BR112015030922B1

BR112015030922B1 - Aspiradores para a produção de vácuo usando o efeito venturi

Info

Publication number: BR112015030922B1
Application number: BR112015030922-4A
Authority: BR
Inventors: Dave Fletcher; Brian Graichen; Keith Hampton; Matt Gilmer; Andrew Niedert
Original assignee: Dayco Ip Holdings, Llc
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2023-04-11
Also published as: CN104309596A; JP6470741B2; BR112015030922A2; US9827963B2; KR102074029B1; US10525952B2; EP3007949A1; WO2014200834A1; US20180043875A1; US20140360607A1; WO2014200834A8; EP3007949B1; KR20160018556A; US20190256070A1; JP2016523200A; CN104309596B; US10336305B2; EP3007949A4

Abstract

ASPIRADORES PARA A PRODUÇÃO DE VÁCUO USANDO O EFEITO VENTURI São descritos aqui os aspiradores que incluem um corpo que define uma abertura de Venturi entre uma extremidade de saída de uma seção de movimentação convergente e uma extremidade de entrada de uma seção de descarga divergente e apresentam uma porta de aspiração em comunicação fluída com a abertura de Venturi. A seção de movimentação convergente define uma entrada de movimentação em formato circular e define uma saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal, e a seção de descarga divergente define uma entrada de descarga em formato elíptico ou poligonal. Em uma forma de realização, a seção de movimentação convergente define uma passagem interna que faz a transição como uma função hiperbólica a partir da entrada de movimentação em formato circular para a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal e a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal apresenta uma área que é menor do que a área da entrada de movimentação em formato circular.

Description

Pedidos relacionados

[001] O presente pedido reivindica o benefício da prioridade do Pedido de patente Provisório dos Estados Unidos N° 61/833.746, depositado em 11 de junho de 2013 e do Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 14/294.727, depositado em 03 de junho de 2014.

Campo técnico

[002] O presente pedido se refere aos aspiradores para a produção de vácuo usando o efeito Venturi, mais particularmente, aos ditos aspiradores que apresentam o aumento do fluxo de sucção através do aumento do perímetro da passagem interna na extremidade de saída de movimentação e na extremidade de entrada de descarga para um máximo de fluxo de movimentação selecionada por um usuário.

Fundamento

[003] Os motores, por exemplo, motores de veículos, estão sendo reduzidos e turbinados (boosted), que é a redução do vácuo disponível a partir do motor. Este vácuo apresenta diversos usos potenciais, incluindo o uso pelo sistema de freio do veículo.

[004] Uma solução para este déficit de vácuo é a instalação de uma bomba de vácuo. As bombas de vácuo, no entanto, apresentam um custo significativo bem como um peso inconveniente para o motor, o seu consumo de energia elétrica pode exigir capacidade adicional do alternador e a sua ineficiência pode dificultar ações de melhoria da economia de combustível.

[005] Outra solução são aspiradores que geram vácuo através da criação de uma passagem de fluxo de ar do motor que é paralela ao regulador de pressão, referida como um alívio na admissão. Este fluxo de vazamento passa através de um Venturi que gera um vácuo de aspiração. O problema com os aspiradores disponíveis atualmente é que eles são limitados na quantidade de fluxo de massa de vácuo que pode gerar, e pela quantidade de ar do motor que consome, por exemplo, os aspiradores que apresentam uma seção transversal circular na extremidade de saída de movimentação e na extremidade de entrada de descarga, conforme mostrado na figura 3 e conforme descrito no pedido de patente US 2006/0016477 e no pedido de patente US 2013/0213510.

[006] Aspiradores exemplares ou outros dispositivos de Venturi são descritos nos documentos US 2011/32311, US 3.234.932 e US 4.499.034.

[007] Há a necessidade de aperfeiçoar os projetos que geram pressão de vácuo aumentada e fluxo de massa de sucção aumentada, ao mesmo tempo diminuindo o consumo de ar do motor.

Síntese

[008] Os aspiradores aqui descritos geram pressão de vácuo aumentada e fluxos de massa de sucção aumentados, ao mesmo tempo diminuindo o consumo de ar do motor. Tais aspiradores incluem um corpo que define uma abertura de Venturi entre uma extremidade de saída de uma seção convergente de movimentação e uma extremidade de entrada de uma seção de descarga divergente. A seção convergente de movimentação apresenta uma saída de movimentação de seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica e a seção de descarga divergente apresenta uma entrada de descarga de seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica e, a seção convergente de movimentação e a seção de descarga divergente, em conjunto, definem uma passagem interna formada pelas curvas hiperbolóides que conectam uma entrada de movimentação na saída de movimentação em forma elíptica ou poligonal, ou a entrada de descarga em forma elíptica ou poligonal à uma saída de descarga. Em uma realização, ao menos um dentre a entrada de movimentação ou a saída de descarga apresenta uma seção transversal interna circular.

[009] Os aspiradores podem incluir uma porta de sucção que define um espaço vazio em comunicação fluída com a abertura de Venturi [Venturi gap]. Aqui, uma primeira porção do corpo que define a extremidade de saída da seção de movimentação convergente e uma segunda porção do corpo que define a extremidade de entrada da seção de descarga divergente que jaz sobre a superfície do espaço vazio e o espaço vazio se estende para baixo em torno dos lados tanto da primeira porção de corpo quanto da segunda porção do corpo. Em uma realização, o perfil externo tanto da primeira porção quanto da segunda porção do corpo em geral iguala ao da seção transversal interna da extremidade de entrada e da extremidade de saída, respectivamente.

