるため、噴射信号２００Ａが０になるまでは出力３０２Ｃがハイレベルになることはなく、ＦＥＴ１０はオフのままである。
【００２９】
ここまでが、図１のゲート信号１０Ａの立下りであり、これで開弁時の動作を終え保持電流制御に移行する。本実施形態の保持電流制御は、従来技術と異なり、ブースト電圧１００Ａによる第１の電流レベルＩ１の制御中においても、噴射信号２００Ａの立上りに同期してワンショット回路３０９の出力期間Ｔ３は、最低限のインジェクタ動作を保証するものである。
次に、保持電流制御について説明する。
【００３０】
インジェクタ電流７０Ａが減少して、コンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａのロー電圧Ｉ２ｌになるとコンパレータ３１０の出力３１０Ｃがハイレベルとなり、ゲート信号２０ＡがハイレベルとなってＦＥＴ２０がオンし、インジェクタ７０にはバッテリ電圧１Ａが印加されて電流７０Ａが増加する。コンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが、コンパレータ３１０の＋端子電圧３１０Ａのハイ電圧Ｉ２ｈになると出力３１０Ｃがローレベルとなり、ゲート信号２０ＡがローレベルとなってＦＥＴ２０がオフする。ワンショット回路３０９の出力３０９Ａが出力している期間Ｔ３は、この動作の繰返しにより、インジェクタ電流７０Ａは第２の電流レベルＩ２に制御される。
【００３１】
Ｔ３経過後、ワンショット回路３０９の出力３０９Ａが０になると、ＦＥＴ３１１がオフするので、コンパレータ３１０の＋端子電圧３１０Ａが小さくなり出力３１０Ｃがローレベル、ゲート信号２０ＡもローレベルとなりＦＥＴ２０がオフしインジェクタ電流７０Ａが減少する。
【００３２】
インジェクタ電流７０Ａが減少して、コンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａのロー電圧Ｉ３ｌになると、コンパレータ３１０の出力３１０Ｃがハイレベルとなり、ゲート信号２０ＡがハイレベルとなってＦＥＴ２０がオンし、インジェクタ７０にはバッテリ電圧１Ａが印加されて電流７０Ａが増加する。コンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａのハイ電圧Ｉ３ｈになると、出力３１０Ｃがローレベルとなり、ゲート信号２０ＡがローレベルとなってＦＥＴ２０がオフする。噴射信号２００Ａが０になるまでこの動作が繰り返され、インジェクタ電流７０Ａは第３の電流レベルＩ３に制御される。
【００３３】
ところで、噴射信号２００Ａが出力され、ＦＥＴ１０がオンすると、高電圧印加用ＦＥＴ１００がオンしている期間はブースト回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１００の出力コンデンサ１０５からインジェクタ電流７０Ａを供給するので、高電圧は減少し、第１高電圧設定値より小さくなってブースト回路１００は動作を開始する。ゲート制御回路１０１によるブースト回路１００の動作は次のようなものである。
【００３４】
まず、ＦＥＴ１０３をオンしてコイル１０２に電流を流し、次にＦＥＴ１０３をオフする。コイル１０２に流れていた電流がダイオード１０４を通って出力コンデンサ１０５に流れて出力コンデンサ１０５を充電する。該高電圧が第１高電圧設定値を越えるまでこの動作が繰返され、該高電圧が第２高電圧設定値になったところで動作が止まる。
【００３５】
このように、ブースト回路１００は、ＦＥＴ１０３をオンしてバッテリ電圧１００Ａからインダクタンス１０２に電流を流し、次にＦＥＴ１０３をオフした時にインダクタンス１０２のエネルギーをダイオード１０４を介してコンデンサ１０５に充電する構成であり、ブースト電圧１００Ａを帰還してゲート制御回路１０１により所定値に制御している。
【００３６】
次に、ブースト回路１００が異常状態となりブースト電圧１００Ａが出力しない状態について説明する。ブースト回路１００の異常状態として、ダイオード１０４あるいはインダクタンス１０２がオープンとなりブースト電圧１００Ａが出力しない場合について述べる。
【００３７】
図４は、ブースト回路１００の異常時における、インジェクタ駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図である。
