使用文丘里效应产生真空的吸气器的制造方法

使用文丘里效应产生真空的吸气器的制造方法
【专利摘要】本文公开的吸气器包括主体，所述主体在会聚动力部分的出口端和发散排放部分的入口端之间限定文丘里间隙，同时具有与文丘里间隙流体连通的吸入端口。会聚动力部分限定圆形的动力入口以及限定椭圆形或多边形的动力出口，同时发散排放部分限定椭圆形或多边形的排放入口。在一个实施例中，所述会聚动力部分限定内部通道，所述内部通道根据双曲线函数从圆形的动力入口转换到椭圆形或多边形的动力出口，并且椭圆形或多边形的动力出口的面积具有小于圆形的动力入口的面积。
【专利说明】使用文丘里效应产生真空的吸气器 相关申请
[0001] 本申请要求2013年6月11日提交的美国临时申请No. 61/833746的优先权。

【技术领域】
[0002] 本申请涉及使用文丘里效应产生真空的吸气器，更具体地涉及这样的吸气器，为 了用户选择的最大动力（motive)流率其通过增加在动力出口端和排放入口端的内部通道 的周长而具有增加的抽吸流。

【背景技术】
[0003] 发动机，例如车辆发动机，被小型化和增压，其从发动机减少可用的真空。所述真 空具有很多潜在的用途，包括供车辆制动助力器使用。
[0004] 对于真空不足的一个解决方案是安装真空泵。然而，真空泵对发动机来说具有很 高的成本以及重量代价，其耗电量可能需要额外的发电机容量，其低效率可能阻碍燃料经 济性的改善措施。
[0005] 另一种解决方案是吸气器，其通过产生平行于节流阀的发动机空气流动路径而产 生真空，被称为进气泄漏。所述泄漏流穿过产生抽吸真空的文丘里管。目前可用的吸气器 具有的问题是它们受限于其可以产生的真空质量流率量，以及它们消耗的发动机空气量， 例如，在动力出口端和排放入口端具有圆形截面的吸气器，如图3所示和如美国申请公开 2006/0016477和美国申请公开2013/0213510中所公开。
[0006] 需要一种改进设计，其产生增加的真空压力和增加的抽吸质量流率，同时降低发 动机空气的消耗。


【发明内容】

[0007] 本文公开的吸气器产生增加的真空压力和增加的抽吸质量流率，同时降低发动机 空气的消耗。所述吸气器包括主体，所述主体在会聚动力部分的出口端和发散排放部分的 入口端之间限定文丘里间隙。会聚动力部分具有椭圆形或多边形的内部截面动力出口，以 及发散排放部分具有椭圆形或多边形的内部截面排放入口，会聚动力部分和发散排放部分 一起限定由双曲面曲线形成的内部通道，所述双曲面曲线将动力入口连接到椭圆形或多边 形动力出口或者将椭圆形或多边形的排放入口连接到排放出口。在一个实施例中，动力入 口或排放出口中的至少一个具有圆形内部横截面。
[0008] 吸气器可以包括吸入端口，其限定与文丘里间隙流体连通的空隙。这里，主体的第 一部分限定会聚动力部分的出口端，而主体的第二部分限定放在空隙表面上的发散排放部 分的入口端，所述空隙在第一部分和第二部分的两侧部周围向下延伸。在一个实施例中，主 体的第一部分和第二部分的外部轮廓通常分别匹配入口端和出口端的内部横截面。
[0009] 在一方面，吸气器被构造成具有会聚动力部分的出口端的椭圆形或多边形内部横 截面，其具有大约2-4的长轴与短轴的比率，发散排放部分的入口端的椭圆形或多边形内 部横截面相对于会聚动力部分的出口端的椭圆形或多边形内部横截面偏移，偏移比率为排 放入口面积和动力出口面积的差与峰值动力质量流率的比率（（排放入口面积-动力出口 面积）/峰值动力流率）乘以常数，其中偏移比率大于〇? 28。
[0010] 在一个实施例中，文丘里间隙与（动力质量流率）n成比例，其中n是0.25到0.8， 并且动力出口和排放入口之间的偏移量与（动力质量流率）n成比例，其中n是0? 25到0? 8， 同时出口端的椭圆形或多边形内部截面具有大于0并且小于等于1的偏心率。在一个实施 例中，用于文丘里间隙的n和用于偏移量的n可以都是0. 4到0. 6。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 图1是吸气器的一个实施例的侧纵向横截面的平面视图。
[0012] 图2是在图1中吸气器的横截面中的俯视图。
[0013] 图3是在动力部分和排放部分具有圆形横向横截面的现有技术中吸气器在吸气 器的吸入端口的接合处、沿着平行于中心纵向轴线B的平面截取的侧横截面透视图。
[0014] 图4A是在图2中吸气器的吸入端口的接合处沿着平行于中心纵向轴线B的平面 截取的侧横截面透视图。
[0015] 图4B是图4A中文丘里间隙的体积表示。
[0016] 图5A是在吸气器的另一个实施例中吸入端口的接合处沿着平行于中心纵向轴线 B的平面截取的侧横截面透视图。
[0017] 图5B是图5A中文丘里间隙的体积表不。
[0018] 图6是从吸气器出口看向吸气器的平面视图，示出动力出口端和排放入口端之间 的偏移量。
[0019] 图7是吸气器的动力部分内的内部通道的模型。
[0020] 图8是在选择不同歧管真空值时本文公开的双曲面椭圆形吸气器和圆锥圆形吸 气器（现有技术）的吸气器抽吸流率相比较的图示。
[0021] 图9是当歧管真空增加时本文公开的双曲面椭圆形吸气器和圆锥圆形吸气器（现 有技术）的吸气器真空相比较的图示。
[0022] 图10是当歧管真空增加时通过本文公开的双曲面椭圆形吸气器和圆锥圆形吸气 器（现有技术）抽空罐的时间相比较的图示。