[0010] Em um aspecto, os aspiradores são construídos com a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída da seção de movimentação [fluxo] convergente apresentando uma razão de cerca de 2 a cerca de 4 do eixo maior para o eixo menor, e a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de entrada da seção de descarga divergente sendo deslocada, em relação à seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída da seção de movimentação convergente, pela razão do deslocamento da área da entrada de descarga e da área da saída de movimentação da taxa de fluxo de massa de movimentação de pico ((área da entrada de descarga - área da saída de movimentação) / taxa de fluxo de movimentação de pico) vezes uma constante, na qual a razão é maior do que 0,28.

[0011] Em uma realização, a abertura de Venturi é proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, na qual n é de 0,25 a 0,8, e o deslocamento entre a saída de movimentação e a entrada de descarga é proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, na qual n é de 0,25 a 0,8, e a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída apresenta uma excentricidade entre 0 e 1, incluindo o 1. Em uma realização, n para a abertura de Venturi e n em relação ao deslocamento podem de ambas de 0,4 a 0,6. Breve descrição dos desenhos - a figura 1A é uma vista lateral em planta, em corte transversal longitudinal, de uma realização de um aspirador. - a figura 2 é uma vista superior em planta, em corte transversal, do aspirador da figura 1. - a figura 3 é uma vista lateral em perspectiva, em corte transversal, tomada ao longo de um plano paralelo ao eixo longitudinal central B na junção da porta de sucção no aspirador em um aspirador do estado da arte apresentando seções transversais circulares na seção de movimentação e na seção de descarga. - a figura 4A é uma vista lateral em perspectiva, em corte transversal, tomada ao longo de um plano paralelo ao eixo longitudinal central B na junção da porta de sucção no aspirador da figura 2. - a figura 4B é uma representação do volume da abertura de Venturi na figura 4A. - a figura 5A é uma vista lateral, em perspectiva, em corte transversal, tomada ao longo de um plano paralelo ao eixo longitudinal central B na junção da porta de sucção em outra realização de um aspirador. - a figura 5B é uma representação do volume da abertura de Venturi na figura 5A. - a figura 6 é uma vista em planta, observando para o interior do aspirador, a partir da saída do aspirador, apresentando ao deslocamento entre a extremidade de saída de movimentação e a extremidade de entrada de descarga. - a figura 7 é um modelo da passagem interna no interior da seção de movimentação do aspirador. - a figura 8 é uma representação gráfica que compara os fluxos de sucção do aspirador de um aspirador de elipse hiperbolóide aqui descrito contra um aspirador circular cônico (estado da arte) em diferentes valores selecionados de vácuo no coletor. - a figura 9 é uma representação gráfica que compara o vácuo do aspirador de um aspirador de elipse hiperbolóide aqui descrito contra um aspirador circular cônico (estado da arte), conforme o vácuo no coletor aumenta. - a figura 10 é uma representação gráfica que compara o tempo para evacuar um recipiente por um aspirador de elipse hiperbolóide aqui descrito contra um aspirador circular cônico (estado da arte), conforme o vácuo no coletor aumenta.

Descrição detalhada

[0012] A descrição detalhada a seguir irá ilustrar os princípios gerais da invenção, exemplos dos quais são adicionalmente ilustrados nos desenhos acompanhantes. Nos desenhos, os números de referência iguais indicam elementos idênticos ou funcionalmente semelhantes.

[0013] Tal como utilizado aqui, “fluido” significa qualquer líquido, suspensão, colóide, gás, plasma, ou combinações dos mesmos.

[0014] As figuras 1 e 2 ilustram diferentes vistas de um aspirador 100. O aspirador 100 pode ser usado em um motor, por exemplo, em um motor de veículo para fornecer vácuo a um dispositivo. Na figura 1, o aspirador 100 é conectado a um dispositivo que requer o vácuo 102, e o aspirador 100 cria o vácuo para o dito dispositivo 102 por meio do fluxo de ar através de uma passagem 104, que se estende em geral pelo comprimento do aspirador, concebido para criar o efeito Venturi. O aspirador 100 inclui um corpo 106 que define a passagem 104 e apresenta três ou mais portas que são passíveis de serem conectadas a um motor ou aos componentes conectados a ele. As portas incluem: (1) uma porta de movimentação 108, que pode ser conectada a uma fonte de ar puro, por exemplo, a partir do filtro do ar de admissão do motor, que é posicionado a montante de uma válvula borboleta; (2) uma porta de sucção 110, a qual pode conectar, através de uma válvula de retenção 111 opcional, no dispositivo que requer vácuo 102; (3) uma saída 112 do aspirador, que é conectada a um coletor de admissão do motor, a jusante da válvula borboleta do motor; e, opcionalmente, (4) uma porta de desvio 114. Cada uma das respectivas portas 108, 110, 112, e 114 pode incluir um dispositivo conector 117 na superfície externa da mesma para conectar a respectiva porta a uma mangueira ou outro componente do motor.