図４に示すように、ブースト回路１００の異常時には、噴射信号２００Ａによりゲート信号１０Ａが出力されてＦＥＴ１０をオンするものの、インジェクタ電流７０Ａの増加程度は小さく第１の電流レベルＩ１に達することはできない。従来例では、噴射期間全域で燃料の供給ができなくなる欠点があった。しかしながら、本実施形態では、この異常時にあっても駆動ロジック回路３００のワンショット回路３０９が、噴射信号２００Ａの立上りに同期してワンショット信号３０９Ａを出力しているので、ワンショット回路３０９の出力３０９Ａを受けてＦＥＴ３１１はオンする。これにより、コンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａより小さい期間はゲート信号２０Ａが出力されてＦＥＴ２０をオンし、インジェクタ７０にバッテリ電圧１Ａを印加して電流７０Ａを増加させる。コンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａのハイ電圧Ｉ２ｈになると出力３１０Ｃがローレベルとなり、ゲート信号２０ＡがローレベルとなってＦＥＴ２０がオフする。電流７０Ａが減少してコンパレータ３１０の−端子電圧３１０Ｂが＋端子電圧３１０Ａのロー電圧Ｉ２ｌになると、コンパレータ３１０の出力３１０Ｃがハイレベルとなり、ゲート信号２０ＡがハイレベルとなってＦＥＴ２０がオンし電流７０Ａが増加する。ワンショット回路３０９の出力３０９Ａが出力している期間Ｔ３はこの動作の繰返しにより、インジェクタ電流７０Ａは第２の電流レベルＩ２に制御される。
【００３８】
ここで、ブースト電圧１００Ａ、第１の電流レベルＩ１、第２の電流レベルＩ２、第３の電流レベルＩ３は、一例としてそれぞれ６０Ｖ、１２Ａ、４．２Ａ、２Ａであり、ブースト電圧１００Ａが出力しない場合でもインジェクタの動作初期には４．２Ａの電流を流すことができる。
したがって、本実施形態によれば、ブースト電圧１００Ａが出力されない場合でも、インジェクタ７０の動作初期には第２の電流レベルＩ２（４．２Ａ）の電流を流すことができるので、燃料噴射を可能にすることができる。
【００３９】
以上詳細に説明したように、本実施形態のインジェクタ駆動回路は、ブースト電圧１００Ａを生成するブースト回路１００、インジェクタ７０を駆動すべき噴射信号２００Ａを生成する制御回路２００、供給される噴射信号２００Ａ及び電流検出信号に基づいて各ＦＥＴに印加する噴射信号１０Ａ，２０Ａ，４０Ａを生成する駆動ロジック回路３００を備え、さらに、インジェクタ駆動回路２は、インジェクタ７０の一方に接続され、ブースト回路１００で生成されたブースト電圧１００Ａを印加する高電圧印加用ＦＥＴ１０と、噴射信号２０Ａに応じてバッテリ電圧１Ａを印加するＶＢ印加用ＦＥＴ２０と、ＦＥＴ２０と直列に接続され、ブースト電圧１００Ａがバッテリ１にショートするのを阻止する阻止ダイオード３０と、ＦＥＴ１０，ＦＥＴ２０がオフしたときにインジェクタ７０に流れていた電流をフリーホイールするフリーホイールダイオード６０と、インジェクタ７０の他方に接続され、インジェクタ７０の噴射期間全領域で通電する電流制御用ＦＥＴ４０と、ＦＥＴ４０とアース間に接続され、インジェクタ電流７０Ａを検出する電流検出抵抗５０とを備えて構成する。
【００４０】
そして、駆動ロジック回路３００は、第２の電流レベルＩ２を与える基準レベルを、噴射信号２００Ａの立上りに同期してワンショット回路３０９の出力で生成する。ブースト電圧１００Ａが０の場合、インジェクタ電流は第２の電流レベルＩ２がワンショット回路３０９の出力期間Ｔ３継続し、最低限のインジェクタ動作を保証する。ブースト回路１００の故障等によりブースト電圧１００Ａがバッテリ電圧１Ａを出力した場合は、電流制御が不能となるが、その期間はワンショット回路３０９の出力期間Ｔ３だけであり、以降は第３の電流レベルＩ３で制御される。
【００４１】
これにより、ブースト電圧１００Ａで第１の電流レベルＩ１、バッテリ電圧１Ａで第２と第３の電流レベルＩ２，Ｉ３を制御するインジェクタ駆動回路において、ブースト電圧１００Ａが正常でない等のブースト回路の異常に対して、インジェクタの噴射動作の確保ができ、インジェクタの熱的な劣化の防止ができる効果がある。したがって、装置全体のフェールセーフ性を向上させることができる。
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００４２】
図５は、第２の実施形態のインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図である。本実施形態の説明にあたり、図２と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図５において、駆動ロジック回路４００は、さらに基準電圧３０１と抵抗３０３の間にスイッチング用ＦＥＴ３１８が設置され、ＦＥＴ３１８はワンショット回路３０９の出力３０９Ａでオン／オフする。すなわち、駆動ロジック回路４００は、第１の電流レベルＩ１を検出するコンパレータ３０２の＋端子電圧３０２Ａを、ワンショット回路３０９の出力３０９ＡでＦＥＴ３１８をオンすることにより与えるように構成されている。
