DE2308781A1 - COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Astmann
Dr. R. Koenigsberger - Dipl. Phys.R. HolzbauerDr. F. Zumstein Sr. - Dr. E. Astmann
Dr. R. Koenigsberger - Dipl. Phys.R. Timber builder
Dr. F. Zumstein jun.Dr. F. Zumstein jun.
Patenronwölt·Patenronwölt
• München 2, BräuhauMtroße 4/III• Munich 2, BräuhauMtroße 4 / III
SOCIETE IHDUSTRIELLE DE BREVETS ET D1ETUDES S.I.B.E. 3788/72 Verbrennungsmotor·SOCIETE IHDUSTRIELLE DE BREVETS ET D 1 ETUDES SIBE 3788/72 Combustion engine
Die Erfindung betrifft die Verbrennungsmotoren mit einer Vorrichtung zur Regelung dee behalte des von ihnen empfangenen Luft-Brennstoffgemischs und wenigstens einer Vorrichtung zur katalytischen Oxydation der von dem Motor gelieferten Auspuffgase, wobei diese letztere Vorrichtung einen katalytischen Topf mit einem Lufteinlass, einem Einlass fur die von dem Motor kommenden Auspuffgase und einem Auslass fur die oxydierten Auspuffgase sowie Mittel aufweist, welche dem Lufteinlass eine Luftmenge zufuhren, welche praktisch zu der von dem Motor absorbierten Luftmenge proportional ist.The invention relates to the internal combustion engines with a device for regulating the retention of them received air-fuel mixture and at least one device for the catalytic oxidation of the exhaust gases supplied by the engine, this latter device being a catalytic one Pot with an air inlet, an inlet for the exhaust gases coming from the engine and an outlet for the oxidized ones Has exhaust gases and means which supply the air inlet with an amount of air which practically corresponds to that of the The amount of air absorbed by the engine is proportional.
Bekanntlich soll die katalytische Vorrichtung die Auepuffgase oxydieren, um ihren Gehalt an s chädlichen Elementen zu verringern, d.h. an Kohlenstoffmonoxyd und an Kohlenwasserstoffen. Diese Oxydation erzeugt eine Temperaturerhöhung der Auspuffgase zwischen ihrem Eintritt in den katalytischen Topf und ihrem Austritt aus demselben.It is known that the catalytic device is intended to oxidize the exhaust gases to reduce their content of harmful elements to be reduced, i.e. of carbon monoxide and hydrocarbons. This oxidation creates an increase in temperature of the exhaust gases between their entry into the catalytic one Pot and its exit from it.
Ferner müssen bekanntlich zur BestimmungFurthermore, as is well known, must be used to determine
einer guten Verbrennung in dem Motor und eines richtigen Arbeitens der Vorrichtung zur katalytischen Oxydation die Systemegood combustion in the engine and proper functioning the catalytic oxidation device, the systems
309845/0785309845/0785
zur Speisung des Motors (Vergaser oder Einspritzung) ein Gemisch aus luft und Brennstoff mit einem praktisch konstanten Gehalt liefern. Nun hängt aber dieser Gehalt insbesondere von den atmorphärischen Bedingungen (Druck und Temperatur der umgebenden Luft) ab und kann sich ausserdem infolge des schlechten Arbeitens eines Elements des Speisesystems ändern*to feed the engine (carburetor or injection) a mixture of air and fuel with a practically constant Deliver salary. But this content depends in particular on the atmospheric conditions (pressure and temperature of the surrounding Air) and can also change as a result of poor functioning of an element of the feed system *
Die Erfindung bezweckt, derartige Motoren soThe invention aims to make such engines so
auszubilden, dass der Gehalt des von ihnen empfangenen Gemischs aus Luft und Brennstoff automatisch auf einem praktisch konstanten Wert gehalten wird, und zwar unabhängig von den atmosphärischen Bedingungen und selbst bei einem teilweisen Versagen des Speisesystems des Motors*train that the content of the mixture of air and fuel received by them automatically at a practically constant Value is maintained regardless of the atmospheric conditions and even in the event of partial failure of the Motor feed system *
Sie beruht auf der Tatsache, dass die Temperaturerhöhung der Auspuffgase in der Vorrichtung zur katalytischen Oxydation für den Gehalt des dem Motor gelieferten Gemischs kennzeichnend ist.It is based on the fact that the temperature increase of the exhaust gases in the catalytic oxidation device for the content of the mixture supplied to the engine is characteristic.
