TWI695118B - 燃料泵、運載工具以及用於操作燃料泵的方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於輸送燃料的燃料泵，其包含：一個外殼(10)；一個汽缸(4)；經配置在汽缸(4)之中的一個活塞(5)；用於致動活塞(5)之一個產熱的致動器(6)；及，用於使活塞(5)返回到一個起動位置之一個返回元件(7)；一個第一間隙(8)，其被形成在產熱的致動器(6)，尤其是在汽缸(4)與產熱的致動器(6)之間，其中，一個第一燃料路徑(80)係通過該第一間隙(8)；一個入口閥(2)；一個出口閥(3)；其中，出口閥(3)係配置在活塞(5)之中且活塞(5)係具有一個通道(16)，經由通道(16)，燃料係可從出口閥(3)朝第一間隙(8)之方向而流動。

Description

燃料泵、運載工具以及用於操作燃料泵的方法
本發明係關於一種用於輸送燃料的燃料泵，其可使用在一種運載工具，尤其是機車或其他小型摩托車，諸如：一種四輪摩托車或雪上摩托車。本發明的另一個觀點係關於一種用於操作此種燃料泵的方法。
此種燃料泵係從例如GB 2478876B而為習知。此係形式為螺線管(solenoid)活塞泵的一種燃料泵，其具有一個入口閥、一個出口閥、用於輸送燃料的一個輸送室、經配置在一個汽缸之中的一個活塞、用於致動該活塞而形式為螺線管之一個產熱的致動器、以及用於使該活塞返回到一個起動位置之一個返回元件，其中該產熱的致動器係直接配置在汽缸之上。此種結構係導致缺點在於，該致動器之無用的熱量係可能直接轉移到汽缸且因此亦轉移到其位在輸送室之中的燃料。結果，位在輸送室之中的燃料係變熱且可能開始釋放氣體。此係可能導致該燃料泵的效率之惡化或甚至需求的輸送率之徹底暴跌。
相反地，具有申請專利範圍第1項的特徵之根據本發明的燃料泵係具有優點在於，改良的熱汽油行為(即：當燃料被加熱時的行為)、以 及燃料的提高效率係可達成。此係由於事實在於，產熱的致動器係和汽缸、且和燃料泵的其他構件為空間分離，且燃料係前進通過該致動器。因此，該加熱的致動器與汽缸係可冷卻。在此種配置中，根據本發明的燃料泵係包含：一個外殼；一個入口閥；一個出口閥；一個汽缸；經配置在該汽缸之中的一個活塞；用於致動該活塞之一個產熱的致動器；用於使該活塞返回到一個起動位置之一個返回元件；以及，一個第一間隙，其被形成在該產熱的致動器，尤其是在該汽缸與該產熱的致動器之間，其中，一個第一燃料路徑係通過該第一間隙。根據本發明，該出口閥係配置在該活塞之中且該活塞係具有一個通道，經由該通道，燃料係可從該出口閥且朝第一間隙之方向而流動。結果，出自該壓縮室的燃料路徑係通過該活塞且沿著在該汽缸與致動器之間。術語“燃料路徑”係應視為意指該燃料為沿著其而導引且燃料為透過其而流動之一個路徑。因此，在配置於汽缸中的壓縮室之中的壓縮處理之後，燃料係通過活塞與第一間隙且使用以使得諸如汽缸或致動器的構件冷卻。根據本發明之燃料泵係致使該產熱的致動器能夠被冷卻，藉由將該致動器之無用的熱量轉移到其導引通過該致動器的燃料。因此，關於需求的輸送率，該燃料泵的高效率與故障安全操作係可確保。甚者，根據本發明之燃料泵係具有優點在於，儘管在該汽缸與致動器之間的一個間隙之提供，超尺寸係不必要，而且如同在先前技藝者之相同效率係達成。因此，燃料泵之一種緊密的結構係成為可能，其可導致成本節省。
申請專利範圍的附屬項係顯示本發明的較佳發展。
根據本發明之燃料泵係可較佳為具有在外殼與其面對一個活塞後側之該汽缸的一端之間的一個開口。此開口係設計為將其形成在該 活塞之中的通道以流體式連接到第一間隙，且因而閉合其從該壓縮室經由該出口閥、該通道、與該開口而達到該第一間隙之燃料路徑。
