JP3539045B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
内燃機関の燃料噴射制御装置Info
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Description
射制御装置に関し、特にディーゼル機関の最大燃料噴射
量を緻密に制御する燃料噴射制御装置に関する。
は、最大燃料噴射量(正規に演算される燃料噴射量がこ
れを越えたときに、燃料噴射量の上限を制限する値)を
制御する方法として、EGR(Exhaust Gas Recirculat
ion :排気還流)をかける運転時には最大燃料噴射量を
減量補正する技術(特公昭60−55696号公報参
照)や、運転状態が加速であると判定したときに最大燃
料噴射量を減量補正する技術(特開昭63−14334
3号公報参照)等が知られている。
うな従来の燃料噴射制御装置では、最大燃料噴射量の補
正の有無は判定基準を充たすか否かで二値的に決定され
るうえ、一律に同一の補正量が適用されるため、補正さ
れた最大燃料噴射量が実際の機関の状態に適合しないこ
ともあり、必ずしも実態にあった補正がなされるとは限
らないという問題点があった。
り補正するか否かを決定する場合には、EGR率が異な
るにもかかわらず最大燃料噴射量は同じになる場合もあ
る。このため、噴射量を絞りすぎて充分な出力が得られ
なかったり、または絞りが少なすぎてスモークなどのP
M(Particulate Matter:排気微粒子)が発生したりす
るなど、排気性能と運転性能(加速性能)との両立が困
難となっていた。この点、EGRの目標値が変更された
ときに、それに応じた補正量を設定することも考えられ
るが、実際には空気のダイナミクスがあるため、過渡時
には上記と同様の問題が生じてしまう。そして、制御応
答性の遅延による過渡時のスモーク排出防止のために最
大燃料噴射量を絞ったような場合には、定常運転のよう
に噴射時期の誤差が小さいときのトルクも減少してしま
い不都合であった。
対応することができないという問題点もあった。本発明
はこのような従来の問題点に鑑み、機関の運転状態に即
応して、その最大燃料噴射量を緻密に制御することので
きる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的
とする。
る発明では、図1に示すように、機関の運転状態を検出
する運転状態検出手段Aと、前記運転状態検出手段Aの
検出結果に基づいて、各気筒への基本燃料噴射量を演算
する基本噴射量演算手段Bと、前記運転状態検出手段A
の検出結果に基づいて、各気筒の吸入する空気量を演算
する吸入空気量演算手段Cと、前記運転状態検出手段A
の検出結果に基づいて、各気筒の吸入するEGR量を演
算する吸入EGR量演算手段Dと、前記運転状態検出手
段Aの検出結果に基づいて、各気筒の燃焼における空気
過剰率の限界値を演算する限界空気過剰率演算手段E
と、前記吸入空気量演算手段C、吸入EGR量演算手段
Dおよび限界空気過剰率演算手段Eの各算出結果に基づ
いて、各気筒に許容される最大燃料噴射量を演算する最
大噴射量演算手段Fと、前記基本噴射量演算手段Bの算
出結果と最大噴射量演算手段Fの算出結果とのうち、よ
り少ない方を各気筒に実際に噴射する燃料の量として設
定する実噴射量演算手段Gと、を含んで構成されること
を特徴とする。
空気量演算手段Cは、前記運転状態検出手段Aにより機
関への吸入空気量が検出されてから各気筒に吸入される
までの時間的な遅れを補正する吸入空気量補正手段を含
んで構成されることを特徴とする。また、請求項3に係
る発明では、前記吸入EGR量演算手段Dは、前記運転
状態検出手段Aにより機関への吸入EGR量が検出され
てから各気筒に吸入されるまでの時間的な遅れを補正す
る吸入EGR量補正手段を含んで構成されることを特徴
とする。
空気過剰率演算手段Eは、少なくとも前記運転状態検出
手段Aにより検出される機関回転数と吸入空気圧力とア
クセル開度とに基づいて限界空気過剰率を演算するもの
であることを特徴とする。また、請求項5に係る発明で
は、前記限界空気過剰率演算手段Eは、少なくとも前記
運転状態検出手段Aにより検出される機関回転数と吸入
空気圧力と燃料噴射時期とに基づいて限界空気過剰率を
