CN100425809C - 具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃机,更具体地说,涉及一种内燃机,其使用安装于进气道的燃油混合构件来促进燃油和空气的混合以改进引入燃烧室的混合物的流动性,从而提高性能。在根据本发明的内燃机中,将燃油混合构件安装在用于将燃油和空气的混合物供应到燃烧室中的进气道处。该燃油混合构件具有扰流体,该扰流体具有多个叶片,用于干扰通过进气道的流。将扰流体旋转式安装于进气道中,以产生涡流或紊流,从而使燃油和空气均匀混合,然后将其供应到燃烧室中。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机,更具体地说,涉及一种具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机。本发明涉及一种内燃机,其中,通过燃油混合构件促进需要供应到燃烧室中的燃油和空气的混合,并改进了供应到燃烧室中的流的流动性,从而提高了性能。
背景技术
图1是在传统内燃机的气缸盖中形成的进气道的剖视图。
在气缸盖15中形成进气道16,使其与燃烧室17连通,以便将燃油和空气的混合物供应到燃烧室中。将进气歧管18耦合到进气道16的入口。特别是在汽油发动机的情况下,在进气歧管侧、进气道16和进气歧管18的接合处安装了燃油喷射器19。将从燃油喷射器19喷射的燃油与通过进气歧管18的空气混合,并将燃油和空气的混合物供应到燃烧室17。此时,如果将燃油和空气的混合物流保持于层流状态,则燃油和空气无法均匀混合,因此,燃烧室中会更多地发生不完全燃烧和爆震。因此,为了改进内燃机的性能,重要的任务是干扰要供应到燃烧室中的气流,以使燃油和空气均匀混合。
为此,已经开发了多种传统的旋涡单元,其均插入进气歧管中或进气歧管和空气清洁器之间以干扰空气流,从而引起涡流或紊流的产生。
但是,由于这种传统的旋涡单元是设置在进气歧管中或进气歧管和空气清洁器之间,因此在通过旋涡单元的空气到达燃油喷射器或燃烧室之前,会由于管道的摩擦而使涡流或紊流消失很多。因此,不能有效地将燃油与空气混合,并且供应到燃烧室中的燃油和空气的混合物无法在燃烧室中形成涡流或紊流。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种内燃机,其在气缸盖的进气道具有燃油混合构件,起扰流作用,以产生涡流或紊流,从而将燃油和空气彼此均匀混合。
本发明的另一个目的是提供一种内燃机,其中,在靠近燃烧室的位置产生涡流或紊流,以使燃油、空气或燃油和空气的混合物以涡流或紊流的状态进入燃烧室,从而防止不完全燃烧和爆震的发生,以改进发动机的性能。
本发明提供一种内燃机,其气缸盖具有进气道,用于将空气或燃油和空气的混合物供应到燃烧室中,其包括燃油混合构件,该燃油混合构件插入进气道中并具有扰流体,扰流体上形成有多个叶片,用于干扰通过进气道的流。燃油混合构件干扰进气道中的流,以产生涡流或紊流,从而促进燃油和空气的混合。
在根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机中,燃油混合构件可进一步包括:空心的圆柱形支撑环,其固定地插入进气道中;支撑肋,其从支撑环的内表面向内径向延伸;毂,其具有通孔和固定于支撑肋上的外表面,使通孔的方向与支撑环的空心方向相同;以及支撑轴,其插入并支撑于毂的通孔中。而且,可以用支撑轴支撑扰流体,并且可以在扰流体的外表面上形成多个叶片。同时,支撑环可包括导向叶片,从其内表面向内径向延伸,以促进流的干扰。而且,优选地,将支撑轴插入并旋转式支撑于毂的通孔中,以通过扰流体的旋转使进气效率的降低程度减到最小。显然,可以在支撑轴上旋转式支撑扰流体。
