DE1501930A1

DE1501930A1 - Brenner fuer fluessige Brennstoffe

Info

Publication number: DE1501930A1
Application number: DE19651501930
Authority: DE
Inventors: Jackson Harold Ernest; Dean Douglas Raymond
Original assignee: Petrol Injection Ltd
Current assignee: Petrol Injection Ltd
Priority date: 1964-02-04
Filing date: 1965-02-03
Publication date: 1969-09-04
Also published as: FR1423495A; SE306589B; GB1034053A; DK106450C; NL6501339A; BE659244A

Description

Petrol Injection Ltd., Valley Road, Plympton, Plymouth, Devon

(Großbritannien)

"Brenner für flüssige Brennstoffe"

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe mit einer annähernd zylindrischen Brennkammer, die mit einer Düse für die Brennstoffzufuhr, einem Druckluft-Zuführungsrohr für Primärluft und mit mindestens einer Einlaßöffnung für Sekundärluft versehen ist, wobei die Düse und das Primärdruckluftsuführungsrohr gemeinsam der Brennkammer ein zerstäubtes Brennstoff-Luft-Gemisch in etwa tangentialer Richtung zuführen, wo es zirkulierend umläuft und unter Zusatz von Sekundärluft verbrennt.

Es ist ein Brenner dieser Art bekannt, bei dem die Sekundärluft ebenso wie das Brennstoff-Luft-Gemisch der Brennkammer

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tangential zugeführt wird. Darüber hinaus kann auch in der Mitte des.Bodens der Brennkammer eine Öffnung vorgesehen werden, durch die Sekundärluft in axialer Richtung in die Brennkammer eingeblasen werden kann.

Diese bekannte Brennkammer hat den Nachteil, daß das aus der Düse austretende, entzündete Brennstoff-Luft-Gemisch auf die Brennkammerwandung aufschlägt und an dieser entlangstreicht, so daß sich die Brennkammerwandung stark erhitzt und deshalb einer Ausmauerung oder einer besonderen Kühlung bedarf. Erfolgt die Zuführung der Sekundärluft in axialer Richtung von der Mitte des Brennkammerbodens aus, so wird die Flamme noch mehr an die Brennkammerwandungen gepreßt ¹¹¹Id e° wird beim Austritt aus der Brennkammer eine .--■■■■*......-' lauge spitze Flamme erzeugt, die für viele Anwendungen unerwünscht ist.

Um das Aufschlagen der Flamme auf die Brennerwandung zu mildern und den Ansatz von ölkoks an dieser Stelle zu vermeiden, ist es auch schon bekannt, in der Brennkammerwandung an der dem Brennstoff-Zuführungsrohr gegenüberliegenden Stelle eine Stufe vorzusehen, so daß sich hier ein Gaswirbel bildet, in dem sich keine Rückstände absetzen können.

Ss ist auch bereits ein Schwerölbrenner bekannt, bei dem das aus dem Brennstoff-Zuführungsrohr ausfließende öl in

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Form eines dünnen und möglichst breiten Filmes über die Brennkammerwandung verteilt wird, wo es vergast, gezündet wird und unter Zusatz von tangential eingeführter Sekundärluft verbrennt. Um die Flamme von der Mündung des Brennstoff-Zuführungsrohres fernzuhalten, ist diese von dem Primärluftkanal umgeben, der das nur mit geringem Druck aus dem Brennstoff-Zuführungsrohr austretende öl in die Brennkammer mitnimmt und dort an der Brennkammerwandung ausbreitet.

Auch bei diesem bekannten Brenner bewegt sich die Flamme an der Innenwandung der Brennkammer entlang, wobei diese stark erhitzt wird. Die Brennkammerwandung ist deshalb auch hier mit einer Ausmauerung versehen und wird zusätzlich durch einen die Brennkammerwandung umgebenden Luftkanal gekühlt, durch den der aus der Brennkammer austretenden Flamme von außen her weitere Verbrennungsluft durch einen Ringspalt zugeführt wird. Auch bei diesem bekannten Brenner wird eine sehr lange Flamme erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten

co Brenner zu vermeiden und einen Brenner für flüssige Brenn-

to stoffe zu schaffen, bei dem der Brennstoff bei seinem Aus-

*** tritt aus dem Brenner mit einer blauen Flamme von verhalten

_o nismäßig großer Flächenausdehnung vollständig verbrennt,

.>. so daß die Abgas· nur einen geringen Gehalt an Kohlenmon-

oxyd besitzen, bei dem aber im Innern der Brennkammer Brenn-

Stoff, Primärluft und Sekundärluft so geführt werden, daß die Brennkammerwandungen nicht übermäßig erhitzt werden und eine Verbrennung in unmittelbarer Nähe der Einspritzdüse verhindert wird.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß im Innern der Brennkammer eine gebogene Leitschaufel zum Ablenken des injizierten Brennstoff-Luft-Gemisch-Strahles von der Brennkammerwand angeordnet ist, daß die Einlaßöffnung für die Sekundärluft etwa auf der Verlängerungslinie der Leitschaufel liegt und daß die Brennkammer durch einen mehrere Durchbrechungen für den Austritt der Verbrennungsgase aufweisenden Deckel nach oben abgeschlossen ist.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die sich bildende Flamme von der Brennkammerwandung abgelenkt und durch die auf der Verlängerungslinie der Leitschaufel eintretende Sekundärluft stark verwirbelt wird, so daß beim Austritt aus dem Brenner eine vollständige Verbrennung gewährleistet ist. Durch die Anordnung des mit Löchern versehenen Deckels wird erreicht, daß sich über diesem eine Flamme mit großer Oberfläche bildet, die zum Ausbrennen nur einen kurzen Feuerungsraum benötigt.

Die die Brenngase von der Brennkammerwandung ablenkende Leitschaufel kann durch eine gekrümmte Platte gebildet wer-

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den, die an der Brennerkammerwandung entspringt und etwa in der Mitte zwischen Brennkammerwand und Brennkammerachse frei endet. Die Oberkante der gebogenen Leitschaufel hat hierbei zweckmäßig von dem Deckel der Brennkammer einen Abstand, der in Richtung auf das Brennkammerinnere größer wird. Hierdurch wird erreicht, daß die unter dem Deckel angesammelten Brenngase ihre Zirkulation fortsetzen und eine zusammenhängende Schicht von Verbrennungsgasen bilden kön- Jj nen.

Nach der Erfindung kann eine etwa tangential in die Brennkammer hineinragende Einspritzkammer vorgesehen sein, in die Brennstoff durch die Düse und Primärluft durch das Luftzuführung sr ohr injiziert werden und von der aus beide Bestandteile als zerstäubtes Brennstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer eintreten. Da die Einspritzkammer bis ins Innere der Brennkammer hineinreicht, können sich der zerstäubte Brennstoff und die Primärluft innig mischen, bevor sie in " die Brennkammer gelangen. Die Verbrennung der Brenngase in unmittelbarer Nähe der Brennstoffdüse wird verhindert und die in der Brennkammer zirkulierenden Brenngase werden durch die Wandung der Einspritzkammer aufs neue von der Wandung der Brennkammer ferngehalten.

Besonders zweckmäßig ist es, den flüssigen Brennstoff und die Primärluft in einem spitzen Winkel zur Längsachse der tangential zum Zylindermantel der Brennkammer angeordneten

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Einspritzkammer zum Brennkammermittelpunkt liin geneigt einzuspritzen oder einzublasen. Außerdem kann die Brennstoffdüse und das Primärluft-Zuführungsrohr zum Boden der Brennkammer abfallend geneigt sein. Hierdurch wird erreicht, daß das aus der Einspritzkammer austretende Brennstoff-Luft-Gemisch nicht frontal auf die Umlenkschaufel auftrifft, sondern in sanfter Rundung in die Brennkammer eingeführt wird. Der Weg des Brennstoff-Luft-Stromes ist W lang genug, so daß das noch unverbrannte öl durch die Flamme genügend aufgeheizt und rechtzeitig vergast wird, bevor die Brenngase auf die Leitschaufel auftreffen, so daß sich dort keine öltröpfchen ansammeln können.

Die Einlaßöffnung für die Sekundärluft kann von einem mit seiner Längsachse etwa parallel zur Brennkammerachse verlaufenden kegelstumpfförmigen Vorsprung gebildet werden, der sich zum Brennkammerinnenraum hin gleichmäßig zuneh- ^ mend erweitert. Durch den trichterförmigen, ins Innere der Brennkammer hineinragenden Einlaß für die Sekundärluft werden Flammgeräusche beträchtlich vermindert und die Sekundärluft wird von selbst ins Innere der Brennkammer eingesaugt. Der kegelstumpfförmige Vorsprung bewirkt ferner eine weitere Verwirbelung der Brenngase und eine gute Verteilung der zugeführten Sekundärluft.