【００４３】
本駆動ロジック回路４００は、図１のインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路３００に代えて設置される。
以下、上述のように構成されたインジェクタ駆動回路の動作を説明する。
ブースト回路１００が異常状態となり、ＦＥＴ１０３がオープン、制御回路１０１が動作不能となり、ブースト作用が行われずブースト電圧１００Ａが入力電圧すなわちバッテリ電圧１Ａを出力している状態について説明する。
【００４４】
図６は、ブースト回路１００の異常時における、インジェクタ駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図である。
噴射信号２００Ａによりゲート信号１０Ａが出力されてＦＥＴ１０をオンする。ブースト電圧１００Ａは、バッテリ電圧１Ａであり、このバッテリ電圧１Ａに従ってインジェクタ電流７０Ａの増加する。しかし、ブースト回路１００の異常時には、インジェクタ電流７０Ａは第１の電流レベルＩ１に達することができず、コンパレータ３０２の出力３０２Ｃはハイレベルのままであり、ゲート信号１０Ａは出力を出し続けてＦＥＴ１０はオンのままとなり、インジェクタ７０にバッテリ電圧１Ａが印加され続けるので、第２の電流レベルＩ２を越えてインジェクタ電流７０Ａが流れ続ける。この状態はワンショット回路３０９が出力している期間Ｔ３まで継続し、インジェクタ電流７０ＡはレベルＩ４に達する。期間Ｔ３が経過すると、ＦＥＴ３１８がオフするので、コンパレータ３０２の出力３０２Ｃはローレベルとなり、ゲート信号１０Ａが出力されなくなりＦＥＴ１０はオフする。ＦＥＴ１０がオフすると、インジェクタ７０には電圧が印加されないので、インジェクタ電流７０Ａは減少して第３の電流レベルＩ３で噴射信号２００Ａが０になるまで制御される。
【００４５】
本実施形態によれば、ブースト電圧１００Ａが入力電圧すなわちバッテリ電圧１Ａを出力する状態でも、噴射期間Ｔ１全域で無制御のままバッテリ電圧１Ａを印加することなく、ワンショット回路３０９の出力期間Ｔ３までに制限できるので、インジェクタ７０の熱的な劣化を防止することができる。
ところで、ワンショット回路３０９が出力している期間Ｔ３までのインジェクタ電流７０Ａは、バッテリ電圧１Ａに依存するため、バッテリ電圧１Ａの変動によって変化する。
【００４６】
図７は、バッテリ電圧１Ａが変動した場合のインジェクタ電流７０Ａの波形図である。
図７に示すように、バッテリ電圧１Ａが小さくなると、インジェクタ電流７０ＡはレベルＩ４より大きいＩ４ｈとなり、小さくなるとＩ４ｌとなる。このようなインジェクタ電流の変動は、電流レベルがＩ４ｈの時、インジェクタ７０のコイルが焼損する可能性があり、また電流レベルＩ４ｌの時、インジェクタ７０の動作が不十分な可能性がある。そこで、バッテリ電圧１Ａの供給電圧の変化に応じてワンショット回路３０９の出力３０９Ａの時間を、Ｔ３からＴ３１又はＴ３２に変えるようにする。
【００４７】
このように構成すれば、インジェクタ７０のコイルの焼損防止とインジェクタ７０の不十分な動作の防止ができる効果がある。
前記のバッテリ電圧１Ａによってワンショット回路３０９の出力３０９Ａの時間を変える実施形態において、ブースト電圧１００Ａが出力しない０の場合に、バッテリ電圧１Ａが変動したときの動作波形を図８に示す。
【００４８】
図８に示すように、バッテリ電圧１Ａが高い場合には、ワンショット回路３０９の出力時間をＴ３からＴ３３に小さくして、電流レベルＩ２の期間を短くする。また、バッテリ電圧１Ａが低い場合には、ワンショット回路３０９の出力時間をＴ３からＴ３４に大きくして、電流レベルＩ２の期間を長くする。
【００４９】
このように構成すれば、バッテリ電圧１Ａが高い場合にはインジェクタ電流７０Ａを省電力化し、バッテリ電圧１Ａが高い場合にも最低限のインジェクタ動作を保証できる効果がある。
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
【００５０】
図９は、第３の実施形態のインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図である。本実施形態の説明にあたり、図１及び図２と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図９において、５００はマイクロコンピュータ、６００はマイクロコンピュータ５００から供給される噴射信号２００ａ及びワンショット信号３０９ａに基づいて各ＦＥＴに印加する噴射信号（動作信号）１０Ａ，２０Ａ，４０Ａを生成する駆動ロジック回路（制御手段）である。