Hierfür ist der erfindungsgeraässe Motor durch Mittel gekennzeichnet, welche die Temperaturzunahme zwischen dem Eintritt der Auspuffgase in den katalytischen Topf und ihrem Austritt aus demselben messen und so auf die Vorrichtung zur Regelung des Gehalts des Gemische wirken, dass sie diesen Gehalt verringern oder erhöhen, je nachdem, ob die von ihnen gemessene Temperaturzunahme mehr oder weniger gross ist. Diese letzteren Mittel werden vorzugsweise durch in dem Oxydationstopf an der Eintrittsstelle bzw. der Austrittsstelle der Auspuffgase der Auspuffgase angeordnete Thermoelemente, einen Verstärker, welcher an die Ausgänge der Thermoelemente angeschlossen und so ausgebildet ist, dass er eine elektrische Spannung liefert, welche umso grosser ist, je grosser die von den Thermoelementen gemessene Temperaturdifferenz ist, eine Schaltung zur Lieferung einer Bezugsspannung, einen Komparator, welcher die Ausgangsspannung des Verstärkers mit dieser Bezugsspannung vergleicht und eine von der Differenz der verglichenen Spannungen abhängende Ausgangsspannung liefert, und durch Mittel, welche diese letztere Ausgangsspannung auf die Regelvorrichtung zur Einwirkung bringen, gebildet.For this purpose, the engine according to the invention is characterized by means that the temperature increase between the entry of the exhaust gases into the catalytic pot and their exit from the same measure and so on the device for regulation of the content of the mixture act to reduce or increase this content, depending on whether the measured by them Temperature increase is more or less large. These latter means are preferably by in the oxidation pot on the Entry point or exit point of the exhaust gases of the exhaust gases arranged thermocouples, an amplifier, which is connected to the outputs of the thermocouples and is designed so that it supplies an electrical voltage which The greater the measured by the thermocouples, the greater it is Temperature difference is a circuit for supplying a reference voltage, a comparator, which the output voltage of the amplifier compares with this reference voltage and one which depends on the difference between the compared voltages Output voltage supplies, and by means of which this latter output voltage is applied to the regulating device bring, educated.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.The invention is explained below by way of example with reference to the drawing.
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23Ö878123Ö8781
- 3 - 3788/72- 3 - 3788/72
Pig, 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemassen Vorrichtung für den Fall der Speisung des Motors durch einen Vergaser.Pig, Fig. 1 schematically shows an embodiment of the device according to the invention for the case of supply of the engine through a carburetor.
Pig« 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemassen Vorrichtung für den Fall der Speisung des Motors durch ein System mit elektronischer Einspritzung* Figure 2 shows schematically an embodiment of the device according to the invention for the case of supply of the engine through an electronic injection system *
Pig. 3 zeigt der Arbeitsweise der Ausführungsform der Pig. 2 entsprechende Kurven. Pig. Figure 3 shows the operation of the embodiment of the Pig. 2 corresponding curves.
Bei der Ausführungsform der Pig· 1 enthalt die Vorrichtung einen Vergaser 1, welcher ausser einem (nicht dargestellten) Schwimmerbehälter einen Hauptstromungskreis aufweist, welcher mit Brennstoff von diesem Schwimmerbehälter über eine kalibrierte öffnung 3 und mit Luft durch einen Kanal 4 gespeist wird, welcher mit dem Lufteinlauf 5 des Vergasers über eine öffnung 6 verbunden ist, deren veränderlicher Querschnitt durch eine konische Nadel 7 geregelt wird. Der Vergaser enthält ferner einen Langsamlaufkreis 8, welcher mit Brennstoff von dem Schwimmerbehälter über eine kalibrierte öffnung 9 und mit Luft über eine öffnung 10 gespeist wird, deren veränderlicher Querschnitt durch eine konische Nadel 11 geregelt wird.In the embodiment of the Pig 1, the device contains a carburetor 1 which, in addition to a (not shown) Float tank has a main circuit, which is fed with fuel from this float tank via a calibrated opening 3 and with air through a duct 4 which is connected to the air inlet 5 of the carburetor via an opening 6, the variable cross-section of which is regulated by a conical needle 7. The carburetor also contains a low-speed circuit 8, which is supplied with fuel from the float tank via a calibrated opening 9 and with air is fed via an opening 10, the variable cross-section of which is regulated by a conical needle 11.
