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DE102022124700A1 - Prechamber system for an internal combustion engine - Google Patents

Prechamber system for an internal combustion engine Download PDF

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DE102022124700A1
DE102022124700A1 DE102022124700.7A DE102022124700A DE102022124700A1 DE 102022124700 A1 DE102022124700 A1 DE 102022124700A1 DE 102022124700 A DE102022124700 A DE 102022124700A DE 102022124700 A1 DE102022124700 A1 DE 102022124700A1
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antechamber
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DE102022124700.7A
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Philipp Adomeit
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FEV Group GmbH
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FEV Group GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorkammersystem 1 für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, umfassend- einen Zylinderkopf 2 für den Brennraum 10 des Verbrennungsmotors,- eine Vorkammer, umfassend ein Vorkammervolumen 7 und eine Vorkammerwand, wobei die Vorkammerwand das Vorkammervolumen 7 begrenzt, und wobei die Vorkammerwand eine Vorkammerkappe 3 umfasst, und wobei die Vorkammerkappe 3 mindestens teilweise in den Zylinderkopf 2 hineinragt, und wobei die Vorkammerkappe 3 Öffnungen 12 derart aufweist, dass Fluid aus der Vorkammer in den Brennraum 10 strömen kann, und wobei die Öffnungen 12 innerhalb der Vorkammerkappe 3 angeordnet sind,- eine Zuführungseinrichtung 8 zum Zuführen von Kraftstoff in der Vorkammer,- eine Zündkerze 6 zum Entzünden von Kraftstoff in der Vorkammer, wobei die Zündkerze 6 dem Kolben 13 gegenüberliegend angeordnet ist, und- eine Zündeinrichtung 9 zum Erhitzen und/oder Zünden von Fluid in der Vorkammer und/oder dem Brennraum 10.The invention relates to a pre-chamber system 1 for an internal combustion engine with at least one cylinder, comprising - a cylinder head 2 for the combustion chamber 10 of the internal combustion engine, - a pre-chamber, comprising a pre-chamber volume 7 and a pre-chamber wall, the pre-chamber wall delimiting the pre-chamber volume 7, and the pre-chamber wall comprises a prechamber cap 3, and the prechamber cap 3 protrudes at least partially into the cylinder head 2, and the prechamber cap 3 has openings 12 such that fluid can flow from the prechamber into the combustion chamber 10, and the openings 12 are arranged inside the prechamber cap 3 - a supply device 8 for supplying fuel in the pre-chamber, - a spark plug 6 for igniting fuel in the pre-chamber, the spark plug 6 being arranged opposite the piston 13, and - an ignition device 9 for heating and/or igniting fluid in the antechamber and/or the combustion chamber 10.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorkammersystem für einen Verbrennungsmotor.The invention relates to a prechamber system for an internal combustion engine.

Die DE3661430 offenbart ein Vorkammersystem für einen Dieselmotor.The DE3661430 discloses a prechamber system for a diesel engine.

Ein erfindungsgemäßes Vorkammersystem für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder umfasst einen Zylinderkopf für einen Brennraum des Zylinders des Verbrennungsmotors. Das Vorkammersystem umfasst zudem eine Vorkammer. Die Vorkammer umfasst ein Vorkammervolumen und eine Vorkammerwand. Die Vorkammerwand begrenzt das Vorkammervolumen. Die Vorkammerwand umfasst eine Vorkammerkappe 3. Die Vorkammerkappe ragt mindestens teilweise in den Brennraum hinein. Die Vorkammerkappe weist Öffnungen derart auf, dass Fluid aus der Vorkammer in den Brennraum strömen kann. Die Öffnungen sind innerhalb der Vorkammerkappe angeordnet. Das Vorkammersystem umfasst eine Zuführungseinrichtung zum Zuführen von Kraftstoff in der Vorkammer. Das Vorkammersystem umfasst eine Zündkerze zum Entzünden von Kraftstoff in der Vorkammer. Die Zündkerze ist dem Brennraum gegenüberliegend angeordnet. Das Vorkammersystem umfasst eine Zündeinrichtung zum Erhitzen und/oder Zünden von Fluid in der Vorkammer und/oder dem Brennraum.A prechamber system according to the invention for an internal combustion engine with at least one cylinder comprises a cylinder head for a combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine. The antechamber system also includes an antechamber. The antechamber includes an antechamber volume and an antechamber wall. The antechamber wall limits the antechamber volume. The antechamber wall includes an antechamber cap 3. The antechamber cap protrudes at least partially into the combustion chamber. The antechamber cap has openings such that fluid can flow from the antechamber into the combustion chamber. The openings are located within the atria cap. The pre-chamber system includes a supply device for supplying fuel in the pre-chamber. The prechamber system includes a spark plug for igniting fuel in the prechamber. The spark plug is located opposite the combustion chamber. The antechamber system includes an ignition device for heating and/or igniting fluid in the antechamber and/or the combustion chamber.

