CN112219025B - 用于向内燃发动机供应空气的空气供应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气供应装置(100)，用于从大气向车辆中的内燃发动机供应空气，所述空气供应装置包括：用于从大气吸入空气的进气口(101)、用于朝着所述内燃发动机排出空气的排气口(102)、和用于将空气从所述进气口(101)沿下游方向引导到所述排气口(102)的空气管道(103)。在所述空气管道(103)中布置有分离器(200)，以便将所述空气管道(103)分成上游部分(104)和下游部分(105)，以通过使所述大气空气穿过所述分离器(200)来过滤大气空气中的杂物。所述空气供应装置(100)还包括压缩空气输送装置(300)，其被布置成朝着所述分离器(200)供应压缩空气，用于清除所述分离器(200)的聚集杂物。

Description

用于向内燃发动机供应空气的空气供应装置
技术领域
本发明涉及一种用于从大气向车辆中的内燃发动机供应空气的空气供应装置。本发明还涉及一种包括空气供应装置的车辆，以及一种用于控制空气供应装置的方法。
本发明能够应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车描述本发明，但是本发明不限于这种特定的车辆，而是也可以用于其它车辆(例如，公共汽车或建筑设备)中。
背景技术
内燃发动机接收空气以在燃烧室中燃烧燃料来产生动力。这种发动机设有进气***，以便将空气从车辆的外部供应到所述内燃发动机。
车辆的进气***可以包括进气口，该进气口之后是进气管道，用于将空气供应到空气清洁器装置。所述空气清洁器装置通常包括空气清洁器壳体，在所述空气清洁器壳体中布置有空气过滤器，以在空气到达内燃发动机之前通过穿过空气过滤器来从空气过滤灰尘。空气清洁器装置和空气过滤器可以设计成许多不同的形状和构造。在当今的卡车中最常见的方案是使用具有圆筒形空气过滤器的圆筒形空气清洁器。
所述空气过滤器需要定期更换(例如，从每月到每两年)，以将空气清洁功能保持在期望的水平。
一些卡车在多尘的环境中使用，例如沙漠和其中空气经常具有很浓的干燥颗粒的其它区域。在这种环境中，空气清洁器比通常情况下更快地充满灰尘，并且空气过滤器必须比其它环境中更频繁地更换。过滤器更换过程是耗时的，因为它们通常需要将车辆的驾驶室倾斜以进行所述更换。此外，过滤器更换的需要可能导致在驾驶时的计划外的驻车。
为了减少空气清洁器快速充满灰尘的问题，已经提出在位于空气清洁器装置中的空气过滤器的上游的进气***中布置一种预清洁器。所述预清洁器的任务是在空气到达空气清洁器装置之前从所述空气移除一些灰尘。为此，所述预清洁器可以包括分离器，例如网或格栅，其适于阻止相对较大的灰尘颗粒继续到所述进气***的下游。任何残留的较小颗粒可由下游空气过滤器移除。
然而，许多现有的预清洁器不能令人满意，因为它们导致不期望的压降。如果将所述预清洁器的尺寸增大以弥补压降，则所述预清洁器对于所述车辆的驾驶室壁而言变得太重。
而且，所述预清洁器可能随时变得充满灰尘，并且需要清洁和/或更换，这进而可能是耗时的。
因此，希望提供一种改进的空气供应装置，特别是一种适于在多尘环境中使用的空气供应装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气供应装置，其可以减少用于更换或清洁空气过滤器和/或用于更换或清洁预清洁器的工作时间。
该目的通过下文所述的空气供应装置来实现。
因此，本发明涉及一种用于从大气向车辆中的内燃发动机供应空气的空气供应装置。所述空气供应装置包括用于从大气吸入空气的进气口、用于朝着内燃发动机排出空气的排气口、用于将空气从所述进气口沿下游方向引导到所述排气口的空气管道、以及分离器，所述分离器布置在所述空气管道中以便将所述空气管道分成上游部分和下游部分，用于通过使大气空气穿过所述分离器来从所述大气空气过滤杂物。
根据本发明，所述空气供应装置还包括压缩空气输送装置，所述压缩空气输送装置被布置成朝着分离器供应压缩空气，以用于清除所述分离器中的聚集杂物。
