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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder und einem Kolben.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In einem Verbrennungsmotor ist ein Ringelement an einem stufenförmigen Abschnitt vorgesehen, der an einem oberen Abschnitt einer inneren Umfangsfläche eines Zylinders ausgebildet ist. Zum Beispiel offenbart
JP 2017-089410 A einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Abstreifring an einem stufenförmigen Abschnitt vorgesehen ist, um an einem Kolben anhaftenden Ruß zu entfernen.
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STAND DER TECHNIK
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DRUCKSCHRIFT
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Druckschrift 1:
JP 2017-089410 A -
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
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In einem Verbrennungsmotor ist es wünschenswert, den Wärmeverlust zu reduzieren. Wenn jedoch das Ringelement an einem oberen Abschnitt des Zylinders angeordnet ist, ist es schwierig, das Innere eines Brennraums aufgrund von Wärmeverlusten durch das Ringelement auf einer hohen Temperatur zu halten.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht dieser Punkte gemacht, und ihr Ziel ist es, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der in der Lage ist, den Wärmeverlust zu reduzieren, obwohl ein Ringelement vorgesehen ist.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen Zylinder, in dem sich ein Kolben auf und ab bewegt; einen stufenförmigen Abschnitt, der an einem oberen Endabschnitt einer inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet ist; und ein Ringelement, das eine zylindrische Form aufweist und an dem stufenförmigen Abschnitt vorgesehen ist, wobei eine Dicke des Ringelements in Richtung eines unteren Totpunkts des Kolbens abnimmt, und eine äußere Umfangsfläche des Ringelements eine geneigte Fläche ist, wobei ein unterer Endbereich der äußeren Umfangsfläche in einer radialen Richtung des Ringelements näher zum Zentrum angeordnet ist als ein oberer Endbereich der äußeren Umfangsfläche.
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Ferner kann eine innere Umfangsfläche des stufenförmigen Abschnitts eine geneigte Fläche sein, die parallel zu der äußeren Umfangsfläche verläuft, die eine geneigte Fläche des Ringelements ist. Ferner kann eine Dicke des unteren Endbereichs des Ringelements gleich oder weniger als die Hälfte einer Dicke des oberen Endbereichs des Ringelements ist. Ferner kann eine innere Umfangsfläche des Ringelements eine Hochglanzfläche sein.
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Ferner kann der Verbrennungsmotor einen Injektor aufweisen, der Kraftstoff einspritzt, wobei in dem Ringelement die Dicken mehrerer Einspritzzielabschnitte, bei denen es sich um Abschnitte handelt, an denen der Kraftstoff in den Injektor eingespritzt werden soll, kleiner sind als die Dicken anderer Abschnitte.
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Ferner kann der Einspritzzielabschnitt ein Abschnitt sein, an dem ein konkaver Abschnitt an einer äußeren Umfangsfläche des Ringelements ausgebildet ist.
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Ferner können mehrere konvexe Abschnitte, die zu den jeweiligen konkaven Abschnitten jedes Einspritzzielabschnitts passen, an der inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet sein. Ferner kann der konkave Abschnitt eine gekrümmte Aushöhlung sein, und der konvexe Abschnitt kann eine gekrümmte konvexe Form aufweisen. Ferner kann die kleinste Dicke in dem konkaven Abschnitt kleiner als die Hälfte der Dicke des anderen Abschnitts des Ringelements sein. Ferner kann der Einspritzzielabschnitt ein Abschnitt sein, in dem ein konkaver Abschnitt an einer inneren Umfangsfläche des Ringelements ausgebildet ist.
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TECHNISCHER EFFEKT DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, den Wärmeverlust in einem Verbrennungsmotor zu verringern, obwohl ein Ringelement vorgesehen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht, die eine innere Konfiguration eines Verbrennungsmotors 1 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Verbrennungsmotor 100 gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel des Verbrennungsmotors 1 veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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<Ausgestaltung des Verbrennungsmotors>
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Eine Ausgestaltung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt eine schematische Ansicht, die eine interne Ausgestaltung eines Verbrennungsmotors 1 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. In 1 ist nur ein Teil des Verbrennungsmotors 1 dargestellt, und andere Komponenten sind zur Vereinfachung der Erklärung weggelassen.
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Der Verbrennungsmotor 1 ist beispielsweise ein Motor, der in einem Fahrzeug angebracht ist. Wie in 1 dargestellt, umfasst der Verbrennungsmotor 1 einen Zylinder 10, einen Kolben 15, einen stufenförmigen Abschnitt 20, einen Zylinderkopf 25, eine Dichtung 30 und ein Ringelement 40.
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Der Zylinder 10 besteht aus Metall und hat eine zylindrische Form. Der Kolben 15 ist in dem Zylinder 10 untergebracht.
