JP2017531119A - アスピレータ遮断弁を有するデュアルアスピレータシステム - Google Patents

Abstract

エンジンシステムは、第１部品および第２部品の間の第１流路であって、第１アスピレータが第１流路の一部を形成している、第１流路と、第１部品および前記第２部品の間の第２流路であって、第２アスピレータが前記第２流路の一部を形成する第２流路とを含む。遮断弁が第２流路の一部を形成する。第１アスピレータおよび第２アスピレータがそれぞれ吸入口を有し、かつ第１アスピレータの吸入口が第２アスピレータの吸入口に流体連通する。

Description

本願は、マルチアスピレータシステム、特に、アスピレータ遮断弁を組み込んだデュアルアスピレータシステムに関する。

内燃機関、その機構、改良、および反復は、多様な移動車両、および非移動車両またはハウジングに使用されている。今日、例えば内燃機関は、地上の乗客車両、および工業車両、船舶、据え置き型、および航空宇宙などの用途に使用されている。

エンジン、例えば車両エンジンは、小型化され、押し上げられ、エンジンから利用可能な吸引力が低減している。この吸引は、運転手に必要なブレーキ操作力を低減するための車両ブレーキブースターによる使用を含む多くの潜在的な用途がある。

この吸引不足の１つの解決策は、真空ポンプを導入することである。しかし、真空ポンプは、著しく費用がかかり、かつエンジンにとって不利な重量を有しており、その電力消費は、追加的なオルタネータ能力を必要とし、その非効率性は、燃費改善動作を妨げる可能性がある。

別の解決策は、吸気リークと呼ばれるスロットルと平行なエンジン空気流路を作ることによって真空を生じるアスピレータである。このリーク流は、吸引真空を生成するベンチュリを通過する。エンジンスロットルのバイパスを制限するために、流れ制御装置を駆動流路（motive flow path）に配置することが知られている。流量を調整する一つの方法は、流れ抵抗を制御するために何らかの手段を必要とする高度な可変流速制御装置を利用することである。この解決策は、複雑かつ費用がかかるものである。

ブレーキブーストなどの様々な用途のための真空の発生を含むより簡単でおよびより安価な技術を使用してエンジンシステム内の効率、パワー、および制御を改善し続ける必要がある。

一態様において、エンジンシステムが開示される。エンジンシステムは、第１アスピレータが第１流路の一部を形成する第１部品および第２部品の間の第１流路と、第２アスピレータが第２流路の一部を形成する第１部品および第２部品の間の第２流路とを含む。遮断弁が第２流路の一部を形成する。第１アスピレータおよび第２アスピレータはそれぞれ吸入口を有し、第１アスピレータの吸入口は、第２アスピレータの吸入口と流体連通する。

別の態様において、真空を生成するシステムが開示される。システムは、導管を収束セクションおよび発散セクションに分離するベンチュリ間隙を有する導管を画定する第１アスピレータと、導管を収束セクションおよび発散セクションに分離するベンチュリ間隙を有する導管を画定する第２アスピレータとを含む。システムは、吸引ポートを有する吸引ハウジングをさらに含み、吸引ハウジングは、吸引ポートとの流体連通のために第１アスピレータのベンチュリ間隙と第２アスピレータのベンチュリ間隙とを結合的に接合させる。遮断弁が第２アスピレータの流路に配置され、第１アスピレータを通る流れを遮断せずに、第２アスピレータの流路を通る流れを遮断する。吸引ポートは、第１アスピレータおよび第２アスピレータ両方を真空または真空リザーバーが必要な同じデバイスに接続する。

並列な２つのアスピレータおよび１つのアスピレータ遮断弁を有するアスピレータシステムの一実施形態の一部の側面図である。 図１のシステムの側部長手方向断面図である。 アスピレータ遮断弁の実施形態の側部長手方向断図である。

以下の詳細な説明は、本発明の一般的な原理を示すものであり、その例が添付図面に追加的に示されている。図面において、同様の参照符号は、同じかまたは機能的に類似した要素を示す。

本明細書に使用される「流体」は、任意の液体、懸濁液、コロイド、ガス、プラズマ、またはこれらの組み合わせを意味する。

図１および図２は、デュアルアスピレータシステム１００の実施形態を示す。デュアルアスピレータシステム１００は、通常、内燃機関システム、例えば車両のエンジンの一部である。システム１００は、並列の一対のアスピレータ１０２，１０４を含み、それぞれが駆動ポート（motive port）１０６ａ，１０６ｂ、排出ポート１０８ａ，１０８ｂおよび吸入口１１０ａ，１１０ｂを有する。描かれる実施形態において、アスピレータ１０２，１０４は、「Ｔ字形」アスピレータであるが、本明細書に開示される一般的な原理は、「円形吸引ポート」／「コーン−イン−コーン」アスピレータに同様に適用することができる。

