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文檔簡介
1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目:柴油機(jī)柱塞式高壓噴油泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 班級(jí): 學(xué) 號(hào): 姓名: 指導(dǎo)教師: 完成日期: 一、設(shè)計(jì)題目(學(xué)生空出,由指導(dǎo)教師填寫)柴油機(jī)柱塞式高壓噴油泵設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)參數(shù)柴油機(jī)相應(yīng)參數(shù)柴油機(jī)相應(yīng)參數(shù)型號(hào)型式燃燒室型式壓縮比標(biāo)定轉(zhuǎn)速油壓(定壓)1100單缸、水冷、臥式、四沖程渦流室式 直噴192200噴油壓力15mpa12小時(shí)標(biāo)定功率標(biāo)定工況燃油消耗率最大扭矩最大扭矩轉(zhuǎn)速最低空車穩(wěn)定轉(zhuǎn)速11261.353.51760800三、設(shè)計(jì)要求(1)總裝圖 1張(2)零件圖 2張(3)課程設(shè)計(jì)說明書(50008000字) 1份四、進(jìn)度安排(參考)(1)熟悉相關(guān)資料和參考圖 2天(2)確定基本參
2、數(shù)和主要結(jié)構(gòu)尺寸 2天(3)設(shè)計(jì)計(jì)算 3天(4)繪制總裝配草圖 4天(5)繪制總裝配圖 2天(6)繪制零件圖 2天(7)編寫說明書 3天(8)準(zhǔn)備及答辯 3天五、指導(dǎo)教師評(píng)語成 績: 指導(dǎo)教師日期摘要噴油泵是柴油供給系中最重要的部件,它的性能和質(zhì)量對(duì)柴油機(jī)影響極大,被稱為柴油機(jī)的心臟。在柴油機(jī)工作過程中,為了保證噴油能夠夠持續(xù)及時(shí)的供應(yīng)適量的燃油,以滿足柴油機(jī)正常工作的要求,通過多方面考慮,在此設(shè)計(jì)柱塞式高壓噴油泵。本文根據(jù)某柴油機(jī)的性能參數(shù)來進(jìn)行噴油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有:根據(jù)實(shí)際情況對(duì)噴油泵形式進(jìn)行選擇,可以選出本次設(shè)計(jì)噴油柱塞直徑及壓縮行程;根據(jù)供油需求,選擇合適的出油閥,擬定出油
3、閥彈簧安裝高度及中徑,配以合適的油閥開啟彈簧;而又要保證柱塞克服慣性力,摩擦力及負(fù)壓的影響,給柱塞配以合適回正彈簧,擬定擬定回正彈簧的安裝高度及中徑,并進(jìn)行穩(wěn)定性及強(qiáng)度校核;在回正彈簧確定之后,就可大致得出柱塞的長度,通過畫裝配圖,再詳細(xì)設(shè)計(jì)出柱塞的實(shí)際長度;在噴油泵設(shè)計(jì)中,還應(yīng)根據(jù)上面的計(jì)算選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的的類型以及相應(yīng)尺寸。最后根據(jù)各個(gè)零件的尺寸進(jìn)行噴油泵的總體設(shè)計(jì),并對(duì)各零件的配合、公差以及安裝將間隙進(jìn)行考慮。關(guān)鍵詞:噴油泵 柱塞式 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)abstractthe injection pump is the diesel oil supplies is the most important
4、 part, its performance and the quality are enormous to the diesel engine influence, is called the diesel engine the heart . in diesel engine work process, to guarantee that the blow can suffice to continue the prompt supply right amount fuel oil, satisfies the diesel engine normal work the request,
