在推进区段中具有多个子通道和推进出口的用于使用文丘里效应来产生真空的装置的制作方法

本申请涉及使用文丘里效应来产生真空的装置，更具体地涉及此类装置，其具有进入到推进通道中的单个入口以及多个不同的推进出口，以用最小的推进流率产生增加的抽吸流。

背景技术：

发动机，例如车辆发动机，正在缩小尺寸并且增压，这样就减少了来自发动机的可用真空。这种真空具有许多潜在的用途，包括被车辆制动增压器使用。

这种真空短缺的一种解决方案是安装真空泵。然而，真空泵对发动机具有显着的对于成本和重量的不利之处，其电力消耗可能需要额外的交流发电机容量，并且其低效率会妨碍节约燃料。

产生真空的另一种解决方案是利用文丘里装置，喷射器或吸气器。当推进空气下降至涡轮增压器压缩机或另一个高压源的下游并在低压区排放时，喷射器通过文丘里效应产生真空。当推进空气在节流阀之前(典型地在大气压力下)下降并且在节流阀的下游被排放时，吸气器通过文丘里效应产生真空。目前可用的文丘里装置存在的问题是它们对抽吸质量流率的量和它们消耗的发动机空气量的限制。

存在对于增加抽吸质量流率的改进设计的需求，尤其当推进流是增压推进流时。

技术实现要素：

在一个方面，公开了使用文丘里效应产生真空的装置，其具有限定抽吸室的壳体，朝向抽吸室收缩并与其流体连通的推进通道，远离抽吸室扩张并与其流体连通的排放通道，以及与抽吸室流体连通的抽吸通道。推进通道具有单个入口和多个推进出口，并且在单个入口的下游细分成多个子通道，每个子通道均通向多个推进出口之一。多个推进出口与排放通道的排放入口大致对准并间隔开以限定文丘里间隙。多个推进出口的截面面积集体地小于排放入口的截面面积。

在所有实施例中，推进通道可以包括布置在其中的羽片(fletch)。羽片具有大致圆锥形主体以及多条肋，所述主体与所述主体的基底靠近所述多个推进出口定位，所述多条肋在大致圆锥形主体的外表面和推进通道的内表面之间延伸，被定位成将所述推进通道分成所述多个子通道，所述每个子通道均使在大致圆锥形主体的外表面之上的流体流朝向所述多个推进出口之一收缩。大致圆锥形的主体遵循直线、抛物线、双曲线或多项式曲线函数朝向其基底收缩，并且推进出口的内部形状和大致圆锥形主体的基底的外部形状均为圆形或椭圆形。多条肋从所述大致圆锥形主体的所述外表面突出。

在所有实施例中，多个推进出口与所述抽吸室的壁大致齐平，并且羽片可以包括尾部，所述尾部定位于所述抽吸室内，与所述多个推进出口对准，用于使来自所述多个推进出口的流体流在所述尾部的外表面之上流动。

在所有实施例中，所述排放入口突出到所述抽吸室中一定的距离，由此围绕所述排放入口的整个外表面提供抽吸流。在此，羽片可以包括尾部，所述尾部定位于所述室内，与所述多个推进出口对准，用于使来自所述多个推进出口的流体流在所述尾部的外表面之上朝向所述尾部的顶端流动。所述尾部的顶端定位于所述排放通道的所述排放入口的内部。在此，同样，所述抽吸室可以具有在排放入口之下大致圆形的内部底部，并且具有约10mm至约25mm的内部宽度。

在所有方面，装置的所述推进通道和所述排放通道均可以在截面面积上远离所述抽吸室以双曲线函数或抛物线函数扩张。进一步，每个子通道在靠近所述多个推进出口之一处的截面上可以是大致矩形。如果如此，当在纵向截面从顶部观察时，每个子通道利用在外部的内壁从主通道朝向多个推进出口之一以双曲线函数收缩，和/或当在纵向截面从顶部观察时，每个子通道利用在内部的内壁从主通道朝向多个推进出口之一以双曲线函数收缩。