両方のアスピレータ１０２，１０４の駆動ポート１０６ａ，１０６ｂは、高圧源１１２、例えばエンジン吸入空気クリーナーまたは車両のターボチャージャーの圧縮機に流体連通する。多ポート接合部１１４は、駆動ポート１０６ａ，１０６ｂを高圧源１１２に接続する。両方のアスピレータ１０２，１０４の排出ポート１０８ａ，１０８ｂは、低圧シンク１１６、例えば車両エンジンのスロットル下流のエンジン吸気マニホールド、またはブーストされたエンジンの空気クリーナーボックスに流体連通される。多ポート接合部１１８は、排出ポート１０８ａ，１０８ｂを低圧シンク１１６に接続する。

各アスピレータ１０２，１０４は、ベンチュリ間隙１５２を含む導管１５０を画定し、ベンチュリ間隙１５２は、それぞれの駆動ポート１０６ａ，１０６ｂにおいて、またはそこから近接して始まる収束セクション１５４、およびそれぞれの排出ポート１０８ａ，１０８ｂにおいて、またはそこに近接して終端する発散セクション１５６に導管１５０を分離する。収束セクション１５４および発散セクション１５６の両方は、連続的に、徐々に先細の内側通路を画定し、該通路は、ベンチュリ間隙１５２に近づくにつれ狭くなり、アスピレータを通り流れる流体にベンチュリ効果を生じさせる。例えば参照によって本明細書に全体が組み込まれている２０１４年６月３日出願の米国特許出願第１４／２９４，７２７号に記載されているように、アスピレータ１０２，１０４の駆動出口１４２ａ，１４２ｂおよび排出入口１４４ａ，１４４ｂは、所望の流れ容量およびベンチュリ効果を生成するようなサイズおよび形とすることができる。アスピレータ１０２の駆動出口１４２ａおよび／または排出入口１４４ａは、アスピレータ１０４の駆動出口１４２ｂおよび／または排出入口１４４ｂと同じ、または異なる大きさおよび形とすることができ、それぞれのアスピレータ１０２，１０４に対して異なる駆動流容量を設け、システム１００を通る駆動流速の異なる潜在的な組み合わせを生じさせる。一実施形態において、第１アスピレータ１０２のベンチュリ間隙１５２および駆動出口１４２ａおよび排出入口１４４ａは、全体的により高い吸引流を提供するように設計される第２アスピレータよりも全体的に低い吸引流を有するアスピレータを提供するような大きさおよび形である。他の実施形態においては、逆もあり得、第２アスピレータ１０４が第１アスピレータ１０２よりも全体的に低い吸引流を有する。

アスピレータ１０２，１０４の吸入口１１０ａ，１１０ｂは、吸引ポート１２４を有する吸引ハウジング１２２によって結合されている。構造の結合は、部品の数を減らすものであり、これによって材料および費用が低減し、かつエンジン内の空間を節約するために構造がコンパクトになる。したがって、両方の吸入口１１０ａ，１１０ｂは、吸引ポート１２４に流体連通し、両方のアスピレータ１０２，１０４を真空または真空リザーバーを必要とするデバイスなどの同じデバイス１２６に接続する。真空が必要なデバイス１２６は、車両ブレーキブーストキャニスタ、燃料蒸気回収キャニスタ、任意の数の空気圧作動／制御弁等とすることができる。同じデバイス１２６に接続された両方のアスピレータ１０２，１０４によって、完全に排出するために必要な駆動流を低減しながら、より迅速な排出時間が可能となる。

アスピレータ１０２，１０４は、吸入口１１０ａ，１１０ｂから吸引ポート１２４へ流体が流れることを防ぐよう配置されたチェックバルブ１２８ａ，１２８ｂを含むことができる。アスピレータ１０２，１０４が吸引ハウジング１２２と結合する場所にチェックバルブ１２８ａ，１２８ｂを配置することができる。一実施形態において、アスピレータ１０２，１０４は、弁座１６２ａ，１６２ｂを含む。各弁座１６２ａ，１６２ｂは、連続的な外壁１６４ａ，１６４ｂおよび任意に壁１６６ａ，１６６ｂによって画定される。各弁座１６２ａ，１６２ｂにおいて穴１６８ａ，１６８ｂが画定されて、ベンチュリ間隙１５２との気流連通が可能となる。各弁座１６２ａ，１６２ｂは、表面から延在する複数の半径方向に離間したフィンガ１７０を含むことができる。半径方向に離間したフィンガ１７０は、シール部材１７２ａ，１７２ｂを支持するよう機能する。

