JP2016523200A - ベンチュリ効果を使用した真空生成のための吸引器 - Google Patents

Abstract

ここに開示された吸引器は、収束した起動側セクションの流出端部と発散した排出側セクションの流入端部との間にベンチュリギャップを形成した本体を含み、ベンチュリギャップと流体連通した吸引ポートを備えている。収束した起動側セクションは円形の起動側流入部を形成し、且つ楕円形もしくは多角形の起動側流出部を形成し、発散した排出側セクションは、楕円形もしくは多角形の排出側流入部を形成している。一実施形態においては、収束した起動側セクションは、円形の起動側流入部から楕円形もしくは多角形の起動側流出部へと双曲線関数のように遷移した内部通路を形成し、楕円形もしくは多角形の起動側流出部は、円形の起動側流入部の面積よりも小さい面積を有する。

Description

本願は、２０１３年６月１１日に出願された米国仮出願第６１／８３３，７４６号明細書、および２０１４年６月３日に出願された米国特許出願第１４／２９４，７２７号明細書の利得を請求するものである。

本願は、ベンチュリ効果を使用した真空生成のための吸引器、より具体的には、顧客によって選択された最大起動側流量に関して、起動側流出端部および排出側流入端部において内部通路の周長を増加させることによって、吸引流れを増大させた吸引器に関する。

エンジン、例えば自動車用エンジンは、小型化され且つ過給され、そのことはエンジンから獲得可能な真空を減少させている。この真空は、自動車ブレーキブースタによる使用を含んだ、多くの潜在的な用途を有する。

この真空の不足に対する１つの解決策は、真空ポンプを搭載することである。しかしながら、真空ポンプは、大幅なコストアップとなり、且つエンジンに重量増加を科し、その電力消費は追加の交流発電機容量を必要とし、その効率の悪さは燃料経済改善行動を妨げる。

別の解決策は、吸気リークとして参照される、スロットルに並列なエンジン空気流れ経路を生じることによって、真空を生じさせる吸引器である。このリーク流れは、吸引真空を生じるベンチュリを通過する。現在入手可能な吸引器の問題は、それらが発生可能な真空質量流量の量において限定されていることであり、それらが消費するエンジン空気の量によって、図３に示されたように、例えば吸引器は、起動側流出端部および排出側流入端部において円形断面を有し、これは特許文献１および特許文献２に開示されている。

米国特許出願公開第２００６／００１６４７７号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２１３５１０号明細書

さらなる真空圧および増大された吸引質量流量を生じる一方で、エンジン空気の消費を減少した、改良されたデザインが必要とされている。

ここに開示された吸引器は、さらなる真空圧および増大された質量流量を生じる一方で、エンジン空気の消費を減少している。そのような吸引器は、収束した起動側セクションの流出端部と発散した排出側セクションの流入端部との間にベンチュリギャップを形成した本体を含んでいる。収束した起動側セクションは、楕円形もしくは多角形の内部断面の起動側流出部を備え、発散した排出側セクションは、楕円形もしくは多角形の内部断面の排出側流入部を備え、収束した起動側セクションおよび発散した排出側セクションは、起動側流入部を楕円形もしくは多角形の起動側流出部にまたは楕円形もしくは多角形の排出側流入部を、排出側流出部に接続した双曲面によって形成された、内部通路を一体となって画定している。一実施形態においては、少なくとも１つの起動側流入部または排出側流出部は、円形内部断面を有する。

吸引器は、ベンチュリギャップと流体連通した空洞を形成した吸引ポートを含み得る。ここで、収束した起動側セクションの流出端部を形成した本体の第１部分および発散した排出側セクションの流入端部を形成した本体の第２部分は、空洞の面上にあり、この空洞は第１本体部分および第２本体部分の両方の側部の周りに広がっている。一実施形態においては、本体の第１部分および第２部分の両方の外部プロファイルは、流入端部および流出端部のそれぞれの内部断面に全体的に合致している。

一態様においては、吸引器は、短軸に対する長軸の比率が約２から約４である、楕円形もしくは多角形断面の収束した起動側セクションの流出端部、および楕円形もしくは多角形断面の収束した起動側セクションの流出端部に対してオフセットされた、楕円形もしくは多角形断面の排出側セクションの流入端部を有するように構成され、そのオフセットは起動側ピーク質量流量に対する排出側流入面積と起動側流出面積との差の比率（（排出側流入面積−起動側流出面積）／起動側ピーク流量）に定数を乗じた数値だけ行われており、その定数は０．２８よりも大きい。

