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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse, welche Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einer Maschine einspritzt.
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Herkömmlich ist eine Kraftstoffeinspritzdüse vorgeschlagen, welche einen Düsenkörper und eine Nadel umfasst, und welche die Nadel in dem Düsenkörper aufnimmt (siehe beispielsweise
JP 2010-174819 A ). Eine Sitzfläche mit einer konischen Gestalt mit welcher ein Endteil der Nadel in Anlage gebracht oder davon gelöst wird, ist bei einer Endseite des Düsenkörpers vorgesehen. Düsenlöcher, deren jeweilige Einlässe sich auf einer inneren Umfangsfläche einer Sackkammer öffnen, sind auf der Endseite des Düsenkörpers vorgesehen. Zwei konische Flächen, deren Außendurchmesser allmählich reduziert sind, sind bei dem Endteil der Nadel ausgebildet. Die vorstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzdüse löst den Endteil der Nadel von der Sitzfläche, um den Kraftstoff, welcher ausgehend von einem stromaufwärtigen Kraftstoffdurchlass über die Sackkammer in die Düsenlöcher strömte, in eine Verbrennungskammer einzuspritzen.
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Ein reduzierter Kühlverlust und ein reduzierter Russabgabebetrag sind für die Dieselverbrennung erforderlich, welche das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Kraftstoff und Luft selbst entzündet. Um den Kühlverlust zu reduzieren, ist es notwendig, die Strahl-Durchdringungskraft des über das Düsenloch der Kraftstoffeinspritzdüse in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffes abzuschwächen. Entsprechend erreicht der Kraftstoffstrahl die Wandoberfläche der Verbrennungskammer nicht auf einfache Art und Weise, um den Betrag der Wärmeabstrahlung von der Verbrennungskammer-Wandoberfläche zu einem Kühlmedium zu reduzieren. Daher kann der Kühlverlust einer Maschine reduziert werden. Um den Russabgabebetrag zu reduzieren, ist es notwendig, die Strahl-Durchdringungskraft des Kraftstoffes zu verstärken bzw. zu erhöhen. Entsprechend reicht der Kraftstoffstrahl noch weiter und eine Luft-Verwendungsrate in der Verbrennungskammer nimmt dadurch zu, so dass ein guter Verbrennungszustand erhalten werden kann. Daher kann der Russabgabebetrag reduziert werden.
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Falls der Hubbetrag der Nadel größer als ein Schwellenwert ist, neigt der Russabgabebetrag dazu, zuzunehmen, wenn die Strahl-Durchdringungskraft abgeschwächt ist. Falls der Hubbetrag der Nadel kleiner als der Schwellenwert ist, neigt der Kühlverlust zu einer Zunahme, wenn die Strahl-Durchdringungskraft verstärkt ist. Daher wird gefordert, dass die Strahl-Durchdringungskraft verstärkt sein soll, wenn der Hubbetrag der Nadel größer als der Schwellenwert ist, und dass die Strahl-Durchdringungskraft abgeschwächt sein soll, wenn der Hubbetrag der Nadel kleiner als der Schwellenwert ist.
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Die vorliegende Offenbarung adressiert zumindest eines der vorstehenden Probleme. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzdüse vorzusehen, welche die Strahl-Durchdringungskraft verstärken kann, wenn ein Nadelhubbetrag größer als ein Schwellenwert ist, und welche die Strahl-Durchdringungskraft abschwächen kann, wenn der Nadelhubbetrag kleiner als der Schwellenwert ist.
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Um das Ziel der vorliegenden Offenbarung zu erreichen, ist eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine Maschine mit einem Düsenkörper und einer Nadel vorgesehen. Der Düsenkörper besitzt eine zylindrische Gestalt und umfasst eine Mehrzahl von Düsenlöchern, einen Kraftstoffdurchlass, eine konische Sitzfläche und eine Sackkammer. Kraftstoff wird über die Mehrzahl von Düsenlöchern in eine Verbrennungskammer der Maschine eingespritzt. Der Kraftstoffdurchlass ist auf einer stromaufwärtigen Seite der Mehrzahl von Düsenlöchern ausgebildet. Die Sitzfläche definiert den Kraftstoffdurchlass. Die Sackkammer ist auf einer stromabwärtigen Seite des Kraftstoffdurchlasses vorgesehen. Die Mehrzahl von Düsenlöchern sind im Umfang angeordnet und umfassen auf einer inneren Umfangsfläche der Sackkammer jeweils Einlässe. Die Nadel ist in dem Düsenkörper derart aufgenommen, dass diese in einer Axialrichtung des Düsenkörpers hin und her bewegt werden kann, und diese umfasst einen ringförmigen Sitzteil und einen konischen End-Vorsprungsteil. Der Sitzteil wird mit der Sitzfläche in Anlage gebracht oder von dieser gelöst, um den Kraftstoffdurchlass zu verschließen oder zu öffnen. Der End-Vorsprungsteil ist auf einer stromabwärtigen Seite des Sitzteils angeordnet und dieser ist in der Sackkammer positioniert, wenn der Sitzteil mit der Sitzfläche in Anlage gebracht ist. Unter der Voraussetzung, dass: Dy einer Axialkomponente eines Düsenlochdurchmessers von jedem der Mehrzahl von Düsenlöchern entlang der Axialrichtung entspricht; L0 einem axialen Abstand bzw. einer axialen Strecke von einer Mitte von jedem der Einlässe der Mehrzahl von Düsenlöchern hin zu einem Ende der gesamten Nadel entspricht, wenn die Nadel den Kraftstoffdurchlass verschließt; und L einem Hubbetrag der Nadel entspricht, eine Beziehung |L – L0| > ϕDy/2 erfüllt ist, wenn der Hubbetrag der Nadel kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und eine Beziehung |L – L0| ≤ ϕDy/2 erfüllt ist, wenn der Hubbetrag der Nadel größer als der Schwellenwert ist.
