使用文丘里效應(yīng)產(chǎn)生真空的吸氣器的制造方法
【專利摘要】本文公開(kāi)的吸氣器包括主體，所述主體在會(huì)聚動(dòng)力部分的出口端和發(fā)散排放部分的入口端之間限定文丘里間隙，同時(shí)具有與文丘里間隙流體連通的吸入端口。會(huì)聚動(dòng)力部分限定圓形的動(dòng)力入口以及限定橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口，同時(shí)發(fā)散排放部分限定橢圓形或多邊形的排放入口。在一個(gè)實(shí)施例中，所述會(huì)聚動(dòng)力部分限定內(nèi)部通道，所述內(nèi)部通道根據(jù)雙曲線函數(shù)從圓形的動(dòng)力入口轉(zhuǎn)換到橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口，并且橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口的面積具有小于圓形的動(dòng)力入口的面積。
【專利說(shuō)明】使用文丘里效應(yīng)產(chǎn)生真空的吸氣器 相關(guān)申請(qǐng)
[0001] 本申請(qǐng)要求2013年6月11日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/833746的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本申請(qǐng)涉及使用文丘里效應(yīng)產(chǎn)生真空的吸氣器，更具體地涉及這樣的吸氣器，為 了用戶選擇的最大動(dòng)力（motive)流率其通過(guò)增加在動(dòng)力出口端和排放入口端的內(nèi)部通道 的周長(zhǎng)而具有增加的抽吸流。

【背景技術(shù)】
[0003] 發(fā)動(dòng)機(jī)，例如車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，被小型化和增壓，其從發(fā)動(dòng)機(jī)減少可用的真空。所述真 空具有很多潛在的用途，包括供車輛制動(dòng)助力器使用。
[0004] 對(duì)于真空不足的一個(gè)解決方案是安裝真空泵。然而，真空泵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)具有很 高的成本以及重量代價(jià)，其耗電量可能需要額外的發(fā)電機(jī)容量，其低效率可能阻礙燃料經(jīng) 濟(jì)性的改善措施。
[0005] 另一種解決方案是吸氣器，其通過(guò)產(chǎn)生平行于節(jié)流閥的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流動(dòng)路徑而產(chǎn) 生真空，被稱為進(jìn)氣泄漏。所述泄漏流穿過(guò)產(chǎn)生抽吸真空的文丘里管。目前可用的吸氣器 具有的問(wèn)題是它們受限于其可以產(chǎn)生的真空質(zhì)量流率量，以及它們消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣量， 例如，在動(dòng)力出口端和排放入口端具有圓形截面的吸氣器，如圖3所示和如美國(guó)申請(qǐng)公開(kāi) 2006/0016477和美國(guó)申請(qǐng)公開(kāi)2013/0213510中所公開(kāi)。
[0006] 需要一種改進(jìn)設(shè)計(jì)，其產(chǎn)生增加的真空壓力和增加的抽吸質(zhì)量流率，同時(shí)降低發(fā) 動(dòng)機(jī)空氣的消耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本文公開(kāi)的吸氣器產(chǎn)生增加的真空壓力和增加的抽吸質(zhì)量流率，同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī) 空氣的消耗。所述吸氣器包括主體，所述主體在會(huì)聚動(dòng)力部分的出口端和發(fā)散排放部分的 入口端之間限定文丘里間隙。會(huì)聚動(dòng)力部分具有橢圓形或多邊形的內(nèi)部截面動(dòng)力出口，以 及發(fā)散排放部分具有橢圓形或多邊形的內(nèi)部截面排放入口，會(huì)聚動(dòng)力部分和發(fā)散排放部分 一起限定由雙曲面曲線形成的內(nèi)部通道，所述雙曲面曲線將動(dòng)力入口連接到橢圓形或多邊 形動(dòng)力出口或者將橢圓形或多邊形的排放入口連接到排放出口。在一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)力入 口或排放出口中的至少一個(gè)具有圓形內(nèi)部橫截面。