【具体实施方式】
[0023] 下面的详细描述将说明本发明的一般原则，此外在附图中示出了本发明的示例。 在附图中，相同的附图标记指示相同的或功能相似的元件。
[0024] 本文使用的"流体，，是指任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体，或其组合。
[0025] 图1和2示出了吸气器100的不同视图。吸气器100可以用于发动机（例如车辆 的发动机）以将真空提供给一装置。在图1中吸气器1〇〇连接到需要真空的装置102,同时 吸气器100利用通过通道104的空气流为所述装置102产生真空，所述通道104大致沿着 吸气器的长度延伸，设计成产生文丘里效应。吸气器100包括限定通道104的主体106,同 时所述主体106具有三个或多个端口，所述端口可连接到发动机或与发动机连接的构件。 所述端口包括：（1)动力端口 108,其可以连接到清洁空气源，例如来自位于节流阀上游的 发动机进气滤清器；（2)吸入端口 110,其可以通过可选的止回阀111连接到需要真空的装 置102 ;(3)吸气器出口 112,其连接到发动机的节流阀下游的的发动机进气歧管；以及，可 选择地，（4)旁通端口 114。每个相应的端口 108、110、112和114可以包括在其外表面上的 连接器特征117,其用于将相应的端口连接到发动机中的软管或其它构件。
[0026] 止回阀111优选地设置用来防止流体从吸入端口 110流入应用装置102。在一个 实施例中，所述需要真空的装置102是车辆制动增压装置、曲轴箱强制通风（PCV)装置，或 燃油净化装置。在另一个实施例中，所述需要真空的装置102是液压阀。旁通端口 114可以 连接到需要真空的装置102,以及可选地可以包括在流体流动路径122之间的止回阀120。 止回阀120优选地设置用来控制流体流动到旁通端口 114或从旁通端口 114流动到应用装 置 102。
[0027] 现在参考图2和图3,吸气器100通常是T形吸气器，其限定沿着中心纵向轴线B 并由吸入端口 110划分为两部分的内部通道。内部通道104包括主体106的动力部分116 中的第一锥形部分128 (在此也称为动力锥体），其连接到主体106的排放部分146中的第 二锥形部分129 (在此也称为排放锥体）。这里，第一锥形部分128和第二锥形部分129端 到端地对齐，使得动力出口端132面向排放入口端134,并且在它们之间限定出文丘里间隙 152,该间隙限定出流体流体交汇处，该流体交汇处将吸入端口 110设置为同时与内部通道 104的动力部分116和排放部分146连通。本文所使用的文丘里间隙152是指动力出口端 132和排放入口端134之间的直线距离。
[0028] 当吸气器，例如吸气器100用于车辆发动机时，车辆制造商通常根据可用于将吸 气器连接到发动机或其构件的管道/软管尺寸，选择动力部分108和吸气器出口 112的尺 寸。此外，车辆制造商通常选择可在吸气器中使用的最大动力流率，其进而将指定在动力出 口端132(即，动力出口 133)限定的内部开口面积。因此，车辆制造商选择的用于特定发动 机的参数指定动力出口 133与吸气器出口 112的比率。在这些限制内工作，所公开的吸气 器100显著减少想要在低的（5kPa到30kPa)源/排放压强下产生高的吸入流率和在更高 的（30kPa到60kPa)源排放压强下的增加的真空深度之间的折衷。所述折衷的减少通过以 下方式实现：改变动力出口 133和排放入口 135 (由排放入口端134限定）的结构以增加在 动力出口端132和排放入口端134处的内部通道的周长，如图5和6所示。