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Die vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung, welche mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen ausgeführt ist, ersichtlicher. In den Abbildungen sind:
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1 eine Schnittansicht, welche eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einer Ausführungsform darstellt;
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2 eine Abbildung, welche einen Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse der Ausführungsform darstellt;
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3 eine Abbildung, welche den Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse der Ausführungsform darstellt;
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4A eine Schnittansicht, welche einen Zustand einer Kraftstoffströmung in einer Sackkammer gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
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4B eine Schnittansicht, welche den Zustand der Kraftstoffströmung in der Sackkammer gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
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5 eine Abbildung, welche einen Schwellenwert für einen Nadelhubbetrag gemäß der Ausführungsform darstellt;
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6 eine Abbildung, welche den Schwellenwert für den Nadelhubbetrag gemäß der Ausführungsform darstellt;
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7 eine Abbildung, welche den Schwellenwert für den Nadelhubbetrag gemäß der Ausführungsform darstellt; und
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8 ein Zeitdiagramm, welches eine Veränderung eines Spritzwinkels des von der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzten Kraftstoffes gemäß der Ausführungsform darstellt.
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Eine Ausführungsform ist nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben.
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Nachstehend ist eine Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzdüse einer Ausführungsform erläutert. 1 bis 8 stellen die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Ein Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist entsprechend jedem Zylinder einer Maschine zum Fahren bzw. Antreiben eines Fahrzeugs, wie eines Automobils, angeordnet. Für die Maschine wird eine Direkteinspritz-Dieselmaschine eingesetzt.
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Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst eine Kraftstoffeinspritzdüse 1, welche Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer der Maschine einspritzt. Diese Kraftstoffeinspritzdüse 1 umfasst eine Nadel 2, welche sich in der Axialrichtung hin und her bewegt, und einen Düsenkörper 3 mit einer zylindrischen Gestalt, welcher diese Nadel 2 aufnimmt. Die Nadel 2 umfasst einen Hauptkörperteil 4 mit einer zylindrischen Gestalt, einen Sitzteil 5 mit einer ringförmigen Gestalt und einen End-Vorsprungsteil 6 mit einer konischen Gestalt. Die Verdrängungskraft einer Rückstellfeder wird auf diese Nadel 2 aufgebracht. Der Düsenkörper 3 umfasst Düsenlöcher 7 und eine Sackkammer 8. Die Düsenlöcher 7 und die Sackkammer 8 sind auf einer Endseite des Düsenkörpers 3 bei einem Sackteil 9 vorgesehen. Eine Sitzfläche 10, mit welcher der Sitzteil 5 in Anlage gebracht werden kann, ist für den Düsenkörper 3 vorgesehen. Eine Kraftstoffreservoirkammer 12, in welche Hochdruckkraftstoff ausgehend von einem Hochdruck-Erzeugungsteil, wie einer Zuführpumpe oder einem Common-Rail, durch eine Kraftstofföffnung 11 eingeführt wird, ist in dem Düsenkörper 3 vorgesehen.
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Die Sackkammer 8 ist auf einer stromabwärtigen Seite eines Kraftstoffdurchlasses 13 angeordnet. Diese Sackkammer 8 entspricht einer Verteilungskammer, welche den ringförmig durch den Kraftstoffdurchlass 13 strömenden Kraftstoff zusammenführt und den Kraftstoff temporär speichert, und den Kraftstoff anschließend gleichmäßig hin zu den Düsenlöchern 7 verteilt und führt. Die innere Umfangsfläche der Sackkammer 8 umfasst eine Umfangswandfläche mit einer zylindrischen Gestalt mit der Achse des Düsenkörpers 3 als deren Mitte, und eine Bodenwandfläche mit einer kugelförmigen Oberflächengestalt mit der Sackmitte auf der Achse des Düsenkörpers 3 als deren Mitte. Die Sitzfläche 10 besitzt eine konische Gestalt, deren Innendurchmesser in Richtung hin zu der Endseite allmählich abnimmt. Ein Stellglied, welches die Nadel 2 antreibt, um das Ventil zu öffnen, ist mit dem Düsenkörper 3 verbunden. Ein Solenoid-Stellglied oder ein Piezostellglied wird als das Stellglied eingesetzt. Auf die Darstellung der Rückstellfeder und des Stellglieds ist verzichtet.