为了使扰流体可以位于最靠近燃烧室的位置,内燃机优选进一步包括空心的圆柱形支撑环延伸部件,其插入进气道中,使形成于支撑环延伸部件一端的法兰与进气道的入口接合,并使其另一端耦合到支撑环的一端上,所述支撑环的一端与邻近燃烧室的支撑环的另一端相反。同时,支撑轴优选包括:延伸部分,其一端固定于支撑肋上;以及弯曲部分,其在延伸部分的另一端弯曲并从该另一端延伸,弯曲部分的直径小于延伸部分,并且通过弯曲部分来旋转式支撑扰流体。
优选地,根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机进一步包括辅助扰流体,其旋转式支撑于支撑轴上并且其上形成有多个叶片,从而促进燃油和空气的混合。同时,辅助扰流体优选采用空心圆柱的形状,并且其内表面上形成有叶片,包括叶片在内的辅助扰流体的内径大于包括叶片在内的扰流体的外径。
在根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机中,扰流体和辅助扰流体的每个叶片优选具有螺旋形,并且辅助扰流体和扰流体的叶片螺旋优选朝相反方向形成,从而确保有效地混合燃油和空气。
而且,根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机优选进一步包括圆柱形外缘,其围绕扰流体和辅助扰流体中至少一个的多个叶片的径向向外端,从而加强其强度。
在根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机中,燃油混合构件可进一步包括安装于进气道入口处的轴承,扰流体可采用空心圆柱的形状,并且其内表面上形成有多个叶片。
扰流体的一端可以通过轴承旋转式支撑,而其另一端则插入进气道中。在根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机中,燃油混合构件可进一步包括:空心圆柱形支撑环,其插入进气道,使形成于支撑环一端的法兰卡在进气道的入口处;以及轴承,其固定于支撑环的内表面上。扰流体可以采用空心圆柱的形状,其内表面上形成有多个叶片,并且受到轴承的旋转式支撑。
根据本发明的具有安装于进气道中的燃油混合构件的内燃机可进一步包括:支撑肋,其从扰流体的内表面向内径向延伸;毂,其具有通孔和固定于支撑肋上的外表面,使通孔的方向与扰流体的空心方向相同;支撑轴,其固定地插入毂的通孔中;以及辅助扰流体,其受到支撑轴的支撑,并且其外表面上形成有多个叶片。同时,优选地,支撑轴插入并旋转式支撑于毂的通孔中。显然,辅助扰流体可旋转式支撑于支撑轴上。优选地,包括叶片在内的辅助扰流体的外径小于包括叶片在内的扰流体的内径。
附图说明
图1是形成于传统内燃机的气缸盖中的进气道的剖视图。
图2是根据本发明的第一实施例的内燃机的进气道的剖视图。
图3是图2所示的实施例的燃油混合构件的分解透视图。
图4是显示图2所示的实施例的燃油混合构件的组合状态的透视图。
图5是沿图4的A-A线所作的剖视图。
图6是根据本发明的第二实施例的内燃机的燃油混合构件的剖视图。
图7是根据本发明的第三实施例的内燃机的燃油混合构件的分解透视图。
图8是显示图7所示的实施例的燃油混合构件的组合状态的透视图。
图9是沿图8的B-B线所作的剖视图。
图10是根据本发明的第四实施例的内燃机的燃油混合构件的剖视图。
图11是根据本发明的第五实施例的内燃机的燃油混合构件的分解透视图。
图12是显示图11所示的燃油混合构件的组合状态的透视图。
图13是显示将图11的燃油混合构件安装于进气道的状态的剖视图。
图14是显示将根据本发明的第六实施例的内燃机的燃油混合构件安装于进气道的状态的剖视图。
具体实施方式
图2是根据本发明的第一实施例的内燃机的进气道的剖视图,图3是图2所示的实施例的燃油混合构件的分解透视图,图4是显示图2所示的实施例的燃油混合构件的组合状态的透视图,而图5是沿图4的A-A线所作的剖视图。
