DE19950223A1 - Injector for common rail injection system for IC engines has end face of valve piston larger than hole, this being larger than sealing line between needle and needle seat - Google Patents
Injector for common rail injection system for IC engines has end face of valve piston larger than hole, this being larger than sealing line between needle and needle seatInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Common-Rail- Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem von der Stirnfläche eines Ventilkolbens begrenzten Ventilsteuerraum, mit einer in einer Bohrung geführten Düsennadel, die bei geschlossenem Injektor in einen Düsennadelsitz gepresst wird und mit einem von dem Düsennadelsitz in Längsrichtung begrenzten Druckraum. Bei derartigen Injektoren nach dem Stand der Technik weisen der Ventilkolben und der Bereich der Düsennadel, welcher im Gehäuse des Injektors geführt wird, im Wesentlichen gleiche Durchmesser auf. Da diese Durchmesser vergleichsweise groß sind, ist auch der Ringspalt zwischen Ventilkolben und zugehöriger Bohrung bzw. Düsennadel und zugehöriger Bohrung relativ groß. Dies führt zu erheblichen Problemen bei der Abdichtung gegenüber dem Steuerdruck bzw. zu hohen Leckageverlusten.The invention relates to an injector for a common rail Injection system for internal combustion engines with one of the End face of a valve piston limited Valve control room, with one in a bore Nozzle needle inserted into a closed injector Nozzle needle seat is pressed and with one of them Nozzle needle seat lengthways limited pressure space. At such injectors according to the prior art have the Valve piston and the area of the nozzle needle, which in the Housing of the injector is guided, essentially the same Diameter on. Because this diameter is comparatively large are, is also the annular gap between the valve piston and associated bore or nozzle needle and associated bore relatively large. This leads to significant problems with the Sealing against the control pressure or too high Leakage losses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor für ein Common-Rail-Einspritzsystem bereitzustellen, bei welchem die Leckageverluste zwischen Düsennadel und der die Düsennadel führenden Bohrung gering sind und bei der darüber hinaus ein teilweiser Kraftausgleich der Düsennadel erzielt wird.The invention has for its object an injector to provide for a common rail injection system, at which the leakage losses between the nozzle needle and the die Nozzle needle leading bore are small and at the in addition, a partial force balance of the nozzle needle is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Injektor für ein Common-Rail-Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem von der Stirnfläche eines Ventilkolbens begrenzten Ventilsteuerraum, mit einer in einer Bohrung geführten Düsennadel, die bei geschlossenem Injektor in einen Düsennadelsitz gepresst wird und mit einem von dem Düsennadelsitz in Längsrichtung begrenzten Druckraum, wobei der Durchmesser der Stirnfläche des Ventilkolbens größer als der Durchmesser der Bohrung ist und wobei der Durchmesser der Bohrung größer als der Durchmesser der Dichtlinie zwischen Düsennadel und Düsennadelsitz ist.According to the invention, this object is achieved by a Injector for a common rail injection system for Internal combustion engines with one from the face of one Valve piston limited valve control space, with an in a bore guided nozzle needle, which when closed Injector is pressed into a nozzle needle seat and with one limited in the longitudinal direction by the nozzle needle seat Pressure chamber, the diameter of the end face of the Valve piston is larger than the diameter of the bore and wherein the diameter of the bore is larger than that Diameter of the sealing line between the nozzle needle and Nozzle needle seat is.
