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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, das
Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor einspritzt.
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Bei
einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzzuführung
durch ein Kraftstoffeinspritzventil in einen Verbrennungsmotor ist
zur Verringerung der Entstehung von Schwarzrauch und Partikeln im
Dieselabgas eine Erhöhung des Einspritzdrucks vorgenommen
worden. Dabei ist es erforderlich, einen Gradienten einer anfänglichen
Einspritzrate während eines Einzeleinspritzvorgangs (Single
Shot Injection) entsprechend der Erhöhung des Einspritzdrucks
stark bzw. deutlich zu erhöhen. In anderen Worten muss, wie
in 5 gezeigt ist, während einer zeitlichen
Veränderung einer Einspritzrate (oder eines Einspritzmusters)
während des Einzeleinspritzvorgangs, ein Muster A mit einem
sanft ansteigenden Gradienten der anfänglichen Einspritzrate
in ein Muster B verändert werden, dessen anfängliche
Einspritzrate einen stärker erhöhten Gradienten
aufweist. In der vorliegenden Beschreibung handelt es sich bei dem
Gradienten der anfänglichen Einspritzrate während
des Einzeleinspritzvorgangs beispielsweise um einen Gradienten einer
sich unmittelbar nach dem Start des Einzeleinspritzvorgangs verändernden
Einspritzrate.
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Durch
die starke Erhöhung des Gradienten der anfänglichen
Einspritzrate ist eine intensivere Einspritzung von Kraftstoff in
einer Einspritzmenge und in einer kürzeren Zeitspanne als
im Vergleich zur Einspritzung der gleichen Einspritzmenge auf Basis eines
sanft ansteigenden Gradienten der anfänglichen Einspritzrate
möglich. Somit ist die Verwendung eines passenden Einspritzmusters
für eine Einspritzung unter erhöhtem Einspritzdruck
möglich.
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Um
diesen starken Anstieg des Gradienten der anfänglichen
Einspritzrate zu erreichen, ist zu diesem Zweck ein Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der Patentschrift
JP-A-H11-173234 vorgeschlagen
worden.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Patentschrift
JP-A-H11-173234 beinhaltet
ein Ventilelement und ein Magnetspulenventil. Das Ventilelement öffnet
und schließt eine Einspritzöffnung, und das Magnetspulenventil
dient als ein Stellglied, das eine Antriebskraft zum Betätigen
des Ventilelements in einer Ventilöffnungsrichtung zum Öffnen
der Einspritzöffnung erzeugt. Das Kraftstoffeinspritzventil
definiert darin eine Steuerkammer, einen Einströmkanal,
einen Ausströmkanal und einen gemeinsamen Strömungskanal.
Die Steuerkammer ist so aufgebaut, dass auf das Ventilelement zum
Schließen der Einspritzöffnung ein Kraftstoffdruck
in einer Ventilschließrichtung ausgeübt wird.
Durch den Einströmkanal kann Kraftstoff in die Steuerkammer
strömen. Durch den Ausströmkanal kann Kraftstoff
aus der Steuerkammer strömen. Der gemeinsame Strömungskanal
stellt eine Verbindung her zwischen (a) der Steuerkammer und (b)
dem Ausströmkanal und dem Einströmkanal.
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Darüber
hinaus ist der Einströmkanal mit einem ersten Durchflussbegrenzer
versehen, und der gemeinsame Strömungskanal ist mit einem
zweiten Durchflussbegrenzer versehen, der einen Strömungswiderstand
gegenüber Kraftstoff aufweist, der geringer ist als der
Strömungswiderstand des ersten Durchflussbegrenzers.
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In
dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Patentschrift
JP-A-H11-173234 wird
der Ausströmkanal durch die Betätigung des Magnetspulenventils zur
Steuerkammer hin geöffnet und geschlossen, so dass dadurch
die Strömung des Kraftstoffs in die und aus der Steuerkammer
verändert wird. Dabei wird das Ventilelement in der Ventilöffnungsrichtung
und in der Ventilschließrichtung betätigt.
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Wenn
in anderen Worten also das Magnetspulenventil geöffnet
wird und dadurch der Ausströmkanal zur Steuerkammer hin
geöffnet wird, wird die Strömung des Kraftstoffs
durch den Einströmkanal in die Steuerkammer eher unterdrückt
und das Ausströmen des Kraftstoffs durch den Ausströmkanal
aus der Steuerkammer aufgrund der Differenz zwischen den Strömungswiderständen
des ersten und des zweiten Durchflussbegrenzers eher erleichtert.
Dementsprechend kommt es zu einer Verringerung des Kraftstoffdrucks
in der Steuerkammer. Folglich wird das Ventilelement in der Ventil öffnungsrichtung
betätigt und dabei Kraftstoff durch die Einspritzöffnung eingespritzt.