進而有利的是，該外殼係具有至少一個外流開口，其中該至少一個外流開口係形成在該外殼的一個端面及/或一個側面。替代或附加而言，一個外流開口係可配置在一個電樞板，其連同該外殼而形成該燃料泵的殼體。一個或多個外流開口之存在係致能所輸送的燃料被導向一個注入閥。該等外流開口係可設計為在該外殼之中的凸緣或短柱，舉例而言，其延伸超過該外殼的一個邊緣。存在愈多個外流開口，燃料之外流係愈均勻且因此該產熱的致動器與汽缸之冷卻亦為愈均勻。甚者，對於燃料的流動阻力係因而降低。舉例而言，外殼係可具有實質為圓柱狀的橫截面，因而致使該外殼為能夠具有較佳的熱行為。
此外，該種燃料泵係可具有一個第二間隙，其係形成在面對離開該第一間隙的一個致動器側邊，其中一個第二燃料路徑係通過該第二間隙。該產熱的致動器之更均勻許多的冷卻係可因此達成，其中，熱轉移係可經由致動器的一個內表面與一個外表面而發生。一個第二間隙之提供係進而允許燃料為更快速流出且該致動器之冷卻為改善。
進一步較佳而言，該第二間隙係可形成在該致動器與外殼之間。藉由並非直接將該致動器配置在外殼上，可能避免由於熱傳導而從該產熱的致動器到外殼之熱轉移。此係可導致從該外殼到其可直接配置在外殼上的汽缸、且因此到其位在輸送室中的燃料之熱轉移的降低。
替代而言，代替第一間隙，可能僅有第二間隙為存在於根據本發明之燃料泵。
根據本發明之燃料泵的另一個較佳實施例，第一間隙的一個最大寬度係可等於或大於第二間隙的一個最大寬度。其為相同的一個最大寬度係使得可能達成該產熱的致動器之更均勻許多的冷卻或該燃料之均勻的除氣。若第一間隙的最大寬度係大於第二間隙的最大寬度，可能確保的是，從該致動器到汽缸以及到其位在該汽缸中的燃料之較低的熱轉移係可發生。應注意的是，第一間隙及/或第二間隙的寬度係可維持在流動方向為固定。
為了降低從該產熱的致動器到汽缸以及到其位在該汽缸中的燃料之熱轉移，第一間隙的最大寬度係可等於或大於該汽缸之一個壁部的一個最大寬度。應注意的是，汽缸之壁部的寬度係可維持為實質固定。汽缸之壁部的寬度愈大，歸因於在該壁部中的熱傳導之加熱容量係愈低。
該第一燃料路徑及/或第二燃料路徑係可有利為朝一個垂直方向而延伸，即：平行於在該燃料泵的操作期間之活塞的移動軸，其中，通過該第一燃料路徑及/或第二燃料路徑的一個流動係從上而下。就此申請案的情況而言，在該種燃料泵中的用字“下(down)”係指該入口閥為在其上而被配置在外殼中之該燃料泵側。燃料泵的上側係由一個電樞板所形成，活塞係當該致動器被通電時而撞極在該電樞板。電樞板係連同外殼而形成用於該燃料泵的殼體。引入的燃料係從下方而流動通過壓縮室、通過該入口閥、且朝上到該出口閥。
進而有利的是，若該第一燃料路徑與第二燃料路徑係共同從一個開口而饋入。因此可能達成該燃料泵之一種緊密的結構。
為了提升或提高從該產熱的致動器到其流動在第一間隙及/ 或在第二間隙之中的燃料之熱轉移，多個擋板(baffle)係可配置在第一間隙及/或在第二間隙之中，其可導引在第一間隙及/或在第二間隙之中的燃料之流動。因此進而可能產生在第一間隙及/或在第二間隙之中的一個亂流，其可確保較佳的熱轉移。舉例而言，該等擋板係可配置在該汽缸及/或在其面對第一間隙或第二間隙的一個致動器側邊。在致動器側邊的擋板之該種配置係致使能夠作成一個較大的總面積為可用於熱轉移。
替代或附加而言，一個迷宮(labyrinth)係可配置在該第一間隙及/或在第二間隙之中，舉例來說，對於該迷宮而言係可能由擋板所形成。該等擋板係交替配置在汽缸之上以及在其面對第一間隙的致動器側邊之上，俾使在該第一間隙之中的燃料之流動係偏轉。
