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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, und sie bezieht
sich insbesondere auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die den
Anhebevorgang und Setzvorgang einer Nadel durch mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff
steuert.
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Im
Stand der Technik ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt,
die an einem Verbrennungsmotor montiert ist, um Kraftstoff in eine
Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors einzuspritzen. Wenn in
einer derartigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Innenraum der
Vorrichtung mit Kraftstoff gefüllt ist, kann es sein, dass
ein sogenannter Kraftstoffdampf in dem Kraftstoff in Abhängigkeit
von der Temperatur und vom Druck des Kraftstoffs erzeugt wird. Insbesondere
unmittelbar nach dem Anhalten des Verbrennungsmotors ist die Temperatur des Kraftstoffs
in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erhöht und der Druck
des Kraftstoffs ist verringert durch die Wärme, die von
dem Verbrennungsmotor übertragen wird. Daher wird der Kraftstoffdampf
mit Leichtigkeit in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erzeugt. Somit
kann gelegentlich der Kraftstoffdampf in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
unmittelbar nach dem Anhalten des Verbrennungsmotors erzeugt werden.
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Eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in der Druckschrift
JP 61-037 491 U offenbart
ist, hat eine Zirkulationsbahn in der Vorrichtung, und ein Kraftstoffeinströmkanal
und ein Kraftstoffrückkehrkanal sind mit dieser Zirkulationsbahn
verbunden. Dadurch wird der Kraftstoffdampf, der in der Zirkulationsbahn
erzeugt wird, zu der Seite eines Kraftstofftanks durch den Kraftstoffrückkehrkanal
abgegeben. Da jedoch der Kraftstoffeinströmkanal, der mit
dem Kraftstofftank in Verbindung steht, mit der Zirkulationsbahn verbunden
ist, kann es sein, dass der Kraftstoffdampf, der durch den Kraftstoffrückkehrkanal
abgegeben worden ist, in die Kraftstoffeinspritzvorrichtung erneut
durch den Kraftstoffeinströmkanal hineinströmt.
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Eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die ein Kraftstoffdrucksteuersystem
aufweist, ist weitgehend bekannt. Das Kraftstoffdrucksteuersystem
weist eine Druckbeaufschlagungskammer und eine Drucksteuerkammer
auf. Der Kraftstoff wird durch einen Kolben in der Druckbeaufschlagungskammer
mit Druck beaufschlagt. Die Drucksteuerkammer steht mit der Druckbeaufschlagungskammer
in Verbindung. Eine Nadel wird von einem Ventilsitz weg angehoben,
indem der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer erhöht
wird, und der Kraftstoff wird aus einem Einspritzloch eingespritzt,
das mit dem Ventilsitz in Verbindung steht. Wenn in einer derartigen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung der in der Druckbeaufschlagungskammer
und in der Drucksteuerkammer befindliche Kraftstoff in einem Zustand
komprimiert wird, bei dem Kraftstoffdampf in dem Kraftstoffdrucksteuersystem vorhanden
ist, wird lediglich der Kraftstoffdampf komprimiert. Daher ist es
unmöglich, den Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer
auf einen erwünschten Druck anzuheben. Wenn der Kraftstoffdruck
in der Drucksteuerkammer nicht auf diesen erwünschten Druck
angehoben wird, kann es sein, dass ein erwünschter Anhebebetrag
für die Nadel nicht sichergestellt wird, die durch die
Wirkung des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer angehoben
wird. Darüber hinaus kann es sein, dass in diesem Fall auch
das Ansprechverhalten der Nadel schlechter wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das vorstehend erwähnte
Problem gemacht worden. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die
in der Vorrichtung befindlichen Kraftstoffdampf zur Außenseite
hin abgibt, um einen erwünschten Anhebebetrag einer Nadel
sicherzustellen und um das Ansprechverhalten der Nadel zu verbessern.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung geschaffen worden, die einen Düsenkörper,
eine Nadel, ein erstes Drängelement, einen Kolben, eine
Drucksteuerkammer, eine Druckbeaufschlagungskammer, einen Kommunikationskanal,
einen Aktuator, ein zweites Drängelement und einen Dampfabgabekanal aufweist.
