JP2002504642A - エマルジョン化されたディーゼル燃料のディーゼルエンジンの燃焼室内への段階的噴射 - Google Patents

エマルジョン化されたディーゼル燃料のディーゼルエンジンの燃焼室内への段階的噴射

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JP2002504642A JP2000532624A JP2000532624A JP2002504642A JP 2002504642 A JP2002504642 A JP 2002504642A JP 2000532624 A JP2000532624 A JP 2000532624A JP 2000532624 A JP2000532624 A JP 2000532624A JP 2002504642 A JP2002504642 A JP 2002504642A
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Abstract

(57)【要約】 長い点火遅れを有する低セタン燃料を使用する際に生じる問題を克服するディーゼルエンジン(10)の作動方法が開示されている。この方法は、ディーゼルエンジン(10)の燃焼室(14)への段階的なエマルジョン化されたディーゼル燃料の噴射を提供する。特に、この方法は、(A)前記燃焼室(14)内に水とディーゼル燃料とを含むエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量(38)を噴射し、(B)ディーゼルエンジンの圧縮ストロークの際に、燃焼室(14)内のエマルジョン化された燃料の先走り容量(38)を圧縮し、(C)エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量(40)をディーゼルエンジン(10)の燃焼室(14)内に噴射し、これにエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量(38)の圧縮によって発生した熱がこのエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量(38)を燃焼させ、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量(40)を点火する各ステップからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の技術分野) 本発明は広義にはディーゼルエンジンの作動方法に関し、詳しくは、エマルジ
ョン化されたディーゼル燃料の主要容量を噴射する前に、ディーゼルエンジンの
燃焼室に先走り容量のエマルジョン化されたディーゼル燃料を噴射することによ
って、ディーゼルエンジンを作動する方法に関する。
【0002】 (発明の背景) 特定の環境下では、ディーゼルエンジンを低セタン燃料で作動させることが望
ましい場合がある。しかし、低セタン燃料は点火性が悪いことが多い。特に、低
セタン燃料は一般的に比較的長い点火遅れを有する。即ち、低セタン燃料がディ
ーゼルエンジンの燃焼室に噴射された時刻とこの低セタン燃料に実際に火が付く
時刻との間に比較的長い時間が経過する。
【0003】 したがって、低セタン燃料を使用することの一つの欠点は、その比較的長い点
火遅れがディーゼルエンジンの始動に問題を生じることにある。更に、この長い
点火遅れのために、軽負荷の下でディーゼルエンジンが不点火(ミスファイア)
を生じることがある。
【0004】 それ故、前述の欠点の一つ以上を克服して、ディーゼルエンジンを低セタン燃
料で作動させることが要望されている。
【0005】 (発明の開示) 本発明の第1実施例によれば、(i)燃焼室と(ii)該燃焼室に流体連通す
るように位置決めされた噴射ポートを有する燃料噴射器とを具えたディーゼルエ
ンジンを作動させる方法が提供される。この方法は、(A)前記燃料噴射器によ
って前記燃焼室内にエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量を噴射し
、(B)ディーゼルエンジンの圧縮ストロークの際に、燃焼室内のエマルジョン
化された燃料の先走り(パイロット)容量を圧縮し、(C)エマルジョン化され
たディーゼル燃料の主要容量を燃料噴射器によって燃焼室内に噴射し、これにエ
マルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量の圧縮によって発生した熱がこ
の先走りエマルジョン化されたディーゼル燃料を燃焼させ、エマルジョン化され
たディーゼル燃料の主要容量を点火する各ステップからなる。
【0006】 本発明の第2実施例によれば、ディーゼルエンジンを作動させる方法が提供さ
れる。この方法は、(A)ディーゼルエンジンの燃焼室に水とディーゼル燃料と
で構成されたエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量を噴射し、(B
)ディーゼルエンジンの圧縮ストロークの際に、このエマルジョン化されたディ
ーゼル燃料の先走り容量を前記燃焼室内で圧縮し、(C)ディーゼルエンジンの
圧縮ストロークの際に、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量を前記
燃焼室に噴射し、このエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量を圧縮
することによって発生した熱がエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容
量を燃焼させ、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量に点火する各ス
