相關申請

本申請要求于2015年1月9日提交的美國臨時申請?zhí)?2/101,652的權益。

本申請涉及使用抽空裝置產生真空的操作系統(tǒng)，并且特別涉及其抽空裝置在所有操作條件下為渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)中的曲軸箱通風系統(tǒng)提供真空的操作系統(tǒng)。

背景技術：

在一些車輛中，使用真空來操作或輔助各種裝置的操作。例如，真空可以用于輔助驅動器施加車輛制動、曲軸箱通風、渦輪增壓器操作、燃料蒸氣凈化、采暖通風系統(tǒng)致動以及傳動系部件致動。如果車輛不自然地產生真空(諸如由進氣歧管產生真空)，則需要單獨的真空源來操作這種裝置。例如，在進氣歧管壓強通常處于大于大氣壓的壓強的一些增壓發(fā)動機中，進氣歧管真空可以被來自抽空裝置的真空替換或增大。

如本文所使用的，抽空裝置被定義為具有三個連接件的會聚、擴張噴嘴組件：推進口、排放口和與需要真空的裝置連接的抽吸口。取決于推進口和排放口處的壓強，抽空裝置可以是噴射器或吸氣器。具體地，如果抽空裝置的推進口處的壓強處于大氣壓，并且如果排放口小于大氣壓，則抽空裝置可以作為吸氣器操作。如果抽空裝置的推進口的壓強大于大氣壓，并且抽空裝置的排放口小于推進口處的壓強，但至少處于大氣壓，則抽空裝置作為噴射器操作?？梢栽诔榭昭b置內產生低壓區(qū)域，使得空氣可以從真空儲器中抽出，或者可以直接作用在需要真空的裝置上，從而減小需要真空的真空儲器或裝置內的壓強。

本領域技術人員將容易地理解，在所有操作條件下，增壓發(fā)動機(即，包括用于改善功率輸出和總體效率的渦輪增壓器的發(fā)動機)需要曲軸箱通氣。因此，在本領域中對在所有操作條件下為渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)中的曲軸箱通風系統(tǒng)提供真空的抽空裝置有持續(xù)的需求。

技術實現(xiàn)要素：

在一個實施例中，公開了渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括真空消耗裝置；渦輪增壓器，其具有與發(fā)動機的進氣歧管流體地連接的壓縮機；設置于壓縮機上游的第一止回閥；設置于壓縮機下游且進氣歧管上游的第二止回閥；以及抽空裝置。抽空裝置包括會聚推進區(qū)段、擴張排放區(qū)段、至少一個抽吸口、以及設置于會聚推進區(qū)段的出口端與擴張排放區(qū)段的入口端之間的文丘里間隙。抽空裝置的擴張排放區(qū)段與第一止回閥和第二止回閥兩者流體地連接。抽吸口與真空消耗裝置流體地連接。第一止回閥和第二止回閥確保抽空裝置的會聚推進區(qū)段處的壓強總是大于抽空裝置的擴張排放區(qū)段處的壓強。

在另一個實施例中，公開了渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有帶有出口的油霧分離器的曲軸箱通風系統(tǒng)；渦輪增壓器，其具有與發(fā)動機的進氣歧管流體地連接的壓縮機；設置于壓縮機上游的第一止回閥；設置于壓縮機下游且進氣歧管上游的第二止回閥；以及抽空裝置。抽空裝置包括會聚推進區(qū)段、擴張排放區(qū)段、至少一個抽吸口、以及設置于會聚推進區(qū)段的出口端與擴張排放區(qū)段的入口端之間的文丘里間隙。抽空裝置的擴張排放區(qū)段與第一止回閥和第二止回閥兩者流體地連接。抽吸口與曲軸箱通風系統(tǒng)的油霧分離器的出口流體地連接。第一止回閥和第二止回閥確保抽空裝置的會聚推進區(qū)段處的壓強總是大于抽空裝置的擴張排放區(qū)段處的壓強。