[0015] A válvula de retenção 111 é disposta, de preferência, de modo a impedir que o fluído flua a partir da porta de sucção 110 para o dispositivo de aplicação 102. Em uma realização, o dispositivo que requer o vácuo 102 é um dispositivo auxiliar de freio de veículos, dispositivo de ventilação positiva do cárter (PCV), ou um dispositivo de purga de combustível. Em outra realização, o dispositivo que requer o vácuo 102 é uma válvula hidráulica. A porta de desvio 114 pode ser conectada ao dispositivo que requer o vácuo 102 e, opcionalmente, pode incluir, entre as mesmas, uma válvula de retenção 120 no percurso do fluxo de fluído 122. A válvula de retenção 120 é, de preferência, disposta para controlar o fluxo de fluído para a, ou a partir da, porta de desvio 114 para o dispositivo de aplicação 102.

[0016] Com referência agora às figuras 2 e 3, o aspirador 100 é em geral um aspirador “em forma de T” que define uma passagem interna ao longo de um eixo longitudinal central B bissectado pela porta de sucção 110. A via de passagem interna 104 inclui uma primeira porção afunilada 128 (também referido aqui como o cone de movimentação) na seção de movimentação 116 do corpo 106, acoplada a uma segunda porção afunilada 129 (também referido aqui como o cone de descarga) na seção de descarga 146 do corpo 106. Aqui, a primeira porção afunilada 128 e a segunda porção afunilada 129 são alinhadas uma extremidade à outra apresentando a extremidade de saída de movimentação 132 de frente para a extremidade de entrada de descarga 134 e definindo uma abertura de Venturi 152 entre as mesmas, a qual define uma junção que coloca a porta de sucção 110 em comunicação fluída com ambas a seção de movimentação 116 e a seção de descarga 146 da via de passagem interna 104. A abertura de Venturi 152, tal como utilizada aqui, significa a distância linear entre a extremidade de saída de movimentação 132 e a extremidade de entrada de descarga 134.

[0017] Quando um aspirador, tais como o aspirador 100, for para ser utilizado em um motor de veículo, o fabricante do veículo tipicamente seleciona o tamanho tanto da porta de movimentação 108 quanto da saída do aspirador 112 com base no tamanho da tubulação/mangueira disponível para a conexão do aspirador no motor ou seus componentes. Em adição, o fabricante do veículo tipicamente seleciona o fluxo máximo de movimentação disponível para uso no aspirador, que por sua vez ditará a área da abertura interna definida na extremidade de saída de movimentação 132, ou seja, a saída de movimentação 133. Portanto, os parâmetros selecionados do fabricante do veículo para o motor em particular ditam a razão da saída de movimentação 133 para a saída do aspirador 112. Trabalhando com essas restrições, os aspiradores 100 descritos reduzem significativamente o compromisso entre o desejo de produzir elevados fluxos de sucção em baixas pressões (5 kPa a 30 kPa) da fonte/descarga e o aumento da profundidade do vácuo a pressões maiores de descarga da fonte (30 kPa a 60 kPa). Esta redução no compromisso é conseguida pela alteração da configuração para a saída de movimentação 133 e da entrada de descarga 135 (definida pela extremidade de entrada de descarga 134) para aumentar o perímetro da via de passagem interna 104 na extremidade de saída de movimentação 132 e da extremidade de entrada de descarga 134, tal como apresentado nas figuras 5 e 6.

[0018] Tal como ilustrado nas figuras 5A-5B e 6, ao menos na superfície interna da extremidade de saída de movimentação 132 (a saída de movimentação 135) e a superfície interna da extremidade de entrada de descarga 134 (a entrada de descarga 135) são em forma de elipse, mas alternativamente, pode apresentar um formato poligonal. O interior da via de passagem interna 104 se estende afastada da extremidade de saída de movimentação 132 e afastada da extremidade de entrada de descarga 134, em direções opostas, a partir da abertura de Venturi 152, pode ser construída para apresentar o mesmo formato geral. A figura 7 ilustra uma realização da via de passagem interna no interior da seção de movimentação do aspirador, mas, igualmente, se girada em 180 graus, ilustra a via de passagem interna no interior da seção de descarga. A via de passagem interna na figura 7 começa na extremidade de entrada de movimentação 130 como uma abertura circular apresentando uma área A1 e, gradualmente, se transforma continuamente, como uma função hiperbólica, em uma abertura em elipse na saída de movimentação 135 que apresenta uma área A2, que é menor do que A1. A abertura circular na extremidade de entrada de movimentação 130 é conectada na saída de movimentação 135 em forma de elipse pelas linhas de hipérbole 170 que fornecem a vantagem das linhas de fluxo na extremidade de saída de movimentação 132 serem paralelas uma à outra. a extremidade de entrada de movimentação 130 e a extremidade de saída de descarga 136 podem definir também aberturas conformadas em elipse ou conformadas em algum outro formato poligonal em algum ponto antes da mesma e, fazer a transição a partir de ditos formatos para uma seção transversal circular para formar uma porção de conexão da mangueira, por exemplo, semelhante à porção de conexão da mangueira 119, apresentando as características do conector 117 no exterior da mesma.

