CN107407235B - 具有动力鳍状件的抽空器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种抽空器，该抽空器包括主体，所述主体限定中心轴线、会聚动力段、扩张扩张排放段、至少一个抽吸端口以及至少一个文丘里间隙。所述文丘里间隙位于所述会聚动力段的出口端与所述扩张扩张排放段的入口端之间。所述抽空器还包括鳍状件，所述鳍状件定位在所述主体的所述动力段内。所述鳍状件沿所述中心轴线的方向延伸。

Description

具有动力鳍状件的抽空器
技术领域
本申请涉及通过抽空器进行真空创建，并且更具体地涉及一种抽空器，该抽空器包括延伸穿过动力通道的鳍状件(fin)。
技术背景
在一些车辆中，使用真空来操作或辅助各种装置的操作。例如，可以使用真空来辅助驾驶员施加车辆制动、涡轮增压器操作、燃料蒸气吹扫、加热和通风系统致动以及动力传动系统部件致动。如果车辆没有自然地(例如从进气歧管)产生真空，则需要单独的真空源来操作该装置。
在其中进气歧管压强通常处于大于大气压强的压强下的增压发动机中，可以用来自抽空器的真空来替换或增强进气歧管真空。具体地，在一种方法中，抽空器可以包括喷射器。如本文所使用的喷射器是具有三个连接件的会聚、扩张扩张喷嘴组件，这三个连接件是连接到高于大气压强的压强源的动力端口、连接到大气压强的排放端口、以及连接到需要真空的装置的抽吸端口。通过使加压空气穿过喷射器，可以在喷射器内产生低压区域从而使得空气能够被从真空储器抽出，或者可以直接作用在需要真空的装置上，由此降低真空储器或需要真空的装置内的压强。
在另一方法中，抽空器可以包括吸气器。如本文所使用的，吸气器是具有三个连接件的会聚、扩张扩张喷嘴组件，所述三个连接件是连接到处于大气压强下的进气的动力端口、连接到位于节流阀下游的歧管真空的排放端口、以及连接到需要真空的装置的抽吸端口。与喷射器类似，可以在吸气器内产生低压区域从而使得空气能够被从真空储器抽出，或者可以直接作用在需要真空的装置上，由此降低真空储器或需要真空的装置内的压强。在本领域中仍然需要改进的抽空器，该抽空器在减少发动机空气的消耗的同时产生增大的真空压强和增大的抽吸质量流率。
发明内容
在一方面中，公开了一种抽空器。所述抽空器包括主体，所述主体限定中心轴线、第一渐缩部分、第二渐缩部分、至少一个抽吸端口以及至少一个文丘里间隙，所述文丘里间隙位于所述第一渐缩部分的出口端与所述第二渐缩部分的入口端之间。鳍状件位于所述主体的所述第一渐缩部分内，其沿所述中心轴线的方向延伸。
在另一方面中，公开了一种涡轮增压发动机空气系统。所涡轮增压发动机空气系统包括：需要真空的装置；涡轮增压器，所述涡轮增压器具有与发动机的进气歧管流体连接的压缩机；抽空器，所述抽空器限定动力段、排放段以及抽吸端口。所述抽空器包括定位在所述动力段的出口端和所述排放段的入口端之间的文丘里间隙，其中所述文丘里间隙与所述抽吸端口流体连通。所述抽空器的所述排放段在所述压缩机的下游位置处与所述发动机的所述进气歧管流体连接，并且所述抽空器的所述抽吸端口与所述需要真空的装置流体连接。鳍状件定位在所述抽空器的所述动力段内，其沿着所述动力段的长度延伸。
在又一方面中，公开了一种自然吸气发动机空气系统。所述自然吸气发动机空气系统包括：需要真空的装置；发动机的进气歧管；以及抽空器，所述抽空器限定动力段、排放段以及抽吸端口。所述抽空器包括定位在所述动力段的出口端和所述排放段的入口端之间的文丘里间隙，其中所述文丘里间隙与所述抽吸端口流体连通。所述抽空器的所述排放段在所述压缩机的下游位置处与所述发动机的所述进气歧管流体连接，并且所述抽空器的所述抽吸端口与所述需要真空的装置流体连接。鳍状件定位在所述抽空器的所述动力段内，其沿着动力段的长度延伸。