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Der Kolben 15 bewegt sich zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt im Zylinder 10 auf und ab. In 1 befindet sich der Kolben 15 im oberen Totpunkt. Ein Kolbenring 16 ist in eine Nut eingepasst, die an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 15 ausgebildet ist.
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Wie in 1 dargestellt, ist der stufenförmige Abschnitt 20 an einem oberen Endabschnitt der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10 angeordnet. Der stufenförmige Abschnitt 20 befindet sich oberhalb des Kolbenrings 16, wenn der Kolben 15 im oberen Totpunkt positioniert ist. Der stufenförmige Abschnitt 20 ist derart ausgebildet, dass sich der stufenförmige Abschnitt 20 in Umfangsrichtung innerhalb der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10 erstreckt. Der stufenförmige Abschnitt 20 befindet sich unterhalb der Dichtung 30.
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Der stufenförmige Abschnitt 20 weist die innere Umfangsfläche 22 auf, die wie in 1 gezeigt eine geneigte Fläche ist. Hierbei ist die innere Umfangsfläche 22 linear mit einem vorbestimmten Neigungswinkel geneigt. Die innere Umfangsfläche 22 ist so geneigt, dass sich die innere Umfangsfläche 22 dem Zentrum des Zylinders 10 in Richtung der Bodenfläche der inneren Umfangsfläche 22 nähert.
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Der Zylinderkopf 25 ist oberhalb des Zylinders 10 angeordnet. Der Zylinderkopf 25 besteht aus Metall und ist beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Zylinder 10 gebildet. Die Dichtung 30 ist zwischen dem Zylinder 10 und dem Zylinderkopf 25 angeordnet. Die Dichtung 30 hat die Funktion, die Luftdichtheit des Zylinders 10 zu verbessern.
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Wie in 1 dargestellt, ist das Ringelement 40 an dem stufenförmigen Abschnitt 20 vorgesehen. Insbesondere ist das Ringelement 40 in den stufenförmigen Abschnitt 20 eingepasst. Das Ringelement 40 ist zylindrisch ausgebildet und deckt den Umfang des im oberen Totpunkt befindlichen Kolbens 15 ab. Das Ringelement 40 ist aus Metall gefertigt. Hierbei ist das Ringelement 40 aus demselben Material wie der Zylinder 10 hergestellt, ist jedoch nicht darauf begrenzt und kann aus einem anderen Material als der Zylinder 10 hergestellt sein.
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Das Ringelement 40 ist vorgesehen, um den Zwischenraum zwischen dem Zylinder 10 und dem Kolben 15 zu verengen. Das heißt, die innere Umfangsfläche 41 des Ringelements 40 ist näher an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 15 angeordnet als die innere Umfangsfläche 11 des Zylinders 10. Wenn das Ringelement 40 nicht vorgesehen ist, wird der Zwischenraum zwischen der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10 und der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 15 zu einem nicht nutzbaren Zwischenraum, der nicht für die Verbrennung genutzt wird, was die Verbrennungseffizienz verringert. Wenn hingegen das Ringelement 40 wie in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, ist es möglich, den nicht nutzbaren Zwischenraum zu verkleinern, so dass das Verdichtungsverhältnis erhöht und die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
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Die innere Umfangsfläche 41 des Ringelements 40 ist parallel zu der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10, aber die äußere Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 ist nicht parallel zu der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10. Die äußere Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 ist eine geneigte Fläche, wobei ein unterer Endbereich der äußeren Umfangsfläche 42 in radialer Richtung des Ringelements 40 näher zum Zentrum angeordnet ist als ein oberer Endbereich der äußeren Umfangsfläche 42. Der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche 42 ist der gleiche wie der Neigungswinkel der inneren Umfangsfläche 22 des stufenförmigen Abschnitts 20, und die äußere Umfangsfläche 42 ist parallel zur inneren Umfangsfläche 22.
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Wie in 1 gezeigt, nimmt die Dicke des Ringelements 40 in Richtung der unteren Oberfläche des stufenförmigen Abschnitts 20 ab. Mit anderen Worten, die Dicke des Ringelements 40 nimmt in Richtung des unteren Totpunkts des Kolbens 15 ab. Dabei ist die Dicke eines unteren Endbereichs des Ringelements 40 gleich oder kleiner als die Hälfte der Dicke eines oberen Endbereichs des Ringelements 40. Die Bereitstellung des Ringelements 40 mit einer solchen Dicke hat Vorteile gegenüber dem in 2 gezeigten Vergleichsbeispiel.