通过使所述空气供应装置包括压缩空气输送装置(该压缩空气输送装置可以供应用于清洁所述分离器的压缩空气)，可以以简单且时间高效的方式执行所述分离器的清洁。
所述分离器可以具有不同的形状和尺寸。通常，所述分离器可以适于阻止相对较大的杂物或灰尘颗粒继续向进气***的下游流动。
可选地，所述压缩空气输送装置可以布置成朝着所述分离器的下游侧供应压缩空气。因此，在压缩空气的作用下从所述分离器移除的杂物将自然地保留在所述分离器的上游侧。
可选地，所述压缩空气输送装置是可控制的，以供应压力在1巴和12巴之间的压缩空气。
可选地，所述压缩空气输送装置是可控制的，以在车辆的内燃发动机停机时清洁所述过滤器。可选地，所述压缩空气输送装置由控制单元控制。因此，所述控制单元可以控制来自所述压缩空气输送装置的压缩空气的供应的不同参数，例如，定时、持续时间和压力。
可选地，所述压缩空气输送装置适于连接到所述车辆的压缩空气源。
可选地，所述压缩空气输送装置包括布置在所述空气管道的下游部分中的至少一个压缩空气输送喷嘴。可选地，所述压缩空气输送装置可以包括在1个至10个之间的、优选地在2个至6个之间的压缩空气输送喷嘴。有利地，所述喷嘴布置成至少从所述分离器的下游方向施加压缩空气。
可选地，所述分离器可以布置在竖直平面内。当所述分离器布置在竖直平面内时，通过施加压缩空气而从所述分离器移除的杂物可自然地向下掉落并远离所述分离器本身。
可选地，所述分离器包括多个分离器通道，如从所述上游部分向所述下游部分所见，所述分离器通道沿着至少竖直向上方向延伸，以便至少在竖直向上方向上引导空气。
可选地，如从竖直向下方向所见，所述分离器通道形成凹形内表面，并且在竖直截面中，所述凹形内表面使来自上游部分的空气朝着下游部分偏转。
可选地，所述凹形内表面由部分球形表面形成。
可选地，所述分离器通道形成在各个空气偏转结构之间。可选地，每个空气偏转结构形成上游外表面和下游外表面，所述分离器通道形成在相邻空气偏转结构的上游外表面和下游外表面之间。可选地，各个空气偏转结构可以竖直地对准。可选地，各个空气偏转结构可以水平地对准。
可选地，所述空气偏转结构包括部分球形包络表面，优选地，每个空气偏转结构包括四分之一球形包络表面。
可选地，所述球形表面的半径在2毫米和50毫米之间。可选地，每个球形包络表面之间的竖直距离和水平距离为1毫米至15毫米。
可选地，每平方分米的空气通道和/或各个空气偏转结构的数目在2个和420个之间。可选地，该数目在100个和300个之间。
可以理解，如上所述的分离器适于在本发明的空气供应装置中使用。然而，这种分离器也可以在其它空气供应装置中使用，特别是用于预清洁器装置中。因此，本公开还涉及如上文中所述的分离器本身。
可选地，所述空气供应装置包括杂物容纳空间，该杂物容纳空间布置成与所述上游部分连接并且竖向上在所述分离器下方。因此，通过压缩空气从分离器移除的杂物可以掉落到所述杂物容纳空间中。
可选地，所述进气口在竖向上布置在所述排气口上方，优选在竖向上布置在所述分离器上方。
可选地，所述排气口在竖向上布置在所述分离器下方。
本发明的第二方面涉及一种用于从大气向车辆中的内燃发动机供应空气的进气组件，其包括根据本发明的第一方面的空气供应装置，该空气供应装置被布置在空气清洁器的上游，用于在吸入的空气到达内燃发动机之前对其进行额外的清洁。
本发明的第三方面涉及一种车辆，该车辆包括根据本发明的第一方面所述的空气供应装置和/或根据本发明的第二方面的进气组件，优选地，所述车辆包括内燃发动机。
可选地，所述车辆包括压缩空气源，其中，所述压缩空气输送装置连接到所述压缩空气源。
本发明的第四方面涉及用于控制根据本发明的第一方面的空气供应装置和/或根据本发明的第二方面的进气组件的方法，该方法包括以下步骤：致动所述压缩空气输送装置以供应压缩空气，以用于清除所述分离器中的聚集杂物，优选地，致动所述压缩空气输送装置的所述步骤是在内燃发动机停机时执行的。
应当理解，本文参照本发明的第一方面、第二方面、第三方面和第四方面中的任一个方面描述的特征和优点可以与本发明的其它方面中的任一个方面结合。
在以下描述中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是车辆的示意图；