[0019] Para apresentar o formato “T” do aspirador 100, a porta de sucção 110 apresenta um eixo longitudinal central C geralmente perpendicular ao eixo longitudinal central B do corpo. A porta de desvio opcional 114 pode do mesmo modo apresentar um eixo longitudinal central D que é geralmente perpendicular ao eixo longitudinal central B do corpo. Tal como ilustrado na figura 1, a porta de desvio 114 pode interceptar a segunda seção afunilada 129 adjacente, mas a jusante da extremidade de saída de descarga 136. O corpo 106 pode, posteriormente, ou seja, a jusante da intersecção da porta de desvio, continuar com um diâmetro interno uniforme cilíndrico até terminar na saída do aspirador 112. Em outra realização (não apresentada), a porta de desvio 114 e/ou a porta de sucção 110, em vez de ser perpendicular, pode ser inclinada em relação ao eixo B e/ou a outro. Na realização da figura 2, a porta de sucção 110 e a porta de desvio 114 são alinhadas uma com a outra e apresentam a mesma orientação em relação ao eixo longitudinal central B do corpo. Em outra realização, não representada, a porta de sucção 110 e a porta de desvio 114 podem ser deslocados um do outro e podem ser posicionados em relação aos componentes no interior do motor a que irá se conectar para facilitar a conexão.

[0020] A porta de sucção 110 inclui uma entrada de sucção 138 e uma saída de sucção, que é a entrada de descarga 134, e de forma semelhante à primeira porção afunilada 128, pode gradualmente, afunilar continuamente como um cone ou de acordo com uma função hiperbólica ao longo de seu comprimento a partir da entrada de aspiração 138 maior dimensionada para uma saída de sucção 134 menor dimensionada. A porta de desvio 114, quando presente, também pode afunilar continuamente, gradualmente, como um cone ou de acordo com uma função hiperbólica ao longo de seu comprimento, em particular, a partir de uma extremidade 162 menor dimensionada para uma extremidade 160 maior dimensionada. Dependendo da conexão do aspirador em um sistema, a porta de desvio 114 pode operar com a extremidade 160 maior dimensionada como a entrada e a extremidade 162 menor dimensionado como a saída, ou vice-versa.

[0021] Como melhor se vê nas figuras 2 e 5, na extremidade de saída de movimentação 132 da primeira porção afunilada 128, justaposta à segunda porção afunilada 129, a porta de sucção 110 inclui uma região alargada que define um espaço vazio 150 em comunicação fluída com a abertura de Venturi 152 ou, inversamente, a abertura de Venturi 152 pode ser considerada como sendo parte do espaço vazio 150. A junção fluída da porta de sucção 110 com via de passagem interna 104 é em geral centrada em relação à abertura de Venturi 152 e o espaço vazio 150 são em geral alinhados com o eixo longitudinal central C da porta de aspiração e faz a transição a partir da primeira porção afunilada 128 para a segunda porção afunilada 129. O espaço vazio 150 pode apresentar a forma de paralelepípedo, cujo comprimento é semelhante à dimensão transversal interna da porta de sucção, mas cuja parte inferior é uma projeção arqueada que se projeta para baixo, afastada da porta de sucção 110. Em uma seção transversal tomada transversalmente ao eixo longitudinal central B do corpo ao longo eixo longitudinal central C da porta de sucção, o espaço é visto como sendo em geral na forma de U ao redor da e/ou sobre a extremidade de entrada de descarga 134 e da extremidade de saída de movimentação 132, conforme melhor compreendido pelas visualizações das figuras 2, 4A, e 5A em combinação. Conforme pode ser visto nas figuras 2 e 5A, a porta de sucção se estende para baixo em torno dos lados da extremidade de saída de movimentação 132 e dos lados da extremidade de entrada de descarga 134 e define o espaço vazio 150 entre todos os lados dos mesmos. Conforme pode ser visto na figura 5 A, em geral, o perfil externo tanto da extremidade de saída de movimentação 132 quanto da extremidade de entrada de descarga 134, corresponde aos seus respectivos formatos internos.

[0022] No aspirador 100, o fluxo de ar de movimentação através da primeira porção afunilada 128 aumenta a sua velocidade, mas cria uma pressão estática baixa no espaço vazio 150. Esta pressão estática baixa puxa o ar a partir da porta de sucção 110 para a abertura de Venturi 152 e para dentro da seção de descarga 146 através da entrada de descarga 134 (saída de sucção).

[0023] O aspirador 100 pode ser operado para atender às seguintes razões geométricas:

[0024] Há também razões de desempenho, conforme a seguir:

[0025] Para maximizar a razão de F para as vias de passagens de fluxo hiperbólicas aqui descritas, a razão A’ deve situar-se entre 3 e 12, e a razão B' deve ser maior do que 4, e a razão C’ deve ser maior do que 4.

[0026] Para maximizar a razão de G para as vias de passagens de fluxo hiperbólicas, a razão A’ deve situar-se entre 3 e 12, e a razão B' deve ser maior do que 4, e a razão C’ deve ser maior do que 4.

[0027] No estado da arte da figura 3, cada um dentre a extremidade de saída do cone de movimentação e a extremidade de entrada do cone de descarga apresenta seções transversais internas circulares e perfis externos circulares e, assim, define uma abertura de Venturi que é um tronco cônico apresentando uma periferia externa circular. A partir deste desenho, uma das limitações para o fluxo de sucção é ilustrada - a área na junção fluída da porta de aspiração para o cone de movimentação e o cone de descarga.