Wenn darüber hinaus das Magnetspulenventil geschlossen
ist und dadurch auch der Ausströmkanal zur Steuerkammer
geschlossen ist, wird das Ausströmen des Kraftstoffs aus
der Steuerkammer gestoppt und das Einströmen des Kraftstoffs
in die Steuerkammer ermöglicht. Dementsprechend kommt es
zu einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer.
Dadurch wird das Ventilelement in der Ventilschließrichtung
betätigt und die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzöffnung
dabei gestoppt.
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Entsprechend
einem weiteren Kraftstoffeinspritzventil gemäß der
Patentschrift
JP-A-H11-173234 sind
die Steuerkammern in einen ersten Steuerkammerabschnitt und einen
zweiten Steuerkammerabschnitt unterteilt, und so den starken Anstieg
des Gradienten der anfänglichen Einspritzrate zu erreichen.
Gemäß dem vorstehenden Kraftstoffeinspritzventil
ist der erste Steuerkammerabschnitt mit einem zweiten Durchflussbegrenzer versehen,
durch den der Kraftstoff in den ersten Steuerkammerabschnitt hinein
und aus diesem herausströmt. Demgegenüber kann
der Kraftstoff in den zweiten Steuerkammerabschnitt hinein und aus
diesem herausströmen, ohne durch den zweiten Durchflussbegrenzer
zu strömen. Wenn somit das Magnetspulenventil derart geöffnet
wird, dass der Kraftstoff aus dem ersten und dem zweiten Steuerkammerabschnitt
herausströmt, wird der Kraftstoff in dem zweiten Steuerkammerabschnitt
rascher abgeführt als der Kraftstoff in dem ersten Steuerkammerabschnitt, da
der Kraftstoff in dem zweiten Steuerkammerabschnitt aus dem zweiten
Steuerkammerabschnitt herausströmt, ohne durch den zweiten
Durchflussbegrenzer zu strömen.
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Folglich
wird der Kraftstoffdruck in dem zweiten Steuerkammerabschnitt frühzeitiger
als der Kraftstoffdruck in dem ersten Steuerkammerabschnitt reduziert.
Und somit ist das Erreichen eines gewünschten Gradienten
der anfänglichen Einspritzrate durch flexibles Konzipieren
des ersten und des zweiten Steuerkammerabschnitts möglich.
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Entsprechend
dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der
JP-A-H11-173234 ist
jedoch der gemeinsame Strömungskanal in einen ersten Abzweigströmungskanal
und einen zweiten Abzweigströmungskanal unterteilt, die
den ersten und den zweiten Steu erkammerabschnitt jeweils miteinander
verbinden sollen. Zudem ist in dem anderen Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der
JP-A-H11-173234 der zweite Abzweigströmungskanal
nicht mit einem Durchflussbegrenzer versehen, und nur der erste
Abzweigströmungskanal ist wie oben beschrieben mit dem
zweiten Durchflussbegrenzer versehen. Und dies hat eine aufwendige
Gestaltung des Aufbaus des Steuerkammergehäuses herum zur
Folge.
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Zudem
wird eine Kraftstoffmenge, die während des Öffnens
des Magnetspulenventils durch den Ausströmkanal von der
Steuerkammer zu einem Kraftstofftank zurückgeführt
wird, aufgrund des weiteren Anstiegs des Einspritzdrucks in nachteiliger Weise
erhöht. Nachstehend wird die vorstehend erwähnte
Rückführmenge des Kraftstoffs in der vorliegenden
Beschreibung der Erfindung als eine dynamische Leckagemenge bezeichnet.
Das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Patentschrift
JP-A-H11-173234 ist
jedoch nicht mit einem Mechanismus versehen, der die dynamische
Leckagemenge begrenzen könnte. Und somit besteht die Notwendigkeit,
das Kraftstoffventil in Bezug auf die dynamische Leckagemenge zu
verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit den Nachteilen, die durch
den Anstieg des Einspritzdrucks während der Kraftstoffeinspritzung
unter Verwendung eines Kraftstoffeinspritzventils hervorgerufen
werden. Somit ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen starken Anstieg eines Gradienten der anfänglichen
Einspritzrate zu erreichen, ohne dadurch den Aufbau des Steuerkammergehäuses
zu verkomplizieren. Darüber hinaus ist es eine zweite Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine dynamische Leckagemenge zu reduzieren.
