JP6409068B2 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、燃料噴射ノズルに関し、特に、内燃エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルに関する。 The present invention relates to a fuel injection nozzle, and more particularly to a fuel injection nozzle for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine.
EP0844383およびEP2568157は、内燃エンジン用の高圧燃料インジェクタを開示している。この燃料インジェクタは、穴を形成する噴射ノズルを有している。この穴は、燃料入口と複数の出口との間に高圧燃料のための流路を提供する。燃料は、高圧燃料供給路から受け入れられる。燃料インジェクタは、穴内で摺動可能なニードルを備えている。穴の下端において、ニードル座部が形成されており、ニードルは、この座部と係合可能である。出口は、座部の下流に設けられており、その結果、ニードルが座部に係合されたとき、燃料は噴射されることが阻止される。ニードルが座部から持ち上げられたときに、燃料は、座部を過ぎて、出口を通り、エンジンの関連する燃焼チャンバに入るように流れることができる。 EP 0 844 383 and EP 2568157 disclose high pressure fuel injectors for internal combustion engines. The fuel injector has an injection nozzle that forms a hole. This hole provides a flow path for high pressure fuel between the fuel inlet and the plurality of outlets. Fuel is received from the high pressure fuel supply path. The fuel injector includes a needle that can slide in the hole. A needle seat is formed at the lower end of the hole, and the needle can be engaged with the seat. The outlet is provided downstream of the seat so that fuel is prevented from being injected when the needle is engaged with the seat. When the needle is lifted from the seat, fuel can flow past the seat, through the outlet, and into the associated combustion chamber of the engine.
ニードルは、少なくとも1つの下流に向いたスラスト面を備えている。このスラスト面に対して穴内の高圧燃料が作用して、リフト力がニードルに提供される。制御チャンバが噴射ノズル内でニードルの上端のところに設けられており、その結果、ニードルの上端は、制御チャンバ内の燃料圧にさらされる。制御チャンバは、高圧の燃料を供給路から受け入れる。また、制御チャンバは、バルブを介して低圧ドレインに接続可能である。したがって、バルブは、制御チャンバ内の燃料の圧力を制御し、それ故、ニードルの上端に作用する下向きの閉鎖力を決定する。このように、ニードルに作用する正味の液圧力の方向(それ故に、バルブニードルの開移動および閉移動)が制御され得る。 The needle has at least one downstream-facing thrust surface. High pressure fuel in the hole acts on this thrust surface, and lift force is provided to the needle. A control chamber is provided in the injection nozzle at the upper end of the needle so that the upper end of the needle is exposed to the fuel pressure in the control chamber. The control chamber receives high pressure fuel from the supply path. The control chamber can also be connected to a low pressure drain via a valve. Thus, the valve controls the pressure of the fuel in the control chamber and therefore determines the downward closing force acting on the upper end of the needle. In this way, the direction of the net hydraulic pressure acting on the needle (hence the opening and closing movement of the valve needle) can be controlled.
制限部(バルブニードルと穴の一部分との間の径方向の小さなクリアランスの形態である)が、燃料入口と出口との間で穴を通る燃料の流れを制限するために設けられる。制限部は、下流に向いたスラスト面の上流にある。したがって、ニードルが開いて噴射が可能になり、次いで、制御チャンバとドレインとの間の連通が閉じられてニードルの閉状態が開始されるときに、穴内の燃料圧に起因する下流に向いたスラスト面に作用する上向きの力が制御チャンバ内の燃料圧に起因するニードルの上端に作用する下向きの力よりも小さくなることが確実になる。制限部によって生じる差圧によって、実質的に正味の閉鎖液圧力がニードルに作用し、迅速なニードル閉鎖を達成することが可能になる。 A restriction (in the form of a small radial clearance between the valve needle and a portion of the hole) is provided to restrict the flow of fuel through the hole between the fuel inlet and outlet. The limiting portion is upstream of the thrust surface facing downstream. Thus, when the needle is opened to allow injection and then the communication between the control chamber and the drain is closed and the needle closed state is initiated, the downstream thrust due to the fuel pressure in the bore It is ensured that the upward force acting on the surface is less than the downward force acting on the upper end of the needle due to the fuel pressure in the control chamber. The differential pressure produced by the restriction allows a substantially net closing fluid pressure to act on the needle and allow rapid needle closure to be achieved.
少なくともいくつかの実施形態では、本発明は、公知の燃料噴射ノズルに関する欠点を克服するか、少なくとも改善することを目的としている。特に、少なくともいくつかの実施形態では、本発明は、ニードルの閉動作が迅速であり、開フェーズ中のニードル速度が制御される燃料噴射ノズルを提供することを目的としている。 In at least some embodiments, the present invention aims to overcome or at least remedy the drawbacks associated with known fuel injection nozzles. In particular, in at least some embodiments, the present invention aims to provide a fuel injection nozzle that has a quick needle closing action and a controlled needle speed during the opening phase.
本発明の諸態様は、燃料噴射ノズルに関し、特に、内燃エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルに関する。 Aspects of the present invention relate to a fuel injection nozzle, and more particularly to a fuel injection nozzle for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine.
本発明のさらなる態様によれば、内燃エンジンの燃焼チャンバ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルが提供される。この燃料噴射ノズルは、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるための穴を有するノズル本体と;穴から燃焼チャンバまで燃料を供給するための少なくとも1つの噴射開口であって、総断面積Atotを有する少なくとも1つの噴射開口と;少なくとも1つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが阻止される閉位置と、少なくとも1つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが可能になる噴射位置と、の間で穴内を長手方向に変位可能なニードルと、を備えている。 According to a further aspect of the invention, a fuel injection nozzle is provided for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injection nozzle includes a nozzle body having a hole for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel; and at least one injection opening for supplying fuel from the hole to the combustion chamber, having a total cross-sectional area Atot A closed position in which the flow of fuel into the combustion chamber through the at least one injection opening is blocked; and the flow of fuel into the combustion chamber through the at least one injection opening. And a needle that can be displaced in the longitudinal direction within the hole.