图2是进气***的示意图；
图3是根据本发明的实施例的进气装置的示意图；
图4a和图4b示出了用于进气装置的分离器的实施例；
图5是图4a和图4b的分离器的一部分的正视图；并且
图6a和图6b示出了图4a、图4b和图5的分离器的细节。
在图3至6b中，相同的附图标记表示相同的特征。
具体实施方式
下面将针对卡车1(例如图1中所示的卡车)形式的车辆描述本发明。卡车1应被视为车辆的示例，其可以包括根据本发明的空气供应装置和/或如本文所述的分离器。
然而，本发明可以在多种不同类型的车辆中实施。仅作为示例，本发明可以在卡车、牵引车、轿车、公共汽车、诸如轮式装载机或铰接式运输车的工程机械、或任何其它类型的建筑设备中实施。
图1的车辆1包括如图2中所示的进气***10。进气***10通常布置成从车辆的外部(例如，从驾驶室的外部)向车辆的内燃发动机供应空气。
现在将描述图2的进气***10作为示例。然而，应当理解，本发明也可以应用于进气***的其它变型。
图2的进气***10包括与外部空气连接的进气口12。所述进气口12与空气管道13连通，以用于将空气进一步传送到车辆1中。示例性的空气管道13具有细长形状，其沿大致竖直方向(相对于车辆的竖直方向)布置。所述空气管道13将空气引导至波纹管14，该波纹管又连接至转向室15。所述空气从转向室15进一步向下游馈送到空气清洁器16、17，所述空气清洁器包括空气清洁器壳体17和空气清洁器盖16。在空气清洁器壳体17内，布置有空气过滤器(图2中不可见)。所述空气清洁器盖16能够从空气清洁器壳体17移除，以便能够在必要时更换所述空气清洁器。
所述空气清洁器壳体17与空气清洁器橡胶波纹管18连接，该橡胶波纹管又与中间管19连接，在中间管19的下游有涡轮入口，本文中为涡轮入口橡胶波纹管20的形式。所述空气将从所述涡轮入口继续向下游朝着所述内燃发动机(图2中未示出)。
应当理解，所示的进气***10是示例性的，并且本发明可以应用于进气***的多种变型。下面，将参考图3至图6描述本发明的示例性实施例。
图3示出了用于从大气朝着车辆中的内燃发动机供应空气的空气供应装置100，所述空气供应装置包括用于从大气吸入空气的进气口101、用于将空气朝着内燃发动机排出的排气口102、用于将空气从所述进气口101沿下游方向引导至所述排气口102的空气管道103。应当理解，所述进气口101可以对应于图2的进气***10的进气口12，并且所述空气管道103可以对应于图2的进气***10的空气管道13。然而，如上文所提及的，图3的空气供应装置100也可以应用在进气***的其它变型中。
如图3中所示，所述空气供应装置100包括分离器200，其布置在空气管道103中，以便将所述空气管道103分成上游部分104和下游部分105，以用于通过使所述大气空气穿过所述分离器200来过滤所述大气空气的杂物。
在使用中，来自车辆外部的空气将穿过进气口101进入到空气管道103的上游部分104中。然后，所述空气将穿过分离器200，进入到下游部分105中，这将导致在空气中的至少一些杂物通过穿过所述分离器200而被从空气中移除。所述空气从所述空气管道的下游部分105继续到出口102。
在图3的空气供应装置100中，所述分离器200布置在大致竖直的平面中。所述进气口101在竖向上布置在所述排气口102上方，优选在竖向上布置在所述分离器200上方。这意味着进气口101将从大致向上方向进入到所述空气管道103的上游部分104中。或者，换句话说，所述进气口100将从与包括所述分离器200的平面大致平行的方向进入到所述上游部分104中。
所述排气口102在竖向上布置在分离器200下方。因此，已经穿过所述分离器200的空气在到达所述出口102之前将被改向为在竖直向下方向上。
图3中的空气供应装置100还包括杂物容纳空间106，其布置成与上游部分104连接并且在竖向上在所述分离器200下方。有利地，所述杂物容纳空间106可以布置成使得可以在必要时移除聚集的杂物。例如，所述杂物容纳空间106可以容纳流体填充容器(未示出)，所述杂物可以聚集在所述流体填充容器中。