[0029] 如图5A-5B和6所示，至少动力出口端132(动力出口 133)的内表面和排放入口 端134 (排放入口 135)的内表面是椭圆形的，但可选地具有多边形的形状。内部通道104的 内部在相反方向从文丘里间隙152延伸而远离动力出口端132和远离排放入口端134,该内 部通道104的内部可以构造为具有相同的大致形状。图7示出了吸气器的动力部分内的内 部通道的形状的一个实施例，但是同样地，如果旋转180°示出排放部分内的内部通道。图 7中的内部通道作为具有面积A1的圆形开口起始于动力入口端130,并且逐渐地、持续地以 双曲线函数转换到在动力出口 135的具有面积A2的椭圆形开口，其中A2小于A1。在动力入 口端130的圆形开口通过双曲线170连接到椭圆形动力出口 135,所述双曲线170提供以 下优点：在动力出口 132的流动路线（flow line)互相平行。动力入口端130和排放出口 端136还可以在其之前的某点限定椭圆形或一些其它多边形开口，并且从所述形状转换到 圆形截面以形成软管连接部分，例如类似于在其外部具有连接器特征117的软管连接部分 119。
[0030] 为了形成T形的吸气器100,吸入端口 110具有大致垂直于主体的中心纵向轴线B 的中心纵向轴线C。可选的旁通端口 114可以同样具有大致垂直于主体的中心纵向轴线B 的中心纵向轴D。如图1所示，旁通端口 114可以和第二锥形部分129交叉，第二锥形部分 129邻近排放出口端136但是位于排放出口端136的下游。主体106可以在那之后（即， 在旁通端口 114的这个交叉点的下游）以圆柱状的统一内径继续，直到其终止在吸气器出 口 112。在另一个实施例中（未示出），旁通端口 114和/或吸入端口 110不是垂直于轴线 B，而可以是相对于轴线B倾斜和/或互相倾斜。在图2的实施例中，吸入端口 110和旁通 端口 114互相对齐并且具有相对于主体的中心纵向轴线B的相同方向。在另一个实施例中 (未示出），吸入端口 110和旁通端口 114可以互相偏移，并且可以相对于发动机内的它们 将与其连接的构件放置成便于连接。
[0031] 吸入端口 110包括吸气入口 138和吸气出口（其是排放入口 134)，并且类似于第 一锥形部分128,可以从较大尺寸的吸气入口 138到较小尺寸的吸起出口 134,逐渐地、持续 地逐渐变细为锥形或沿其长度根据双曲线函数变细。当存在旁通端口 114时，其也可以逐 渐地、持续地变细为锥形或沿其长度根据双曲线函数变细，具体地是从较小尺寸端162到 较大尺寸端160。根据吸气器到系统中的连接，旁通端口 114可以通过较大尺寸端160作为 入口而较小尺寸端162作为出口而操作，反之亦然。
[0032] 最好如图2和5所示，在与第二锥形部分129并置的第一锥形部分128的动力出 口端132,吸入端口 110包括限定出空间150的扩展区域，所述空间150与文丘里间隙152 流体连通，或者相反地文丘里间隙152可以视为空间150的一部分。吸入端口 110与内部 通道104的流体交汇处通常相对于文丘里间隙152位于中心，同时空间150通常与吸入端 口的中心纵向轴线C对齐，并且使第一锥形部分128转换到第二锥形部分129。空间150的 形状可以是平行六面体，其长度类似于吸入端口的内部横截面尺寸，但是其底部是离开吸 入端口 110向下突出的弧形突起。在沿着吸入端口的中心纵向轴线C横向截取主体的中心 纵向轴线B的截面中，可以看出该空间在排放入口端134和动力出口端132周围和/或上 方大致是U形的，通过结合查看图2、4A和5A可以更好的理解。如图2和5A所示，吸入端 口在动力出口端132的侧面周围和排放入口端134的侧面周围向下延伸，并且在该所有侧 面之间限定空间150。如图5A所示，动力出口端132和排放入口端134的外部轮廓都大致 匹配其各自的内部形状。
[0033] 在吸气器100中，动力空气流通过第一锥形部分128而增加其速度，但是在空间 150产生低静态压力。所述低静态压力将空气从吸入端口 110吸入到文丘里间隙152,并且 通过排放入口（吸气出口）134吸入到排放部分146。
[0034] 吸气器100可以运行以满足下面的几何比率：