Dadurch, dass die Öffnungen der Vorkammerkappe ein Strömen von Fluid in den Brennraum ermöglichen, und dadurch, dass die Zündkerze ein Zünden von Kraftstoff in der Vorkammer ermöglicht, wird es ermöglicht, den Verbrennungsmotor mit extrem mageren Kraftstoffluftgemischen zu betreiben. Zudem ermöglicht die Zündeinrichtung ein sicheres Zünden von Kraftstoffluftgemischen.The fact that the prechamber cap openings allow fluid to flow into the combustion chamber and the spark plug allows fuel to ignite in the prechamber allows the internal combustion engine to be operated with extremely lean fuel-air mixtures. In addition, the ignition device enables reliable ignition of fuel-air mixtures.

Dadurch, dass die Zündkerze dem Brennraum gegenüberliegend angeordnet ist, werden kleine Vorkammer mit höchsten 4% von einem Kompressionsvolumen des Brennraums ermöglicht.Because the spark plug is arranged opposite the combustion chamber, small pre-chambers with a maximum of 4% of a compression volume of the combustion chamber are made possible.

Bevorzugt ist die Zündeinrichtung als Glühkerze ausgebildet. Zudem bevorzugt weist die Vorkammerwand eine Öffnung auf, durch die die Zündeinrichtung in die Vorkammer hineinragt.The ignition device is preferably designed as a glow plug. In addition, the antechamber wall preferably has an opening through which the ignition device protrudes into the antechamber.

Dies ermöglicht es, Kraftstoffluftgemische in der Vorkammer zu erwärmen und so ein Zünden von Kraftstoffluftgemischen sicher für eine große Bandbreite von Gemischen und auch bei Kaltstarts zu ermöglichen.This makes it possible to heat fuel-air mixtures in the pre-chamber and thus safely enable fuel-air mixtures to be ignited for a wide range of mixtures and also during cold starts.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe advantageous embodiments of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figur näher erläutert.Preferred exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the following figure.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorkammersystems 1 für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder. Das Vorkammersystem 1 umfasst einen Zylinderkopf 2 für den Brennraum 10 des Zylinders des Verbrennungsmotors, der durch einen Kolben 13 abgeschlossen ist. Das Vorkammersystem umfasst zudem eine Vorkammer. Die Vorkammer umfasst ein Vorkammervolumen 7 und eine Vorkammerwand. Die Vorkammerwand begrenzt das Vorkammervolumen 7. Die Vorkammerwand umfasst eine Vorkammerkappe 3. Die Vorkammerkappe 3 ragt mindestens teilweise in den Brennraum 10 hinein. Die Vorkammerkappe 3 weist Öffnungen 12 derart auf, dass Fluid aus der Vorkammer in den Brennraum 10 strömen kann. Die Öffnungen 12 sind innerhalb der Vorkammerkappe 3 angeordnet. Das Vorkammersystem 1 umfasst eine Zuführungseinrichtung 8 zum Zuführen von Kraftstoff in der Vorkammer. Die Zuführungseinrichtung ist an einer Seite der Vorkammerwand angeordnet, die an die Vorkammerkappe angrenzt. Das Vorkammersystem 1 umfasst eine Zündkerze 6 zum Entzünden von Kraftstoff in der Vorkammer. Die Zündkerze 6 ist dem Kolben 13 gegenüberliegend angeordnet. Das Vorkammersystem 1 umfasst eine Zündeinrichtung 9 zum Erhitzen von Fluid in der Vorkammer. 1 shows an exemplary embodiment of a prechamber system 1 according to the invention for an internal combustion engine with at least one cylinder. The prechamber system 1 includes a cylinder head 2 for the combustion chamber 10 of the cylinder of the internal combustion engine, which is closed off by a piston 13 . The antechamber system also includes an antechamber. The antechamber comprises an antechamber volume 7 and an antechamber wall. The pre-chamber wall delimits the pre-chamber volume 7. The pre-chamber wall comprises a pre-chamber cap 3. The pre-chamber cap 3 protrudes at least partially into the combustion chamber 10. The antechamber cap 3 has openings 12 such that fluid can flow from the antechamber into the combustion chamber 10 . The openings 12 are arranged inside the antechamber cap 3 . The pre-chamber system 1 includes a supply device 8 for supplying fuel to the pre-chamber. The delivery device is arranged on a side of the antechamber wall which adjoins the antechamber cap. The pre-chamber system 1 includes a spark plug 6 for igniting fuel in the pre-chamber. The spark plug 6 is arranged opposite the piston 13 . The antechamber system 1 includes an ignition device 9 for heating fluid in the antechamber.