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Die Nadel 2 wird mit der Sitzfläche 10 des Düsenkörpers 3 in Anlage gebracht oder von dieser gelöst, um den Kraftstoffdurchlass 13 auf einer stromaufwärtigen Seite der Düsenlöcher 7 zu verschließen oder zu öffnen. Der Hauptkörperteil 4 ist durch ein Führungsloch 14 des Düsenkörpers 3 derart getragen, dass dieser bei dem Führungsloch 14 hin und her gleiten kann. Dieser Hauptkörperteil 4 umfasst eine äußere Umfangsfläche, welche den Kraftstoffdurchlass 13 zwischen dem Hauptkörperteil 4 und dem Düsenkörper 3 definiert. Eine geneigte Fläche 15 mit einer konischen Gestalt, deren Außendurchmesser in Richtung hin zu der Endseite allmählich abnimmt, ist bei dem Endteil des Hauptkörperteils 4 ausgebildet. Der Sitzteil 5 ist zwischen der geneigten Fläche 15 und einer konischen Fläche 16 des End-Vorsprungsteils 6 ausgebildet. Der Sitzdurchmesser dieses Sitzteils 5 entspricht ϕd, wie in 2 angegeben ist.
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Der End-Vorsprungsteil 6 besitzt eine konische Gestalt mit dessen Achse als die Mitte. Dieser End-Vorsprungsteil 6 ist in der Sackkammer 8 angeordnet, wenn der Sitzteil 5 mit der Sitzfläche 10 in Anlage gebracht ist. Der End-Vorsprungsteil 6 steht von dem Sitzteil 5 in Richtung hin zu der Endseite der Nadel 2 vor. Ein Ende 17 des End-Vorsprungsteils 6 entspricht einem Ende der gesamten Nadel, und dieses ist als ein Hinterschneidungsteil zum Verhindern des Zusammentreffens mit der Bodenwandfläche der Sackkammer 8 konfiguriert. Dieses Ende 17 entspricht einer flachen Oberfläche mit einer kreisförmigen Gestalt mit der Achse der Nadel 2 als deren Mitte. Das Ende 17 des End-Vorsprungsteils 6 kann dem Scheitelpunkt bzw. der Spitze einer konischen Fläche entsprechen. Der Kraftstoffdurchlass 13 ist zwischen der Nadel 2 und der Sitzfläche 10, sowie zwischen der Nadel 2 und der inneren Umfangsfläche des Düsenkörpers 3 ausgebildet. Der Kraftstoffdurchlass 13 ist auf einer stromaufwärtigen Seite der Sackkammer 8 angeordnet. Der Kraftstoffdurchlass 13 ist auf einer stromabwärtigen Seite der Kraftstoffreservoirkammer 12 angeordnet.
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In der Kraftstoffeinspritzdüse 1 ist der Kraftstoffdurchlass 13 verschlossen, wenn der Sitzteil 5 mit der Sitzfläche 10 in Anlage gebracht ist. Entsprechend wird durch die Düsenlöcher 7 kein Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingespritzt. Bei der Kraftstoffeinspritzdüse 1 ist der Kraftstoffdurchlass 13 geöffnet, wenn der Sitzteil 5 von der Sitzfläche 10 abgehoben ist. Entsprechend wird von dem Kraftstoffdurchlass 13 Kraftstoff in die Sackkammer 8 eingespritzt, welche mit den Düsenlöchern 7 in Verbindung steht. Folglich wird durch die Düsenlöcher 7 Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingespritzt. Bei der Kraftstoffeinspritzdüse 1 bewegt sich die Nadel 2 über eine Niedrighubphase LS und eine Hochhubphase LL nach oben hin zu einer Position eines vollständigen Hubs, wenn die Nadel 2 den Hub startet. Daher verändert sich bei der Kraftstoffeinspritzdüse 1 der Hubbetrag der Nadel 2 ausgehend von einer vollständig geschlossenen Position hin zu der Position des vollständigen Hubs in der gesamten Kraftstoffeinspritzphase. Die Niedrighubphase LS entspricht einer Phase der Kraftstoffeinspritzung bei einem kleinen Hubbetrag, wonach der Hubbetrag der Nadel 2 kleiner als ein Schwellenwert ist. Die Hochhubphase LL entspricht einer Phase der Kraftstoffeinspritzung bei einem großen Hubbetrag, wonach der Hubbetrag der Nadel 2 größer als der Schwellenwert ist.
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Charakteristika der Kraftstoffeinspritzdüse der Ausführungsform sind nachstehend beschrieben. Die Düsenlöcher 7 kommunizieren zwischen bzw. stellen zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Sackteils 9 mit einer zylindrischen Gestalt mit einem Boden eine Verbindung her. Es können beispielsweise sechs bis zwölf Düsenlöcher 7 vorgesehen sein. Bei dem vorliegenden Beispiel sind zehn Düsenlöcher 7 vorgesehen. Die Achse des Düsenkörpers 3 ist als eine Düsenachse Y bezeichnet. Die Achse jedes Düsenlochs 7 ist als eine Düsenlochachse HL bezeichnet. Die Düsenlöcher 7 sind derart vorgesehen, dass sich diese mit einer vorbestimmten Position auf der Düsenachse Y als deren Mitte nach radial außen erstrecken. Diese Düsenlöcher 7 sind in der Umfangsrichtung bei gleichmäßigen Intervallen ausgebildet, so dass Kraftstoffstrahlen F1, F2 effizient in jede Verbrennungskammer ausgebreitet werden. Sämtliche Düsenlöcher 7 besitzen den gleichen Winkel zwischen der Düsenlochachse HL und der Düsenachse Y. Sämtliche Düsenlöcher 7 besitzen den gleichen Düsenlochdurchmesser und die gleiche Düsenloch-Durchlasslänge.
