JP2017519932A - 燃料噴射器 - Google Patents
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Abstract
燃料噴射器のノズルアセンブリは、主軸(A)に沿って延びており、上流チャンバ(38)と下流チャンバ(40)とに分割された内部空間が設けられたノズル本体と、さらに内部空間内でスライド可能にガイドされ且つ上流チャンバ(38)および下流チャンバ(40)の両方を通じて延びた細長い主シャフトを具備したバルブニードルと、を具備している。ノズル本体(16)およびバルブニードル(14)は協働して、上流チャンバ(38)と下流チャンバ(40)との間の絞り流体連通手段(56)を形成し、使用時に、燃料が絞り手段を通じて流れた場合に、圧力降下を生じる。ノズルアセンブリには、上流チャンバ(38)と下流チャンバ(40)との間で本体(16)の面(42)に接触して突き当たった管状スリーブ(44)が設けられ、管状スリーブは、ニードル(14)の円筒面(34)によって径方向に自己調心するようにガイドされており、絞り手段(56)は、スリーブ(44)内に配置されている。
Description
本発明は燃料噴射器に関し、より具体的には、噴射器内に配置されたノズル動作制御機構に関する。
先行技術の燃料噴射器は、特許文献1および特許文献2に開示されており、公知の実施形態も、図1および図2に部分的に示されている。この燃料噴射器10は主軸Aに沿って延びており、ノズル本体16内にスライド可能に配置された油圧制御バルブニードル14を具備したノズルアセンブリ12が設けられている。バルブニードル14は、ニードル14の上流面18、20および下流面22、24上に力を誘発する燃料の圧力差の影響の下で、軸方向Aに変位する。その圧力差を誘発するために、噴射器10には、制御チャンバ26の出口を閉鎖または開放する、図示されていない制御バルブが設けられ、圧力は交互に上昇および下降され、バルブニードル14の上部はその制御チャンバ26内に突出し、絞りオリフィス28を備え、このオリフィスを通じて、加圧された燃料は噴射穴30に向かって流れ、絞り28は圧力降下を生じさせる。
図1の噴射器においては、絞り28は、ノズル本体16の内側面32とカラー36の外側縁34との間の環状クリアランスであり、「ブーストフランジ」または「NMC(ノズル動作制御部)」としても知られ、バルブニードル14から径方向に延びている。
使用時には、内燃エンジンの運転状態により、噴射器10内を流れる燃料の圧力は、数barから数千barまで広範囲に変化し、結果的に、ノズル本体16は、絞り28をわずかに減少または増大させ、噴射器10の動作性能に影響を与える。
したがって、本発明の目的は、燃料噴射器のノズルアセンブリに与えられた前述の問題を解決することである。
ノズルアセンブリは、噴射器内の燃料流れ方向に準拠して、上流から下流へと主軸に沿って延びており、このノズルアセンブリは、上流チャンバと下流チャンバとに分割された内部空間が設けられたノズル本体と、さらに内部空間内でスライド可能にガイドされた細長い主シャフトを具備したバルブニードルと、を具備している。ニードルは、上流チャンバおよび下流チャンバの両方を通じて延び、ノズル本体およびバルブニードルは協働して、上流チャンバと下流チャンバとの間の絞り流体連通手段を形成し、使用時に、燃料が絞り手段を通じて流れた場合に、圧力降下を生じる。
ノズルアセンブリには、中心穴を備えた環状スリーブが設けられ、この中心穴を通じてニードルが延びており、スリーブは、上流チャンバと下流チャンバとの間に配置されて、本体の面およびニードルの面のそれぞれに接触して突き当たり、且つニードルの円筒面および本体のそれぞれによって径方向に自己調心するようにガイドされており、絞り手段は、スリーブ内に配置されている。
バルブニードルには、その主シャフトから周端縁へと径方向外向きに延びたカラーが設けられ、スリーブには中心穴が設けられ、ノズル本体の面に接触して軸方向に突き当たっている。スリーブも、周端縁によって径方向に自己調心するようにガイドされている。絞り手段は、スリーブを貫通し、且つ上流チャンバの上流オリフィス開口部から下流チャンバの下流オリフィス開口部へと延びている。