【００５１】
マイクロコンピュータ５００は、図１の噴射信号２００Ａを生成する駆動回路２００に代えて設置され、駆動ロジック回路７００は、図１の駆動ロジック回路３００に代えて設置される。すなわち、図１の噴射信号２００Ａを生成する制御回路２００は、マイクロコンピュータ５００により構成され、かつ、図１の駆動ロジック回路３００のワンショット回路３０９はマイクロコンピュータ５００からの出力３０９ａに置き換えられて構成される。
【００５２】
以上の構成において、マイクロコンピュータ５００は、自動車のエンジン状態によって噴射信号２００Ａの算出を行うとともに、噴射信号２００Ａの他にワンショット信号３０９Ａを駆動ロジック回路６００のＦＥＴ３１１に出力する。
マイクロコンピュータ５００から出力される噴射信号２００Ａ及びワンショット信号３０９Ａの波形は図３及び図４と同様である。
【００５３】
本実施形態によれば、前記各実施形態と同一の効果が得られることに加え、ワンショット回路３０９を省略できる効果がある。特に、ワンショット回路３０９を使用しないためこの回路部分のコストが低減できるほか、ワンショット回路をＣＲ回路で構成した場合のようにワンショット信号発生タイミングの調整や経年変化による修正等が不要になる。さらには、マイクロコンピュータ５００によりワンショット時間を容易に可変することができる。
上記は、マイクロコンピュータ５００を、図１及び図２のインジェクタ駆動回路に適用した例であるが、図５のインジェクタ駆動回路に適用してもよい。
【００５４】
図１０は、ワンショット回路を省略可能なインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図である。図５及び図９と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図１０において、駆動ロジック回路６５０は、第１の電流レベルＩ１を検出するコンパレータ３０２の＋端子電圧３０２Ａを、マイクロコンピュータ５００のワンショット信号３０９ＡでＦＥＴ３１８をオンすることにより与えるように構成されている。
【００５５】
したがって、図５の装置と同一の効果が得られることに加え、ワンショット回路３０９を省略できる効果がある。
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
自動車のエンジンは通常複数の気筒を有している。複数気筒、例えば４気筒エンジン、６気筒エンジンでは、対向気筒、すなわち４気筒の場合は第１気筒と第３気筒、第２気筒と第４気筒、また６気筒の場合は第１気筒と第４気筒、第２気筒と第５気筒、第３気筒と第６気筒で回路の共用化をする例が多い。
【００５６】
図１１は、第４の実施形態のインジェクタ駆動回路の構成を示す回路図である。図１１では多気筒エンジンのインジェクタ駆動回路のうち２気筒分の回路を示している。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図１１において、７００は対向気筒のインジェクタ７０−１（第１のインジェクタ），７０−２（第２のインジェクタ）を駆動するインジェクタ駆動回路、１００はブースト電圧１００Ａを生成するブースト回路、８００は対向気筒のインジェクタ７０−１，７０−２を駆動すべき噴射信号２００Ａ−１，２００Ａ−２を生成する制御回路、９００は供給される噴射信号２００Ａ−１，２００Ａ−２及び電流検出信号に基づいて各ＦＥＴに印加する噴射信号（ゲート信号）１０Ａ，２０Ａ，４０Ａ−１，４０Ａ−２を生成する駆動ロジック回路（制御手段）である。
【００５７】
駆動ロジック回路９００は、対向気筒のインジェクタ７０−１と７０−２の駆動に図２の駆動ロジック回路３００を応用した回路であり、対向気筒のインジェクタ７０−１，７０−２の噴射信号２００Ａ−１，２００Ａ−２に対応する噴射信号４０Ａ−１，４０Ａ−２が出力される以外は、図２の駆動ロジック回路３００と同じ構成で、ワンショット回路３０９も１つである。
【００５８】
制御回路８００から第１気筒の噴射信号２００Ａ−１と対向気筒の噴射信号２００Ａ−２が入力されており、駆動ロジック回路９００で、この２信号２００Ａ−１，２００Ａ−２がＦＥＴ４０-１（第３のスイッチ手段）とＦＥＴ４０−２（第４のスイッチ手段）のゲート信号４０Ａ−１，４０Ａ−２を生成すると同時に、２信号２００Ａ−１，２００Ａ−２の論理和により、ＦＥＴ１０，ＦＥＴ２０のゲート信号１０Ａ，２０Ａが生成される。
【００５９】
本実施形態によれば、２気筒分のインジェクタ電流７０Ａ−１，７０Ａ−２の制御ができ、第１の実施形態と同一の効果を得ることができることに加え、制御回路８００及び駆動ロジック回路９００の該当する回路部分を削減することができる。