5、through various considerations, in this design plunger type high pressure injection pump. this article according to some diesel engine the performance parameter to carry on injection pumps structural design, mainly designs the content to include: carries on the choice according to the actual situati
6、on to the injection pump form, may select this design blow plunger diameter and the compression stroke; according to the feed demand, chooses the appropriate delivery valve, draws up the delivery valve spring mounting height and the pitch diameter, matches by the appropriate oil valve opening spring
7、; and must guarantee that the plunger overcomes the force of inertia, the friction force and the negative pressure influence, matches to the plunger by returns to the spring appropriately, draws up the springs mounting height and the pitch diameter, and carries on the stability and the intensity exa
8、mination; after returning to the spring determination, may obtain plungers length approximately, through picture assembly drawing, again detailed design plungers virtual length; in injection pump design, but should also act according to the above computation choice meet standards type as well as cor
9、responding size. acts according to each components the size to carry on injection pumps system design finally, and to various components coordination, the common difference as well as the installment carries on the gap the consideration.key word: injection pump plunger type structural design目錄1 柴油機(jī)柱
10、塞式噴油泵概述11.1我國柴油機(jī)柱塞式噴油泵發(fā)展?fàn)顩r11.2 功用、要求、型式22 柱塞泵的泵油原理及工作過程32.1 柱塞泵的泵油機(jī)構(gòu)介紹32.2泵油原理43 總體參數(shù)的確定53.1噴油泵類型的確定53.2噴油泵的初始參數(shù)63.3噴油泵機(jī)型參數(shù)63.4噴油泵流量63.5 噴油泵流量圖74 出油閥彈簧參數(shù)的確定84.1、選擇材料和許用應(yīng)力84.2 求彈簧鋼絲直徑d84.3 求有效因素84.4 計(jì)算總?cè)?shù)84.5 強(qiáng)度驗(yàn)算94.6 共振驗(yàn)算104.7 彈簧工作圖104.8 出油閥彈簧參數(shù)105 柱塞彈簧參數(shù)的確定115.1 選擇材料和許用應(yīng)力115.2 求鋼絲直徑115.3 求有效因素115.4