スリーブは、管状且つ軸方向に長く延びており、絞りは、管状スリーブの側壁を貫通し、上流オリフィスは、スリーブの外側円筒面に配置され、下流オリフィスは、スリーブの内側円筒面に配置されている。
それとは異なり、スリーブには複数の微細貫通穴が設けられ、それによりスリーブは、使用時に圧力降下を提供し、且つ燃料内を流れる異物および粒子を捕捉する燃料フィルタとなる。
また、管状スリーブの下流端部は傾斜しており、それによりノズル本体の面に接触するスリーブの突き当て部は、減少されている
カラーは、管状スリーブの上流端部に向かってガイドされ、絞りの下流開口部は、カラーの下流の、スリーブの下流端部に向かっている。
代替の実施形態においては、スリーブは、中心穴から径方向に延びた厚いディスク板状とし得る。絞りはスリーブの厚さを貫通し、その上流オリフィスはスリーブの上面に配置され、その下流オリフィスはスリーブの下面に配置されている。
ディスク板状スリーブの下面には、周囲リップのような傾斜円形突起を形成した凹部が設けられ、スリーブの突き当て部を減少しているか、それとは異なり、スリーブに接触して突き当たったノズル本体の面には、上向きに突出した周囲リップのような傾斜円形突起が設けられ、スリーブの突き当て部を減少している。
別の実施形態においては、スリーブは、ニードルシャフトよりも大きい中心穴を備えた厚いディスク板状であり、スリーブは、中心穴からノズルの内側円筒面によってスライド可能にガイドされ且つ自己調心された外周面へと径方向に延びている。バルブニードルには径方向拡張面が設けられ、当該面の外側縁は、スリーブの中心穴よりも大きく、それにより、スリーブは、ニードルの径方向面に接触して軸方向に突き当たって受容されている。絞り手段は、ディスク板状スリーブの厚さを貫通し且つスリーブの上面から下面へと延びたオリフィスを具備している。
任意の実施形態においては、ノズルアセンブリは、本体のまたはニードルの面に接触して、スリーブを下流に向かって軸方向に付勢するように配置された付勢手段をさらに具備し得る。
付勢手段は、ニードルシャフトの周囲に巻かれ且つスリーブとニードルの上側径方向面との間で圧縮された圧縮バネとすることが可能であり、または付勢手段は、スリーブと上流チャンバの内側面との間で圧縮されるバネとすることが可能であって、このバネは、スリーブと接触する下流側よりも大きい、内側面に接触して押し付けられた上流側の断面を備えている。
任意の実施形態においては、絞り手段は、スリーブを通じて設けられた複数のオリフィスを具備していてもよく、絞りの上流オリフィスは、下流オリフィスよりも大きい断面を有することが可能である。
本発明はさらに、これまでに記載されたノズルアセンブリが設けられた燃料噴射器にまで及ぶ。
本発明は、添付図を参照するとともに実施例を用いてここに記載されている。
以下の記載を簡易に且つ明確にするために、図の上から下への向きが適宜選択され、「上、下、上に、下に」等の用語および表現は、本発明を制限する目的無く使用され得る。また、異なった実施形態における類似の機能を完全に充足した類似の機構は、同様の参照符号によって特定され得る。
図3を参照すると、ノズルアセンブリ12の第1実施形態が記載されており、ノズル本体16は主軸Aに沿って延び、内部空間Vを規定した内部円筒ボアが設けられ、そのボア内にはバルブニードル14がスライド可能に配置されている。
ノズル本体16の内部空間Vは、図の上側に示された、上流直径D38を有する上流チャンバ38と、図の下側に示された、上流直径D38よりも小さい下流直径D40を有する下流チャンバ40と、を具備している。上流チャンバ38の底面はディスク面42であり、下流チャンバ40の中心に開口している。
上流チャンバ38を下流チャンバ40から区切ったさらなる手段は、バルブニードル14と一体にまたは別個であるが固定されたカラー36によって設けられ、このカラー36は、管状円筒スリーブ44と協働する。図3に示されたように、スリーブ44は底部ディスク面42上に軸方向に配置され、カラー36の周囲面34によって径方向に合わせられ且つ自己調心する。スリーブ44の壁46は内側円筒面48および外側円筒面50を形成し、その内側円筒面に接触して、カラー36はスライドする。壁46は、底部ディスク面42に配置された上面52と下面54との間に軸方向に延びている。壁46の底部においては、スリーブ44には絞りオリフィス56が設けられ、この絞りオリフィスはカラー36の下の下流チャンバ40において、壁46を貫通し、且つ壁46の外側面50に開口した上流オリフィス58から壁46の内側面48に開口した下流オリフィス60まで延びている。他の手段がこの実施例から派生可能であり、本実施形態においては、上流開口部58は、下流開口部60よりも大きい断面を有し、スリーブの下面54には、スリーブ44と底部ディスク面42との間の接触面積を減少させた斜面形状62が設けられている。