弁座１６２ａ，１６２ｂについて上述した方法と同様に、吸引ハウジング１２２は、吸引ハウジング１２２の連続的な外壁によって画定された弁座１７４ａ，１７４ｂを含む。弁座１７４ａ，１７４ｂは、関連するアスピレータ１０２，１０４に向かって延在するピン１７６ａ，１７６ｂをそれぞれ含む。ピン１７６ａ，１７６ｂは、接合された弁座１６２ａおよび１７４ａおよび接合された弁座１６２ｂおよび１７４ｂによって画定されたによって画定されたキャビティ１７８ａ，１７８ｂ内でのシール部材１７２ａ，１７２ｂの移動のためのガイドとして機能する。したがって、各シール部材１７２ａ，１７２ｂは、それぞれのキャビティ１７８ａ，１７８ｂ内にピン１７６ａ，１７６ｂを受け入れるような大きさおよび位置の穴を含む。

アスピレータ１０２，１０４の一方、または両方は、チェックバルブ１３２を含むことができるバイパスポート１３０をさらに含む（描かれる実施形態においては、アスピレータ１０４のみ）。また、１または複数のアスピレータ１０２，１０４は、消音ユニットを含むことができる。図１および図２において、第１アスピレータ１０２は、消音ユニット１６０ａを含み、かつ第２アスピレータ１０４は、消音ユニット１６０ｂを含む。消音ユニット１６０ａ，１６０ｂは、参照によって本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／９１３，７５６号に記載の少なくとも一実施形態と概ね同様の構造を有するように示されており、そこから他の適用可能な実施形態と同様の構造を有することができる。

アスピレータ遮断弁（ＡＳＯＶ）１２０が図１および図２においてアスピレータ１０２の排出ポート１０８ａおよび多ポート接合部１１８の間に配置される。ＡＳＯＶ１２０は、開位置および閉位置の間で平行移動可能なゲート機構１２３の動きを制御するピストン１２１を有するゲートバルブとすることができる。ＡＳＯＶは、空気圧で作動することができる。図２において、ＡＳＯＶ１２０は、閉位置においてそのゲート機構を有し、そこでアスピレータ１０２の排出ポート１０８ａおよび低圧シンク１１６の間の流体の流れをブロックする。ＡＳＯＶ１２０は、車両のコンピュータまたはコントローラ１２５に動作可能に接続され、規定のあらかじめプログラムされたシステムパラメータに基づいてＡＳＯＶ１２０の開位置または閉位置を自動的に制御する。あるいは、ＡＳＯＶ１２０は、吸引ポート１２４または別の部品の計測器、またはシステム１００または車両に一体化したコントローラに動作可能に接続され、例えば吸引ポート１２４にて測定された吸引圧力に基づいて開位置および閉位置の間のＡＳＯＶ１２０の移行を自動的かつ動的に制御するためのパラメータを確立する。一実施形態においてＡＳＯＶ１２０は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる２０１４年１月１４日出願の米国特許出願番号第１４／１５４，２６８号に記載されたタイプとすることができる。

図３を参照すると他の実施形態において、ＡＳＯＶは、例えば参照によって全体が本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／８７２，４０２号に記載のタイプの電磁気的に作動するＡＳＯＶ１２０’とすることができる。ＡＳＯＶ１２０’は、弁機構１８４に接続可能なソレノイドコイル１８０および電機子１８２を組み込むことができ、電流の印加によってＡＳＯＶを開くおよび／または閉じるために直線的に移動可能なバネ付勢ゲートアセンブリ１８６を形成する。

ＡＳＯＶは、さらに参照によって本明細書に全体が組み込まれる２０１３年１２月１１月出願の米国仮特許出願第６１／９１４，６５８号に記載された電磁気的に作動されるＡＳＯＶとすることができる。あるいは、ＡＳＯＶ１２０は、前述したようにシステム１００を通る流体の流れを選択的に許容および／またはブロックするＡＳＯＶを可能にする多様な他の形を採用することができる。