燃料噴射ノズルは、穴を通る燃料の流れを制限するための制限部を備えている。この制限部は、少なくとも1つの噴射開口の総断面積Atotの関数としての寸法を有している。総断面積Atotとの用語は、少なくとも1つの噴射開口の累積断面積のことである。少なくともいくつかの実施形態では、噴射開口または噴射開口の各々の断面積は、その長さに沿って変わり得ることが理解されよう。本明細書に記載される少なくとも1つの噴射開口の断面積とは、少なくとも1つの噴射開口の出口のところで測定された断面積のことであり、この出口は、少なくとも1つの噴射開口の、燃焼チャンバに開口した端部のところにある。 The fuel injection nozzle includes a restricting portion for restricting the flow of fuel through the hole. This restriction has a dimension as a function of the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening. The term total cross-sectional area Atot refers to the cumulative cross-sectional area of at least one injection opening. It will be appreciated that in at least some embodiments, the cross-sectional area of each of the injection openings or injection openings may vary along its length. The cross-sectional area of at least one injection opening as described herein is the cross-sectional area measured at the outlet of at least one injection opening, which is the combustion chamber of at least one injection opening. At the end of the opening.
制限部は、1/Atotの関数である水力直径を有していてもよい。ここでAtotは、少なくとも1つの噴射開口の総断面積である。この関数は、線形関数であってもよい。制限部の水力直径の逆数は、総断面積の線形関数であってもよい。線形関数の傾きは、−a/Lであってもよい。ここで、aは定数であり、Lは制限部の長手方向長さである。 The limiting portion may have a hydraulic diameter that is a function of 1 / Atot. Here, Atot is the total cross-sectional area of at least one injection opening. This function may be a linear function. The inverse of the hydraulic diameter of the limiting portion may be a linear function of the total cross-sectional area. The slope of the linear function may be -a / L. Here, a is a constant, and L is the length in the longitudinal direction of the limiting portion.
水力直径と総断面積との関係は、アファイン変換によって定義され得る。アファイン変換は、変換(translation)を含み得る。変換は、制限部の長手方向長さLの逆数の関数になり得る。変換は、b/Lの関数になり得る。ここで、bは定数であり、Lは制限部の長手方向長さである。制限部の水力直径は、次の式にしたがうことができる。 The relationship between hydraulic diameter and total cross-sectional area can be defined by affine transformation. An affine transformation may include a translation. The transformation can be a function of the inverse of the longitudinal length L of the restriction. The transformation can be a function of b / L. Here, b is a constant, and L is the length in the longitudinal direction of the limiting portion. The hydraulic diameter of the restriction can be according to the following formula:
ここで、Dhydは水力直径であり、Lは制限部の長手方向長さであり、Atotは少なくとも1つの噴射開口の総断面積であり、aおよびbは定数である。定数aは、例えば11.5〜22の範囲とすることができる。定数bは、例えば2〜4.5の範囲とすることができる。 Where Dhyd is the hydraulic diameter, L is the length of the restriction in the longitudinal direction, Atot is the total cross-sectional area of at least one injection opening, and a and b are constants. The constant a can be set in the range of 11.5 to 22, for example. The constant b can be in the range of 2 to 4.5, for example.
燃料噴射ノズルは、上流断面を有する上流領域と、下流断面を有する下流領域と、を備えていてもよい。上流断面は、下流断面よりも大きい。制限部は、上流領域に配置されてもよい。変形形態では、制限部は、下流領域に配置されてもよい。 The fuel injection nozzle may include an upstream region having an upstream cross section and a downstream region having a downstream cross section. The upstream cross section is larger than the downstream cross section. The limiting unit may be disposed in the upstream region. In a variant, the restricting part may be arranged in the downstream region.
制限部は、ノズル本体とフランジとの間に形成されてもよい。制限部は、フランジによって形成されてもよい。フランジは、ニードルに配置されてもよい。変形形態では、フランジは、ノズル本体に配置されてもよい。 The restricting portion may be formed between the nozzle body and the flange. The restricting portion may be formed by a flange. The flange may be disposed on the needle. In a variant, the flange may be arranged on the nozzle body.
フランジの上面は、少なくとも1つの噴射開口の総断面積Atotの200〜800倍の、ニードルの長手方向中央軸線に直交する断面積を有していてもよい。フランジの断面積は、少なくとも1つの噴射開口の総断面積Atotの400〜600倍であってもよい。フランジの断面積は、少なくとも1つの噴射開口の総断面積Atotの約500倍であってもよい。 The upper surface of the flange may have a cross-sectional area perpendicular to the central longitudinal axis of the needle that is 200 to 800 times the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening. The cross-sectional area of the flange may be 400 to 600 times the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening. The cross-sectional area of the flange may be about 500 times the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening.
燃料噴射ノズルは、閉位置に向けてニードルを付勢するためのスプリングを備えていてもよい。ニードルは、スプリングのためのスプリング座部を形成する環状カラーを備えていてもよい。 The fuel injection nozzle may include a spring for biasing the needle toward the closed position. The needle may include an annular collar that forms a spring seat for the spring.
また、環状カラーは、制限部を形成してもよい。制限部は、環状カラーと穴との間に形成されてもよい。使用時において、環状カラーとノズル本体との間の燃料の流れは制限され得る。 Further, the annular collar may form a limiting portion. The limiting portion may be formed between the annular collar and the hole. In use, fuel flow between the annular collar and the nozzle body can be restricted.
環状カラーは、フランジを備えていてもよい。制限部は、ノズル本体とフランジとの間に形成されてもよい。 The annular collar may comprise a flange. The restricting portion may be formed between the nozzle body and the flange.