Der Düsenkörper hat ein Einspritzloch, einen Ventilsitz
und eine Einströmöffnung, zu der Kraftstoff geliefert
wird. Der Kraftstoffkanal stellt eine Verbindung der Einströmöffnung
mit dem Einspritzloch her. Die Nadel ist in dem Düsenkörper
gleitfähig eingebaut. Das erste Drängelement drängt
die Nadel auf den Ventilsitz. Der Kolben ist gleitfähig
in dem Düsenkörper eingebaut. Die Drucksteuerkammer
ist durch den Düsenkörper und die Nadel definiert
und nimmt den Kraftstoff in ihr auf. Die Druckbeaufschlagungskammer
ist durch den Düsenkörper und den Kolben definiert
und nimmt den Kraftstoff in ihr auf. Der Kommunikationskanal stellt
eine Verbindung der Drucksteuerkammer mit der Druckbeaufschlagungskammer
her. Der Aktuator drückt den Kolben in eine erste Richtung,
in der der Kolben den Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer
mit Druck beaufschlagt. Das zweite Drängelement drängt
den Kolben in eine zweite Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten
Richtung ist. Die Nadel bewirkt eine Unterbrechung im Kraftstoffkanal,
wenn die Nadel auf den Ventilsitz gesetzt ist. Der Druck des Kraftstoffs
in der Drucksteuerkammer drängt die Nadel von dem Ventilsitz
weg. Der Dampfabgabekanal stellt eine Verbindung der Drucksteuerkammer
mit dem Kraftstoffkanal her.
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Die
vorliegende Erfindung ist zusammen mit ihren weiteren Zielen, Merkmalen
und Vorteilen anhand der nachstehend dargelegten Beschreibung, der
beigefügten Ansprüche, und der beigefügten Zeichnungen
am Besten verständlich.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Nadel
und ihres umgebenden Abschnitts in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Nadel
und ihres umgebenden Abschnitts in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Nadel
und ihres umgebenden Abschnitts in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Nadel
und ihres umgebenden Abschnitts in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Nachstehend
ist das Kraftstoffeinspritzgerät gemäß den
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung anhand
der Zeichnungen beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist an jedem Zylinder
beispielsweise eines Dieselverbrennungsmotors montiert und spritzt
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der in einer Common-Rail
bei einem Speicherdruck gespeichert wird, in den Zylinder ein. Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 hat einen Düsenkörper 2,
eine Nadel 3, einen Nadelführungszylinder 4,
ein Abdeckelement 5, einen Kolbenführungszylinder 7,
einen Kolben 8, einen piezoelektrischen Aktuator 9,
etc.
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Der
Düsenkörper 2 ist in einer zylindrischen Form
ausgebildet. Ein Einspritzloch 21 ist an einem Endabschnitt
des Düsenkörpers 2 ausgebildet. Das Einspritzloch 21 stellt
eine Verbindung des Innenraums (der Innenseite) des Düsenkörpers 2 mit
einer Außenseite des Düsenkörpers 2 her.
Eine Kraftstoffspeicherkammer 101 ist an einer Einlassseite
des Einspritzlochs 21 ausgebildet. Ein Ventilsitz 22 ist
an einer Innenwand des Düsenkörpers 2 ausgebildet. Der
Ventilsitz 22 befindet sich zwischen der Kraftstoffspeicherkammer 101 und
dem Einspritzloch 21.
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Ein
Kraftstoffkanal 100 ist in dem Düsenkörper 2 ausgebildet.
Der Kraftstoffkanal 100 steht mit einer (nicht dargestellten)
Common-Rail durch eine Einströmöffnung 23,
die in dem Düsenkörper 2 ausgebildet
ist, in Verbindung. Daher wird der Kraftstoffkanal 100 mit
Kraftstoff versorgt (beliefert), der im Wesentlichen den gleichen
Druck wie der Kraftstoff in der Common-Rail hat. Die Kraftstoffspeicherkammer 101 bildet
einen Teil des Kraftstoffkanals 100.
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Die
Nadel 3, der Nadelführungszylinder 4, das
Abdeckelement 5, der Kolbenführungszylinder 7, der
Kolben 8, der piezoelektrische Aktuator 9, etc. sind
in dem Düsenkörper 2 eingebaut. Eine
Gegendruckkammer 102, eine Drucksteuerkammer 201, eine
Druckbeaufschlagungskammer 202, etc. sind in dem Düsenkörper 2 ausgebildet.
Die Nadel 3 ist hin- und hergehend beweglich in dem Düsenkörper 2 eingebaut.
Die Nadel 3 hat einen Abdichtabschnitt 31, der
auf den Ventilsitz 22 gesetzt werden kann. Wenn der Abdichtabschnitt 31 von
dem Ventilsitz 22 weggehoben wird, steht der Kraftstoffkanal 100 mit
dem Einspritzloch 21 in Verbindung und wird Kraftstoff
aus dem Einspritzloch 21 eingespritzt. Wenn der Abdichtabschnitt 31 auf
den Ventilsitz 22 gesetzt worden ist, ist die Verbindung (Kommunikation)
zwischen dem Kraftstoffkanal 100 und dem Einspritzloch 21 unterbrochen,
und die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 21 ist
angehalten.
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Der
Nadelführungszylinder 4 ist in einer Form ausgebildet,
die ähnlich einem ungefähr zylindrischen Rohr
ist. Ein Endabschnitt des Nadelführungszylinders 4 steht
mit der Innenwand des Düsenkörpers 2 an
der Seite des Einspritzlochs 21 in Kontakt. Der andere
Endabschnitt des Nadelführungszylinders 4 ist
durch das Abdeckelement 5 blockiert. Das Abdeckelement 5 ist
in einer Form ausgebildet, die ungefähr einer Scheibe gleicht.