根據另一個替代實施例，該第一間隙及/或第二間隙係可較佳為至少部分填充其具有對於燃料為可滲透的細孔配置之金屬泡沫(foam)。術語“金屬泡沫”係應視為意指一種泡沫狀的結構，其由具有一個可滲透的細孔配置之金屬材料所組成。由於其細孔配置，金屬泡沫係具有受限的低密度而且同時具有高的比勁度與強度。因此，該種金屬泡沫係可承受機械與熱負載。舉例而言，該種金屬泡沫係可由鋁或鋁合金所形成。
根據本發明之又一個替代的較佳實施例，一個格柵(grid)係可配置在該第一間隙及/或在第二間隙之中。舉例來說，該格柵係可由擋板所形成，其被配置以使得該等擋板係形成一種具有可滲透的孔洞之網狀的結構。燃料係可流動通過該等可滲透的孔洞，藉以將該產熱的致動器之無用的熱量帶走。
根據本發明之又一個替代的有利實施例，一種具有對於燃料 為可滲透的細孔配置之絕緣材料係可至少部分配置在該第一間隙及/或在第二間隙之中。因此，一方面，燃料係可流動通過該絕緣材料的細孔配置以使該產熱的致動器冷卻，另一方面，從該致動器到汽缸之熱轉移係可由於該絕緣材料而降低。
應注意的是，視使用而定，在該第一間隙之中的上述措施係可彼此結合以提供從該產熱的致動器到其導引通過該致動器的燃料之最佳的熱轉移。因此，該汽缸以及其位在汽缸中的燃料之加熱係可降低或甚至排除。
本發明係進而關於一種運載工具，尤其是一種機車或其他的小型摩托車，諸如：一種四輪摩托車、雪上摩托車或電動三輪車或多輪的運載工具，其包含根據本發明之一種燃料泵。藉由使用根據本發明之一種燃料泵，可能以一種故障安全方式來將運載工具操作在不同的操作狀態。
本發明之另一個觀點係關於一種用於操作根據本發明之燃料泵的方法，該燃料泵係包含一個入口閥、一個出口閥、經配置在汽缸之中的一個活塞、用於致動該活塞之一個產熱的致動器、以及用於使該活塞返回到一個起動位置之一個返回元件，其中，在由該燃料泵所輸送之前的燃料係通過一個第一間隙，其被形成在汽缸與致動器之間，藉以使該汽缸及/或該致動器冷卻。
1:燃料泵
2:入口閥
3:出口閥
4:汽缸
5:活塞
6:致動器
7:返回元件
8:第一間隙
9:第二間隙
10:外殼
11:開口
12:外殼的端面
13:外殼的側面
14:外流開口
15:壓縮室
16:通道
17:活塞後側
18:汽缸端部
19:電樞板
40:汽缸的壁部
60:致動器側邊
80:第一燃料路徑
81:擋板
82:迷宮
83:金屬泡沫
84:格柵
85:絕緣材料
90:第二燃料路徑
b1:第一間隙的寬度
b2:第二間隙的寬度
b3:汽缸壁部的寬度
A:箭頭(燃料的流動)
B:箭頭(燃料透過第一燃料路徑的流動)
C:箭頭(燃料透過第二燃料路徑的流動)
D:箭頭(燃料透過入口閥而吸入到壓縮室)
R:垂直方向
本發明的說明實施例係參考伴隨圖式而詳述於下文，其中，相同或作用相同的零件係在各個情況中為由相同的參考符號所標示。為了清楚，在種種說明實施例中的一些參考符號或結構變化係僅描繪在致動器 的一個半部中。由於致動器係在燃料泵的操作期間而關於活塞的移動軸為旋轉對稱，顯示的參考符號與結構變化係亦適用於致動器的第二個半部及其為看不到之致動器的彼等零件，除非是另為指明。在該等圖式中：圖1係穿過根據本發明的第一說明實施例之一種燃料泵的示意截面；圖2係顯示其穿過根據本發明的第二說明實施例之一種燃料泵的示意半截面；圖3係顯示其穿過根據本發明的第三說明實施例之一種燃料泵的示意半截面；圖4係顯示其穿過根據本發明的第四說明實施例之一種燃料泵的示意半截面；圖5係顯示其穿過根據本發明的第五說明實施例之一種燃料泵的示意半截面；且圖6係顯示其穿過根據本發明的第六說明實施例之一種燃料泵的示意半截面。
根據本發明的第一較佳說明實施例之一種燃料泵1係參考圖1而詳述於下文。再者，用於操作燃料泵1之根據本發明的方法係參考圖1而描述。