Die Mengen des der Einspritzkammer zugeführten flüssigen

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Brennstoffes und der Primärluft sind derart bemessen, daß keine vollständige Verbrennung in der Brennkammer zustandekommt. Brennstoff und Primärluft werden auch mit einer derart hohen Geschwindigkeit in die Einspritzkammer eingeleitet, daß ein ßückschlagen der Flammen und eine Verbrennung in unmittelbarer Nähe der Einspritzdüse verhindert wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nur als Beispiel dienenden ölbrenners, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt einen Brenner nach der Erfindung in einer Draufsicht und teilweise im Schnitt.

Fig. 2 zeigt einen senkrechten Querschnitt der Fig. 1 nach der strichpunktierten Linie in der durch die Pfeile X-X angedeuteten Blickrichtung.

Fig. 3 ze'igt einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt, ,jedoch in Blickrichtung der Pfeile Y-Y.

Fig. 4 zeigt einen senkrechten Querschnitt der Fig. 1 nach Linie Z-Z.

In der Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 1 der Zerstäuberteil bezeichnet, welcher mit der Verbrennungskammer 2 durch

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eine Bodenlasche 3 verbunden ist, die zusammen mit den Füßen 4· an der Unterseite der Brennkammer 2 angebracht ist und den Brenner als Ganzes trägt.

Der Zerstäuber 1 enthält einen Elektromotor 5, der einen Ventilator 6 und eine ölpumpe 7 antreibt. Diese drei Teile bewirken zusammen die Zufuhr von öl und Primärluft in die Einspritzkammer 8, die in die Brennkammer 2 einmündet. Das öl wird in die Einspritzkammer 8 durch die Zerstäuberdüse 9 eingespritzt, während die Primärluft durch das Druckluftrohr 10 eingeblasen wird, welches die Zerstäuberdüse 9 konzentrisch umgibt.

Wie den Zeichnungen zu entnehmen ist, verläuft die Längsachse der Einspritzkammer 8 im wesentlichen tangential zu der zylindrisch ausgebildeten Brennkammer 2. Die Zerstäuberdüse 9 und das Druckluftrohr 10 sind zur Längsachse der Einspritzkammer 8 geneigt und zwar in Richtung auf die Längsachse des Brennkammerzylinders und in Richtung auf dessen Fußpunkt.

Ferner ist zur Umlenkung und Verwirbelung der in die Brennkammer eintretenden Gase eine Ablenkplatte oder Leitschaufel 11 in der Brennkammer 2 vorgesehen, die von oben gesehen eine gekrümmte Form hat und die an der Stelle entspringt, an welcher die Einspritzkammer 8 tangential den Zylindermantel der

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Brennkammer 2 trifft. Der freie Rand der Leitschaufel 11 befindet sich etwa in der Mitte zwischen der Brennkammerachse und der Brennkammerwandung. Wie insbesondere aus Fig. zu ersehen ist, verbleibt zwischen dem oberen Rand der Leitschaufel 11 und dem Deckel der Brennkammer 2 ein freier Abstand, der sich zum freien Ende der Leitschaufel 11 hin noch vergrößert.

Die Brennkammer 2 ist ferner mit einem Paar Zündelektroden 12 zur Zündung des Brenngases sowie mit einer Einlaßöffnung 13 für Sekundärluft versehen, deren Ausbildung und Wirkungsweise noch eingehender beschrieben wird.

Die Oberseite der Brennkammer 2 wird durch einen Deckel 14 verschlossen, der nahezu auf seiner gesamten Fläche Durchbrechungen 15 aufweist, durch welche die Verbrennungsgase hindurchtreten, um anschließend mit blauer Flamme zu verbrennen. .

Während des Betriebes befördert die Pumpe 7 das öl mit hohem Druck zur Düse 9» an welcher es durch eine kleine Öffnung in der Düse hindurchgepreßt und dadurch zerstäubt wird. Gleichzeitig wird durch den Ventilator 6 Primärluft durch das Druckluftrohr 10 zugeführt. Die Primärluft und das zerstäubte öl gelangen dann durch die Einspritzkammer θ in die Brennkammer