鉴于本文给出的描述和实施例，本发明的其它方面将是显而易见的。
附图说明
图1是包括具有抽空器的内燃发动机涡轮系统的一个实施例的流动路径和流动方向的示意图。
图2是图1中所示的抽空器的示意图。
图3是图2的抽空器的一个实施例的侧向立体图。
图4是沿图3中的剖面线B-B剖取的图3的气动致动真空泵的侧向剖视图。
图5是当从动力端口观察时图3的抽空器的端视图。
图6是图2的抽空器的另一实施例的侧向剖视图。
图7是沿图6中的剖面线C-C剖取的图6的抽空器的示意性代表剖视图，示出了抽空器的第一渐缩部分的出口端。
图8是沿图6中的剖面线D-D剖取的图6的抽空器的示意代表剖视图，示出了抽空器的第二渐缩部分的入口端。
具体实施方式
下面的详细描述将示意本发明的一般原理，本发明的示例在附图中附加地示出。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能类似的元件。如本文所使用的，术语流体可以包括任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或其组合。
现在参照图1，公开了一种用于向车辆真空系统提供真空的示例性涡轮增压发动机空气系统10。发动机空气系统10可以包括内燃发动机12、空气滤清器14、抽空器20，压缩机24、涡轮机26、节流阀28、真空储器或罐30、以及真空消耗装置32。内燃发动机12可以是例如火花点火(SI)发动机或压缩点火(CI)发动机。在一个实施例中，内燃发动机12可以被包括在作为混合动力车辆的一部分的电动机/电池系统中。节流阀28可以位于空气滤清器14和压缩机24的下游以及内燃发动机12的进气歧管42的上游。
在如图1中所示的非限制性实施例中，内燃发动机12被增压。这意味着压缩机24和涡轮机26可以是涡轮增压器的一部分，用于改善内燃发动机12的功率输出和总体效率。涡轮机26可包括涡轮机叶轮(图1中未示出)，所述涡轮机叶轮控制排气能量并且通过公共轴40将排气能量转换为机械功，以转动压缩机24的压缩机叶轮(图1中未示出)。压缩机叶轮在升高的操作压强下将空气抽吸、压缩并供给到内燃发动机12的进气歧管42中。尽管图1和图2示出了增压发动机，但是应当理解，所公开的抽空器20也可被用于自然抽吸或非增压的发动机系统中。
真空罐30可以从抽空器20被供应真空。在如图1中所示的实施例中，抽空器20从压缩机24被供应清洁空气。具体地，处于大气压强下的清洁空气离开空气滤清器14，并且可以在穿过抽空器20之前被压缩机24压缩。如下面更详细地说明的，抽空器20可以用于向真空罐30供应真空。应当理解，尽管图1示出了抽空器20从压缩机24被供应空气，但在另一实施例中，抽空器20也可以定位成从空气滤清器14接收空气，例如在自然抽吸或非增压的发动机系统的情况下。
当操作者按下加速器踏板(未示出)时，节流阀28可以打开。当节流阀28打开时，来自压缩机24的压缩空气自由地填充内燃发动机12的进气歧管42，由此增大了进气歧管42处的压强。本领域技术人员将理解，节流阀28可以基于加速器(未示出)的下压量而被定位在多个部分打开位置。由于发动机空气系统10是涡轮增压的，因此当节流阀28打开时，进气歧管42处的压强可以增大到高于大气压的压强。
抽空器20可以包括第一发动机空气连接件44、第二发动机空气连接件46和气动致动真空泵50(图2中所示)。抽空器20的第一发动机空气连接件44可以在压缩机24的下游且节流阀28的上游位置处流体连接到发动机空气系统10。抽空器20的第二发动机空气连接件46可以在进气歧管42的上游且节流阀28的下游位置处流体连接到发动机空气系统10。虽然抽空器20被示出为为真空罐30提供真空，但是本领域技术人员将会理解，在另选实施例中，抽空器20可以直接向真空消耗装置32提供真空。
