CN110168267A - 用于机动车辆的阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的阀装置(100)，该阀装置具有固定地连接到闭合构件(120)的阀柱塞(110)、阀壳体(130)、阀座(140)及电动机(150)，阀柱塞(110)能借助于电动机进行移动。为了形成一种表现出驱动马达的旋转运动到阀柱塞的线性运动的改善的、更可靠的转换的用于机动车辆的阀装置，提出的阀装置具有带外螺纹(160)和内螺纹(170)的螺旋传动机构，阀柱塞(110)至少在局部区域中具有外螺纹(160)，阀装置(100)具有带内螺纹(170)的螺纹套筒或带内螺纹(170)的丝杠螺母，或者阀柱塞(110)固定地连接到具有内螺纹(170)的部件上，阀装置(100)具有外螺纹(160)，阀柱塞(110)连接到第一齿轮(180)上，阀装置(100)具有至少一个第二齿轮(190)，其中第二齿轮(190)被配置成使得其可以直接地或者经由中间传动机构将旋转运动传输到第一齿轮(180)。

Description

用于机动车辆的阀装置
本发明涉及一种用于机动车辆的阀装置，该阀装置具有固定地连接到闭合构件上的阀柱塞、具有阀壳体、具有阀座并且具有电动机，该阀柱塞能够借助于该电动机进行移动。
例如，在用于控制机动车辆中排气再循环的阀中还应用了将驱动马达的旋转运动转换成用于致动阀目的的线性运动的原理。已知用于机动车辆的阀和阀装置(其具有电动机以用于阀驱动)的各种实施例。为此目的，通常使用传动机构，该传动机构通过相应的运动学机构将旋转运动转换成线性或平移运动。旋转运动的转换可以例如通过曲柄传动或开槽连杆机构来实现。
所述类型的装置的缺点尤其在于，在运动的转换期间，产生了可能传输到阀柱塞或阀盘的不期望的横向力。这导致更大的磨损和寿命减少。而且，还可能发生阀卡阻。
此外缺点在于，尤其是开槽连杆机构中的槽必须以非常高的制造精确度制造，以使阀盘和阀柱塞处的游隙保持尽可能小。还有一个缺点是，由于安装空间要求和曲柄传动或开槽连杆驱动的结构设计，通常的情况是仅提供阀柱塞的单侧安装，这可能尤其导致阀柱塞倾斜或卡阻。
此外缺点在于，经由曲柄传动或开槽连杆机构实现的传动装置需要复杂的组装过程、制造过程或复杂的各部件(诸如斜盖)，这进而可能使装置的制造总体上特别麻烦或昂贵。
因此，本发明的目的是提供一种用于机动车辆的阀装置，该阀装置表现出了驱动马达的旋转运动到阀柱塞的线性运动的改善的、更可靠的转换。
所述目的通过根据权利要求1的用于机动车辆的阀装置来实现。本发明构思的构型和改进是从属权利要求的主题。
根据本发明的用于机动车辆的阀装置，该阀装置具有固定地连接到闭合构件上的阀柱塞、具有阀壳体、具有阀座并且具有电动机，该阀柱塞能够借助于该电动机进行移动，其特征在于，该阀装置具有带外螺纹和内螺纹的螺旋传动机构，其中该阀柱塞至少在局部区域中具有外螺纹，并且该阀装置具有带内螺纹的螺纹套筒或带内螺纹的丝杠螺母，或者该阀柱塞固定地连接到具有内螺纹的部件上，并且该阀装置具有外螺纹；以及该阀柱塞连接到第一齿轮上，并且该阀装置具有至少一个第二齿轮，其中该第二齿轮被配置成使得其能够直接或经由中间传动机构将旋转运动传输至第一齿轮。
本发明的特定实施例是从属权利要求的主题。
阀/阀装置的线性运动(也就是说打开/关闭)是通过柱塞的线性运动实现的，阀盘附接到该柱塞。在一个阀位(setting)中，该阀盘关闭阀通道。阀装置具有带外螺纹和内螺纹的螺旋传动机构，并且柱塞借助于丝杠驱动器形式的螺旋传动机构进行线性移动。在这种情况下，柱塞(该柱塞连接到齿轮上)被设置成借助于由电动机驱动的另一齿轮而处于旋转。该柱塞具有在内螺纹中行进的外螺纹，例如螺纹丝杠；或者该柱塞固定地连接到具有内螺纹的部件上，阀装置的外螺纹在该内螺纹中行进。因此，当该柱塞被径向设置为旋转时，发生柱塞的轴向线性运动。总体而言，柱塞因此同时执行围绕其纵向轴线的旋转运动和沿着其纵向轴线的线性运动，这对应于根据本发明的阀装置中的阀的致动。