Eine von dem Fahrer betätigte Drehklappe 12 steuert die Zufuhr des Luft-Brennstoffgemische zu dem Motor, wobei die Strömung in Richtung des Pfeils P erfolgt. Diese Drehklappe 12 ist mit einer anderen Drehklappe 13 gekuppelt, welche die Luftmenge regelt, welche einer Luftpumpe 14 zugeführt wird, welche von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, so dass die Förderleistung der Pumpe 14 praktisch zu der Luftmenge des Vergasers (massenmässige Mengen) proportional ist.A rotary flap 12 operated by the driver controls the supply of the air-fuel mixture to the engine, the flow being in the direction of arrow P. These Rotary flap 12 is coupled to another rotary flap 13, which regulates the amount of air that is supplied to an air pump 14 which is driven by the internal combustion engine, so that the delivery rate of the pump 14 practically corresponds to the amount of air of the carburetor (mass quantities) is proportional.
Die Luft der Pumpe 14 wird durch eine LeitungThe air of the pump 14 is through a pipe
15 dem Lufteinlass 15a eines Topfs 16 zur katalytischen Oxydation zugeführt, in welchem die Auspuffgase des Motors strömen. Dieser Topf besitzt einen mit der AuspuffSammelleitung des Motors verbundenen Einlass 16a. und einen Auslass 16Jb für die oxydierten Auspuffgase. Da die Ausbildung des Oxydationstopfs15 the air inlet 15a of a pot 16 for catalytic oxidation supplied, in which the exhaust gases of the engine flow. This pot has one with the exhaust manifold of the engine connected inlet 16a. and an outlet 16Jb for the oxidized exhaust gases. Since the formation of the oxidation pot
16 bekannt ist, braucht sie hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.16 is known, it does not need to be described in detail here to become.
Erfindungsgemäss sind nun an der Stelle desAccording to the invention are now at the point of
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23037812303781
. - 4 - " 37bb/72. - 4 - "37bb / 72
Einlasses 16a und des Auslasses 16t) des katalytisehen Topfs 16 zwei Thermoelemente 17 bzw. 18 angeordnet, deren Spannung einem Verstärker 19 zugeführt wird, welcher eine Ausgangsspannung liefert, welche umso grosser ist, je grosser die Differenz der von den Thermoelementen 17 und 18 gemessenen Temperaturen ist.Inlet 16a and outlet 16t) of the catalytic pot 16 two thermocouples 17 and 18, the voltage of which is fed to an amplifier 19, which has an output voltage supplies, which is greater, the greater the difference between the temperatures measured by the thermocouples 17 and 18.
Die Ausgangsspannung des Verstärkers 19 wird einem Eingang eines Verstärkers und !Comparators 20 zugeführt, dessen andere Eingangsgrosse von einer von einem Potentiometer 21 gelieferten Bezugsspannung gebildet wird. Der Verstarker 20 liefert eine Ausgangsspannung, welche einen Servomotor 22 steuert, welcher die Nadeln 7 und 11 der Öffnungen 6 und 10 so betätigt, dass die freien Querschnitte dieser Öffnungen verändert werden.The output voltage of the amplifier 19 becomes fed to an input of an amplifier and comparator 20, its other input variable from one from a potentiometer 21 supplied reference voltage is formed. The amplifier 20 supplies an output voltage which controls a servomotor 22 which actuates the needles 7 and 11 of the openings 6 and 10 so that the free cross-sections of these openings are changed.
Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.The above device operates as follows.