附圖說明

圖1是包括抽空裝置的內燃機渦輪系統(tǒng)的一個實施例的流動路徑和流動方向的示意圖。

圖2是圖1所示的抽空裝置的一個實施例的立體圖。

圖3是圖2所示的抽空裝置的截面圖。

圖4是圖1所示的抽空裝置的另一實施例的立體圖。

圖5是圖4所示的抽空裝置的截面圖。

圖6是圖1所示的抽空裝置的又一實施例的立體圖。

圖7是圖6所示的抽空裝置的截面圖。

圖8示出了與油霧分離器的出口連接的圖2-3所示的抽空裝置。

圖9示出了與油霧分離器的出口連接的圖4-5所示的抽空裝置。

圖10示出了在第一操作條件期間圖2-3所示的抽空裝置和油霧分離器中的流體流動的矢量圖。

圖11示出了在第二操作條件期間圖2-3所示的抽空裝置和油霧分離器中的流體流動的矢量圖。

圖12示出了在第一操作條件期間圖4-5所示的抽空裝置和油霧分離器中的流體流動的矢量圖。

圖13示出了在第二操作條件期間圖4-5所示的抽空裝置和油霧分離器中的流體流動的矢量圖。

具體實施方式

以下詳細描述將說明本發(fā)明的一般原理，其示例在附圖中另外示出。在附圖中，相同的附圖標記表示相同或功能相似的元件。如本文所使用的，術語流體可以包括任何液體、懸浮液、膠體、氣體、等離子體或其組合。

現(xiàn)在參考圖1，公開了用于提供真空的示例性渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)10。發(fā)動機空氣系統(tǒng)10可以包括內燃機12、空氣濾清器14、抽空裝置20、壓縮機24、渦輪機26、節(jié)流閥28、增壓空氣冷卻器(cac)30、第一止回閥32，以及第二止回閥34。內燃機12可以是例如火花點火(si)發(fā)動機或壓縮點火(ci)發(fā)動機。在一個實施例中，內燃機12可以包括在作為混合動力車輛的部分的電動機/電池系統(tǒng)中。在圖1所示的實施例中，內燃機12被增壓。這意味著壓縮機24和渦輪機26可以是用于改進內燃機12的功率輸出和總效率的渦輪增壓器的部分。渦輪機26可以包括渦輪機葉輪(在圖1中未示出)，其利用排氣能量并通過公共軸40將排氣能量轉換成機械功以轉動壓縮機24的壓縮機葉輪(圖1中未示出)。壓縮機葉輪在升高的操作壓強下將空氣吸入、壓縮、并且饋送到內燃機12的進氣歧管42中。

抽空裝置20從壓縮機24被供應空氣。具體地，大氣壓下的清潔空氣離開空氣濾清器14，并且可以在通過抽空裝置20之前被壓縮機24壓縮。如下面更詳細地解釋的，抽空裝置20可用于向發(fā)動機12的曲軸箱通風系統(tǒng)52提供真空。特別地，當發(fā)動機12在所有條件下操作時(即，當發(fā)動機12處于升壓下和部分加載狀態(tài)時)，抽空裝置20允許正曲軸箱通風。

cac30可以設置于壓縮機24的下游且節(jié)流閥28的上游。節(jié)流閥28可以設置于空氣濾清器14、壓縮機24和cac30的下游且內燃機12的進氣歧管42的上游。當操作者壓下加速器踏板(未示出)時，節(jié)流閥28可以打開。當節(jié)流閥28打開時，來自壓縮機24的壓縮空氣自由地填充內燃機12的進氣歧管42，從而增加進氣歧管42處的壓強。本領域技術人員將理解，節(jié)流閥28可以基于加速器(未示出)的下壓量定位在多個部分打開位置。由于發(fā)動機空氣系統(tǒng)10是渦輪增壓的，所以當節(jié)流閥28打開時，進氣歧管42處的壓強可增加到高于大氣的壓強。