【权利要求】
1. 一种吸气器，包括： 主体，其在会聚的动力部分的出口端和发散排放部分的入口端之间限定文丘里间隙； 以及 吸入端口，其与文丘里间隙流体连通； 其中会聚的动力部分限定圆形的动力入口以及限定椭圆形或多边形的动力出口，并且 发散的排放部分限定椭圆形或多边形的排放入口。
2. 权利要求1所述的吸气器，其中所述发散的排放部分还限定圆形的排放出口。
3. 权利要求1所述的吸气器，其中所述会聚的动力部分限定内部通道，该内部通道根 据双曲线函数从圆形的动力入口转换到椭圆形或多边形的动力出口，并且其中椭圆形或多 边形的动力出口具有的面积小于圆形的动力入口的面积。
4. 权利要求1所述的吸气器，其中吸入端口在会聚的动力部分的出口端侧面周围和发 散的排放部分的入口端的侧面周围向下延伸，并且在其所有侧面之间限定空间；并且其中 会聚的动力部分的出口端和发散的排放部分的入口端的外部轮廓通常匹配它们相应的内 部形状。
5. 权利要求3所述的吸气器，其中所述发散的排放部分的入口端以圆形倒角终止，弓丨 导流体流入椭圆形或多边形的排放入口。
6. 权利要求1所述的吸气器，其中椭圆形或多边形的动力出口具有大于O并且小于等 于1的偏心率。
7. 权利要求1所述的吸气器，其中椭圆形或多边形的动力出口具有大约2-4的长轴 与短轴的比率，并且椭圆形或多边形排放入口相对于椭圆形或多边形的动力出口偏移，偏 移比率为排放入口面积和动力出口面积的差与峰值动力质量流率的比率（（排放入口面 积-动力出口面积）/峰值动力流率）乘以常数，该偏移比率大于〇? 28,其中所述常数等于 声速乘以在动力出口处的流体密度。
8. 权利要求1所述的吸气器，其中文丘里间隙与（动力质量流率）n成比例，其中n是 0? 25 到 0? 8。
9. 权利要求1所述的吸气器，其中文丘里间隙与（动力质量流率）n成比例，其中n是 0? 4 到 0? 6。
10. 权利要求9所述的吸气器，其中椭圆形或多边形的动力出口具有大于O并且小于等 于1的偏心率。
11. 权利要求10所述的吸气器，其中椭圆形或多边形的动力出口具有大于约〇. 4并且 小于等于约〇. 97的偏心率。
12. 权利要求1所述的吸气器，其中动力出口和排放入口之间的偏移量与（动力质量流 率）n成比例，其中n是0. 25到0. 8。
13. 权利要求1所述的吸气器，其中其中动力出口和排放入口之间的偏移量与（动力质 量流率）n成比例，其中n是0.4到0.6。
14. 一种吸气器，包括： 主体，其在会聚的动力部分的出口端和发散的排放部分的入口端之间限定文丘里间 隙； 其中会聚的动力部分限定由连接动力入口和动力出口的双曲线形成的内部通道。
15. 权利要求14所述的吸气器，其中发散的排放部分限定由连接排放入口和排放出口 的双曲线形成的内部通道。
16. 权利要求15所述的吸气器，其中动力入口是圆形的，动力出口是椭圆形或多边形 的，以及排放入口是椭圆形或多边形的。
17. 权利要求16所述的吸气器，其中动力出口和排放入口都具有大于约O并且小于等 于约1的偏心率，并且排放入口相对于动力出口偏移的值与（动力质量流率） n成比例，其 中n是0. 25到0. 8。
18. 权利要求17所述的吸气器，其中n是0. 4到0. 6。
【文档编号】B60T13/52GK104309596SQ201410413220
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2013年6月11日
【发明者】D·E·弗莱彻, B·格雷琴, K·汉普顿, M·吉尔默, A·尼德特 申请人:戴科知识产权控股有限责任公司