在根据本发明的一种阀装置中，阀柱塞的局部区域中的外螺纹与螺纹套筒或丝杠螺母相互作用，就像带有螺纹丝杠和螺纹螺母的丝杠驱动器一样。在此，螺纹柱塞上的外螺纹和螺纹套筒或丝杠螺母形成螺旋传动机构，也就是说，阀柱塞上的外螺纹以接合的方式在螺纹套筒的内螺纹中行进。
在根据本发明的另外的阀装置中，固定地连接到阀柱塞上的部件具有的内螺纹起到螺纹套筒或丝杠螺母的作用，并且与阀装置的外螺纹一起形成，就像带有螺纹丝杠和螺纹螺母的丝杠驱动器。在这种情况下，阀装置的外螺纹和第一齿轮处的内螺纹形成螺旋传动机构，也就是说，固定地连接到阀柱塞上的部件以其内螺纹在阀装置的外螺纹上行进。外螺纹可以例如固定地配置在阀装置的壳体上。
在根据本发明的阀装置的情况下，力配合齿轮和形状配合齿轮均是可能的。齿轮可以例如是有齿的轮或摩擦轮。摩擦轮可以由例如橡胶或弹性体制成。
根据本发明的阀装置允许在100ms范围内的切换时间。
在本阀装置的示例性实施例中，用于限制运动的一对止动件被设计成使得一个止动件附接到第一齿轮，并且第二个止动件附接到壳体。在此，止动件被配置成使得它们不影响齿轮的运动，除非齿轮到达止动位置。在所述位置，两个止动件接触，并且以这种方式限制齿轮绕其旋转轴线的旋转运动。随着止动件的接触，力在止动件之间在相对于齿轮的旋转运动的切线方向上起作用。在一种简单的情况下，止动件各自具有相对于齿轮的旋转运动被径向定向(也就是，相对于所产生的力/轴承力矩的矢量垂直地定向)的表面。所述表面在限制阀位时发生接触。然而，止挡件的形成不限于所述形式。更确切地，所述简单示例仅用于说明性目的，并且止动件的多种多样的形式是可能的。止动件的相互作用导致第一齿轮(并且因此还有与其固定地连接的阀柱塞)绕齿轮的旋转轴线(并且因此还绕柱塞的纵向轴线)的旋转运动受到限制。与借助于不直接限制旋转运动而是首先限制齿轮的纵向运动(并且此外，作为间接结果，也限制旋转运动)的止动件的限制(因为它们彼此在轴向上相对地定位)相比，这里给出的实施例有利地提供止动件之间的减小的摩擦，从而提供了止动件、齿轮和驱动马达的更长的使用寿命。
在根据本发明的阀装置的特别有利的实施例中，第一齿轮与第二齿轮之间的力配合齿轮接合是在柱塞的整个行程上实现的，因为齿轮中的一个齿轮或两个齿轮沿着柱塞行程运动方向的轴线延伸，使得在所有柱塞位置，确保了第一齿轮和第二齿轮的充分搭叠。
在根据本发明的阀装置的另外的特别有利的实施例中，该阀装置具有至少一个第三齿轮，该第三齿轮作为中间齿轮在第一齿轮与第二齿轮之间传递旋转运动，在第一齿轮和第三齿轮之间或者在第二齿轮和第三齿轮之间的力配合齿轮接合是在柱塞的整个行程上实现的，因为至少一个第三齿轮沿着柱塞的行程运动方向的轴线延伸，使得在所有柱塞位置，确保了充分的搭叠用于以力配合的方式实现齿轮的旋转运动。在另外的特别有利的实施例中，多个第三齿轮用作中间轮，并且中间轮中的一个或多个延伸。此外，第一齿轮和/或第二齿轮延伸也是可能的。
在根据本发明的阀装置的特别有利的实施例中，在阀的关闭阀位中，闭合构件密封地抵靠阀座。这特别有利地通过闭合构件和座之间的直接接触而导致阀被密封。闭合构件在阀座上的就坐构成闭合构件的线性运动的止动件，从而也构成阀柱塞的线性运动的止动件，该止动件限制了阀/阀装置的关闭过程期间的运动。
根据本发明的阀装置的一个特别有利的实施例此外具有磁场传感器，其中，此外，磁体以连接到阀柱塞上的方式进行配置，使得可以通过磁场传感器来检测阀的阀位。以此方式，对阀柱塞的位置和/或阀位的无接触检测变得特别有利。此外，阀装置是处于打开状态、关闭状态还是中间状态进而也变得清楚。