Eine Vertiefung 51 ist an einer Endfläche (Seitenfläche)
des Abdeckelements 5 ausgebildet, die zu dem Nadelführungszylinder 4 weist.
Eine Außenumfangswand der Nadel 3 steht in einem
Gleitkontakt mit einer Innenumfangswand des Nadelführungszylinders 4.
Dadurch führt der Nadelführungszylinder 4 eine
hin- und hergehende Bewegung der Nadel 3 in ihrer axialen
Richtung. Wenn die Nadel 3 auf den Ventilsitz 22 gesetzt
ist, ist ein Zwischenraum (Spalt) mit einer Höhe d zwischen der
Nadel 3 und dem Abdeckelement 5 ausgebildet. Die
Nadel 3 kann sich zwischen einer Position, an der die Nadel 3 mit
dem Ventilsitz 22 in Kontakt gelangt, und einer Position,
an der die Nadel 3 mit dem Abdeckelement 5 in
Kontakt gelangt, hin- und hergehend bewegen. Das heißt
ein maximaler Anhebebetrag der Nadel 3 beträgt
d. Eine Außenwand der Nadel 3, die Innenumfangswand
des Nadelführungszylinders 4 und die Innenwand
des Düsenkörpers 2 definieren die Drucksteuerkammer 201,
die ungefähr die Form eines Rings hat.
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Ein
Endabschnitt der Nadel 3, der entgegengesetzt zu dem Einspritzloch 21 ist,
das Abdeckelement 5 und die Innenumfangswand des Nadelführungszylinders 4 definieren
die Gegendruckkammer 102. Der Kraftstoff, der von der Common-Rail
geliefert wird, strömt in die Gegendruckkammer 102 durch einen
Kanal 52, der in dem Abdeckelement 5 ausgebildet
ist. Darüber hinaus ist eine Feder 61, die als
ein erstes Drängelement dient, in der Gegendruckkammer 102 eingebaut.
Ein Endabschnitt der Feder 61 steht mit der Nadel 3 in
Kontakt. Der andere Endabschnitt der Feder 61 steht mit
der Vertiefung 51 in Kontakt. Die Feder 61 drängt
die Nadel 3 in eine Ventilschließrichtung, d.
h. zu dem Ventilsitz 22 hin. Ein Mittelloch 32,
das eine Verbindung der Gegendruckkammer 102 mit der Kraftstoffspeicherkammer 101 herstellt,
ist in der Nadel 3 ausgebildet. Dadurch strömt
der Kraftstoff von der Gegendruckkammer 102 durch das Mittelloch 32 in
die Kraftstoffspeicherkammer 101.
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Der
Kolbenführungszylinder 7 ist in einer Form ausgebildet,
die ungefähr einem zylindrischen Rohr gleicht. Ein Endabschnitt
des Kolbenführungszylinders 7 ist durch das Abdeckelement 5 blockiert. Der
Kolben 8 ist in dem anderen Endabschnitt des Kolbenführungszylinders 7 eingeführt.
Der Kolben 8 ist in einer Form ausgebildet, die ungefähr
zylindrisch ist. Ein Endabschnitt des Kolbens 8 hat einen
ringartigen Flanschabschnitt 81, der sich radial nach außen erstreckt.
Eine Außenumfangswand des Kolbens 8 steht in einem
Gleitkontakt mit einer Innenumfangswand des Kolbenführungszylinders 7.
Dadurch führt der Kolbenführungszylinder 7 den
Kolben 8 so, dass der Kolben 8 in seiner axialen
Richtung sich hin- und hergehend bewegen kann. Der Kolben 8,
das Abdeckelement 5 und die Innenumfangswand des Kolbenführungszylinders 7 definieren
die Druckbeaufschlagungskammer 202.
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Eine
Feder 62, die als ein zweites Drängelement dient,
ist an einer Außenumfangsseite des Kolbenführungszylinders 7 eingebaut.
Ein Endabschnitt der Feder 62 steht mit dem Kolbenführungszylinder 7 in
Kontakt. Der andere Endabschnitt der Feder 62 steht mit
dem Flanschabschnitt 81 des Kolbens 8 in Kontakt.
Die Feder 62 drängt den Kolben 8 von
dem Abdeckelement 5 weg, d. h. in eine Richtung, in der sich
das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 erweitert.
Wenn die Drängkraft der Feder 62 den Kolben 8 in
der Richtung bewegt, in der sich das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 erweitert,
wird der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 verringert.