代替的または追加的に、環状カラーは、燃料の流れを制限するための制限部を形成するために、1つ以上の孔部を備えていてもよい。例えば、1つ以上の孔部は、フランジを貫通していてもよい。孔部は、それぞれ、フランジを貫通する貫通穴の形態であってもよい。フランジは、ノズル本体内で穴と摺動的に協働して、少なくとも実質的にシール部を形成する。この構成では、環状カラーは、穴内にピストンを形成する。供給ラインから噴射開口に至る燃料の流れは、フランジに形成された1つ以上の孔部を通る。 Alternatively or additionally, the annular collar may include one or more holes to form a restriction for restricting fuel flow. For example, the one or more holes may pass through the flange. Each of the holes may be in the form of a through hole that passes through the flange. The flange slidably cooperates with the hole in the nozzle body to at least substantially form a seal. In this configuration, the annular collar forms a piston within the hole. The flow of fuel from the supply line to the injection opening passes through one or more holes formed in the flange.
環状カラーは、ニードルと一体的に形成されてもよい。代替的には、環状カラーは、別体で形成され、ニードルに取り付けられてもよい。例えば、環状カラーは、ニードルに圧入されてもよい。 The annular collar may be formed integrally with the needle. Alternatively, the annular collar may be formed separately and attached to the needle. For example, the annular collar may be press fit into the needle.
本発明のさらなる態様によれば、内燃エンジンの燃焼チャンバ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルが提供される。この燃料噴射ノズルは、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるための穴を有するノズル本体と;穴から燃焼チャンバまで燃料を供給するための少なくとも1つの噴射開口と;少なくとも1つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが阻止される閉位置と、少なくとも1つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが可能となる噴射位置と、の間で穴内において長手方向に変位可能なニードルと;ニードルを閉位置に向けて付勢するためのスプリングと、を備えている。ニードルは、スプリング座部を形成する環状カラーと、穴を通る燃料の流れを制限するための制限部と、を備えている。制限部は、オプションとして、少なくとも1つの噴射開口の総断面積Atotの関数としての寸法を有していてもよい。 According to a further aspect of the invention, a fuel injection nozzle is provided for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injection nozzle includes a nozzle body having a hole for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel; at least one injection opening for supplying fuel from the hole to the combustion chamber; and at least one injection opening. Displaceable longitudinally in the bore between a closed position where the flow of fuel through the combustion chamber is blocked and an injection position where fuel flow through the at least one injection opening is allowed into the combustion chamber And a spring for biasing the needle toward the closed position. The needle includes an annular collar forming a spring seat and a restriction for restricting fuel flow through the hole. The restriction may optionally have a dimension as a function of the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening.
制限部は、環状カラーと穴との間に形成されてもよい。環状カラーは、フランジを備えていてもよい。制限部は、ノズル本体とフランジとの間に形成されてもよい。 The limiting portion may be formed between the annular collar and the hole. The annular collar may comprise a flange. The restricting portion may be formed between the nozzle body and the flange.
環状カラーは、ニードルと一体的に形成されてもよい。代替的に、環状カラーは、別体で形成され、ニードルに取り付けられてもよい。環状カラーは、例えば、ニードルに圧入されてもよい。 The annular collar may be formed integrally with the needle. Alternatively, the annular collar may be formed separately and attached to the needle. The annular collar may be press-fitted into the needle, for example.
代替的または追加的に、フランジは、制限部を形成するために、1つ以上の孔部を備えていてもよい。1つ以上の孔部は、フランジを貫通していてもよい。孔部は、それぞれ、フランジを貫通する貫通穴の形態であってもよい。フランジは、ノズル本体内で穴と摺動的に協働してもよい。この構成では、環状カラーは、穴内にピストンを形成する。 Alternatively or additionally, the flange may be provided with one or more holes to form a restriction. One or more holes may pass through the flange. Each of the holes may be in the form of a through hole that passes through the flange. The flange may slidably cooperate with the hole in the nozzle body. In this configuration, the annular collar forms a piston within the hole.
本発明のさらなる態様によれば、本明細書で説明されるタイプの燃料噴射ノズルを備える燃料インジェクタが提供される。 According to a further aspect of the present invention, a fuel injector is provided comprising a fuel injection nozzle of the type described herein.
本願の範囲内において、上述の段落、特許請求の範囲、および/または、次の説明および図面に説明された様々な態様、実施形態、例および代替形態、特に、その個々の特徴は、独立して、または、任意の組み合わせで実施することができることが明確に考えられる。1つの実施形態に関連して説明される特徴は、そのような特徴が矛盾しなければ、すべての実施形態に適用可能である。 Within the scope of the present application, the various aspects, embodiments, examples and alternatives described in the preceding paragraphs, the claims and / or the following description and drawings, in particular the individual features thereof, are independent. It is clearly conceivable that it can be implemented in any combination. Features described in connection with one embodiment are applicable to all embodiments as long as such features do not conflict.