11、柱塞彈簧參數(shù)116 軸承相關(guān)參數(shù)的確定126.1 軸承銷軸參數(shù)確定126.1.1 軸承銷軸受力分析126.1.2 銷軸校核126.2 柱塞軸承參數(shù)確定126.2.1 軸承受力分析126.2.2 符合條件的軸承型號(hào)列表126.2.3 軸承參數(shù)137 結(jié)論148 參考文獻(xiàn)151 柴油機(jī)柱塞式噴油泵概述噴油泵是柴油供給系中最重要的部件,它的性能和質(zhì)量對(duì)柴油機(jī)影響極大,被稱為柴油機(jī)的心臟。1.1我國柴油機(jī)柱塞式噴油泵發(fā)展?fàn)顩r到目前為止我國柴油柵l生能還不能穩(wěn)定達(dá)到歐i排放法規(guī)的要求,原因主要有兩點(diǎn):其一,柴油機(jī)本身的技術(shù)含量低0jnt設(shè)備落后、設(shè)計(jì)水平低);其二,主要的配套部件燃油系統(tǒng)的技術(shù)水平低因此
12、,為了提高我國柴油機(jī)行業(yè)的整體水平,目前,一方面必須對(duì)柴油機(jī)本身進(jìn)行改造,加大設(shè)備更新?lián)Q代的力度;同時(shí)要對(duì)燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì) 。為了改善柴油機(jī)的性能,柴油噴射系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)和優(yōu)化,到目前為止,各國已研制并生產(chǎn)出許多功能各異的柴油噴射系統(tǒng)其主要有直列柱塞式噴油泵系統(tǒng)、分配式噴油泵系統(tǒng)、泵噴嘴系統(tǒng)和電控共軌系統(tǒng)等。直列柱塞式噴油泵被廣泛應(yīng)用在商務(wù)車、特種車輛和固定式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上;分配式噴油泵用于轎車、拖拉機(jī)、輕型及中型載貨車的3-6缸柴油機(jī)上i ;泵噴嘴系統(tǒng)因體積較大,在小型柴油機(jī)上較難使用;電控共軌系統(tǒng)被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的噴射系統(tǒng),我國目前的電控水平和國外還有較大的差距,還主要集中在
13、對(duì)柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)上,遠(yuǎn)沒有達(dá)到產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化的水平l5在輕型柴油車領(lǐng)域,當(dāng)前使用的進(jìn)口ve型分配泵、國產(chǎn)直列式bq2000型噴油泵、pl型噴油泵,雖然能滿足歐i排放法規(guī)要求,但是由于其本身結(jié)構(gòu)的限制,噴射壓力(許用泵端壓力)不能達(dá)到公認(rèn)的歐排放要求目前能夠滿足輕型車用柴油機(jī)歐排放的噴油泵在國外主要有如下幾種類型:1)電控分配式噴油泵;2)泵噴嘴系統(tǒng);3)高壓共軌系統(tǒng)等,它們的價(jià)格都非常貴,不適合我國國情為此,針對(duì)我國的具體情況,開發(fā)出滿足歐排放規(guī)定、許用泵端壓力ioompa以上的機(jī)械式直列噴油泵很有意義:進(jìn)一步提高現(xiàn)有車用柴油機(jī)的性能,開發(fā)新型直列式燃油系統(tǒng)來替代進(jìn)口燃油系統(tǒng)(
14、主要指分配式噴油泵)可以大幅降低車用柴油機(jī)成本,填補(bǔ)國內(nèi)該檔次燃油系統(tǒng)空白直列柱塞式噴油泵發(fā)展和應(yīng)用的歷史較長,具有性能良好、工作可靠的優(yōu)點(diǎn),國產(chǎn)系列柱塞泵主要有a、b、p、z和、號(hào)等系列。系列化是根據(jù)柴油機(jī)單缸功率范圍對(duì)供油量的要求不同,以柱塞行程,泵缸中心距和結(jié)構(gòu)型式為基礎(chǔ),再分別配以不同尺寸的柱塞直徑,組成若干種在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)供油量不等的噴油泵,以滿足各種柴油機(jī)的需要。國產(chǎn)系列噴油泵的工作原理和結(jié)構(gòu)型式基本相同,以a型泵為例介紹柱塞式噴油泵的構(gòu)造和工作原理。 柱塞泵由四大部分組成:分泵、油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和泵體。分泵是帶有一幅柱塞偶件的泵油機(jī)構(gòu),分泵的數(shù)目與發(fā)動(dòng)機(jī)的缸數(shù)相等。每個(gè)氣