真空消耗装置32可以是需要真空的装置，诸如制动助力器。在一实施例中，真空消耗装置32还可以包括附加的真空消耗器，例如涡轮增压器废气门致动器、加热和通风致动器、传动系统致动器(例如，四轮驱动致动器)、燃料蒸气吹扫系统、发动机曲轴箱通风装置、以及燃料系统泄漏测试系统。
图2是图1中所示的抽空器20的实施例的示意图，并且示出了气动致动真空泵50。参照图1和图2，如本文所使用的，气动致动真空泵50可以是具有三个或更多个连接件的会聚、扩张扩张的喷嘴组件。气动致动真空泵50可以包括与第一发动机空气连接件44流体连接的动力端口70、与第二发动机空气连接件46流体连接的排放端口74、以及与真空罐30(图1)或一个或多个需要真空的装置32流体连接的一个或多个抽吸端口72。具体地，抽空器50的动力端口70可以在压缩机24下游与发动机空气系统10流体连接，并且排放端口74可以在进气歧管42的上游与发动机空气系统10流体连接。本领域技术人员将容易地理解，尽管图2示出了一个抽吸端口72，但应当理解，气动致动真空泵50可以包括附加的抽吸端口72。
在图2所示的实施例中，气动致动真空泵50可以用作喷射器，其中高于大气压强的增压空气可以通过动力端口70被供给到抽空器20。然而，本领域技术人员将容易理解，在另选实施例中，气动致动真空泵50的动力端口70可以与处于大气压强下的空气源流体连接，从而使得气动致动真空泵50用作吸气器。
参照图3至图5，示出了气动致动真空泵50的实施例。图3是立体图，图4是沿图3的线B-B剖取的侧向剖视图，图5是从动力端口70的视角所看的端视图。沿着气动致动真空泵50的轴线A-A延伸的通道80可以包括位于该通道80的动力段90中的第一渐缩部分92(也称为动力锥体)。通道80还可以包括位于该通道80的排放段95中的第二渐缩部分93(也称为排放锥体)。通道80的第一渐缩部分92可以包括入口端94和出口端96。类似地，通道80的第二渐缩部分93也可以包括入口端98和出口端100。
如图4中可见，气动致动真空泵50的第一渐缩部分92可以通过文丘里间隙102与第二渐缩部分93流体联接。文丘里间隙102可以是使抽吸端口72与气动致动真空泵50的动力段90和排放段92流体连通的流体接合部。文丘里间隙102可以是在第一渐缩部分92的出口端96与第二渐缩部分93的入口端98之间测量的线性距离L。入口端94、98和出口端96、100可以包括任何类型的轮廓，例如但不限于圆形、椭圆形、或其他弯曲或多边形形式。此外，从通道80的入口端94、98和出口端96、100延伸的逐渐连续渐缩的内径可以限定双曲面、抛物面或锥体。用于第一渐缩部分92的出口端96和第二渐缩部分93的入口端98的一些示例性配置呈现在于2014年6月3日提交的共同未决的美国专利申请第14/294,727号的图4至图6中，该申请的全部内容通过引用并入本文。多个附加的文丘里间隙(未示出)可以沿着气动致动真空泵50的第二渐缩部分93位于文丘里间隙102的下游。具有多个文丘里间隙的气动致动真空泵的一些示例性配置呈现在于2014年8月6日提交的共同未决的美国专利申请第14/452,651号的图2至图5C中，该申请的全部内容通过引用并入本文。