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Der
piezoelektrische Aktuator 9, der als ein Aktuator dient,
ist an einer Seite des Kolbens 8 eingebaut, die von dem
Abdeckelement 5 entgegengesetzt ist. Der piezoelektrische
Aktuator 9 ist in einer Form ausgebildet, die ungefähr
zylindrisch ist. Ein Endabschnitt des piezoelektrischen Aktuators 9 steht mit
dem Kolben 8 in Kontakt. Der andere Endabschnitt des piezoelektrischen
Aktuators 9 ist an der Innenwand des Düsenkörpers 2 an
einer Seite befestigt, die von dem Einspritzloch 21 entgegengesetzt
ist. Eine Kraftstoffkammer 104 ist zwischen einer Außenumfangswand
des piezoelektrischen Aktuators 9 und einer Innenumfangswand
des Düsenkörpers 2 ausgebildet. Der Kraftstoff
strömt aus der Common-Rail durch die Einströmöffnung 23 in
die Kraftstoffkammer 104.
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Der
piezoelektrische Aktuator 9 hat einen Piezostapel 91 und
einen Druckbeaufschlagungsabschnitt 92. Der Piezostapel 91 ist
ausgebildet, indem viele kapazitive piezoelektrische Elemente aufeinander
laminiert worden sind. Jedes piezoelektrische Element expandiert
bzw. kontrahiert (dehnt sich aus bzw. zieht sich zusammen), wenn
es elektrisch aufgeladen bzw. entladen wird. Wenn der Piezostapel 91 in Übereinstimmung
mit von einer (nicht dargestellten) ECU gesendeten Befehlen mit
elektrischer Energie aufgeladen wird, expandiert der Piezostapel 91 in
seiner axialen Richtung (er dehnt sich aus). Wenn elektrische Energie
von dem Piezostapel 91 entladen (abgegeben) wird, kontrahiert
der Piezostapel 91 in seiner axialen Richtung (er zieht
sich zusammen). Der Druckbeaufschlagungsabschnitt 92 ist an
der Seite des Piezostapels 91, an der der Kolben 8 sich
befindet, angeordnet und steht mit dem Kolben 8 in Kontakt.
Wenn der Piezostapel 91 expandiert, drückt der
Druckbeaufschlagungsabschnitt 92 den Kolben 8 entgegen
der Drängkraft der Feder 92 in einer Richtung,
in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 verringert
wird, d. h. zu dem Abdeckelement 5 hin. Wenn der Druckbeaufschlagungsabschnitt 92 den
Kolben 8 in der Richtung drückt, in der das Volumen
der Druckbeaufschlagungskammer 202 verringert wird, wird
der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 erhöht.
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Ein
Kanal 82, der die Kraftstoffkammer 104 mit der
Druckbeaufschlagungskammer 202 in Verbindung bringt, ist
in dem Kolben 8 ausgebildet. Ein Rückschlagventil 83 ist
auf dem Weg des Kanals 82 (in dem Kanal 82) eingebaut.
Das Rückschlagventil 83 ermöglicht eine
Kraftstoffströmung in dem Kanal 82 in einer Richtung
von der Kraftstoffkammer 104 zu der Druckbeaufschlagungskammer 202 und
verhindert eine Kraftstoffströmung in einer Richtung von
der Druckbeaufschlagungskammer 202 zu der Kraftstoffkammer 104.
Dadurch strömt, wenn die Drängkraftfeder 62 den
Kolben 8 von dem Abdeckelement 5 wegbewegt, der
Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 104 durch den Kanal 82 in
die Druckbeaufschlagungskammer 202. Im Gegensatz dazu strömt,
wenn der piezoelektrische Aktuator 9 den Kolben 8 zu
dem Abdeckelement 5 hin drückt, der Kraftstoff
von der Druckbeaufschlagungskammer 202 nicht zu der Kraftstoffkammer 104,
und der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 wird
erhöht.
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Ein
Kommunikationskanal 203, der eine Kommunikation (Verbindung)
der Druckbeaufschlagungskammer 202 mit der Drucksteuerkammer 201 herstellt,
ist in dem Abdeckelement 5 und in dem Nadelführungszylinder 4 ausgebildet.
Dadurch strömt der in der Druckbeaufschlagungskammer 202 befindliche
Kraftstoff in die Drucksteuerkammer 201, und der Kraftstoffdruck
in der Drucksteuerkammer 201 wird ungefähr gleich
dem Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 202.
Dadurch wird, wenn der in der Druckbeaufschlagungskammer 202 befindliche
Kraftstoff mit Druck beaufschlagt wird, der Kraftstoffdruck in der
Drucksteuerkammer 201 demgemäß erhöht.
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Ein
Dampfabgabekanal 33, der eine Verbindung der Drucksteuerkammer 201 mit
dem Mittelloch 32 herstellt, ist in der Nadel 3 ausgebildet.
Ein minimaler Öffnungsbereich des Dampfabgabekanals 33 ist
kleiner als ein minimaler Öffnungsbereich des Kommunikationskanals
(Verbindungskanals) 203.
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Ein
Umfangsströmungskanal 103 ist zwischen der Innenumfangswand
des Düsenkörpers 2 und den Außenumfangswänden
des Nadelführungszylinders 4, des Abdeckelements 5,
des Kolbenführungszylinders 7 und des Kolbens 8 ausgebildet.