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Zur
Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein
Kraftstoffeinspritzventil geschaffen, dass ein Einspritzventilelement,
ein Stellglied, eine Steuerkammer, einen Einströmkanal,
einen Ausströmkanal und ein einströmseitiges Drosselventilelement
beinhaltet. Das Einspritzventilelement öffnet und schließt
eine Einspritzöffnung. Das Stellglied erzeugt eine Antriebskraft
zum Betätigen des Einspritzventilelements in einer Ventilöffnungsrichtung zum Öffnen
der Einspritzöffnung. Die Steuerkammer legt den Druck des
in ihr befindlichen Kraftstoffs an das Einspritzventilelement in
einer Ventilschließrichtung zum Schließen der
Einspritzöffnung an. Durch den Einströmkanal kann
der Kraftstoff in die Steuerkammer strömen. Durch den Ausströmkanal
kann der Kraftstoff aus der Steuerkammer herausströmen. Der
Ausströmkanal wird durch die Betätigung des Stellglieds
zur Steuerkammer hin derart geöffnet und geschlossen, dass
die Strömung des Kraftstoffs in die und aus der Steuerkammer
heraus so verändert wird, dass das Einspritzventilelement
in der Ventilöffnungsrichtung und in der Ventilschließrichtung
betätigt wird. Das einströmseitige Drosselventilelement verändert
einen einströmseitigen Öffnungswinkel, der einem Öffnungswinkel
entspricht, um den der Einströmkanal zur Steuerkammer hin
geöffnet ist. Das einströmseitige Drosselventilelement
wird derart betätigt, dass der einströmseitige Öffnungswinkel
einen ersten Wert erreicht, wenn der Ausströmkanal zur
Steuerkammer hin geöffnet ist. Das einströmseitige
Drosselventilelement wird zudem derart betätigt, dass der
einströmseitige Öffnungswinkel einen zweiten Wert
erreicht, der größer als der erste Wert ist, wenn
der Ausströmkanal zur Steuerkammer hin geschlossen ist.
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Die
Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben,
Merkmalen und Vorteilen anhand der nachstehenden Beschreibung, den
angehängten Ansprüchen und der beigefügten
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
vergrößerte Ansicht eines Teils des Kraftstoffeinspritzventils
gemäß der einen Ausführungsform;
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3A eine
vergrößerte Ansicht eines Teils des Kraftstoffeinspritzventils
zur Veranschaulichung eines Zustands, in dem ein Ventilbereich eines
einströmseitigen Drosselventilelements von einem einströmseitigen
Durchflussbegrenzer entfernt angeordnet ist;
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3B eine
vergrößerte Ansicht des Teils des Kraftstoffeinspritzventils
zur Veranschaulichung eines weiteren Zustands, wo der Ventilbereich
des einström seitigen Drosselventilelements innerhalb des
einströmseitigen Durchflussbegrenzers positioniert ist;
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4A ein
Zeitablaufdiagramm, das eine Aktivierung einer Magnetspule im Zeitverlauf
veranschaulicht;
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4B ein
Zeitablaufdiagramm, das einen Öffnungswinkel eines Ausströmkanals
im Zeitverlauf veranschaulicht;
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4C ein
Zeitablaufdiagramm, das einen Kraftstoffdruck in einer Steuerkammer
im Zeitverlauf veranschaulicht;
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4D ein
Zeitablaufdiagramm, das einen Kraftstoffdruck im Ausströmkanal
im Zeitverlauf veranschaulicht;
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4E ein
Zeitablaufdiagramm, das eine einströmseitige Begrenzungsfläche
im Zeitverlauf veranschaulicht; und
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5 ein
Zeitablaufdiagramm, das die Einspritzmuster veranschaulicht.
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(Ausführungsform)
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung wird ein Aufbau
eines Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 1 führt die Einspritzung
und Zufuhr des Kraftstoffs in einen Zylinder des Verbrennungsmotors
(nicht gezeigt) aus und ist für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors
vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 stellt eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit z. B. einer Common Rail bzw.
gemeinsamen Druckspeicherleitung, einer Kraftstoffzuführpumpe
und einer elektronischen Steuervorrichtung (ECU) dar, die allesamt
nicht gezeigt sind. In der Common Rail bzw. gemeinsamen Druckspeicherleitung
wird Kraftstoff unter hohem Druck stehend gesammelt. Die Kraftstoffzuführpumpe
setzt den Kraftstoff unter Druck und führt den unter Druck
stehenden Kraftstoff der Common Rail bzw. gemeinsamen Druckspeicherleitung
zu. Die ECU steuert einen Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1 und
der Kraftstoffzuführpumpe.
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Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil 1 z.
B. ein Einspritzventilelement 3, einen Steuerkolben 4,
eine Feder 5 und ein Stellglied 6. Das Einspritzventilelement 3 öffnet
und schließt die Einspritzöffnungen 2,
und der Steuerkolben 4 kontaktiert das Einspritzventilelement 3 und bewegt
sich zusammen mit demselben. Die Feder 5 drängt
das Einspritzventilelement 3 in eine Ventilschließrichtung,
um die Einspritzöffnungen 2 zu schließen.
Das Stellglied 6 erzeugt eine Antriebskraft zum Betätigen
des Einspritzventilelements 3 in einer Ventilöffnungsrichtung,
um die Einspritzöffnungen 2 zu öffnen.