本实施例的内燃机包括固定地插入进气道60中的燃油混合构件100,所述进气道60形成于气缸盖50中并用作通道将燃油和空气的混合物供应到燃烧室70中。
燃油混合构件100包括空心的圆柱形支撑环110,其插入进气道60中。由于传统的气缸盖是通过铸造制成的,因此难以切割进气道或更改进气道的形状。
考虑到这个事实,需单独制造燃油混合构件并使用支撑环110来将燃油混合构件插入并固定于进气道中。为了提高燃油混合效率,优选在支撑环110的内表面上向内径向形成多个导向叶片111。而且,优选地,支撑环110包括支撑环延伸部件180,使本实施例的扰流体130可以位于相对于进气道60的入口最靠近燃烧室70的位置。为了便于支撑环延伸部件180的制造,优选地,支撑环延伸部件180采取空心圆柱的形状,并且其一端形成有法兰181以卡在进气道的入口处,支撑环延伸部件的纵向形状与进气道60的弯曲形状匹配,并且支撑环延伸部件可以独立于支撑环110制造,然后焊接到支撑环上。
多个支撑肋114从支撑环110的内表面向内径向延伸。每个支撑肋114应具有与燃油和空气混合物的流动方向垂直的小表面,以使支撑肋不妨碍通过支撑环的空心的混合物的流动。
毂112设置于支撑环110的空心内并通过支撑肋114固定。毂112中形成有通孔113,其方向与支撑环的空心方向相同。
将支撑轴120插入毂112的通孔113中,以使支撑轴的两端暴露于外部。将支撑轴120的一端插入扰流体130中并将其另一端插入辅助扰流体140中。扰流体130和辅助扰流体140的外表面上分别形成有多个螺旋叶片。尽管只提供扰流体130就可以产生涡流或紊流,但优选地,为了产生更强的涡流或紊流,辅助扰流体140的叶片要具有与扰流体130的叶片反向的螺旋,以使辅助扰流体可以绕与扰流体相反的方向旋转。
只要扰流体130可以相对于毂112旋转即可。因此,既可以实施以毂112旋转式支撑支撑轴120并将扰流体130固定到支撑轴120上的构造,也可以实施将支撑轴120固定到毂112上并且支撑扰流体130以绕支撑轴120旋转的构造。在本实施例的燃油混合构件中,将扰流体130固定于支撑轴120上,并且通过毂112来旋转式支撑支撑轴120。优选地,将轴承122和131插入毂112和支撑轴120之间以减小旋转摩擦,并插入弹簧150以防止轴向振动且确保一定程度的间隙。同时,由于辅助扰流体140应该能够绕与扰流体130相反的方向旋转,因此优选地,在上述两种构造中,支撑辅助扰流体,使其绕支撑轴120旋转。即使在这些情况下,也需要通过将轴承141插入辅助扰流体140与支撑轴120之间来减小旋转摩擦。
优选地,为了防止扰流体130和辅助扰流体140朝支撑轴120的轴向方向脱离,因此将盖帽160和170分别耦合到支撑轴120的两端。
而且,盖帽160和170优选采用流线形状,以保持混合物的流动畅通无阻。
同时,尽管本实施例的燃油混合构件100具有设置于毂112两侧的扰流体和辅助扰流体,但扰流体和辅助扰流体可位于毂112的同一侧上。
当通过进气歧管80的空气和从燃油喷射器90喷射的燃油的混合物通过本实施例的如上构造的燃油混合构件100时,混合物流旋转扰流体130并初次产生涡流或紊流,然后,混合物流绕与扰流体130相反的方向旋转辅助扰流体140,并再次产生涡流或紊流。在此过程中,通过支撑环110的导向叶片111加强涡流或紊流的产生,以促使燃油和空气的均匀混合。因此,优选地,支撑环110的每个导向叶片111具有与扰流体和辅助扰流体的叶片相同的螺旋形状。而且,由于涡流或紊流是在进气道中靠近燃烧室的位置产生,所以供应到燃烧室中的混合物处于涡流或紊流状态。因此,可防止燃烧室中的不完全燃烧。
图6是根据本发明的第二实施例的内燃机的燃油混合构件的剖视图。