Die Kraftstoffkammer 104, der Umfangsströmungskanal 103,
der Kanal 52, die Gegendruckkammer 102, das Mittelloch 32 und
die Kraftstoffspeicherkammer 101 stehen miteinander in
Verbindung und bilden einen Kraftstoffkanal 100.
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Die
Drucksteuerkammer 201, der Kommunikationskanal 203 und
die Druckbeaufschlagungskammer 202, die vorstehend erwähnt
sind, bilden ein Kraftstoffdrucksteuersystem.
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Nachstehend
ist die Nadel 3 detailliert beschrieben.
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Wie
dies in 2 dargestellt ist, ist die Nadel 3 in
einen an dem Einspritzloch 21 befindlichen Seitenabschnitt
in dem Düsenkörper 2 eingebaut. Die Nadel 3 hat
einen Abschnitt 34 mit kleinem Durchmesser, einen Abschnitt 35 mit
mittlerem Durchmesser und einen zylindrischen Abschnitt 36 mit
großem Durchmesser. Der Abschnitt 34 mit kleinem
Durchmesser ist an einer Seite (an der Seite des Einspritzlochs 21)
des Abschnitts 35 mit mittlerem Durchmesser ausgebildet.
Der zylindrische Abschnitt 36 mit großem Durchmesser
ist an der anderen Seite des Abschnitts 35 mit mittlerem
Durchmesser, die entgegengesetzt von dem Einspritzloch 21 ist,
ausgebildet. Der Abschnitt 34 mit kleinem Durchmesser ist
in einer Form ausgebildet, die ungefähr zylindrisch ist.
Der Abdichtabschnitt 31 ist an einer Seite des Einspritzlochs 21 des
Abschnitts 34 mit kleinem Durchmesser ausgebildet. Der
Abschnitt 35 mit mittlerem Durchmesser ist in einer Form
ausgebildet, die ungefähr zylindrisch ist. Der Durchmesser
des Abschnitts 35 mit mittlerem Durchmesser ist größer
als der Durchmesser des Abschnitts 34 mit kleinem Durchmesser. Der
zylindrische Abschnitt 36 mit großem Durchmesser
ist in einer Form ausgebildet, die einem mit einem Boden versehenen
zylindrischen Rohr gleicht, und weist einen Bodenabschnitt 361 auf.
Der zylindrische Abschnitt 36 mit großem Durchmesser
ist mit dem Abschnitt 35 mit mittlerem Durchmesser an der
Seite seines Bodenabschnitts 361 verbunden. Der Außendurchmesser
des zylindrischen Abschnitts 36 mit großem Durchmesser
ist größer als der Durchmesser des Abschnitts 35 mit
mittlerem Durchmesser. Die Innenumfangswand des Nadelführungszylinders 4 stützt
gleitfähig eine Außenumfangswand des zylindrischen
Abschnitts 36 mit großem Durchmesser. Darüber
hinaus stützt die Innenumfangswand des Düsenkörpers 2 gleitfähig
eine Außenumfangswand des Abschnitts 35 mit mittlerem
Durchmesser. Dadurch führen der Düsenkörper 2 und
der Nadelführungszylinder 4 die Nadel 3 so,
dass sich die Nadel in ihrer axialen Richtung hin- und hergehend
bewegen kann.
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Die
Gegendruckkammer 102 ist an einer Seite des zylindrischen
Abschnitts 36 mit großem Durchmesser, die entgegengesetzt
von dem Abschnitt 35 mit mittlerem Durchmesser ist, ausgebildet.
Der eine Endabschnitt der Feder 61, die in der Gegendruckkammer 102 eingebaut
ist, ist in einer Innenumfangsseite des zylindrischen Abschnitts 36 mit
großem Durchmesser eingeführt, und der andere
Endabschnitt der Feder 61 steht mit dem Bodenabschnitt 361 in
Kontakt. Die Feder 61 steht mit dem Bodenabschnitt 361 in
Kontakt und drängt die Nadel 3 zu dem Ventilsitz 22 hin.
Der Abdichtabschnitt 31 kann mit dem Ventilsitz 22 in
Kontakt gelangen, um die Nadel 3 auf den Ventilsitz 22 zu
setzen.
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Das
Mittelloch 32, das eine Kommunikation (Verbindung) der
Gegendruckkammer 102 mit der Kraftstoffspeicherkammer 101 herstellt,
ist in dem Bodenabschnitt 361 und in dem Abschnitt 35 mit
mittlerem Durchmesser ausgebildet. Das Mittelloch 32 weist
einen Kanal 321 auf, der zu der Kraftstoffspeicherkammer 101 hin
offen ist. Zwei oder mehr Dampfabgabekanäle 33,
die eine Verbindung (Kommunikation) der Drucksteuerkammer 201 mit
dem Mittelloch 32 herstellen, sind in dem Abschnitt 35 mit mittlerem
Durchmesser ausgebildet. Die Gesamtheit der minimalen Öffnungsbereiche
der Dampfabgabekanäle 33 ist geringer als der
minimale Öffnungsbereich des Kommunikationskanals 203,
der eine Kommunikation der Druckbeaufschlagungskammer 202 mit
der Drucksteuerkammer 201 bewirkt.