Zudem definiert das Kraftstoffeinspritzventil 1 darin eine
Steuerkammer 9, einen Einströmkanal 10 und
einen Ausströmkanal 11. In der Steuerkammer 9 wird
der Kraftstoff gesammelt, der auf das Einspritzventilelement 3 in
der Ventilschließrichtung einen Druck ausübt,
und der Kraftstoff kann durch den Einströmkanal 10 in
die Steuerkammer 9 strömen. Durch den Ausströmkanal 11 kann
der Kraftstoff wieder aus der Steuerkammer 9 herausströmen.
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Der
Einströmkanal 10 ist mit einem einströmseitigen
Durchflussbegrenzer 13 versehen, und der Ausströmkanal 11 ist
mit einem ausströmseitigen Durchflussbegrenzer 14 versehen.
Der einströmseitige Durchflussbegrenzer 13 reguliert
die Strömung des Kraftstoffs in die Steuerkammer 9,
und der ausströmseitige Durchflussbegrenzer 14 reguliert
die Strömung des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 9. Zudem
ist der ausströmseitige Durchflussbegrenzer 14 so
konzipiert, dass er einen Strömungswiderstand aufweist,
der auf den Kraftstoff ausgeübt wird, wenn der Kraftstoff
durch denselben hindurchströmt, und der geringer als ein
Strömungswiderstand des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 ist.
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Das
Einspritzventil 4 wird durch einen Ventilkörper 16 gleitend
gelagert und ist in der Ventilöffnungsrichtung und in der
Ventilschließrichtung verschiebbar. Zudem ist zwischen
dem Einspritzventilelement 3 und dem Ventilkörper 16 zum
Ansammeln des unter Druck stehenden Kraftstoffs, der von der Common
Rail aufgenommen wird, eine Düsenkammer 17 definiert.
Das Einspritzventilelement 3 bewirkt, dass sich die Düsenkammer 17 zu
den Einspritzöffnungen 2 hin öffnet und
schließt. In anderen Worten steuert das Einspritzventilelement 3 die
Verbindung zwischen der Düsenkammer 17 und den
Einspritzöffnungen 2. Zudem ist zu beachten, dass
der Druck des Kraftstoffs in der Düsenkammer 17 auf
das Einspritzventilelement 3 in der Ventilöffnungsrichtung ausgeübt
wird.
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Der
Steuerkolben 4 dient zum Schließen der Steuerkammer 9 und
wird durch den Ventilkörper 16 gleitend gelagert.
Dabei wird das Volumen der Steuerkammer 9 entsprechend
der Verschiebung des Steuerkolbens 4 geändert,
und dadurch wird der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 über
den Steuerkolben 4 auf das Einspritzventilelement 3 ausgeübt.
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Es
ist zu beachten, dass Kraftstoff, der aus der Steuerkammer 9 und
der Düsenkammer 17 durch vorhandenen Gleitspielräume
ausströmt, in eine Federkammer 18, in der die
Feder 5 aufgenommen ist, strömt. Dann kehrt der
Kraftstoff, der in die Federkammer 18 geströmt
ist, zusammen mit dem anderen Kraftstoff in einen Kraftstofftank
zurück, wobei es sich dabei um eine dynamische Leckagemenge
handelt, die aus der Steuerkammer 9 heraus und durch den Ausströmkanal 11 strömt.
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Das
Stellglied 6 beinhaltet eine Elektromagnetspule 20,
einen Anker 21, eine Feder 22 und ein Ventilelement 23.
Der Elektromagnetspule 20 wird entsprechend einem Befehl
von der ECU Energie zugeführt oder keine Energie zugeführt.
Der Anker 21 wird in einer ersten Richtung betätigt,
wenn die Elektromagnetspule 20 anhand der Energiezufuhr
magnetisiert worden ist. Die Feder 22 drängt den
Anker 21 in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite
Richtung. Das Ventilelement 23 wird an einem Ende des Ankers 21 gehalten
und zusammen mit dem Anker 21 derart verschoben, dass der
Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 geöffnet
und geschlossen wird. In anderen Worten steuert die Verschiebung
des Ventilelements 23 die Verbindung zwischen dem Ausströmkanal 11 und
der Steuerkammer 9. Nachstehend wird das Stellglied 6 als
ein Magnetspulenventil 6 bezeichnet. In der Beschreibung
der vorliegenden Erfindung entspricht die erste Richtung einer Richtung,
die zu einem proximalen Ende des Kraftstoffeinspritzventils weg
von den Einspritzöffnungen 2 gerichtet ist.
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Das
Magnetspulenventil 6 verschiebt das Ventilelement 23 in
der ersten Richtung und in der zweiten Richtung entsprechend dem
Befehl von der ECU, um die Verbindung zwischen dem Ausströmkanal 11 und
der Steuerkammer 9 freizugeben oder zu sperren. Demzufolge
wird die Strömung des Kraftstoffs in die und aus der Steuerkammer 9 entsprechend
verändert und das Einspritzventilelement 3 dabei
in der Ventilöffnungsrichtung und in der Ventilschließrichtung
betätigt.