由于本实施例具有与上述第一实施例类似的结构,因此下面只说明这两个实施例的差异。在本实施例的燃油混合构件200中,扰流体230和辅助扰流体240连续配置于毂212的同一侧上。而且,辅助扰流体240采用空心圆柱的形状,并且其内表面上形成有多个叶片。优选地,包括叶片在内的辅助扰流体240的内径,即两个相互面对的叶片的内端(靠近空心中心的端部)之间的距离,大于包括叶片在内的扰流体230的外径。因此,扰流体230可以局部或完全设置于通过辅助扰流体240限定的内部空间内。在这种情况下,由于扰流体230的叶片和辅助扰流体240的叶片可以位于与混合物的流动方向垂直的相同平面上,因此通过该平面的混合物可以形成更强的涡流或紊流。
图7是根据本发明的第三实施例的内燃机的燃油混合构件的分解透视图,图8是显示图7所示的实施例的燃油混合构件的组合状态的透视图,而图9是沿图8的B-B线所作的剖视图。
本实施例的燃油混合构件300包括空心的圆柱形支撑环310。
扰流体330接纳并旋转式支撑于支撑环310的空心内。扰流体330采用空心圆柱的形状并具有从其内表面向内径向延伸的叶片。
为了减小旋转摩擦,优选将轴承331和332插入扰流体和支撑环之间。更优选地,将止推轴承插入其间,以便扩大燃油和空气的混合物通过的截面积。而且,插入固定环333,以便可以将插入的轴承331和332固定于支撑环310上。
优选地,支撑环310包括支撑环延伸部件380,以使本实施例的燃油混合构件300可位于进气道中最靠近燃烧室的位置。支撑环延伸部件380的一端形成有法兰381。显然,与上述第一实施例一样,支撑环延伸部件的纵向形状应与进气道匹配。
另一方面,如果将本实施例的燃油混合构件300安装于进气道的入口处,则不需要支撑环延伸部件380和支撑环310。在这种情况下,止推轴承优选直接安装于进气道的入口内,并且扰流体由止推轴承旋转式支撑。
当燃油和空气的混合物通过如上构造的本实施例的燃油混合构件时,混合物流旋转扰流体330并形成涡流或紊流。因此,可以均匀混合燃油和空气。而且,由于涡流或紊流是在进气道中靠近燃烧室的位置产生,所以供应到燃烧室中的混合物处于涡流或紊流状态。因此,可防止燃烧室中的不完全燃烧。而且,通过使用止推轴承,可最大限度地保证混合物通过的截面积。另外,由于具有这种结构的扰流体330的旋转所引起的振动小于上述实施例的扰流体所引起的振动,因此可提高耐用性并保证稳定的性能。
图10是根据本发明的第四实施例的内燃机的燃油混合构件的剖视图。
由于本实施例具有上述第三实施例类似的结构,因此只说明这两个实施例之间的差异。
在扰流体430的内表面上形成向内径向延伸的支撑肋434。与上述第一实施例的支撑肋一样,每个支撑肋434均具有与燃油和空气的混合物的流动方向垂直的小表面,以使支撑肋不妨碍通过扰流体的空心的混合物的流动。将毂435固定于支撑肋434的端部,在毂435中形成通孔,使其方向与扰流体的空心方向相同,并且将支撑轴436插入通孔中并由通孔支撑。将外表面上形成有多个叶片的辅助扰流体437固定于支撑轴436的周围。在这种情况下,为了形成涡流或紊流,优选地,使辅助扰流体437绕与扰流体相反的方向旋转。只要辅助扰流体437可以相对于毂435旋转即可。因此,支撑轴436可以受到毂435的旋转式支撑,或者可支撑辅助扰流体437,使其绕支撑轴436旋转。
但是,为了便于组装,前一种情况较佳。优选地,包括叶片在内的辅助扰流体437的外径小于包括叶片在内的扰流体430的内径。在这种情况下,由于与上述第二实施例一样,可以将辅助扰流体437局部或完全设置于通过扰流体430限定的内部空间内,因此可以产生更强的混合物涡流或紊流。而且,辅助扰流体437和扰流体430的每个叶片都具有螺旋形状。更优选地,辅助扰流体和扰流体的叶片具有方向相反的螺旋,以使辅助扰流体和扰流体可绕相反方向旋转。