现在参照图3至图6，气动致动真空泵50可以包括与该气动致动真空泵50的中心对称轴线A-A基本上对准的鳍状件82。鳍状件82可以用于减小抽空器20所需要的动力流率以产生供应给真空罐30的特定量的真空。鳍状件82还能够增加动力流和抽吸流之间的周边面积，从而增加抽吸流。鳍状件82可以是一体地形成在气动致动真空泵50的壳体110中的刚性结构，例如作为注塑成型工艺的一部分。鳍状件82另选地可以永久地附接到气动致动真空泵50的壳体100。鳍状件82与泵50的壳体110的一体或永久性附接提供了使用中鳍状件82的稳定性，基本上防止或最小化了鳍状件82的振动，所述振动否则会增大湍流和/或噪音。鳍状件82可以类似于羽状嵌件(fletch insert)起作用，如在于2014年8月27日提交的共同未决的美国临时专利申请第62/042,569号中所公开和描述的那样，该申请的全部内容通过引用并入本文。
鳍状件82可以包括第一部分112和第二部分114，第一部分112设置在气动致动真空泵50的第一渐缩部分92内，第二部分114设置在泵50的第二渐缩部分93内。鳍状件82从渐缩部分92、93的内表面122径向向内朝向对称轴线A-A延伸，而延伸到由通道80限定的空隙124中。鳍状件82从该鳍状件82的基部118径向延伸到空隙124中以终止于其上表面120中。基部118在对称轴线A-A的方向上与内表面122共同延伸而延伸穿过通道80。鳍状件82沿其长度可以具有不均匀的高度，并且在一个实施例中，穿过第一渐缩部分92的高度大致增加，并且穿过第二渐缩部分93的高度大致减小。在所示的实施例中，鳍状件82具有圆角梯形横截面形状(参见图3和图5)。然而，本领域技术人员应当理解，鳍状件82不限于此，而是可以具有例如为基本上半椭圆形、半圆形或各种弯曲或多边形形状中的任一个的截面形状，这取决于气动致动真空泵50的特定应用所需要的动力流特性。
如图4所示，在一个实施例中，鳍状件82从第一渐缩部分92的入口端94连续地延伸，穿过文丘里间隙102并延伸到第二渐缩部分93的出口端上100。鳍状件82的穿过第一渐缩部分92的高度可逐渐增加而在文丘里间隙102处或附近到达最大高度，然后鳍状件82的穿过第二渐缩部分93的高度可逐渐降低。鳍状件82可以沿出口端96、100之间的基本上整个距离(如图4所示)延伸或者另选地在通道80的长度内的中间位置处开始/终止。
鳍状件82在气动致动真空泵50的操作期间可以提供各种优点和益处。鳍状件82可以减少气动致动真空泵50为产生特定的抽吸量所需要的动力流或空气流的量。这意味着，与不包括鳍状件82的抽空器相比，气动致动真空泵50为产生相同量的真空需要更少的空气流。如图5所示，鳍状件82填充或阻挡位于气动致动真空泵50的通道80内的空隙124的一部分。与相同尺寸但是没有鳍状件82的抽空器相比，进入气动致动真空泵50的动力流具有更小的体积来填充在泵50的通道80中。因此，与不包括鳍状件的抽空器相比，需要更少的空气进入气动致动真空泵50的动力端口70(参见图3)，以在真空罐30中产生相同的抽吸量。
图6至图8示出了气动致动真空泵50'的另选实施例，其中鳍状件82'不延伸穿过文丘里间隙102。在该实施例中，存在间隙116，该间隙位于鳍状件82'的第一部分112'和第二部分114'之间，其中每个部分112'、114'均是单独的鳍状件节段。如图7和图8所示，图7和图8是沿着图6的线C-C和D-D在文丘里间隙102处剖取的通道80的剖视图，示出了第一渐缩部分92的出口端96和第二渐缩部分93的入口端98，鳍状件82'的每个部分112'、114'均终止于文丘里间隙102处或文丘里间隙102附近的端部126、128。每个端部126、128均具有朝向文丘里间隙102定向的面127、129。面127、129(或由任一个面127、129限定的平面)可以与对称轴线A-A正交或倾斜地相交。第一部分112'的面127和第二部分114'的面129可以跨过文丘里间隙102大致对齐。