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Wenn
die Energiezufuhr der Elektromagnetspule 20 gestartet wird,
werden der Anker 21 und das Ventilelement 23 entsprechend
der vorstehenden Konfiguration so in der ersten Richtung verschoben, dass
der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 geöffnet
wird. Weil im obigen Zustand der Kraftstoff durch den ausströmseitigen
Durchflussbegrenzer 14 leichter strömt als durch
den einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13, wird
eine Leckagemenge des Kraftstoffs, der aus der Steuerkammer 9 durch
den Ausströmkanal 11 herausströmt, größer
als eine Einströmmenge des Kraftstoffs, der durch den Einströmkanal 10 in
die Steuerkammer 9 strömt, wenn der Ausströmkanal 11 zur
Steuerkammer 9 hin geöffnet ist. Folglich nimmt
der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 ab. Somit wird
eine daraus resultierende, auf das Einspritzventilelement 3 ausgeübte
Kraft in der Ventilöffnungsrichtung größer,
und das Einspritzventilelement 3 wird dabei in der Ventilöffnungsrichtung
betätigt. Folglich werden die Einspritzöffnungen 2 geöffnet
und der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 2 eingespritzt.
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Wenn
die Energiezufuhr zur Elektromagnetspule 20 gestoppt wird,
werden der Anker 21 und das Ventilelement 23 so
in die zweite Richtung verschoben, dass der Ausströmkanal 11 zur
Steuerkammer 9 hin geschlossen wird. Folglich wird das
Ausströmen des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 9 zum
Ausströmkanal 11 gestoppt, und der Kraftstoffdruck
in der Steuerkammer 9 nimmt dabei aufgrund des Einströmens
des Kraftstoffs in die Steuerkammer 9 durch den Einströmkanal 10 zu.
Somit wird die daraus resultierende, auf das Einspritzventilelement 3 ausgeübte
Kraft in der Ventilschließ richtung größer, und
das Einspritzventilelement 3 wird dabei in der Ventilschließrichtung
betätigt. Die Einspritzöffnungen 2 werden
dementsprechend geschlossen, so dass die Einspritzung des Kraftstoffs
gestoppt wird.
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung werden die Charakteristika
bzw. Kennlinien des Kraftstoffeinspritzventils 1 der vorliegenden
Ausführungsform beschrieben.
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Wie
in 1 bis 3 gezeigt ist,
beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden
Ausführungsform ein einströmseitiges Drosselventilelement 26,
das einen einströmseitigen Öffnungswinkel verändert,
der einem Öffnungswinkel entspricht, um den der Einströmkanal 10 zur
Steuerkammer 9 hin geöffnet ist. Anders ausgedrückt
handelt es sich bei dem einströmseitigen Öffnungswinkel
um ein Ausmaß der Verbindung zwischen dem Einströmkanal 10 und
der Steuerkammer 9. Das einströmseitige Drosselventilelement 26 ist
so aufgebaut, dass eine Strömungskanalquerschnittfläche
des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 (der
nachstehend als einlassseitige Begrenzungsfläche bezeichnet
wird) verändert wird. Das einströmseitige Drosselventilelement 26 verändert
die einlassseitige Begrenzungsfläche, um den einströmseitigen Öffnungswinkel
zu verändern.
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Wenn
der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geöffnet wird, wird das einströmseitige Drosselventilelement 26 derart
betätigt, dass der einströmseitige Öffnungswinkel
kleiner wird als der einströmseitige Öffnungswinkel
in dem Fall, wo der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geschlossen ist (oder noch nicht geöffnet worden ist).
Wenn also in anderen Worten die Verbindung zwischen dem Ausströmkanal 11 und
der Steuerkammer 9 freigegeben ist, wird das einströmseitige
Drosselventilelement 26 so betätigt, dass der
einströmseitige Öffnungswinkel kleiner wird als
der einströmseitige Öffnungswinkel in dem Fall,
wo die Verbindung zwischen dem Ausströmkanal 11 und
der Steuerkammer 9 gesperrt ist. Das einströmseitige
Drosselventilelement 26 wird beispielsweise derart betätigt,
dass der einströmseitige Öffnungswinkel einen
ersten Wert erreicht, wenn der Ausströmkanal 11 zur
Steuerkammer 9 hin geöffnet ist. Zudem wird das
einströmseitige Drosselventilelement 26 derart
betätigt, dass der einströmseitige Öffnungswinkel
einen zweiten Wert erreicht, der größer als der
erste Wert ist, wenn der Ausströmkanal 11 zur
Steuerkammer 9 hin geschlossen ist.
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Das
einströmseitige Drosselventilelement 26 beinhaltet
genauer gesagt einen Ventilbereich 28 und eine Druckaufnahmeeinrichtung 29.
Der Ventilbereich 28 ist innerhalb des einströmseitigen
Durchflussbegrenzers 13 aufgenommen und verändert
die einströmseitige Begrenzungsfläche. Die Druckaufnahmeeinrichtung 29 wird
durch den Ventilkörper 16 gleitend gelagert und
nimmt den Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 auf.