[0008] 吸氣器可以包括吸入端口，其限定與文丘里間隙流體連通的空隙。這里，主體的第 一部分限定會(huì)聚動(dòng)力部分的出口端，而主體的第二部分限定放在空隙表面上的發(fā)散排放部 分的入口端，所述空隙在第一部分和第二部分的兩側(cè)部周圍向下延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，主 體的第一部分和第二部分的外部輪廓通常分別匹配入口端和出口端的內(nèi)部橫截面。
[0009] 在一方面，吸氣器被構(gòu)造成具有會(huì)聚動(dòng)力部分的出口端的橢圓形或多邊形內(nèi)部橫 截面，其具有大約2-4的長(zhǎng)軸與短軸的比率，發(fā)散排放部分的入口端的橢圓形或多邊形內(nèi) 部橫截面相對(duì)于會(huì)聚動(dòng)力部分的出口端的橢圓形或多邊形內(nèi)部橫截面偏移，偏移比率為排 放入口面積和動(dòng)力出口面積的差與峰值動(dòng)力質(zhì)量流率的比率（（排放入口面積-動(dòng)力出口 面積）/峰值動(dòng)力流率）乘以常數(shù)，其中偏移比率大于〇? 28。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，文丘里間隙與（動(dòng)力質(zhì)量流率）n成比例，其中n是0.25到0.8， 并且動(dòng)力出口和排放入口之間的偏移量與（動(dòng)力質(zhì)量流率）n成比例，其中n是0? 25到0? 8， 同時(shí)出口端的橢圓形或多邊形內(nèi)部截面具有大于0并且小于等于1的偏心率。在一個(gè)實(shí)施 例中，用于文丘里間隙的n和用于偏移量的n可以都是0. 4到0. 6。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是吸氣器的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)縱向橫截面的平面視圖。
[0012] 圖2是在圖1中吸氣器的橫截面中的俯視圖。
[0013] 圖3是在動(dòng)力部分和排放部分具有圓形橫向橫截面的現(xiàn)有技術(shù)中吸氣器在吸氣 器的吸入端口的接合處、沿著平行于中心縱向軸線B的平面截取的側(cè)橫截面透視圖。
[0014] 圖4A是在圖2中吸氣器的吸入端口的接合處沿著平行于中心縱向軸線B的平面 截取的側(cè)橫截面透視圖。
[0015] 圖4B是圖4A中文丘里間隙的體積表示。
[0016] 圖5A是在吸氣器的另一個(gè)實(shí)施例中吸入端口的接合處沿著平行于中心縱向軸線 B的平面截取的側(cè)橫截面透視圖。
[0017] 圖5B是圖5A中文丘里間隙的體積表不。
[0018] 圖6是從吸氣器出口看向吸氣器的平面視圖，示出動(dòng)力出口端和排放入口端之間 的偏移量。
[0019] 圖7是吸氣器的動(dòng)力部分內(nèi)的內(nèi)部通道的模型。
[0020] 圖8是在選擇不同歧管真空值時(shí)本文公開(kāi)的雙曲面橢圓形吸氣器和圓錐圓形吸 氣器（現(xiàn)有技術(shù)）的吸氣器抽吸流率相比較的圖示。
[0021] 圖9是當(dāng)歧管真空增加時(shí)本文公開(kāi)的雙曲面橢圓形吸氣器和圓錐圓形吸氣器（現(xiàn) 有技術(shù)）的吸氣器真空相比較的圖示。
[0022] 圖10是當(dāng)歧管真空增加時(shí)通過(guò)本文公開(kāi)的雙曲面橢圓形吸氣器和圓錐圓形吸氣 器（現(xiàn)有技術(shù)）抽空罐的時(shí)間相比較的圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面的詳細(xì)描述將說(shuō)明本發(fā)明的一般原則，此外在附圖中示出了本發(fā)明的示例。 在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的或功能相似的元件。
[0024] 本文使用的"流體，，是指任何液體、懸浮液、膠體、氣體、等離子體，或其組合。
[0025] 圖1和2示出了吸氣器100的不同視圖。吸氣器100可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)（例如車輛 的發(fā)動(dòng)機(jī)）以將真空提供給一裝置。在圖1中吸氣器1〇〇連接到需要真空的裝置102,同時(shí) 吸氣器100利用通過(guò)通道104的空氣流為所述裝置102產(chǎn)生真空，所述通道104大致沿著 吸氣器的長(zhǎng)度延伸，設(shè)計(jì)成產(chǎn)生文丘里效應(yīng)。吸氣器100包括限定通道104的主體106,同 時(shí)所述主體106具有三個(gè)或多個(gè)端口，所述端口可連接到發(fā)動(dòng)機(jī)或與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的構(gòu)件。 