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Jedes der Düsenlöcher 7 umfasst einen Düsenlocheinlass 31, welcher sich auf der inneren Umfangsfläche des Sackteils 9 öffnet, und einen Düsenlochauslass 32, welcher sich auf der äußeren Umfangsfläche des Sackteils 9 öffnet. Jedes Düsenloch 7 entspricht einem geraden Düsenloch, dessen Durchlassbereich sich ausgehend von dem Düsenlocheinlass 31 in Richtung hin zu dem Düsenlochauslass 32 nicht verändert. Jedes Düsenloch 7 ist um einen vorbestimmten Winkel relativ zu der radialen Richtung senkrecht zu der Düsenachse Y in 2 bis 4B nach unten geneigt. Die Mitte jedes Düsenlocheinlasses 33 ist bei der Grenze zwischen der Umfangswandfläche und der Bodenwandfläche der Sackkammer 8 ausgebildet. Die Sackkammer 8 umfasst eine einlassseitige Öffnung bei einer Kantenlinie 33 mit einer ringförmigen Gestalt, welche bei dem stromabwärtigen Ende der Sitzfläche 10 ausgebildet ist. Das Raumvolumen in der Sackkammer 8 variiert gemäß dem Hubbetrag der Nadel 2. Insbesondere wird das Raumvolumen in der Sackkammer 8 größer, während sich die Nadel 2 in einer Aufwärtsrichtung bewegt.
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Die Zeit, wenn der Hubbetrag der Nadel 2 kleiner als der Schwellenwert ist, ist als eine Niedrighub-Zeit der Nadel 2 bezeichnet. Der Durchlassbereich um den Sitzteil 5, welcher zwischen der Sitzfläche 10 und dem Sitzteil 5 ausgebildet ist, ist als ein Sitz-Durchlassbereich α bezeichnet. Der Durchlassbereich, welcher der Gesamtsumme der Durchlassbereiche der Düsenlöcher 7 entspricht, ist als ein Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β bezeichnet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 ist derart konfiguriert, dass der Sitz-Durchlassbereich α, welcher zwischen der Sitzfläche 10 und dem Sitzteil 5 ausgebildet ist, zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 kleiner ist als der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β, welcher der Gesamtsumme der Durchlassbereiche der Düsenlöcher 7 entspricht. Der Sitz-Durchlassbereich α entspricht einem minimalen Durchlassbereich MA aus den in dem Düsenkörper 3 ausgebildeten Kraftstoffdurchlässen über die gesamte Kraftstoffeinspritzung zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2.
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Die Zeit, wenn der Hubbetrag der Nadel 2 größer als der Schwellenwert ist, ist als eine Hochhub-Zeit der Nadel 2 bezeichnet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 ist derart konfiguriert, dass der Sitz-Durchlassbereich α zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 größer ist als der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β. Der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β entspricht dem minimalen Durchlassbereich MA über die gesamte Kraftstoffeinspritzung zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2. Der minimale Durchlassbereich MA entspricht dem minimalen Durchlassbereich aus den in dem Düsenkörper 3 ausgebildeten Kraftstoffdurchlässen, insbesondere aus den Kraftstoffdurchlassbereichen von der Kraftstoffreservoirkammer 12 zu jedem Düsenlochauslass 32.
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Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 der vorliegenden Ausführungsform spezifiziert eine axiale Strecke bzw. einen axialen Abstand L0 zwischen dem Ende 17 des End-Vorsprungsteils 6 und der Mitte jedes Düsenlocheinlasses 31 zu der Niedrighub-Zeit und zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2. Die Axialkomponente eines Düsenlochdurchmessers ϕD des Düsenlochs 7 entlang der Axialrichtung entspricht ϕDy. Der axiale Abstand von der Mitte jedes Düsenlocheinlasses 31 hin zu dem Ende 17 des End-Vorsprungsteils 6, wenn die Nadel 2 das Ventil verschließt, entspricht L0. Der Hubbetrag der Nadel 2 entspricht L.
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Zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 ist eine Beziehung |L – L0| > ϕDy/2 erfüllt. Andererseits ist zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 eine Beziehung |L – L0| ≤ ϕDy/2 erfüllt. Es ist anzumerken, dass der Niedrighubbetrag der Nadel 2 zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 einen größeren Wert annimmt als der Hochhubbetrag der Nadel 2 zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2.