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Nachstehend
ist der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 unter
Bezugnahme auf 1 erläutert.
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Wenn
der Piezostapel 91 nicht aufgeladen wird, ist der Piezostapel 91 kontrahiert
(zusammengezogen). Wenn der Piezostapel 91 in einem Zustand
kontrahiert ist, bei dem der Kraftstoffkanal 100, die Druckbeaufschlagungskammer 202,
die Drucksteuerkammer 201 und der Kommunikationskanal 203 mit
Kraftstoff gefüllt sind, ist der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 202,
der Drucksteuerkammer 201 und dem Kommunikationskanal 203 gleich
dem Druck in dem Kraftstoffkanal 100. Zu diesem Zeitpunkt
ist die Nadel 3 auf den Ventilsitz 22 durch die
Drängkraft der Feder 61 gesetzt. Daher ist eine
Kommunikation zwischen der Kraftstoffspeicherkammer 101 und
dem Einspritzloch 21 unterbrochen, und ein Kraftstoffeinspritzen
aus dem Einspritzloch 21 ist angehalten.
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Wenn
damit begonnen wird, den Piezostapel 91 elektrisch zu laden,
expandiert der Piezostapel 91 in seiner axialen Richtung
(er dehnt sich aus). Dadurch drückt der Druckbeaufschlagungsabschnitt 92 den
Kolben 8 entgegen der Drängkraft der Feder 62 in
der Richtung, in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 verringert
wird, d. h. zu dem Abdeckelement 5 hin. Als ein Ergebnis
wird der in der Druckbeaufschlagungskammer 202 befindliche Kraftstoff
mit Druck beaufschlagt. Wenn der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 202 mit
Druck beaufschlagt wird, wird der Druck in der Drucksteuerkammer 201,
die mit der Druckbeaufschlagungskammer 202 durch den Kommunikationskanal 203 in
Verbindung steht, erhöht. Der Druck in der Drucksteuerkammer 201 wirkt
an den Seitenflächen der Nadel 3, des Düsenkörpers 2 und
des Nadelführungszylinders 4, die die Drucksteuerkammer 201 definieren.
Daher wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 201 erhöht
wird, die Nadel 3 von dem Ventilsitz 22 in der
axialen Richtung entgegen der Drängkraft der Feder 61 weg
angehoben. Dadurch strömt der in der Gegendruckkammer 102 befindliche
Kraftstoff durch das Mittelloch 32 in die Kraftstoffspeicherkammer 101.
Wenn die Nadel 3 von dem Ventilsitz 22 weg angehoben
worden ist, steht die Kraftstoffspeicherkammer 101 mit
dem Einspritzloch 21 in Verbindung, und der Kraftstoff
wird aus dem Einspritzloch 21 eingespritzt.
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Zu
diesem Zeitpunkt ist der Druck in der Drucksteuerkammer 201 höher
als der Druck in dem Mittelloch 32, so dass der Kraftstoff
von der Drucksteuerkammer 201 durch den Dampfabgabekanal 33 in
das Mittelloch 32 strömt. Daher strömt,
wenn Kraftstoffdampf in dem Kraftstoffdrucksteuersystem, das die
Drucksteuerkammer 201, den Kommunikationskanal 203 und
die Druckbeaufschlagungskammer 202 umfasst, vorhanden ist,
der Kraftstoffdampf durch den Dampfabgabekanal 33 und das
Mittelloch 32 in die Kraftstoffspeicherkammer 101 und
wird zu der Außenseite des Düsenkörpers 2 zusammen
mit dem Kraftstoff abgegeben, der von dem Einspritzloch 21 ausgespritzt
wird.