本発明の1つ以上の実施形態について、単に例示目的で、添付図面を参照しつつ説明する。 One or more embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
本発明の第1実施形態にしたがった燃料噴射ノズルについて添付図面を参照して説明する。 A fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の一態様にしたがった燃料噴射ノズル1が図1に示されている。図示される噴射ノズル1は、関連する内燃エンジンの燃焼チャンバ(図示せず)内に燃料を供給するように構成される。噴射ノズル1は、圧縮点火エンジン(すなわち、ディーゼルエンジン)における特定の用途を有しているが、本発明は、火花点火エンジン(すなわち、ガソリンエンジン)用の噴射ノズル1において実施されてもよい。
A
「上」および「下」との用語は、本明細書では、噴射ノズル1の特徴の相対位置を説明するために使用されるものであり、付与される保護の範囲を限定するものではない。噴射ノズル1の「下」端との言及は、燃焼チャンバに近い側に配置された端部(図1の下側に示される)を指している。逆に、噴射ノズル1の「上」端との言及は、燃焼チャンバから遠い側に配置された端部(図1の上側に示される)を指している。さらに、「上流」および「下流」との用語は、本明細書では、通常の使用において噴射ノズル1を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れの方向に関して使用される。
The terms “upper” and “lower” are used herein to describe the relative positions of the features of the
噴射ノズル1は、長手方向軸線XX’に沿って延在している。噴射ノズル1は、ノズル本体3と、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるためにノズル本体3に形成された穴5と、を備えている。噴射ノズル1には、ニードル7が設けられている。ニードル7は、穴5内において長手方向軸線XX’に沿って変位可能である。穴5は、高圧供給路11に連通する拡大上部領域9を備えている。この高圧供給路11を通って高圧の燃料が供給される。ニードル7には、円錐台形態のスラスト面10が設けられている。スラスト面10は、穴5内の燃料圧にさらされる。
The
ニードル座部13が穴5の下端のところに形成されている。ニードル座部13は、円錐台形態を有しており、ニードル7の先端14は、この円錐台形態と係合可能である。ニードル座部13の下流において、ノズル本体3には、複数の噴射開口15(図1および図2には、これらのうちの1つのみが示されている)が設けられている。噴射開口15は、
穴5の最下部先端19に形成されたサック容積17に連通している。噴射開口15によって、穴5内の高圧燃料を関連する内燃エンジンの燃焼チャンバ(図示せず)内に噴射することができる。ニードル7が座部13に係合されるとき、燃料は、噴射ノズル1から燃焼チャンバ内に噴射されることが阻止される。この場合、ニードル7は、閉位置にあるということができる。ニードル7が座部13から持ち上がって離れると、ニードル7の先端14は、座部13から係合解除され、燃料が噴射開口15を通って燃焼チャンバ内に噴射される。この状態では、ニードル7は噴射位置にあるということができる。
A
It communicates with a
図1に示されるように、噴射ノズル1は、穴5を通る燃料の流れを制限するための制限部21を備えている。制限部21は、ニードル7に設けられたフランジ23の形態の制限的圧力低減要素を有して形成される。フランジ23は、ニードル7の円柱状シャフト部分25に続いている。フランジ23は、環状であり、ニードル7から径方向外側に延在しており、ニードルの残りの部分の平均断面積よりも大きな断面積を有している。以下でより詳細に説明するように、ニードル7が動作可能に座部13から持ち上がると、フランジ23は、高圧供給路11と噴射開口15との間で穴5を通る燃料流路に圧力低下を生じさせる。
As shown in FIG. 1, the
ニードル7の移動は、制御チャンバ27内の燃料圧を制御することによって行われる。ニードル7は、上流端29を有している(図1では、これらのうちの下部部分のみが示されている)。ニードル7を閉位置に向けて押圧するために、スプリング(図示せず)が設けられている。ニードル7の上流端29は、制御チャンバ27内に受け入れられ、その結果、ニードル7の端面は、制御チャンバ27内の燃料圧にさらされる。
The
制御チャンバ27内の燃料圧は、当業者によく知られた作動システム(図示せず)によって制御される。例えば、作動システムは、燃料が高圧燃料供給路11から制御チャンバ27へ流れるのか、それとも、制御チャンバ27と低圧ドレインとの間の燃料の流れが阻止されるのか、あるいは、燃料が制御チャンバ27から低圧ドレインへ流れることができ、高圧燃料供給路11から制御チャンバ27への燃料の流れが阻止されるのかを制御する三方弁を備えていてもよい。三方弁の動作は、例えば、ソレノイドまたは圧電アクチュエータによって制御される。変形形態では、作動システムの三方弁は、二方弁に置き換えられてもよい。
The fuel pressure in the
ノズル本体3は、2つの別々の部分、すなわち、上流大径部31と下流小径部35とを有している。噴射開口15は、小径部35の端部に配置されている。より正確には、噴射開口15は、小径部35の先端39のところに配置されている。先端39は、使用時において、関連するエンジンの燃焼チャンバ(図示せず)内に位置する。
The
ノズル本体3の穴5は、上流領域41と下流領域43とから形成されている。下流領域43は、内径Deを有している。ニードル7は、穴5の上流領域41および下流領域43の両方を通って同軸に延在している。
The
燃料は、高圧燃料供給路11から、穴5の上流領域41の上端のところに設けられた燃料入口45を通って、穴5に入る。穴5は、燃料入口45から上流領域41を通って下流領域43に入り、噴射開口15に向かう燃料用の流路を形成する。使用時において、燃料は、上流領域41および下流領域43の両方を満たし、上流領域41および下流領域43は、ともに燃料のためのアキュムレータ容積を形成する。
The fuel enters the
フランジ23は、穴5の下流領域43においてニードル7に設けられている。フランジ23は、図3に示すように、環状の形態であり、穴5の下流領域43の内径Deよりも小さい直径Diを有している。したがって、フランジ23は、穴5の内面51の隣接部分53とともに、燃料入口45と噴射開口15との間での燃料流路に沿った燃料の流れを制限するための制限部21を形成する。制限部21は、制限部21と隣接部分53との間で、フランジ23の外周面のまわりに形成される。したがって、制限部21は、環状通路すなわちクリアランスの形態をとる。以下で説明されるように、制限部21の寸法は、ニードル7が噴射位置にあり、燃料が穴5を通って流れているときに、フランジの前後での圧力低下が生じるように形成される。このようにして、ニードル7が噴射位置にあるとき、フランジ21の上流の燃料圧と比べて低減された燃料圧がフランジの下流に存在する。
The
制限部21の寸法は、次のように定義される。制限部21は、次式によって定義され得る水力直径Dhydを有している。
The dimension of the limiting
ここで、Aは制限部21の断面積であり、Pは制限部21の断面の浸辺長である。換言すると、浸辺長Pは、使用時において燃料と接触する、制限部21の断面の周長である。
Here, A is the cross-sectional area of the limiting
図3に示されるように、制限部21は、環状の間隙であり、穴5の下流領域43の内径Deに等しい外径と、フランジの直径Diと等しい内径と、を有している。したがって、水力直径は次式によって定義される。
As shown in FIG. 3, the limiting
