KR20170013282A

KR20170013282A - 방출기, 공압식 제어 밸브 및 선택적인 흡인기를 갖는 진공 생성 시스템

Info

Publication number: KR20170013282A
Application number: KR1020167034743A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 이. 플레처; 브라이언 엠. 그라이첸; 제임스 에이치. 밀러; 렉스 브라보; 매트 길머; 키이스 햄프턴; 앤드류 니더흐트
Original assignee: 데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-02-06
Also published as: US10024339B2; CN106458190B; CN106458190A; JP6609626B2; EP3148852A4; JP2017517680A; US20150345517A1; KR102224028B1; EP3148852A1; WO2015184205A1; EP3148852B1

Abstract

방출기 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 시스템이 개시된다. 방출기 어셈블리는, 방출기와 유체 연통하는 압력 조절기를 포함하고, 이 압력 조절기는 부스트 압력을 받으며, 또한 선택된 엔진 조건 하에서 그 부스트 압력이 선택적으로 압력 조절기 내의 밸브 개구를 통과하여 조절된 부스트 압력으로서 방출기 안으로 들어갈 수 있게 해준다. 압력 조절기와 방출기 모두 각각은 벤튜리 틈을 포함하는 통로를 형성하는 도관을 포함하고, 벤튜리 틈은 통로를 수렴부와 제 1 발산부로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부 모두는 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있다. 압력 조절기는 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 밸브 기구와 함께 움직이도록 그 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 가지며, 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 가지며, 이 통로는 밸브 개구 보다 좁게 되어 있는 점진적으로 좁아지는 부분을 포함한다.

Description

방출기, 공압식 제어 밸브 및 선택적인 흡인기를 갖는 진공 생성 시스템{VACUUM CREATION SYSTEM HAVING AN EJECTOR, PNEUMATIC CONTROL VALVE AND OPTIONALLY AN ASPIRATOR}

본 출원은 2014년 5월 30일에 출원된 미국 가출원 제 62/005,078 호의 이익을 주장한다.

본 출원은 방출기 어셈블리에 의한 진공 생성에 관한 것으로, 특히, 원동원(motive source)으로서 고압원(대기압 보다 높은 압력)에 연결되는 방출기 어셈블리에 관한 것이다.

일부 차량에서, 다양한 장치를 작동시키거나 그 장치의 작동을 보조하기 위해 진공이 사용된다. 몇 가지를 언급하면, 예컨대, 차량 브레이크를 이용하는 운전자를 도와주기 위해, 터보과급기, 가열 및 환기 시스템, 구동계를 위한 액츄에이터를 작동시키기 위해, 그리고 연료 증기를 제거하기 위해 진공을 사용할 수 있다. 차량이 흡기 매니폴드로부터 생기는 것과 같은, 충분한 진공을 자연적으로 생성하지 못하면, 그러한 장치를 작동시키기 위해 별도의 진공원이 필요하게 된다. 터보과급기 또는 수퍼과급기로부터 매니폴드 진공 또는 증가된 공기(boosted air)가 공급되면 흡인기 또는 방출기가 진공을 생성할 수 있다. 생성되는 진공의 깊이는 원동 압력의 함수가 될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 방출기는 대기압 보다 높은 압력원에 연결되는 수렴-발산형 노즐 어셈블리이다. 가압된 공기를 방출기에 통과시키면, 이 방출기 내에서 저압 영역이 생성되어, 공기가 진공 저장부로부터 끌려 나오거나 진공 요구 장치에 직접 작용할 수 있으며, 그리하여 진공 저장부 또는 진공 요구 장치 내부의 압력이 감소될 수 있다.

원동 압력이 192 kPa(절대 압력)을 초과하는 경우 전형적인 방출기는 대기압 보다 낮은 흡입 압력을 발생시킬 수 없고 또한 원동 유량을 제어하지 못한다. 통상적으로, 부스트식 엔진에서는, 부스트 압력, 예컨대 터보과급기 또는 수퍼과급기의 압축기로부터 오는 흐름이 변동된다. 따라서, 특히 방출기 안으로 들어가는 부스트 압력의 거의 일정한 유량의 제공 및/또는 더 깊은 진공의 제공을 포함하여, 부스트 압력에 대한 더 양호한 제어를 위해 부스트 압력의 흐름을 조절하도록 그러한 차량에 대한 방출기의 성능을 개선하는 것이 필요하다.

일 양태에서, 엔진 시스템 내의 서브시스템에 필요한 진공을 생성하기 위해 부스트 압력의 개선된 제어를 제공하는 방출기 어셈블리가 본 명세서에 개시된다. 특히, 본 명세서의 시스템은, 부스트 압력이 변하더라도 압력 조절기를 사용하여 방출기를 통과하는 일정한 흐름을 제공하여 부스트 압력의 더 넓은 범위에 걸쳐 유용한 진공을 생성한다. 방출기 어셈블리는 방출기와 유체 연통하는 압력 조절기를 포함하고, 이 압력 조절기는 부스트(boost) 압력을 받으며, 또한 선택된 엔진 조건 하에서 그 부스트 압력이 선택적으로 상기 압력 조절기 내의 밸브 개구를 통과하여 조절된 부스트 압력으로서 상기 방출기 안으로 들어갈 수 있게 해준다.