Die Zuführungseinrichtung 8 ist als Kraftstoffinjektor ausgebildet. Die Vorkammerwand weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Öffnung 5 auf, durch die die Zuführungseinrichtung 8 mit dem Volumen in der Vorkammer verbunden ist. Dies ermöglicht es, dass Kraftstoff direkt in die Vorkammer injiziert wird. Dies ermöglicht es, das Kraftstoffluftverhältnis in der Vorkammer präzise einzustellen, wodurch eine hohe Effizienz für den Betrieb des Vorkammersystems 1 ermöglicht wird.The feed device 8 is designed as a fuel injector. In this exemplary embodiment, the antechamber wall has an opening 5 through which the feed device 8 is connected to the volume in the antechamber. This allows fuel to be injected directly into the pre-chamber. This makes it possible to set the air-fuel ratio in the pre-chamber precisely, thereby enabling the pre-chamber system 1 to operate with high efficiency.

Zum Erzeugen des Kraftstoffluftgemisches im Brennraum werden weiterhin eine oder mehrere Zuführungseinrichtungen zum Zuführen von Kraftstoff in den Brennraum und/oder den Einlasskanal eingesetzt.To generate the fuel/air mixture in the combustion chamber, one or more feed devices for feeding fuel into the combustion chamber and/or the intake port are also used.

Die Vorkammerwand weist eine Öffnung 4 auf, durch die die Zündeinrichtung 9 in die Vorkammer hineinragt. Die Öffnung 4 liegt der Öffnung 5 in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber. Dies ermöglicht eine Bauraumreduktion für das Vorkammersystem 1.The antechamber wall has an opening 4 through which the ignition device 9 protrudes into the antechamber. The opening 4 faces the opening 5 in this embodiment. This enables a reduction in installation space for the prechamber system 1.

In diesem Ausführungsbeispiel bilden Teile eines Gehäuses 14 der Zündkerze 6 die Vorkammerwand. Das Gehäuse der Zündkerze 6 weist dabei eine Aufnahme für einen Dichtring 11 auf. Dies ermöglicht eine effiziente Bauraumnutzung für das Vorkammersystem 1. Die Vorkammerkappe 3 ist direkt benachbart zu dem Gehäuse der Zündkerze 6 angeordnet. Das Gehäuse der Zündkerze 6 und die Vorkammerkappe 3 bilden zusammen die Vorkammerwand. Die Öffnungen 4 und 5 sind innerhalb des Gehäuses der Zündkerze 6 angeordnet. Die Vorkammerwand ist zweiteilig ausgebildet, wobei die beide Teile fluiddicht aneinandergefügt sind. Dies ermöglicht es, dass das Vorkammervolumen 7 sehr klein im Vergleich zu einem Volumen des Brennraums 10 ist. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt das Vorkammervolumen 7 weniger als 4% des Volumens des Brennraums 10. Dies ermöglicht es, ein unerwünschtes Überströmen von Fluiden aus dem Brennraum 10 in die Vorkammer zu vermeiden.In this exemplary embodiment, parts of a housing 14 of the spark plug 6 form the antechamber wall. The housing of the spark plug 6 has a seat for a sealing ring 11 . This enables efficient use of space for the Pre-chamber system 1. The pre-chamber cap 3 is arranged directly adjacent to the housing of the spark plug 6. The housing of the spark plug 6 and the antechamber cap 3 together form the antechamber wall. The openings 4 and 5 are arranged inside the housing of the spark plug 6 . The antechamber wall is designed in two parts, with the two parts being joined together in a fluid-tight manner. This allows the pre-chamber volume 7 to be very small compared to a volume of the combustion chamber 10 . In this exemplary embodiment, the antechamber volume 7 is less than 4% of the volume of the combustion chamber 10. This makes it possible to avoid an undesired overflow of fluids from the combustion chamber 10 into the antechamber.