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2 ist eine schematische Ansicht, die einen Verbrennungsmotor 100 gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. In dem Vergleichsbeispiel sind die innere Umfangsfläche 141 und die äußere Umfangsfläche 142 eines Ringelements 140 parallel zueinander, und die Dicke des Ringelements 140 ist konstant. Ferner ist die innere Umfangsfläche 122 eines stufenförmigen Abschnitts 120 parallel zur inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10. In einem Fall, in dem das Ringelement 140 vorgesehen ist, geht durch das Ringelement 140 im Vergleich zu einem Fall, in dem das Ringelement nicht vorgesehen ist, eine gewisse Menge an Wärme verloren. Daher ist es schwierig, das Innere des Zylinders 10 auf einer hohen Temperatur zu halten.
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Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform die äußere Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 eine schräge Fläche. Dadurch ist die Dicke des Ringelements 40 nicht konstant, d.h. die Dicke des Ringelements 40 nimmt in Richtung der unteren Fläche des stufenförmigen Abschnitts 20 ab. Insbesondere ist die Dicke des unteren Endbereichs des Ringelements 40 gleich oder kleiner als die Hälfte der Dicke des oberen Endbereichs des Ringelements 40. Da in diesem Fall das Volumen des Ringelements 40 kleiner ist als das des Ringelements 140 des Vergleichsbeispiels, ist die Wärmekapazität des Ringelements 40 geringer. Dadurch kann die Temperatur des Ringelements 40 leicht ansteigen, und die Wärmeschutzwirkung wird verbessert, während der Wärmeverlust verringert wird.
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Ferner ist in einem Fall, in dem die äußere Umfangsfläche 42 eine geneigte Fläche ist, der Bereich der äußeren Umfangsfläche 42 größer als der Bereich der äußeren Umfangsfläche 142 des Vergleichsbeispiels. Das heißt, da die Fläche der äußeren Umfangsfläche 42, die der inneren Umfangsfläche 22 des stufenförmigen Abschnitts 20 zugewandt ist, groß ist, kann ein Gasaustritt verhindert werden. Da die äußere Umfangsfläche 42 und die innere Umfangsfläche 22 des stufenförmigen Abschnitts 20 geneigte Flächen sind, kann das Ringelement 40 außerdem leicht in den stufenförmigen Abschnitt 20 eingepasst werden.
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Die innere Umfangsfläche 41 des Ringelements 40 ist eine Hochglanzfläche, und die Unregelmäßigkeiten auf der inneren Umfangsfläche 41 sind äußerst gering. Beispielsweise beträgt der arithmetische Mittelwert der Oberflächenrauheit der inneren Umfangsfläche 41 0,1 µm oder weniger. Da es sich bei der inneren Umfangsfläche 41 um eine Hochglanzfläche handelt, kann die Anhaftung von Ruß an der inneren Umfangsfläche 41 verhindert werden. Dies trägt dazu bei, den Wärmeverlust durch die Absorption von Wärme durch Ruß zu verringern, so dass die Wärmeschutzwirkung im Zylinder 10 verbessert werden kann. Wenn die innere Umfangsfläche hingegen keine Hochglanzfläche ist, kann Ruß leicht an den Unregelmäßigkeiten der inneren Umfangsfläche haften.
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<Modifiziertes Beispiel>
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3 ist eine schematische Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Verbrennungsmotors 1 veranschaulicht. In 3 sind der Kolben 15 und dergleichen der Einfachheit halber weggelassen.
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Die Konfigurationen des Ringelements 40 und der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10 des modifizierten Beispiels unterscheiden sich von den Konfigurationen des Ringelements 40 und der inneren Umfangsfläche 11, die in 1 gezeigt sind. Da die Konfigurationen der anderen Komponenten des modifizierten Beispiels mit den in 1 gezeigten Konfigurationen übereinstimmen, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
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Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Injektor 60, der Kraftstoff einspritzt. Der Injektor 60 ist oberhalb der Mittelachse des Zylinders 10 angeordnet und spritzt beispielsweise Kraftstoff in radialer Richtung in den Zylinder 10 ein. Eine Richtung, in der der Kraftstoff, der von dem Injektor 60 eingespritzt wird, strömt, ist durch einen Bereich angedeutet, der in 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.
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Die Breite des Ringelements 40 des modifizierten Beispiels ist nicht konstant. Insbesondere sind, wie in 3 gezeigt, in dem Ringelement 40 die Dicken mehrerer Einspritzzielabschnitte 45, bei denen es sich um Abschnitte handelt, in die der Kraftstoff in den Injektor 60 eingespritzt werden soll, kleiner als die Dicken der anderen Abschnitte. Die Einspritzzielabschnitte 45 sind an vier Positionen in vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung des Ringelements 40 vorgesehen. Die Dicken der Abschnitte mit Ausnahme der Einspritzzielabschnitte 45 sind konstant.