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Danach
zieht sich, wenn der Piezostapel 91 damit beginnt, elektrisch
geladen zu werden, der Piezostapel 91 in seiner axialen
Richtung zusammen. Dadurch bewegt sich der Druckbeaufschlagungsabschnitt 92,
der den Kolben 8 gedrückt hat, zu einer Seite,
die von dem Kolben 8 entgegengesetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt
bewegt die Drängkraft der Feder 62 den Kolben 8 in
der Richtung, in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 vergrößert
wird, d. h. zu dem piezoelektrischen Aktuator 9 hin. Als eine
Folge davon fällt der Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 ab,
und der Kraftstoff strömt aus der Kraftstoffkammer 104 durch den
Kanal 82 in die Druckbeaufschlagungskammer 202.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 abfällt,
fällt der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 202,
die mit der Druckbeaufschlagungskammer 202 in Verbindung steht,
ebenfalls ab. Zu diesem Zeitpunkt bewegt die Drängkraft
der Feder 61 die Nadel 3 zu dem Ventilsitz 22 hin,
und diese setzt sich auf den Ventilsitz 22. Dadurch wird
die Kommunikation von dem Kraftstoffkanal 100 zu dem Einspritzloch 21 unterbrochen,
und das Kraftstoffeinspritzen aus dem Einspritzloch 21 wird
angehalten.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, hat in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel die Nadel 3 den Dampfabgabekanal 33,
der die Drucksteuerkammer 201 mit dem Mittelloch 32 in
Kommunikation bringt. Daher strömt der Kraftstoffdampf,
der in dem Kraftstoffdrucksteuersystem erzeugt wird, durch den Dampfabgabekanal 33 in
das Mittelloch 32, das einen Teil des Kraftstoffkanals 100 bildet.
Wenn die Nadel 3 sich von dem Ventilsitz 22 weg
angehoben hat, um den Kraftstoffkanal 100 mit dem Einspritzloch 21 in Verbindung
zu bringen, wird der Kraftstoffdampf, der in das Mittelloch 32 geströmt
ist, zu der Außenseite der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 zusammen
mit dem Kraftstoff abgegeben, der aus dem Einspritzloch 21 eingespritzt
wird. Dadurch ist es sogar dann, wenn Kraftstoffdampf in dem Kraftstoffdrucksteuersystem in
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 vorhanden ist, möglich,
diesen Kraftstoffdampf zu der Außenseite der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 abzugeben.
Da der Kraftstoffdampf aus dem Kraftstoffdrucksteuersystem abgegeben
werden kann, ist es möglich, den Kraftstoffdruck in der
Druckbeaufschlagungskammer 202 und der Drucksteuerkammer 201 auf
einen erwünschten Druck durch eine Drückkraft
des Kolbens 8 zu erhöhen. Dadurch ist es möglich,
das Ansprechverhalten der Nadel 3 zu verbessern, während
sichergestellt ist, dass sich ein ausreichender Anhebebetrag der
Nadel 3 ergibt, die durch die Wirkung des Kraftstoffdrucks
in der Drucksteuerkammer 201 angehoben wird.
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Wenn
im Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 der Kraftstoffdruck
in der Druckbeaufschlagungskammer 202 und der Drucksteuerkammer 201 durch
die Drückkraft des Kolbens 8 erhöht wird, strömt
der in der Drucksteuerkammer 201 befindliche Kraftstoff
durch den Dampfabgabekanal 33 in das Mittelloch 32,
und der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 201 fällt
ab. In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist
die Gesamtheit der minimalen Öffnungsbereiche der Dampfabgabekanäle 33,
die die Drucksteuerkammer 201 mit dem Mittelloch 32 in
Verbindung bringen, geringer als der minimale Öffnungsbereich
des Kommunikationskanals 203, der die Drucksteuerkammer 201 mit
der Druckbeaufschlagungskammer 202 in Verbindung bringt.
Dadurch ist es möglich, ein plötzliches Abfallen
des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 201 zu verhindern,
wenn der Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 und
der Drucksteuerkammer 201 erhöht wird. Dadurch
ist es möglich, einen erwünschten Druck in der
Drucksteuerkammer 201 zu erzeugen, während der
Kraftstoffdampf, der in dem Kraftstoffdrucksteuersystem erzeugt
wird, durch den Dampfabgabekanal 33 abgegeben wird.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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3 zeigt
eine Nadel und ihren umgebenden Abschnitt in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Elemente, die im Wesentlichen die gleichen wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel sind, tragen die gleichen Bezugszeichen
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und werden nicht
erneut beschrieben.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Blende 37 auf
dem Weg in jedem der Dampfabgabekanäle 33 (in
den Dampfabgabekanälen 33) ausgebildet, die die
Drucksteuerkammer 201 mit dem Mittelloch 32 der
Nadel 3 in Verbindung bringen. Daher ist es im Vergleich
zu dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, die
Strömungsrate des Kraftstoffs zu begrenzen, der von der
Drucksteuerkammer 201 zu dem Mittelloch 32 strömt.
Dadurch ist es, wenn der Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 und
der Drucksteuerkammer 201 beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
erhöht wird, möglich, ein plötzliches
Abfallen des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 201 noch
effektiver zu verhindern.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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4 zeigt
eine Nadel und ihren umgebenden Abschnitt in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Elemente, die im Wesentlichen die gleichen wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel sind, tragen die gleichen Bezugszeichen
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und werden nicht
erneut beschrieben.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel sind Dampfabgabekanäle 38 in
dem zylindrischen Abschnitt 36 mit großem Durchmesser
so ausgebildet, dass die Dampfabgabekanäle 38 die Drucksteuerkammer 201 mit
der Gegendruckkammer 102 in Verbindung bringen. Dadurch
strömt, wenn der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 201 im
Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erhöht wird,
der in der Drucksteuerkammer 201 befindliche Kraftstoff durch
den Dampfabgabekanal 38 in die Gegendruckkammer 102.