在根据本发明的阀装置的一个特别有利的实施例中，配置在阀柱塞上的磁体具有圆柱形形状。圆柱形形状的磁体可以特别有利地以成本有效的方式制造。
对阀柱塞的位置和/或阀位的无接触检测同时还允许整体检测阀/阀装置的切换状态。对于借助于配置在阀柱塞上的磁体和磁场传感器进行的这种检测，高均质性的磁体特别适合。
在根据本发明的阀装置的一个特别有利的实施例中，阀柱塞由实心材料构造成使得它还包括外螺纹。这种构型特别有利地允许柱塞和外螺纹一方面以特别坚固的方式制造，并且另一方面以整体的方式制造。
在根据本发明的阀装置的另一特别有利的实施例中，外螺纹借助于分离的套筒而形成在阀柱塞上。例如，这特别有利地允许由不同的材料首先制造柱塞其次制造螺纹。
在根据本发明的阀装置的另一特别有利的实施例中，外螺纹或内螺纹通过注射成型形成在阀柱塞上。因此，有利地，可以特别经济地(就工艺而言)且成本有效地形成外螺纹。
在根据本发明的阀装置的一个特别有利的实施例中，第一齿轮和外螺纹被制成为单件注射成型件。共同注射成型特别有利地允许省略制造中的中间步骤，并减少质量控制。这以类似的方式适用于根据本发明的阀装置的特别有利的实施例的变体，在该变体中，第一齿轮和内螺纹被制成为单件注射成型件。在此，第一齿轮(其固定地连接到阀柱塞上)和内螺纹组合成一个部件。内螺纹然后与阀装置的外螺纹一起形成丝杠驱动器。在此，共同注射成型也特别有利地允许省略制造中的中间步骤，并减少质量控制。
根据本发明的阀装置的一个特别有利的改进(其中第一齿轮和外螺纹或者第一齿轮和内螺纹被制成为单件注射成型件)此外具有磁场传感器，此外，磁体以连接到阀柱塞上的方式进行配置，使得可以通过磁场传感器来检测阀的阀位，并且第一齿轮和外螺纹或者第一齿轮和内螺纹制成为共同的注射成形件，通过在制造中对磁体进行包覆注塑，该注射成型件还能使磁体连接到该阀柱塞。这使得可以以制造方面特别经济的方式一次性制造第一齿轮和外螺纹或者第一齿轮和内螺纹，并且同时在阀柱塞上配置附加磁体。由于减少了工艺步骤的数量和减少了对质量控制的需求，这进而允许增加工艺可靠性。
在根据本发明的阀装置的特别有利的实施例中，机械复位元件或弹簧连接到阀柱塞和阀壳体上，使得如果没有更大的扭矩作用在第一齿轮上，则阀柱塞旋转回到起始位置、优选地回到关闭阀位。这特别有利地使得例如在电动机故障的情况下，阀柱塞仍然可以达到规定的状态，也就是说，开始位置或紧急阀位。
在根据本发明的阀装置的另外的特别有利的实施例中，阀柱塞在一个或多个滑动轴承中被引导。这种引导特别有利地允许柱塞运动的稳定化的运动顺序。
在根据本发明的阀装置的特别有利的实施例中，附加的套筒围绕阀柱塞配置在阀壳体上，使得在阀柱塞和套筒内壁之间仅存在大小为柱塞直径的十分之一以下的环形间隙，并且套筒以其外壁抵靠壳体。因此，例如，获得了这样的优点：使炭烟和其他污物通常更好地远离阀壳体，并且尤其远离阀的轴承区域。
在根据本发明的阀装置的另外特别有利的实施例中，至少一个环状密封件位于阀柱塞周围，使得其密封地抵靠阀壳体和阀柱塞。这尤其有利地使得可以防止材料(例如污物)在柱塞与壳体之间不希望的侵入。
在根据本发明的阀装置的另外特别有利的实施例中(其中至少一个环状密封件位于阀柱塞周围，使得其密封地抵靠阀壳体和阀柱塞)，该环状密封件由弹性体材料制成。使用弹性体材料的特别的优点在于其良好的可加工性和良好的密封性能。
在根据本发明的阀装置的特别有利的改进中(其中至少一个环状密封件位于阀柱塞周围，使得其密封地抵靠阀壳体和阀柱塞，并且其中环状密封件由弹性体材料制成)，在密封件与阀柱塞之间配置了由聚四氟乙烯(PTFE)制成的元件。密封件与阀柱塞之间配置了由PTFE制成的元件，特别有利地允许利用PTFE的良好滑动性能，并且因此允许减少总体摩擦，并且同时大大减少弹性体零部件的磨损。