抽空裝置20可以包括第一發(fā)動機空氣連接件44、第二發(fā)動機空氣連接件46、和氣動致動真空泵50。氣動致動真空泵50的一個實施例在圖2中示出，并在下面更詳細地描述。回到圖1，抽空裝置20的第一發(fā)動機空氣連接件44可以在cac30的上游且壓縮機24的下游位置處與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10流體地連接。然而，在替代實施例中，第一發(fā)動機空氣連接件44可以設置于cac30的下游且節(jié)流閥28的上游。

接合處60可以沿著發(fā)動機空氣系統(tǒng)10的第二發(fā)動機空氣連接件46定位。接合處60可以分支成在兩個離散的位置62、64處與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10流體地連接的兩個流體導管。第一位置62在壓縮機24的上游且空氣濾清器14的下游。第一止回閥32可以設置于與第一位置62和接合處60連接的流體導管66內。第二位置64設置于進氣歧管42的上游且節(jié)流閥28的下游。第二止回閥34可設置于與第二位置64和接合處60連接的流體導管68內。

圖2是圖1所示的抽空裝置20的一個實施例的立體圖，并且示出氣動致動真空泵50。參考圖1和圖2，氣動致動真空泵50可以作為發(fā)動機空氣系統(tǒng)10內的噴射器操作。也就是說，氣動致動真空泵50與高于大氣壓強(例如，來自壓縮機42的增壓壓強)的壓強源連接并將空氣排放到低于增壓壓強的系統(tǒng)10的任何部分。

繼續(xù)參考圖1-2，如本文所使用的，氣動致動真空泵50可以是具有三個或更多個連接件的會聚、擴張噴嘴組件。氣動致動真空泵50可包括與發(fā)動機空氣連接件44流體地連接的推進口70、與發(fā)動機空氣連接件46流體地連接的排放口74、以及與內燃機12的曲軸箱通風系統(tǒng)52流體地連接的一個或多個抽吸口72。盡管附圖示出了與曲軸箱通風系統(tǒng)52流體地連接的抽吸口72，但是應當理解，抽吸口72也可以與其他類型的真空消耗裝置流體地連接，例如，制動增壓罐。氣動致動真空泵50的推進口70可以在壓縮機24的下游位置處與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10流體連通，并且氣動致動真空泵50的排放口74可以在第一位置62以及第二位置64與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10流體連通。在一個實施例中，氣動致動真空泵50的抽吸口72可以在曲軸箱通風系統(tǒng)52的油霧分離器的出口處與內燃機12的曲軸箱通風系統(tǒng)52流體地連接。圖8中示出了油霧分離器。然而，應當理解，圖8中所示的油霧分離器安裝有氣動致動真空泵50的替代實施例。

在一個實施例中，氣動致動真空泵50可以由承受至少200℃的溫度的材料構造成，以便適應離開渦輪增壓器的壓縮機24的空氣的升高的溫度。例如，在一個實施例中，氣動致動真空泵50可以由諸如以商品名出售的聚苯硫醚(pps)的塑料、諸如鋁或鎂的金屬材料、以及聚丙烯(單獨的或與例如玻璃纖維、礦物或其它增強劑的各種填料)構造成。

圖3是圖2所示的氣動致動真空泵50的截面圖。參考圖2和圖3，氣動致動真空泵50可以是多文丘里抽空裝置。應當理解，圖2和圖3本質上僅僅是示例性的，并且本公開不應僅限于多文丘里抽空裝置。例如，在替代實施例中，單個文丘里抽空裝置可以被代替使用。然而，本領域技術人員將容易地認識到，多文丘里抽空裝置的一個優(yōu)點是，與僅具有一個文丘里間隙的抽空裝置相比，抽空裝置可以在更寬的流體流動壓強范圍(例如，增壓壓強)內產生可用的真空。