一実施形態においては、ベンチュリギャップは、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．２５から０．８であり、起動側流出部と排出側流入部との間のオフセットは、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．２５から０．８であり、流出端部の楕円形もしくは多角形の内部断面は、０から１以下の間の偏平率を有する。一実施形態においては、ベンチュリギャップに関するｎおよびオフセットに関するｎは、両方とも０．４から０．６とし得る。

吸引器の一実施形態の側面の長手方向断面を示した平面図である。 図１の吸引器の断面を示した上面図である。 先行技術における吸引器の吸引ポートの分岐点における、中心長手軸Ｂに平行な面に沿った、側面の断面を示した斜視図であり、起動側セクションおよび排出側セクションにおいて円形横断面を有する。 図２の吸引器の吸引ポートの分岐部における、中心長手軸Ｂに平行な面に沿った、側面の断面を示した斜視図である。 図４Ａのベンチュリギャップの形状を示した図である。 別の実施形態の吸引器の吸引ポートの分岐部における、中心長手軸Ｂに平行な面に沿った、側面の断面を示した斜視図である。 図５Ａのベンチュリギャップの形状を示した図である。 起動側流出端部と排出側流入端部との間のオフセットを示した、吸引器流出部から吸引器内部を見た状態を示した平面図である。 吸引器の起動側セクション内の内部通路のモデルを示した図である。 異なった、選択されたマニュホールドの真空バルブにおける、円錐円形吸引器(従来技術)に対する、ここに開示された双曲面楕円吸引器の吸引器吸引流量の比較を現したグラフである。 マニュホールド真空度が増大した場合の、円錐円形吸引器(従来技術)に対する、ここに開示された双曲面楕円吸引器の吸引器真空度の比較を現したグラフである。 マニュホールド真空度が増大した場合の、円錐円形吸引器(従来技術)に対する、ここに開示された双曲面楕円吸引器によりキャニスタを排気する時間の比較を現したグラフである。

以下の詳細な記載は、本発明の一般的な原理を示しており、追加的に添付図に実施例が図示されている。図において、類似の参照符号は、同一の又は機能的に類似した要素を示している。

ここで使用された場合、「流体」は任意の液体、懸濁液、コロイド、気体、プラズマ、またはそれらの組み合わせを意味している。

図１および図２は、異なった視点からの吸引器１００を示している。吸引器１００はエンジン、例えば自動車のエンジン内で使用されて、デバイスに真空を提供してもよい。図１において、吸引器１００は真空を必要とするデバイス１０２に接続され、吸引器１００は、ベンチュリ効果を生じるように設計された、全体的に吸引器の長さに延びた通路１０４を通じた空気の流れによって、このデバイス１０２のために真空を生じさせている。吸引器１００は、通路１０４を形成し且つエンジンにもしくはそこに接続された部品に接続可能な３つ以上のポートを備えた本体１０６を含んでいる。ポートは、（１）スロットルの上流に配置された、例えばエンジン吸気エアクリーナからの清浄な空気源に接続され得る起動側ポート１０８、（２）追加のチェックバルブ１１１を介して真空を必要としたデバイス１０２に接続され得る吸引ポート１１０、（３）エンジンのスロットルの下流のエンジン吸気マニュホールドに接続された吸引器排出側１１２、および随意的に（４）バイパスポート１１４を含んでいる。個別の各ポート１０８、１１０、１１２、および１１４は、個別のポートをホースまたはエンジン内の他の部品に接続するためのコネクタ機構１１７を、その外面に含んでいてもよい。

チェックバルブ１１１が好適に配置され、流体が吸引ポート１１０から機器デバイス１０２へと流れることを防止している。一実施形態においては、真空を必要とするデバイス１０２は、車両用ブレーキ支援デバイス、ポジティブクランクケース換気装置（ＰＣＶ）、または燃料パージデバイスである。別の実施形態においては、真空を必要とするデバイス１０２は、油圧バルブである。バイパスポート１１４は、真空を必要とするデバイス１０２に接続されてもよく、随意的に、それらの間の流体流れ経路１２２にチェックバルブ１２０を含んでもよい。チェックバルブ１２０が好適に配置され、バイパスポート１１４への、またはバイパスポート１１４から機器デバイス１０２への流体の流れを制御している。