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Details des vorstehenden Schwellenwerts für den Nadelhubbetrag sind mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben. Wie in 5 dargestellt, ist der Nadelhubbetrag entsprechend der Grenze zwischen der Niedrighubphase LS, in welcher der Sitz-Durchlassbereich α kleiner als der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β ist, und der Hochhubphase LL, in welcher der Sitz-Durchlassbereich α größer als der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β ist, auf einen Schwellenwert eingestellt. Die vertikale Achse in 5 stellt den Nadelhubbetrag dar und die horizontale Achse in 5 stellt eine große und kleine Beziehung zwischen α und β dar. Insbesondere wenn die Beziehung zwischen α und β als α < β ausgedrückt ist, entspricht der Nadelhubbetrag einem Niedrighubbetrag, welcher kleiner als der Schwellenwert ist, und der Kraftstoffeinspritzbetrag entspricht einem kleinen Einspritzbetrag, welcher kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn die Beziehung zwischen α und β als α > β ausgedrückt ist, entspricht der Nadelhubbetrag einem Hochhubbetrag, welcher größer als der Schwellenwert ist, und der Kraftstoffeinspritzbetrag entspricht einem großen Einspritzbetrag, welcher größer als der vorbestimmte Wert ist.
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Wie in 6 dargestellt ist, kann der Nadelhubbetrag gemäß der Grenze zwischen einem Hubbereich, in welchem der Sitz-Durchlassbereich α dem minimalen Durchlassbereich MA der Düsen-Innendurchlässe entspricht, und einem Hubbereich, in welchem der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β dem minimalen Durchlassbereich MA der Düsen-Innendurchlässe entspricht, auf den Schwellenwert eingestellt sein. Die vertikale Achse in 6 stellt den Nadelhubbetrag dar und die horizontale Achse in 6 stellt eine Beziehung zwischen MA = α und MA = β dar. Insbesondere wenn die Beziehung zwischen MA und α als MA = α ausgedrückt ist, entspricht der Nadelhubbetrag einem Niedrighubbetrag, welcher kleiner als der Schwellenwert ist, und der Kraftstoffeinspritzbetrag entspricht einem kleinen Einspritzbetrag, welcher kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn die Beziehung zwischen MA und β als MA = β ausgedrückt ist, entspricht der Nadelhubbetrag einem Hochhubbetrag, welcher größer als der Schwellenwert ist, und der Kraftstoffeinspritzbetrag entspricht einem großen Einspritzbetrag, welcher größer als der vorbestimmte Wert ist.
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Wie in 7 dargestellt ist, kann, wenn die in Anspruch genommene Zeit, dass sich die Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu einer Zwischen-Hubposition hebt, gleich TM ist, und die in Anspruch genommene Zeit, bis sich die Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs bewegt, gleich TF ist, der Nadelhubbetrag gemäß TM auf den Schwellenwert eingestellt sein. Die vertikale Achse in 7 stellt den Nadelhubbetrag dar und die horizontale Achse in 7 stellt den Zeitverlauf dar, wenn sich die Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs hebt. In diesem Fall wird die Zeit ausgehend von der Zeit, wenn die Nadel 2 den Hub startet, hin zu der Zeit des Umschalten von α < β zu α > β gemessen, und diese gemessene Zeit kann auf TM eingestellt werden. Die Zeit ausgehend von der Zeit, wenn die Nadel 2 den Hub startet, hin zu der Zeit des Umschalten von MA = α zu MA = β wird gemessen und diese gemessene Zeit kann auf TM eingestellt werden.
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Daher entspricht der Nadelhubbetrag während der Phase von T0 hin zu TM einem Niedrighubbetrag, welcher kleiner als der Schwellenwert ist, und der Kraftstoffeinspritzbetrag entspricht einem kleinen Einspritzbetrag, welcher kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Während der Phase von TM hin zu TF entspricht der Nadelhubbetrag einem Hochhubbetrag, welcher größer als der Schwellenwert ist, und der Kraftstoffeinspritzbetrag entspricht einem großen Einspritzbetrag, welcher größer als der Schwellenwert ist. Der vorstehende Schwellenwert kann beispielsweise gemäß dem Volumen des End-Vorsprungsteils 6, dem Raumvolumen der Sackkammer 8, dem Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich oder der Nadelhubgeschwindigkeit hin zu einer Seite eines größeren Nadelhubbetrags oder hin zu einer Seite eines kleineren Nadelhubbetrags verändert sein. Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Schwellenwert auf einen 50-Prozent-Hubbetrag des vollständigen Hubbetrags eingestellt. Der Schwellenwert kann jedoch in einem Bereich von 30 bis 70% des vollständigen Hubbetrags auf irgendeinen Wert eingestellt sein.
