JP2016527432A - アスピレータ及びエジェクタシステム - Google Patents

Abstract

ターボチャージャの上流に位置した接合部と、エンジンへの取込みシステムの給気マニホールドとの間に位置した流路と、互いに並列に接続されかつ前記流路の一部を形成するエジェクタ及びアスピレータと、を有したエンジンシステムが開示されている。前記エジェクタを通る駆動流は前記アスピレータを通る駆動流の方向と反対の方向とされ、かつ、前記エジェクタ及び前記アスピレータの双方は、真空を必要とする真空要求装置に流体連結された吸引ポートを有する。該エンジンシステムは、前記エジェクタを通る前記駆動流を制御する配された第１逆止弁と、前記アスピレータを通る前記駆動流を制御するよう配された第２逆止弁とをさらに備え、さらに、エジェクタ及びアスピレータの上流又は下流において流路内と流体連通状態とされ、かつこれらエジェクタ及びアスピレータの双方への及び／又は双方からの流れを制御する制御弁をさらに備えていてもよい。

Description

関連出願

本出願は、２０１３年７月１７日付け出願の米国予備出願第 61/847,428 号の優先権の利益を主張してなされるものであり、その内容の全ては参照により本出願に含まれるものとする。

本願はアスピレータ及びエジェクタシステムに関し、特に、排気駆動ターボチャージャを備える内燃機関内におけるアスピレータ及びエジェクタシステムに関するものである。

内燃機関、及びその機構、改良、複製は、移動型又は非移動型の種々のビークル又はハウジングにおいて用いられている。今日例えば、内燃機関は、陸上用の乗用及び工業用ビークル、船舶、及び航空宇宙分野への応用が見られる。一般に、通常はガソリン及びディーゼルと称される、より正式には火花点火及び圧縮点火と称される、二つの主要な点火サイクルがある。ここ最近では、エンジンの出力及び全効率の向上を目的として、排気駆動ターボチャージャが前記内燃機関に接続されたシステムに組み込まれている。

エンジンシステムの効率、出力、及び制御といったもののさらなる向上が求められており、これには、ブレーキブーストなどといった様々なものに応用するための真空の発生も含まれる。

一つの態様において開示されるエンジンシステムは、ターボチャージャの上流に位置した接合部（ジャンクション）と給気マニホールドとの間に位置した流路を有し、給気マニホールドは、前記流路内で互いに並列に接続されたエジェクタ及びアスピレータを有する。前記エジェクタを通る駆動流 (motive flow) は、前記アスピレータを通る駆動流の方向と反対方向、すなわち前記給気マニホールドから、ターボチャージャの上流に位置した前記接合部への方向となる。エジェクタ及びアスピレータの双方は、真空を必要とする真空要求装置と流体連結された吸引ポートを有する。該エンジンシステムは、前記エジェクタを通る前記駆動流を制御するよう配された第１逆止弁と、前記アスピレータを通る前記駆動流を制御するよう配された第２逆止弁とをさらに備え、さらに、エジェクタ及びアスピレータの上流又は下流において流路内と流体連通状態とされかつこれらエジェクタ及びアスピレータの双方への及び／又は双方からの流れを制御する制御弁を備えていてもよい。

このエンジンシステムは、前記エジェクタの前記吸引ポートを通る前記流れを制御するよう配された第３逆止弁と、前記アスピレータの前記吸引ポートを通る前記流れを制御するよう配された第４逆止弁と、をさらに備えることができる。加えて、前記アスピレータが、バイパス逆止弁を有したバイパスポートを備え、該バイパス逆止弁が、前記パイパスポートを通る流れを制御するよう配された構成とすることができる。

このエンジンシステムの作動時において、スロットルが開とされた過給条件下では、前記エジェクタを通る駆動流は、前記給気マニホールドから前記ターボチャージャの上流の前記接合部に向って動く方向であり、一方、アイドリング条件下では、前記アスピレータを通る駆動流は、前記ターボチャージャの上流の前記接合部から前記給気マニホールドに向って動く方向となる。

前記制御弁は真空作動する制御弁、あるいは電磁的作動する制御弁とすることができる。

アスピレータ及びエジェクタを備えたシステムの一実施形態を部分的に示すもので、当該システムを、概略的に示したいくつかの接続部によりエンジンシステム内のコンポーネントへ並列的に合体された状態で示す斜視図である。図面において、同一又は類似する機能を有した要素には同一又は類似の参照符号を付してある。