図２および図３を参照すると、吸引器１００は全体的に「Ｔ字形状」の吸引器であり、吸引ポート１１０によって二分割された中心長手軸Ｂに沿った内部通路を形成している。内部通路１０４は、本体１０６の起動側セクション１１６内の第１テーパ部１２８（ここでは起動側コーンとしても参照される）を含み、このテーパ部は、本体１０６の排出側セクション１４６内の第２テーパ部１２９（ここでは排出側コーンとしても参照される）に連結されている。ここで、第１テーパ部１２８および第２テーパ部１２９は、端から端まで整列されており、排出側流入端部１３４に面し且つそれらの間にベンチュリギャップ１５２を形成した起動側流出端部１３２を備え、ベンチュリギャップは、内部通路１０４の起動側セクション１１６および排出側セクション１４６の両方と流体連通した吸引ポート１１０を載置した流体分岐点を形成している。ベンチュリギャップ１５２は、起動側流出端部１３２と排出側流入端部１３４との間の直線距離を意味するものとして、ここでは使用されている。

吸引器１００のような吸引器が自動車用エンジン内で使用された場合、自動車製造業者は、エンジンまたはその部品への吸引器の接続に獲得可能な配管／ホースのサイズに基づいて、起動側ポート１０８および吸引器排出側１１２の両方のサイズを通常は選択する。それに加えて、自動車製造業者は、吸引器内において使用するために獲得可能な最大起動側流量を通常は選択し、したがって起動側流出端部１３２、すなわち起動側出口１３３において形成された内部開口の面積を決定する。したがって、特有のエンジンに関して自動車製造業者が選択したパラメータは、吸引器排出側１１２に対する起動側出口１３３の比率を決定している。これらの制約の範囲内における動作のために、開示された吸引器１００は、低起点圧（５ｋＰａ〜３０ｋＰａ）／排出圧における高い吸引流量を生じる要望と、高起点圧（３０ｋＰａ〜６０ｋＰａ）／排出圧における増大された真空の深さと、の間の妥協を顕著に減少させている。妥協のこの減少は、図５および図６に示されたように、起動側出口１３３および（排出側流入端部１３４によって形成された）排出側入口１３５が、起動側流出端部１３２および排出側流入端部１３４において内部通路１０４の外周を増大させるように、構造を変化させることによって達成されている。

図５Ａ、図５Ｂ、および図６に示されたように、少なくとも起動側流出端部１３２（起動側出口１３５）の内面および排出側流入端部１３４（排出側入口１３５）の内面は楕円形であるが、代替的に多角形形状であってもよい。ベンチュリギャップ１５２から、起動側流出端部１３２から離れるようにおよび排出側流入端部１３４から離れるように、反対方向に延びた内部通路１０４の内部は、同一の全体形状を備えるように構成されてもよい。図７は、吸引器の起動側セクション内の内部通路の形状の一実施形態を示しているが、等しく、１８０°回転した場合、排出側セクション内の内部通路を示している。図７の内部通路は、面積Ａ_１を有する円形開口部として起動側流入端部１３０を起点とし、双曲線関数的に徐々に、連続的に遷移して、起動側出口１３５においてＡ_１よりも小さい面積Ａ_２を有する楕円開口となる。起動側流入端部１３０における円形開口部は、双曲線１７０によって楕円形状の起動側出口１３５に接続されており、双曲線は、起動側流出端部１３２において互いに平行な流線の利点を提供している。起動側流入端部１３０および排出側流出端部１３６も、その上流のいくつかの位置において楕円形状または多角形形状開口部を形成しており、この形状から円形断面へと遷移してホース接続部を形成し、それは例えばその外部においてコネクタ機構１１７を備えたホース接続部１１９に類似している。

吸引器１００の「Ｔ」字形状を形成するために、吸引ポート１１０は、本体の中心長手軸Ｂに全体的に直交した中心長手軸Ｃを備えている。追加のバイパスポート１１４は、本体の中心長手軸Ｂに全体的に直交した中心長手軸Ｄを同様に備えている。図１に示されたように、バイパスポート１１４は、排出側流出端部１３６と隣接した、排出側流出端部１３６の下流の第２テーパセクション１２９と交差していてもよい。本体１０６はその後、すなわちバイパスポートのこの交差部の下流において、吸引器排出側１１２において終端となるまで円筒形の均一内径として続いている。別の実施形態（図示略）においては、バイパスポート１１４および／または吸引ポート１１０は、直交しているというよりはむしろ、軸Ｂに対しておよび／または互いに対して傾斜され得る。図２の実施形態においては、吸引ポート１１０およびバイパスポート１１４は互いに整列されて、本体の中心長手軸Ｂに対して同じ向きとされている。別の実施形態においては、図示されていないが、吸引ポート１１０およびバイパスポート１１４は、互いからオフセットされていてもよく、エンジン内の部品に対して、それらの接続が容易になるように配置されることが可能である。