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Der Zustand der Kraftstoffströmung in der Sackkammer 8 zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 ist nachstehend mit Bezug auf 1 und 4A erläutert. Die Seite, hin zu welcher der Sitzteil 5 verschoben ist, wenn der Sitzteil 5 von der Sitzfläche 10 gelöst ist, ist als eine obere Seite in der Axialrichtung bezeichnet. Die Seite, hin zu welcher der Sitzteil 5 verschoben ist, wenn der Sitzteil 5 mit der Sitzfläche 10 in Anlage gebracht ist, ist als eine untere Seite in der Axialrichtung bezeichnet. Zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 ist die Beziehung zwischen L, L0 und ϕDy derart eingestellt, dass diese |L – L0| > ϕDy/2 erfüllt. Die Position, welche ausgehend von der Mittelposition des Düsenlocheinlasses 31 um ϕDy/2 in der Richtung der Düsenachse Y abgesenkt ist, ist als eine Referenzposition bezeichnet. In diesem Fall ist das Ende 17 des End-Vorsprungsteils 6 zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 auf einer unteren Seite dieser Referenzposition angeordnet. In einem solchen Fall ist die Beziehung zwischen α und β als α < β ausgedrückt und MA = α.
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Demzufolge entspricht der Sitz-Durchlassbereich α dem minimalen Durchlassbereich MA und die Strömungsgeschwindigkeit des von dem Kraftstoffdurchlass 13 in die Sackkammer 8 strömenden Kraftstoffes ist schneller bzw. höher als zu der Hochhub-Zeit. Da der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β größer als der Sitz-Durchlassbereich α ist, sind die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff, welcher das Innere des Düsenlochs 7 durchlauft, und die Düsenloch-Auslass-Strömungsgeschwindigkeit langsamer bzw. niedriger als zu der Hochhub-Zeit. Der Durchlassbereich der Sackkammer 8 ist im Vergleich zu dem Kraftstoffdurchlass 13 rasch erweitert. In diesem Fall strömt ein großer Teil des von dem Kraftstoffdurchlass 13 auf einer stromaufwärtigen Seite in die Sackkammer 8 strömenden Kraftstoffes entlang der Oberfläche des End-Vorsprungsteils 6. Außerdem strömt der von dem Ende des End-Vorsprungsteils 6 abgelöste Kraftstoff in die bzw. hin zu der Bodenwandfläche der Sackkammer 8 auf der unteren Seite entlang der Düsenachse Y, und dieser biegt bei einem scharfen Winkel leicht hin zu der äußeren Peripherie der Sackkammer 8 auf der Bodenwandfläche der Sackkammer 8. Anschließend strömt der auf der Bodenwandfläche der Sackkammer 8 aufgewirbelte Kraftstoffausgehend von der unteren Seite in Richtung hin zu der oberen Seite der Sackkammer 8, und dieser biegt leicht hin zu der äußeren Peripherie der Sackkammer 8, um durch die jeweiligen Düsenlocheinlässe 31 in die Düsenlöcher 7 zu strömen.
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Andererseits strömt ein Teil des von dem Kraftstoffdurchlass 13 in die Sackkammer 8 strömenden Kraftstoffes hin zu der unteren Seite der Sackkammer 8 entlang der Umfangswandfläche der Sackkammer 8. Dann biegt der Kraftstoff, welcher hin zu der unteren Seite der Sackkammer 8 strömte, bei einem scharfen Winkel leicht hin zu der äußeren Peripherie der Sackkammer 8, um über die jeweiligen Düsenlocheinlässe 31 in die Düsenlöcher 7 zu strömen. Entsprechend treffen der von der unteren Seite in Richtung hin zu der oberen Seite der Sackkammer 8 strömende Kraftstoff und der ausgehend von der oberen Seite in Richtung hin zu der unteren Seite der Sackkammer 8 strömende Kraftstoff bei jedem Düsenlocheinlass 31 zusammen. Folglich wird bei dem Kraftstoff, welcher das Innere jedes Düsenlochs 7 durchläuft, eine Turbulenz erzeugt. Daher kann aufgrund der Erzeugung der Turbulenz bei dem Kraftstoff, welcher das Innere jedes Düsenlochs 7 durchläuft, mit Bezug auf Charakteristika eines von jedem Düsenloch 7 in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffstrahls eine solche Strahlcharakteristik erhalten werden, dass der Spritzwinkel eines Kraftstoffstrahls F1 größer und eine Strahl-Durchdringungskraft kleiner als bei einem Kraftstoffstrahl F2 ist, wie in 4A dargestellt ist und in 8 durch eine durchgehende Linie angegeben ist.
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Der Zustand der Kraftstoffströmung in der Sackkammer 8 zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 ist nachstehend mit Bezug auf 1 und 4B erläutert. Zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 ist die Beziehung zwischen L, L0 und ϕDy derart eingestellt, dass diese |L – L0| ≤ ϕDy/2 erfüllt. Die Position, welche ausgehend von der Mittelposition des Düsenlocheinlasses 31 um ϕDy/2 in der Richtung der Düsenachse Y erhöht ist, ist als eine obere Referenzposition bezeichnet. Die Position, welche ausgehend von der Mittelposition des Düsenlocheinlasses 31 um ϕDy/2 in der Richtung der Düsenachse Y abgesenkt ist, ist als eine untere Referenzposition bezeichnet. In diesem Fall ist das Ende 17 des End-Vorsprungsteils 6 zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 innerhalb eines Bereichs zwischen der oberen Referenzposition und der unteren Referenzposition angeordnet. In einem solchen Fall ist die Beziehung zwischen α und β als α > β ausgedrückt und MA = β.