テップからなる。
【0007】 本発明の第3実施例によれば、燃料噴射器を有するディーゼルエンジンを作動
させる方法が提供される。この方法は、(A)前記燃料噴射器によってディーゼ
ルエンジンの燃焼室に水とディーゼル燃料とで構成されたエマルジョン化された
ディーゼル燃料の先走り容量を噴射し、(B)ディーゼルエンジンの圧縮ストロ
ークの際に燃焼室内のエマルジョン化されたディーゼル燃料のこの先走り容量を
圧縮し、(C)前記圧縮ステップの際に噴射器によって前記燃焼室にエマルジョ
ン化されたディーゼル燃料の主要容量を噴射し、エマルジョン化されたディーゼ
ル燃料のこの先走り容量の圧縮によって発生した熱がエマルジョン化されたディ
ーゼル燃料のこの先走り容量を燃焼させ、エマルジョン化されたディーゼル燃料
の前記主要容量に点火する各ステップからなる。
【0008】 (発明を実施するための最良の態様) 本発明は種々の改変や他の形態が可能であるが、一つの実施例を例示として図
に示し、それについて以下に詳述する。しかし、本発明を開示されたこの特別な
形態に限定する意図はなく、逆に本発明は添付の特許請求の範囲に規定された精
神と範囲に入るすべての改変、均等物並びに同等物をカバーするものであること
を理解すべきである。
【0009】 図1を参照すると、4ストローク型ディーゼルエンジン10の一部断面破断側
面図が示されている。このエンジン10は、ピストン28とこのピストン28に
機能的に連結されたクランクシャフト30とを具えている。ピストン28は、エ
ンジン10のエンジンブロック19に形成されたシリンダ12内に置かれている
。このシリンダ12は燃焼室14を規定している。更に、エンジン10は燃料噴
射器24を具えている。この燃料噴射器24は、シリンダ12に流体連通してい
る噴射ポート26を有している。
【0010】 更に、燃料噴射器24は、(i)エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走
り容量38(図2参照)と(ii)エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要
容量40(図3参照)の燃焼室14への段階的噴射を制御するために、エンジン
制御モジュール(図示しない)に電気的に接続されている。
【0011】 ここで、「先走り容量(pilot volume)」(即ち先走り容量38)なる用語は、
燃焼室14内で燃焼した場合に、この燃焼とほぼ同時に燃焼室14内に噴射され
た実質的にそれよりも多量(即ち主要容量40)のエマルジョン化されたディー
ゼル燃料を点火するのに有効なエマルジョン化されたディーゼル燃料の容量のこ
とである。燃料噴射器24によって燃焼室14内に噴射される先走り容量は、(i
)先走り容量38に含まれるエマルジョン化されたディーゼル燃料と(ii)主要容 量40に含まれるエマルジョン化されたディーゼル燃料とを組み合わせたものに
よって放出されたエネルギーの総量の約1%から約5%に寄与するエマルジョン
化されたディーゼル燃料の量(即ち容量)を表していることに留意されたい。例
えば、この先走り容量38は、燃料噴射器24がエンジンの一サイクル中に燃焼
室14内に噴射するエマルジョン化されたディーゼル燃料の総量(即ち100%
)の約1%から約5%に等しい。
【0012】 ここで「主要容量」なる用語は、先走り容量よりも実質的に大きく、且つ燃焼
室14内で燃焼するとクランクシャフト30を回転させてエンジンを正常に作動
させることができるエマルジョン化されたディーゼル燃料の容量のことである。
燃料噴射器24によって燃焼室14内に噴射される主要容量は、(i)先走り容
量38に含まれているエマルジョン化されたディーゼル燃料と、(ii)主要容
量40に含まれているエマルジョン化されたディーゼル燃料との混合物の燃焼に
よって放出されるエネルギの総量の約95%から約99%に寄与するエマルジョ
ン化されたディーゼル燃料の量(即ち容量)を表していることに留意されたい。
例えば、この主要容量40は、エンジンの一サイクル中に燃料噴射器25が燃焼
室14内に噴射するエマルジョン化されたディーゼル燃料の総量(即ち100%
)の約95%から約99%に等しい。
【0013】 したがって、エンジンの一サイクル中において、先走り容量38が燃焼室14
に噴射されるエマルジョン化されたディーゼル燃料の総量の約1%に等しい場合
には、エンジンの一サイクル中において、主要容量40は燃焼室14に噴射され
るエマルジョン化されたディーゼル燃料の総量の約99%に等しくなるであろう
ことに留意されたい。これに対応して、エンジンの一サイクル中において、先走
り容量38が燃焼室14に噴射されるエマルジョン化されるディーゼル燃料の総
量の約5%に等しい場合には、エンジンの一サイクル中において、主要容量40
は燃焼室14に噴射されるエマルジョン化されたディーゼル燃料の総量の約95
%に等しくなるであろう。
【0014】 このエマルジョン化されたディーゼル燃料は、水と液体燃料とを含む低セタン
燃料である。好ましくは、この液体燃料はディーゼル燃料である。更に、本明細
書中で使用される場合に「水」なる用語に意味を与えるために、この用語「水」
は、液体(例えばディーゼル燃料単独)がそれの処理、輸送及び使用の際に周囲
の環境に曝される結果として、液体中に通常生じるであろう最低量よりも多くの
重量パーセントの水を含んでいる混合物中の水の量を意味するのに使用されてい
る。例えば、エマルジョン化されたディーゼル燃料は、燃料に対する水の比率が
約X重量%であるディーゼル燃料と水のエマルジョンであり、ここで好ましくは
5<X<60であり、更に好ましくは10<X<50である。その上、このエマ