图11是根据本发明的第五实施例的内燃机的燃油混合构件的分解透视图,图12是显示图11所示的燃油混合构件的组合状态的透视图,而图13是将图11的燃油混合构件安装于进气道处的状态的剖视图。本实施例的内燃机包括支撑环510,其固定地插入进气道的入口中,进气道形成于气缸盖中并用作通道将燃油和空气的混合物供应到燃烧室。支撑环510通常采用空心圆柱的形状。但是,根据要固定地插入支撑环的进气道的入口形状,支撑环可具有椭圆形状或多边形形状。而且,为了保证通过支撑环空心的燃油和空气的混合物的最大流速并获得所需的强度,优选地,当在图13的剖视图中观察时,支撑环510的内表面采用向内径向凸起的弯月形状。
支撑肋520从支撑环510的内表面向内径向延伸。优选地,支撑肋520采用在支撑环的支撑轴方向上具有一定宽度的翼形状,以便沿特定的方向引导燃油和空气的混合物流,而不会受到阻碍。支撑肋可以与混合物的流动方向成一定的角度。为了支撑如下所述的支撑轴530,可根据需要提供尽可能多的支撑肋520。
将支撑轴530的端部固定于支撑肋520上。支撑轴530包括沿支撑环510的支撑轴方向延伸的延伸部分531以及在延伸部分处弯曲并从延伸部分延伸的弯曲部分532。根据进气道的弯曲形状来确定延伸部分531的长度。但是,优选地,延伸部分的长度使得延伸部分的至少一部分可伸出到支撑环510之外。
而且,优选地,弯曲部分532的直径小于延伸部分531的直径。由于支撑轴530是弯曲的,因此可将设置于支撑轴一端的扰流体放置于进气道内的深处,而不管进气道的弯曲形状如何。
将支撑轴530的弯曲部分532的一端插入扰流体540中。为此,扰流体540采用空心圆柱的状态,并且其外表面上形成有多个叶片,并且将支撑轴530插入扰流体540的空心中。为了促进涡流或紊流的产生,优选地,除了扰流体540之外,可进一步提供辅助扰流体550。
辅助扰流体550的形状可与扰流体540的形状相同。同时,可将支撑轴530的弯曲部分532依次插入扰流体540和辅助扰流体550的空心中,以便连续配置扰流体540和辅助扰流体550。形成于扰流体540和辅助扰流体550的外表面上的各个叶片均具有螺旋形状。当扰流体和辅助扰流体通过支撑轴旋转式支撑时,两个扰流体540和550回应混合物的流动而旋转,从而将混合物流形成涡流或紊流。在这种情况下,扰流体540和550的叶片的螺旋朝相反方向形成,从而使两个扰流体540和550朝彼此相反的方向旋转。
而且,可将扰流体540和/或550固定于支撑轴上。固定的扰流体引导混合物的流动,而不会回应混合物的流动而旋转。
同时,形成于两个扰流体540和550的每个扰流体上的叶片可视情况制造成具有外缘551。优选地,外缘551是薄壁的空心圆柱,其内表面与叶片的径向向外端接触,并且外缘551的中心轴大体上与扰流体的支撑轴一致。具有外缘551的扰流体550可限制沿叶片表面从扰流体的旋转中心径向偏离的部分混合物,即偏离整个混合物的流动方向的部分混合物。
尽管图11至13显示仅辅助扰流体550具有外缘551,但扰流体540也可以具有相同的外缘。尚未进行说明的参考编号570和580表示插入的轴承,用于使扰流体540和辅助扰流体550可以绕支撑轴530顺畅旋转,而参考编号560表示耦合的流线型盖帽,其在将支撑轴530插入两个扰流体540和550中之后耦合到支撑轴530的一端,以防止两个扰流体540和550脱出并减小混合物流动的阻力。
在如上所述的本实施例的使用状态中,如图13所示,将支撑环510固定地插入形成于气缸盖50的进气道60的入口中。通过进气歧管80的空气和燃油的混合物流在通过扰流体540或辅助扰流体550的同时形成更强的涡流或紊流,以使混合物中的燃油和空气均匀地混合,然后供应到燃烧室中。
图14是显示将根据本发明的第六实施例的内燃机的燃油混合构件安装于进气道的状态的剖视图。