另一方面，公开了包括本文所公开的使用文丘里效应来产生真空的任何一种装置的系统，尤其是内燃机。一个系统具有流体地连接至推进通道的压力源，流体连接至抽吸通道的需要真空的装置以及流体地连接至排放通道的低于压力源的压力。压力源可以是大气压力或者它可以是来自涡轮增压器或超级增压器的压缩机的增压压力。

附图说明

专利或申请文件包含至少一张彩色附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将根据要求并支付必要的费用而由官方局提供。

图1是使用文丘里效应产生真空的装置的侧面立体图。

图1a是图1的装置的替代实施例的仅仅推进端口的流入端部的侧面纵向截面图。

图2是根据图1的一个实施例的除了推进端口之外的全部的侧面纵向截面图。

图3是图2的装置的推进端口端部的端视图。

图4是具有从其向外突出的多条肋的羽片的放大正面立体图。

图5是具有连接至其上的尾部的图4的羽片的放大侧面立体图。

图6是尾部就位于其抽吸室内的图2的纵向截面图。

图7是处于未组装状态的推进端口的纵向截面图和图4的羽片的立体图。

图8是具有相对于多个推进出口标记的四个不同距离(d1至d4)的文丘里间隙和排放流入口的放大截面立体图。

图9包括抽吸流的当它接合推进羽流(plume)时的在图8的距离d1处取得的计算流体动力学(cfd)建模。

图10包括抽吸流的当它接合推进羽流时的在图8的距离d2处取得的cfd模型。

图11包括抽吸流的当它接合推进羽流时的在图8的距离d3处取得的cfd模型。

图12包括抽吸流的当它接合推进羽流时的在图8的距离d4处取得的cfd模型。

具体实施方式

下面的详细描述将说明本发明的一般原理，其示例在附图中另外示出。在附图中，相似的附图标记表示相同或功能相似的元件。

如本文所用，“流体”是指任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或其组合。

图1-3示出了使用文丘里效应来产生真空的装置100的不同视图。装置100可以用在发动机中，例如在车辆的内燃机中，以向诸如车辆制动增压装置、强制曲轴箱通风系统、燃料净化装置、液压和/或气动阀等的装置提供真空。装置100包括壳体106，其限定与通道104(图2)流体连通并且具有可连接至发动机或与发动机连接的部件的至少三个端口的抽吸室107。这些端口包括：(1)推进端口108；(2)抽吸端口110，其可以借由可选的止回阀(未示出)连接至需要真空的装置196；和(3)排放端口112。这些端口108、110和112中的每一个可以在其外表面上包括连接器部件117，用于将相应的端口连接至发动机中的软管或其它部件，如图1a中所示的用于推进端口108，或如图1、2和6中所示的用于排放端口112。推进端口108可连接至作为压力源的涡轮增压器或超级增压器的压缩机197，并且排放端口112可以在节流阀的下游流体通道的下游和/或连接至作为低于该压力源的压力内燃机的进气歧管198。

现在参照图1和图2，限定抽吸室107的壳体106包括靠近推进端口108的第一端壁120，靠近排放端口112的第二端壁122以及在第一端壁120和第二端壁122之间延伸的至少一个侧壁124。当从横截面观察时，抽吸室107可以具有在排放端口112的入口152之下的大致圆形的底部。如图2所示，抽吸室107可以是具有容器118a和盖子118b的两部分构造，其中盖子118b使用流体密封地就位在容器118a的边缘119内或抵靠容器118a的边缘119就位。本文中，容器118a包括抽吸端口110和排放端口112，并且盖子118b包括推进端口108，但是不限于此。在另一个实施例中，容器可以包括推进端口，并且盖子可以包括抽吸端口和排放端口。

推进端口108限定推进通道109，如图3和7所示，以便流体朝向抽吸室107流动并与其流体连通。推进通道109可以是大致圆柱形的以容纳羽片180。推进端口108包括具有推进入口132的流入端部130和具有推进出口136的流出端部134。推进通道109可以具有圆形的推进入口，并且通道可以是笔直的，或者其可以朝向多个推进出口136逐渐地连续地变细，推进出口136各自可以大致圆形、椭圆形或任何其它多边形的开口。