所述端口包括：（1)動(dòng)力端口 108,其可以連接到清潔空氣源，例如來(lái)自位于節(jié)流閥上游的 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣濾清器；（2)吸入端口 110,其可以通過(guò)可選的止回閥111連接到需要真空的裝 置102 ;(3)吸氣器出口 112,其連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)流閥下游的的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管；以及，可 選擇地，（4)旁通端口 114。每個(gè)相應(yīng)的端口 108、110、112和114可以包括在其外表面上的 連接器特征117,其用于將相應(yīng)的端口連接到發(fā)動(dòng)機(jī)中的軟管或其它構(gòu)件。
[0026] 止回閥111優(yōu)選地設(shè)置用來(lái)防止流體從吸入端口 110流入應(yīng)用裝置102。在一個(gè) 實(shí)施例中，所述需要真空的裝置102是車輛制動(dòng)增壓裝置、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)（PCV)裝置，或 燃油凈化裝置。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述需要真空的裝置102是液壓閥。旁通端口 114可以 連接到需要真空的裝置102,以及可選地可以包括在流體流動(dòng)路徑122之間的止回閥120。 止回閥120優(yōu)選地設(shè)置用來(lái)控制流體流動(dòng)到旁通端口 114或從旁通端口 114流動(dòng)到應(yīng)用裝 置 102。
[0027] 現(xiàn)在參考圖2和圖3,吸氣器100通常是T形吸氣器，其限定沿著中心縱向軸線B 并由吸入端口 110劃分為兩部分的內(nèi)部通道。內(nèi)部通道104包括主體106的動(dòng)力部分116 中的第一錐形部分128 (在此也稱為動(dòng)力錐體），其連接到主體106的排放部分146中的第 二錐形部分129 (在此也稱為排放錐體）。這里，第一錐形部分128和第二錐形部分129端 到端地對(duì)齊，使得動(dòng)力出口端132面向排放入口端134,并且在它們之間限定出文丘里間隙 152,該間隙限定出流體流體交匯處，該流體交匯處將吸入端口 110設(shè)置為同時(shí)與內(nèi)部通道 104的動(dòng)力部分116和排放部分146連通。本文所使用的文丘里間隙152是指動(dòng)力出口端 132和排放入口端134之間的直線距離。
[0028] 當(dāng)吸氣器，例如吸氣器100用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，車輛制造商通常根據(jù)可用于將吸 氣器連接到發(fā)動(dòng)機(jī)或其構(gòu)件的管道/軟管尺寸，選擇動(dòng)力部分108和吸氣器出口 112的尺 寸。此外，車輛制造商通常選擇可在吸氣器中使用的最大動(dòng)力流率，其進(jìn)而將指定在動(dòng)力出 口端132(即，動(dòng)力出口 133)限定的內(nèi)部開(kāi)口面積。因此，車輛制造商選擇的用于特定發(fā)動(dòng) 機(jī)的參數(shù)指定動(dòng)力出口 133與吸氣器出口 112的比率。在這些限制內(nèi)工作，所公開(kāi)的吸氣 器100顯著減少想要在低的（5kPa到30kPa)源/排放壓強(qiáng)下產(chǎn)生高的吸入流率和在更高 的（30kPa到60kPa)源排放壓強(qiáng)下的增加的真空深度之間的折衷。所述折衷的減少通過(guò)以 下方式實(shí)現(xiàn)：改變動(dòng)力出口 133和排放入口 135 (由排放入口端134限定）的結(jié)構(gòu)以增加在 動(dòng)力出口端132和排放入口端134處的內(nèi)部通道的周長(zhǎng)，如圖5和6所示。
[0029] 如圖5A-5B和6所示，至少動(dòng)力出口端132(動(dòng)力出口 133)的內(nèi)表面和排放入口 端134 (排放入口 135)的內(nèi)表面是橢圓形的，但可選地具有多邊形的形狀。內(nèi)部通道104的 內(nèi)部在相反方向從文丘里間隙152延伸而遠(yuǎn)離動(dòng)力出口端132和遠(yuǎn)離排放入口端134,該內(nèi) 部通道104的內(nèi)部可以構(gòu)造為具有相同的大致形狀。圖7示出了吸氣器的動(dòng)力部分內(nèi)的內(nèi) 部通道的形狀的一個(gè)實(shí)施例，但是同樣地，如果旋轉(zhuǎn)180°示出排放部分內(nèi)的內(nèi)部通道。圖 7中的內(nèi)部通道作為具有面積A1的圓形開(kāi)口起始于動(dòng)力入口端130,并且逐漸地、持續(xù)地以 雙曲線函數(shù)轉(zhuǎn)換到在動(dòng)力出口 135的具有面積A2的橢圓形開(kāi)口，其中A2小于A1。在動(dòng)力入 口端130的圓形開(kāi)口通過(guò)雙曲線170連接到橢圓形動(dòng)力出口 135,所述雙曲線170提供以 下優(yōu)點(diǎn)：在動(dòng)力出口 132的流動(dòng)路線（flow line)互相平行。動(dòng)力入口端130和排放出口 端136還可以在其之前的某點(diǎn)限定橢圓形或一些其它多邊形開(kāi)口，并且從所述形狀轉(zhuǎn)換到 圓形截面以形成軟管連接部分，例如類似于在其外部具有連接器特征117的軟管連接部分 119。