ルジョン化されたディーゼル燃料は、(i)連続相としての水と不連続相として
のディーゼル燃料、又は(ii)連続相としてのディーゼル燃料と不連続相とし
ての水を有しているものである。更に、このエマルジョン化されたディーゼル燃
料は、任意の適宜な乳化剤を含んでいてもよい。
【0015】 エンジン10は、揺動アーム(図示しない)とプッシュアーム(図示しない)
とに連動するバルブ20も具えている。更に、エンジン10は、揺動アーム(図
示しない)とプッシュアーム(図示しない)とに連動するバルブ22も具えてい
る。バルブ20と22はシリンダ12に連動している。エンジン10は、シリン
ダ12に流体的に連通している吸気導管16も具えている。エンジン10は、更
にシリンダ12に流体的に連通している排気導管18を具えている。
【0016】 前述したように、エンジン10は四ストローク型ディーゼルエンジンである。
第1ストロークは吸気ストローク(図1参照)であって、カム(図示しない)の
回転によってバルブ20に連動する揺動アーム(図示しない)とプッシュロッド
(図示しない)が作動し、バルブ20は矢印42で示された方向に動かされる。
矢印42で示された方向へのバルブの移動によって、シリンダ12は吸気導管1
6と流体的に連通する。シリンダ12が吸気導管16に流体的に連通すると、ク
ランクシャフト30が矢印34で示された方向に回転するにつれて、空気がシリ
ンダ12(したがって燃焼室14)内に進入し、その結果、ピストン28を矢印
32で示された方向に移動させる。
【0017】 図2に示されているように、吸気ストロークが終了すると、エンジン10は圧
縮ストロークに進行する。圧縮ストロークにおいて、バルブ20は吸気導管16
とシリンダ12との流体的連通を絶つような位置を占め、クランクシャフト30
はピストン28を矢印32で示された方向に移動させる。圧縮ストロークにおい
て、エンジン制御モジュール(図示しない)は先走り容量出力信号を発して燃料
噴射器24を作動させ、エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38
の噴射を(噴射ポート26を通じて)開始する。図2に示されているように、圧
縮ストロークにおいて上死点に達する以前(BTDC)の約2°から約120°
までの間にクランクシャフト30が位置している時に、エマルジョン化されたデ
ィーゼル燃料の先走り容量38のシリンダ12への噴射が開始されることが好ま
しい。エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38のシリンダ12へ
の噴射によって、シリダ12内に(i)空気と(ii)エマルジョン化されたデ
ィーゼル燃料とを含む混合物が生成される。圧縮ストロークの最上部の近傍にお
いて、前述の混合物の圧縮によって発生した熱によって、燃焼室14内のエマル
ジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38が燃焼する。
【0018】 図3に示されているように、エマルジョン化された燃料の先走り容量38が燃
焼するのとほぼ同時に、エンジン制御モジュール(図示しない)は主要容量出力
信号を発生して、燃料噴射器24を作動させてエマルジョン化されたディーゼル
燃料の主要容量40のシリンダ12への噴射を開始する。特に図3に示されるよ
うに、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量40のシリンダ12への
噴射は、エンジン10の圧縮ストロークの際に上死点に達する以前(BTDC)
の約18°から約0°までの間にクランクシャフト30が位置している時に開始
される。0°のBTDCはクランクシャフト30の上死点(TDC)の位置を表
していることを理解すべきである。その上、主要容量40の噴射は、クランクシ
ャフト30がTDCを通過した位置(即ちエンジン10の動力ストロークの期間
)にある場合に開始される。詳しくは、主要容量40の噴射は、クランクシャフ
ト30がTDCを過ぎて約1°から約5°の間に位置している動力ストロークの
間に開始される。エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38の燃焼
によって、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量40は点火される。
【0019】 エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38と主要容量40の点火
とそれに引き続く燃焼によって、燃焼室14内に排気ガスが発生する。動力スト
ロークの間に、ピストン28は排気ガスによって矢印42で示された方向に駆動
され、クランクシャフト30を矢印34で示された方向に回転させる。
【0020】 その後、エンジン10は排気ストローク(図示しない)に進み、もう一つのプ
ッシュロッド(図示しない)がカム(図示しない)によって動かされ、バルブ2
2を開いてシリンダ12を排気導管18に流体的に連通させる。エマルジョン化
されたディーゼル燃料の先走り容量38と主要容量40の燃焼によって生じた排
気ガスは、次に、排気ストロークの際の矢印32で示された方向へのピストン2
8の動きによってシリンダ12から排気導管18まで進行せしめられる。
【0021】 総合すれば、吸気ストローク、圧縮ストローク、動力ストローク及び排気スト
ロークがエンジン10の一サイクル中に含まれている。排気ストロークが終了す
ると、吸気ストロークが繰り返され、新たなエンジンサイクルが始まる。
【0022】 (産業上の利用性) 低セタン燃料の使用によって生じる点火の長い遅れに関連する前述の問題は、
本発明を使用することによって解決可能であることを理解されたい。特に、この