したがって、図１に示すように、アスピレータ１０４を介して高圧源１１２および低圧シンク１１６の間に第１流路１３４が画定され、アスピレータ１０２を介して高圧源１１２および低圧シンク１１６に第２流路１３６が画定され、ＡＳＯＶ１２０によって制御される。ＡＳＯＶ１２０が閉位置の場合、流路１３６は遮断され、アスピレータ１０２は、吸引ポート１２４を通じた吸引に寄与しない。代わりの実施形態では、代わりにＡＳＯＶ１２０をアスピレータ１０２の前の流路１３６に沿って、高圧源１１２および駆動ポート１０６ａの入口（しかし多ポート接合部１１４の下流）の間に同じ効果で配置することができる。本明細書に開示されるシステム１００は、第１および第２流路１３４，１３６に関して説明されているが、システムは、これに限定されず、追加的なアスピレータおよび／またはＡＳＯＶを直列または並列に組み込むことができる。真空発生および利用を生成および／または制御するために、本明細書に記載の第１および第２アスピレータ１０２，１０４をエンジンシステムの他の部品の間の任意の流路に含むことができる。

動作時に、特定のエンジン運転状態の下、ＡＳＯＶ１２０が開位置にあるか、または閉位置にあるかに基づいて、アスピレータ１０２，１０４は、真空を迅速に生成するよう、および／または可変深さの真空を生成するよう制御される。ＡＳＯＶ１２０が開位置の場合、両方のアスピレータ１０２，１０４を通る駆動流を利用するよう両方の流路１３４，１３６は、アクティブであり、かつ両方のアスピレータは、真空を必要とするデバイス１２６のために吸引ポート１２４を通る吸引の生成に寄与する。高圧源１１２から低圧シンク１１６への駆動流は、システム１００を通る駆動流の最初の分岐およびその後の再結合を可能にする多ポート接合部１１４，１１８によって促進されて、両方の流路１３４，１３６を通り自由に移動する。結果として、アスピレータ１０２，１０４に生じるベンチュリ効果が、流路１３４に沿った吸引流１３８（図１の矢印で示される）および流路１３６に沿った吸引流１４０（図１の矢印で示される）を生成し、これらは共に吸引ポート１２４を通る吸引全体を占める。

対照的に、ＡＳＯＶ１２０が閉位置の場合、流路１３６ではなく流路１３４のみがアクティブとなり、吸引ポート１２４を通る吸引を生成する。閉位置のＡＳＯＶ１２０が流路１３６を横切る高圧源１１２および低圧シンク１１６の間の流体連通を遮るため、流路１３６に沿って流体の流れを引き込むための著しい圧力差が生じない。流路１３６を横切る圧力差の駆動力がないため、チェックバルブ１２８ａを開くのに必要な吸引を生成し、最終的に吸引ポート１２４を通じた吸引に寄与するためのアスピレータ１０２におけるベンチュリ効果が確立されない。したがって、ＡＳＯＶ１２０が閉位置の場合、アスピレータ１０２ではなくアスピレータ１０４のみが吸引ポート１２４を通じた吸引の生成のために機能する。さらに、ＡＳＯＶ１２０が流路１３４を通る流れに作用しないため、流路１３４によって生成された吸引圧力にＡＳＯＶが干渉することはない。

本明細書に開示され説明された原理によると、アスピレータ１０２，１０４の物理的な流れ特性を制御することによって、およびＡＳＯＶ１２０の開閉のための運転パラメータを設定することによって、アスピレータシステム１００は、車両エンジンのための単純かつ安価な可変流速制御装置を形成するために使用することができる。ＡＳＯＶを自動的に開閉するための条件は、システムを通る所望の駆動質量流速および／または所望の水準によりあらかじめプログラムすることができ、それによりシステム１００の必要性を考慮して適切にシステムが動的に反応し、駆動質量流速を調整することができる。さらに、複数のアスピレータのうちの少なくとも１つによって吸引圧力が継続的に生成される間、システム１００は、駆動質量流速を変えることができる。

本発明を詳細に、およびその好ましい実施形態を参照して説明したが、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく変更および変形が可能であることは明らかであろう。

１００ デュアルアスピレータシステム
１０２ 第１アスピレータ
１０４ 第２アスピレータ
１０６ａ,１０６ｂ 駆動ポート（ｍｏｔｉｖｅ ｐｏｒｔ）
１０８ａ，１０８ｂ 排出ポート
１１０ａ，１１０ｂ 吸入口
１１２ 高圧源
１１４ 多ポート接合部
１１６ 低圧シンク
１１８ 多ポート接合部
１２０ アスピレータ遮断弁（ＡＳＯＶ）
１２１ ピストン
１２２ 吸引ハウジング
１２３ ゲート機構
１２４ 吸引ポート
１２５ コントローラ
１２６ デバイス
１２８ａ，１２８ｂ チェックバルブ
１３０ バイパスポート
１３２ チェックバルブ
１３４ 第１流路
１３６ 第２流路
１３８ 吸引流
１４０ 吸引流
１４２ａ，１４２ｂ 駆動出口
１４４ａ，１４４ｂ 排出入口
１５０ 導管
１５２ ベンチュリ間隙
１５４ 収束セクション
１５６ 発散セクション