Der Kraftstoffdruck in dem Ausströmkanal 11 wird
auf das einströmseitige Drosselventilelement 26 in
eine Richtung zum Reduzieren der einlassseitigen Begrenzungsfläche
des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 ausgeübt.
Es ist zu beachten, dass der Kraftstoffdruck, der auf den Ventilbereich 28 ausgeübt
wird (der Kraftstoffdruck in dem einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13),
in einer Richtung zum Erhöhen der einlassseitigen Begrenzungsfläche
des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 ausgeübt
wird.
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Wenn
der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geöffnet ist und der Kraftstoff dabei durch den Ausströmkanal 11 zu
strömen beginnt, wirkt der dynamische Druck des Kraftstoffs
auf die Druckaufnahmeeinrichtung 29 ein. Gleichzeitig beginnt
der Kraftstoff durch den einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13 zu
strömen, und dabei wirkt der dynamische Druck des Kraftstoffs
auch auf den Ventilbereich 28 ein. Weil eine Strömungsmenge
des Kraftstoffs, der durch den Ausströmkanal 11 strömt,
größer ist als eine Strömungsmenge des
Kraftstoffs, der durch den einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13 strömt, wird
der auf die Druckaufnahmeeinrichtung 29 einwirkende dynamische
Druck größer als der auf den Ventilbereich 28 einwirkende
Druck.
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Dabei
wird der auf die Druckaufnahmeeinrichtung 29 ausgeübte
Kraftstoffdruck größer als der auf den Ventilbereich 28 einwirkende
Kraftstoffdruck, und somit wird das gesamte einströmseitige
Drosselventilelement 26 in Richtung des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 betätigt
(in 3A in Abwärtsrichtung). Folglich wird
der Ventilbereich 28 so verschoben, dass sich er innerhalb
des einströmseitigen Durchfluss begrenzers 13 befindet,
und dadurch wird die einlassseitige Begrenzungsfläche auf
ein geringes Maß verkleinert (siehe 3B).
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Während
der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geöffnet bleibt und dadurch eine konstante Kraftstoffmenge
durch den Ausströmkanal 11 und den einströmseitigen
Durchflussbegrenzer 13 gelangt, verbleibt zudem der Ventilbereich 28 innerhalb
des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13, und
dadurch bleibt auch die einlassseitige Begrenzungsfläche
klein bzw. behält den ersten Wert bei.
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Wird
der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geschlossen und hört dadurch der Kraftstoff auf, durch
den Ausströmkanal 11 zu strömen, wird
der Kraftstoffdruck, der auf den Ventilbereich 28 einwirkt
(der Kraftstoffdruck im einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13),
größer als der Kraftstoffdruck, der auf die Druckaufnahmeeinrichtung 29 einwirkt
(Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11). Sodann wird
aufgrund der Differenz des Kraftstoffdrucks das gesamte einströmseitige
Drosselventilelement 26 in Richtung des Ausströmkanals 11 betätigt,
und dabei wird der Ventilbereich 28 aus dem einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13 heraus
wieder eingefahren oder entfernt. Als Folge daraus wird die einlassseitige Begrenzungsfläche
vergrößert (siehe 3A).
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Es
ist zu beachten, dass die Druckaufnahmeinrichtung 29 einen
Stopper bzw. eine Anschlageinrichtung 30 beinhaltet, die
den Einfahrvorgang des Ventilbereichs 29 reguliert. Zudem
beinhaltet der Ventilkörper 16 eine Abstufung 31,
die mit der Druckaufnahmeeinrichtung 29 derart in Verbindung
gelangen kann, dass die Abstufung 31 die Ausfahrbewegung
des Ventilbereichs 28 in den einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13 reguliert.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird der Betrieb
des Kraftstoffeinspritzventils 1 der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben.
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Wenn
die Energiezufuhr zur Elektromagnetspule 20 gestartet wird
(siehe Zeit t1), beginnt das Ventilelement 23 zunächst,
den Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
zu öffnen, und der Kraftstoff beginnt, aus der Steuerkammer 9 heraus
zum Ausströmka nal 11 zu strömen. Dementsprechend
beginnt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 abzunehmen
(siehe Zeit t2). Und daher beginnt der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 anzusteigen, wobei
dabei das einströmseitige Drosselventilelement 26 beginnt,
sich in Richtung des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 zu
verschieben. Demzufolge beginnt die einlassseitige Begrenzungsfläche damit,
sich zu verringern (siehe Zeit t3).