Dieser Injektor hat den Vorteil, dass wegen des geringeren Durchmessers der Düsennadel in dem Bereich, in dem sie in der Bohrung geführt wird, der Ringspalt zwischen Bohrung und Düsennadel klein ist und somit eine wirksame Abdichtung gegenüber dem Steuerdruck des Druckraums möglich ist. Außerdem werden die Leckageverluste deutlich verringert. Darüber hinaus findet auch ein teilweiser Kraftausgleich zwischen der auf die Stirnfläche des Ventilkolbens wirkenden hydraulischen Kraft und der auf die Ringfläche, welche durch den Durchmesser der Dichtlinie zwischen Düsennadel und Düsennadelsitz sowie den Durchmesser der Bohrung begrenzt wird, und der darauf wirkenden Kraft statt.This injector has the advantage of being smaller Diameter of the nozzle needle in the area in which it is in the bore is guided, the annular gap between the bore and nozzle needle is small and therefore an effective seal compared to the control pressure of the pressure chamber is possible. Leakage losses are also significantly reduced. In addition, there is also a partial force balance between the on the end face of the valve piston hydraulic force acting on the ring surface, which is determined by the diameter of the sealing line between Nozzle needle and nozzle needle seat as well as the diameter of the Bore is limited, and the force acting on it instead of.
Eine Variante sieht vor, dass das Gehäuse zweiteilig ausgeführt ist, insbesondere, dass im ersten Teil des Gehäuses der Ventilsteuerraum angeordnet ist und dass im zweiten Teil des Gehäuses der Druckraum angeordnet ist, so dass Herstellung, Montage und Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen Injektors verbessert werden. A variant provides that the housing in two parts is carried out, in particular that in the first part of the Housing the valve control chamber is arranged and that in second part of the housing the pressure chamber is arranged, so that manufacture, assembly and operating behavior of the injector according to the invention can be improved.
In Ergänzung der Erfindung ist der Durchmesser der Düsennadel im Druckraum mindestens teilweise größer als in der Bohrung, so dass eine größere Sicherheit gegen ein Abknicken der Düsennadel im Bereich des Druckraums gegeben ist.In addition to the invention, the diameter is Nozzle needle in the pressure chamber is at least partially larger than in of the hole, so greater security against one Bending of the nozzle needle in the area of the pressure chamber is.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist im zweiten Teil des Gehäuses eine Hülse mit der Bohrung angeordnet, so dass einerseits die Montierbarkeit des Injektors verbessert wird und außerdem die Herstellung der Bohrung mit der erforderlichen Genauigkeit erleichtert wird.In one embodiment of the invention is in the second part of the housing a sleeve with the bore arranged so that on the one hand the mountability of the injector is improved and also the production of the hole with the required accuracy is facilitated.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stirnfläche der Hülse den Druckraum in Längsrichtung begrenzt, so dass der Injektor in Längsrichtung kompakt baut und die Zahl der Baueile so gering wie möglich gehalten wird.In another embodiment of the invention provided that the end face of the sleeve in the pressure chamber Longitudinal bounded, so that the injector in Longitudinally compact and so the number of parts is kept as low as possible.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dichtet eine senkrecht zur Längsachse der Hülse verlaufende Ringfläche und ein Absatz im zweiten Teil des Gehäuses den Druckraum gegenüber der Umgebung ab, so dass aufgrund der kleinen Dichtfläche und der daraus resultierenden hohen Flächenpressung eine gute Abdichtung gegeben ist.In a further embodiment of the invention seals a perpendicular to the longitudinal axis of the sleeve Ring surface and a paragraph in the second part of the housing Pressure space from the environment, so that due to the small sealing surface and the resulting high Surface pressure a good seal is given.