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Sie einzelnen Teile sind in ihrer Größe so bemessen, daß durch, den Ventilator 6 in Abhängigkeit von der durch die Pumpe 7 geförderten ölmenge nur so viel Primärluft zugeführt wird, daß eine vollständige Verbrennung des Öls nicht zustandekommt. Gleichzeitig wird ferner das öl und die Luft mit einer derartigen Geschwindigkeit zugeführt, daß die Flamme zum Erlöschen neigen würde, wenn der vollständige Verbrennungsvorgang in der üblichen Weise vor sich ginge. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise, bei der eine verminderte Menge Primärluft mit hoher Geschwindigkeit dem an der Düse 9 zerstäubten Brennstoff zugeführt wird, wird jedoch erreicht, daß sich einmal Brennstoff und Luft in der Einspritzkammer 8 innig mischen und zum anderen die Verbrennung der Brenngase in unmittelbarer Nähe der Düse 9 verhindert wird. Die Zündung der Brenngase geschieht durch Zündfunkelektroden 12, an die eine hohe elektrische Spannung eines in der Zeichnung nicht dargestellten Umspanners angelegt ist. Es ist zugleich ein Merkmal des erfingungsgemäßen Brenners, daß die Zündelektroden etwas abseits vom Hauptstrom der Verbrennungsgase angeordnet sind, so daß sie sich während des normalen Betriebes weder erhitzen noch den Gasstrom in der Brennkammer 2 in irgendeiner Weise behindern.

An den Elektroden 12 braucht übrigens der Zündfunken zur Entzündung der Verbrennungsgase nur einige Sekunden lang überzu-

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springen. Danach kann die elektrische Zündung abgeschaltet werden.

Der Winkel, unter welchem die Düse 9 einspritzt und das Druckluftrohr 10 einbläst, und die Winkelstellung und Form der Leitschaufel 11 sind so gewählt, daß das öl und die Gase auf die Umlenkschaufel 11 nicht frontal auftreffen, sondern in sanfter Rundung in die Brennkammer eingeführt werden. Ferner wird infolge der ausreichenden Zeit vor dem Auftreffen des Öl-Luft-Stromes auf die Leitschaufel 11 das noch unverbrannte öl durch die Flamme genügend aufgeheizt und rechtzeitig vergast, so daß auf die Umlenkschaufel keine öltröpfeh auftreffen und sich dort ansammeln können.

Der in der Brennkammer 2 zirkulierende Öl-Luft-Strom streicht auch über und um die Einlaßöffnung 15 für die Sekundärluft herum, wodurch die Sekundärluft in die Brennkammer 2 eingesaugt wird. Durch die Zumischung dieser Sekundärluft wird eine vollständige Verbrennung eingeleitet und vollendet.

Versuche haben ergeben, daß es ungünstig ist, die Einlaßöffnung für die Sekundärluft als einfaches Loch im Boden der Brennkammer 2 auszubilden, da der darüber hinwegstreichende Öl-Luft-Strom an dieser Stelle zu heftig verbrennt und Flammgeräusche erzeugt. Diese ...>imageräusche lassen sich Jedoch beträchtlich vermindern oder ganz ve """"βden, wenn die Einlaß-

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öffnung für die Sekundärluft unter gleichzeitiger Verbreiterung bis etwa zum Kern des Hauptstromes verlängert wird. Dementsprechend wurde bei der in der Zeichnung dargestellten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes diese Einlaßöffnung für die Sekundärluft als kegelstumpfförmiger, nach innen gerichteter Vorsprung ausgebildet, der sich in Richtung auf das Brennkammerinnere erweitert.

Die Menge der angesaugten Sekundärluft läßt sich durch geeignete Wahl der Größe des Zutrittsloches 16 im Boden der Brennkammer 2 bestimmen, durch welche die Sekundärluft eintritt. Es hat sich gezeigt, daß die angesaugte Sekundärluft der kegelstumpfförmigen Form des Vorsprunges 13 wegen sogleich gut in der Brennkammer 2 verteilt wird, ohne daß dieser Vorsprung 13 die in der Brennkammer 2 zirkulierenden Brenngase allzusehr behindert.

Die Verbrennungsgase zirkulieren an der Einlaßöffnung 16 für die Sekundärluft 13 vorbei und steigen in der Brennkammer 2 bis zu deren Oberwand an, an der sie durch die Durchbrechungen 15 im Deckel 14 teilweise gebremst werden. Geringe Mengen der Verbrennungsgase entweichen unmittelbar durch die Durchbrechungen 15» während der übrige Teil der Verbrennungsgase die Zirkulationsbewegung unmittelbar unterhalb des Dekkels 14 fortsetzt und erneut über die Einspritzkammer 8 und die Leitschaufel 11 hinwegstreicht, wodurch unmittelbar unter

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der Deckplatte 14 eine in sich zusammenhängende Schicht von Verbrennungsgasen entsteht.