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Dann
wird das einströmseitige Drosselventilelement 26 in
eine Position verschoben, die durch die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck
im Ausströmkanal 11 und dem Kraftstoffdruck im
einströmseitigen Durchflussbegrenzer 13 bestimmt
worden ist. Alternativ wird die Verschiebung des einströmseitigen Drosselventilelements 26 durch
die Abstufung 31 gestoppt, wenn die Druckaufnahmeeinrichtung 26 des einströmseitigen
Drosselventilelements 26 mit der Abstufung 31 in
Verbindung gelangt. Im Hinblick auf die vorstehend erwähnten
Voraussetzungen erreicht eine Strömungsmenge des Kraftstoffs,
der durch den Ausströmkanal 11 strömt,
einen konstanten Wert, und der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 erreicht ebenfalls
einen konstanten Wert. Somit erreicht auch die einlassseitige Begrenzungsfläche
einen konstanten Wert (siehe Zeit t4). Es ist zu beachten, dass
der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 basierend auf der
Differenz zwischen der Strömungsmenge des Kraftstoffs,
der durch den Ausströmkanal 11 strömt, und
der Strömungsmenge des Kraftstoffs, der durch den einströmseitigen
Durchflussbegrenzer 13 strömt, weiterhin abnimmt.
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Wird
die Energiezufuhr zur Elektromagnetspule 20 gestoppt, beginnt
das Ventilelement 23 damit, den Ausströmkanal 11 zu
schließen (siehe Zeit t5). Es ist zu beachten, dass, während
das Ventilelement 23 von der Zeit t5 zur Zeit t6 in Richtung
der vollständig geschlossenen Position verschoben wird, der
Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 und die einlassseitige
Begrenzungsfläche auf einem konstanten Wert gehalten werden
(siehe 4D und 4E) und
der Kraftstoff in der Steuerkammer 9 weiterhin abnimmt
(siehe 4C).
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Wenn
das Ventilelement 23 die vollständig geschlossene
Position erreicht und der Öffnungswinkel des Ausströmkanal 11 zu
einer Zeit t6 null Grad erreicht, wird der Ausströmvorgang
des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 9 zum Ausströmkanal 11 gestoppt.
Somit wird auch die Verringerung des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 9 gestoppt,
und der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 beginnt zuzunehmen.
Zudem beginnt der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 abzunehmen
(Zeit t6).
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Dadurch,
dass der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 beginnt
abzunehmen, beginnt das einströmseitige Drosselventilelement 26 außerdem
sich in Richtung des Ausströmkanals 11 zu verschieben, und
dadurch beginnt die einlassseitige Begrenzungsfläche sich
zu einer Zeit 6 zu vergrößern (siehe 4E).
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Dann
wird das einströmseitige Drosselventilelement 26 solange
in Richtung des Ausströmkanals 11 verschoben,
bis die der Stopper bzw. die Anschlageinrichtung 30 die
Verschiebung des einströmseitigen Drosselventilelements 26 reguliert.
Dementsprechend kehren der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9,
der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 und die
einlassseitige Begrenzungsfläche in ihren ursprünglichen
Zustand zurückt, welcher einem Kraftstoffdruck zu dem Zeitpunkt
entspricht, wenn die Energiezufuhr des Magnetspulenventils 20 noch
nicht gestartet worden ist (siehe Zeit t7).
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Es
folgt eine Beschreibung der Vorteile der vorliegenden Ausführungsform.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das einströmseitige
Drosselventilelement 26, das die einlassseitige Begrenzungsfläche verändert.
Wenn der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geöffnet ist, wird das einströmseitige Drosselventilelement 26 derart
betätigt, dass die einlassseitige Begrenzungsfläche
kleiner wird als die einlassseitige Begrenzungsfläche zu
dem Zeitpunkt, wenn der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin geschlossen
ist.
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Wenn
im Hinblick darauf der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geöffnet wird, um den Einspritzvorgang zu starten, wird
die einlassseitige Begrenzungsfläche verringert und dabei
das Einströmen des Kraftstoffs in die Steuerkammer 9 begrenzt. Weil
es demzufolge möglich wird, den Druck in der Steuerkammer 9 rascher
zu redu zieren, kann der starke Anstieg des Gradienten der anfänglichen
Einspritzrate, wie er z. B. im Muster B von 5 gezeigt ist,
erreicht werden.
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Gemäß dem
Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden Ausführungsform
benötigt die Steuerkammer 9 als Strömungskanäle
zudem nur den einen Einströmkanal 10 und den einen
Ausströmkanal. Somit besteht keine Notwendigkeit, die Steuerkammer 9 zu
unterteilen oder einen zusätzlichen Strömungskanal
bereitzustellen, der von dem anderen Strömungskanal abzweigt,
wie dies im herkömmlichen Stand der Technik der Fall ist.
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Wie
oben erwähnt kann ein starker Anstieg des Gradienten der
anfänglichen Einspritzrate erreicht werden, ohne dabei
den Aufbau des Körper um die Steuerkammer 9 herum
zu verkomplizieren.
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Im
Kraftstoffeinspritzventil 1 wird außerdem, wenn
der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin geöffnet
ist, der Betrieb des einströmseitigen Drosselventilelements 26 derart
aufrechterhalten, dass die einlassseitige Begrenzungsfläche
im Vergleich zur einlassseitigen Begrenzungsfläche zu dem
Zeitpunkt, wenn der Ausströmkanal 11 zur Steuerkammer 9 hin
geschlossen ist, kleiner bleibt.