氣動致動真空泵50包括下主體部分106和上主體部分108，當組裝在一起時，它們限定與下主體部分106中的第一文丘里間隙112對準的第一部分114、以及與下主體部分106中的第二文丘里間隙116對準的第二部分118。氣動致動真空泵50的下主體部分106限定導管122，導管122包括將導管122分成會聚區(qū)段124和擴張區(qū)段126的第一文丘里間隙112。會聚區(qū)段124和擴張區(qū)段126均限定連續(xù)地、逐漸變細的內部通道，該內部通道在它們接近第一文丘里間隙112時變窄，并且在高壓流體從會聚區(qū)段124通過進入擴張區(qū)段126時對高壓流體產生文丘里效應。第二文丘里間隙116定位在第一文丘里間隙112的下游，并且將氣動致動真空泵50的擴張區(qū)段126分成第一部分130和第二部分132。第一部分130設置于第一文丘里間隙112和第二文丘里間隙116之間，并且包括第一文丘里間隙112的排放部134。第二部分132設置于第二文丘里間隙116的排放部135的下游，并且延伸到氣動致動真空泵50的排放出口136。

導管122的會聚區(qū)段124與氣動致動真空泵50的推進口70流體地連接。氣動致動真空泵50的推進入口70與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10的第一發(fā)動機空氣連接件44(圖1)是可連接的。導管122的擴張區(qū)段126與氣動致動真空泵50的排放口74流體地連接。氣動致動真空泵50的排放口74與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10的第二發(fā)動機空氣連接件46(圖2)是可連接的。氣動致動真空泵50的上主體部分108限定抽吸口72。上主體部分108還可以在其中限定一個或多個第一開口148，其與第一部分114和第一文丘里間隙112流體連通。上主體部分108可以進一步在其中限定一個或多個第二開口149，其與第二部分118和第二文丘里間隙116流體連通。氣動致動真空泵50的抽吸口72與發(fā)動機空氣系統(tǒng)10的曲軸箱通風系統(tǒng)52(圖1所示)是可連接的。

氣動致動真空泵50的文丘里間隙112、116可以暴露于來自曲軸箱通風系統(tǒng)52的油霧分離器的出口的空氣(圖8中示出了油霧分離器，并且在下面更詳細描述)。如圖3所示，氣動致動真空泵50的文丘里間隙112、116彼此分離，并且不會從彼此抽出空氣(即，文丘里間隙112、116之間沒有交叉流動)。相反，氣動致動真空泵50的文丘里間隙112、116僅從油霧分離器抽出空氣。在2014年7月10日提交的共同未決申請?zhí)?2/022,839、2014年1月20日提交的共同未決申請?zhí)?1/929,264以及2013年10月8日提交的共同未決申請?zhí)?1/888,186中描述了氣動致動真空泵50的完整描述，所有這些全部內容通過引用并入本文。

在如圖3所示的實施例中，氣動致動真空泵50不包括設置于氣動致動真空泵50的第一部分114或第二部分118中的任何類型的止回閥元件。換句話說，本公開的圖1所示的抽空裝置20不包括任何止回閥。因此，密封構件不設置于氣動致動真空泵50的第一部分114或第二部分118內。然而，應當理解，在另一個實施例中，止回閥也可以被包括。

參考圖1-3，發(fā)動機空氣系統(tǒng)10的止回閥32、34與氣動致動真空泵50的排放口74流體地連接。具體地，第一止回閥32僅允許空氣從氣動致動真空泵50的排放口74進入壓縮機入口80。第二止回閥34僅允許空氣從氣動致動真空泵50的排放口74進入發(fā)動機12的進氣歧管42。止回閥32、34被設置成確保氣動致動真空泵50的推進入口70處的壓強總是大于氣動致動真空泵50的排放口74處的壓強(即，正壓差總是存在于整個氣動致動真空泵50)。