Bei einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die Hülse eine zweite Bohrung aufweist, die den Zulaufkanal und den Druckraum miteinander verbindet, so dass Herstellung und Montage weiter vereinfacht werden.Another variant provides that the sleeve has a second hole that the inlet channel and Pressure chamber connects so that manufacturing and Assembly can be further simplified.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Teil und der zweite Teil des Gehäuses durch eine Überwurfmutter lösbar miteinander verbunden, so dass über den gesamten Umfang der Gehäuseteile eine gleichmäßige Anpresskraft beim Anziehen der Überwurfmutter erzeugt wird und somit eine gute Abdichtung des Injektors gegenüber der Umgebung erreicht wird.In one embodiment of the invention are the first part and the second part of the housing by a union nut releasably connected to each other, so that over the entire Scope of the housing parts a uniform contact pressure when Tightening the union nut is generated and thus a good sealing of the injector from the environment is achieved.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen erstem Teil und zweitem Teil des Gehäuses ein Zwischenstück angeordnet, so dass die Montage des erfindungsgemäßen Injektors weiter erleichtert wird.In a further embodiment of the invention is between the first Part and second part of the housing an intermediate piece arranged so that the assembly of the invention Injector is further facilitated.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen erstem Teil und zweitem Teil des Gehäuses bzw. erstem Teil des Gehäuses und Zwischenstück ein Dichtelement, insbesondere ein O-Ring vorhanden ist, so dass der Austritt von Lecköl in die Umgebung verhindert wird.In addition to the invention it is provided that between first part and second part of the housing or first part a sealing element of the housing and intermediate piece, in particular an O-ring is present, so that the exit leakage oil into the environment is prevented.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass der Kraftstoffzufluss in den Ventilsteuerraum über eine Zulaufdrossel und der Kraftstoffabfluss über ein Steuerventil, insbesondere ein 2/2-Steuerventil, erfolgt, so dass die Steuerung des Injektors einfach und zuverlässig erfolgt.Another variant of the invention provides that the Fuel flow into the valve control room via a Inlet throttle and the fuel outflow via Control valve, in particular a 2/2-way control valve, making the control of the injector simple and reliable he follows.
Eine weitere Ergänzung der Erfindung sieht vor, dass in dem zweiten Teil des Gehäuses und gegebenenfalls in dem Zwischenstück Bohrungen vorhanden sind, die den Zulaufkanal mit dem Druckraum verbinden, so dass der erfindungsgemäße Injektor besonders kompakt baut und außerdem die Herstellung erleichtert wird.Another addition to the invention provides that in the second part of the housing and possibly in the Intermediate piece bores are present that cover the inlet channel connect to the pressure chamber, so that the invention Injector is particularly compact and also the Manufacturing is facilitated.
Bei einer anderen Variante der Erfindung ist zwischen Ventilkolben und Düsennadel eine Druckstange angeordnet, so dass der axiale Abstand zwischen Ventilsteuerraum und Druckraum den sonstigen konstruktiven Randbedingungen angepasst werden kann.In another variant of the invention is between Valve piston and nozzle needle arranged a push rod, so that the axial distance between the valve control chamber and Pressure room the other constructive boundary conditions can be customized.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkolben und die Druckstange einteilig ausgeführt sind, so dass die Zahl der Bauteile verringert wird. In a further addition to the invention it is provided that the valve piston and the push rod are made in one piece are, so that the number of components is reduced.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist eine sich gegen einen Absatz des Ventilkolbens und einen Absatz des Gehäuses abstützende Düsenfeder vorhanden, so dass der Injektor bei fehlendem Steuerdruck selbsttätig schließt.In another embodiment of the invention is one against a shoulder of the valve piston and a shoulder of the Nozzle spring supporting the housing, so that the Injector closes automatically when there is no control pressure.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the following description, the Drawing and the claims can be removed.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.One embodiment of the subject of the invention is shown in the drawing and in more detail below described.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor. Über einen Hochdruckanschluss 1 wird der nicht dargestellte Kraftstoff über einen Zulaufkanal 3 zu einer Einspritzdüse 5 sowie über eine Zulaufdrossel 7 in einen Ventilsteuerraum 9 geführt. Der Ventilsteuerraum 9 ist über ein Steuerventil 11 mit einem Kraftstoffrücklauf 13 verbunden.The drawing shows a cross section through an injector according to the invention. The fuel (not shown ) is fed via a high-pressure connection 1 via an inlet channel 3 to an injection nozzle 5 and via an inlet throttle 7 into a valve control chamber 9 . The valve control chamber 9 is connected to a fuel return 13 via a control valve 11 .