通过穿过所述分离器200而从所述空气过滤出的杂物可以在重力的作用下立即从所述分离器200落下，从而聚集在杂物容纳空间106中。然而，通过穿过分离器200而从所述空气中过滤出的一些杂物可能仍然被捕获在所述分离器200中。例如，灰尘颗粒可能堵塞在所述分离器200的分离器通道中。这种颗粒的堵塞最终将影响所述分离器200的效率。
在所示的空气供应装置100中，设置有压缩空气输送装置300以供应压缩空气，以用于清除所述分离器200中的聚集的杂物。因此，当需要清除所述分离器200中的聚集的杂物时，可以致动所述压缩空气输送装置300。
所述压缩空气输送装置300布置成朝着所述分离器200的下游侧供应压缩空气。因此，在沿上游方向流过所述过滤器的压缩空气的压力下被移除的任何杂物(如果指所述空气供应装置正常使用的话)将在所述空气管道的上游部分104中掉出。因此，所述杂物不会有继续朝着出口102行进的风险，而是可以聚集在所述杂物容纳空间106中。
所述压缩空气输送装置300可以有利地是可控制的，以供应压力在1巴和12巴之间的压缩空气。
此外，所述压缩空气输送装置300是可控制的，以在车辆的内燃发动机停机时清洁所述过滤器200。
优选地，可以布置有控制单元以控制所述压缩空气输送装置300。尽管图中未示出，但应当理解如何可以将控制单元连接到所述压缩空气输送装置300，以便控制例如压缩空气的压力和/或压缩空气输送装置300的致动的定时，例如控制所述空气输送装置300，使得在车辆的内燃发动机停机时致动该空气输送装置，和/或控制所述压缩空气输送装置300的致动的持续时间。
因此，所述控制单元可以布置成执行以下步骤：致动所述压缩空气输送装置300以供应压缩空气，以用于清除所述分离器200中的聚集的杂物。优选地，所述致动所述压缩空气输送装置(300)的步骤是在内燃发动机停机时执行的。
可选地，所述压缩空气输送装置300可以手动地致动，例如通过由用户按下控制按钮来致动。
可选地，可以提供传感器以指示所述分离器200的效率受损。在这种情况下，可以使用来自所述传感器的信号作为控制单元的输入来自动执行所述压缩空气输送装置300的致动。或者，所述传感器可以例如通过显示器或其它用户指示装置来向用户指示所述分离器的受损的效率。
所述压缩空气输送装置300可以有利地连接到所述车辆的压缩空气源，该空气源用于车辆1中的其它应用，例如减震器。
为了供应压缩空气，所述压缩空气输送装置300包括至少一个压缩空气输送喷嘴301，所述至少一个压缩空气输送喷嘴301布置在空气管道103的下游部分105中。在图3中，所述压缩空气输送装置300包括四个喷嘴301，然而，喷嘴301的数目和布置自然可以变化，以确保所述分离器200在其下游表面上接收足够的压缩空气，以便确保所述分离器200的充分清洁。
所述分离器200可以是能够从穿过的空气中过滤杂物的任何过滤器或网状结构。应当理解，所述分离器200用于执行空气的第一清洁，这在车辆在多尘环境中行驶时尤其合适。
因此，应当理解，在穿过所述分离器200之后，离开所述下游部分105的空气通常不够清洁以至于不能立即进入燃烧发动机中。相反，可以设想，所述空气供应装置100将形成进气组件的一部分，其中，它被布置在空气清洁器的上游，以用于在吸入的空气到达所述内燃发动机之前对吸入的空气进行额外的清洁。例如，所述进气组件可以是如图2中所述的进气组件10，其包括空气供应装置100、13，所述空气供应装置被布置在空气清洁器17的上游，以用于在吸入的空气到达内燃发动机之前对吸入的空气进行额外的清洁。
所述分离器可以有利地是包括多个分离器通道201的分离器200，所述分离器通道201至少沿着从竖直向上方向看从上游部分104延伸到下游部分105，以便在至少竖直向上方向上引导空气。
如从图3中可以发现的，在所述分离器200沿着竖直平面布置的情况下，利用这种分离器200，所述空气在穿过分离器200的分离器通道201时将至少沿着竖直向上方向被推动。这种布置的优点在于，所述空气的改向将使包含在所述空气流中的杂物掉出。换句话说，当包含杂物的空气流被所述分离器通道201的内表面改向时，所述分离器通道201的内表面的影响和/或所述改向将阻碍所述杂物跟随所述空气流的连续路径通过所述分离器200。