吸引ポート１１０は、吸引部入口１３８および排出側入口１３４である吸引部出口を含み、同様に第１テーパセクション１２８は、コーン状にまたはその長さに沿って双曲線関数に従って徐々に、連続的に、大きい寸法の吸引部入口１３８から小さい寸法の吸引部出口１３４へとテーパとなっている。バイパスポート１１４も、存在している場合、コーン状にまたはその長さに沿って双曲線関数に従って徐々に、連続的に、特に小さい寸法の端部１６２から大きい寸法の端部１６０へとテーパとなっていてもよい。システム内への吸引器の取り付けに依存して、バイパスポート１１４は、大きい径の端部１６０が入口として、および小さい寸法の端部１６２が出口として、またはそれらを逆転して作動し得る。

図２および図５に最もよく見られているように、第２テーパ部１２９と隣り合って並んだ第１テーパ部１２８の起動側流出端部１３２において、吸引ポート１１０は、ベンチュリギャップ１５２と流体連通した空洞１５０を形成した、拡張された領域を含んでいるか、またはそれとは逆に、ベンチュリギャップ１５２は空洞１５０の一部として考えられ得る。内部通路１０４を備えた吸引ポート１１０の流体分岐点は、全体的にベンチュリギャップ１５２に対して中心を合わせられており、空洞１５０は、吸引ポートの中心長手軸Ｃと全体的に整列されて、第１テーパ部１２８を第２テーパ部１２９へと遷移させている。空洞１５０は平行六面体形状とされてもよく、その長さは吸引ポートの内部断面寸法に類似しているが、その底部は吸引ポート１１０から離れるように下向きに突出した弓状突起である。吸引ポートの中心長手軸Ｃに沿った、本体の中心長手軸Ｂに対して横向きの断面においては、空洞は排出側流入端部１３４および起動側流出端部１３２の周りならびに／またはその上で全体的にＵ字形状に見られ、それは図２、図４Ａ、および図５Ａの視点により最も良好に理解される。図２および図５Ａに見られているように、吸引ポートは、起動側流出端部１３２の側部の周りおよび排出側流入端部１３４の側部の周りに下向きに延びており、すべてのその側部の間において空間１５０を形成している。図５Ａに見られているように、起動側流出端部１３２および排出側流入端部１３４の外部プロファイルは、両方が個々の内部形状に全体的に適合している。

吸引器１００において、第１テーパ部１２８を通じた起動空気の流れは、その速度を増加させるが、空洞１５０内で低い静圧を生じる。この低い静圧は、吸引ポート１１０からベンチュリギャップ１５２および排出側流入部（吸引部出口）１３４を通じて排出側セクション１４６へと空気を吸引する。

吸引器１００は、以下の幾何学的比率を満足するように動作され得る。

性能比率は以下の通りである。

ここに開示された双曲線的流れ通路に関する比率Ｆを最大化するために、比率Ａ´は３〜１２の間であり、比率Ｂ´は４より大きく、比率Ｃ´は４より大きくするべきである。

双曲線的流れ通路に関する比率Ｇを最大化するために、比率Ａ´は３〜１２の間であり、比率Ｂ´は４より大きく、比率Ｃ´は４より大きくするべきである。

図３の先行技術においては、起動側コーンの流出端部および排出側コーンの流入端部は、各々が円形内部断面および円形外部プロファイルを備え、これにより円形外周を備えた円錐台のベンチュリギャップを形成している。この図から、吸引流れの１つの制限が記載されており、それは起動側コーンおよび排出側コーンへの吸引ポートの流体分岐点における面積である。

ここに開示された吸引器の、吸引ポートからベンチュリギャップ１５２への空気の流量を増大させる要望において、ベンチュリギャップの面積は、流出端部１３２および流入端部１３４の周長を増大させることによって増大され、それは第１テーパセクション１２８および第２テーパセクション１２９の内寸法全体を増大させることはない（好適に、質量流量の増大が無い）。特に、起動側流出端部１３２および排出側流入端部１３４は、前述の通り、円形から非円形へと変化している。非円形の可能な形状は無限に存在し、各々が周長および断面積を有する。これらは多角形、または互いに接続された直線セグメント、非円形曲線、およびフラクタル曲線さえも含んでいる。コストを最小化するために、曲線はより簡素であり、製造および検査が容易であり、所望の周長を有する。