Der Injektor besteht aus einem Gehäuse mit einem ersten Teil 15 und einem zweiten Teil 16. Zwischen erstem und zweitem Teil 15, 16 ist ein Zwischenstück 17 angeordnet.The injector consists of a housing with a first part 15 and a second part 16 . An intermediate piece 17 is arranged between the first and second part 15 , 16 .
Der Ventilsteuerraum 9 wird von einem Ventilkolben 19 begrenzt. Eine über eine Druckstange 20 mit dem Ventilkolben 19 in Wirkverbindung stehende Düsennadel 21 verhindert, dass der unter Druck stehende Kraftstoff zwischen den Einspritzungen aus der Einspritzdüse 5 in den nicht dargestellten Brennraum fließt. Dies geschieht dadurch, dass die Düsennadel 21 in einen Düsennadelsitz 22 gepresst wird und den Zulaufkanal 3 gegen den nicht dargestellten Brennraum abdichtet. Dabei bildet sich zwischen Düsennadel 21 und Düsennadelsitz 22 eine kreisförmig Dichtlinie. The valve control chamber 9 is delimited by a valve piston 19 . A nozzle needle 21 , which is operatively connected to the valve piston 19 via a push rod 20, prevents the fuel under pressure from flowing between the injections from the injector 5 into the combustion chamber (not shown). This is done in that the nozzle needle 21 is pressed into a nozzle needle seat 22 and seals the inlet channel 3 against the combustion chamber, not shown. A circular sealing line is formed between the nozzle needle 21 and the nozzle needle seat 22 .
Die Druckstange 20 und der Ventilkolben 19 können aus einem Stück oder zweiteilig gefertigt sein. Die Entscheidung für eine der genannten Ausführungsformen hängt u. a. von den Herstellungskosten, der Montierbarkeit und dem Betriebsverhalten des Injektors ab.The push rod 20 and the valve piston 19 can be made in one piece or in two parts. The decision for one of the mentioned embodiments depends, among other things, on the production costs, the ability to be assembled and the operating behavior of the injector.
Die Düsennadel 21 weist einen ersten Durchmesser 23, einen zweiten Durchmesser 25 und einen dritten Durchmesser 27 auf. Mit ihrem ersten Durchmesser 23 ist die Düsennadel 21 in einer Bohrung 29 einer Hülse 31 geführt. In einem Druckraum 33 der Einspritzdüse hat die Düsennadel 21 den zweiten Durchmesser 25. An ihrem dem Düsennadelsitz 22 zugewandten Ende hat die Düsennadel 21 den dritten Durchmesser 27. Der erste Durchmesser 23 ist kleiner als der zweite Durchmesser 25 und größer als der dritte Durchmesser 27.The nozzle needle 21 has a first diameter 23 , a second diameter 25 and a third diameter 27 . With its first diameter 23 , the nozzle needle 21 is guided in a bore 29 of a sleeve 31 . In a pressure chamber 33 of the injection nozzle, the nozzle needle 21 has the second diameter 25 . At its end facing the nozzle needle seat 22 , the nozzle needle 21 has the third diameter 27 . The first diameter 23 is smaller than the second diameter 25 and larger than the third diameter 27 .
In dem Zwischenstück 17 und der Hülse 31 sind Bohrungen 35 und 37 angebracht durch die der Druckraum 33 mit dem Zulaufkanal 3 verbunden wird.In the intermediate piece 17 and the sleeve 31 bores 35 and 37 are made through which the pressure chamber 33 is connected to the inlet channel 3 .
Der Druckraum 33 wird durch die Hülse 31, die Düsennadel 21 und den zweiten Teil 16 des Injektor-Gehäuses abgedichtet. Die Düsennadel 21 ist in der Bohrung 29 mit so geringem Spiel geführt, dass der Druck des Druckraums 33 nahezu vollständig in dem Ringspalt zwischen Düsennadel 21 und Bohrung 29 abgebaut wird. Die Abdichtung zwischen der Hülse 31 und dem zweiten Teil 16 des Injektor-Gehäuses erfolgt über einen Absatz 39 im Gehäuse und die Stirnfläche der Hülse 31.The pressure chamber 33 is sealed by the sleeve 31 , the nozzle needle 21 and the second part 16 of the injector housing. The nozzle needle 21 is guided in the bore 29 with so little play that the pressure of the pressure chamber 33 is almost completely reduced in the annular gap between the nozzle needle 21 and the bore 29 . The seal between the sleeve 31 and the second part 16 of the injector housing takes place via a shoulder 39 in the housing and the end face of the sleeve 31 .