例如，如果两个面127、129都具有相同的尺寸和形状(横截面)，则端部126、128可以相对于对称轴线A-A基本上相同地定位在它们各自的渐缩部分92、93内，从而使得如果端部126、128中的一个端部跨过文丘里间隙102线性地延伸，则第一部分112'的面127将基本上与第二部分114'的面129重合。如果面127、129不具有相同的尺寸和/或形状，则如果每个端部126、128均定位在其各自的渐缩部分92、93内，以使得面127、129相对于彼此跨过文丘里间隙102的对称定位最大化，端部126、128就可以大致对准。例如，图7和8示出了具有大致相同的形状但具有不同尺寸的面127、129，其中两者通过将部分112'，114'对中放置在渐缩部分92、93内而大致对准。
鳍状件82'的部分112'、114'的面126、28影响第一渐缩部分92的出口端96和第二渐缩部分93的入口端98的内部周边形状/轮廓。在所示的实施例中，两个端部96、98、包括鳍状件82'的内部周边形状大致是马蹄形的(即，通道80的空隙24在每个端部96、98处或每个端部96、98的附近的横截面形状大致是马蹄形的)。然而，应当理解，该示意仅仅是示例性的，因此端部96、98的内部周边形状也可以包括其它轮廓。在一个实施例中，鳍状件82'的部分112'在文丘里间隙102处的高度H1和/或宽度W1大于鳍状件82'的部分114'在文丘里间隙102处的高度H2和/或宽度W2。在另选实施例中，随着鳍状件82'接近文丘里间隙102(在一个或两个端部126、128上)，鳍状件82'的宽度渐缩，从而使得面127、129基本上比图7和图8中所示的(例如，在一个实施例中几乎是线性的)薄。
在其它另选实施例(未示出)中，鳍状件82'可以仅包括穿过第一渐缩部分92的第一部分112'，并且省略第二渐缩部分93中的第二部分114'。
继续参照图6至图8，除了通过减少产生所需抽吸量所需要的动力流来提高效率之外，鳍状件82'还提供了这样的条件：基于鳍状件82'在文丘里间隙102的任一侧的面127、129的形状、尺寸和定位之间的关系，来微调泵50'的期望的抽吸流率和真空深度。除了第一渐缩部分92的出口端96和第二渐缩部分93的入口端98之间的线性距离之外，出口端96的周边形状也影响抽吸流率。具体地，较大的周长导致抽吸流增加。此外，偏移的量级(即，入口端98的面积大于出口端96的面积的程度)影响抽吸流率和产生的真空深度。这些关系在于2014年6月3日提交的美国专利申请第14/294,727号和于2014年8月27日提交的美国临时专利申请第62/042,568号中被描述，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
鳍状件82'为最大化抽吸流率和增加真空深度提供了增强的选择。参照图7和图8，关于抽吸流率，与没有鳍状件82'的用于类似尺寸的第一渐缩部分92的出口端(其大体上为椭圆形)相比，在鳍状件82'的第一部分112'的端部126处的面127的形状基本上增大了出口端96的总内部周长(如图所示，限定了大致马蹄形空隙)。因此，与没有鳍状件82'的相同的泵相比，泵50'跨过文丘里间隙102的潜在抽吸流率显著增大。此外，为了调整应用之间的抽吸流特性(例如，为了改变用于不同应用的泵50'的设计)，可以单独地改变鳍状件82'的形状和/或尺寸，而不需要在其他方面改变通道80的形状或尺寸，例如通过改变第一渐缩部分92的形状或尺寸。