如可從圖1所看出，根據本發明之燃料泵1係具有一個入口閥2、一個出口閥3、一個汽缸4、經配置在汽缸4之中的一個活塞5、用於致動活塞5之一個產熱的致動器6、以及一個返回元件7，其形式為用於使活塞5返回到一個起動位置之一種螺旋彈簧。舉例來說，燃料泵1係安裝 在一個燃料槽(未顯示在此)。
入口閥2係配置在汽缸4的一個端面。入口閥係由一個燃料線路(未顯示在此)而流體式連接到燃料槽。在燃料泵1的進氣階段期間，燃料係從燃料槽所流出、通過入口閥2、在其形成於汽缸4之內的一個壓縮室15。在離開入口閥2之壓縮室15的相對側，壓縮室15係由活塞5所界定。經配置在活塞5之中者係一個出口閥3與一個通道16，透過其，燃料係在燃料泵1的壓縮階段期間而從壓縮室15所流出。在此說明實施例中，入口閥2與出口閥係設計為的膜片彈簧閥。
在根據本發明之燃料泵的此實施例中，該產熱的致動器6係設計為一種螺線管。舉例來說，一種壓電式(piezoelectric)致動器或一種磁致伸縮式(magnetostrictive)致動器係同樣亦可想到作為致動器。
根據本發明之燃料泵1係更具有一個外殼10，其係提供有至少一個外流開口4，其中，外流開口4係形成在外殼10的一個端面12。
連同該外殼10，一個電樞板19係形成用於燃料泵1的殼體。替代或附加而言，電樞板19係可具有一個外流開口14，尤其是在該致動器的區域中。
燃料泵1係更具有一個第一間隙8，其係形成在汽缸4與該產熱的致動器6之間，其中，一個第一燃料路徑80係通過第一間隙8。在此配置中，第一間隙8係環狀的設計。
燃料泵1係更具有一個第二間隙9，其係形成在面對為離開第一間隙8的一個致動器側邊60之上，其中，一個第二燃料路徑90係通過第二間隙9。尤其，第二間隙9係以環圈的形狀而形成在致動器6與外殼10 之間。
第一燃料路徑80與第二燃料路徑90係進而朝一個垂直方向R而延伸，即：平行於在燃料泵1的操作期間之該活塞5的移動軸，其中，通過第一燃料路徑80的一個流動B及/或通過第二燃料路徑90的一個流動C係從上而下，即：從電樞板19的方向而朝其相對於電樞板19之外殼10的端面12的方向。
第一間隙8係可進而具有橫向於流動方向之一個實質固定的寬度b1，舉例而言，寬度b1係大於第二間隙9的寬度b2，其在垂直方向R係有利為維持固定。在第一間隙8之中以及在第二間隙9之中的流動方向係對應於垂直方向R。
第一間隙8的寬度b1係進而為大於汽缸4之一個壁部40的一個寬度b3，其中，壁部40的區域係配置為在致動器6的對面。寬度b3係設計在此區域中為實質固定。
第一燃料路徑80與第二燃料路徑90係進而共同為從開口11所供應。如可從圖1所看出，開口11係經由其形成在活塞5之中的通道16而流體式連接到出口閥3。開口11係空間配置在汽缸4與電樞板15之間。更精確而言，開口11係配置在其面對活塞後側17之該汽缸4的端部18與電樞板19之間。
一種用於操作根據本發明的燃料泵1之方法係參考圖1而描述於下文。
來自燃料槽的燃料係經由一個燃料線路而通過到入口閥2。在燃料泵1的進氣階段期間，活塞5係由經供電的電樞6而朝電樞板19 的方向而移動，結果，燃料係透過入口閥2而吸入到壓縮室15(箭頭D)。在燃料泵1之後續的壓縮階段中，引取的燃料之流動係中斷且入口閥2係閉合。返回元件7係將活塞5移動回到其原始的位置，結果，位在壓縮室15之中的燃料係壓縮且經由其配置在活塞5之中的出口閥3而從壓縮室1所流出(箭頭D)。經由其形成在活塞5之中的一個通道16，燃料係從出口閥3而流動朝向開口11的方向(箭頭A)，開口11係將在活塞5之中的通道16連接到其圍繞該致動器6的第一與第二間隙8、9。在開口11之後，燃料的流動A(箭頭A)係分支成為透過第一燃料路徑80的第一個流動B(箭頭B)與透過第二燃料路徑90的第二個流動C(箭頭C)。