図４Ａ、図４Ｂ、および図５Ａ、図５Ｂは、改良された流体分岐点を備えた実施形態を示しており、吸引ポート１１０は、起動側流出端部１３２および排出側流入端部１３４と合流している。吸引ポート１１０からベンチュリギャップ１５２への流れ経路の最小面積は、図４Ｂおよび図５Ｂに見られているように、起動側流出端部１３２と排出側流入端部１３４との間に形成された楕円錐台部である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、起動側コーン１２８の流出端部１３２および排出側コーン１２９の流入端部１３４は、各々が楕円系の内周および外周を備え、これにより楕円外周を備えた楕円錐台のベンチュリギャップ１５２を形成している。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、起動側コーン１２８の流出端部１３２および排出側コーン１２９の流入端部１３４は、各々が（丸まった角を有する）全体的に長方形の内周および外周を備え、これにより全体的に長方形外周を備えた四角錐台のベンチュリギャップ１５２を形成している。図の実施形態が流出端部１３２および流入端部１３４に関して同じ周長を備え、すなわち両方が楕円または両方が全体的に長方形である一方で、流出端部１３２および流入端部１３４は異なった形状の周、すなわち一方が楕円であり他方が全体的に長方形とし得る。それに加えて、起動側流出端部１３２および排出側流入端部１３４は、丸められた面取り部を備えて終端とされ、吸引ポート１１０から排出側流入端部１３４内への流体の流れの方向性を改善してもよい。

それに加えて、図６に最も明確に見られているが、図４Ｂおよび図５Ｂの錐台にも見られているように、各実施形態の起動側コーン１２８の流出端部１３２は、排出側コーン１２９の流入端部１３４よりも寸法的に小さい。この寸法差は、オフセット１４０として特定されている。例えば図４Ｂにおいて、起動側流出端部１３２の長軸Ｙの長さに見られたオフセットは、排出側流入端部１３４の長軸Ｙ´の長さよりも小さく、排出側流入端部１３４の短軸Ｘ´の長さよりも小さい起動側流出端部１３２の短軸Ｘの長さを有してもよい。

任意の楕円形または多角形の実施形態において、収束した起動側セクションの起動側流出端部の楕円形または多角形の内部断面は、約２〜約４の短軸に対する長軸の比率を有し、発散した排出側セクションの流入端部の楕円形または多角形の内部断面は、収束した起動側セクションの流出端部の楕円形または多角形の内部断面に対して、起動側ピーク流量に対する、排出側流入面積と動力側流出面積との差の比率に、定数ｋ_１を乗じた数値だけオフセットされており、その定数は０．２８よりも大きい無単位の比率である。

ここで、ｋ_１は以下の式で与えられ、ｃは音速であり、Ｄ_{ｆｌｕｉｄ}は流体（通常は空気）の密度である。

任意の楕円形または多角形の実施形態において、起動側流出端部と排出側流入端部との間のベンチュリギャップは、起動側流量に定数ｋ_２（無単位の比率）を乗じた数値によって除されたベンチュリギャップの面積として定義されたギャップ比率を有する。

ここで、ｋ_２は以下の式で与えられ、ｃおよびＤ_{ｆｌｕｉｄ}は前述のとおりである。ここでは、ギャップ比率は４．７より大きい。

一実施形態においては、起動側流出端部１３２の楕円形または多角形の内部断面は、０から１以下の偏平率を有する。別の実施形態においては、流出端部の楕円形または多角形の内部断面は、約０．４から約０．９７以下の偏平率を有する。

再度、図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、流出端部１３２および流入端部１３４は楕円形プロファイルであり、これにより長軸（Ｙ）および短軸（Ｘ）を備えている。楕円の式は、Ｘ^２／Ｂ^２＋Ｙ^２／Ａ^２＝１^２で定義され得る。ここで、Ａは中心から楕円への長軸Ｙに沿った距離であり、Ｂは中心から楕円への短軸に沿った距離である。楕円の面積は、以下の式で表される。

楕円の周長は、単純な等式によって与えられない。代わりに、級数等式が許容できる近似値を提供している。

ここで、ｈは以下の式で与えられる。

我々は、用語「偏平率」をさらに定義することが可能であり、偏平率は、２つの軸の長さに関連した用語であり、以下の式で与えられる。

吸引器デザインに関する選択された起動側流れが、計算値に等価になるように選択され、それは従来技術の吸引器の半径が１ｍｍであり、その面積は３．１４ｍｍ^２であり、周長は６．２８ｍｍである。面積に対する周長の比率は、起動側流出端部および排出側流入端部の内部断面に関して、数学的に２に等しい。

与えられた偏平率の楕円に関して、我々は開示された実施形態において、面積、周長、および断面積に対する周長の比率を算出することが可能である。我々が、面積を半径１ｍｍの円に等しい面積に限定した場合、計算結果は以下の通りである。

そこで、偏平率を変化させることにより、周長は増加し、一方で断面積が固定されることが可能である。周長におけるこの増加は、吸引ポートと起動側コーンと、排出側コーンとの間の分岐点における交差面積を増大させ、結果的に吸引ポート流量を増大させる利点を提供する。