Daher strömt, wenn Kraftstoffdampf in dem Kraftstoffdrucksteuersystem
vorhanden ist, der Kraftstoffdampf durch den Dampfabgabekanal 38 in die
Gegendruckkammer 102. Der Kraftstoffdampf, der in die Gegendruckkammer 102 geströmt
ist, strömt durch das Mittelloch 32 und die Kraftstoffspeicherkammer 101 und
wird zu der Außenseite des Düsenkörpers 2 zusammen
mit dem Kraftstoff abgegeben, der aus dem Einspritzloch 21 eingespritzt
wird. Somit ist es bei dem dritten Ausführungsbeispiel selbst
dann, wenn Kraftstoffdampf in dem Kraftstoffdrucksteuersystem in
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorhanden ist, möglich,
den Kraftstoffdampf durch den Dampfabgabekanal 38, das
Mittelloch 32 und die Kraftstoffspeicherkammer 101 zu
der Außenseite der Kraftstoffeinspritzvorrichtung abzugeben. Daher
ist es wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel möglich,
das Ansprechverhalten der Nadel 3 zu verbessern, während
ein ausreichender Anhebebetrag der Nadel 3 sichergestellt
ist, die durch die Wirkung des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 201 angehoben
wird.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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5 zeigt
eine Nadel und ihren umgebenden Abschnitt in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Elemente, die im Wesentlichen die gleichen wie bei dem dritten
Ausführungsbeispiel sind, tragen die gleichen Bezugszeichen
wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel und werden nicht
erneut beschrieben.
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In
dem vierten Ausführungsbeispiel ist eine Blende 39 an
einem Ort entlang der Dampfabgabekanäle 38 ausgebildet,
die die Drucksteuerkammer 201 mit der Gegendruckkammer 102 in
Verbindung bringen. Daher ist es im Vergleich zu dem dritten Ausführungsbeispiel
möglich, die Strömungsrate des Kraftstoffs, der
von der Drucksteuerkammer 201 zu der Gegendruckkammer 102 strömt,
noch stärker zu begrenzen. Dadurch ist es, wenn der Kraftstoffdruck in
der Drucksteuerkammer 201 im Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
erhöht wird, möglich, ein plötzliches
Abfallen des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 201 noch
wirksamer zu verhindern.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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In
dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel beträgt
die Anzahl der Dampfabgabekanäle zwei oder mehr. In anderen
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die
Anzahl der Dampfabgabekanäle eins betragen.
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung bei einem Dieselverbrennungsmotor
mit einer Common-Rail angewendet worden. In den anderen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
bei anderen Dieselverbrennungsmotoren oder bei Benzinverbrennungsmotoren
angewendet werden.
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist
der Piezostapel als der Aktuator verwendet worden. In den anderen
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können
andere piezoelektrische Vorrichtungen, piezomagnetische Vorrichtungen,
Linearsolenoide etc., deren Versetzvorgänge (Verschiebungen)
sich gemäß der zu ihnen gelieferten Elektrizität ändern,
als der Aktuator verwendet werden.
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In
dieser Weise ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend
erläutern Ausführungsbeispiele beschränkt
und kann auf variierte Ausführungsbeispiele entsprechend
angewendet werden. Weitere Vorteile und Abwandlungen sind für
Fachleite offensichtlich. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht
auf die spezifischen Einzelheiten, das repräsentative Gerät
und die veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die gezeigt
und beschrieben sind.
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Wenn
in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung die Nadel 3 auf den
Ventilsitz 22 gesetzt wird, wird der Kraftstoffkanal 100, 52, 102, 32, 101 unterbrochen, und
das Kraftstoffeinspritzen wird angehalten. Die erste Feder 61 drängt
die Nadel 3 auf den Ventilsitz 22. Der Druck des
in einer Drucksteuerkammer 201 befindlichen Kraftstoffs
drängt die Nadel 3 von dem Ventilsitz 22 weg.
Ein Kolben 8 beaufschlagt den in einer Druckbeaufschlagungskammer 202 befindlichen
Kraftstoff mit Druck, wobei die Druckbeaufschlagungskammer mit der
Drucksteuerkammer 201 in Verbindung steht. Ein Aktuator 9 drückt
den Kolben 8 in eine erste Richtung, in der der Kolben 8 den
in der Druckbeaufschlagungskammer 202 befindlichen Kraftstoff
mit Druck beaufschlagt. Eine zweite Feder 62 drängt
den Kolben 8 in eine zweite Richtung, die zu der ersten
Richtung entgegengesetzt ist. Ein Dampfabgabekanal 33, 38 stellt
eine Verbindung der Drucksteuerkammer 201 mit dem Kraftstoffkanal 100, 52, 102, 32, 101 her.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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