問題は、(i)エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38を燃料噴
射器24によって燃焼室14内に噴射し、(ii)エンジン10の圧縮ストロー
クの際にエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38を燃焼室14内
で圧縮し、(iii)エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量40を燃
料噴射器24によって燃焼室14に噴射して、エマルジョン化されたディーゼル
燃料の先走り容量38によって発生した熱がこの先走り容量38を燃焼させ、エ
マルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量40に点火することによって解決
可能である。エマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量38の燃焼室1
4への噴射と、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量40の燃焼室1
4内への噴射との間に、一定の時間が経過していることに留意すべきである。
【0023】 本発明は図面と前述の説明に詳細に図示され且つ述べられているが、これらの
図面や説明はあくまでも例示であって何らの限定的な性質を持たず、ただ好適実
施例が図示され説明されているのみであり、本発明の精神の範囲内に入るすべて
の変更や修正を保護することが望まれているものと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の特長を組み込んだディーゼルエンジンの一部破断側断面図であり、吸
気ストロークの状態にあるエンジンを示す。
【図2】 図1と同様の図であるが、圧縮ストロークの状態にあるエンジンを示す。
【図3】 図2と同様な図であるが、図2に比べて圧縮ストロークの終期にあるエンジン
を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AL,AM,A T,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA ,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES, FI,GB,GE,GH,GM,HU,ID,IL,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK, MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 3G023 AA08 AB05 AB08 AC04 AC08 AD02 AD14 AG05 3G092 AA02 AB15 BB06 BB13 BB20 EA17 FA31 HB02Z HB05Z

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (i)燃焼室(14)と(ii)該燃焼室(14)に流体連
    通するように位置決めされた噴射ポート(26)を有する燃料噴射器(24)と
    を具えたディーゼルエンジン(10)の作動方法であって、 前記燃料噴射器(24)によって前記燃焼室(14)内にエマルジョン化され
    たディーゼル燃料の先走り容量(38)を噴射し、 ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストロークの際に、エマルジョン化された
    ディーゼル燃料のこの先走り容量(38)の圧縮し、 エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量(40)を燃料噴射器(24
    )によって燃焼室(14)内に噴射し、これによって、エマルジョン化されたデ
    ィーゼル燃料の先走り容量(38)の圧縮によって発生した熱がエマルジョン化
    されたディーゼル燃料のこの先走り容量(38)を燃焼させ、エマルジョン化さ
    れたディーゼル燃料の主要容量(40)に点火する各ステップを含むことを特徴
    とするディーゼルエンジンの作動方法。
  2. 【請求項2】 前記主要容量(40)が、前記圧縮ストロークの間に前記燃
    料噴射器(24)によって前記燃焼室(14)に噴射されることを特徴とする請
    求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記エマルジョン化されたディーゼル燃料が、水とディーゼ
    ル燃料とを含んでいることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記エマルジョン化されたディーゼル燃料が、燃料に対する
    水の比率が約X%であるディーゼル燃料中に水を含むエマルジョンであり、ここ
    で5<X<60であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記先走り容量(38)の噴射ステップと主要容量(40)
    の噴射ステップの両方が、前記ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストロークの
    際に行われることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記ディーゼルエンジン(10)が更にクランクシャフト(
    30)を具え、 前記先走り容量(38)の噴射ステップが、クランクシャフト(30)がBT
    DCにおいて約2°から約120°の間に位置している時に行われ、 前記主要容量(40)の噴射ステップが、クランクシャフト(30)がBTD