Claims (20)

1. エンジンシステムにおける第１部品および第２部品の間の第１流路であって、第１アスピレータが前記第１流路の一部を形成している、第１流路と、
   前記第１部品および前記第２部品の間の第２流路であって、第２アスピレータが前記第２流路の一部を形成し、かつ遮断弁が前記第２流路の一部を形成する、第２流路と、
   を備えるエンジンシステムであって、
   前記第１アスピレータおよび前記第２アスピレータがそれぞれ吸入口を有し、かつ前記第１アスピレータの前記吸入口が前記第２アスピレータの前記吸入口に流体連通する、エンジンシステム。
2. 前記第１アスピレータが第１駆動出口を有し、前記第２アスピレータが第２駆動出口を有し、かつ前記第１駆動出口の大きさおよび／または形が前記第２駆動出口の大きさおよび／または形と異なっている、請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記第１駆動出口が前記第２駆動出口よりも大きい、請求項２に記載のエンジンシステム。
4. 前記第２駆動出口が前記第１駆動出口よりも大きい、請求項２に記載のエンジンシステム。
5. 前記遮断弁が空気圧で作動する、請求項１に記載のエンジンシステム。
6. 前記遮断弁が電磁気的に作動する、請求項１に記載のエンジンシステム。
7. 前記第１および第２アスピレータの前記吸入口に流体連通する吸引ハウジングをさらに備え、前記吸引ハウジングが吸引ポートを含む、請求項１に記載のエンジンシステム。
8. 前記吸引ポートおよび少なくとも１つの前記第１および第２アスピレータの前記吸入口の間に配置されたチェックバルブをさらに備える、請求項７に記載のエンジンシステム。
9. 前記吸引ポートおよび前記第１アスピレータおよび前記第２アスピレータの両方の前記吸入口の間に配置されたチェックバルブをさらに備える、請求項７に記載のエンジンシステム。
10. 前記第１アスピレータおよび前記第２アスピレータの少なくとも１つがバイパスポートをさらに備える、請求項１に記載のエンジンシステム。
11. 前記遮断弁が前記第２アスピレータの下流の前記第２流路内に配置されている、請求項１に記載のエンジンシステム。
12. 真空を生成するためのシステムであって、該システムが、
    導管を画定する第１アスピレータであって、前記導管は、該導管を収束セクションおよび発散セクションに分離するベンチュリ間隙を有する、第１アスピレータと、
    導管を画定する第２アスピレータであって、前記導管は、該導管を収束セクションおよび発散セクションに分離するベンチュリ間隙を有する、第２アスピレータと、
    吸引ポートを有する吸引ハウジングであって、前記吸引ポートとの流体連通のために前記第１アスピレータの前記ベンチュリ間隙を前記第２アスピレータの前記ベンチュリ間隙に結合的に接合する、吸引ハウジングと、
    前記第１アスピレータを通る流れを遮ることなく、第２アスピレータを通る流れを遮断するために前記第２アスピレータの流路に配置された遮断弁と、
    を備え、
    前記吸引ポートが前記第１アスピレータおよび前記第２アスピレータの両方を真空または真空リザーバーを必要とする同じデバイスに接続する、システム。
13. 前記第１アスピレータの前記ベンチュリ間隙および前記吸引ハウジングの間に配置された第１チェックバルブ、および前記第２アスピレータの前記ベンチュリ間隙および前記吸引ハウジングの間に配置された第２チェックバルブをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記遮断弁が空気圧で作動する請求項１２に記載のシステム。
15. 前記遮断弁が電磁気的に作動する、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記第１アスピレータの前記収束セクションが第１駆動出口を有し、前記第２アスピレータの前記収束セクションが第２駆動出口を有し、かつ前記第１駆動出口の大きさおよび／または形が前記第２駆動出口の大きさおよび／または形と異なっている、請求項１２に記載のシステム。
17. 前記第１駆動出口が前記第２駆動出口よりも大きい、請求項１６に記載のエンジンシステム。
18. 前記第２駆動出口が前記第１駆動出口よりも大きい請求項１６に記載のエンジンシステム。
19. 前記遮断弁が前記第２アスピレータの下流の流路に配置されている、請求項１２に記載のエンジンシステム。
20. 前記第１アスピレータが前記吸引ハウジングと流体連通するバイパスポートをさらに備える、請求項１２に記載のエンジンシステム。

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