在根据本发明的阀装置的另外特别有利的改进中，第一齿轮具有止动件，并且在阀壳体上配置有另外的止动件，所述另外的止动件以对应于齿轮上的止动件的方式进行配置并限制第一齿轮的旋转运动。止动件的相互作用导致第一齿轮(并且因此还有与其固定地连接的阀柱塞)绕该齿轮的旋转轴线(并且因此还绕柱塞的纵向轴线)的旋转运动受到限制。这特别有利地允许在阀/阀装置的打开过程期间以简单的方式限制柱塞的运动。
在根据本发明的阀装置的另外特别有利的改进中，第一齿轮具有止动件，该止动件优选地具有环绕的形式。在壳体上配置有另外的止动件，使得其以对应于齿轮上的止动件的方式相对地定位。借助于止动件的相互作用，阀柱塞在其纵向轴线的方向上的线性运动受到限制。这特别有利地允许在阀/阀装置的打开过程期间以简单的方式限制柱塞的运动。
根据本发明的阀装置的另外特别有利的实施例被设计为使得其在用作排气再循环阀装置时能耐受温度。这特别有利地允许在排气再循环的背景下使用根据本发明的阀装置。
在根据本发明的阀装置的一个特别有利的实施例中，至少一个齿轮在轴向方向上(也就是说，沿着旋转轴线)的尺寸方面扩大，使得在阀柱塞的整个行程上确保齿轮的充分接合或搭叠。以此方式，首先特别有利地确保在柱塞的整个线性运动范围内提供充分的接合。其次，所述接合特别有利地是以特别直接且同时成本有效的方式实现，结果是无需相对复杂的补偿装置。
在根据本发明的阀装置的另外特别有利的实施例中，至少一个附加齿轮在第一齿轮和第二齿轮之间传递旋转运动，并且第一齿轮和第二齿轮不接触。这尤其有利地允许另外的变速器几何形状和更大的传动比变得可能、和/或因此允许更好地响应于具有限制因素的空间条件。在一个特定实施例中，旋转运动传递齿轮可以轴向地延伸，使得以此方式，在阀柱塞的整个行程范围上充分的齿轮接合变得可能。然而，也可以想到多个旋转运动传递齿轮，其中一个或多个旋转运动传递齿轮可以在轴向方向上延伸。
附图说明
下面将基于附图更详细地讨论本发明，其中相同或相似的元件设有相同的附图标记。在附图中：
图1示出了根据本发明的用于机动车辆的阀装置的侧视图，该阀装置具有固定地连接到闭合构件上的阀柱塞、具有阀壳体、具有阀座并且具有电动机，该阀柱塞能够借助于该电动机进行移动，
图2示出了根据本发明的用于机动车辆的阀装置的侧视图，该阀装置具有多个滑动轴承，
图3示出了根据本发明的用于机动车辆的阀装置的透视图，除了第一齿轮和第二齿轮之外，该阀装置还具有第三齿轮，
图4示出了根据本发明的用于机动车辆的阀装置的透视图，其中阀柱塞固定地连接到具有内螺纹的部件上，并且阀装置具有外螺纹。
为清楚起见，在某种程度上没有示出齿轮可能的齿部(齿轮是以有齿的轮的形式设计的)。
图1以截面图示出了根据本发明的用于机动车辆的阀装置100的实施例的侧视图。阀柱塞110固定地连接到闭合构件120。闭合构件120与阀座140接触，使得接触区域是防漏的。该阀装置具有阀壳体130。第一齿轮180连接到阀柱塞110。第二齿轮190连接到电动机150，并且被配置成使得其将旋转运动直接传输到第一齿轮180。阀柱塞110在局部区域中具有外螺纹160，该外螺纹在螺纹套筒或丝杠螺母170中行进。外螺纹160和螺纹套筒或丝杠螺母170一起形成螺旋传动机构。阀柱塞围绕其纵向轴线的旋转运动因此同时导致沿着其纵向轴线的线性运动。机械复位元件310或弹簧连接到阀柱塞110和阀壳体130，使得如果没有更大的扭矩作用在第一齿轮180上，则阀柱塞110旋转回到起始位置。起始位置是阀装置/阀的关闭阀位。磁体220连接到阀柱塞110，使得磁场传感器210检测阀柱塞的阀位。该阀柱塞110由滑动轴承410引导。