15、缸都有一個(gè)分泵,各缸的分泵結(jié)構(gòu)尺寸完全一樣。分泵的主要另件有柱塞偶件,柱塞彈簧,彈簧下座出油閥偶件,出油閥彈簧,減容器,出油閥壓緊座等。油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的變化相應(yīng)改變噴油泵的供油量。改變供油量的辦法是轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞,通過改變供油行程來完成的。1.2 功用、要求、型式功用:提高柴油壓力,按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序,負(fù)荷大小,定時(shí)定量地向噴油器輸送高壓柴油,且各缸供油壓力均等。要求:(1)泵油壓力要保證噴射壓力和霧化質(zhì)量的要求。 (2)供油量應(yīng)符合柴油機(jī)工作所需的精確數(shù)量。(3)保證按柴油機(jī)的工作順序,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確供油。 (4)供油量和供油時(shí)間可調(diào)正,并保證各缸供油均勻。 (5)供油規(guī)
16、律應(yīng)保證柴油燃燒完全。 (6)供油開始和結(jié)束,動(dòng)作敏捷,斷油干脆,避免滴油。類型:車用柴油機(jī)的噴油泵按其工作原理不同可分為柱塞式噴油泵、噴油泵- 噴油器和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵三類。 2 柱塞泵的泵油原理及工作過程 2.1 柱塞泵的泵油機(jī)構(gòu)介紹包括兩套精密偶件: 圖1-1柱塞和柱塞套是一對(duì)精密偶件,經(jīng)配對(duì)研磨后不能互換,要求有高的精度和光潔度和好的耐磨性,其徑向間隙為0.0020.003mm 。柱塞頭部圓柱面上切有斜槽,并通過徑向孔、軸向孔與頂部相通,其目的是改變循環(huán)供油量;柱塞套上制有進(jìn)、回油孔,均與泵上體內(nèi)低壓油腔相通,柱塞套裝入泵上體后,應(yīng)用定位螺釘定位。柱塞頭部斜槽的位置不同,改變供油量的方
17、法也不同。 出油閥和出油閥座也是一對(duì)精密偶件,配對(duì)研磨后不能互換,其配合間隙為0.01 。出油閥是一個(gè)單向閥,在彈簧壓力作用下,閥上部圓錐面與閥座嚴(yán)密配合,其作用是在停供時(shí),將高壓油管與柱塞上端空腔隔絕,防止高壓油管內(nèi)的油倒流入噴油泵內(nèi)。出油閥的下部呈十字?jǐn)嗝妫饶軐?dǎo)向,又能通過柴油。 出油閥的錐面下有一個(gè)小的圓柱面,稱為減壓環(huán)帶,其作用是在供油終了時(shí),使高壓油管內(nèi)的油壓迅速下降,避免噴孔處產(chǎn)生滴油現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)帶落入閥座內(nèi)時(shí)則使上方容積很快增大,壓力迅速減小,停噴迅速。2.2泵油原理工作時(shí),在噴油泵凸輪軸上的凸輪與柱塞彈簧的作用下,迫使柱塞作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而完成泵油任務(wù),泵油過程可分為以下三
18、個(gè)階段。 進(jìn)油過程 :當(dāng)凸輪的凸起部分轉(zhuǎn)過去后,在彈簧力的作用下,柱塞向下運(yùn)動(dòng),柱塞上部空間(稱為泵油室)產(chǎn)生真空度,當(dāng)柱塞上端面把柱塞套上的進(jìn)油孔打開后,充滿在油泵上體油道內(nèi)的柴油經(jīng)油孔進(jìn)入泵油室,柱塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn),進(jìn)油結(jié)束。 供油過程:當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)到凸輪的凸起部分頂起滾輪體時(shí),柱塞彈簧被壓縮,柱塞向上運(yùn)動(dòng),燃油受壓,一部分燃油經(jīng)油孔流回噴油泵上體油腔。當(dāng)柱塞頂面遮住套筒上進(jìn)油孔的上緣時(shí),由于柱塞和套筒的配合間隙很小(0.0015-0.0025mm)使柱塞頂部的泵油室成為一個(gè)密封油腔,柱塞繼續(xù)上升,泵油室內(nèi)的油壓迅速升高,泵油壓力出油閥彈簧力+高壓油管剩余壓力時(shí),推開出油閥,高壓柴油經(jīng)出油閥進(jìn)