Die Zündeinrichtung 9 ist als Glühkerze ausgebildet. Dies ermöglicht ein Erhitzen von Kraftstoffluftgemischen in der Vorkammer, wodurch ein Zünden der Kraftstoffluftgemische selbst bei Kaltstarts sicher erfolgt.The ignition device 9 is designed as a glow plug. This enables fuel-air mixtures to be heated in the prechamber, as a result of which the fuel-air mixtures are reliably ignited even during cold starts.

Die Öffnungen 12 der Vorkammerkappe 3 weisen Symmetrieachsen auf. Die Symmetrieachsen laufen in einem gemeinsamen Punkt zusammen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorkammerkappe drei Öffnungen auf. Dies ermöglicht ein vorteilhaftes Strömen von Fluiden aus der Vorkammer in den Brennraum 10.The openings 12 of the antechamber cap 3 have axes of symmetry. The symmetry axes converge at a common point. In this embodiment, the antechamber cap has three openings. This enables an advantageous flow of fluids from the antechamber into the combustion chamber 10.

Die Form der Vorkammerkappe 3 entspricht im Wesentlichen einem Sphäroidsegment. Dies ermöglicht eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft in der Vorkammer. Alternativ entspricht die Form der Vorkammerkappe im Wesentlichen einem Kegel oder einem, Kegelstumpf. Teilbereichen des Vorkammerkappe 3 können dabei in allen Fällen auch in mindestens einer Raumachse abgeflacht sein.The shape of the antechamber cap 3 essentially corresponds to a spheroid segment. This enables good mixing of fuel and air in the pre-chamber. Alternatively, the shape of the antechamber cap essentially corresponds to a cone or a truncated cone. Partial areas of the antechamber cap 3 can in all cases also be flattened in at least one spatial axis.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist keine Öffnung 4 in der Vorkammerwand vorhanden. Dafür weist der Zylinderkopf 2 eine Öffnung auf, durch die Zündeinrichtung 9 in den Brennraum 10 hineinragt. Diese ist zwischen zwei Ventilen des Zylinderkopfes 2 angeordnet. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist die Öffnung zwischen einem Ventil und einem Rand des Brennraums 10 angeordnet. Der Rand des Brennraums 10 entspricht dabei in einer Achse einem Rand des Zylinders.In an alternative embodiment, there is no opening 4 in the antechamber wall. For this purpose, the cylinder head 2 has an opening through which the ignition device 9 protrudes into the combustion chamber 10 . This is arranged between two valves of the cylinder head 2. In a further alternative exemplary embodiment, the opening is arranged between a valve and a rim of the combustion chamber 10 . The edge of the combustion chamber 10 corresponds in one axis to an edge of the cylinder.

Die Zündeinrichtung 9 ist als Zündkerze ausgebildet. Dadurch weist das Vorkammersystem 1 zwei Zündkerzen auf, was ein sicheres Zünden von Kraftstoffluftgemischen in der Vorkammer und dem Brennraum 10 ermöglicht.The ignition device 9 is designed as a spark plug. As a result, the pre-chamber system 1 has two spark plugs, which enables fuel-air mixtures in the pre-chamber and the combustion chamber 10 to be ignited reliably.

Die Zuführungseinrichtung 8 ist ausgebildet und eingerichtet, ein Kraftstoffluftgemisch der Vorkammer zuzuführen. Dies ermöglicht es, ein präzises Kraftstoffluftgemisch in die Vorkammer einzuführen, wobei zusätzlich eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft erreicht wird.The feed device 8 is designed and set up to feed a fuel/air mixture to the antechamber. This makes it possible to introduce a precise fuel-air mixture into the pre-chamber, in addition to achieving good mixing of fuel and air.

In diesem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Vorkammerkappe 3 drei Öffnungen auf. Die Öffnungen 12 der Vorkammerkappe 3 weisen Symmetrieachsen auf. Die Symmetrieachsen schneiden sich in diesem Ausführungsbeispiel nicht. Die Öffnungen haben jeweils in mindestens einer Raumachse einen Versatz mit variierenden Ausrichtungen. Dies ermöglicht, dass unverbrannte und gezündete Kraftstoffluftgemische gut von der Vorkammer in den Brennraum 10 strömen.In this alternative embodiment, the antechamber cap 3 has three openings. The openings 12 of the antechamber cap 3 have axes of symmetry. The axes of symmetry do not intersect in this exemplary embodiment. The openings each have an offset with varying orientations in at least one spatial axis. This allows unburned and ignited fuel-air mixtures to flow well from the pre-chamber into the combustion chamber 10 .