[0030] 為了形成T形的吸氣器100,吸入端口 110具有大致垂直于主體的中心縱向軸線B 的中心縱向軸線C。可選的旁通端口 114可以同樣具有大致垂直于主體的中心縱向軸線B 的中心縱向軸D。如圖1所示，旁通端口 114可以和第二錐形部分129交叉，第二錐形部分 129鄰近排放出口端136但是位于排放出口端136的下游。主體106可以在那之后（即， 在旁通端口 114的這個(gè)交叉點(diǎn)的下游）以圓柱狀的統(tǒng)一內(nèi)徑繼續(xù)，直到其終止在吸氣器出 口 112。在另一個(gè)實(shí)施例中（未示出），旁通端口 114和/或吸入端口 110不是垂直于軸線 B，而可以是相對(duì)于軸線B傾斜和/或互相傾斜。在圖2的實(shí)施例中，吸入端口 110和旁通 端口 114互相對(duì)齊并且具有相對(duì)于主體的中心縱向軸線B的相同方向。在另一個(gè)實(shí)施例中 (未示出），吸入端口 110和旁通端口 114可以互相偏移，并且可以相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的它們 將與其連接的構(gòu)件放置成便于連接。
[0031] 吸入端口 110包括吸氣入口 138和吸氣出口（其是排放入口 134)，并且類似于第 一錐形部分128,可以從較大尺寸的吸氣入口 138到較小尺寸的吸起出口 134,逐漸地、持續(xù) 地逐漸變細(xì)為錐形或沿其長(zhǎng)度根據(jù)雙曲線函數(shù)變細(xì)。當(dāng)存在旁通端口 114時(shí)，其也可以逐 漸地、持續(xù)地變細(xì)為錐形或沿其長(zhǎng)度根據(jù)雙曲線函數(shù)變細(xì)，具體地是從較小尺寸端162到 較大尺寸端160。根據(jù)吸氣器到系統(tǒng)中的連接，旁通端口 114可以通過(guò)較大尺寸端160作為 入口而較小尺寸端162作為出口而操作，反之亦然。
[0032] 最好如圖2和5所示，在與第二錐形部分129并置的第一錐形部分128的動(dòng)力出 口端132,吸入端口 110包括限定出空間150的擴(kuò)展區(qū)域，所述空間150與文丘里間隙152 流體連通，或者相反地文丘里間隙152可以視為空間150的一部分。吸入端口 110與內(nèi)部 通道104的流體交匯處通常相對(duì)于文丘里間隙152位于中心，同時(shí)空間150通常與吸入端 口的中心縱向軸線C對(duì)齊，并且使第一錐形部分128轉(zhuǎn)換到第二錐形部分129?？臻g150的 形狀可以是平行六面體，其長(zhǎng)度類似于吸入端口的內(nèi)部橫截面尺寸，但是其底部是離開(kāi)吸 入端口 110向下突出的弧形突起。在沿著吸入端口的中心縱向軸線C橫向截取主體的中心 縱向軸線B的截面中，可以看出該空間在排放入口端134和動(dòng)力出口端132周圍和/或上 方大致是U形的，通過(guò)結(jié)合查看圖2、4A和5A可以更好的理解。如圖2和5A所示，吸入端 口在動(dòng)力出口端132的側(cè)面周圍和排放入口端134的側(cè)面周圍向下延伸，并且在該所有側(cè) 面之間限定空間150。如圖5A所示，動(dòng)力出口端132和排放入口端134的外部輪廓都大致 匹配其各自的內(nèi)部形狀。
[0033] 在吸氣器100中，動(dòng)力空氣流通過(guò)第一錐形部分128而增加其速度，但是在空間 150產(chǎn)生低靜態(tài)壓力。所述低靜態(tài)壓力將空氣從吸入端口 110吸入到文丘里間隙152,并且 通過(guò)排放入口（吸氣出口）134吸入到排放部分146。
[0034] 吸氣器100可以運(yùn)行以滿足下面的幾何比率：

【權(quán)利要求】
1. 一種吸氣器，包括： 主體，其在會(huì)聚的動(dòng)力部分的出口端和發(fā)散排放部分的入口端之間限定文丘里間隙； 以及 吸入端口，其與文丘里間隙流體連通； 其中會(huì)聚的動(dòng)力部分限定圓形的動(dòng)力入口以及限定橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口，并且 發(fā)散的排放部分限定橢圓形或多邊形的排放入口。
2. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中所述發(fā)散的排放部分還限定圓形的排放出口。
3. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中所述會(huì)聚的動(dòng)力部分限定內(nèi)部通道，該內(nèi)部通道根 據(jù)雙曲線函數(shù)從圓形的動(dòng)力入口轉(zhuǎn)換到橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口，并且其中橢圓形或多 邊形的動(dòng)力出口具有的面積小于圓形的動(dòng)力入口的面積。
4. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中吸入端口在會(huì)聚的動(dòng)力部分的出口端側(cè)面周圍和發(fā) 散的排放部分的入口端的側(cè)面周圍向下延伸，并且在其所有側(cè)面之間限定空間；并且其中 會(huì)聚的動(dòng)力部分的出口端和發(fā)散的排放部分的入口端的外部輪廓通常匹配它們相應(yīng)的內(nèi) 部形狀。
5. 權(quán)利要求3所述的吸氣器，其中所述發(fā)散的排放部分的入口端以圓形倒角終止，弓丨 導(dǎo)流體流入橢圓形或多邊形的排放入口。
6. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口具有大于O并且小于等 于1的偏心率。
7. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口具有大約2-4的長(zhǎng)軸 與短軸的比率，并且橢圓形或多邊形排放入口相對(duì)于橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口偏移，偏 移比率為排放入口面積和動(dòng)力出口面積的差與峰值動(dòng)力質(zhì)量流率的比率（（排放入口面 積-動(dòng)力出口面積）/峰值動(dòng)力流率）乘以常數(shù)，該偏移比率大于〇? 28,其中所述常數(shù)等于 聲速乘以在動(dòng)力出口處的流體密度。
8. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中文丘里間隙與（動(dòng)力質(zhì)量流率）n成比例，其中n是 0? 25 到 0? 8。
9. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中文丘里間隙與（動(dòng)力質(zhì)量流率）n成比例，其中n是 0? 4 到 0? 6。
10. 權(quán)利要求9所述的吸氣器，其中橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口具有大于O并且小于等 于1的偏心率。
11. 權(quán)利要求10所述的吸氣器，其中橢圓形或多邊形的動(dòng)力出口具有大于約〇. 4并且 小于等于約〇. 97的偏心率。
12. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中動(dòng)力出口和排放入口之間的偏移量與（動(dòng)力質(zhì)量流 率）n成比例，其中n是0. 25到0. 8。
13. 權(quán)利要求1所述的吸氣器，其中其中動(dòng)力出口和排放入口之間的偏移量與（動(dòng)力質(zhì) 量流率）n成比例，其中n是0.4到0.6。
14. 一種吸氣器，包括： 主體，其在會(huì)聚的動(dòng)力部分的出口端和發(fā)散的排放部分的入口端之間限定文丘里間 隙； 其中會(huì)聚的動(dòng)力部分限定由連接動(dòng)力入口和動(dòng)力出口的雙曲線形成的內(nèi)部通道。
15. 權(quán)利要求14所述的吸氣器，其中發(fā)散的排放部分限定由連接排放入口和排放出口 的雙曲線形成的內(nèi)部通道。
16. 權(quán)利要求15所述的吸氣器，其中動(dòng)力入口是圓形的，動(dòng)力出口是橢圓形或多邊形 的，以及排放入口是橢圓形或多邊形的。
17. 權(quán)利要求16所述的吸氣器，其中動(dòng)力出口和排放入口都具有大于約O并且小于等 于約1的偏心率，并且排放入口相對(duì)于動(dòng)力出口偏移的值與（動(dòng)力質(zhì)量流率） n成比例，其 中n是0. 25到0. 8。
18. 權(quán)利要求17所述的吸氣器，其中n是0. 4到0. 6。
【文檔編號(hào)】B60T13/52GK104309596SQ201410413220
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月11日
【發(fā)明者】D·E·弗萊徹, B·格雷琴, K·漢普頓, M·吉爾默, A·尼德特 申請(qǐng)人:戴科知識(shí)產(chǎn)權(quán)控股有限責(zé)任公司