さらに、図3において、絞りはスリーブの壁を通じて径方向に延びたように示されている。別の向きを選択されることが可能である。例えば、絞り軸の水平方向傾斜は、絞りを通過する流れに渦を生じさせ、ニードルへの直接の径方向力を誘起することを回避している。
別の対称的なデザインにおいては、図示されていないが、スリーブの傾斜部は、スリーブの内側下面に設けられ、一方で図3では、傾斜部は外側下面に表されている。
スリーブ46の内側面48に接触するカラー36の外面34のスライドは、2つの円筒面の間の小さい機能的クリアランスをそれでもなお管理している。この機能的クリアランスは、絞りオリフィス56よりもはるかに小さく、このクリアランスを通じて燃料が流れることは不可能である。上流チャンバ38から下流チャンバ40へと流れるすべての燃料は、絞りオリフィス56を通じて流れる。
使用時には、加圧された燃料が上流チャンバ38を満たし、次に絞りオリフィス56を通じて流れ、下流チャンバ40へと進入し、そこから噴射穴30を通じて出て行く。バルブニードル14は、噴射穴30の開位置と閉位置との間を軸方向にスライドし、したがってカラー36は、スリーブ44内をスライドする。
絞り56は圧力降下を誘発し、下流チャンバ40内の圧力は、上流チャンバ38内の圧力よりも低い。結果的に、上流チャンバ38のより高い圧力は、スリーブ44の上面52への下向きの力を誘発し、この力はスリーブ44を付勢して、底部ディスク面42に接触して突き当てる。底部ディスク面42に接触するスリーブ44の軸方向突き当てを確実にするために、スリーブ44へのさらなる下向きの力を誘発する付勢手段64を追加することが可能である。図4には実施例が示されており、そこでは図の左側において、付勢手段64は、スリーブの上面52とバルブニードル14の下向きの径方向面66との間で圧縮されるコイルバネであり、この径方向面66は、この実施例においては、主バネシートの下面である。主バネは大きい力によってニードルを下向きに付勢し、付勢手段64は、はるかにより小さい力によってニードルを上向きに付勢し、その力はスリーブを所定の位置に保持するためにちょうど十分である。
図4の右側に示された代替の実施形態においては、付勢手段64はバネであり、その上端に向かって上向きに拡大されており、上端は上流チャンバ38の内側面に接触して押し付けられている。繰り返すが、この付勢手段64によって生じた力は比較的小さく、スリーブ44の軸方向位置決めを確実にするためにちょうど十分である。また、1つのみの絞りオリフィス56が示されているが、スリーブには複数の、2つ、3つ以上の絞りオリフィスが設けられ得る。
図示されていない代替の実施形態においては、少数の前述の絞りオリフィスが、スリーブの壁を通じて配置された非常に微細な多数の穴によって置き換えられている。これらの複数の穴は、前述の少数のオリフィスと同様の圧力降下を提供している。追加の組み合わせの機能として、これらの複数の微細な穴は、異物、粒子、および燃料内に混入し得る他の混入物を阻止するフィルタを形成し、異物が噴射穴に向かって流れることを防止している。
本発明の第2実施形態は、図5を参照してここに記載されており、上流チャンバ38を下流チャンバ40から区切ったさらなる手段が、厚いディスク板状スリーブ68と協働するバルブニードル14のカラー36によって設けられている。図5に示されたように、厚いスリーブ68は、軸方向に合わせられて底部ディスク面42に突き当てられ、カラー36の周囲面34によって自己調心して径方向に合わせられる。絞りオリフィス56は、スリーブ68の厚さを貫通し、スリーブの上面52から反対側の下面54へと延びている。また、下流チャンバ40の上端は、その断面を拡大するために面取りされており、底部ディスク面42におけるこの下流チャンバ40の開口部は、小さい逆V字突起70によって取り囲まれ、その頂上には、厚いスリーブ68が載置されている。