[0028] Em um desejo de aumentar a fluxo de ar a partir da porta de sucção na abertura de Venturi 152 dos aspiradores aqui descritos, a área da abertura de Venturi é aumentada por meio do aumento do perímetro da extremidade de saída 132 e da extremidade de entrada 134, sem aumentar a dimensão global interna da primeira seção afunilada 128 e da segunda seção afunilada 129 (de preferência, sem qualquer aumento no fluxo de massa). Em particular, a extremidade da saída de movimentação 132 e a extremidade de entrada de descarga 134 são alteradas, de circular para não circular, tal como descrito acima. Há um número infinito de possíveis formatos que não são circulares, cada um com um perímetro e uma área da seção transversal. Estes incluem, polígonos ou segmentos de linha reta conectados uns aos outros, curvas não circulares, e mesmo curvas fractais. Para minimizar o custo de uma curva é mais simples e fácil fabricar e inspecionar e apresentar um comprimento de perímetro desejável.

[0029] As figuras 4A-AB e 5A-5B ilustram realizações com junções fluídas aperfeiçoadas, nas quais a porta de sucção 110 encontra com a extremidade de saída de movimentação 132 e a extremidade de entrada de descarga 134. A menor área do percurso de fluxo a partir da porta de sucção 110 para a abertura de Venturi 152 é o perfil tronco cônico definido entre a extremidade de saída de movimentação 132 e a extremidade de entrada de descarga 134, ver as figuras 4B e 5B. Nas figuras 4A e 4B, cada uma dentre a extremidade de saída 132 do cone de movimentação 128 e a extremidade de entrada 134 do cone de descarga 129 apresenta perímetros interno e externo elípticos e, assim, define uma abertura de Venturi 152 que é um perfil tronco cônico que apresenta uma periferia externa elíptica. Nas figuras 5A e 5B, cada uma dentre a extremidade de saída 132 do cone de movimentação 128 e a extremidade de entrada 134 do cone de descarga 129 apresenta perímetros interno e externo em geral em formato retangular (com cantos arredondados) e, assim, define uma abertura de Venturi 152 que é perfil tronco cônico, apresentando uma periferia externa em geral de formato retangular. Enquanto as realizações nas figuras apresentam o mesmo perímetro para a extremidade de saída 132 e a extremidade de entrada 134, ou seja, ambas são elípticas ou ambas são em geral retangulares, a extremidade de saída 132 e a extremidade de entrada 134 podem apresentar perímetros de formatos diferentes, ou seja, uma pode ser elíptica, enquanto a outra é em geral retangular. Em adição, a extremidade de saída de movimentação 132 e a extremidade de entrada de descarga 134 podem terminar com um chanfro arredondado para melhorar a direcionalidade do fluxo do fluído a partir da porta de sucção 110 para a extremidade de entrada de descarga 134.

[0030] Em adição, conforme pode ser visto mais claramente na figura 6, mas também é visto nos perfis tronco cônicos das figuras 4B e 5B, a extremidade de saída 132 do cone de movimentação 128 para cada realização é dimensionalmente menor do que a extremidade de entrada 134 do cone de descarga 129. Esta diferença na dimensão é identificada como deslocamento 140. Na figura 4B, por exemplo, o deslocamento é visto pelo fato de que o comprimento do maior eixo Y da extremidade de saída de movimentação 132 é menor do que o comprimento do maior eixo Y’ da extremidade de entrada de descarga 134 e pode também apresentar um comprimento do menor eixo X da extremidade de saída de movimentação 132 que é menor do que o comprimento do eixo menor X’ da extremidade de entrada de descarga 134.

[0031] Em qualquer das realizações de formato elíptico ou poligonal, a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída de movimentação da seção de movimentação convergente apresenta uma razão do eixo maior para o eixo menor de cerca de 2 a cerca de 4, e a seção transversal interna elíptica ou poligonal da extremidade de entrada da seção de descarga divergente é deslocada, em relação à seção transversal interna em formato poligonal ou elíptico da extremidade de saída da seção de movimentação convergente, pela razão da diferença da área da entrada de descarga e da área da saída de movimentação na taxa de fluxo de movimentação de pico, que é então multiplicada por uma constante K1 para apresentar uma razão adimensional maior do que 0,28. razão do deslocamento = (área da entrada de descarga - área da saída de movimentação) / taxa de fluxo de movimentação de pico* k1 (V) na qual k1 é: K1 = c na extremidade de saída de movimentação * Dfluido na extremidade de saída de movimentação; (VI) e c é a velocidade do som e Dfluido é a densidade do fluído (tipicamente ar).

[0032] Em qualquer das realizações de formato elíptico ou poligonal, a abertura de Venturi entre a extremidade de saída de movimentação e a extremidade de entrada de descarga apresenta uma razão do espaço vazio definida como a área da abertura de Venturi dividida pelo fluxo de movimentação vezes uma constante K2 (para apresentar uma razão adimensional). razão do espaço - área da abertura de Venturi/ fluxo de movimentação * k2 (VII) na qual K2 é: K2 = c na extremidade de saída de movimentação * Dfluido na extremidade da saída de movimentação; (VIII) e c e Dfluido são conforme definidos acima. Aqui, a razão de espaço vazio é maior do que 4,7.