19、入高壓油管,通過噴油器噴入燃燒室?;赜瓦^程:柱塞向上供油,當(dāng)上行到柱塞上的斜槽(停供邊)與套筒上的回油孔相通時(shí),泵油室低壓油路便與柱塞頭部的中孔和徑向孔及斜槽溝通,油壓驟然下降,出油閥在彈簧力的作用下迅速關(guān)閉,停止供油。此后柱塞還要上行,當(dāng)凸輪的凸起部分轉(zhuǎn)過去后,在彈簧的作用下,柱塞又下行。此時(shí)便開始了下一個(gè)循環(huán)。3 總體參數(shù)的確定3.1噴油泵類型的確定選擇噴油泵是根據(jù)將要配置的柴油機(jī)的各方面來考慮的。柴油機(jī)相關(guān)參數(shù)如下:柴油機(jī) 型號(hào):1100 型式:單缸、水冷、臥式、四沖程燃燒室型式:渦流室式 直噴 壓縮比:19 標(biāo)定轉(zhuǎn)速:220012小時(shí)標(biāo)定功率:11 標(biāo)定工況燃油消耗率:261.3最大扭
20、矩:53.5 最大扭矩轉(zhuǎn)速:1760 最低空車穩(wěn)定轉(zhuǎn)速:800油壓(定壓):噴油壓力15mpa。目前我國的車用柴油機(jī)柱塞泵系列:系列代號(hào)主要參數(shù)abpz凸輪升程(mm)分泵中心距(mm)柱塞直徑(mm)最大供油量(mm3/循環(huán))分泵數(shù)最大使用轉(zhuǎn)速(r/min)832(6)788.5960-1502-1214001040(8)910130-2252-12100010358910111213130-4754-121500124510111213300-6002-8900上述幾種類型噴油泵,在已經(jīng)大量投入使用,并有較好使用效果。我們知道柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與噴油泵的轉(zhuǎn)速之比為2:1關(guān)系,現(xiàn)在可知柴油機(jī)轉(zhuǎn)速22
21、00r/min,那噴油泵的凸輪軸轉(zhuǎn)速相應(yīng)該1100r/min。據(jù)此,可以選擇選擇a型或p型泵與設(shè)計(jì)任務(wù)相近,把它作為母型。有了母型噴油泵,在選擇新設(shè)計(jì)噴油泵的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)型式乃至總體布置等方面,都可有所借鑒和比較。又知道標(biāo)定工況燃油消耗率:bi261.3g/kw.h,可以計(jì)算出每循環(huán)所消耗的燃油量bi=0.05可知燃燒每循環(huán)好有量比較小,上述幾種噴油泵都?jí)蛴?,鑒于題目要求設(shè)計(jì)高壓噴油泵,a星和p型比較,顯然p型提供壓力較高。所以選擇p型噴油泵。3.2噴油泵的初始參數(shù)噴油泵的主要參數(shù),有的是設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的要求,有的可參照型噴油泵來選擇。 主要參數(shù)包括:標(biāo)定工況燃油消耗率:261.3油壓(定壓
22、):噴油壓力15mpa轉(zhuǎn)速1100r/min等。初步擬定:機(jī)體采用球磨鑄鐵,柱塞采用45鋼,彈簧40crva等等。各自尺寸以校核選擇為準(zhǔn)。3.3噴油泵機(jī)型參數(shù)凸輪轉(zhuǎn)速n=1100 r/min柱塞直徑d=10 mm凸輪升程e=10 mm最大循環(huán)供油量150mm3/循環(huán)油壓(定壓):噴油壓力15mpa3.4噴油泵流量單柱塞泵排量 3-1柱塞位移 3-2柱塞瞬時(shí)速度 3-3柱塞泵瞬時(shí)流量 3-4噴油器開啟壓力此時(shí)噴油泵柱塞想相應(yīng)的油壓為噴油泵出油閥開啟壓力0.02mpa此時(shí)噴油泵柱塞想相應(yīng)的油壓為3.5 噴油泵流量圖 圖3-1柱塞泵瞬時(shí)流量4 出油閥彈簧參數(shù)的確定出油閥彈簧初始條件彈簧中徑,安裝高度
23、,進(jìn)油壓力0.02mpa,壓縮高度,噴油泵出油壓力15mpa,凸輪角速度115.19rad/s開啟壓力 4-1最大壓力 4-2初擬:初始?jí)毫?0mpa,最大壓力30mpa4.1、選擇材料和許用應(yīng)力屬于彈簧,材料選用50crva,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表0.2-4查得p=441mpa4.2 求彈簧鋼絲直徑d按式30.2-6得 4-3查圖30.2-4得, 4-44.3 求有效因素按式(30.2-5)得, 4-5按式(30.2-5)得, 4-6取n=114.4 計(jì)算總?cè)?shù)n1=n+2=11+2=13工作載荷下變形量 4-7 4-8壓并載荷及變形量,根據(jù)彈簧工作應(yīng)變?cè)谌冃瘟?0%80%的條件下,取f2=0.