Alternativ dazu weist die Vorkammerkappe 3 sechs oder mehr Öffnungen auf. Die Symmetrieachsen der Öffnungen 12 laufen in keinem gemeinsamen Punkt zusammen.Alternatively, the antechamber cap 3 has six or more openings. The axes of symmetry of the openings 12 do not converge at any common point.

Die verschiedenen Merkmale aller beschriebenen Ausführungsbeispiele können dabei in beliebigen Kombinationen ausgeführt sein.The various features of all of the exemplary embodiments described can be implemented in any combination.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 3661430 [0002]DE 3661430 [0002]

Claims (10)

Vorkammersystem 1 für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, umfassend - einen Zylinderkopf 2 für einen Brennraum 10 des Zylinders des Verbrennungsmotors, - eine Vorkammer, umfassend ein Vorkammervolumen 7 und eine Vorkammerwand, wobei die Vorkammerwand das Vorkammervolumen 7 begrenzt, und wobei die Vorkammerwand eine Vorkammerkappe 3 umfasst, und wobei die Vorkammerkappe 3 mindestens teilweise in den Brennraum 10 hineinragt, und wobei die Vorkammerkappe 3 Öffnungen 12 derart aufweist, dass Fluid aus der Vorkammer in den Brennraum 10 strömen kann, und wobei die Öffnungen 12 innerhalb der Vorkammerkappe 3 angeordnet sind, - eine Zuführungseinrichtung 8 zum Zuführen von Kraftstoff in der Vorkammer, - eine Zündkerze 6 zum Entzünden von Kraftstoff in der Vorkammer, wobei die Zündkerze 6 dem Brennraum 10 gegenüberliegend angeordnet ist, - eine Zündeinrichtung 9 zum Erhitzen und/oder Zünden von Fluid in der Vorkammer und/oder dem Brennraum 10.Prechamber system 1 for an internal combustion engine with at least one cylinder, comprising - a cylinder head 2 for a combustion chamber 10 of the cylinder of the internal combustion engine, - a pre-chamber, comprising a pre-chamber volume 7 and a pre-chamber wall, the pre-chamber wall delimiting the pre-chamber volume 7, and the pre-chamber wall comprising a pre-chamber cap 3, and the pre-chamber cap 3 protruding at least partially into the combustion chamber 10, and the pre-chamber cap 3 having openings 12 such having that fluid can flow from the antechamber into the combustion chamber 10, and wherein the openings 12 are arranged within the antechamber cap 3, - a supply device 8 for supplying fuel in the antechamber, - a spark plug 6 for igniting fuel in the prechamber, the spark plug 6 being arranged opposite the combustion chamber 10, - An ignition device 9 for heating and/or igniting fluid in the antechamber and/or the combustion chamber 10. Vorkammersystem 1 nach Anspruch 1, wobei die Zündeinrichtung 9 als Glühkerze ausgebildet ist.Pre-chamber system 1 after claim 1 , wherein the ignition device 9 is designed as a glow plug. Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündeinrichtung 9 als Zündkerze ausgebildet ist.Prechamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the ignition device 9 is designed as a spark plug. Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorkammerwand eine Öffnung 4 aufweist, durch die die Zündeinrichtung 9 in die Vorkammer hineinragt.Pre-chamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the pre-chamber wall has an opening 4 through which the ignition device 9 protrudes into the pre-chamber. Vorkammersystem 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zylinderkopf 2 eine Öffnung aufweist, durch die die Zündeinrichtung 9 in Brennraum 10 hineinragt.Antechamber system 1 according to one of Claims 1 until 3 , The cylinder head 2 having an opening through which the ignition device 9 protrudes into the combustion chamber 10 . Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuführungseinrichtung 8 als Kraftstoffinjektor ausgebildet ist.Pre-chamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the supply device 8 is designed as a fuel injector. Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuführungseinrichtung 8 ausgebildet und eingerichtet ist, ein Kraftstoffluftgemisch der Vorkammer zuzuführen.Pre-chamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the supply device 8 is designed and set up to supply a fuel-air mixture to the pre-chamber. Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen 12 der Vorkammerkappe 3 Symmetrieachsen aufweisen, und wobei die Symmetrieachsen in einem gemeinsamen Punkt zusammenlaufen.Antechamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the openings 12 of the antechamber cap 3 have axes of symmetry, and wherein the axes of symmetry converge at a common point. Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorkammerkappe 3 mindestens zwei Öffnungen 12 aufweist.Antechamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the antechamber cap 3 has at least two openings 12. Vorkammersystem 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorkammerwand höchstens zweiteilig ausgebildet ist.Antechamber system 1 according to one of the preceding claims, wherein the antechamber wall is formed in at most two parts.
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