[0033] Em uma realização, a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída de movimentação 132 apresenta uma excentricidade entre 0 e 1 (1 incluso). Em outra realização, a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída apresenta uma excentricidade entre cerca de 0,4 a, e incluindo, cerca de 0,97.

[0034] Novamente com referência às figuras 4A e 4B, a extremidade de saída 132 e a extremidade de entrada 134 são elípticas em perfil, assim, apresentam um eixo maior (Y) e um eixo menor (X). A equação de uma elipse pode ser definida como; X2 / B2 + Y2 / A2 = l2. Na qual A é a distância a partir da origem à elipse ao longo do eixo maior Y e B é a distância a partir da origem à elipse ao longo do eixo X. A área de uma elipse é: Área da uma elipse = π x A x B (I)

[0035] O perímetro de uma elipse não é dado por uma simples equação exata. Em vez de uma equação encadeada fornece uma aproximação aceitável; Perímetro de uma elipse = π x (A + B) x (1 + h2 /4 + h4 /64 + h6 / 256 ...) (II) na qual h é: Variável h = (A - B) / (A + B) (III)

[0036] Podemos definir ainda um termo, excentricidade, que é um termo que relaciona o comprimento de dois eixos. Ele é definido como: Variável e = (A2 - B2)1/2 / A (IV)

[0037] Dado um fluxo de movimentação selecionado para a projeto do aspirador sendo escolhido para ser equivalente para cálculos em que o reio do aspirador circular do estado da arte é de 1 mm, a área é de 3,14 mm2 com um perímetro de 6,28 mm. A razão do perímetro à área é matematicamente igual a 2 para uma seção transversal interna circular para a extremidade de saída de movimentação e a extremidade de entrada de descarga.

[0038] Para uma elipse de uma dada excentricidade podemos calcular a área, o perímetro e o raio de perímetro à área da seção transversa nas realizações descritas. Se limitarmos a área para ser igual à de um círculo com um raio de 1 mm, os resultados calculados são os seguintes; TABELA 1

[0039] Assim, através da alteração da excentricidade, o perímetro pode ser aumentado, ao mesmo tempo mantendo a área da seção transversal fixa. Este aumento no perímetro fornece a vantagem de aumentar a área da intersecção na junção entre a porta da sucção, o cone de movimentação, e o cone de descarga, resultando em um aumento no fluxo da porta de sucção.

[0040] Com referência agora às figuras 5 A e 5B, a extremidade de saída de movimentação 132 e a extremidade de entrada de descarga 134 são em geral retangular no perfil, assim, apresentam um comprimento e uma largura e, conseqüentemente, dois eixos, um eixo maior A e um eixo menor B. Conforme ilustrado, o perfil geralmente retangular do aspirador para a extremidade de saída 132 e a extremidade de entrada 134 inclui terminais semi-circulares correspondentes à largura da porção retangular. A orientação do perfil dos terminais de saída e entrada 132, 134 não deve ser interpretada como limitada a estes. A área do retângulo é igual à soma das áreas dos dois semicírculos dos terminais mais a área da seção reta entre os semi-círculos. O perímetro do retângulo é o comprimento dos dois lados mais os comprimentos dos terminais semicirculares. Calculamos o seguinte; TABELA 2

[0041] Alterando a partir de uma seção transversal circular para uma em geral retangular com a mesma área resulta em um aumento na razão do perímetro em relação à área similar no perfil elíptico descrito acima. Este aumento no perímetro irá novamente fornecer a vantagem de aumentar a área da intersecção entre a abertura de Venturi e a porta de sucção, resultando em um aumento do fluxo da porta de sucção.

[0042] Outra maneira de aumentar o fluxo de sucção seria alongar a distância entre a extremidade de saída 132 do cone de movimentação 128 e a extremidade de entrada 134 do cone de descarga 129. Conforme o fluxo de movimentação se desloca através da abertura de Venturi se mistura com o ar de sucção. Este fluxo combinado apresenta o efeito de aumentar a pressão estática na direção da extremidade de descarga do Venturi. O alongamento desta distância oferece rendimentos decrescentes, e devido ao fluxo de movimentação ser amplamente irrestrito no Venturi, oferece o risco de distúrbio de fluxo e turbulência, o que reduziria a velocidade e aumentaria a pressão estática. Portanto, o aumento no perímetro descrito acima é preferido sobre o alongamento da distância, mas os dois podem ser combinados para evitar os retornos decrescentes.

[0043] Os aspiradores aqui descritos podem ser moldados como um corpo monolítico. Em uma realização, os aspiradores são formados por moldagem por injeção.

[0044] Em uma realização, a abertura de Venturi 152 é uma distância linear proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, na qual n é de 0,25 a 0,8, e o deslocamento entre a saída de movimentação e a entrada de descarga também é proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, na qual n é de 0,25 a 0,8, e a seção transversal interna em forma poligonal ou elíptica da extremidade de saída apresenta uma excentricidade entre 0 e 1 (incluso) ou, mais preferencialmente, entre cerca de 0,4 a cerca de 0,97 (incluso). Quando o aspirador é incluído em um sistema que apresenta um dispositivo que requer maiores quantidades de vácuo, n para a abertura de Venturi e n para o deslocamento podem ambos ser de 0,4 a 0,6. Em uma realização, n para a abertura de Venturi e n para o deslocamento são ambos de 0,5 e a excentricidade é entre cerca de 0,4 a cerca de 0,97 (incluso).