特别地，当布置在如上所述的空气管道103中时，这种分离器200是有效的，其中，在上游部分104中的空气从进气口101沿大致竖直向下方向被引导。因此，所述空气将首先从所述进气口101被向下引导到所述上游部分104中，然后向上通过所述分离器200，这对于从所述空气流中去除杂物是更有效的。
图3至图6b示出了分离器200的示例，其特别适用于如上所述的空气供应装置100。所述分离器200对于从大气空气中移除杂物是有效的，并且应当理解，所述分离器200可以在必要时通过压缩空气输送装置300的作用而被清洁。然而，应当理解，参照图4至图6所述的分离器200也可以在具有或不具有压缩空气输送装置300的其它空气供应装置100中使用。
如图4a和图4b中所示，如从竖直向下方向看，在竖直截面中，所述分离器200的分离器通道201形成凹形内表面202。因此，所述凹形内表面202将有效地使来自所述上游部分104的空气朝着所述下游部分105偏转。已经发现，这种凹形内表面202对于从所述空气流中移除杂物是有效的。
在图4a和图4b中，示出了凹形内表面202是如何由部分球形表面形成的。
在图4a和图4b的实施例中，所述分离器200可被描述为包括形成在各个空气偏转结构204之间的分离器通道201。这里，每个空气偏转结构204形成上游外表面203和下游外表面202。所述分离器通道201将形成在相邻的空气偏转结构204之间，在这种情况下，形成在相邻的空气偏转结构204的上游外表面203和下游外表面202之间。
在所示实施例中，所述空气偏转结构204包括部分球形包络表面。如图4a至图6b中所示，每个空气偏转结构204包括四分之一球形包络表面。尽管已经发现这种设计是特别有利的，但是可以形成具有除了四分之一球之外的其它部分球形包络表面的空气偏转结构204。
此外，在所示实施例中，所述空气偏转结构204竖直地对准，使得所述分离器通道201形成在竖直相邻的空气偏转结构的四分之一球形上游外表面203和四分之一球形下游外表面202之间。而且，在所示实施例中，所述空气偏转结构204水平地对准。
如图6a和图6b中所示，所述球形表面的半径R可以在2毫米至50毫米之间，优选在5毫米至25毫米之间。
在每个球形包络表面之间的竖直距离和水平距离可以为1毫米至15毫米。
可以选择每平方分米的分离器通道201和/或各个空气偏转结构204的数目以适合不同的应用，但通常可以在2个到420个之间。
所述分离器200可以通过任何常规方法来制造，例如通过塑料材料的模制来制造。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims (21)

1.一种空气供应装置(100)，所述空气供应装置(100)用于从大气向车辆中的内燃发动机供应空气，所述空气供应装置(100)包括：
进气口(101)，所述进气口(101)用于从大气中吸入空气，
排气口(102)，所述排气口(102)用于朝着所述内燃发动机排出空气，
空气管道(103)，所述空气管道(103)用于将空气从所述进气口(101)沿下游方向引导到所述排气口(102)，
分离器(200)，所述分离器(200)布置在所述空气管道(103)中，以便将所述空气管道(103)分成上游部分(104)和下游部分(105)，以通过使大气空气穿过所述分离器(200)来过滤所述大气空气中的杂物，以及
压缩空气输送装置(300)，所述压缩空气输送装置(300)被布置成朝着所述分离器(200)供应压缩空气，用于清除所述分离器(200)的聚集杂物，其特征在于，所述分离器(200)包括多个分离器通道(201)，如从所述上游部分(104)向所述下游部分(105)所见，所述分离器通道(201)至少沿着竖直向上方向延伸，并且所述分离器通道(201)被形成为：当空气穿过所述分离器时，使空气从在所述上游部分(104)中的向下方向改向为至少竖直向上方向，其中，如从竖直向下方向所见，所述分离器通道(201)形成凹形内表面(202)，并且，在竖直截面中，所述凹形内表面(202)使来自所述上游部分(104)的空气朝着所述下游部分(105)偏转。