抽吸端口110限定与抽吸室107流体连通的抽吸通道111。抽吸端口110包括具有抽吸入口142的流入端部140和具有抽吸出口146的流出端部144，其中推进出口136和抽吸出口146都离开进入到抽吸室107中。如图2所示，抽吸通道111在从抽吸通道111到排放通道113的抽吸流的方向上产生大约90度变化的位置处进入抽吸室107。因此，抽吸端口110大致垂直于排放端口112定向，并且可以是如图2所示的具有恒定尺寸的大致圆柱形的通道，或者它可以沿着其朝向抽吸室107收缩的长度如圆锥或者依照双曲线或抛物线函数逐渐地连续地变细。在其它实施例中，抽吸端口110可以在从抽吸通道111到排放通道113的抽吸流的方向上产生大约180度变化的位置处进入抽吸室107。如此，抽吸端口110大致平行于排放端口112。

装置100具有推进通道109的流出端部134，更具体而言是推进出口136，推进出口136在排放通道113的流入端部150处与排放入口152大致对准并且与其间隔开，以限定文丘里间隙160(在图6中有标记)。如本文所使用的，文丘里间隙160意指推进出口136与排放入口152之间的线性距离。

参照图2和图6，排放端口112限定排放通道113，排放通道113从抽吸室107扩张，与抽吸室107流体连通。排放端口112包括具有排放入口152的在抽吸室107内的流入端部150，和具有排放出口156的远离抽吸室107的流出端部154。排放通道113终止于突出到抽吸室107中的喷口170，喷口170具有约10mm至约25mm的内部宽度wi，或更优选约15mm至约20mm。喷口170与抽吸室107的所有一个或多个侧壁124间隔开地布置，由此围绕喷口170的整个外表面172提供抽吸流。外表面172大致是截头圆锥形并且朝向排放通道113的流入端部150收缩。外表面172可以比第二第一端壁122更靠近流入端部150地过渡到倒角(未示出)中。外表面172和/或倒角的形状，以及抽吸室107的大致圆形内部底部有利于将抽吸流朝向排放入口152引导，并且以在流动中对干扰/干涉影响最小的方式如此做。

喷口170的壁厚可以是约0.5mm至约5mm，或者约0.5至约3mm，或者约1.0mm至约2.0mm，这取决于被选择用于装置100的构造的材料。

而且，如在图6中最佳所示，推进出口136的截面面积(集体地)小于排放入口152的截面面积，该差值被称为偏移量。截面面积的偏移量可以取决于装置100将要结合到其中的系统的参数而变化。在一个实施例中，偏移量可以在约0.1mm至约2.0mm的范围内，或者更优选地在约0.3mm至约1.5mm的范围内。在另一个实施例中，偏移量可以在约0.5m至约1.2mm的范围内，或者更优选地在约0.7mm至约1.0mm的范围内。

如从图3的端视图所示，装置100可以包括与推进通道109定位的羽片180。羽片180优选地靠近推进出口136定位并且具有外表面，该外表面被成形为减小推进通道109内的截面流面积，这可以通过限定单独的和不同的子通道来实现，每个子通道都通向单独的和不同的推进出口。现在参照图4-5和图7，羽片180具有主体181，主体181具有第一端部182和第二端部184。主体181大致圆锥形，其第一端182为其顶端，第一端182指向推进入口132，并且第二端184是基底，其与推进出口136并置。圆锥形主体181可以遵循直线、抛物线、双曲线或多项式曲线从顶端收缩到基底收缩，并且基底(第二端184)的外部形状应当与靠近推进出口136的推进通道109所选择的外部形状相同。例如，如果推进通道在靠近推进出口136处是圆形的，羽片将具有圆形外部直径，但是如果推进通道是椭圆形的，羽片将具有椭圆形的外部尺寸。

流入和穿过推进通道109的流体流在大致圆锥形的羽片180的外表面之上流动，并由此朝向推进出口136引导流体流动。如图3-4和图7所示，在推进通道109的内部尺寸和羽片180的外表面之间存在多条肋186。多条肋可以是如图4所示从羽片180的外表面向外延伸的细长突起，或者从推进通道109的内表面向内延伸，并且至少经过羽片182的长度的一部分，尤其是当存在图5中的尾部190时。