Wenn die Verbrennungsgase durch die Durchbrechungen 15 schließlich ins Freie treten, geraten sie in unmittelbare Berührung mit der Außenluft, wodurch eine blaue Flamme mit sehr guten Verbrennungseigenschaften entsteht.

Im Bedarfsfalle kann zusätzlich der in Fig. 3 dargestellte Flammenverteiler 17 auf der Oberseite des Deckels 14 angeordnet werden. Es hat sich herausgestellt, daß ein derartiger Flammenverteiler sowie sonstige sperrige Zusatzteile außerhalb der Brennkammer die Wärmeeigenschaften der Flamme wenig beeinflussen.

Der Brenner nach der Erfindung kann aus jedem beliebigen geeigneten Werkstoff hergestellt sein. Der perforierte Deckel 14 muß selbstverständlich aus feuerbeständigem Werkstoff, beispielsweise aus feuerfestem Edelstahl hergestellt sein. Für die übrigen Teile der Brennkammer 2 können jedoch andere und billigere Werkstoffe verwendet werden. Beispielsweise kann die Wandung der Brennkammer aus gewöhnlichem Stahlblech oder Gußeisen bestehen.

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Claims

Tc 125

6. 1. 1969 :st

Patentansprüche

Brenner für flüssige Brennstoffe mit einer annähernd zylindrischen Brennkammer, die mit einer Düse für die Brennstoffzufuhr, einem Druckluft-Zuführungsrohr für Primärluft und mit mindestens einer Einlaßöffnung für Sekundärluft versehen ist, wobei die Düse und das Primärdruckluftzuführungsrohr gemeinsam der Brennkammer ein zerstäubtes Brennstoff-Luft-Gemisch in etwa tangentialer Richtung zuführen, wo es zirkulierend umläuft und unter Zusatz von Sekundärluft verbrennt, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Brennkammer (2) eine gebogene Leitschaufel (11) zur Ablenkung des injizierten Brenii3toff-Luft-Gemisch-Strahles von der Brennkammerwand angeordnet ist, daß die Einlaßöffnung (16) für die Sekundärluft etwa auf der Verlängerungslinie der Leitschaufel liegt und daß die Brennkammer (2) durch einen mehrere Durchbrechungen (15) für den Austritt der Verbrennungsgase aufweisenden Deckel (14) nach oben abgeschlossen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel (11) durch eine gekrümmte Platte gebildet wird, die an der Brennkammerwandung entspringt und etwa in der Mitte zwischen Brennkammerwand und Brennkammerach.se frei endet.

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3. Brenner nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante der gebogenen Leitschaufel (11) von dem Deckel (14) der Brennkammer einen Abstand hat, der in Richtung auf das Brennkammerinnere größer wird.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine etwa tangential in die Brennkammer (2) hineinragende Einspritzkammer (8), in die Brennstoff durch die Düse (9) und Primärluft durch das Druckluftrohr (10) injiziert werden und von der aus beide Bestandteile als zerstäubtes Brennstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer (2) eintreten.

5· Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brennstoff und die Primärluft in einem spitzen Winkel zur Längsachse der tangential zum Zylindermantel der Brennkammer angeordneten Einspritzkammer (8) zum Brennkammermittelpunkt hin geneigt eingespritzt bzw. eingeblasen werden.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brennstoff und die Primärluft zum Boden der Brennkammer (2) abfallend geneigt eingespritzt bzw. eingeblasen werden.

7. Brenner nach, einem der Δΐιε-rüche 1 bis 6, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Einlaßöffnung (16) für die Sekundärluft von einem mit seiner Längsachse etwa parallel zur Brennkammerachse verlaufenden kegelstumpfförmigen Vorsprung (13) gebildet wird, der sich zum Brennkammerinnenraum hin gleichmäßig zunehmend erweitert.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (16) für die Sekundärluft im Abstand von der Einspritzkammer (8) vorzugsweise dieser diametral gegenüberliegend, im Brennkammerboden angeordnet ist.

9· Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (2) eine Funkenzündeinrichtung (12) etwa an der Stelle angeordnet ist, an der die Einspritzkammer (8) tangential zur Zylinderwand in die Brennkammer (2) einmündet.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen für die Verbrennungsgase von Löchern (15) gebildet werden, die in einer an der Oberseite der Brennkammer (2) befestigten Abdeckplatte angeordnet sind.

11. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zerstäubte Brennstoff-Luft-Gemisch mit einer derart

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hohen Geschwindigkeit in die Einspritzkammer eingeleitet wird, daß eine Verbrennung in unmittelbarer Nähe der Einspritzdüse verhindert wird.

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