以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

本明細書において「流体」とは、液体、懸濁液、コロイド、気体、プラズマ、又はこれらの組合せを意味する。

図１は、エンジンシステム１００の一実施形態を示す。このエンジンシステムは、一般には、該エンジンシステムの給気マニホールド１２０と流体連通的に設けられたターボチャージャ１０２といった、いくつかの一般的な構成を備えた内燃機関システムである。ターボチャージャ１０２は、入口開口（図示せず）及び出口開口１１４を有したタービン部１０４と、大気取込み口（大気導管１０８に接続されているため図示されない。）及び吐出導管１０９を有したコンプレッサ部１０６とを備える。タービン部１０４内にはタービンホイールが収納されており、該タービンホイールが排気エネルギーを機械的仕事に変換し、共通のシャフトを介して、タービン部１０６に収容されたコンプレッサホイールを回し、空気誘導システム１４８から空気を吸い込み、圧縮し、かつより高い作動圧力で内燃機関（図示せず）の給気マニホールド１２０内に送る。

前記ターボチャージャ１０２の前記コンプレッサ部１０６の前記吐出導管１０９は前記給気マニホールド１２０と流体連通し、かつ、前記コンプレッサ部１０６の前記大気取込み口に接続された前記空気誘導管１０８もまた前記給気マニホールド１２０と流体連通している。ただし図１において、空気誘導管１０８はアスピレータ及びエジェクタアッセンブリ１２１を介して給気マニホールド１２０と流体連通している。従って、第１流路１２２は前記吐出導管１０９と前記給気マニホールド１２０との間に設けられる。該第１流路１２２にスロットル１２４を設けることができる。第１流路１２２とは別の第２流路１２６は、前記アスピレータ及びエジェクタアッセンブリ１２１を介して、前記前記大気導管１０８と前記給気マニホールド１２０との間に設けられる。ターボチャージャ１０２のタービン部１０４もまた該システムの他のパーツと流体連通している。例えば、タービン部の排気入口は該内燃機関の排気マニホールドと流体連通させることができ、かつ、排気口１１４は触媒変換器と流体連通させることができる。

前記第２流路１２６は、その一部を形成するエジェクタ１３０及びアスピレータ１３２を備える。ここで説明するシステムは図示のように接続された第２流路１２６に関して説明するが、これらのシステムはこれらに限定されない。前記エジェクタ１３０及び吸引器１３２を、ここに述べるように、真空を生成及び／又は制御しかつ使用するために、エンジンシステムの他のコンポーネント間の何れかの流路内に設けることも可能である。前記エジェクタ１３０及び前記アスピレータ１３２は直列にも並列にも接続可能である。

図１には並列的構成を示しており、それぞれ吸引ポートＳを有したエジェクタ１３０及びアスピレータ１３２を備えている。それら吸引ポートＳは、真空を必要とする真空要求装置１３８に流体接続されている。真空要求装置は、例えば真空キャニスタ―リザーバであってよい。生成された真空は、種々のエンジン真空アクチュエータの作動源として使用される。例えば、車両ブレーキブースター、燃料蒸気パージ制御システム、などの作動源である。図１の実施形態では、エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２によって発生された真空は、弁１６０の作動部に直接的に付与される。

図において、両吸引ポートＳはそれぞれコネクタ１３５によってカバーされており、該コネクタは、これら吸引ポートＳを自身の逆止弁１３６に接続している。逆止弁の一つは、斜視図である図１には表れない。別の実施形態では、各逆止弁１３６は、該弁が制御する吸引部を規定する関連のハウジングと一体であってもよい。図１から分かるように、前記エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２は同じ真空要求装置１３８に流体連結することができる。これは装置１３８への個別の流体接続によって、あるいは図示のように、複数の吸引ポートＳを前記真空キャニスタ１３８との流体連通状態に主要ライン１４２に接続する多重ポート接合部１４０によって、達成し得る。

前記アスピレータ１３２はバイパスポートＢを備え、該バイパスポートは、前記真空要求装置１３８に流体連結することができる。この流体連結は、前記多重ポート接合部１４０への接続によって示されるように、別の流体接続により実現することができる。このバイパスポートＢは、それを自身の逆止弁１４６に流体的に接続するためにコネクタ１４４によってカバーされている。他の実施形態では、逆止弁１４６は、該弁が制御する前記バイパスポートを規定する関連のハウジングと一体とすることもできる。図１の実施形態では一つのエジェクタ１３０及びアスピレータ１３２を備えた構成を示したが、該システム１００はこれに限定されず、エジェクタ及びアスピレータの数を限定せずに、３つ、４つ、５つ、あるいはそれ以上のエジェクタ及びアスピレータが、同一の真空要求装置、あるいは異なる真空要求装置に並列に接続された構成であってもよい。上述の如く、ここで使用される真空要求装置は、真空キャニスタ／リザーバを含む。