噴射開口15は、総断面積Atotを有している。噴射開口15の総断面積Atotは、本明細書では、噴射開口15を通る燃料の流れのために利用可能な総面積として定義される。つまり、複数の噴射開口を有する噴射ノズル1について、総断面積Atotは、各々の噴射開口の断面積の合計である。本明細書で説明される噴射開口の断面積とは、噴射開口の出口のところで測定された断面積のことである。噴射開口の出口は、噴射開口の下端のところにあり、燃焼チャンバ内に開口している。本実施形態では、制限部21は、噴射開口15の総断面積Atotの関数としての寸法を有している。総断面積Atotは、所与の噴射ノズル1について固定される。しかしながら、総断面積Atotは、様々な噴射ノズル1ごとに異なっていてもよいことが理解されよう。例えば、総断面積Atotは、様々な噴射ノズル1ごとに0.05〜0.15mm2の範囲にあってもよい。
The
本実施形態では、制限部21の水力直径Dhydは、総断面積Atotの逆数の関数である。具体的には、水力直径Dhydは、次式によって定義される。
In the present embodiment, the hydraulic diameter Dhyd of the limiting
ここで、Dhydは水力直径であり、Lは制限部21の長手方向長さである。Atotは噴射開口15の総断面積であり、a,bは定数である。本実施形態では、aは11.5〜22の範囲にあり、bは2〜4.5の範囲にある。a,b,Atotについての上述の範囲の値を有する上記の式によってカバーされる対応する領域が図4に示されている。より正確には、図4は、0.05〜0.15mm2の範囲の様々な総断面積Atotをそれぞれ有するいくつかのタイプのインジェクタについて、総断面積Atotの関数としてのL/Dhydの値を示している。総断面積Atotの各々の値についてのL/Dhydの様々な値、および、定数a,bの各々の値についての様々な値は、図4に表された斜線部分によって表されている。
Here, Dhyd is the hydraulic diameter, and L is the length of the restricting
したがって、フランジ23は、アキュムレータ容積を2つの分離した圧力制御容積(以下で穴容積と称される)に分割する。上部穴容積55は、穴5の頂部端とフランジ23との間に形成され、下部穴容積57は、フランジ23と座部13との間に形成される。ニードル7が噴射位置にあるとき、上部穴容積55の燃料圧は、制限部21によって、下部穴容積57の燃料圧よりも大きくなる。
Thus, the
本発明の本実施形態によれば、フランジ23は、ニードル7とは別の噴射ノズル1の構成要素である。フランジは、ニードル7のシャフト部分に圧入されるように構成されており、その結果、フランジ23は、ニードル7に対して移動できない。したがって、フランジは、ニードル7が穴5内を摺動するときにニードル7とともに移動する。ニードル7とは別にフランジを製造する1つの利点は、ニードル7の製造に必要な棒状部材の大きさを低減することができ、それによって、製造コストおよび製造中の廃棄材料を低減できることである。しかしながら、本発明の代替実施形態では、フランジはニードルと一体的な構造であってもよいことが理解されよう。
According to this embodiment of the invention, the
フランジの上面は、噴射開口15の総断面積Atotよりも200〜800倍大きい(好ましくは、約500倍大きい)、長手方向軸線XX’に垂直な断面積を有するように構成される。この面積比を提供することは、閉鎖中にニードル7が、フランジ23の近傍の燃料とおよそ同じ速度で移動することを意味している。
The top surface of the flange is configured to have a cross-sectional area perpendicular to the longitudinal axis XX 'that is 200 to 800 times larger (preferably about 500 times larger) than the total cross-sectional area Atot of the
本発明の一実施形態にしたがった噴射ノズル1の動作について図1〜3を参照して説明する。
The operation of the
ニードル7が閉位置にあると、ニードル7の先端14は、燃焼チャンバにおいて噴射開口15の燃料流出の流れを阻止するために、座部13と係合する。この位置では、高圧燃料が、穴5の上流領域41および下流領域43を満たす。燃料の流れが阻止されているので、フランジ23のいずれかの側の上部穴容積55および下部穴容積57内の圧力は同じになる。この段階では、制御チャンバ27とドレインとの間の連通は閉じられており、その結果、制御チャンバ27内の燃料圧は高い。
When the
その結果、制御ピストン29に作用する制御チャンバ27内の燃料圧と、スプリングによって提供される下向きの力と、に起因してニードル7に作用する組み合わされた下向きの力すなわち閉鎖力は、ニードル7のスラスト面10に作用する燃料の圧力に起因してニードル7に作用する上向きの力すなわち開放力よりも大きくなる。これによって、正味の下向きの力すなわち閉鎖力がニードル7にもたらされ、ニードル7は、閉位置に留まる。上部穴容積55および下部穴容積57内の燃料圧が同じであるので、それぞれの容積内の燃料圧に起因してフランジ23に作用する上向きの力および下向きの力は互いに平衡する。
As a result, the combined downward or closing force acting on the
ニードル7を開けるために、三方弁が操作されて、制御チャンバ27と低圧ドレインとの間の接続が開かれ、それによって、制御チャンバ27内の圧力が低下する。制御チャンバ27の圧力が低下すると、結果として生じるニードル7の上流端29に作用する下向きの力が減少し、最終的には、下部穴容積57内の燃料圧に起因してニードル7のスラスト面10に与えられる上向きの力が、スプリングに起因する下向きの力と組み合わされた、制御チャンバ27内の燃料圧に起因してニードル7に作用する下向きの力よりも大きくなる点に到達する。この点では、正味の上向きの力すなわち開放力がニードル7に作用し、ニードル7は、座部13から離れて噴射位置に向けて上方に変位される。
In order to open the
ニードル7が座部13から持ち上がると、燃料は、開口15から流出して、燃焼チャンバ内に流入し始める。高圧燃料供給路11は、燃料を穴5に供給し続けるが、下部穴容積57における穴5の下端での圧力は、燃料が燃焼チャンバ内に噴射されることに起因して低下する。これは、ニードル7が持ち上がる初期速度を低速化する助けとなる。それは、燃料によってスラスト面10に与えられる上向きの圧力が低下するからである。
When the
さらに、燃料がフランジ23を超えて(したがって、制限部21を通って)下部穴容積57内へ流れるので、下部穴容積57の燃料圧は、上部穴容積55の燃料圧と比べて低下する。結果として、フランジ23の各側に作用する燃料圧は、もはや平衡しておらず、その代わりに、フランジ23は、ニードル7に下向きの力を加える。それによって、フランジ23の上面領域は、上流に向いたスラスト面を形成する。このスラスト面は、上部穴容積55の燃料圧にさらされて、ニードル7に作用する下向きの力成分を生成する。
Further, since the fuel flows over the flange 23 (and therefore through the restricting portion 21) and into the
その結果、燃料が穴5を通って流れると、この燃料は、フランジ23の上流に向いたスラスト面に対して圧力を加える。このため、ニードル7が座部13から離れて上向きに移動する速度を低下させる助けとなる。さらに、燃料を通るフランジ23の移動によって抗力効果が生じる。抗力効果によってもニードル7の速度が弱まる。したがって、フランジ23は、ニードル7の移動とは反対方向の燃料の流れに対してニードル7の開放移動を緩衝させる効果を有している。フランジ23を介してニードル7に作用する下向きの力成分は、スラスト面を介して作用する上向きの力成分に打ち克つには十分ではなく、このため、正味の上向きの力はニードル7を開けるように作用し続けることに留意されたい。
As a result, when the fuel flows through the