Es sei zunächst angenopmen, dass der Vergaser 1 dem Motor ein Luft-Brennstoffgeaiisch mit richtigem Gehalt liefert. Die von dem Motor angetriebene Luftpumpe 14 liefert dem katalytischen Topf 16 eine Luftmenge, welche eine Oxydation der Auspuffgase bewirkt, wodurch eine Temperaturzunahme zwischen dem Einlass 16a. und dem Auslass 16l> des Topfs 16 entsteht. Diese fur den Gehalt des von dem Vergaser 1 gelieferten Gemische kennzeichnende Temperaturerhöhung wird von dem Verstärker 19 in ein Spannungssignal umgewandelt.It is initially assumed that the carburetor 1 supplies the engine with an air-fuel mixture with the correct content supplies. The motor-driven air pump 14 supplies the catalytic pot 16 with an amount of air that causes oxidation of the exhaust gases causing an increase in temperature between inlet 16a. and the outlet 16l> of the pot 16 arises. This temperature increase, which is characteristic of the content of the mixture supplied by the gasifier 1, is generated by the amplifier 19 converted into a voltage signal.
Da der Gehalt zunächst als richtig angenommen ist, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 19 gleich der von dem Potentiometer 21 gelieferten Bezugsspannung. Dies hat zur Folge, dass die Ausgfingsspannung des Verstärkers 20 Null ist und der Servomotor 22 stilL-steht. Die Nadeln 7 und 11 befinden sich in einer solchen Stellung, dass die freien Querschnitte der Öffnungen 6 und 10 dem Vergaser die Lieferung eines Gemische mit richtigem Gehalt gestatten.Since the content is initially assumed to be correct, the output voltage of the amplifier 19 is equal to that reference voltage supplied by the potentiometer 21. This has the consequence that the output voltage of the amplifier 20 is zero is and the servomotor 22 is stilL-is. The needles 7 and 11 are located in such a position that the free cross-sections of the openings 6 and 10 provide the carburetor with a Allow mixtures with correct content.
Es sei nun angenommen, dass der Gehalt des vonIt is now assumed that the content of the
zu
dem Vergaser gelieferten Gemische/gering ist, sei es, dass die Temperatur der atmosphärischen Luft zu niedrig ist, sei es, dass
eine der Öffnungen 3 und y teilweise verstopft ist , oder aus irgend einem anderen Grundde.to
the mixture supplied to the carburetor / is low, either because the temperature of the atmospheric air is too low, either because one of the openings 3 and y is partially blocked, or for some other reason.
Die Temperaturdifferenz der Thermoelemente 17 und 18 ist dann kleiner als vorher. Die Ausc-angsspannung desThe temperature difference between the thermocouples 17 and 18 is then smaller than before. The output voltage of the
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Verstärkers ist kleiner als die Bezugsspannung des Potentiometers 21, und der Verstärker 20 liefert eine Spannung, welche den Servomotor 22 so betätigt, dass er die Nadeln 7 und 11 so verstellt, dass sie die freien Querschnitte der öffnungen 6 und 10 verringern. Dies hat eine Erhöhung des Gehalts des von dem Vergaser gelieferten Gemische bis auf den gewünschten Wert zur Folge.Amplifier is lower than the reference voltage of the potentiometer 21, and the amplifier 20 supplies a voltage, which the servo motor 22 operated so that it the needles 7 and 11 so adjusted so that they reduce the free cross-sections of the openings 6 and 10. This has an increase in the salary of that Carburetor delivered mixtures up to the desired value result.
In gewissen Fällen kann es zweckmässig sein, den Gehalt des Luft-Brennstoffgemischs in Funktion der Betriebsbedingungen des Motors zu verändern. Man kann dann die Bezugsspannung z.B. in Punktion der Motortemperatur, der Stellung der Drehklappe 12 oder der Eingangstemperatur des katalytischen Topfs verandern.In certain cases it can be useful to adjust the content of the air-fuel mixture as a function of the operating conditions of the engine. You can then use the reference voltage, e.g. puncturing the motor temperature, the position the rotary valve 12 or the inlet temperature of the catalytic Change pots.