使用時には、この第2実施形態の動作は、前述の第1実施形態の動作に類似している。上流チャンバ38内の圧力によって誘発された下向きの力は、スリーブ68を所定の位置に維持する。繰り返すが、その位置にあることを確実にすることが必ず必要とされるため、図4の圧縮バネのような付勢手段64が、前述の方法と類似の方法において容易に実行され得る。
第2実施形態の代わりの実施形態が図6に示されており、先の記載との差異は、スリーブ68と底部ディスク面42との間の接触面積のみである。ここで、底部ディスク面42は平坦であり、スリーブ68はその底面54に凹部72が設けられ、その外周は小さい周囲リップ74によって取り囲まれており、スリーブ68と底部ディスク面42との間の接触面積を最小化している。この代替に実施形態の利点は製造過程にあり、凹部72は前述のV字突起70よりも容易に形成され得ることである。
第3実施形態は、図7を参照してここに記載されており、厚いディスク板状スリーブ68は、軸方向にスライド可能に、本体16の内側円筒面76によって外側からガイドされている。スリーブ68には軸中心穴78が設けられ、その穴を通じてニードル14が拘束されることなく延び、スリーブ68は、ニードル14から突出した径方向延出面80上に軸方向に静止している。前述の事項と同様に、絞り56は、スリーブ68の厚さを通じて延びている。この第3実施形態の別の形態は、径方向延出面80を設け、そこに対して1つ以上の小さい通路を備えた厚いスリーブ68が突き当たり、これらの通路は、燃料が厚いスリーブ68と突き当て面80との間に流れることを可能にした絞り制限部を形成している。
また、再度この実施形態においては、図4のバネのような付勢手段が、径方向面80に接触するスリーブ68の軸方向位置を保証することを可能にし得る。さらに、これまでの任意の実施形態のように、ここに示されたスリーブ68には、複数の絞り開口部が設けられている。
使用時には、上流チャンバ38のより高い圧力は、スリーブ68上への下向きの力を誘発し、このスリーブ68をニードル14の径方向面80に付勢する。ニードル14が開位置と閉位置との間を上下にスライドするので、スリーブ68は先の動作に従う。
さらに、代替の実施形態においては、スリーブ44を貫通した絞りオリフィスを備える替わりに、絞り通路が形成され、カラー36にカラー36の外側面に軸方向に延びた少なくとも1つの平坦部を設け、絞り通路は、この平坦部とスリーブ44の円筒内側面48との間に形成されることが可能である。平坦部の替わりに、カラー36の外側面には、カラー36の外側面と交差した、半円形または三角形穴のようなアンダーカット、スロット、または穴が設けられ、絞り通路56を形成することが可能である。それとは異なり、それらのスロットは、スリーブの内側面に配置されることが可能である。
以下の参照符号は、本記載内で使用されている。
A ・・・主軸
V ・・・ノズル本体の内部空間
d34 ・・・端縁直径
D38 ・・・上流チャンバの直径
D40 ・・・下流チャンバの直径
10 ・・・燃料噴射器
12 ・・・ノズルアセンブリ
14 ・・・バルブニードル
16 ・・・ノズル本体
18 ・・・ニードルの上流面
20 ・・・カラーの上流面
22 ・・・カラーの下流面
24 ・・・ニードルの下流面
26 ・・・制御チャンバ
28 ・・・絞り
30 ・・・噴射穴
32 ・・・本体の内側面
34 ・・・カラーの外側縁
36 ・・・カラー
38 ・・・上流チャンバ
40 ・・・下流チャンバ
42 ・・・上流チャンバの底面
44 ・・・管状スリーブ
46 ・・・スリーブの壁
48 ・・・スリーブの内側円筒面
50 ・・・スリーブの外側円筒面
52 ・・・スリーブの上面
54 ・・・スリーブの下面
56 ・・・絞りオリフィス
58 ・・・絞りの上流開口部
60 ・・・絞りの下流開口部
62 ・・・スリーブの斜面形状
64 ・・・付勢手段
66 ・・・下向きの径方向面
68 ・・・ディスク板状の厚いスリーブ
70 ・・・V字突起
72 ・・・スリーブ下面の凹部
74 ・・・周囲リップ
76 ・・・スリーブを軸方向にガイドした本体の内側円筒面
78 ・・・スリーブの中心穴
80 ・・・径方向突き当て面
V ・・・ノズル本体の内部空間
d34 ・・・端縁直径
D38 ・・・上流チャンバの直径
D40 ・・・下流チャンバの直径