演算するものであることを特徴とする。
噴射量演算手段Fは以下の式を用いて演算することを特
徴とする。 Qful =〔(Qac+Qec×KOR)/Klamb〕/AF Qac = Qacn-1 ×(1−KV)+Qacn ×KV Qacn = Qac0 n-L Qac0 = (Qas0 /Ne )×KC Qec = Qecn-1 ×(1−KV)+Qecn ×KV Qecn = (Qe /Ne )×KC Klamb= Klambn ×Klambp ×Klamtv 但し、Qful は最大燃料噴射量、Qas0 は機関吸入空気
量、Qac0 n-L はL回前のQac0 、Qacn-1 は1回前の
Qac、Qecn-1 は1回前のQec、Qe はEGR量、Kla
mbn は無過給時限界空気過剰率、Klambp は限界空気過
剰率圧力補正係数、Klamtv は限界空気過剰率アクセル
開度補正係数、AFは理論空燃比、Neは機関回転数で
あり、KV、L、KC、およびKORは定数である。
噴射量演算手段Fは以下の式を用いて演算することを特
徴とする。 Qful =〔(Qac+Qec×KOR)/Klamb〕/AF Qac = Qacn-1 ×(1−KV)+Qacn ×KV Qacn = Qac0 n-L Qac0 = (Qas0 /Ne )×KC Qec = Qecn-1 ×(1−KV)+Qecn ×KV Qecn = (Qe /Ne )×KC Klamb= Klambn ×Klambp ×Klamit 但し、Qful は最大燃料噴射量、Qas0 は機関吸入空気
量、Qac0 n-L はL回前のQac0 、Qacn-1 は1回前の
Qac、Qecn-1 は1回前のQec、Qe はEGR量、Kla
mbn は無過給時限界空気過剰率、Klambp は限界空気過
剰率圧力補正係数、Klamit は限界空気過剰率噴射時期
誤差補正係数、AFは理論空燃比、Neは機関回転数で
あり、KV、L、KC、およびKORは定数である。
項1に係る発明によれば、機関の運転状態に基づいて、
各気筒の吸入する空気量と各気筒の吸入するEGR量と
各気筒の燃焼における空気過剰率の限界値とを演算し、
さらに、その算出結果に基づいて、各気筒に許容される
最大燃料噴射量を演算するので、実際の運転状態に即し
た緻密な燃料噴射量の制御ができるという効果がある。
の吸入量が検出されてから実際に燃焼室に供給されるま
での時間的な遅れを補正して、より正確な制御ができる
という効果がある。また、請求項3に係る発明によれ
ば、EGRの吸入量が検出されてから実際に燃焼室に供
給されるまでの時間的な遅れを補正して、より正確な制
御ができるという効果がある。
空気圧力、アクセル開度等によって空気過剰率の限界値
を補正し、これに基づいて最大燃料噴射量を設定するこ
とにより、運転者の要求する動力性能を確保しつつ、必
要以上の燃料が供給されることを防止してスモーク等の
増大を防止できるという効果がある。また、請求項5に
係る発明によれば、燃料噴射時期の誤差によって空気過
剰率の限界値を補正し、これに基づいて最大燃料噴射量
を設定することで、定常運転時のトルクを確保しつつ、
過渡運転時のスモーク等の増加を防止することができる
という効果がある。
項4に係る発明を正確かつ容易に実施できるという効果
がある。また、請求項7に係る発明によれば、請求項5
に係る発明を正確かつ容易に実施できるという効果があ
る。
に基づいて説明する。図2は、本発明が適用されるディ
ーゼル機関の一例を示すシステム構成図である。機関1
では、コレクタ2を有する吸気マニホールド3を介して
吸気が行われるとともに、噴射ノズル4より燃焼室5に
直接燃料が供給される。燃焼により発生した排気は、排
気マニホールド6を介して排出されるとともに、その一
部は、EGR弁7により開閉制御されるEGR管8を介
して吸気側に還流され、再び燃焼室5へ供給される。
吸気側上流に設けられ機関への吸入空気量を検出するエ
アフローメータ9、吸気マニホールド3に取り付けられ
て吸入空気圧力を検出する圧力センサ10、EGR流量を
計測するEGRフローメータ11、アクセルペダルに連動
したポテンショメータ式のアクセル開度センサ12、噴射
ノズル4の針弁の開閉を検出する針弁リフトセンサ13、
および機関1のクランク位置を計測するクランク角セン
サ14がある。クランク角センサ14はクランク軸あるいは