ニードル7は、最終的には、最大リフト位置に到達し、燃料は、高圧燃料路から穴5を通り、開口15を通って燃焼チャンバ内まで流れ続ける。
The
所望の量の燃料が燃料チャンバに供給されると、バルブが操作されて、ドレインへの接続が閉じられ、高圧燃料が制御チャンバ27へ流れることができるようになる。制御チャンバ27内の圧力は増加し、この結果、ニードル7の上流端29を介してニードル7に作用する下向きの力すなわち閉鎖力は大きくなる。最終的には、ニードル7に作用する組み合わせられた下向きの力は、ニードル7に作用する上向きの力を超え、ニードル7に作用する正味の下向きの力が生じ、この力によってニードル7が閉位置に移動される。
When the desired amount of fuel is supplied to the fuel chamber, the valve is operated to close the connection to the drain and allow high pressure fuel to flow to the
上述からも分かるように、制限部はフランジ23の前後間の圧力低下をもたらすので、上部穴容積55には、フランジ23の下流の下部穴容積57に存在する圧力よりも高圧が存在する。上流に向いたスラスト面に作用する燃料の圧力によってフランジ23を介してニードル7に加えられる結果として生じる下向きの力は、閉鎖力の追加的な成分を提供し、この成分はニードル7の閉鎖速度を増大させる。
As can be seen from the above, the limiting portion causes a pressure drop between the front and rear of the
この閉動作は、ニードル7が座部13と係合すると終了となり、それによって、さらなる開動作が実行されるまで開口15から燃料が流出することが阻止される。
This closing operation ends when the
ニードル7の移動に関する制限部21の効果はヒステリシスを表すことが理解されよう。噴射ノズル1の開動作中において、フランジ23は、ニードル7の移動を緩衝させ、小さな噴射容積の良好な制御を可能にしている。ニードル7が閉じられている間、フランジは、ニードル7の閉鎖速度を高め、これによって、噴射の迅速な停止が可能になる。
It will be appreciated that the effect of the
ニードル7の中央軸線に平行な方向に沿ったフランジ23の長手方向長さLすなわち厚みは、フランジ23の直径Diと比べて相対的に小さい。薄いフランジ23は、フランジ23の質量(したがって、ニードル7の移動質量)を低減するために好ましい。
The longitudinal length L, that is, the thickness of the
他の実施形態では、点または場所が限定された制限部が、ノズル本体の内面と、フランジの縁部と、の間に形成されてもよい。例えば、フランジは、鋭利なまたは先が尖った外側縁部を形成するように形状付けられてもよい。 In other embodiments, a limited point or location restriction may be formed between the inner surface of the nozzle body and the edge of the flange. For example, the flange may be shaped to form a sharp or pointed outer edge.
図5は、本発明の第2実施形態にしたがった燃料噴射ノズル101の縦断面を示している。同様の構成要素には同様の符号が使用されるが、明確化のために100だけ増やした値にしている。
FIG. 5 shows a longitudinal section of the
噴射ノズル101は、ノズル本体103と、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるためにノズル本体103に形成された穴105と、を備えている。噴射ノズル101には、長手方向軸線XX’に沿って移動可能なニードル107が設けられている。高圧供給路111は、複数の噴射開口115を介した噴射のために、高圧燃料を穴105に供給する。ニードル座部113は、ニードル107の先端139と協働して噴射開口115を閉じるために、穴105の下端のところに形成されている。ニードル107が座部113と係合すると、燃料は、噴射ノズル101から噴射されることが阻止される。ニードル107が座部113から持ち上がると、噴射開口115が開き、燃料が噴射される。
The
噴射ノズル101は、ニードル107を制御するための制御チャンバ(図示せず)を備えている。ニードル107を閉位置に向けて付勢するために、スプリング159が設けられている。スプリング159は、ニードル107のまわりに配置されたコイルスプリングである。環状カラー161がニードル107に固定的に取り付けられている。環状カラー161は、スプリング159の下端を支持するために、スプリング座部162を形成する。穴105を通る燃料の流れを制限するために、環状フランジ123が環状カラー161によって形成されている。フランジ123の直径Diは、穴105の内径Deと実質的に等しい。フランジ123は、穴105の側壁と摺動的に係合し、少なくとも実質的にシール部を形成する。複数の孔部163がフランジ123に形成されている。本実施形態における孔部163は、フランジ123を通って噴射ノズル101の長手方向軸線XX’と実質的に平行に延在する複数の穴の形態である。孔部163は、環状カラー131を超えた流体連通を確立するように動作可能である。
The
使用時において、ニードル107が座部113から作動的に持ち上がると、フランジ123の下方に圧力低下が生じる。孔部163は、本明細書で説明される第1の実施形態における制限部121によって形成されるのと同等の水力断面積を集合的に形成する。フランジ123の孔部163は、有効水力断面積が噴射開口115の総断面積Atotの関数になるように構成されてもよい。総断面積Atotに対する水力断面積の関係は、本明細書で定義される本発明の第1の実施形態にしたがった総断面積Atotに対する水力直径Dhydに関する関係と同等であってもよい。
In use, when the
環状カラー161は噴射ノズル101内において緩衝ピストンを形成することが理解されよう。環状カラー161を超える燃料の流れを制限することによって、孔部163は、ニードル107のリフト(上昇)速度を低下させることができる。ニードル107の開動作の速度は、環状カラー161が燃料を通って穴105内を移動する際の液圧緩衝、および、環状カラー161の前後での圧力低下によって低減され得る。圧力低下は、ニードル先端139に向かう方向に正味の力を生じさせる、環状カラー161よりも下方での減圧に起因して生じる。環状カラー161は、スプリング159のためにスプリング座部163を形成する機能と、穴105内の燃料の流れを制御するために孔部163を形成する機能と、の2つの機能を提供することが理解されよう。
It will be appreciated that the
噴射ノズル101の第2実施形態の変形形態では、制限部121は、穴105とフランジ123との間に形成された環状の間隙である。制限部121は、穴105の内径Deと等しい外径と、フランジ123の直径Diに等しい内径と、を有している。噴射開口115は、総断面積Atotを有している。制限部121は、噴射開口115の総断面積Atotの関数としての寸法を有している。制限部121の水力直径Dhydは、総断面積Atotの逆数の関数である。水力直径Dhydと総断面積Atotとの関係は、第1実施形態について本明細書で定義された関係と変わらない。この構成では、環状カラー161は、スプリング159のためにスプリング座部163を形成する機能と、穴105内の燃料の流れを制御するための制限部121を形成する機能と、の2つの機能を提供する。
In the modification of the second embodiment of the