10 ・・・燃料噴射器
12 ・・・ノズルアセンブリ
14 ・・・バルブニードル
16 ・・・ノズル本体
18 ・・・ニードルの上流面
20 ・・・カラーの上流面
22 ・・・カラーの下流面
24 ・・・ニードルの下流面
26 ・・・制御チャンバ
28 ・・・絞り
30 ・・・噴射穴
32 ・・・本体の内側面
34 ・・・カラーの外側縁
36 ・・・カラー
38 ・・・上流チャンバ
40 ・・・下流チャンバ
42 ・・・上流チャンバの底面
44 ・・・管状スリーブ
46 ・・・スリーブの壁
48 ・・・スリーブの内側円筒面
50 ・・・スリーブの外側円筒面
52 ・・・スリーブの上面
54 ・・・スリーブの下面
56 ・・・絞りオリフィス
58 ・・・絞りの上流開口部
60 ・・・絞りの下流開口部
62 ・・・スリーブの斜面形状
64 ・・・付勢手段
66 ・・・下向きの径方向面
68 ・・・ディスク板状の厚いスリーブ
70 ・・・V字突起
72 ・・・スリーブ下面の凹部
74 ・・・周囲リップ
76 ・・・スリーブを軸方向にガイドした本体の内側円筒面
78 ・・・スリーブの中心穴
80 ・・・径方向突き当て面
Claims (16)
- 燃料噴射器(10)のノズルアセンブリ(12)であって、該ノズルアセンブリ(12)は、噴射器内の燃料流れ方向に準拠して、上流から下流へと主軸(A)に沿って延びており、前記ノズルアセンブリ(12)は、
上流チャンバ(38)と下流チャンバ(40)とに分割された内部空間(V)が設けられたノズル本体(16)と、さらに
前記内部空間(V)内でスライド可能にガイドされ且つ前記上流チャンバ(38)および下流チャンバ(40)の両方を通じて延びた細長い主シャフトを具備したバルブニードル(14)と、を具備し、
前記ノズル本体(16)および前記バルブニードル(14)は協働して、前記上流チャンバ(38)と前記下流チャンバ(40)との間の絞り流体連通手段(28)を形成し、使用時に、燃料が前記絞り手段(28)を通じて流れた場合に、圧力降下を生じるノズルアセンブリ(12)において、
前記ノズルアセンブリ(12)には、中心穴を備えた管状スリーブ(44、68)が設けられ、前記中心穴を通じて前記ニードル(14)が延びており、前記スリーブ(44、68)は、前記上流チャンバ(38)と前記下流チャンバ(40)との間に配置されて、前記本体(16)の面(42)および前記ニードル(14)の面のそれぞれに接触して突き当たり、且つ前記ニードル(14)の円筒面(34)および前記本体(16)のそれぞれによって径方向に自己調心するようにガイドされており、前記絞り手段(28)は、前記スリーブ(44、68)内に配置されていることを特徴とするノズルアセンブリ(12)。 - 前記バルブニードル(14)には、その主シャフトから周端縁(34)へと径方向外向きに延びたカラー(36)が設けられ、
前記スリーブ(44)には中心穴が設けられ、前記ノズル本体(16)の面に接触して軸方向に突き当たり、且つ前記周端縁(34)によって径方向に自己調心するようにガイドされており、
前記絞り手段(28)は、前記スリーブを貫通し、且つ前記上流チャンバ(38)の上流オリフィス(58)開口部から前記下流チャンバ(40)の下流オリフィス(60)開口部へと延びたオリフィス(56)であることを特徴とする請求項1に記載のノズルアセンブリ(12)。 - 前記スリーブ(44)は、管状且つ軸方向に長く延びており、前記絞り(56)は、前記管状スリーブ(44)の側壁(46)を貫通し、前記上流オリフィス(58)は、前記スリーブ(44)の外側円筒面(50)に配置され、前記下流オリフィス(60)は、前記スリーブ(44)の内側円筒面(48)に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記スリーブ(44)には複数の微細貫通穴が設けられ、それにより前記スリーブ(44)は、使用時に圧力降下を提供し、且つ燃料内を流れる異物および粒子を捕捉する燃料フィルタとなることを特徴とする請求項2または3に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記管状スリーブ(44)の下流端部は傾斜しており、それにより前記ノズル本体(16)の面(42)に接触する前記スリーブ(44)の突き当て部(54)は