2.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述压缩空气输送装置(300)被布置成朝着所述分离器(200)的下游侧供应压缩空气。
3.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述压缩空气输送装置(300)能够被控制以供应处于1巴与12巴之间的压力下的压缩空气。
4.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述压缩空气输送装置(300)能够由控制单元控制，以在所述车辆的所述内燃发动机停机时清洁所述分离器(200)。
5.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述压缩空气输送装置(300)适于连接到所述车辆(1)的压缩空气源(302)。
6.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述压缩空气输送装置(300)包括至少一个压缩空气输送喷嘴(301)，所述至少一个压缩空气输送喷嘴(301)布置在所述空气管道(103)的所述下游部分(105)中。
7.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述分离器(200)布置在竖直平面内。
8.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述凹形内表面(202)由部分球形表面形成。
9.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述分离器通道(201)形成在各个空气偏转结构(204)之间，所述分离器通道(201)形成在相邻的空气偏转结构(204)的上游外表面(203)和下游外表面之间。
10.根据权利要求9所述的空气供应装置，其中，每个空气偏转结构(204)形成上游外表面(203)和下游外表面。
11.根据权利要求9所述的空气供应装置，其中，所述空气偏转结构(204)包括部分球形的包络表面。
12.根据权利要求11所述的空气供应装置，其中，每个空气偏转结构(204)包括四分之一球形包络表面。
13.根据权利要求8所述的空气供应装置，其中，所述球形表面的半径在2毫米和50毫米之间，并且其中，在每个球形包络表面之间的竖直距离和水平距离为1毫米至15毫米。
14.根据权利要求9所述的空气供应装置，其中，每平方分米的分离器通道(201)和/或各个空气偏转结构(204)的数目在2个至420个之间。
15.根据权利要求1所述的空气供应装置，包括杂物容纳空间(106)，所述杂物容纳空间(106)被布置成与所述上游部分(104)连接并且在竖向上在所述分离器(200)下方。
16.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述进气口(101)在竖向上布置在所述排气口(102)上方。
17.根据权利要求1所述的空气供应装置，其中，所述排气口(102)在竖向上布置在所述分离器(200)下方。
18.一种进气组件(10)，用于从大气向车辆中的内燃发动机供应空气，所述进气组件(10)包括根据权利要求1所述的空气供应装置(100)，所述空气供应装置被布置在空气清洁器(17)上游，用于在吸入的空气到达所述内燃发动机之前对所述吸入的空气进行额外的清洁。
19.一种车辆，其包括根据权利要求1所述的空气供应装置。
20.根据权利要求19所述的车辆，还包括压缩空气源(302)，其中，所述压缩空气输送装置(300)连接到所述压缩空气源(302)。
21.一种用于控制根据权利要求1所述的空气供应装置的方法，所述方法包括以下步骤：致动所述压缩空气输送装置(300)以供应压缩空气，以用于清除所述分离器(200)上的聚集杂物，致动所述压缩空气输送装置(300)的所述步骤是在所述内燃发动机停机时执行的。
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