Der erste Teil 15 des Gehäuses, das Zwischenstück 17 und der zweite Teil 16 des Gehäuses werden durch eine Überwurfmutter 41 zusammengespannt. Eventuell auftretendes Lecköl wird durch einen O-Ring 43 am Austritt in die Umgebung gehindert und über eine Bohrung 45 in den Kraftstoffrücklauf 13 abgeführt.The first part 15 of the housing, the intermediate piece 17 and the second part 16 of the housing are clamped together by a union nut 41 . Any leakage oil that occurs is prevented by an O-ring 43 from escaping into the environment and is discharged into the fuel return 13 via a bore 45 .
Eine zwischen einem Absatz 47 der ersten Teils 15 des Gehäuses und einem Absatz 49 der Druckstange 20 eingespannte Rückstellfeder 51 schließt die Einspritzdüse 5, wenn kein Steuerdruck vorhanden ist, beispielsweise weil die Brennkraftmaschine abgestellt wurde.A return spring 51 clamped between a shoulder 47 of the first part 15 of the housing and a shoulder 49 of the push rod 20 closes the injection nozzle 5 when there is no control pressure, for example because the internal combustion engine has been switched off.
Lecköl, welches zwischen dem Ventilkolben 19 und seiner Führung im Gehäuse austritt, kann entlang der Druckstange 20 bis zu dem Zwischenstück 17 fließen und von dort über die Bohrung 45 in den Kraftstoffrücklauf 13 abgeführt werden.Leakage oil, which emerges between the valve piston 19 and its guide in the housing, can flow along the push rod 20 to the intermediate piece 17 and can be discharged from there via the bore 45 into the fuel return 13 .
Bei geschlossenem Steuerventil 11 liegt sowohl im Steuerraum 9 als auch im Druckraum 33 der von dem nicht dargestellten Common-Rail-Druckspeicher bereitgestellte Steuerdruck an. Da die Stirnfläche 53 des Ventilkolbens 19 größer als die durch ersten Durchmesser 23 und drittem Durchmesser 27 begrenzte Ringfläche ist, presst die resultierende hydraulische Kraft Ventilkolben 19 und Düsennadel 21 in den Düsennadelsitz 22. Dabei wurde angenommen, dass der Durchmesser der o. g. Dichtlinie zwischen Düsennadel 21 und Düsennadelsitz 22 und der dritte Durchmesser 27 der Düsennadel 21 gleich sind. Diese Annahme ist zutreffend, da der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes 22 idR etwas kleiner als der der Spitze der Düsennadel 21 ist. Strenggenommen wird die Ringfläche durch den Durchmesser der Dichtlinie begrenzt.When the control valve 11 is closed, the control pressure provided by the common rail pressure accumulator, not shown, is present both in the control chamber 9 and in the pressure chamber 33 . Since the end face 53 of the valve piston 19 is larger than the ring area delimited by the first diameter 23 and third diameter 27 , the resulting hydraulic force presses the valve piston 19 and the nozzle needle 21 into the nozzle needle seat 22 . It was assumed that the diameter of the abovementioned sealing line between nozzle needle 21 and nozzle needle seat 22 and the third diameter 27 of nozzle needle 21 are the same. This assumption is correct since the cone angle of the nozzle needle seat 22 is generally somewhat smaller than that of the tip of the nozzle needle 21 . Strictly speaking, the ring area is limited by the diameter of the sealing line.