[0045] Em operação, por exemplo, quando o aspirador é conectado a um motor, o ar do motor, ou seja, o ar filtrado, pode ser conectado para inserir o aspirador na porta de movimentação. O ar que sai do aspirador na porta de descarga pode ser conectado ao ar do motor em um ponto em que a pressão é menor do que o da porta de movimentação. O movimento do ar a partir da porta de movimentação para a descarga aspira o ar para baixo do cone de movimentação, que pode ser um cone reto ou um perfil hiperbólico, tal como descrito acima. A redução na área faz com que a velocidade do ar aumente. Devido a ser um espaço fechado as leis da mecânica dos fluídos estabelece que a pressão estática deve diminuir quando a velocidade do fluído aumenta. A área da seção transversal mínima do cone de movimentação encosta na abertura de Venturi. Conforme o ar continua a se deslocar para a porta de descarga, ele se desloca através do cone de descarga, que é tanto um cone reto quanto um perfil hiperbólico. Opcionalmente, a região de descarga pode continuar como um cone perfil reto ou hiperbólico até que se uma à porta de descarga, ou ele pode fazer a transição para um cilíndrico simples ou passagem afunilada. A extremidade de área transversal mínima do cone de descarga é maior que a área da extremidade de área da seção transversal mínima do cone de movimentação. A área maior é para fornecer a área para o fluxo de ar a partir da porta de sucção. Esta mudança na área abaixo do cone de descarga diminui a velocidade do ar novamente, com um conseqüente aumento em sua pressão estática.

[0046] A abertura de Venturi conecta-se à porta de sucção, o que expõe o ar na porta/passagem de sucção para a mesma pressão estática baixa que há na passagem de ar a alta velocidade entre os cones de descarga e de movimentação. A pressão criada aqui pode ser menor do que a pressão na porta de descarga, que já é sabida ser menor do que na porta de movimentação. Esta baixa pressão pode ser usada para uma variedade de aplicações em um veículo, tal como para a evacuação de um canister do sistema de freio de veículos, tal como é conhecido pelos técnicos no assunto. Sob algumas circunstâncias, principalmente quando o motor a gasolina é levemente carregado, a pressão na porta de descarga é baixa o suficiente para diminuir rapidamente a pressão no dispositivo de aplicação. Uma vez que a área da conexão entre o cone de descarga ou passagem e a passagem de derivação é bastante grande em relação à conexão entre a passagem de sucção e a abertura de Venturi, esta conexão opcional pode, inicialmente, ajudar na evacuação do dispositivo de aplicação.

[0047] Para um estudo de comparação de um aspirador 3 gps que apresenta uma saída de movimentação elíptica e uma entrada de descarga elíptica no abertura de Venturi e um perfil interno hiperbolóide nas seções de movimentação e de descarga (referido como o “aspirador de elipse hiperbolóide”) conforme ilustrado na figura 7 foi operado sob condições de vácuo de coletor de 10 kPa, vácuo de coletor de 15 kPa, e vácuo de coletor de 20 kPa com o aumento no vácuo no canister do sistema de freio e comparado com um aspirador circular cônico 3 gps sob as mesmas condições. Um aspirador circular cônico é um que apresenta uma saída de movimentação circular e uma entrada de descarga circular e um perfil interno cônico nas seções de movimentação e de descarga. Conforme evidenciado pelos dados apresentados na figura 8, o aspirador de elipse hiperbolóide fornecido um efeito sinergético do perfil interno hiperbolóide com as aberturas em forma de elipse que excede os resultados do aspirador circular cônico. Nas pressões de coletor de 10 kPa, 15 kPa e 20 kPa, o aspirador de elipse hiperbolóide apresentou maior fluxo de sucção sobre uma taxa crescente de vácuo no canister do sistema de freio de 12 kPa a cerca de 67 kPa. Curiosamente, na pressão do coletor a 15 kPa, o aspirador de elipse hiperbolóide em geral comportou-se em geral similar ao aspirador circular cônico quando estava a pressão do coletor a 20 kPa, evidenciando de modo inesperado um desempenho superior.