本实施例的辅助扰流体650的叶片形状不同于上述实施例。辅助扰流体650的叶片从空心圆柱的外表面沿径向方向延伸,然后沿旋转支撑轴的纵向方向延伸。在这种情况下,辅助扰流体650的叶片可以在扰流体640的叶片外旋转。也就是说,由于可以将扰流体640的叶片和辅助扰流体650的叶片放在与旋转支撑轴垂直的相同截面上,因此通过该截面的混合物流可以形成更强的涡流或紊流。本实施例的辅助扰流体650也可以具有与上述实施例的外缘类似的外缘651。
根据上述本发明,提供燃油混合构件,用于干扰气缸盖的进气道中的流,并产生涡流或紊流,从而均匀混合燃油和空气。而且,在靠近燃烧室的位置产生涡流或紊流,使燃油和空气的混合物以涡流或紊流的状态进入燃烧室,从而防止不完全燃烧和爆震的发生,以改进发动机的性能。
Claims (12)
1. 一种内燃机,其气缸盖具有进气道,用于将空气或燃油和空气的混合物供应到燃烧室中,所述内燃机包括:插入进气道中的燃油混合构件,所述燃油混合构件具有扰流体,扰流体上形成有多个叶片,用于干扰通过进气道的流;
其中,所述燃油混合构件进一步包括:
空心圆柱形支撑环,其固定地插入进气道中;
支撑肋,其从支撑环的内表面向内径向延伸;
毂,其具有通孔和固定于支撑肋上的外表面,使通孔的方向与支撑环的空心方向相同;
以及支撑轴,其插入并支撑于毂的通孔中;
其中,扰流体通过支撑轴支撑,并且在扰流体的外表面上形成了多个叶片;
所述内燃机还包括:空心的圆柱形支撑环延伸部件,其插入进气道中,使形成于支撑环延伸部件一端的法兰与进气道的入口接合,所述支撑环延伸部件的另一端耦合到支撑环的一端,所述支撑环的一端与邻近燃烧室的支撑环的另一端相反。
2. 如权利要求1所述的内燃机,其中,支撑轴包括:延伸部分,其一端固定于支撑肋上;以及弯曲部分,其在延伸部分的另一端弯曲并从延伸部分的另一端延伸,所述弯曲部分的直径小于延伸部分的直径,并且扰流体通过弯曲部分旋转式支撑。
3. 如权利要求1或2所述的内燃机,其进一步包括:辅助扰流体,其旋转式支撑于支撑轴上并且其上形成有多个叶片。
4. 如权利要求3所述的内燃机,其中,辅助扰流体采用空心圆柱的形状并且其内表面上形成有叶片,包括叶片在内的辅助扰流体的内径大于包括叶片在内的扰流体的外径。
5. 如权利要求3所述的内燃机,其中,扰流体和辅助扰流体的各个叶片均具有螺旋形状,并且辅助扰流体和扰流体的叶片螺旋朝相反方向形成。
6. 如权利要求3所述的内燃机,其进一步包括:
圆柱形外缘,其围绕扰流体和辅助扰流体中至少一个的多个叶片的径向向外端。
7. 如权利要求1所述的内燃机,
其中,燃油混合构件进一步包括安装于进气道的入口处的轴承,
扰流体采用空心圆柱的形状,并且其内表面上形成有多个叶片,所述扰流体的一端通过轴承旋转式支撑,而其另一端则插入进气道中。
8. 如权利要求1所述的内燃机,
其中,燃油混合构件进一步包括:
空心的圆柱形支撑环,其插入进气道中,以使形成于支撑环一端的法兰卡在进气道的入口处;
以及轴承,其固定于支撑环的内表面上;
其中,扰流体采用空心圆柱的形状,并且其内表面上形成有多个叶片,所述扰流体通过轴承旋转式支撑。
9. 如权利要求7或8所述的内燃机,其进一步包括:
支撑肋,其从扰流体的内表面向内径向延伸;
毂,其具有通孔和固定于支撑肋上的外表面,以使通孔的方向与扰流体的空心方向相同;
支撑轴,其固定地插入毂的通孔中;
以及辅助扰流体,其通过支撑轴支撑并且在其外表面上形成有多个叶片。
10. 如权利要求9所述的内燃机,
其中,将支撑轴插入并旋转式支撑于毂的通孔中。
11. 如权利要求9所述的内燃机,
其中,在支撑轴上旋转式支撑辅助扰流体。
12. 如权利要求9所述的内燃机,
其中,包括叶片在内的辅助扰流体的外径小于包括叶片在内的扰流体的内径。
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