本明細書で説明される噴射ノズル1;101の第1および第2の実施形態に対して様々な変更および修正がなされ得る理解されよう。例えば、他の任意の適切な制限部が設けられ、少なくとも部分的にフランジまたは他の任意の適切な制限要素によって形成されてもよい。
It will be appreciated that various changes and modifications may be made to the first and second embodiments of the
変形形態では、噴射ノズルは、凹部を有するフランジ23を備えていてもよい。この凹部は、穴と一緒になって制限部を形成するその外面に、平坦部を備えている。フランジとニードルとにアンバランスな負荷が作用することを避けるために、複数の平坦部が設けられてもよい。この変形形態では、フランジの環状縁部は、ニードルが穴内を自由に移動することができるように、穴の内面に摺動的に接触する。この場合、燃料は、平坦部と穴との間で流れることができるだけであり、フランジの周囲全体のまわりを流れることはできない。多数の制限部を設けるために、フランジの角度付けられて離間された複数の場所に多数の平坦部が設けられてもよい。この平坦部は、多数の制限部によって提供される総断面積がフランジの前後での所望の総圧力低下を提供するように構成されてもよい。平坦部に代えて、または、加えて、他の任意の形状の凹部または構造(例えば、1つ以上のチャネルまたは溝)が使用されてもよい。
In a variant, the injection nozzle may comprise a
他の変形形態では、制限部は、フランジの上面からフランジの下面まで延在する1つ以上の穴の形態のフランジのオリフィスによって提供されてもよい。この構成では、フランジの外周は、ニードルが穴内で摺動的に移動することができるように、穴の内面との摺動嵌めを提供するように構成されてもよい。この場合、燃料は制限部を通って流れることができるだけであり、フランジの外面のまわりを流れることはできない。多数のオリフィスが設けられて、フランジを通る複数の制限部が形成されてもよい。これらのオリフィスは、所望の機能を達成するのに適した任意の形状または形態で提供され得る。 In other variations, the restriction may be provided by a flange orifice in the form of one or more holes extending from the top surface of the flange to the bottom surface of the flange. In this configuration, the outer periphery of the flange may be configured to provide a sliding fit with the inner surface of the hole so that the needle can slidably move within the hole. In this case, the fuel can only flow through the restriction and cannot flow around the outer surface of the flange. Multiple orifices may be provided to form a plurality of restrictions through the flange. These orifices can be provided in any shape or form suitable to achieve the desired function.
他の構成では、複数の凹部がノズル本体に設けられてもよい。この凹部は、フランジの外面とともに、フランジを超える燃料流路の制限部を形成する。再述するが、フランジの外面は、ノズル本体の内面との摺動嵌めを提供するように構成されており、ニードルは穴領域内において摺動移動することができる。このため、燃料は、制限部を通って流れることができるだけであり、フランジの外面の残りの部分を超えて流れることはできない。他の実施形態では、フランジの外面のまわりに環状流路が設けられてもよい。任意の適切な数の凹部が設けられてもよいことが理解されよう。凹部は、ノズル本体を加工して凹部を形成することによって、または、ノズル本体を形成するための鋳造工程に凹部形状を組み入れることによって製造されてもよい。 In other configurations, a plurality of recesses may be provided in the nozzle body. This recess forms, together with the outer surface of the flange, a restricting portion of the fuel flow path that exceeds the flange. Again, the outer surface of the flange is configured to provide a sliding fit with the inner surface of the nozzle body, and the needle can slide within the bore region. Thus, fuel can only flow through the restriction and cannot flow beyond the remainder of the outer surface of the flange. In other embodiments, an annular flow path may be provided around the outer surface of the flange. It will be appreciated that any suitable number of recesses may be provided. The recess may be manufactured by processing the nozzle body to form the recess, or by incorporating the recess shape into a casting process for forming the nozzle body.
制限要素の前後での圧力低下を提供するための他の任意の適切な手段が利用されてもよく、それは、異なるタイプの制限部の組み合わせであってもよい。再述するが、制限部は、制限部によって提供される総断面積が所望の総圧力低下を提供するように構成される。多数の制限部が噴射ノズルを通る燃料流路内に直列に配置されてもよい。フランジは、その外周面のまわりに周方向に形成された2つ以上の溝を有していてもよい。2つの溝が、フランジのまわりを周方向に延在する複数の突出環状部を形成してもよい。 Any other suitable means for providing a pressure drop across the restriction element may be utilized, which may be a combination of different types of restriction. Again, the restriction is configured such that the total cross-sectional area provided by the restriction provides the desired total pressure drop. Multiple restrictions may be arranged in series in the fuel flow path through the injection nozzle. The flange may have two or more grooves formed circumferentially around its outer peripheral surface. The two grooves may form a plurality of protruding annular portions that extend circumferentially around the flange.