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Demzufolge entspricht der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β dem minimalen Durchlassbereich MA und die Strömungsgeschwindigkeit des von dem Kraftstoffdurchlass 13 in die Sackkammer 8 strömenden Kraftstoffes ist niedriger als zu der Niedrighub-Zeit. Da der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β kleiner als der Sitz-Durchlassbereich α ist, sind die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes, welcher das Innere jedes Düsenlochs 7 durchläuft, und die Düsenloch-Auslass-Strömungsgeschwindigkeit schneller als zu der Niedrighub-Zeit. Der Düsenloch-Gesamtdurchlassbereich β ist im Vergleich zu der Sackkammer 8 rapide reduziert. In diesem Fall löst sich ein großer Teil des von dem Kraftstoffdurchlass 13 in die Sackkammer 8 strömenden Kraftstoffes von der Oberfläche des End-Vorsprungsteils 6 und der Kantenlinie 33 nahe des Einlasses des Sackkammer 8. Außerdem biegt der von der Oberfläche des End-Vorsprungsteils 6 und der Kantenlinie 33 gelöste Kraftstoff mit einem großen Durchmesser leicht hin zu der Außenseite in der Sackkammer 8, um durch die jeweiligen Düsenlocheinlässe 31 in die Düsenlöcher 7 zu strömen. Folglich wird bei dem Kraftstoff, welcher das Innere jedes Düsenlochs 7 durchläuft, keine Turbulenz erzeugt. Mit Bezug auf Charakteristika eines von jedem Düsenloch 7 in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffstrahls kann eine solche Strahlcharakteristik erhalten werden, dass der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls F2 kleiner und die Strahl-Durchdringungskraft größer ist als bei dem Kraftstoffstrahl F1 ist, wie in 4B dargestellt und in 8 mit einer durchgehenden Linie angegeben ist. Folglich kann die Strahl-Durchdringungskraft zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 verstärkt sein. Die Strahl-Durchdringungskraft kann zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 abgeschwächt sein.
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Nachstehend ist das Ergebnis des Experiments für die Ausführungsform angegeben. Die experimentelle Forschung dahingehend, wie sich der Spritzwinkel des Kraftstoffes verändert, wenn sich die Nadel ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs hebt, ist erläutert. Das Ergebnis des Experiments ist in einem Graphen in 8 dargestellt. Wie aus diesem Graphen in 8 ersichtlich, ist gezeigt, dass in der Niedrighubphase LS der Nadel 2 die Kraftstoffeinspritzdüse 1 des vorliegenden Beispiels dazu neigt, dass diese einen breiteren bzw. weiteren Winkel und einen geringeren Durchdringungsstrahl besitzt als die herkömmliche Kraftstoffeinspritzdüse. Es ist gezeigt, dass in der Hochhubphase LL der Nadel 2 die herkömmliche Kraftstoffeinspritzdüse dazu neigt, dass diese einen weiteren Winkel und einen geringeren Durchdringungsstrahl besitzt als die Kraftstoffeinspritzdüse 1 des vorliegenden Beispiels.
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Die vertikale Achse in 8 stellt den Spritzwinkel des Kraftstoffes dar und die horizontale Achse in 8 stellt den Zeitverlauf dar, wenn sich die Nadel 2 von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs hebt. Die erforderliche Zeit, bis sich die Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Zwischen-Hubposition hebt, entspricht TM, und die erforderliche Zeit, bis sich die Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs hebt, entspricht TF. Die in 8 angegebene durchgehende Linie entspricht einer Kennlinie CN der Kraftstoffeinspritzdüse 1 des vorliegenden Beispiels, und eine in 8 angegebene gestrichelte Linie mit kurzen Linien entspricht einer Kennlinie EN der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzdüse.
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Daher kann die Strahl-Durchdringungskraft des Kraftstoffes zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 abgeschwächt werden. Entsprechend kann ein Kühlverlust zu der Niedrighub-Zeit der Nadel 2 reduziert werden. Die Strahl-Durchdringungskraft des Kraftstoffes kann zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 verstärkt werden. Entsprechend kann ein Abgabebetrag von Russ zu der Hochhub-Zeit der Nadel 2 reduziert werden. Daher kann die Kraftstoffeinspritzdüse 1 der vorliegenden Ausführungsform sowohl den Effekt zum Reduzieren des Kühlverlusts als auch den Effekt zum Reduzieren des Russabgabebetrags erzeugen.