圖4-5示出了氣動致動真空泵250的另一個實施例。在如圖4-5所示的實施例中，氣動致動真空泵250包括與壓縮機42(圖1)流體地連接并且供應來自壓縮機42的壓縮空氣的推進口70、與曲軸箱通風系統(tǒng)52(圖1)流體地連接的抽吸口72、以及與低于增壓壓強的壓強流體地連接并且將空氣排放到該低于增壓壓強的壓強的排放口74。參考圖5，氣動致動真空泵250的通道254可以在通道254的推進區(qū)段280中包括第一錐形部分272(也稱為推進錐體)。通道254還可以在通道254的排放區(qū)段274中包括第二錐形部分273(也稱為排放錐體)。通道254的第一錐形部分272可以包括入口端284和出口端286。類似地，通道254的第二錐形部分273也可以包括入口端288和出口端290。

如圖5所示，氣動致動真空泵250的第一錐形部分272可以通過文丘里間隙282a與第二錐形部分273流體耦合。文丘里間隙282a可以是將抽吸口72設置為與氣動致動真空泵250的推進區(qū)段280和排放區(qū)段274流體連通的流體接合處。氣動致動真空泵250的通道254的入口端284、288和出口端286、290可以包括任何類型的輪廓，諸如但不限于圓形、橢圓形或另一多邊形。此外，從通道254的入口端284、288和出口端286、290延伸的逐漸地、連續(xù)地變細的內徑可以限定雙曲面、拋物面或錐體。第一錐形部分272的出口端286和第二錐形部分273的入口端288的一些示例性配置在2014年6月3日提交的共同未決的美國專利申請?zhí)?4/294,727的圖4-6中呈現(xiàn)，其全部內容通過參考并入本文。

多個額外的間隙282b、282c、282d可以沿氣動致動真空泵250的第二錐形部分273設置在文丘里間隙282a的下游。在實施例中，如圖4-5所示，氣動致動真空泵250包括總共四個間隙，其中三個間隙282b、282c、282d設置于文丘里間隙282a的下游。應當理解，該圖僅僅是氣動致動真空泵250的一個示例性實施例。本領域技術人員將容易地理解，可以在文丘里間隙282a的下游設置任何數(shù)量的間隙。2014年8月6日提交的共同未決美國專利申請?zhí)?4/452,651中呈現(xiàn)了氣動致動真空泵250的完整描述，其全部內容通過參考并入本文。然而，類似于如圖2-3所示的實施例，應當理解，抽空裝置250不包括止回閥。特別地，應當理解，沒有止回閥元件沿氣動致動真空泵250的頂表面296設置。

圖6-7示出了氣動致動真空泵350的另一個實施例。氣動致動真空泵350包括與壓縮機42(圖1)流體地連接并且供應來自壓縮機42的壓縮空氣的推進口70、與曲軸箱通風系統(tǒng)52(圖1)流體地連接的抽吸口72、以及與低于增壓壓強的壓強流體地連接并且將空氣排放到該低于增壓壓強的壓強的排放口74。類似于如圖4-5所示的實施例，抽空裝置350還包括通道354，其在通道354的推進區(qū)段380中限定第一錐形部分372。通道354還可以在通道354的排放區(qū)段374中包括第二錐形部分373。而且，類似于如上描述并且在圖4-5所示出的實施例，氣動致動真空泵350包括文丘里間隙382a以及沿氣動致動真空泵350的第二錐形部分373設置于文丘里間隙382a下游的多個額外的間隙382b、382c、382d。兩個氣動致動真空泵250以及氣動致動真空泵350包括類似的結構，除了氣動致動真空泵350包括沿氣動致動真空泵350的頂表面396的大體尖形或“v”形的輪廓。沿著頂表面396的氣動致動真空泵350的輪廓也可以被稱為階梯式配置。