例如，作为注射成型工艺的一部分，羽片180可以一体地形成在限定推进通道109的壳体106的部分中。可替换地，羽片180可以固定地附接在推进通道109内。羽片180在壳体110内的一体地或固定地附接在流体流过期间为羽片180提供稳定性，基本上防止或最小化可能由于流体流动诱发出现湍流而产生的羽片180的振动。

肋186提供了将羽片180在推进通道109内以支撑的方式(抵抗其中的运动或未对准)在所选择的位置处定位的优点，并且更重要的是进一步减小了推进通道109内的截面流面积，其使得能够以较低的或最小的推进流率产生足够的吸力。被支撑的方式可以包括肋188紧靠推进通道109的内表面，或者羽片180紧靠推进通道109的肋。多条肋可以例如一体地形成为羽片的一部分，例如作为其模制部件，或者可以固定地附接至其上。在另一个实施例中，肋可以一体地形成为推进通道109的一部分或者固定地附接到推进通道109。如果肋是羽片的一部分，则肋可以抵靠推进通道109的内表面压配合或者与推进通道109的内表面过盈配合，或者可以通过键到键槽机构与推进通道109的内表面连接。

最佳如图3所示，多条肋186将推进通道和在羽片180的外表面之上的流体流分成多个子通道188，每个子通道188朝向推进出口136收缩。在图3-4和图7的实施例中，存在四个肋，从图3的推进端视图可见，肋大致限定为加号的形状，即，两个相对的肋垂直于另一组相对的肋定向，并由此限定四个子通道188。在其它实施例中，多条肋具有足够的数量以限定三至八个子通道之一，其尺寸可以大致相同。

现在转到图5和图6中的实施例，羽片180可以具有与其连接的大致圆锥形的尾部190。尾部190定位成使其基底192与羽片180的第二端部184并置，并且其顶端194定位于排放通道113的喷口170内。因此，尾部190的一部分定位于抽吸室107内，并且尤其在文丘里间隙160内，由此将流体流引导至排放入口152中。圆锥形尾部190可以遵循直线、抛物线、双曲线或多项式曲线或函数从顶端194向基底192收缩。尾部190的基底192，尤其其外表面的形状和尺寸被设计成与羽片的主体181的第二端部184配合，并且形成圆锥形主体181的表面的连续延伸。例如，如果圆锥形主体181具有圆形外径，则尾部190应具有相同尺寸的圆形外径。

在另一个未示出的实施例中，尾部190包括从其外表面突出的肋，该肋形成羽片180的肋186的延续部分。

当装置100用于车辆发动机时，车辆制造商通常基于可用于将抽空器文丘里装置连接至发动机或其部件的管道/软管尺寸来选择推进端口108和排放端口112两者的尺寸。另外，车辆制造商通常选择可在系统中使用的最大推进流率，这继而将决定在推进流出端部134处限定的内部开口的区域，即推进出口136。在这些限制内工作，所公开的装置100显著地减少了在产生高抽吸流率的愿望与在发动机的增压条件下提供的适度的推进流率之间的妥协。

在操作中，装置100，尤其抽吸端口110连接至需要真空的装置(未示出)，并且装置100通过流体(典型地为空气)经过大致沿装置的长度延伸的通道104以及由此在抽吸室107内限定的文丘里间隙152(在图2和图5中有标记)的流动来产生用于所述装置的真空。在一个实施例中，推进端口108被连接用于其推进通道与增压压力源的流体连通并且排放通道被连接用于其排放通道与较低压力(例如大气压力)的流体连通。在这样的实施例中，装置100可以被称为喷射器。在另一个实施例中，推进端口108可以连接至大气压力，并且排放端口可以连接至小于大气压力的压力源。在这样的实施例中，装置100可以被称为吸气器。从推进端口到排出端口的流体(例如，空气)的流动沿着推进通道向下汲取流体，所述推进通道可以是如本文所述的直圆锥或双曲线轮廓。面积的减小导致空气的速度增加。因为这是一个封闭的空间，流体力学定律指出，当流体速度增加时，静态压力必须减小。收缩推进通道的最小横截面与文丘里间隙邻接。随着空气继续行进到排放端口，其行进通过排放入口和收缩排放通道，收缩排放通道是直圆锥或双曲线轮廓的。可选地，排放通道可以以直圆锥的或双曲线轮廓圆锥延续，直到排放通道连接排放出口，或者其可以在到达排放出口之前过渡到简单的圆柱形或逐渐变细的通道。