附加套筒510围绕阀柱塞110配置在阀壳体130上，使得在阀柱塞110和套筒510的内壁之间仅存在大小为柱塞110的直径的十分之一以下的环形间隙，并且套筒510以其外壁抵靠壳体130。环状密封件610位于阀柱塞110周围，使得其密封地抵靠阀壳体130和阀柱塞110。第一齿轮180具有止动件185，并且另外的止动件135配置在壳体130上，所述另外的止动件以对应于齿轮180上的止动件185的方式进行配置并且限制第一齿轮180的旋转运动。第一齿轮180在纵向方向上(即沿着旋转轴线)的尺寸扩大，使得在阀柱塞110的整个行程上确保齿轮180、190的充分接合或搭叠。
为了清楚起见，没有示出复位元件310或弹簧在阀壳体上的固定。
图2以截面图示出了根据本发明的用于机动车辆的阀装置100的示例性实施例的侧视图。图2中所示的阀装置与图1中所示的阀装置不同在于，在此，第二齿轮190在纵向方向上(即沿着旋转轴线)的尺寸扩大，使得在阀柱塞110的整个行程上确保齿轮180、190的充分接合或搭叠。
图3以透视图示出了根据本发明的阀装置110的示例性实施例。图3所示的阀装置与图1和图2所示的阀装置不同在于，在此，第一齿轮180和第二齿轮190之间的旋转运动由附加的齿轮710传递。在这种情况下，第一齿轮180和第二齿轮190不接触。
图4以透视图示出了根据本发明的阀装置100的示例性实施例，其中阀柱塞110固定地连接到具有内螺纹170的部件上，并且阀装置100具有外螺纹160。阀柱塞110在所述柱塞的一个端部处固定地连接到闭合构件120，并且连接到第一齿轮180。齿轮180具有内螺纹170。外螺纹160围绕柱塞110、但未被连接到该柱塞上。换言之：柱塞110伸出穿过外螺纹160，并且可以绕其纵向轴线相对于外螺纹旋转或者沿着其纵向轴线移动穿过外螺纹。内螺纹170在外螺纹160上行进，该外螺纹固定地连接到壳体130。当电动机150将旋转运动传输到与第一齿轮180接合的第二齿轮190时，第一齿轮180也被设置为处于旋转。内螺纹170和外螺纹160一起形成螺旋传动机构，结果是第一齿轮180的旋转运动也导致第一齿轮180沿着其旋转轴线的线性运动。由于第一齿轮180固定地连接到阀柱塞110，该柱塞110也经历绕齿轮的旋转轴线(该旋转轴线因此也是柱塞的旋转轴线)的旋转运动，并且同时经历沿着此旋转轴线的线性运动。

Claims (17)

1.一种用于机动车辆的阀装置(100)，该阀装置具有固定地连接到闭合构件(120)上的阀柱塞(110)、阀壳体(130)、阀座(140)及电动机(150)，该阀柱塞(110)能够借助于该电动机进行移动，其特征在于：该阀装置(100)具有带外螺纹(160)和内螺纹(170)的螺旋传动机构，其中该阀柱塞(110)至少在局部区域中具有外螺纹(160)，并且该阀装置(100)具有带内螺纹(170)的螺纹套筒或带内螺纹(170)的丝杠螺母，或者该阀柱塞(110)固定地连接到具有内螺纹(170)的部件上，并且该阀装置(100)具有外螺纹(160)；以及该阀柱塞(110)连接到第一齿轮(180)，并且该阀装置(100)具有至少一个第二齿轮(190)，其中该第二齿轮(190)被配置成使得其能够直接地或者经由中间传动机构将旋转运动传输到该第一齿轮(180)。
2.如权利要求1所述的阀装置(100)，该阀装置此外具有磁场传感器(210)，此外，磁体(220)以连接到该阀柱塞(110)上的方式进行配置，使得能够通过该磁场传感器(210)检测该阀的阀位。
3.如权利要求1或2所述的阀装置(100)，其中，该阀柱塞(110)由实心材料构造成使得该阀柱塞还包括该外螺纹(160)。
4.如权利要求1和2中任一项所述的阀装置(100)，其中，该外螺纹(160)借助于分离的套筒形成在该阀柱塞(110)上。