、減少されていることを特徴とする請求項2に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記カラー(36)は、前記管状スリーブ(44)の上流端部に向かってガイドされ、前記絞り(56)の下流開口部(60)は、前記カラー(36)の下流の、前記スリーブの下流端部に向かっていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記スリーブ(68)は、前記中心穴(78)から径方向に延びた厚いディスク板状であり、前記絞り(56)は、前記スリーブ(68)の厚さを貫通し、その上流オリフィス(58)は前記スリーブ(68)の上面(52)に配置され、その下流オリフィス(60)は前記スリーブ(44)の下面(54)に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記ディスク板状スリーブ(68)の下面(54)には、周囲リップのような傾斜円形突起(74)を形成した凹部(72)が設けられ、前記スリーブ(68)の突き当て部を減少していることを特徴とする請求項7に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記スリーブ(68)に接触して突き当たった前記ノズル本体(16)の面には、上向きに突出した周囲リップのような傾斜円形突起(70)が設けられ、前記スリーブ(68)の突き当て部を減少していることを特徴とする請求項7に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記スリーブ(68)は、前記ニードルシャフトよりも大きい中心穴(78)を備えた厚いディスク板状であり、前記スリーブは、前記中心穴(78)から前記ノズルの内側円筒面によってスライド可能にガイドされ且つ自己調心された外周面へと径方向に延びており、前記バルブニードル(14)には径方向拡張面(80)が設けられ、当該面の外側縁は、前記スリーブの中心穴(78)よりも大きく、それにより、前記スリーブ(68)は、前記ニードルの径方向面(80)に接触して軸方向に突き当たって受容され、前記絞り手段は、前記ディスク板状スリーブ(68)の厚さを貫通し且つ前記スリーブの上面(52)から下面(54)へと延びたオリフィス(56)を具備していることを特徴とする請求項1に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記本体または前記ニードルの面(42、80)に接触して、前記スリーブ(44、68)を下流に向かって軸方向に付勢するように配置された付勢手段(64)をさらに具備していることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記付勢手段(64)は、前記ニードルシャフトの周囲に巻かれ且つ前記スリーブ(44、68)と前記ニードルの上側径方向面(66)との間で圧縮された圧縮バネであることを特徴とする請求項11に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記付勢手段(64)は、前記スリーブ(44、68)と前記上流チャンバ(38)の内側面との間で圧縮されるバネであり、該バネは、前記スリーブと接触する下流側よりも大きい、前記内側面に接触して押し付けられた上流側の断面を備えていることを特徴とする請求項11に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記絞り手段は、前記スリーブを通じて設けられた複数のオリフィス(56)を具備していることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 前記絞り(56)の上流オリフィス(58)は、前記下流オリフィス(60)よりも大きい断面を有することを特徴とする請求項2〜14のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(12)。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(12)が設けられた燃料噴射器(10)。
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