[0048] Com referência agora às figuras 9 e 10, os mesmos aspiradores comparados para a figura 8 foram comparados com relação ao vácuo máximo que o aspirador poderia gerar e o tempo necessário para evacuar um canister para criar vácuo. Para os testes, a saída 112 do aspirador estava em comunicação fluida com um coletor de admissão do motor, a porta de sucção estava em comunicação fluída com um canister do sistema de freio do veículo, e a entrada de movimentação estava conectada a uma fonte de ar limpo. Tal como mostrado no gráfico da figura 9, o aspirador de elipse hiperbolóide aqui descrito fornece um vácuo mais profundo em comparação com o aspirador circular cônico sob as mesmas condições de operação, ou seja, à 10, 15, e 20 kPa de vácuo no coletor o aspirador de elipse hiperbolóide apresentou um vácuo final que foi maior em ao menos de 5 kPa. Em adição, conforme pode ser visto na figura 10, o aspirador de elipse hiperbolóide foi superior na evacuação de um canister de sistema de freio em relação ao aspirador circular cônico. À uma pressão de vácuo no coletor de 10 kPa, o aspirador de elipse hiperbolóide foi pouco menos de 4,5 segundos mais rápido na evacuação do canister. Aos 15 kPa e 20 kPa de vácuo no coletor o aspirador de elipse hiperbolóide foi cerca de 2 segundos mais rápido. Os tempos de evacuação mais curtos no menor vácuo no coletor fornecem um tempo de reação mais rápido e melhor desempenho. Porém, conforme pode ser visto nestes gráficos, não apenas faz com que o aspirador com o perfil elíptico hiperbolóide apresente um tempo de evacuação mais curto, também fornece um vácuo mais profundo no vácuo no coletor de 10, 15, e 20 kPa. Esta uma dupla vantagem foi um resultado surpreendente, inesperada, a partir da mudança dos formatos da saída de movimentação e da entrada de descarga, que define a abertura de Venturi, e usando uma via de passagem interna que altera/afunila de acordo com uma função hiperbólica.

[0049] Uma vantagem dos aspiradores aqui descritos é a diminuição da quantidade de ar do motor consumida/necessária para gerar o vácuo necessário para acionar um dispositivo que necessite de vácuo, o que melhora o desempenho do motor em comparação com o obtido com uma bomba de vácuo ou um aspirador com um perfil interno circular.

[0050] Apesar da invenção ser apresentada e descrita com referência a determinadas realizações, é evidente que, para os técnicos no assunto, poderão ocorrer modificações após a leitura e compreensão da descrição, e a presente invenção inclui todas essas modificações.

Claims

1. ASPIRADOR (100), compreendendo: - um corpo (106) que define uma abertura de Venturi (152) entre uma extremidade de saída (132) de uma seção de movimentação convergente (116) convergindo ao longo de uma direção de fluxo de fluido e uma extremidade de entrada (134) de uma seção de descarga divergente (146) divergindo ao longo da direção de fluxo de fluido; e - uma porta de sucção (110) em comunicação fluída com a abertura de Venturi (152); caracterizado por a seção de movimentação convergente (116) definir uma entrada de movimentação em formato circular (130) e definir uma saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133), e sendo que a seção de descarga divergente (146) define uma entrada de descarga em formato elíptico ou poligonal (135); e por a seção de movimentação convergente (116) definir uma passagem interna (104) que faz a transição de acordo com uma função hiperbólica a partir da entrada de movimentação em formato circular (130) para a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133), e sendo que a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133) apresenta uma área que é menor do que a área da entrada de movimentação em formato circular (130), e a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133) apresenta uma razão do eixo principal A para o eixo menor B de 2 para 4, e a entrada de descarga em formato elíptico ou poligonal (135) é deslocada, em relação à saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133), por uma razão deslocada em que um valor é uma razão da diferença da área da entrada de descarga e a área da saída de movimentação para a taxa de fluxo de movimentação de pico ((área da entrada de descarga - área da saída de movimentação)/taxa de fluxo de movimentação de pico) vezes uma constante é ser maior do que 0,28, sendo que a constante é igual à velocidade do som vezes a densidade do fluído na saída de movimentação (133).

2. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a seção de descarga divergente (146) definir ainda uma saída de descarga de formato circular (136).

3. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porta de sucção (110) se estender para baixo em torno dos lados da extremidade de saída (132) da seção de movimentação convergente (116) e dos lados da extremidade de entrada (134) da seção de descarga divergente (146) e definir um espaço (150) entre todos os lados da mesma; e por o perfil externo da extremidade de saída (132) da seção de movimentação convergente (116) e a extremidade de entrada (134) da seção de descarga divergente (146) corresponder aos seus respectivos formatos internos.

4. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a extremidade de entrada (134) da seção de descarga (146) terminar com um chanfro arredondado que direciona o fluxo de fluído para dentro da entrada de descarga em formato elíptico ou poligonal (135).

5. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133) apresentar uma excentricidade entre 0 e 1 (incluso o 1).

6. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a abertura de Venturi (152) ser uma distância linear que é proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, sendo que n é de 0,25 a 0,8.

7. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a abertura de Venturi (152) ser uma distância linear que é proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, sendo que n é de 0,4 a 0,6.

8. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133) apresenta uma excentricidade dentre 0 e 1 (1 incluso).

9. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a saída de movimentação em formato elíptico ou poligonal (133) apresenta uma excentricidade dentre 0,4 a 0,97 (0,97 incluso).

10. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o deslocamento entre a saída de movimentação (133) e a entrada de descarga (135) ser proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, sendo que n é de 0,25 a 0,8.

11. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o deslocamento entre a saída de movimentação (133) e a entrada de descarga (135) ser proporcional à (taxa de fluxo de massa de movimentação)n, sendo que n é de 0,4 a 0,6.

12. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a seção de descarga divergente (146) definir uma passagem interna (129) formada pelas curvas hiperbolóides que conectam a entrada de descarga (135) a uma saída de descarga (136).

13. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a entrada de movimentação (130) ser em formato circular, a saída de movimentação (133) ser em formato elíptico ou poligonal (133), e a entrada de descarga (135) ser em formato elíptico ou poligonal.

14. ASPIRADOR (100), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por n ser de 0,4 a 0,6.