繼續(xù)參考圖6-7，具有不同高度的一系列壁398a、398b、398c、398d、398e限定文丘里間隙382a以及設置于文丘里間隙382a下游的間隙382b、382c、382d。特別地，壁398a、398b限定文丘里間隙382a。壁398b、398c限定間隙382b。壁398c、398d限定間隙382c。壁398d、398e限定間隙382d。壁398a和398e設置于氣動致動真空泵350的殼體392的相反端400處。同樣，壁398a和398e包括從殼體392的底表面410開始測量的高度h1。壁398b和398d包括從殼體392的底表面410開始的高度h2，其中高度h2大于高度h1。最后，居中地定位于壁398b和壁398d之間的壁398c包括從殼體392的底表面410開始測量的高度h3。如圖6-7所示，壁398c的高度h3大于壁398b和壁398d的高度h2。壁398a、398b、398c、398d、398e形成沿著氣動致動真空泵350的頂表面396設置的尖形輪廓，并且減少或大體消除了文丘里間隙382a和間隙382b、382c、382d之間的交叉流動量。

類似于圖2-3和4-5所示的實施例并且如上所述，應當理解，抽空裝置350也不包括止回閥。特別地，應當理解的是，沒有止回閥元件沿著氣動致動真空泵350的頂表面396設置。

圖8是組裝到曲軸箱通風系統(tǒng)52(圖1所示)的油霧分離器500的氣動致動真空泵250的圖示。如圖8所示，氣動致動真空泵250的抽吸口72與油霧分離器500的出口502流體地連接。圖9是氣動致動真空泵350的示意圖，其中氣動致動真空泵350的抽吸口72也與油霧分離器500的出口502流體地連接。

圖10-11是示出了抽空裝置250的抽吸口72和油霧分離器500的入口502之間的流體流動的矢量圖。箭頭示出了抽空裝置250和油霧分離器500的入口502之間的流體流動的方向。圖10是在的第一操作條件下的流體流動的示意圖，其中抽空裝置250的推進入口70(圖1所示)處的壓強高于大氣壓4kpa，并且油分離器502的入口502處的壓強低于大氣壓4kpa。圖11示出了第二操作條件，其中抽空裝置250的推進入口70(圖1所示)處的壓強高于大氣壓20kpa，并且油分離器502的入口502處的壓強低于大氣壓4kpa。如圖10所示，在第一操作條件期間，交叉流動存在于油霧分離器500的區(qū)域a中、文丘里間隙282a和間隙282b之間。轉到圖11，在第二操作條件期間，交叉流動存在于油霧分離器500的區(qū)域b中、文丘里間隙282a和間隙282c之間。

圖12-13是示出抽空裝置350的抽吸口72與油霧分離器500的入口502之間的流體流動的矢量圖。具體地，圖12是在第一操作條件下的流體流動的示意圖，其中抽空裝置350的推進入口70(圖1所示)處的壓強高于大氣壓4kpa，并且油分離器500的入口502處的壓強低于大氣壓4kpa。圖13示出了第二操作條件，其中抽空裝置350的推進入口70(圖1所示)處的壓強高于大氣壓20kpa，并且油分離器500的入口502處的壓強低于大氣壓4kpa?？傮w參考圖10-13，應當理解，抽空裝置350的尖形輪廓導致抽空裝置350的文丘里間隙382a以及間隙382b、382c、382d之間大體沒有交叉流動。

總體參考附圖，所公開的抽空裝置提供了一種相對簡單、具有成本效益的方法，用于在增壓發(fā)動機的所有操作條件下向曲軸箱通風系統(tǒng)提供真空。與目前可提供的一些抽空裝置不同，所公開的抽空裝置不包括任何為了限制渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)內的流體流動的止回閥。然而，所公開的渦輪增壓發(fā)動機空氣系統(tǒng)可以包括設置于于發(fā)動機空氣系統(tǒng)內的分離的導管內的兩個止回閥，兩個止回閥都與抽空裝置的排放口流體地連接。止回閥確保抽空裝置的會聚推進區(qū)段處的壓強總是大于擴張排放區(qū)段處的壓強。

附圖中所示和上文描述的本發(fā)明的實施例是可以在所附權利要求的范圍內進行的許多實施例的示例。預期可以利用所公開的方法來創(chuàng)建本公開的許多其它配置。簡而言之，申請人的意圖是，由此授權的專利的范圍將僅受所附權利要求的范圍的限制。