Wenn insbesondere die Temperatur an dem Einlass des katalytischer! Topfs kleiner als ein Grenzwert ist, arbeitet dieser nicht, da die Oxydationsreaktion der Auspuffgase nicht unterhalb einer gewissen Temperatur erfolgen kann. In diesem Fall wird die von dem Potentiometer 21 gelieferte Bezugsspannung in Funktion der Eingangstemperatur des katalytischen Topfs so verändert, dass das Vergasungssystem ein Gemisch mit einem genau bestimmten Gehalt liefert.In particular, if the temperature at the inlet of the catalytic! Potfs is less than a limit value works this is not because the oxidation reaction of the exhaust gases cannot take place below a certain temperature. In this Case, the reference voltage supplied by the potentiometer 21 is a function of the input temperature of the catalytic Potfs modified so that the gasification system delivers a mixture with a precisely defined content.
Fig. 2 zeigt schematisch ein anderes Beispiel der erfindungsgemessen Vorrichtung fur den Fall eines Motors, welcher mit einem System zur elektronischen Einspritzung der in der französischen Patentschrift Nr. 71 26772 vom 21. Juli 1971 beschriebenen Art versehen ist.Fig. 2 shows schematically another example of the device according to the invention for the case of an engine, which is equipped with an electronic injection system of the type described in French patent specification No. 71 26772 of July 21st 1971 described type is provided.
Der Vergaser 1 der Fig. 1 ist dann durch eineThe carburetor 1 of Fig. 1 is then through a
Einlassleitung 23 ersetzt, welche strömungsaufwarts von der von dem Fahrer betätigten Drehklappe 12 ein Hilfsdrosselorgan enthält , welches sich automatisch und stetig nach Maßgabe der Zunahme der Luftmenge in der Leitung 23 öffnet. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform wird dieses Hilfsdrosselorgan durch eine exzentrische Klappe 24 gebildet, welche auf einer Achse 25 befestigt ist und durch eine Feder 26 in die Schliessungsstellung gebracht wird, \velche auf einen an der Achse 25 befestigten Hebel 27 wirkt. Die Winkelstellung der Klappe 24 wird durch ein Potentiometer 28 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Inlet line 23 replaced, which upstream of that of the driver-operated rotary flap 12 contains an auxiliary throttle member , which opens automatically and steadily in accordance with the increase in the amount of air in the line 23. In the illustrated Embodiment is this auxiliary throttle body an eccentric flap 24 is formed, which is fastened on a shaft 25 and is brought into the closed position by a spring 26, on one fastened on the shaft 25 Lever 27 acts. The angular position of the flap 24 is converted into an electrical signal by a potentiometer 28.
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Die elektronische Steuerung der Vorrichtung enthält im wesentlichen :The electronic control of the device essentially includes:
- eine Vorrichtung zur Auslosung von Impulsen- a device for triggering pulses
29, welche durch die Drehung eines sich drehenden Gliedes beeinflusst wird, z.B. der Nockenwelle des Motors (Signal A, Pig.29, which is influenced by the rotation of a rotating member e.g. the camshaft of the engine (signal A, Pig.