由於在第一間隙8之中以及在第二間隙9之中的燃料係導引通過該產熱的致動器6，燃料係吸收該致動器6的熱量。因此，致動器6係冷卻，其亦導致汽缸4之冷卻或避免該汽缸之加熱。由於致動器6之吸收的無用熱量，燃料係加熱。在外流開口14，燃料的流動B與C係重新組合且經由再一個燃料線路而向前輸送到例如一個注入閥。
藉由用於操作燃料泵1所述的方法，需求的燃料輸送率以及因此燃料泵1之故障安全操作係可確保。
根據本發明之一種燃料泵的進一步有利說明實施例係解說於下文。等同的構件係具有相同的名稱與相同的參考符號。實質上係關於已經解說的第一說明實施例而有所差異。
根據第二說明實施例(圖2)之燃料泵1係和第一說明實施例為不同在於，多個擋板81係配置在第一間隙80之中。尤其，該等擋板81係以對於垂直方向R的一個角度而配置在汽缸4之上，且為使用以致使該 產熱的致動器6之無用的熱量能夠被帶走。
在第三說明實施例(圖3)中，一個迷宮82係配置在第一間隙80之中。迷宮82係由擋板所形成，該等擋板係交替配置在汽缸4之上以及在其面對第一間隙8的一個致動器側邊61之上。
在第四說明實施例(圖4)中，第一間隙8係完全填充其具有對於燃料為可滲透的一種細孔配置之金屬泡沫83。舉例而言，金屬泡沫83係由鋁所形成。
在第五說明實施例(圖5)中，一個格柵84係配置在第一間隙8之中，該格柵係由薄片或線料所形成，其被配置以使得一種具有可滲透的孔洞之網狀的結構係形成。
在第六說明實施例(圖6)中，具有對於燃料為可滲透的一種細孔配置之絕緣材料85係配置在第一間隙8之中。該種細孔配置之存在係致使燃料能夠流動通過在第一間隙8之中的絕緣材料85且因此將該產熱的致動器6之無用的熱量帶走。甚者，材料85之絕緣性質係針對於汽缸4與產熱的致動器6之熱絕緣而使用。
應注意的是，以上實施例係僅為了說明目的而不是為了限制本發明之目的所使用。就本發明之情況而言，種種的變化與修改係在沒有超出本發明與其等效者之範疇的情況下而為可能。
藉由提供在根據本發明之燃料泵1的汽缸4與致動器6之間的第一間隙8及/或在致動器6與外殼10之間的第二間隙9，可能使該產熱的致動器6與汽缸4均為顯著冷卻。由本案申請人之研究係已經顯示的是，在該產熱的致動器6之中為多到大約7℃以及在汽缸4之中為多到大約18℃ 的溫度降低係可能。
1:燃料泵
2:入口閥
3:出口閥
4:汽缸
5:活塞
6:致動器
7:返回元件
8:第一間隙
9:第二間隙
10:外殼
11:開口
12:外殼的端面
13:外殼的側面
14:外流開口
15:壓縮室
16:通道
17:活塞後側
18:汽缸端部
19:電樞板
40:汽缸的壁部
60:致動器側邊
80:第一燃料路徑
90:第二燃料路徑
b1:第一間隙的寬度
b2:第二間隙的寬度
b3:汽缸壁部的寬度
A:箭頭(燃料的流動)
B:箭頭(燃料透過第一燃料路徑的流動)
C:箭頭(燃料透過第二燃料路徑的流動)
D:箭頭(燃料透過入口閥而吸入到壓縮室)
R:垂直方向

Claims (16)

  1. 一種用於輸送燃料的燃料泵，其包含：一個外殼(10)；一個汽缸(4)；一個活塞(5)，其被配置在該汽缸(4)之中；一個產熱的致動器(6)，其用於致動該活塞(5)；及一個返回元件(7)，其用於使該活塞(5)返回到一個起動位置；一個第一間隙(8)，其被形成在該產熱的致動器(6)，尤其是在該汽缸(4)與該產熱的致動器(6)之間，其中一個第一燃料路徑(80)係通過該第一間隙(8)；一個入口閥(2)；一個出口閥(3)；其特徵在於，該出口閥(3)係配置在該活塞(5)之中且該活塞(5)係具有一個通道(16)，經由該通道(16)，燃料係可從該出口閥(3)且朝該第一間隙(8)之方向而流動。