本実施形態では、２気筒分のインジェクタ駆動回路を共用化しているが、より多くの駆動回路を共用化してもよく、このように構成すれば、さらに多気筒のインジェクタの制御ができる。
【００６０】
また、制御回路８００及び駆動ロジック回路９００のワンショット回路を、第３の実施形態で述べたマイクロコンピュータにより構成するようにしてもよく、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。実際の回路上では、本実施形態のように制御回路を複数で構成する場合には、マイクロコンピュータを用いる方が好ましい。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
例えば、ブースト回路１００を構成するコンデンサ、各スイッチ手段の種類や数、また、駆動ロジック回路におけるゲート信号生成方法は種々の設計変更が可能である。同様に、各スイッチ手段としてＭＯＳＦＥＴを用いているが種類や組み合わせは一例に過ぎず、信号の立上り、立下り、アクティブ状態も適宜変更可能である。また、阻止手段や電流検出手段等の種類も適宜適当な部材を用いることができ同等の回路を構成することも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明に係るインジェクタ駆動回路は、ブースト回路の異常に対して、インジェクタの噴射動作の確保ができ、インジェクタの熱的な劣化を防止ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のインジェクタ駆動回路の構成を示す回路図。
【図２】本実施形態のインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図。
【図３】本実施形態のインジェクタ駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図。
【図４】本実施形態のインジェクタ駆動回路のブースト回路の異常時における、インジェクタ駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図。
【図５】本発明の第２の実施形態のインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図。
【図６】本実施形態のインジェクタ駆動回路のブースト回路の異常時における、インジェクタ駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図である。
【図７】本実施形態のインジェクタ駆動回路のバッテリ電圧が変動した場合のインジェクタ電流の波形図。
【図８】本実施形態のインジェクタ駆動回路のブースト電圧が出力しない場合に、バッテリ電圧が変動したときの動作波形図。
【図９】本発明の第３の実施形態のインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図。
【図１０】本実施形態のインジェクタ駆動回路のワンショット回路を省略可能なインジェクタ駆動回路の駆動ロジック回路の回路図。
【図１１】本発明の第４の実施形態のインジェクタ駆動回路の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１…バッテリ
２，７００…インジェクタ駆動回路
１０…高電圧印加用ＦＥＴ（第１のスイッチ手段）
２０…ＶＢ印加用ＦＥＴ（第２のスイッチ手段）
３０…阻止ダイオード（阻止手段）
６０…フリーホイールダイオード
４０…電流制御用ＦＥＴ（第３のスイッチ手段）
４０−１…ＦＥＴ（第３のスイッチ手段）
４０−２…ＦＥＴ（第４のスイッチ手段）
５０…電流検出抵抗（電流検出手段）
６０…フリーホイールダイオード
７０…インジェクタ
７０−１…インジェクタ（第１のインジェクタ）
７０−２…インジェクタ（第２のインジェクタ）
１００…ブースト回路（高電圧発生手段）
２００，８００…制御回路
３００，６００，６５０，９００…駆動ロジック回路（制御手段）
３０２…コンパレータ（第１の比較器）
３１７…コンパレータ（第２の比較器）
５００…マイクロコンピュータ
【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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【図１０】
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【図１１】
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