- einen ersten Generator für Sägezahnsignale- a first generator for sawtooth signals
30, welcher bei jedem Impuls der Vorrichtung 29 ein Signal liefert, wobei jeder Sägezahn eine von der von dem Potentiometer 28 gelieferten Spannung abhängende Steigung hat (Signal B, Pig.· 3) ;30, which delivers a signal with each pulse of the device 29, each saw tooth has a slope that depends on the voltage supplied by the potentiometer 28 (signal B, Pig. X 3);
- einen zweiten Generator für Sägezahnsignale- a second generator for sawtooth signals
undand
31, deren Steigung im Prinzip konstant ist,/deren Dauer im31, whose slope is in principle constant, / whose duration im
Dauerbetrieb der Periode T der Drehung des sich drehenden Gliedes entspricht (Signal C, Pig. 3) ;Continuous operation corresponds to the period T of the rotation of the rotating member (signal C, Pig. 3);
- einen Komparator 32, welcher so ausgebildet- A comparator 32, which is so designed
ist, dass jeder Sägezahn des Typs B in dem Augenblick unterbrochen wird, in welchem seine Spannung die Spannung des Sagezahns des Typs C erreicht, was nach einer Zeit t der Fall ist ;is that each sawtooth of type B is interrupted at the moment when its voltage reaches the voltage of the sawtooth of type C, which is the case after a time t;
- Mittel 33 zur Aussendung eines Signals D mit einer bestimmten Amplitude während jeder Zeit _t, wobei dieses Signal an ein elektromagnetisches Ventil 34 angelegt wird,welches mit Brennstoff von einer Quelle S gespeist wird und während der Zeit t offen ist, wobei dieses Ventil in die Leitung 23 strömungsabwarts von der Drehklappe 12 mündet.- Means 33 for emitting a signal D with a certain amplitude during each time _t, this signal being applied to an electromagnetic valve 34 fed with fuel from a source S and open during the time t , this valve in the Line 23 opens downstream from the rotary flap 12.
Erfindungsgemäss werden mit diesem Einspritzaystem den Mitteln 13 bis 21 der Fig. 1 entsprechende Mittel kombiniert, wobei nur der Anschluss des Verstärkers 20 verschieden ist. Genauer ausgedrückt, der Ausgang des Verstärkers 20 ist mit dem Generator 3.1 verbunden, derart, dass bei einer Abnahme der Ausgangsspannung des Verstärkers 20 die Steigung des Sägezahns des Typs C vergrossert wird.According to the invention with this injection system the means 13 to 21 of FIG. 1 are combined, only the connection of the amplifier 20 being different is. More precisely, the output of the amplifier 20 is connected to the generator 3.1 in such a way that when there is a decrease of the output voltage of the amplifier 20, the slope of the type C sawtooth is increased.
Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermassen.The above device operates as follows.
Im normalen Betrieb ist das Ventil 34 wahrend einer Zeit Jt^ (Fig. 3) offen, welche andauert, bis das Signal des Typs B den Wert des Signals C erreicht hat. Bei seiner Öffnung liefert das Ventil 37 Brennstoff, und der Motor empfängt ein Gemisch mit einem richtigen Gehalt.In normal operation, the valve 34 is open during a time Jt ^ (Fig. 3), which continues until the signal of type B has reached the value of signal C. At its opening the valve 37 delivers fuel and the engine receives a mixture of a proper level.
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- 7 - 3788/72- 7 - 3788/72
Es sei jetzt angenommen, dass aus irgendIt is now assumed that from some
einem Grunde der Gehalt dea dem Motor gelieferten Gemische zu gering ist. Dies hat zur Folge, dass, wie oben, die von dem Verstärker 20 gelieferte Spannung abnimmt und die Steigung des Signals C zunimmt. Dies bedeutet, dass die Zeit t«> welche erforderlich ist, damit das Signal des Typs B den Wert des Signals des Typs C erreicht, nua grosser als i^ ist. Das Ventil 34 ist daher während der Zeit t« offen, welche grosser als lt.. ist, so dass der Gehalt des dem Motor gelieferten Gemische bis zu dem gewünschten Wert zunimmt.one reason is the content of the mixtures supplied to the engine is low. As a result, as above, the voltage supplied by the amplifier 20 decreases and the slope of the Signal C increases. This means that the time t «> which is required is, so that the type B signal reaches the value of the type C signal, is nua greater than i ^. The valve 34 is therefore open during time t «, which is greater than lt .. is so that the content of the mixture supplied to the engine is up increases to the desired value.
Man erhalt also so eine Vorrichtung zur automatischen Regelung des Gehalts eines vergasten Gemische fur Verbrennungsmotoren, unabhängig davon, ob diese mit einem Vergaser oder einem System zur Einspritzung des Brennstoffs versehen sind.Thus one obtains such a device for the automatic regulation of the content of a gasified mixture for Internal combustion engines, regardless of whether they are equipped with a carburetor or a system for injecting the fuel are.
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- 1973-04-13 GB GB1788173A patent/GB1377908A/en not_active Expired
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