5.如权利要求1和2中任一项所述的阀装置(100)，其中，该外螺纹(160)或该内螺纹(170)通过注射成型形成在该阀柱塞(110)上。
6.如权利要求5所述的阀装置(100)，其中，该第一齿轮(180)和该外螺纹(160)或者该第一齿轮(180)和该内螺纹(170)被制成为单件注射成型件。
7.如权利要求6所述的阀装置(100)，该阀装置此外具有磁场传感器(210)，此外，磁体(220)以连接到该阀柱塞(110)的方式进行配置，使得能够通过该磁场传感器(210)检测该阀柱塞(110)的阀位，该第一齿轮(180)和该外螺纹(160)或者该第一齿轮(180)和该内螺纹(170)制成为共同的注射成形件，通过在制造期间对该磁体(220)进行包覆注塑，该注射成型件还能使该磁体(220)连接到该阀柱塞(110)。
8.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，机械复位元件(310)或弹簧连接到该阀柱塞(110)和阀壳体(130)，使得如果没有更大的扭矩作用在该第一齿轮(180)上，则该阀柱塞(110)旋转回到起始位置、优选回到关闭阀位。
9.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，该阀柱塞(110)在一个或多个滑动轴承(410)中被引导。
10.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，附加套筒(510)围绕该阀柱塞(110)配置在该阀壳体(130)上，使得在该阀柱塞(110)和该套筒(510)的内壁之间存在大小为该柱塞(110)的直径的十分之一以下的环形间隙，并且该套筒(510)以其外壁抵靠该壳体(130)。
11.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，至少一个环状密封件(610)位于该阀柱塞(110)周围，使得该至少一个环状密封件密封地抵靠该阀壳体(130)和该阀柱塞(110)。
12.如权利要求11所述的阀装置(100)，其中，该环状密封件(610)由弹性体材料制成。
13.如权利要求12所述的阀装置(100)，其中，在该密封件(610)与该阀柱塞(110)之间配置有由PTFE制成的元件(620)。
14.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，该第一齿轮(180)具有止动件(185)，在该壳体(130)上配置有另外的止动件(135)，所述另外的止动件以对应于该齿轮(180)上的止动件(185)的方式进行配置并且限制该第一齿轮(180)的旋转运动。
15.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，该阀装置被设计为使得在用作排气再循环阀装置(100)时能够耐受温度。
16.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，至少一个附加齿轮(710)在该第一齿轮(180)和该第二齿轮(190)之间传递旋转运动，该第一齿轮(180)和该第二齿轮(190)不接触。
17.如前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中，至少一个齿轮(180，190，710)在沿着旋转轴线的尺寸方面扩大，使得在该阀柱塞(110)的整个行程上确保这些齿轮(180，190)的充分接合或搭叠。
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