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An der äußeren Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 ist ein konkaver Abschnitt 46 ausgebildet. Hierbei handelt es sich bei dem konkaven Abschnitt 46 um eine gekrümmte Aushöhlung. Die konkaven Abschnitte 46 sind an vier Positionen in vorbestimmten Abständen auf der äußeren Umfangsfläche 42 ausgebildet. Der Einspritzzielabschnitt 45 ist ein Abschnitt, in dem der konkave Abschnitt 46 auf der äußeren Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 ausgebildet ist. Wie in 3 dargestellt, ist die kleinste Dicke des konkaven Abschnitts 46 kleiner als die Hälfte der Dicke des anderen Abschnitts des Ringelements 40. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl der konkave Abschnitt 46 in der vorstehenden Beschreibung an der äußeren Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 ausgebildet ist, die vorliegende Offenbarung darauf nicht begrenzt ist und der konkave Abschnitt beispielsweise an der inneren Umfangsfläche 41 des Ringelements 40 ausgebildet sein kann.
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Durch die Verringerung der Dicke des Einspritzzielbereichs 45 des Ringelements 40, wie vorstehend beschrieben, wird das Volumen des Ringelements 40 weiter reduziert, und die Wärmekapazität des Ringelements 40 wird weiter verringert. Dadurch kann die Temperatur des Ringelements 40 leichter ansteigen, und die Wärmeschutzwirkung wird noch weiter verbessert.
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Mehrere konvexe Abschnitte 18, die zu den jeweiligen konkaven Abschnitten 46 jedes Einspritzzielabschnitts 45 passen, sind an der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10 ausgebildet. Die konvexen Abschnitte 18 sind an vier Positionen in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Dabei hat jeder konvexe Abschnitt 18 eine gekrümmte konvexe Form. Der konvexe Abschnitt 18 ist in den konkaven Abschnitt 46 des Ringelements 40 eingepasst. Dementsprechend kann, wenn das Ringelement 40 in den stufenförmigen Abschnitt 20 des Zylinders 10 eingepasst ist, der Einspritzzielabschnitt 45 an einer geeigneten Stelle positioniert werden. Selbst wenn das Ringelement 40 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 versucht, sich in der umlaufenden Richtung zu drehen, dienen der konkave Abschnitt 46 und der konvexe Abschnitt 18, die ineinander passen, beispielsweise als Anschlag für die Drehung.
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<Effekte der vorliegenden Ausführungsform>
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Der Verbrennungsmotor 1 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst das Ringelement 40 mit einer zylindrischen Form, das an dem stufenförmigen Abschnitt 20 vorgesehen ist, der an einem oberen Endabschnitt der inneren Umfangsfläche 11 des Zylinders 10 ausgebildet ist. Die Dicke des Ringelements 40 nimmt in Richtung des unteren Totpunkts des Kolbens 15 ab, und die äußere Umfangsfläche 42 des Ringelements 40 ist eine geneigte Fläche, wobei der untere Endbereich der äußeren Umfangsfläche 42 in radialer Richtung des Ringelements 40 näher zum Zentrum angeordnet ist als das obere Ende der äußeren Umfangsfläche 42. In einem Fall, in dem das Ringelement 40, dessen äußere Umfangsfläche 42 eine geneigte Fläche ist, vorgesehen ist, wird das Volumen des Ringelements 40 reduziert. Dadurch wird die Wärmekapazität des Ringelements 40 verringert. Infolgedessen wird die Temperatur des Ringelements 40 wahrscheinlich ansteigen, und die Wärmeschutzwirkung wird verbessert, während der Wärmeverlust reduziert wird.
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Der technische Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf den in den vorstehenden Ausführungsformen erläuterten Anwendungsbereich begrenzt, und es ist möglich, verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereichs der Offenbarung vorzunehmen. Zum Beispiel kann die gesamte Vorrichtung oder ein Teil davon mit einer beliebigen Einheit versehen werden, die funktionell oder physisch getrennt oder in sie integriert ist. Ferner sind neue beispielhafte Ausführungsformen, die durch beliebige Kombinationen von diesen erzeugt werden, in den beispielhaften Ausführungsformen enthalten. Ferner haben die Effekte der neuen beispielhaften Ausführungsformen, die durch die Kombinationen entstehen, auch die Effekte der ursprünglichen beispielhaften Ausführungsformen.
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[Beschreibung der Bezugszeichen]
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 10
- Zylinder
- 11
- innere Umfangsfläche
- 18
- konvexer Abschnitt
- 20
- stufenförmiger Abschnitt
- 40
- Ringelement
- 41
- innere Umfangsfläche
- 42
- äußere Umfangsfläche
- 45
- Einspritzzielabschnitt
- 46
- konvexer Abschnitt
- 60
- Injektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017089410 A [0002, 0003]