24、65fb則fb=f2/0.65=15/0.65=23.08 4-9fb=f2/0.65=30/0.65=46.15 4-10其中f1=(5/15)f2=(0.65/3)fb=0.217fb 4-11 表明f1、f2均滿足工作區(qū)的條件壓并高度hb=(n1-0.5)d=(13-0.5)1.2=15mm 4-12自由高度h0=hb+fb=15+23.08=38.08mm 4-13節(jié)距p=(h0-1.5d)/n=2.4mm 4-14螺旋角 4-15滿足57的要求展開長度 4-164.5 強(qiáng)度驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù),由(20.2-10)得(精度計(jì)算) 4-17由表30.2-11,取n=107,此時(shí)0=0.
25、3,b=441mpa當(dāng)c=8.2時(shí), 4-18 4-19 4-20 4-21靜強(qiáng)度安全系數(shù)由式30.2-11得 4-22查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三篇第二章s=737mpa則s=737/5.8.26=1.45sp=1.3滿足條件4.6 共振驗(yàn)算按式30.2-14得 4-23而 4-24滿足條件4.7 彈簧工作圖4.8 出油閥彈簧參數(shù)(gb2089-80)d=1.2,d2=10,p=3.87,k=37.7,dmax=7.6,dmin=12.4 圖5-15 柱塞彈簧參數(shù)的確定初始條件中徑d2=28mm,安裝高度h=50mm初始?jí)毫1=1n,壓縮高度e=10mm,相應(yīng)彈簧力f2=11n,變載角速度=115.
26、19rad/s5.1 選擇材料和許用應(yīng)力屬于類彈簧,材料選用50crva,由表30.2-4查得p=441mpa5.2 求鋼絲直徑按30.2-6式得, 5-1查圖30.2-4得,c=10, 5-25.3 求有效因素按式30.2-5得 5-3按式30.2-5得 5-4n取10,n1=n+2=295.4柱塞彈簧參數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表30.2-8(gb2089-80)d=3.0,d2=28,p=11.2,k=36.2,dmax=22,dmin=346 軸承相關(guān)參數(shù)的確定6.1 軸承銷軸參數(shù)確定6.1.1 軸承銷軸受力分析選材45鋼,則b-1=55。此軸承銷軸沒有軸向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),幾乎不承受軸向力。=0 n它
27、承受由軸承傳遞的來自凸輪的交變載荷,柱塞給它傳遞一個(gè)向下液壓脈沖,取=0.6,相應(yīng)力 6-1估算相應(yīng)力臂為4mm,則彎矩m=6.1.2 銷軸校核 6-2 6-3所以銷軸直徑取d=10mm6.2 柱塞軸承參數(shù)確定6.2.1 軸承受力分析此軸承沒有軸向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),幾乎不承受軸向力,因此選擇深溝球軸承或普通滾子軸承即可。而由上得知,銷軸直徑為10mm,但是滾子軸承的最小軸徑是15mm,只好選深溝球軸承了。但是它承受來自凸輪的交變載荷,柱塞給它傳遞一個(gè)向下液壓脈沖,相應(yīng)力 6-46.2.2 符合條件的軸承型號(hào)列表深溝球軸承型號(hào)dmmdmmbmmrsmincknc0kn適合轉(zhuǎn)數(shù)r/min100080010
28、009001001010101922265680.30.30.31.102.603.520.601.401.953400026000320002500028000200006.2.3 軸承參數(shù)深溝球軸承型號(hào)1000900,d=10mm,d=22mm,b=6mm,rsmin=0.3,c=2.60kn,c0=1.40kn適應(yīng)轉(zhuǎn)速=32000r/min、25000r/min=1100r/min7 結(jié)論通過對(duì)柱塞式高壓泵的設(shè)計(jì),其原理總結(jié)如下: 柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)總行程l是不變的,由凸輪的升程決定。 柱塞每循環(huán)的供油量大小取決于供油行程,供油行程不受凸輪軸控制是可變的。 供油開始時(shí)刻不隨供油行程的變化而變化。 轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞可改變供油終了時(shí)刻,從而改變供油量。
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