本願の範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更および修正がなされ得ることが理解されよう。 It will be understood that various changes and modifications can be made to the present invention without departing from the scope of the application.
1,101…燃料噴射ノズル
3,103…ノズル本体
5,105…穴
7,107…ニードル
9…拡大上部領域
10…スラスト面
11,111…高圧燃料供給路
13,113…ニードル座部
14…先端
15,115…噴射開口
17…サック容積
19…最下部先端
21,121…制限部
23…フランジ
25…円柱状シャフト部分
27…制御チャンバ
29…上流端
31…上流大径部
35…下流小径部
39,139…先端
41…上流領域
43…下流領域
45…燃料入口
51…内面
53…隣接部分
55…上部穴容積
57…下部穴容積
123…環状フランジ
131…環状カラー
159…スプリング
161…環状カラー
162…スプリング座部
163…孔部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Fuel injection nozzle 3,103 ... Nozzle main body 5,105 ...
Claims (13)
加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるための穴を有するノズル本体と、
前記穴から前記燃焼チャンバまで燃料を供給するための少なくとも1つの噴射開口であって、総断面積(Atot)を有する少なくとも1つの噴射開口と、
ニードルであって、前記少なくとも1つの噴射開口を通って前記燃焼チャンバに入る燃料の流れが阻止される閉位置と、前記少なくとも1つの噴射開口を通って前記燃焼チャンバに入る燃料の流れが可能になる噴射位置と、の間で、前記穴内を前記ニードルの長手方向に変位可能なニードルと
を備え、
前記燃料噴射ノズルは、前記穴を通る燃料流路において圧力低下を生じさせることによって、前記穴を通る燃料の流れを制限するための制限部を備え、
前記制限部は、前記少なくとも1つの噴射開口の前記総断面積(Atot)の関数としての寸法を有し、
前記制限部は、1/Atotの関数である水力直径(Dhyd)を有し、
Atotは、前記少なくとも1つの噴射開口の前記総断面積であり、
前記水力直径(Dhyd)は次式にしたがい、
燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine,
A nozzle body having a hole for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel;
At least one injection opening for supplying fuel from the hole to the combustion chamber and having a total cross-sectional area (Atot);
A closed position in which a flow of fuel entering the combustion chamber through the at least one injection opening is blocked and a flow of fuel entering the combustion chamber through the at least one injection opening A needle that is displaceable in the longitudinal direction of the needle in the hole between the injection position and
The fuel injection nozzle, by generating a pressure drop in the fuel flow path through the hole, provided with a restriction portion for restricting the flow of fuel through said hole,
The restriction has a dimension as a function of the total cross-sectional area (Atot) of the at least one injection aperture;
The limiting portion has a hydraulic diameter (Dhyd) that is a function of 1 / Atot,
Atot is the total cross-sectional area of the at least one injection aperture;
The hydraulic diameter (Dhyd) is according to the following formula:
前記定数aは、11.5以上、22以下の範囲にあり、
前記定数bは、2以上、4.5以下の範囲にある
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 1,
The constant a is in the range of 11.5 or more and 22 or less,
The constant b is in the range of 2 or more and 4.5 or less. Fuel injection nozzle.
上流断面を有する上流領域と、下流断面を有する下流領域と、を備え、
前記上流断面は、前記下流断面よりも大きく、
前記制限部は、前記上流領域に配置される
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 1 or 2,
An upstream region having an upstream cross-section, and a downstream region having a downstream cross-section,
The upstream cross section is larger than the downstream cross section,
The restriction part is disposed in the upstream region.
上流断面を有する上流領域と、下流断面を有する下流領域と、を備え、
前記上流断面は、前記下流断面よりも大きく、
前記制限部は、前記下流領域に配置される
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 1 or 2,
An upstream region having an upstream cross-section, and a downstream region having a downstream cross-section,
The upstream cross section is larger than the downstream cross section,
The restriction part is disposed in the downstream region. Fuel injection nozzle.
前記制限部は、前記穴内に配置されたフランジによって形成され、その結果、前記制限部が前記ノズル本体と前記フランジとの間に形成される
燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 4,
The restricting portion is formed by a flange disposed in the hole, and as a result, the restricting portion is formed between the nozzle body and the flange.
前記フランジは、前記ニードルに配置される
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 5,
The flange is disposed on the needle. Fuel injection nozzle.
前記フランジは、前記ノズル本体に配置される
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 5,
The said flange is arrange | positioned at the said nozzle body Fuel injection nozzle.
前記燃料噴射ノズルは、前記ニードルを前記閉位置に向けて付勢するためのスプリングを備え、
前記ニードルは、スプリング座部を形成するとともに前記制限部を画定する環状カラーを備える
燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 4,
The fuel injection nozzle includes a spring for biasing the needle toward the closed position;
The needle includes an annular collar that forms a spring seat and defines the restriction. Fuel injection nozzle.
前記環状カラーは、フランジを備え、
前記制限部は、前記ノズル本体と前記フランジとの間に形成される
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 8,
The annular collar includes a flange;
The restriction part is formed between the nozzle body and the flange. Fuel injection nozzle.
前記環状カラーは、前記制限部を形成するための1つ以上の孔部を備える
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 8,
The annular collar includes one or more holes for forming the restricting portion. Fuel injection nozzle.
前記環状カラーは、フランジを備え、
前記1つ以上の孔部は前記フランジを貫通する
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 10,
The annular collar includes a flange;
The one or more holes penetrate the flange. A fuel injection nozzle.
前記環状カラーは、前記ニードルと一体的に形成されるか、あるいは、前記ニードルに取り付けられている
燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to any one of claims 8 to 11,
The annular collar is formed integrally with the needle or attached to the needle.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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