为了增加从抽吸端口110进入文丘里间隙160的空气流率，具有肋的羽片180被引入至推进通道109中，参见图3和图7。具有肋的羽片180限定了多个子通道188，这减少了靠近推进出口136的截面流面积，并且由此增加了空气的速度以从较低的推进流率产生增加的抽吸力。

当空气从推进出口流出到抽吸室时，该流动形成相对于较慢抽吸空气的高速空气羽流。得益于高速，这种较高速的推进空气羽流具有比抽吸空气低的静态压力。这两种气体之间的界面起初是相当明显的，因为压力梯度很高，但是当推进流在通向排放入口的路径上通过间隙时，该边界减小。为了最大化随着推进流带入到排放通道的抽吸空气的量，增加两种流之间的边界的尺寸或面积(被称为边界羽流，其具有羽流区)是有益处的。在一些抽空器文丘里装置中，这种边界的增加是通过增加推进出口的面积来实现的。增加推进出口面积的缺点是两种流之间的边界面积由推进出口的开口周长和间隙距离决定。通过推进出口的推进质量流率是推进出口的截面面积的函数。作为示例，下面的表格1比较了三种不同的抽空器文丘里装置：(a)圆形推进出口；(b)增加直径的圆形推进出口；(c)内部带有羽片和肋的圆形推进出口。本文中，(a)是(b)和(c)的比较的标准。

通过增加50％的推进出口直径，羽流面积增加(改变)84％(即184％-100％＝84％)。由于各种问题诸如边界层效应和抽吸流率分布，这将导致抽吸流率增加低于84％。然而，推进流率增加了125％(即225％-100％＝125％)。当羽片被加到推进上时，性能发生了巨大的变化，这远远优于(a)和(b)。边界羽流的羽流面积增加272％然而推进流不变。

通过图9-12中的cfd图像来说明边界羽流。图9是在图8中的距离d1处。图10是在图8中的距离d2处。图11是在图8中的距离d3处。图12是在图8中的距离d4处。在图9-12中的每个的左侧的彩色图像中，抽吸区域的流速被描绘成彩色场，最大速度为红色并且最小速度为蓝色。在图9-12中的每个的中央图像中，在相同横截面上的抽吸区域流速被描绘为幅度矢量。在图9-12中的每个的右侧图像中，抽吸区域的流速被描绘为幅度和方向矢量。

在抽空器文丘里装置中除了存在羽片180之外，可以通过增加推进出口136和排放入口152的周长来增加边界羽流的面积，而不增加第一推进通道109和排放通道113的整体内部尺寸(优选不增加质量流率)。特别地，推进出口136和排放入口152优选为非圆形的，如在2014年6月3日提交的共同拥有的美国专利申请号14/294,727中所解释的，因为非圆形形状具有与圆形横截面的通道相同的面积，但是周长与面积之比有增加。有许多不是圆形的可能形状，每个形状都有周长和截面面积。这些形状包括多边形、或彼此连接的直线段、非圆形曲线以及甚至是分形曲线。为了使成本最小化，曲线更为简单且易于制造和检查，并且具有期望的周长长度。具体地，用于推进通道和排放通道的内部截面的椭圆形或多边形的实施例在上面提到的共同拥有的申请中进行了讨论。

本文公开的装置可以由塑料材料或用于车辆发动机的其它合适材料制成，所述材料可以承受发动机和路面状况，包括温度、湿度、压力、振动以及灰尘和碎屑并且可以通过注射成型或其它铸造或模制工艺来制造。

尽管关于一些实施例示出和描述了本发明，但是显而易见的是，在阅读和理解说明书的基础上，本领域技术人员会进行修改，并且本发明包括所有这样的修改。