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Nachstehend sind Modifikationen der Ausführungsform beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Offenbarung auf die Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben, welche Hochdruckkraftstoff, der von der Zuführpumpe oder einem Common-Rail eingeführt wird, direkt in die Verbrennungskammer der Maschine einspritzt. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auf eine Kraftstoffeinspritzdüse angewendet werden, bei welcher Kraftstoff von einer Kraftstoffeinspritzpumpe, wie einer Reihen-Kraftstoffpumpe oder einer Kraftstoffpumpe vom Verteilertyp, unter Druck direkt in eine Kraftstoffreservoirkammer geführt wird. Wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffreservoirkammer eine Verdrängungskraft einer Feder übersteigt, öffnet eine Nadel ein Ventil und die Kraftstoffeinspritzdüse spritzt Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einer Maschine vom Direkteinspritztyp ein.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Offenbarung auf die Kraftstoffeinspritzdüse 1 des Typs beschrieben, bei welchem sich die Nadel 2 zu der Zeit der Kraftstoffeinspritzung von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs hebt. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auf eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 vom Typ mit einem variablen Hubbetrag angewendet werden, bei welchem sich eine Nadel 2 in einem Fall eines kleinen Einspritzbetrags ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Niedrighub-Position hebt, wodurch ein erforderlicher Einspritzbetrag einer Maschine kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und bei welchem sich die Nadel 2 in einem Fall eines großen Einspritzbetrags ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Hochhub-Position hebt, wodurch der erforderliche Einspritzbetrag der Maschine größer als der vorbestimmte Wert ist. Auch in dem Fall der Kraftstoffeinspritzdüse 1 des Typs, bei welchem sich die Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position hin zu der Position des vollständigen Hubs hebt, kann sich die Nadel 2 trotz eines vollständigen Hubs der Nadel 2 ausgehend von deren vollständig geschlossener Position lediglich hin zu deren Niedrighub-Position heben, falls eine Phase zum Bestromen des Stellglieds kurz ist.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Offenbarung auf die Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit einer konstanten Nadelhubgeschwindigkeit beschrieben. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auf eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 eines Typs mit einer Nadelhubgeschwindigkeit angewendet werden, die sich während des Hubs der Nadel verändert. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung auf eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 eines Typs angewendet werden, bei welchem sich eine Nadel 2 in einer schrittweisen Art und Weise hebt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzdüse 1 derart konfiguriert, dass die Nadel 2 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 angetrieben wird, um das Ventil direkt durch die Antriebskraft des Solenoid-Stellglieds oder des Piezostellglieds zu öffnen, und das Ventil durch die Verdrängungskraft der Feder verschließt. Für das Stellglied zum Antreiben der Nadel 2, um das Ventil zu öffnen/zu schließen, kann jedoch ein Solenoid-Ventil oder ein Piezostellglied eingesetzt werden, welches einen Kraftstoffdruck in einer unmittelbar oberhalb einer Nadel 2 vorgesehenen Steuerungskammer anpasst, um die Öffnung-/Schließbetätigung der Nadel 2 zu steuern.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Direkteinspritz-Dieselmaschine als eine Maschine vom Direkteinspritztyp eingesetzt. Alternativ kann ein Direkteinspritz-Ottomotor als die Maschine vom Direkteinspritztyp verwendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Mitte des Düsenlocheinlasses 31 bei der Grenze zwischen der inneren Umfangsfläche und der Bodenwandfläche der Sackkammer 8 angeordnet. Alternativ kann die Mitte des Düsenlocheinlasses 31 lediglich auf der Umfangswandfläche der Sackkammer 8 angeordnet sein. Darüber hinaus kann die Mitte des Düsenlocheinlasses 31 lediglich auf der Bodenwandfläche der Sackkammer 8 angeordnet sein. Die Spitzengestalt der gesamten Nadel kann einer kugelförmigen Oberflächengestalt sowie einer Kegelstumpfgestalt oder konischen Gestalt entsprechen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann mit verschiedenen Modifikationen ausgeführt werden.
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Zusammenfassend kann die Kraftstoffeinspritzdüse 1 gemäß der vorstehenden Ausführungsform wie folgt beschrieben werden.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung erfüllen L, L0 und ϕDy die Beziehung |L – L0| > ϕDy/2, wenn der Nadelhubbetrag kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn entsprechend der Nadelhubbetrag kleiner als der Schwellenwert ist, wird bei der Strömung des Kraftstoffes, welcher das Innere jedes Düsenlochs durchläuft, auf einfache Art und Weise eine Turbulenz erzeugt, und die Strahl-Durchdringungskraft des über das Düsenloch in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffes wird schwach. Wenn andererseits der Nadelhubbetrag größer als der Schwellenwert ist, erfüllen L, L0 und ϕDy die Beziehung |L – L0| ≤ ϕDy/2. Wenn entsprechend der Nadelhubbetrag größer als der Schwellenwert ist, wird bei der Strömung des Kraftstoffes, welcher das Innere jedes Düsenlochs durchlauft, keine Turbulenz auf einfache Art und Weise erzeugt und die Strahl-Durchdringungskraft des über das Düsenloch in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffes wird stark. Daher kann die Strahl-Durchdringungskraft verstärkt werden, wenn der Nadelhubbetrag größer als der Schwellenwert ist. Die Strahl-Durchdringungskraft kann abgeschwächt werden, wenn der Nadelhubbetrag kleiner als der Schwellenwert ist. Die Details wurden vorstehend bei der Ausführungsform mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben.
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Während die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf Ausführungsformen davon beschrieben wurde, ist es verständlich, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung ist dahingehend gedacht, dass diese eine verschiedenartige Modifikation und äquivalente Anordnungen abdeckt. Zusätzlich befinden sich neben den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen weitere Kombinationen und Konfigurationen mit mehr, weniger oder lediglich einem einzelnen Element ebenso in dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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