ここで図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、起動側流出端部１３２および排出側流入端部１３４は、全体的に長方形プロファイルであり、したがって、長さおよび幅、ならびに２つの軸、長軸Ａおよび短軸Ｂを有する。図示されたように、流出端部１３２および流入端部１３４に関して、吸引器の全体的に長方形プロファイルは、長方形部の幅に対応した半円端部を含んでいる。流出端部１３２および流入端部１３４のプロファイルの向きは構成されるべきではないが、それに限定されない。この長方形の面積は、２つの半円端部の面積と半円端部の間の直線セクションの面積との和に等しい。長方形の周長は、２つの側部の長さと半円端部の長さとの和である。我々は、以下のように計算可能である。

円形断面セクションから、同じ面積を有する全体的に長方形の断面セクションへの変化は、前述の楕円プロファイルに類似して、面積に対する周長の比率を増加させる結果となる。周長におけるこの増加は、ベンチュリギャップと吸引ポートとの間の交差面積を増加させ、結果的に吸引ポート流量を増大させる利点を提供している。

吸引流れを増加させる別の方法は、起動側コーン１２８の流出端部１３２と排出側コーン１２９の流入端部１３４との間の距離を延ばすことであろう。起動側流はベンチュリギャップを通じて流れ、吸気と混合する。この組み合された流れは、ベンチュリの排出側端部に向かった静圧を増大させる効果を有する。この距離の延長は戻りを減少させており、それは起動側流がベンチュリ内で主として拘束されておらず、乱流および流れの阻害の危険性を提供し、その危険性は速度を減少させ、および静圧を増大させるためである。したがって、前述の周長における増加は、距離の延長に対して好適であるが、これら２つが組み合わされて、戻りの減少を回避し得る。

ここに開示された吸引器は、モノリシックボディとしてモールド成型され得る。一実施形態においては、吸引器は射出成型によって形成されている。

一実施形態においては、ベンチュリギャップ１５２は、起動側質量流量のｎ乗に比例した直線距離であり、ｎは０．２５〜０．８であり、起動側流出端部と排出側流入端部との間のオフセットも、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．２５〜０．８であり、流出端部の楕円形もしくは多角形内部断面は、０から１以下の間、より好適には約０．４から約０．９７以下の間の偏平率である。吸引器がより高い程度の真空を必要としたデバイスを備えたシステム内に含まれた場合、ベンチュリギャップに関するｎおよびオフセットに関するｎは、両方とも０．４〜０．６とし得る。一実施形態においては、ベンチュリギャップに関するｎおよびオフセットに関するｎは、両方とも０．５であり、偏平率は約０．４から０．９７以下の間である。

動作において、例えば吸引器がエンジンに接続された場合、エンジン空気、すなわちフィルタを通った空気は、起動側ポートにおいて吸引器に入るように接続され得る。排出側ポートにおいて吸引器に存在する空気は、圧力が起動側ポートの圧力よりも低くなった位置においてエンジン空気に接続されることが可能である。起動側ポートから排出側ポートへの空気の動作は、空気を起動側コーンに引き込み、起動側コーンはストレートコーン、または前述のような双曲線プロファイルとし得る。面積の減少は、空気の速度を増大させる。なぜならば、これは、流量が増加した場合、静圧が減少しなければならない流体力学の法則の状態となった密閉空間だからである。起動側コーンの最小断面積部は、ベンチュリギャップに隣接している。空気は排出側ポートへと移動し続けるので、空気は、ストレートコーンまたは双曲線プロファイルのいずれかの排出側コーンを通って移動する。随意的に、排出側領域は、コーンが排出側ポートに結合するまで直線または双曲線プロファイルコーンとして続いているか、またはコーンは単純な円筒もしくはテーパ状通路に遷移し得る。排出側コーンの最小断面積端部は、起動側コーンの最小断面積端部よりも大きい。より大きい面積は、吸引ポートからの空気の流れのための領域を提供している。排出側コーンの面積縮小のこの変化は、空気の速度を同様に低下させ、その結果その静圧を増加させている。

ベンチュリギャップは吸引ポートに接続し、吸引ポートは、吸引ポート／通路内の空気を同じ低い静圧に暴露し、低い静圧は起動側コーンと排出側コーンとの間を高速で通過する空気に存在している。ここで生じた圧力は、排出側ポートにおける圧力よりも低く、それは起動側ポートの圧力よりも低いことがすでに知られている。この低圧は、自動車ブレーキ支援キャニスタを空にするような、多様な自動車の機器のために使用されてもよく、それは当業者には公知である。ある状況下において、一次的に、ガソリンエンジンが軽度に負荷された場合、排出側ポートの圧力は、機器デバイスにおいて素早く圧力を下げるように十分に低い。排出側コーンまたは通路とバイパス通路との間の接続部の面積が、吸引通路とベンチュリギャップとの間の接続部に対して極めて大きいので、この追加の接続部は初期的に機器デバイスの排気を補助し得る。

ベンチュリギャップにおいて楕円形起動側流出部および楕円形排出側流入部、ならびに起動側および排出側セクションにおいて双曲面内部プロファイルを備えた、図７に示された比較調査の３ｇｐｓ（「双曲面楕円吸引器」として参照される）に関しては、１０ｋＰａのマニュホールド真空圧、１５ｋＰａのマニュホールド真空圧、および２０ｋＰａのマニュホールド真空圧の状態下で作動され、ブレーキ支援キャニスタ真空を増大させており、同じ状態下の円錐円形吸引器である３ｇｐｓと比較されている。円錐円形吸引器は、起動側および排出側セクションにおいて、円形起動側流出部および円形排出側流入部、ならびに円錐内部プロファイルを備えた吸引器である。図８に示されたデータによって明らかなように、双曲面楕円吸引器は、円錐円形吸引器の結果を超えた、双曲面内部プロファイルの楕円形状開口部との相乗効果を提供している。１０ｋＰａ、１５ｋＰａ、および２０ｋＰａのマニュホールド圧力において、双曲面楕円吸引器はより高い吸引流量を提供し、ブレーキ支援キャニスタ真空圧の範囲を１２ｋＰａ〜約６７ｋＰａに増大している。興味深いことに、１５ｋＰａのマニュホールド圧力において、双曲面楕円吸引器は円錐円形吸引器に全体的に類似した性能であり、２０ｋＰａのマニュホールド圧力において、明確に期待されていないような、優れた性能を発揮する。

図９および図１０を参照すると、図８で比較されたものと同じ吸引器が、吸引器が生じさせる到達真空度、および吸引器がキャニスタを排気して真空を生じさせるために必要な時間に関して比較されている。試験のために、吸引器排出側１１２はエンジンの吸気マニュホールドと流体連通しており、吸引ポートは自動車ブレーキ支援キャニスタと流体連通しており、起動側流入部は清浄な空気源に接続されている。図９のグラフに示されたように、ここに開示された双曲面楕円吸引器は、同一の作動状態の下、すなわち１０ｋＰａ、１５ｋＰａ、および２０ｋＰａのマニュホールド真空圧において、円錐円形吸引器に比較してより深い真空を提供しており、双曲面楕円吸引器は、少なくとも５ｋＰａより大きい到達真空度を有する。それに加えて、図１０に見られているように、双曲面楕円吸引器は、円錐円形吸引器と比較して、ブレーキ支援キャニスタを排気することに優れている。１０ｋＰａのマニュホールド真空圧において、双曲面楕円吸引器は、キャニスタ排気において４．５秒前後早かった。１５ｋＰａおよび２０ｋＰａのマニュホールド真空圧において、双曲面楕円吸引器は約２秒早かった。より低いマニュホールド真空圧における、より速い排気時間は、より速い反応時間および改良された性能を提供している。しかしながら、これらのグラフに見られているように、双曲面楕円プロファイルを備えた吸引器が、より早い排気時間のみを有するだけではなく、１０ｋＰａ、１５ｋＰａ、および２０ｋＰａのマニュホールド真空圧において、より深い真空も提供している。この両方の利点は驚くべきことであり、ベンチュリギャップを形成した起動側流出部および排出側流入部の形状の変化、ならびに双曲線関数による変形／テーパの内部通路の使用の、期待していなかった結果である。

ここに開示された吸引器の利点の１つは、減少された量のエンジン用空気が消費され／必要とされて、真空を必要とするデバイスを稼働するために必要な真空を生じさせることであり、そのことは円形内部プロファイルを備えた真空ポンプまたは吸引器によって得られる真空と比較して、エンジン性能を改良している。

本発明は、所定の実施形態に関して示され且つ記載されたが、明細書を読み且つ理解した上で、当業者によって改良が生じることは明白であり、本発明は、そのような改良をすべて含んでいる。