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Aufgrund
dessen kann die einlassseitige Begrenzungsfläche während
einer vorbestimmten Einspritzzeitspanne weiterhin klein gehalten
werden, auch wenn der Ausströmkanal 11 weiterhin
zur Steuerkammer 9 geöffnet bleibt, um die Einspritzung
aufrechtzuerhalten. Dementsprechend wird der Einströmvorgang
des Kraftstoffs in die Steuerkammer 9 selbst während
der Einspritzzeitspanne wirksam begrenzt, und dadurch wird die dynamische
Leckagemenge vorteilhaft reduziert.
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Darüber
hinaus wirkt der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 auf
das einströmseitige Drosselventilelement 26 in
der Richtung ein, in der die einlassseitige Begrenzungsfläche
reduziert wird.
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Aufgrund
dessen nimmt der Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 zeitgleich
mit der Öffnung des Ausströmkanals 11 zur
Steuerkammer 9 um einen Betrag zu, der einem dynamischen
Druck des Kraftstoffs entspricht, der durch den Ausströmkanal 11 bewegt
wird. Während der Ausströmkanal 11 geöffnet ist,
bleibt somit der erhöhte Druck erfolgreich erhalten. Dementsprechend
kann die einlassseitige Begrenzungsfläche zeitgleich mit
der Öffnung des Ausströmkanals 11 zur
Steuerkammer 9 reduziert werden. Außerdem kann
die einlassseitige Begrenzungsfläche auf einem geringen
Wert beibehalten werden, während der Ausströmkanal 11 zur
Steuerkammer 9 geöffnet ist.
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Gemäß der
vorstehenden Beschreibung ist ein weiteres Stellglied zum Betätigen
des einströmseitigen Ventilelements 26 neben dem
Magnetspulenventil 6 nicht notwendig. Folglich kann der
starke Anstieg des Gradienten der anfänglichen Einspritzrate
und die Verringerung der dynamischen Leckagemenge bei geringem Kostenaufwand
und ohne Verkomplizierung des Aufbaus des Körpers um die
Steuerkammer 9 herum erreicht werden.
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(Modifizierung)
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Im
Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden Ausführungsform
wird die auf dem Kraftstoffdruck im Ausströmkanal 11 basierende
Vorspannkraft als eine Antriebskraft verwendet, die das einströmseitige
Drosselventilelement 26 in Richtung des einströmseitigen
Durchflussbegrenzers 13 verschiebt. Die Antriebskraft,
die das einströmseitige Drosselventilelement 26 in
Richtung des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 verschiebt,
ist nicht auf die vorstehend erwähnte Kraft beschränkt.
Alternativ kann für die vorstehende Antriebskraft z. B. auch
eine durch eine Elektromagnetspule erzeugte Magnetanziehungskraft
oder eine durch ein Piezoelement erzeugte Ausdehnungskraft verwendet
werden.
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In
dem Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden Ausführungsform
ist zudem der Ventilbereich 28 des einströmseitigen
Drosselventilelements 26 mit dem einströmseitigen
Durchflussbegrenzer 13 versehen. Der Ventilbereich 28 kann
aber alternativ auch an einer anderen Position im Einströmkanal 10 als
einer Position innerhalb des einströmseitigen Durchflussbegrenzers 13 angeordnet
werden.
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Darüber
hinaus wirkt in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden
Ausführungsform der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 auf
das Einspritzventilelement 3 durch den Steuerkolben 4 ein. Alternativ
kann das Kraftstoffeinspritzventil 1 jedoch so ausgeführt
werden, dass der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 9 ohne
den Steuerkolben 4 direkt auf das Einspritzventilelement 3 ausgeübt
werden kann.
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Zudem
ist in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors
ein jeweiliges Kraftstoffeinspritzventil 1 vorgesehen,
das den von der Common Rail zugeführten Kraftstoff aufnimmt,
um den Kraftstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen. Der Aufbau der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 ist
jedoch nicht auf die vorstehende Ausführungsform begrenzt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 kann z. B. in einer Saugleitung
angeordnet sein, und das Kraftstoffeinspritzventil 1 kann
den Kraftstoff zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luftgemischs in die
Saugleitung einspritzen. Das so erzeugte Kraftstoff-Luftgemisch
wird dann dem Verbrennungsmotor zugeführt. Zudem kann das
Kraftstoffeinspritzventil 1 den Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffforderpumpe
und nicht von der Common Rail aufnehmen.
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Für
Fachleute sind zusätzliche Vorteile und Modifizierungen
ohne Weiteres deutlich erkennbar. Die Erfindung ist daher im weiteren
Sinne nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die repräsentativen Vorrichtungen
und die veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die hierin
gezeigt und beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 11-173234
A [0004, 0005, 0007, 0009, 0011, 0011, 0012]