第２流路１２６内で前記エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２が並列であるため、エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２を前記第２流路１２６の主要ラインへ接続するために、第１多重ポート接合部１５０及び第２多重ポート接合部１５２が用いられる。前記第１多重ポート接合部１５０は、前記エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２を、前記大気導管１０８と流体連通する主要ラインの部分に接続し、かつ、前記第２多重ポート接合部１５２は、前記エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２を、前記給気マニホールド１２０と流体連通する主要ラインの部分に接続する。図１に示すように、該エンジンシステムの一実施形態では、エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２の各々を流れる駆動流 (motive flow) を制御する逆止弁１７０が追加されている。第１逆止弁１７０ａは、前記エジェクタ１３０と前記第２多重ポート接合部１５２との間に設けられ、かつ第２逆止弁１７０ｂは、前記アスピレータ１３２と第２多重ポート接合部１５２との設けられている。但し、逆止弁の配置位置はこれに限定されない。

前記第２流路１２６は、前記エジェクタ／アスピレータアッセンブリ１２１により生成された真空によって真空制御し得る弁１６０を備えていてもよい。弁１６０は、エジェクタ／アスピレータアッセンブリ１２１に、ホース１６２又は別の同様な流体接続装置によって直接的に、あるいは前記多重ポート接合部１５０介して間接的に接続されていてもよい。他の実施形態では、前記弁１６０は、エジェクタ／アスピレータアッセンブリの前記吸引ポートに流体接続された真空キャニスタ―に流体接続されていてもよい。この弁１６０は、前記エジェクタ／アスピレータアッセンブリ１２１よりもターボチャージャ１０２寄りにされているが、これに限定はされない。

所定のエンジン動作条件下における運転状態においては、前記エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２は、急速な真空、及び／又は、高い度合の真空を発生させるように制御され得る。図１中矢印で示すように、エジェクタ１３０は、内部を通る駆動流（矢印Ｍ_１で示す）が、アスピレータ１３２を通る駆動流（矢印Ｍ_２で示す）と反対方向となるよう、第２流路内において接続されている。この実施形態において、前記逆止弁１７０ａ，１７０ｂは駆動流Ｍ_１ 及びＭ_２ が反対方向に流れることができるように設けられている。ここで、エンジンが過給状態にある場合、エジェクタ１３０を通る駆動流Ｍ_１ は、前記給気マニホールド１２０から前記空気導管１０８に向って動く方向にある。しかしながら、エンジンがアイドリング状態にある場合には、アスピレータ１３２は、真空の発生を制御し、その駆動流（Ｍ_２）が前記空気導管１０８から前記マニホールド１２０に向かって動く方向とする。図１において、Ｓ_ｆ で示す矢印は、エジェクタ１３０又はアスピレータ１３２内に駆動流が存在する際に、真空要求装置すなわち真空キャニスタ―１３８内に真空を作り出す給気の流れの方向を示している。

エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２のそれぞれの内部におけるベンチュリ間隙は、同一又は類似の内部構成とすること、あるいは、アイドリング対ブーストによってあるいはその他のエンジン状態によって要求される吸引量に応じて異ならせることができる。一実施形態において、エジェクタ１３０の内部の、ベンチュリ間隙に収束していく駆動部 (motive portion) と吸引ポートとの接合部は、アスピレータ１３２内部に同様に設けられた接合部と異なっていてよい。エジェクタ１３０及びアスピレータ１３２の双方の内部において、前記動機部と反対にあるのは、前記ベンチュリ間隙から拡散していく吐出部である。

前記弁１６０は、通常開とすることも通常閉とすることも可能である。また、弁１６０は空気圧作動のものとすることも、あるいは電磁的に作動するものとすることも可能である。この弁１６０が空気圧作動のものであって、かつ真空キャニスタ―１３８内の真空が所定の値より下がった場合、この弁が開いて駆動流が生ずることになる。エンジンの作動中には、エジェクタ又はアスピレータが真空キャニスタ―１３８から空気を除去し、内部の空気圧を低減し、真空度が増加する。真空が所定の量を超過すると該弁が閉じ、駆動流の発生はなくなる。