１００ ・・・吸引器
１０２ ・・・デバイス
１０４ ・・・通路
１０６ ・・・本体
１０８ ・・・起動側ポート
１１０ ・・・吸引ポート
１１１、１２０ ・・・チェックバルブ
１１２ ・・・吸引器排出側
１１４ ・・・バイパスポート
１１６ ・・・起動側セクション
１１７ ・・・コネクタ機構
１２２ ・・・流体流れ経路
１２８ ・・・第１テーパ部
１２９ ・・・第２テーパ部
１３０ ・・・起動側流入端部
１３２ ・・・起動側流出端部
１３３ ・・・起動側出口
１３４ ・・・排出側流入端部
１３５ ・・・排出側入口
１３６ ・・・排出側流出端部
１３８ ・・・吸引部入口
１４０ ・・・オフセット
１４６ ・・・排出側セクション
１５０ ・・・空洞
１５２ ・・・ベンチュリギャップ

Claims (18)

1. 収束した起動側セクションの流出端部と発散した排出側セクションの流入端部との間にベンチュリギャップを形成した本体と、
   前記ベンチュリギャップと流体連通した吸引ポートと、を具備した吸引器であって、
   前記収束した起動側セクションは円形の起動側流入部を形成し、且つ楕円形もしくは多角形の起動側流出部を形成し、前記発散した排出側セクションは、楕円形もしくは多角形の排出側流入部を形成していることを特徴とする吸引器。
2. 前記発散した排出側セクションは、円形の排出側流出部をさらに形成していることを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
3. 前記収束した起動側セクションは、前記円形の起動側流入部から前記楕円形もしくは多角形の起動側流出部へと双曲線関数のように遷移した内部通路を形成し、前記楕円形もしくは多角形の起動側流出部は、前記円形の起動側流入部の面積よりも小さい面積を有することを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
4. 前記吸引ポートは、前記収束した起動側セクションの流出端部の側部の周りに且つ前記発散した排出側セクションの流入端部の側部の周りに下向きに延びており、そのすべての側部の間に空洞を形成し、前記収束した起動側セクションの流出端部および前記発散した排出側セクションの流入端部の外部プロファイルは、それらの個々の内部形状に全体的に合致していることを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
5. 前記発散した排出側セクションの流入端部は、流体流れを前記楕円形もしくは多角形の排出側流入部へと導く、丸められた面取り部で終端となっていることを特徴とする請求項３に記載の吸引器。
6. 前記楕円形もしくは多角形の起動側流出部は、０から１以下の間の偏平率を有することを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
7. 前記楕円形もしくは多角形の起動側流出部は、約２から約４の、短軸に対する長軸の比率を有し、前記楕円形もしくは多角形の排出側流入部は、起動側ピーク流量に対する前記排出側流入面積と前記起動側流出面積との差の比率（（排出側流入面積−起動側流出面積）／起動側ピーク流量）に定数を乗じた数値だけオフセットされており、前記定数は０．２８よりも大きく、前記定数は、音速に前記起動側流出部における流体の密度を乗じた数値に等しいことを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
8. 前記ベンチュリギャップは、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．２５から０．８であることを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
9. 前記ベンチュリギャップは、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．４から０．６であることを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
10. 前記楕円形もしくは多角形の起動側流出部は、０から１以下の間の偏平率を有することを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
11. 前記楕円形もしくは多角形の起動側流出部は、約０．４から約０．９７以下の間の偏平率を有することを特徴とする請求項１０に記載の吸引器。
12. 前記起動側流出部と前記排出側流入部との間のオフセットは、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．２５から０．８であることを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
13. 前記起動側流出部と前記排出側流入部との間のオフセットは、起動側質量流量のｎ乗に比例しており、ｎは０．４から０．６であることを特徴とする請求項１に記載の吸引器。
14. 収束した起動側セクションの流出端部と発散した排出側セクションの流入端部との間にベンチュリギャップを形成した本体を具備した吸引器であって、
    前記収束した起動側セクションは、起動側流入部を起動側流出部に接続した双曲面によって形成された内部通路を画定していることを特徴とする吸引器。
15. 前記発散した排出側セクションは、排出側流入部を排出側流出部に接続した双曲面によって形成された内部通路を画定していることを特徴とする請求項１４に記載の吸引器。
16. 前記起動側流入部は円形であり、前記起動側流出部は楕円形もしくは多角形であり、前記排出側流入部は楕円形もしくは多角形であることを特徴とする請求項１５に記載の吸引器。
17. 前記起動側流出部および排出側流入部は、各々が０から１以下の間の偏平率であり、前記排出側流入部は、起動側質量流量のｎ乗に比例した数値だけ前記起動側流出部に対してオフセットされており、ｎは０．２５から０．８であることを特徴とする請求項１６に記載の吸引器。
18. 前記ｎが０．４から０．６であることを特徴とする請求項１７に記載の吸引器。

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