Die Ringfläche, welche durch die Differenz zwischen erstem Durchmesser 23 und zweitem Durchmesser 25 begrenzt wird, leistet keinen Beitrag zur resultierenden hydraulischen Kraft. Die Verdickung der Düsennadel 21 mit dem zweiten Durchmesser 25 dient der Stabilisierung der Düsennadel 21 im Druckraum 33. Dadurch, dass die Düsennadel 21 im Bereich der Bohrung 29 einen sehr kleinen dritten Durchmesser 23 aufweist, ist der oben angesprochene Ringspalt zwischen der Hülse 31 und der Düsennadel 21 relativ klein, so dass dessen Abdichtung gegen den Steuerdruck im Druckraum 33 sehr gut möglich ist.The annular surface, which is limited by the difference between the first diameter 23 and the second diameter 25 , makes no contribution to the resulting hydraulic force. The thickening of the nozzle needle 21 with the second diameter 25 serves to stabilize the nozzle needle 21 in the pressure chamber 33 . Because the nozzle needle 21 has a very small third diameter 23 in the region of the bore 29 , the above-mentioned annular gap between the sleeve 31 and the nozzle needle 21 is relatively small, so that sealing against the control pressure in the pressure chamber 33 is very possible.
Wenn das Steuerventil 11 geöffnet wird, sinkt der Druck im Ventilsteuerraum 9. In Folge dessen sinkt auch die auf die Stirnfläche 53 des Ventilkolbens 19 wirkende hydraulische Kraft. Sobald diese hydraulische Kraft kleiner als die auf die durch ersten Durchmesser 23 und dritten Durchmesser 27 begrenzte Ringfläche wirkende hydraulische Kraft ist, bewegt sich die Düsennadel 21 in Richtung des Steuerventils 11 und öffnet dadurch die Einspritzdüse 5. In Folge dessen wird der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. Die Zulaufdrossel 7 verhindert einen vollständigen Druckausgleich zwischen Ventilsteuerraum 9 und Zulaufkanal 3.When the control valve 11 is opened, the pressure in the valve control chamber 9 drops. As a result, the hydraulic force acting on the end face 53 of the valve piston 19 also drops. As soon as this hydraulic force is less than the hydraulic force acting on the annular area delimited by the first diameter 23 and third diameter 27 , the nozzle needle 21 moves in the direction of the control valve 11 and thereby opens the injection nozzle 5 . As a result, the fuel is injected into the combustion chamber. The inlet throttle 7 prevents complete pressure equalization between the valve control chamber 9 and the inlet channel 3 .
Um die Einspritzung zu beenden, wird das Steuerventil 11 geschlossen. Dadurch baut sich im Ventilsteuerraum 9 über die Zulaufdrossel 7 wieder annähernd der Common-Rail-Druck auf. Sobald die auf die Stirnfläche 53 des Ventilkolbens 19 wirkende hydraulische Kraft die auf die durch ersten Durchmesser 23 und dritten Durchmesser 27 begrenzte Ringfläche wirkende hydraulische Kraft überschreitet, schließt die Düsennadel 21 die Einspritzdüse 5. Wegen der im Vergleich zu der durch ersten Durchmesser 23 und dritten Durchmesser 27 begrenzten Ringfläche deutlich größeren Stirnfläche 53 des Ventilkolbens, erfolgt die Schließbewegung sehr schnell und mit großer Kraft.In order to end the injection, the control valve 11 is closed. As a result, approximately the common rail pressure builds up again in the valve control chamber 9 via the inlet throttle 7 . As soon as the hydraulic force acting on the end face 53 of the valve piston 19 exceeds the hydraulic force acting on the ring area delimited by the first diameter 23 and third diameter 27 , the nozzle needle 21 closes the injection nozzle 5 . Because of the significantly larger end face 53 of the valve piston compared to the ring area delimited by first diameter 23 and third diameter 27 , the closing movement takes place very quickly and with great force.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and The features shown in the drawing can be both individually as well as in any combination with each other be essential to the invention.
Claims (17)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |