CN109715998A - 用于产生真空的文丘里装置的文丘里间隙内的闸阀 - Google Patents

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Abstract

本文公开了文丘里装置，该装置包括在聚集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的主体，该文丘里装置具有与文丘里间隙流体连通的吸入端口、可线性平移以打开和关闭文丘里间隙的闸阀以及连接到闸阀的致动器，以在打开位置和关闭位置之间可操作地移动闸阀。在纵向横切面中，闸阀通常是U形的，从而具有连续的相对侧，每个相对侧关闭动力出口和排放入口，并限定与吸入端口流体连通的相对侧之间的空隙。聚集动力部分限定圆形动力入口，并且限定椭圆形或多边形的动力出口，并且发散排放部分限定椭圆形或多边形的排放入口。

Description

用于产生真空的文丘里装置的文丘里间隙内的闸阀
相关应用
本申请要求于2016年9月21日提交的第62/397,477号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及使用文丘里效应(Venturi effect)产生真空的文丘里装置，更特别地，涉及在文丘里间隙内具有闸阀以控制通过文丘里间隙的流动的装置。
背景技术
发动机，例如车辆发动机，正在被小型化和改进，这降低了发动机的可用真空。该真空具有许多潜在的用途，包括由车辆制动助力器使用。
针对真空不足的一种解决方案是安装真空泵。但是，真空泵对发动机来说开销太大并且重量增加，其电力消耗可能需要额外的交流发电机容量，并且其低效率可能阻碍燃料经济性改善措施。
另一种解决方案是文丘里装置，其通过文丘里装置通过创建发动机空气流动路径来产生真空以产生吸入真空。通过(即，进入动力部分)现有文丘里装置的流动通常由与之串联的阀控制，该阀需要连接、管路、组装等步骤。这导致文丘里装置是一个大的、重的和相对昂贵的系统的一小部分的系统。该系统需要简化，并使其更紧凑、更轻且经济实惠。
发明内容
本文公开了一种文丘里装置，其在降低发动机空气消耗的同时，产生增加的真空压力和增加的吸入质量流速。装置包括主体，该主体限定了聚集动力部分的出口端和发散排放部分的入口端之间的文丘里间隙。聚集动力部分具有椭圆形或多边形形状的内横切面动力出口，且发散排放部分具有椭圆形或多边形形状的内横切面排放入口，并且聚集动力部分和发散排放部分共同限定由将动力入口连接到椭圆形或多边形形状的动力出口或椭圆形或多边形形状的排放入口连接到排放出口的双曲面曲线形成的内部通道。在一个实施例中，所述动力入口或所述排放出口中的至少一个具有圆形内横切面。
文丘里装置可包括吸入端口，该吸入端口限定与文丘里间隙流体连通的空隙。这里，限定聚集动力部分的出口端口的主体的第一部分和限定发散排放部分的入口端口的主体的第二部分位于空隙的表面上，并且空隙围绕第一主体部分和第二主体部分的两侧向下延伸。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横切面。
在一个方面中，用于产生真空的文丘里装置具有在聚集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的主体，以及与文丘里间隙流体连通的吸入端口，可线性平移以打开和关闭文丘里间隙的闸阀，以及连接到闸阀以在打开位置和关闭位置之间可操作地移动闸阀的致动器。聚集动力部分限定圆形动力入口，并且限定椭圆形或多边形的动力出口，并且发散排放部分限定椭圆形或多边形的排放入口。闸阀通常为U形(纵向横切面)，因此具有连续的相对侧，每一边都关闭动力出口和排放入口，并限定它们之间的空隙，该空隙与吸入端口流体连通。闸阀的相对侧各自起板簧的作用，板簧通常彼此偏置远离，分别与聚集动力部分的出口端口和发散部分的入口端口接合。
所述下部主体限定了一个门槽，该门槽横切所述聚集运动部的中心纵向轴线，使得所述门阀从所述下部主体的一侧进入并且具有可能的最短行程距离。所述闸阀滑动地置于所述闸槽内，并且具有梯形背部或一些其它多边形背部，所述梯形背部或其它多边形背部在更靠近所述吸入端口的一端处更宽。
文丘里装置的任一实施例都可以具有气动致动器或电磁场致动器(例如电磁致动器)，该电磁致动器连接到闸阀，以在打开位置和关闭位置之间可操作地移动闸阀。
文丘里装置的所有实施例通常具有相对于椭圆形或多边形的动力出口和/或用于在最短行程距离下线性平移的排放入口定位的闸阀，其在平行于动力出口或排放入口的短轴的平面中。
在文丘里装置的所有实施例中，聚集动力部分限定内部通道，其从圆形动力入口以双曲线函数形式过度到椭圆形或多边形动力出口，并且其中椭圆形或多边形动力出口具有小于圆形动力入口面积的面积。吸入端口可围绕聚集动力部分的出口端的侧和发散排放部分的入口端的侧向下延伸，并且限定了其所有侧之间的空隙，并且聚集动力部分的出口端和发散排放部分的入口端的外部轮廓通常匹配它们各自的内形状。
在文丘里装置的所有实施例中，椭圆形或多边形的动力出口具有长轴与短轴的比值约为2至约为4，并且椭圆形或多边形的排放入口相对于椭圆形或多边形的动力出口偏移，偏移率为所述排放入口面积和所述动力出口面积之差与所述峰值动力流速之比((排放入口面积-动力出口面积)/峰值动力流速)乘以大于0.28的常数，其中，常数等于声速与所述流体在所述动力出口处的密度之积。所述文丘里间隙与所述(动力质量流速)n成比例，其中，n为0.25至0.8。
在诸如汽车的内燃机系统的系统中，所述吸入端口与需要真空的装置流体连通，所述聚集动力部分与流体源流体连通。与动力入口连接的流体源是内燃机中的超级或涡轮增压器的压缩机，并且排放出口与内燃机的进气歧管流体连通。在另一个实施例中，流体源是来自进气过滤器的大气空气，并且排放出口与内燃机的进气歧管流体连通。
附图说明
图1是文丘里装置的一个实施例的侧纵向横切面平面图。
图2是图1中文丘里装置横切面的俯视图。
图3是在现有技术的文丘里装置中，在文丘里装置的吸入端口的连接处沿平行于中心纵向轴线线B的平面截取的侧横切面透视图，其中文丘里装置在动力部分和排放部分中具有圆形横向横切面。
图4A是图2的文丘里装置中的吸入端口的连接处沿平行于中心纵向轴线B的平面截取的侧横切面透视图。
图4B是图4A中文丘里间隙的体积的表示。
图5A是文丘里装置的另一个实施例中，在吸入端口的连接处沿平行于中心纵向轴线B的平面截取的侧横切面透视图。
图5B是图5A中的文丘里间隙的体积的表示。
图6是从文丘里装置出口观察文丘里装置的平面图，其示出了动力出口端口和排放入口端口之间的偏移。
图7是文丘里装置的动力部分内的内部通道的模型。
图8是在选择的不同歧管真空值下将本文所公开的双曲面椭圆形文丘里装置与圆锥形文丘里装置(现有技术)的文丘里装置吸入流速进行比较的图形表示。
图9是当歧管真空度增加时，将本文所公开的双曲面椭圆形文丘里装置的真空度与锥形圆形吸气器(现有技术)进行比较的图形表示。
图10是一种图形表示，其比较了当歧管真空度增加时，通过本文所公开的双曲面椭圆形文丘里装置与锥形圆形吸气器(现有技术)抽空罐的时间。
图11是文丘里装置的下部壳体部分的侧透视图，该文丘里装置具有可线性平移到文丘里间隙中的闸阀。
图12是吸入端口的俯视平面图，示出处于关闭位置的闸阀。
图13是吸入端口的俯视平面图，示出处于打开位置的闸阀。
图14是闸阀的侧透视图。
图15是闸阀背面的平面图。
图16是闸阀的俯视平面图。
图17是在相同条件下闸阀文丘里装置与无闸文丘里装置的性能比较的数据图表。
图18是文丘里装置的一个实施例的未组装的纵向横切面视图。
图19是文丘里装置的另一个实施例的侧视图、纵向横切面视图、平面图。
图20是图19中文丘里装置的主体的侧透视图。
图21是图19中文丘里装置的文丘里间隙的详细视图。
图22是闸阀的第二实施例的侧透视图。
图23是穿过图19中文丘里装置的文丘里间隙的放大的纵向横切面，具有图22中的闸阀插入到文丘里间隙。
具体实施例
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，相同的附图标记表示相同的或功能上类似的元件。
这里所用的“流体”是指任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或它们的组合。
图1和图2示出文丘里装置100的不同视图。文丘里装置100可以在发动机中使用，例如在车辆的发动机中使用，以向装置提供真空。在图1中文丘里装置100连接到需要真空102的装置，并且文丘里装置100通过使空气流过通道104来为所述装置102创建真空，所述通道104通常延伸文丘里装置的长度，所述文丘里装置设计成产生文丘里效应。文丘里装置100包括限定通道104的主体106，并且具有可连接到发动机或连接到发动机上的部件的三个或更多个端口。端口包括：(1)动力端口108，其可与位于节气门上游的例如来自发动机进气空气过滤器的清洁空气源连接；(2)吸入端口110，其可经由可选的止回阀111与需要真空的装置102连接；(3)出口112，其与发动机节气门下游的发动机进气歧管连接；以及可选地，(4)旁通端口114。各个端口108、110、112和114中的每一个可以包括在其外表面上的连接器特征117，用于将各个端口连接到发动机中的软管或其它部件。
止回阀111优选地布置成防止流体从吸入端口110流向应用装置102。在一个实施例中，需要真空102的装置是车辆制动助力装置、曲轴箱强制通风(PCV)装置或燃料清扫装置。在另一个实施例中，需要真空102的装置是液压阀。旁通端口114可以连接到需要真空102的装置，并且可选地，旁通端口114可以在它们之间的流体流动路径122中包括止回阀120。止回阀120优选地布置成控制流体流向应用装置102或从旁通端口114流向应用装置102。
现在参考图2和图3，文丘里装置100通常是一个“T”形文丘里装置，其限定了沿中心纵向轴线B的内部通道，该中心纵向轴线B被吸入端口110等分。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)，该第一锥形部分128联接到主体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端到端对齐，其中具有动力出口端132，其面向排放入口端134，并且在动力出口端132和排放入口端134之间限定了文丘里间隙152，文丘里间隙152限定了将吸入端口110与内部通道104的动力部分116和排放部分146两者流体连通的流体连接处。本文所用的文丘里间隙152意味着在动力出口端132和排放入口端134之间的直线距离。
当文丘里装置(例如文丘里装置100)用于车辆发动机时，车辆制造商通常基于可用于将文丘里装置连接到发动机或其部件的管/软管尺寸来选择动力端口108和出口112的尺寸。此外，车辆制造商通常选择可用于文丘里装置的最大动力流速，而可用最大动力流速又反过来表示在动力出口端132(即动力出口133)上限定的内开口的面积。因此，车辆制造商为特定发动机选择的参数决定了动力出口133到出口112的比。在这些限制下工作，所公开的文丘里装置100显著地减少了在低源(5kPa至30kPa)/排放压力下产生高吸入流速的愿望与在较高源(30kPa至60kPa)排放压力下增加的真空深度之间的折衷。如图5和图6中所示，通过改变动力出口133和排放入口135(由排放入口端134限定)的配置以增加在动力出口端132和排放入口端134处的内部通道104的周长来实现折衷的减少。
如图5A至图5B和图6中所示，至少动力出口端132(动力出口135)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，但也可以是多边形。内部通道104内从动力出口端132和排放入口端134沿相反的方向从文丘里间隙152延伸，可以构造成具有大致相同的形状。图7示出了文丘里装置的动力部分内的内部通道的形状的一个实施例，但是如果旋转180度，则同样地示出了排放部分内的内部通道。图7中的内部通道在动力入口端130处作为具有区域A1的圆形开口而开始，并且以双曲函数或抛物线函数形式而逐渐地连续过度到动力出口135处的椭圆开口，该椭圆开口具有小于A1的区域A2。在动力入口端130处的圆形开口通过双曲线170连接到椭圆形动力出口135，双曲线170提供在动力出口端132处的流动线彼此平行的优点。动力入口端130和排放出口端136还可以在其前方的某个点处限定椭圆形或一些其它多边形形状的开口，并且从所述形状过渡到圆形横切面以形成软管连接部分，例如类似于软管连接部分119，在其外部具有连接器特征117。
为了形成文丘里装置100的“T”形，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同样可以具有大致垂直于主体的中心纵向轴线B的中心纵向轴线D。如图1所示，旁通端口114可以与第二锥形部分129交叉，该第二锥形部分129邻近排放出口端136，但位于排放出口端136的下游。此后，主体106可以，即旁通端口的该交叉点的下游，以圆柱形均匀的内径继续，直到终止在出口112处。在另一实施例中(未示出)，旁路端口114和/或吸入端口110可相对于轴线B和/或彼此倾斜，而不是垂直。在图2的实施例中，吸入端口110和旁通端口114彼此对齐并且相对于主体的中心纵向轴线B具有相同的定向。在另一实施例中(未示出)，吸入端口110和旁通端口114可以彼此偏移，并且可以相对于发动机内的部件定位，部件连接到便于连接处。
吸入端口110包括一个吸入入口138和一个吸入出口，吸入出口是排气入口134，与第一锥形部分128类似，可以沿吸入端口110的长度从较大尺寸吸入入口138到较小尺寸吸入出口134呈锥状逐渐连续地变细，或者吸入端口110可以是一个大致圆柱形的管。当存在旁通端口114时，其也可以沿着其长度呈锥状逐渐连续地变细，特别是从较小尺寸端162到较大尺寸端160，或者旁通端口114可以是大致圆柱形的管。取决于文丘里装置附接到系统中，旁路端口114可以以较大尺寸的端160作为入口，以较小尺寸的端162作为出口，反之亦然。
最清楚地，如在图2和图5中所看到的，在与第二锥形部分129并列的第一锥形部分128的动力出口端132处，吸入端口110包括限定空隙150的放大区域，该空隙150与文丘里间隙152流体连通，或者相反，文丘里间隙152可以被视为空隙150的一部分。吸入端口110与内部通道104的流体连接通常相对于文丘里间隙152居中，并且空隙150通常与吸入端口的中心纵向轴线C对准，并且将第一锥形部分128转换成第二锥形部分129。空隙150可以成形为平行六面体，其长度类似于吸入端口的内横切面尺寸，但其底部是从吸入端口110向下突出的弧形突出物。在沿着吸入端口的中心纵向轴线C横向于主体的中心纵向轴线B截取的横切面中，如从图2、图4A和图5A组合中可以最好地理解，空隙通常是绕排放口端134和动力出口端132和/或在排放口端134和动力出口端132上方的U形。如在图2和图5A中所示，吸入端口围绕动力出口端132的侧和排放入口端134的侧向下延伸，并且在其所有侧之间限定空隙150。如图5A所示，动力出口端132和排放入口端134的外部轮廓通常都匹配它们各自的内形状。
在文丘里装置100中，动力空气的流动通过第一锥形部分128增加了其速度，其在空隙150中产生低静态压力。该低静态压力通过排放入口(吸入出口)134从吸入端口110吸入空气进入文丘里间隙152并进入排放部分146。
文丘里装置100可操作以满足以下几何比值：
代表符号 比值
A' 吸入入口面积/吸入出口面积
B' 动力入口面积/动力出口面积
C' 排放出口面积/排放入口面积
还存在如下性能比值：
代表符号 比值
F 吸入质量流速/动力质量流速
G 吸入真空压力/排放真空压力
为使本公开的双曲流道的比值F最大化，比值A'应该在3和12之间，并且比值B'应该大于4，并且比值C'应该大于4。
为了使双曲流道的比值G最大化，比值A'应介于3和12之间，并且比值B'应该大于4，并且比值C'应该大于4。
在图3的现有技术中，动力锥体的出口端和排放锥体的入口端各自具有圆形的内横切面和圆形的外部轮廓，并且从而限定了作为具有圆形外周的截头的文丘里间隙。从该图中，示出了吸入流动的限制中的一个—吸入端口与动力锥体和排放锥体的流体连接处的区域。
为了增加从吸入端口进入文丘里装置的文丘里间隙152的空气流速，文丘里间隙的面积通过增加出口端132和入口端134的周长而增加，而不增加第一锥形部分128和第二锥形部分129的整体内部尺寸(优选地，不增加质量流速)。特别地，如上所述，动力出口端132和排放入口端134从圆形变为非圆形。存在不是圆形的无限多个可能的形状，每个都具有周长和横切面积。这些包括彼此连接的多边形或直线段、非圆形曲线、甚至分形曲线。为了使成本最小化，曲线更简单且容易制造和检查，并且具有合适的周长。
图4A至图4B和图5A至图5B示出了具有改进的流体接合的实施例，在此处吸入端口110与动力出口端132和排放入口端134相接。见图4B和图5B，从吸入端口110到文丘里间隙152的流动路径的最小面积是限定在动力出口端132和排放入口端134之间的截头。在图4A和图4B中，动力锥体128的出口端132和排放锥体129的入口端134各自具有内椭圆周长和外椭圆周长，从而限定了具有椭圆外周的截头的文丘里间隙152。在图5A和图5B中，在动力锥体128的出口端132和排放锥体129的入口端134中，各自具有内、外大致为矩形的周长(具有圆角)，从而限定了具有大致为矩形的外周长的截头的文丘里间隙152。虽然图中的实施例对于出口端132和入口端134具有相同的周长，即，两者都是椭圆形的或两者都是大致为矩形的，但出口端132和入口端134可以具有不同形状的周长，即，可以一个是椭圆形的，而另一个通常是矩形的。此外，动力出口端132和排放入口端134可以以圆形斜角终止，以改善流体从吸入端口110向排放入口端134的流动的方向性。
此外，最清楚地，如在图6中所看到的，但也可在图4B和图5B的截头中看到，每个实施例的动力锥体128的出口端132在尺寸上小于排放锥体129的入口端134。该尺寸差异被识别为偏移140。例如，在图4B中可以看到，偏移的原因是，动力出口端132的长轴Y的长度小于排放入口端134的长轴Y'的长度，并且动力出口端132的短轴X的长度也可以小于排放入口端134的短轴X'的长度。
在椭圆形或多边形形状的任一实施例中，聚集动力部分的动力出口端的椭圆形或多边形形状的内横切面具有长轴与短轴的比值约为2至约为4，而发散排放部分的入口端的椭圆形或多边形形状的内横切面相对于聚集动力部分的出口端的椭圆形或多边形形状的内横切面偏移，其排放入口面积和动力出口面积之差与峰值动力流速之比乘以k1，使得结果是大于0.28的无量刚比。
偏移率＝(排放入口面积-动力出口面积)/峰值动力流速*k1 (V)
其中k1是：
k1＝c在动力出口端*Dfluid在动力出口端口；
并且c是声速，Dfluid是流体密度(通常是空气)。
在椭圆形或多边形形状的任一实施例中，在动力出口端和排放入口端之间的文丘里间隙具有间隙比，该间隙比定义为文丘里间隙的面积除以动力流量乘以时间常数k2(具有无量刚比)。
间隙比＝文丘里间隙的面积/动力流速*k2 (VII)
其中k2是：
k2＝c在动力出口端*Dfluid在动力出口端； (VIII)
并且c和Dfluid如上定义。在此，间隙比大于4.7。
在一个实施例中，动力出口端132的椭圆形或多边形形状的内横切面具有介于0和1(包括1)之间的离心率。在另一个实施例中，出口端的椭圆形或多边形的内截面具有介于约0.4到约0.97(包括0.97)之间的离心率。
再次参考图4A和图4B，出口端132和入口端134的轮廓是椭圆形的，因此具有长轴(Y)和短轴(X)。椭圆的方程式可以定义为X2/B2+Y2/A2＝12。其中A是沿长轴Y从原点到椭圆的距离，而B是沿短轴X从原点到椭圆的距离。椭圆的面积是：
椭圆的面积＝πxAxB (I)
椭圆的周长不是由简单的精确方程给出的。相反，串联方程提供了可接受的近似；
椭圆的周长＝πx(A+B)x(1+h2/4+h4/64+h6/256…) (II)
其中h是：
变量h＝(A-B)/(A+B)。 (III)
我们可以进一步限定术语“离心率”，其是与两个轴的长度相关的术语。其定义为：
变量E＝(A2-B2)1/2/A。 (IV)
假定选择的文丘里装置设计的动力流量等效于计算，其中现有技术的圆形文丘里装置的半径为1mm，则面积为3.14mm2，周长为6.28mm。对于动力出口端和排放入口端的圆形内横切面，周长与面积的比在数学上等于2。
对于给定离心率的椭圆，在所公开的实施例中，我们可以计算面积、周长和周长与横切面积的比。如果我们将面积限制为等于半径为1mm的圆的面积，则计算结果如下；
表1
因此，通过改变离心率，可以在保持固定横切面积的同时增大周长。这种周长的增加提供了在吸入端口、动力锥体和排放锥体之间的连接处增加交叉区的优点，从而导致吸入端口流速的增加。
现在参考图5A和图5B，动力出口端132和排放入口端134的轮廓通常是矩形的，因此具有长和宽，并且具有两个轴，长轴A和短轴B。如图所示，通常是矩形的文丘里装置的出口端132和排放入口端134的轮廓包括对应于矩形部分的宽的半圆端。出口端132和入口端134的轮廓的方向不应理解为仅限于此。该矩形的面积等于两端半圆面积加上在半圆之间的直横切面的面积之和。矩形的周长是两侧的长度加上两端半圆的长度。我们可以计算以下；
表2
从圆形横切面到具有相同面积的大致矩形横切面的变化导致周长与面积之比的增加，类似于上述椭圆轮廓。周长的增加将再次提供增加文丘里间隙和吸入端口之间的交叉面积的优点，导致吸入端口流量的增加。
另一种增加吸入流量的方法是延长动力锥体128的出口端132和排放锥体129的入口端134之间的距离。当动力流量通过文丘里间隙时，动力流量与吸入空气混合。这种组合的流量具有向文丘里的排放端增加静态压力的作用。延长距离使得收益减小，并且由于在文丘里的动力流量很大程度上不受限制，所以会有湍流和流量扰动的风险，这将降低速度和增加静态压力。因此，上述的增加周长优于延长距离，但这两者可以结合以避免收益的减小。
本文所公开的文丘里装置可以模制成单片体。在一个实施例中，文丘里装置通过注射成型形成。
在一个实施例中，文丘里间隙152是与(动力质量流速)n成比例的直线距离，其中n为0.25至0.8，且动力出口与排放入口之间的偏移也与(动力质量流速)n成正比，其中n为0.25至0.8，且出口端的椭圆形或多边形内横切面具有介于0至1(包括1)、或更优选地介于约0.4至0.97(包括0.97)之间的离心率。当文丘里装置包括在具有需要更高数量的真空的装置的系统中时，文丘里间隙的n和偏移的n都可以是0.4至0.6。在一个实施例中，文丘里间隙的n和偏移的n均为0.5，离心率在约0.4到0.97之间(包括0.97)。在另一个实施例中，当椭圆长轴除以3等于椭圆短轴时，间隙比被设置为等于椭圆短轴的值，其中每个值精确到正/负10％。
在操作中，例如当文丘里装置连接到发动机中时，发动机空气(即过滤空气)可以连接到在动力端口处进入文丘里装置。在排放端口处离开文丘里装置的空气可以在压力低于动力端口的压力的点处连接到发动机空气。空气从动力端口到排放端口的动力使空气沿着动力锥体向下移动，该动力锥体可以是如上所述的直锥体或双曲线轮廓。面积的减小导致空气的速度增加。由于这是封闭的空间，流体力学定律规定当流体速度增加时静态压力必须减小。所述动力锥体的最小横切面积邻接所述文丘里间隙。当空气继续行进到排放端口时，空气穿过排放锥体，该排放锥体是直锥体或是双曲线轮廓。可选地，排放区域可以继续作为直轮廓或是双曲线轮廓，直到排放区域连接到排放端口，或者排放区域可以转换到简单的圆柱形或锥形通道。排放锥体的最小横切面积端大于动力锥体的最小横切面积端。较大的面积是为空气从吸入端口流动提供区域。排放锥体的面积减小的变化再次使空气速度减慢，随后使其静态压力增加。
文丘里间隙连接到吸入端口，该吸入端口将吸入端口/通道中的空气暴露到相同低静态压力，相同低静态压力存在于在动力锥体和排放锥体之间以高速通过的空气中。这里产生的压力可以低于排放端口处的压力，已知该压力低于动力端口处的压力。该低压可用于车辆上的各种应用，例如，如本领域技术人员所熟知的用于抽空车辆制动助力罐。在某些情况下，主要是当轻装汽油机时，排放端口处的压力足够低，以迅速降低应用装置处的压力。由于排放锥体或通道与旁路通道之间的连接面积相对于吸入通道与文丘里间隙之间的连接相当大，因此这种可选的连接可有助于抽空最初应用装置。
为了进行比较研究，在10kPa歧管真空、15kPa歧管真空和20kPa歧管真空和增加制动助力罐真空的条件下操作图7所示的具有在文丘里间隙处的椭圆形动力出口和椭圆形排放入口以及在动力部分和排放部分中的双曲面内轮廓(称为“双曲面椭圆文丘里装置”)3gps文丘里装置(，并且与在相同条件下操作的3gps圆锥形文丘里装置进行比较。圆锥形文丘里装置是具有圆形动力出口和圆形排放入口以及在所述动力和排放部分中具有锥形内轮廓的装置。如由图8中所示的数据所证明的，双曲面椭圆文丘里装置提供了双曲面内轮廓与椭圆形开口的协同效应，双曲面椭圆文丘里装置超过圆锥形文丘里装置的结果。在10kPa、15kPa和20kPa的歧管压力下，双曲面椭圆文丘里装置在12kPa至约67kPa的制动助力罐真空范围内提供了更高的吸入流速。有趣的是，在15kPa的歧管压力下执行双曲面椭圆文丘里装置基本类似于在20kPa的歧管压力下时执行圆锥形文丘里装置，意想不到地优异的性能得到了证明。
现在参考图9和图10，与图8中进行比较的文丘里装置相同，在此对文丘里装置可产生的极限真空和文丘里装置抽空罐以产生真空所需的时间进行比较。对于测试，出口112与发动机的进气歧管流体连通，吸入端口与车辆制动助力罐流体连通，并且动力入口与清洁空气源连接。如图9所示，本文所公开的双曲面椭圆文丘里装置在相同的操作条件下(即在歧管真空的10kPa、15kPa和20kPa处)提供比锥形圆形文丘里装置更大程度的真空，双曲面椭圆文丘里装置具有至少5kPa的极限真空。此外，如图10所示，双曲面椭圆文丘里装置与锥形圆文丘里装置相比，在抽空制动助力罐方面具有优势。在10kPa的歧管真空压力下，双曲面椭圆文丘里装置在抽空罐时速度快于4.5秒。在15kPa和20kPa的歧管真空下，双曲面椭圆文丘里装置的速度快约2秒。在较低歧管真空下，更快的抽空时间提供了更快的反应时间和改进的性能。但是，如在这些图中所看到的，具有双曲面椭圆轮廓的文丘里装置不仅具有更快的抽空时间，而且在10kPa、15kPa和20kPa的歧管真空处提供更大程度的真空。这种双重好处是一种出乎意料的结果，这是由于改变了限定文丘里间隙的动力出口和排放入口的形状，并且使用了根据双曲函数而改变/锥化的内部通道。
现在转向图11至图13，本文描述的用于产生真空的文丘里装置的任一不同实施例可包括文丘里间隙252内的闸阀300，以控制流体从动力部分216到排放部分246的通路。文丘里装置具有主体(例如图11中的下部主体206)，在聚集动力部分216的出口端232和发散排放部分246的入口端234之间限定文丘里间隙，并且限定与文丘里间隙252流体连通的吸入端口210，可线性平移的闸阀300以打开和关闭文丘里间隙252，以及连接到闸阀300的致动器310以在打开位置O(图13)和关闭位置C(图12)之间可操作地移动闸阀300。聚集动力部分216限定圆形动力入口208并且限定椭圆形或多边形动力出口233，并且发散排放部分246限定椭圆形或多边形的排放入口235。
各个端口208和212中的每一个可以包括在其外表面上的连接器特征217，用于将各个端口连接到发动机中的软管或其它部件。其它端口210和282各自可以包括唇形连接器或其它类型的连接器，使用流体紧密密封件(例如，通向吸气端口210的上部壳体204和通向端口282的致动器310)用于密封连接到其它部件。参看图18，在吸入端口210的接合处，上部壳体204和下部壳体206可形成止回阀211，止回阀211具有位于其中的密封盘213。从下部主体206的吸入端口210向上远离延伸的指状物218限定了用于密封盘213的用于止回阀211的打开位置的座位。上部壳体204限定通向入口222的通道220，入口222可包括多个开口，通向止回阀211的腔224，因此通向下部主体206的吸入腔250。
下部主体206限定了横切聚集动力部分216的中心纵向轴线A的闸槽280。闸槽280终止于下部主体206的外部，下部主体206具有可连接到致动器310的连接器281。闸槽280以平行于中心纵向轴线A的横切面观察具有梯形形状，该梯形形状在靠近吸入端口210的一端处比在其相对的一端处宽。
参考图11至图16，闸阀300滑动地安置在闸槽280内。闸阀300由非腐蚀性金属或塑料薄片折叠、弯曲或模压制成大致为U形的连续的片，在纵向横切面上观察(图16)，其成形为当处于图12的关闭位置C时关闭动力出口233和排放入口235。连续的相对侧302、304之间隔开一段距离，以限定在它们之间始终与吸入端口210流体连通的空隙308。闸阀300的第一侧302与聚集动力部分216的出口端233密封接合，而第二侧304与发散部分246的入口端235密封接合。闸阀300的相对侧302、304各自起板簧的作用，通常彼此远离偏置以形成密封接合。特别地，在其自由的未安装状态下，在顶部或底部314或顶部312处测量的尺寸，即从表面302到表面304的距离，使得表面接触动力出口端233和排放入口端235。这为本发明提供了两个优点。首先，当阀300处于关闭位置C或打开位置O时，由过盈产生的阻力将确保阀300保持固定在适当的位置。这将消除如果阀300自由旋转会发生的任何磨损。第二，在操作过程中，动力端口和排放端口之间的压力差总是沿相同的方向朝向排放通道偏压闸。通过确保阀300朝向排放通道被偏压，使得在动力端口和排放端口之间的潜在泄漏最小化。
如图15所示，闸阀300具有梯形背部306，其在靠近吸入端口210的一端处比在其相对处的一端宽。
在一个实施例中，致动器310是气动致动器，其连接到闸阀以可操作地在打开位置O和关闭位置C之间移动闸阀。气动致动器可以使用由文丘里装置为自调节系统配置创建的非常真空来操作。在共同未决的美国申请序列号14/154,268和序列号14/277,815中讨论了示例性气动致动器。在另一个实施例中，致动器310是电磁致动器，其连接到闸阀300以可操作地在打开位置和关闭位置(例如，电磁线圈)之间移动闸阀。在共同未决的美国申请序列号14/473151中讨论了示例电磁线圈。
如图11所示，闸阀300相对于椭圆或多边形动力出口233定位，用于在最短行程距离下直线平移，该行程距离在平行于动力出口233的短轴的平面中。例如，具有4mm半径的圆形排放入口具有4mm的行程距离，而具有与具有2.3mm短轴的4mm圆形相同面积的椭圆形排放入口仅具有2.3mm的行程距离。这几乎是圆形排放入口距离的一半。
在图11和图18中所示的实施例中，闸阀300被定位成从下部主体206的侧面而不是从下部主体的顶部或底部进入吸入腔250。这种结构使闸阀300与椭圆形排放入口的短轴对齐，并且提供最短行程距离，这既减少了从打开位置O到关闭位置C或反之亦然的时间，也减少了驱动装置的尺寸，电磁或气动装置。
此外，参考图17，通过将闸阀300引入下部主体206的构造中，发现了意外的结果。当存在闸阀时，与没有闸阀的等效文丘里装置(即，无闸式文丘里装置)相比，对于10kPa源真空，以克/秒为单位的流量增加约5.5％，对于20kPa源真空，增加约2％。此外，如图17所示，对于10kPa源真空，吸入真空增加约3％。发明人期望引入该闸以略微降低性能，但实际上在10kPa和20kPa源真空下改善了至少一个方面的性能。
现在参考图19和20，公开了文丘里装置的另一个实施例，一般指定为400。文丘里装置400连接到需要真空的装置102，并且包括主体406，该主体406限定通道404并且具有多种端口，该多种端口包括动力端口408、一对吸入端口410a、410b、抽吸出口412、吸入壳体407，吸入壳体407用流体密封/气体密封密封件连接到主体406，例如通过声波焊接、加热或其它常规方法用于在其间形成这样的密封件，以及可选地，双旁通端口414a、414b。吸入壳体407和主体406一起形成止回阀420和/或421，如果存在止回阀420和/或421，则分别包括密封件411、411'。此外，文丘里装置400包括分别限定腔456的端和腔466的端的第一帽409a和第二帽409b。第一帽409a和第二帽409b通过例如声波焊接、加热或其他用于形成这种密封的常规方法，通过流体密封/气体密封密封件连接到其上。代替帽409a和409b，主体406可以模制成使得这些是整体关闭的腔。
主体406沿由吸入端口410a、410b等分的中心纵向轴线限定通道404。内部通道404包括第一锥形部分428和第二锥形部分429，第一锥形部分428和第二锥形部分429端对端对齐，动力出口端432面向排放入口端434并且在它们之间限定出文丘里间隙452。以下未描述的文丘里装置400的部件被理解为与上述相对于其他实施例的部件类似。
图19和图20中的主体406还限定了腔456，该腔456将第一吸入端口410a和第二吸入端口410b彼此隔开一段距离D400。腔456包括从主体406的通道404径向向内和轴向向外延伸(在图中向上)的多个指状物442。多个指状物442沿径向布置为从腔456的内壁在一个方向上的单独突出部，在该方向上相邻的指状物彼此隔开一段距离，并且限定了它们之间的空隙，该空隙与第二吸入端口410b流体连通。多个指状物442限定用于密封件411的座位作为止回阀420的一部分。类似地，如果存在旁通端口414a、414b，则止回阀421具有由主体406限定的腔466，该腔466包括从主体406的通道404径向向内和径向向外延伸(在附图中向上)的多个指状物442'，该通道共同限定了密封件411'的座位。多个指状物442'沿径向布置成从腔466的内壁在一个方向上的单独突出部，在该方向上相邻的指状物彼此隔开一段距离。多个指状物442、442'中的每一个具有比其顶端宽的基部。多个指状物442的顶端共同限定了用于打开位置的密封件411的座，而指状物442的顶端限定了用于打开位置的密封件411的座位。
参看图20，主体406还包括限定闸槽480的端口482。端口482和闸槽480横切文丘里装置400的中心纵向轴线A。闸槽480可以终止于主体406的外部，具有可连接到致动器的连接器，如图11中所示。闸槽480成形为容纳图22中的闸阀300'并且从端口端观察为大致滴漏形状。闸阀槽480定位于，使闸阀300'从主体406的侧面而不是从下部主体的顶部或底部进入吸入腔456。这种结构使闸阀300'与椭圆形排放入口的短轴对齐，并且提供最短行程距离，这既减少了从打开位置O到关闭位置C或反之亦然的时间，也减少了驱动装置的尺寸，电磁或气动装置。
现在参考图21，更详细地示出了在动力出口端口432和排放入口端口434之间的文丘里间隙452。主体406还限定了一个腔456，如图19和20中所标记的，该腔456将第一吸入端口410a和第二吸入端口410b彼此隔开一段距离D400。动力截面的出口端432在腔456提供围绕出口端432的整个外表面的流体流动的位置延伸到腔室456中，并且排放截面146的入口端434在腔456提供围绕入口端434的整个外表面的流体流动的位置延伸到腔456中。吸入端口410a定位于靠近动力出口端432的顶部441和排放入口端434的顶部443，该顶部441、443限定了文丘里间隙452的上部433。吸入端口410b定位于靠近动力出口端432的下部部分445和排放入口端434的下部部分447，该下部部分445、447限定了文丘里间隙452的下部部分435。文丘里间隙452的宽度从文丘里间隙452的上部部分433和下部部分435的最大宽度W1处对称地逐渐减小，接近吸入端口410a、410b处，达到在文丘里间隙452的中心部分437处的最小宽度W2。结果，由文丘里间隙552限定的空隙对称于将通道404等分成上半部457和下半部459(在图示的实施例中，在轴线B上方和下方)的平面，从而改善了流动条件，并且与采用具有不对称(例如，锥形或锥形)配置的文丘里间隙的抽吸系统相比，减小了流体流过文丘里间隙452时的湍流和产生的噪声。
因为所公开的系统提供了更大的能力来利用由通过通道404的动力流动产生的文丘里效应，所以文丘里装置400在文丘里间隙452的任一侧上包括一对吸入端口410a、410b，与包括单个吸入端口410的系统相比，也为给定的动力流动和排放压力提供了改进的吸入流速。继续参考图21，箭头453和455表示通过上吸入端口410a和下吸入端口410b的流体流动路径。通过文丘里间隙452的通道404的上半部457的动力流产生的文丘里力主要沿着流动路径453通过吸入端口410a产生吸入。通过文丘里间隙452的通道404的下半部459的动力流产生的文丘里力主要沿着流动路径455通过吸入端口410b产生吸入。
参考图22和23，闸阀300'滑动地安置在闸槽480内，使得闸阀300'可线性平移以打开和关闭文丘里间隙452。闸阀300'由非腐蚀金属或塑料薄片折叠、弯曲或模制成大致为U形的连续的片，类似于图16的视图，其成形为当处于图23的关闭位置时关闭动力出口和排放入口，并且具有与上述闸阀300类似的特性、优点和意想不到的结果。连续的相对侧302'、304'之间隔开一段距离，以限定它们之间始终与吸入端口410a、410b流体连通的空隙308'。空隙308'沿其高度不具有统一的宽度。相反，第一侧302'和第二侧304'在其上表面312'、下表面314'处彼此间隔开第一距离D1和位于上表面和下表面之间的中心平面处彼此间隔开第二距离D2。因此，闸阀300'的后部306'通常形成为滴漏，在两个吸入端口410a、410b附近的端较宽，在其中间较窄。
一种与图19至图20中类似的文丘里装置，但具有镜止回阀，第二“上部”主体407与图19中的止回阀420相对，在图9至图10所示的实施例中的共同未决的美国申请14/734228中公开，其还可以具有端口482和槽480，用于容纳闸阀300'。
尽管本发明是针对特定实施例进行展示和描述的，但很明显，本领域技术人员在阅读和理解说明书时会发生修改，并且本发明包括所有此类修改。

Claims (20)

1.一种用于产生真空的文丘里装置，包括：
主体，所述主体限定在聚集动力部分的出口端和发散排放部分的入口端之间的文丘里间隙；
吸入端口，所述吸入端口与文丘里间隙流体连通；
闸阀，所述闸阀可线性平移以打开和关闭所述文丘里间隙，所述闸阀在纵向横切面上大致呈U形，从而具有连续的相对侧，所述相对侧各自关闭所述动力出口和所述排放入口中的一个，并且限定与所述吸入端口流体连通的所述相对侧之间的空隙；
致动器，所述致动器连接到所述闸阀，以可操作地在打开位置和关闭位置之间移动所述闸阀。
2.根据权利要求1所述的文丘里装置，其中，所述闸阀的所述相对侧各自起板簧的作用，并通常彼此远离偏置。
3.根据权利要求1所述的文丘里装置，所述文丘里装置限定了横切所述聚集动力部分的中心纵向轴线的闸槽，所述闸阀滑动地安置在所述闸槽内。
4.根据权利要求3所述的文丘里装置，其中，所述闸阀具有梯形背部或者滴漏形背部，所述梯形背部在靠近所述吸入端口的一端处较宽，所述滴漏形背部的相对的两端比中间区域宽。
5.根据权利要求1所述的文丘里装置，其中，所述聚集动力部分限定椭圆形或多边形的动力出口，并且所述发散排放部分限定椭圆形或多边形的排放入口。
6.根据权利要求5所述的文丘里装置，其中，所述闸阀相对于所述椭圆或所述多边形的动力出口定位，以在平行于所述动力出口的短轴的平面中以最短行程距离线性平移。
7.根据权利要求5所述的文丘里装置，其中，所述聚集动力部分限定内部通道，所述内部通道以双曲线函数形式从所述圆形的动力入口过度到所述椭圆形或所述多边形的动力出口，并且其中所述椭圆形或所述多边形的动力出口具有小于所述圆形的动力入口面积的面积。
8.根据权利要求5所述的文丘里装置，其中，所述椭圆形或所述多边形的动力出口的长轴与短轴的比值约为2至4，并且所述椭圆形或所述多边形的排放入口相对于所述椭圆形或所述多边形的动力出口以比例偏移，所述比例为所述排放入口面积和所述动力出口面积之差与所述峰值动力流速之比((排放入口面积-动力出口面积)/峰值动力流速)乘以大于0.28的常数，其中，常数等于声速与在所述动力出口处的所述流体的密度之积。
9.根据权利要求5所述的文丘里装置，其中，所述文丘里间隙与所述(动力质量流速)n成比例，其中，n为0.25至0.8。
10.根据权利要求1所述的文丘里装置，还包括连接到所述闸阀的气动致动器或电磁致动器，以在打开位置和关闭位置之间可操作地移动所述闸阀。
11.根据权利要求1所述的文丘里装置，其中，所述吸入端口围绕所述聚集动力部分的所述出口端的侧面和所述发散排放部分的所述入口端的侧面向下延伸，并且所述吸入端口在所有侧面之间限定空隙，并且其中所述聚集动力部分的所述出口端和所述发散排放部分的所述入口端的外部轮廓通常匹配其各自的内部形状。
12.一种包括如权利要求1所述的文丘里装置的系统，所述文丘里装置具有与需要真空的装置流体连通的所述吸入端口和与流体源流体连通的所述聚集动力部分。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述流体源是内燃机中的增压器或涡轮增压器的压缩机。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述排放出口与所述内燃机的所述进气歧管流体连通。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述流体源是来自内燃机中的进气过滤器的大气空气。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述排放出口与所述内燃机的所述进气歧管流体连通。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述闸阀的所述相对侧各自起板簧的作用，并通常彼此远离偏置，其中所述相对侧的一侧与所述聚集动力部分的所述出口端接合，另一侧与所述发散部分的所述入口端接合。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统限定了横切所述聚集动力部分的中心纵向轴线的闸槽，所述闸阀在所述闸槽内滑动地相对于所述椭圆或所述多边形的动力出口定位，以在平行于所述动力出口的短轴的平面中以最短行程距离线性平移。
19.根据权利要求12所述的系统，其中所述闸阀具有梯形背部，所述梯形背部在靠近所述吸入端口的一端处较宽。
20.根据权利要求12所述的系统，其中所述聚集动力部分限定内部通道，所述内部通道以双曲线函数形式从所述圆形的动力入口过度到所述椭圆形或所述多角形的动力出口，并且其中所述椭圆形或所述多角形的动力出口具有小于所述圆形的动力入口面积的面积。
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