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料泵，其特徵在於一個開口(11)係配置在該外殼(10)與其面對該活塞後側(17)之該汽缸(4)的端部(18)之間，該開口係將其形成在該活塞(5)之中的通道(16)以流體式連接到該第一間隙(8)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於該外殼(10)係具有至少一個外流開口(14)，其中該至少一個外流開口(14)係形成在該外殼(10)的一個端面(12)及/或一個側面(13)。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於一個第二間隙(9)係 形成在面對離開該第一間隙(8)的一個致動器側邊(60)，其中一個第二燃料路徑(90)係通過該第二間隙(9)。
  5. 如申請專利範圍第4項之燃料泵，其特徵在於該第二間隙(9)係形成在該致動器(6)與該外殼(10)之間。
  6. 如申請專利範圍第4項之燃料泵，其特徵在於該第一間隙(8)的一個最大寬度(b1)係等於或大於該第二間隙(9)的一個最大寬度(b2)。
  7. 如申請專利範圍第6項之燃料泵，其特徵在於該第一間隙(8)的最大寬度(b1)係等於或大於該汽缸(4)之一個壁部(40)的一個最大寬度(b3)。
  8. 如申請專利範圍第4項之燃料泵，其特徵在於該第一燃料路徑(80)及/或該第二燃料路徑(90)係朝一個垂直方向(R)而延伸，其中通過該第一燃料路徑(80)的一個流動(B)及/或通過該第二燃料路徑(90)的一個流動(C)係從上而下。
  9. 如申請專利範圍第2項之燃料泵，其特徵在於該第一燃料路徑(80)與該第二燃料路徑(90)係共同從該開口(11)而饋入。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於多個擋板(81)係配置在該第一間隙(8)之中。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於一個迷宮(82)係配置在該第一間隙(8)之中。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於具有對於該燃料為可滲透的一個細孔配置之金屬泡沫(83)係至少部分配置在該第一間隙(8)之中。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於一個格柵(84)係配置 在該第一間隙(8)之中。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之燃料泵，其特徵在於具有對於該燃料為可滲透的一個細孔配置之一個絕緣材料(85)係至少部分配置在該第一間隙(8)之中。
  15. 一種運載工具，尤其是機車，其包含如申請專利範圍第1至14項中任一項之燃料泵(1)。
  16. 一種用於操作如申請專利範圍第1至15項中任一項之燃料泵(1)的方法，該燃料泵(1)係包含一個外殼、一個汽缸(4)、經配置在該汽缸(4)之中的一個活塞(5)、用於致動該活塞(5)之一個產熱的致動器(6)、及用於使該活塞(5)返回到一個起動位置之一個返回元件(7)、一個入口閥(2)、經配置在該活塞(5)之中的一個出口閥(3)，其中在由該燃料泵(1)所輸送之後的燃料係通過一個第一間隙(8)，其被形成在該產熱的致動器(6)，尤其是在該汽缸(4)與該產熱的致動器(6)之間，藉以使該汽缸(4)及/或該致動器(6)冷卻。
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