別の実施形態では、前記弁１６０は真空力によってではなく、電磁力によって作動する。電磁的な作動による場合、エンジンコンピュータは、流路１２６すなわち前記エジェクタ１３０又はアスピレータ１３２内の駆動流の発生あるいは停止のタイミングを決定する。コンピュータアルゴリズムが考慮するファクターの中で、前記弁をいつ開きあるいは閉じるかを決定するのは、給気マニホールド圧、エンジン温度、エンジンスピード、及びエンジン出力要求といったエンジンパラメータである。考慮すべき後処理パラメータの中には、NOx 処理状態、微粒子フィルタ状態、その他が含まれる。最終的に、真空キャニスタ―及び／又は真空消費装置内の圧力の状態も、前記弁１６０をいつ開き及び／又は閉じるかを決定するのに評価される。

本明細書に開示したこのシステムは、真空をどれだけ早く及び／又はどの程度まで生成するかという制御とは別に、流路１２６を通る流の方向に関わりなく真空を生成できるという点においても有利である。

以上、いくつかの好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、これらは、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の技術思想から離れることなく改良及び変形が可能であることは明らかである。

１００ エンジンシステム
１０２ ターボチャージャ
１０８ 空気誘導管
１０９ 吐出導管
１２０ 給気マニホールド
１２１ アスピレータ及びエジェクタアッセンブリ
１２２ 第１流路
１２４ スロットル
１２６ 第２流路
１３０ エジェクタ
１３２ アスピレータ
１３６ 逆止弁
１３８ 真空要求装置（真空キャニスタ―）
１４６ 逆止弁
１５０ 第１多重ポート接合部
１５２ 第２多重ポート接合部
１６０ 弁
１７０ 逆止弁
Ｍ_１，Ｍ_２ 駆動流
Ｓ 吸引ポート

Claims (12)

1. ターボチャージャの上流に位置した接合部と、エンジンへの取込みシステムの給気マニホールドとの間に設けられた流路と、
   前記流路の一部を形成し、かつ互いに並列に接続されたエジェクタ及びアスピレータと、を有し、
   前記エジェクタを通る駆動流が前記アスピレータを通る駆動流の方向と反対の方向とされ、かつ、前記エジェクタ及び前記アスピレータの双方が、真空要求装置に流体連結された吸引ポートを有してなる、エンジンシステム。
2. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、前記第１アスピレータ及び前記第２アスピレータはともに同一の真空要求装置に接続されている、エンジンシステム。
3. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、前記エジェクタを通る駆動流は、前記給気マニホールドから、前記ターボチャージャの上流の前記接合部に向かう、エンジンシステム。
4. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、前記エジェクタを通る駆動流を制御するよう設けられた第１逆止弁と、前記アスピレータを通る駆動流を制御するよう設けられた第２逆止弁とを備える、エンジンシステム。
5. 請求項４記載のエンジンシステムにおいて、前記エジェクタの前記吸引ポートを通る流れを制御するよう設けられた第３逆止弁と、前記アスピレータの前記吸引ポートを通る流れを制御するように設けられた第４逆止弁とを備える、エンジンシステム。
6. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、前記アスピレータが、バイパス逆止弁を有したバイパスポートを備え、前記バイパス逆止弁が前記バイパスポートを通る流れを制御する、エンジンシステム。
7. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、スロットルが開とされた過給条件において、前記エジェクタを通る駆動流は、前記給気マニホールドから前記ターボチャージャの上流の前記接合部に向って動く方向である、エンジンシステム。
8. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、アイドリング条件において、前記アスピレータを通る前記駆動流は、前記ターボチャージャの上流の前記接合部から前記給気マニホールドに向って動く方向である、エンジンシステム。
9. 請求項１記載のエンジンシステムにおいて、前記エジェクタ及び前記アスピレータの上流又は下流において前記流路内と流体連通状態とされ、かつこれらエジェクタ及びアスピレータの双方への及び／又は双方からの流れを制御する制御弁をさらに備える、エンジンシステム。
10. 請求項９記載のエンジンシステムにおいて、前記制御弁は真空作動する制御弁である、エンジンシステム。
11. 請求項１０記載のエンジンシステムにおいて、真空作動する前記制御弁が、前記エジェクタ及びアスピレータの一方又は双方と流体連通状態とされた、あるいは前記真空要求装置と流体連通状態とされた制御室を有するエンジンシステム。
12. 請求項９記載のエンジンシステムにおいて、前記制御弁は電磁的に作動する制御弁である、エンジンシステム。

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