    Cにおいて約2°から約10°の間に位置している時に行われることを特徴とす
    る請求項2に記載の方法。
  7. 【請求項7】 先走り容量(38)の噴射ステップと主要容量(40)の噴
    射ステップとの間に一定の時間経過があることを特徴とする請求項2に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 ディーゼルエンジンの燃焼室(14)に水とディーゼル燃料
    とで構成されたエマルジョン化されたディーゼル燃料の先走り容量(38)を噴
    射するステップと、 ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストロークの際に、エマルジョン化された
    ディーゼル燃料の前記先走り容量(38)を前記燃焼室(14)内で圧縮するス
    テップと、 ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストロークの際に、エマルジョン化された
    ディーゼル燃料の主要容量(40)の前記燃焼室(14)に噴射し、エマルジョ
    ン化されたディーゼル燃料の前記先走り容量(38)を圧縮することによって発
    生した熱がエマルジョン化されたディーゼル燃料の前記先走り容量(38)を燃
    焼させ、エマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量(40)に点火するス
    テップと、 を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの作動方法。
  9. 【請求項9】 前記エマルジョン化されたディーゼル燃料が、燃料に対する
    水の比率が約X%であるディーゼル燃料中に水を含むエマルジョンであり、ここ
    で5<X<60であることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記先走り容量(38)の噴射ステップと主要容量(40
    )の噴射ステップの両方が、前記ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストローク
    の際に行われることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記ディーゼルエンジン(10)が更にクランクシャフト
    (30)を具え、 前記先走り容量(38)の噴射ステップが、クランクシャフト(30)がBT
    DCにおいて約5°から約120°の間に位置している時に行われ、 前記主要容量(40)の噴射ステップが、クランクシャフト(30)がBTD
    Cにおいて約2°から約10°の間に位置している時に行われることを特徴とす
    る請求項8に記載の方法。
  12. 【請求項12】 先走り容量(38)の噴射ステップと主要容量(40)の
    噴射ステップとの間に一定の時間経過があることを特徴とする請求項8に記載の
    方法。
  13. 【請求項13】 燃料噴射器(24)を有するディーゼルエンジン(10)
    を作動させる方法であって、 前記燃料噴射器(24)によってディーゼルエンジン(10)の燃焼室(14
    )に水とディーゼル燃料とで構成されたエマルジョン化されたディーゼル燃料の
    先走り容量(38)を噴射するステップと、 ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストロークの際に燃焼室(14)内のエマ
    ルジョン化されたディーゼル燃料のこの先走り容量(38)を圧縮するステップ
    と、 前記圧縮ステップの際に前記燃料噴射器(24)によって前記燃焼室(14)
    にエマルジョン化されたディーゼル燃料の主要容量(40)を噴射し、エマルジ
    ョン化されたディーゼル燃料の先走り容量(38)の圧縮によって発生した熱が
    エマルジョン化されたディーゼル燃料のこの先走り容量(38)を燃焼させ、エ
    マルジョン化されたディーゼル燃料の前記主要容量(40)を点火するステップ
    と、 を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの作動方法。
  14. 【請求項14】 前記エマルジョン化されたディーゼル燃料が、燃料に対す
    る水の比率が約X%であるディーゼル燃料中に水を含むエマルジョンであり、こ
    こで5<X<60であることを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記先走り容量の噴射ステップと主要容量の噴射ステップ
    の両方が、前記ディーゼルエンジン(10)の圧縮ストロークの際に行われるこ
    とを特徴とする請求項13に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記ディーゼルエンジン(10)が更にクランクシャフト
    (30)を具え、 前記先走り容量の噴射ステップが、クランクシャフト(30)がBTDCにお
    いて約5°から約120°の間に位置している時に行われ、 前記主要容量の噴射ステップが、クランクシャフト(30)がBTDCにおい
    て約2°から約10°の間に位置している時に行われることを特徴とする請求項
    13に記載の方法。
  17. 【請求項17】 先走り容量の噴射ステップと主要容量の噴射ステップとの
    間に一定の時間経過があることを特徴とする請求項13に記載の方法。
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