これと連動して回転するカム軸の回転に同期してクラン
ク角信号を出力し、これによりクランク位置(クランク
角度)や、機関1の回転数Ne を検出可能である。この
他、機関の冷却水温を計測する水温センサ15等をも備え
る。
ルユニット16に入力され、後述するような種々の演算が
行われて、その結果に基づいて機関の制御等が行われ
る。図3は、マイクロコンピュータを中心とするコント
ロールユニット16の回路構成を示す概略図である。入力
ポート17には、前述のエアフローメータ9をはじめとし
た各種センサが接続されており、それらの情報が入力さ
れる。A/D変換器18では、入力ポート17を介して各種
センサから得られた信号のうち、アナログ信号がコンピ
ュータで扱えるようにA/D変換される。そして、CP
U19は入力データに基づき所定の演算を実行し、その結
果は出力ポート20から外部の機器を駆動・制御するため
の信号として出力される。また、ROM21は後述する制
御プログラムや各種データ等をあらかじめ記憶し、RA
M22はプログラム実行中に一時的に情報の記憶を行うも
のである。
用いて説明する。図4は、基本燃料噴射量を演算する処
理手順を示したフローチャートであり、機関の所定回転
毎にクランク角センサ14から出力されるリファレンス信
号(REF)に同期したタイミングで実行される。ま
ず、ステップ1(図中S1と表記する、以下同様)でク
ランク角センサ14の出力から機関回転数Ne を読み込
み、ステップ2では、アクセル開度センサ12の出力から
アクセル開度Cl を読み込む。続くステップ3では、機
関回転数Ne とアクセル開度Cl に基づいて、図11に示
すようなマップから燃料噴射量Mqdrvを設定する。ステ
ップ4では、燃料噴射量Mqdrvに水温センサ15の出力に
基づく増量等の補正を行い、基本燃料噴射量Qsol1とし
て処理を終了する。
量演算手段Bに相当する。図5は、機関への吸入空気量
を演算する処理手順を示したフローチャートであり、4
msec程度の所定時間毎に実行される。まず、ステップ11
では、エアフローメータ9の出力電圧Us を読み込む。
続くステップ12では、図12に示すような電圧・流量変換
テーブルを用いて出力電圧Us を吸入空気量に変換す
る。ステップ13では、前段で得られた値の加重平均処理
を行い、その結果を機関吸入空気量Qas0 として処理を
終了する。
る処理手順を示したフローチャートであり、リファレン
ス信号に同期したタイミングで実行される。まず、ステ
ップ21で機関回転数Ne を読み込み、ステップ22では、
図5の処理で得られた機関吸入空気量Qas0 と機関回転
数Ne とから、次式によって1吸気当りの基本吸入空気
量Qac0 を算出する。
ニホールド3のコレクタ部までの輸送遅れ分のディレイ
処理を次式によって行う。 Qacn =Qac0 n-L ここで、Lは定数であり、Qac0 n-L はL回前に演算さ
れたQac0 である。
記コレクタ内でのダイナミクス相当のディレイ処理を行
って燃焼室吸入空気量Qacを算出し、処理を終了する。 Qac = Qacn-1 ×(1−KV)+Qacn ×KV ここで、KVは定数で、0<KV<1である。また、Q
acn-1 は1回前に演算されたQacである。
テップ21〜ステップ24が吸入空気量演算手段Cに相当す
る。この内、ステップ23〜ステップ24は吸入空気量補正
手段に相当する。図7は、燃焼室5への吸入EGR量を
演算する処理手順を示したフローチャートであり、前述
の燃焼室吸入空気量Qacの場合と同様のタイミングで実
行される。
タ11の出力からEGR量Qe を読み込む。このEGR量
Qe は、EGRフローメータ11のような直接流量を計測
する手段ではなく、それ相当を予測するような手段を用
いて算出してもよい。ステップ32では、機関回転数Ne
を読み込み、ステップ33では、次式によって1燃焼室当
りの吸入EGR量Qecn を算出する。
でのダイナミクス相当のディレイ処理を行って燃焼室吸
入EGR量Qecを算出し、処理を終了する。 Qec = Qecn-1 ×(1−KV)+Qecn ×KV 前述と同様に、KVは定数で、0<KV<1であり、Q
ecn-1 は1回前に演算されたQecである。
R量演算手段Dに相当し、この内、ステップ34はEGR
量補正手段に相当する。次に、最大燃料噴射量を演算す
る処理手順のフローチャートを図8に示す。この処理は
リファレンス信号に同期したタイミングで実行される。
まず、ズテップ41で機関回転数Ne を読み込み、次のス
テップ42では、機関回転数Ne に基づいて、図13に示し
たような無過給時の限界空気過剰率のテーブルから無過
給限時界空気過剰率Klambn を演算する。
出力から吸入圧力Pm を読み込み、続くステップ44で
は、図14に示したような圧力補正テーブルから、限界空
気過剰率圧力補正係数Klambp を吸入圧力Pm に基づい
て演算する。図14のテーブルは、吸入圧力が上昇するに
つれて空気密度が高まると、燃料噴霧の貫徹力が相対的
に弱まって空気利用率が下がるため限界空気過剰率が低
下する特性を示している。ここで言う「限界空気過剰率
の低下」とは、「限界空気過剰率の悪化」と同義であ
り、この値が大きくなるほど悪化することを意味する。
み込み、次のステップ46では、図15に示したようなアク
セル開度補正テーブルから、限界空気過剰率アクセル開
度補正係数Klamtv をアクセル開度Cl に基づいて演算
する。エミッション評価時の限界空気過剰率の要求値と
運転性(加速性)からの要求値とは異なるため、図15の
テーブルのように、エミッション評価時のようなアクセ
ル開度が小さいときには限界空気過剰率が大きくなり、
加速を行うようなアクセル開度が大きいときには小さく
するように補正係数が与えられる。
界空気過剰率Klambn を前記2つの補正係数で補正して
限界空気過剰率Klambを演算する。 Klamb= Klambn ×Klambp ×Klamtv このステップ41〜ステップ47が限界空気過剰率演算手段
Eに相当する。次に、ステップ48では先に求めた燃焼室
吸入空気量Qacを、ステップ49では燃焼室吸入EGR量
Qecを、それぞれ読み込む。
lamb、燃焼室吸入空気量Qacおよび燃焼室吸入EGR量
Qecから、次式によって最大噴射量Qful を演算し、処
理を終了する。 Qful =〔(Qac+Qec×KOR)/Klamb〕/14.7 ここでは、理論空燃比を14.7として計算している。
演算手段Fに相当する。ここで、最大噴射量Qful の演
算にEGR量も考慮するのは、特にディーゼル機関の場
合には燃料希薄な雰囲気の中で燃焼を行っており、排気
にも多くの酸素を含んでいるためである。図9は、最大
燃料噴射量を演算する別の実施例を示すフローチャート
であり、これもリファレンス信号に同期したタイミング
で実行される。
処理と同様にして、無過給時限界空気過剰率Klambn と
限界空気過剰率圧力補正係数Klambp とを求める。ステ
ップ65では、図16に示したようなマップから、機関回転
数Ne と前回の燃料噴射量Qsol とに基づいて目標燃料
噴射時期Itsolを読み込み、ステップ56で噴射ノズル4
に設けられた針弁リフトセンサ13の出力等から実際の燃
料噴射時期Itistを読み込む。そして、ステップ67で目
標燃料噴射時期Itsolと実際の燃料噴射時期Itistとの
差dIt をとり、ステップ68ではこれに基づいて、図17
に示したような噴射時期誤差補正テーブルから限界空気
過剰率噴射時期誤差補正係数Klamit を演算する。通
常、出力を出すために最も限界空気過剰率が小さくかつ
筒内圧や排気からの最適値になるように目標の噴射時期
を設定するので、目標値と実際値との差があるときには
限界空気過剰率が増加する方向(燃料噴射量が減量する
方向)へ燃料を補正する必要がある。図17のテーブルに
は、この点を反映してある。
限界空気過剰率Klambn を前記2つの補正係数で補正し
て限界空気過剰率Klambを演算する。 Klamb= Klambn ×Klambp ×Klamit 次に、ステップ70では燃焼室吸入空気量Qacを、ステッ
プ71では燃焼室吸入EGR量Qecをそれぞれ読み込む。
そして、続くステップ72で、図8の処理と同様の式によ
って最大燃料噴射量Qful を演算し、処理を終了する。
ステップ69が限界空気過剰率演算手段Eに、ステップ70
〜ステップ72が最大噴射量演算手段Fにそれぞれ相当す
る。尚、上述の例には、機関回転数と吸入空気圧力と
に、アクセル開度または燃料噴射時期のいずれか一方を
組み合わせて限界空気過剰率を演算する構成を示した
が、機関回転数と吸入空気圧力とアクセル開度と燃料噴
射時期とに基づいて限界空気過剰率を演算する構成とす
れば、さらに緻密な制御が可能となる。
理手順を示すフローチャートであり、リファレンス信号
に同期したタイミングで実行される。まず、ステップ81
では、図4の処理で求めた基本燃料噴射量Qsol1と、図
8または図9の処理で求めた最大燃料噴射量Qful とを
比較し、前者が後者以上(Qsol1≧Qful )のときはス
テップ82へ進み、燃料噴射量Qsol にQful を設定す
る。一方、前者が小(Qsol1<Qful )のときはステッ
プ83へ進み、燃料噴射量Qsol にQsol1を設定して処理
を終了する。
算手段Gに相当する。そして、求められた燃料噴射量Q
sol と機関回転数Ne とに基づいて、図18のようなマッ
プから燃料噴射制御信号Uαsol が演算される。以上の
ようにして、実際の運転状態に即した必要充分な燃料の
噴射が行われるよう、緻密で正確な制御が行われる。
ム構成図
す概略図
ト
ート
ャート
フローチャート
ト
を演算するマップを示す図
変換するテーブルを示す図
演算するテーブルを示す図
を演算するテーブルを示す図
を演算するテーブルを示す図
正係数を演算するテーブルを示す図
号を演算するマップを示す図
Claims (7)
- 【請求項1】機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、各気筒へ
の基本燃料噴射量を演算する基本噴射量演算手段と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、各気筒の
吸入する空気量を演算する吸入空気量演算手段と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、各気筒の
吸入するEGR量を演算する吸入EGR量演算手段と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、各気筒の
燃焼における空気過剰率の限界値を演算する限界空気過
剰率演算手段と、 前記吸入空気量演算手段、吸入EGR量演算手段および
限界空気過剰率演算手段の各算出結果に基づいて、各気
筒に許容される最大燃料噴射量を演算する最大噴射量演
算手段と、 前記基本噴射量演算手段の算出結果と最大噴射量演算手
段の算出結果とのうち、より少ない方を各気筒に実際に
噴射する燃料の量として設定する実噴射量演算手段と、 を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の燃料噴
射制御装置。 - 【請求項2】前記吸入空気量演算手段は、前記運転状態
検出手段により機関への吸入空気量が検出されてから各
気筒に吸入されるまでの時間的な遅れを補正する吸入空
気量補正手段を含んで構成されることを特徴とする請求
項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 【請求項3】前記吸入EGR量演算手段は、前記運転状
態検出手段により機関への吸入EGR量が検出されてか
ら各気筒に吸入されるまでの時間的な遅れを補正する吸
入EGR量補正手段を含んで構成されることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の内燃機関の燃料噴射制
御装置。 - 【請求項4】前記限界空気過剰率演算手段は、少なくと
も前記運転状態検出手段により検出される機関回転数と
吸入空気圧力とアクセル開度とに基づいて限界空気過剰
率を演算するものであることを特徴とする請求項1〜請
求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御
装置。 - 【請求項5】前記限界空気過剰率演算手段は、少なくと
も前記運転状態検出手段により検出される機関回転数と
吸入空気圧力と燃料噴射時期とに基づいて限界空気過剰
率を演算するものであることを特徴とする請求項1〜請
求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御
装置。 - 【請求項6】前記最大噴射量演算手段は、以下の式を用
いて最大燃料噴射量Qful を演算することを特徴とする
請求項4記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 Qful =〔(Qac+Qec×KOR)/Klamb〕/AF Qac = Qacn-1 ×(1−KV)+Qacn ×KV Qacn = Qac0 n-L Qac0 = (Qas0 /Ne )×KC Qec = Qecn-1 ×(1−KV)+Qecn ×KV Qecn = (Qe /Ne )×KC Klamb= Klambn ×Klambp ×Klamtv 但し、Qas0 は機関吸入空気量、Qac0 n-L はL回前の
Qac0 、Qacn-1 は1回前のQac、Qecn-1 は1回前の
Qec、Qe はEGR量、Klambn は機関回転数に応じた
無過給時限界空気過剰率、Klambp は吸入空気圧力に応
じた限界空気過剰率圧力補正係数、Klamtv はアクセル
開度に応じた限界空気過剰率アクセル開度補正係数、A
Fは理論空燃比、Ne は機関回転数であり、KV、L、
KC、およびKORは定数である。 - 【請求項7】前記最大噴射量演算手段は、以下の式を用
いて最大燃料噴射量Qful を演算することを特徴とする
請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 Qful =〔(Qac+Qec×KOR)/Klamb〕/AF Qac = Qacn-1 ×(1−KV)+Qacn ×KV Qacn = Qac0 n-L Qac0 = (Qas0 /Ne )×KC Qec = Qecn-1 ×(1−KV)+Qecn ×KV Qecn = (Qe /Ne )×KC Klamb= Klambn ×Klambp ×Klamit 但し、Qas0 は機関吸入空気量、Qac0 n-L はL回前の
Qac0 、Qacn-1 は1回前のQac、Qecn-1 は1回前の
Qec、Qe はEGR量、Klambn は機関回転数に応じた
無過給時限界空気過剰率、Klambp は吸入空気圧力に応
じた限界空気過剰率圧力補正係数、Klamit は燃料噴射
時期の誤差に応じた限界空気過剰率噴射時期誤差補正係
数、AFは理論空燃比、Ne は機関回転数であり、K
V、L、KC、およびKORは定数である。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04521696A JP3539045B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
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JP04521696A JP3539045B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
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JP3539045B2 true JP3539045B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=12713084
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP04521696A Expired - Lifetime JP3539045B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
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---|---|---|---|---|
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JP4120524B2 (ja) | 2003-08-04 | 2008-07-16 | 日産自動車株式会社 | エンジンの制御装置 |
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1996
- 1996-03-01 JP JP04521696A patent/JP3539045B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH09242595A (ja) | 1997-09-16 |
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