仍然参照图7和图8，鳍状件82'还扩展了用于控制泵50'的真空深度参数的设计选项。真空深度是文丘里间隙102的入口端98和出口端96之间的偏移量级的函数。偏移越小，真空深度越大。因此，除了(或代替)改变除鳍状件82'之外的端部96、98的整个周边形状的形状和/或尺寸(换句话说，在图7和图8的示例中，拱形椭圆形状)，可以通过改变入口端98处鳍状件82'的第二部分114'的面128的尺寸和/或变换其形状来调整泵50'的偏移。例如，偏移可以通过相对于出口端126的面126的高度H1和/或宽度W1减小入口端部98上的面128的高度H2和/或宽度W2而增加。因此，鳍状件82'的第一和第二部分112'、114'的形状和尺寸可以相对于彼此优化，以根据所需要的性能标准来设定泵50'的抽吸流率和真空深度特性。
附图中所示的且以上面所描述的本发明的实施例是可以在所附的权利要求的范围内进行的许多实施例的示例。预想可以利用所公开的方法来产生本公开的许多其它配置。简言之，申请人旨在使本文所给出的专利的范围将仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (11)

1.一种抽空器，包括：
主体，所述主体限定中心轴线(A-A)、限定穿过所述主体的通道的第一渐缩部分和第二渐缩部分、文丘里间隙以及抽吸端口，至少一个文丘里间隙位于所述第一渐缩部分的出口端与所述第二渐缩部分的入口端之间，所述抽吸端口与所述文丘里间隙流体连通，其中所述第一渐缩部分的出口端在所述文丘里间隙处具有椭圆形轮廓；以及
单个鳍状件，所述鳍状件与所述主体成一体，从所述第一渐缩部分和所述第二渐缩部分的内表面径向向内突出到所述通道内，并且朝向所述中心轴线(A-A)延伸进入到由所述通道限定的空隙中，具有从所述第一渐缩部分的入口端处的开始点或者在所述主体的所述第一渐缩部分内的中间位置至所述第二渐缩部分的出口端处的结束点或者在所述第二渐缩部分内的中间位置的长度，
其中，所述鳍状件包括位于所述第一渐缩部分内的第一部分和位于所述第二渐缩部分内的第二部分，并且所述鳍状件穿过所述文丘里间隙是连续的，或者所述鳍状件不延伸穿过所述文丘里间隙，而是在所述文丘里间隙处存在一个间隙，以及，
其中，所述鳍状件具有与所述内表面共同延伸而延伸穿过所述通道的基部。
2.根据权利要求1所述的抽空器，其中，所述鳍状件在所述第一渐缩部分的所述出口端处限定朝向所述文丘里间隙定向的第一面以及在所述第二渐缩部分的所述入口端处限定朝向所述文丘里间隙定向的第二面。
3.根据权利要求2所述的抽空器，其中，所述第二面的周长大于所述第一面的周长。
4.根据权利要求1所述的抽空器，其中，所述鳍状件沿着所述鳍状件的长度具有可变的高度。
5.根据权利要求4所述的抽空器，其中，所述鳍状件在接近所述文丘里间隙处具有最大高度。
6.根据权利要求1所述的抽空器，其中所述第一渐缩部分是会聚动力部分，并且其中所述第二渐缩部分是扩张排放部分。
7.根据权利要求1所述的抽空器，其中所述第二渐缩部分的入口端在所述文丘里间隙处具有椭圆形状轮廓。
8.根据权利要求1所述的抽空器，其中所述鳍状件具有半椭圆形或半圆形形状的横截面形状。
9.根据权利要求8所述的抽空器，其中在第一渐缩部分的出口端的空隙的形状是马蹄形的。
10.一种涡轮增压发动机空气系统，包括：
需要真空的装置；
涡轮增压器，所述涡轮增压器具有与发动机的进气歧管流体连接的压缩机；以及
根据权利要求1至9任一项所述的抽空器；
其中所述抽空器的所述第二渐缩部分在所述压缩机的下游位置处与所述发动机的所述进气歧管流体连接，并且所述抽空器的所述抽吸端口与所述需要真空的装置流体连接。
11.一种自然吸气发动机空气系统，包括：
需要真空的装置；
发动机的进气歧管；以及
根据权利要求1至9任一项所述的抽空器；
其中所述抽空器的所述第二渐缩部分与所述发动机的所述进气歧管流体连接，并且所述抽空器的所述抽吸端口与所述需要真空的装置流体连接。
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