제 1 실시 형태에서, 상기 압력 조절기와 방출기 모두 각각은 벤튜리(Venturi) 틈을 포함하는 통로를 형성하는 도관을 가지며, 상기 벤튜리 틈은 통로를 수렴부와 발산부로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부 모두는 상기 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있다. 제 1 실시 형태의 다른 양태에서, 상기 압력 조절기는 내부 챔버를 형성하는 용기부, 그 내부 챔버와 유체 연통하는 포트(port), 및 상기 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 함께 움직이도록 위치된 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 갖는다. 상기 포트는 부스트 압력 보다 작은 압력의 소스(source)와 유체 연통한다. 일 실시 형태에서, 상기 압력 조절기는 상기 피스톤을 최대 개방 위치로 편향시키는 스프링을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 압력 조절기의 상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하고, 이 통로는 제 2 부분 보다 넓은 제 1 부분을 가지며, 상기 발산부 안으로 이어져 있는 상기 밸브 개구는 수평으로 배향되는 대체로 직사각형의 개구이다.

다른 실시 형태에서, 압력 조절기의 상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하며, 이 통로는 치수가 상기 밸브 개구 보다 작은 대체로 삼각형의 부분을 갖는다.

본 명세서에 있는 실시 형태들 중 임의의 실시 형태의 다른 양태에서, 방출기 어셈블리는 상기 방출기의 벤튜리 틈의 하류에 위치되는 소음 감쇠 유닛을 또한 포함한다. 이 소음 감쇠 유닛은 다공성 소리 감쇠 부재를 수용하고, 상기 조절된 부스트 압력이 그 다공성 소리 감쇠 부재를 통과해 흐른다.

제 1 실시 형태의 다른 양태에서, 상기 방출기는 진공 요구 장치와 유체 연통하는 흡입 포트를 포함한다.

제 1 실시 형태의 다른 양태에서, 방출기 어셈블리는, 상기 방출기의 흡입 포트와 진공 요구 장치 사이에서 유체 연통하는 흡인기를 포함할 수 있다. 이 흡인기는 벤튜리 틈을 포함하는 통로를 형성하는 도관을 가지며, 그 벤튜리 틈은 통로를 수렴부와 발산부로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부 모두는 상기 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있다.

제 2 실시 형태에서, 방출기와 유체 연통하는 압력 조절기를 갖는 방출기 어셈블리는 부스트 압력을 받는 압력 조절기를 가지며, 이 압력 조절기는 선택된 엔진 조건 하에서 그 부스트 압력이 선택적으로 상기 압력 조절기 내의 밸브 개구를 통과하여 조절된 부스트 압력으로서 상기 방출기 안으로 들어갈 수 있게 해준다. 방출기는 벤튜리 틈을 포함하는 통로를 형성하는 제 1 도관을 가지며, 상기 벤튜리 틈은 상기 통로를 수렴부와 발산부로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부 모두는 상기 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있다. 상기 압력 조절기는, 상기 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 함께 움직이도록 위치된 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 가지며, 상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하고, 이 통로는 상기 밸브 개구 보다 좁게 되어 있는 점진적으로 좁아지는 부분을 포함한다.

제 2 실시 형태의 일 양태에서, 상기 압력 조절기는 상기 밸브 기구가 안착되는 포켓을 형성하는 제 2 도관을 포함한다. 그 포켓은 제 2 벤튜리 틈을 형성한다. 상기 압력 조절기는 내부 챔버를 형성하는 용기부 및 그 내부 챔버와 유체 연통하는 포트를 또한 포함한다. 이 포트는 부스트 압력 보다 작은 압력의 소스(source)와 유체 연통한다.

제 2 실시 형태의 다른 양태에서, 방출기 어셈블리는 상기 방출기의 흡입 포트와 진공 요구 장치 사이에서 유체 연통하는 흡인기를 포함할 수 있다.

제 3 실시 형태에서는, 압축기를 갖는 터보과급기, 상기 압축기와 유체 연통하는, 본 명세서에 개시되어 있는 방출기 시스템들 중의 어느 하나, 및 상기 방출기와 유체 연통하는 진공 요구 장치를 포함하는 엔진 시스템이 개시된다. 여기서, 압축기에서 나오는 부스트 압력은 상기 압력 조절기의 제 1 수렴부와 유체 연통한다. 상기 압력 조절기는 내부 챔버를 형성하는 용기부, 그 내부 챔버와 유체 연통하는 포트, 및 상기 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 함께 움직이도록 위치된 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 갖는다. 일 실시 형태에서, 상기 포트는 부스트 압력 보다 작은 압력의 소스와 유체 연통하며, 상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하고, 이 통로는 상기 밸브 개 보다 좁게 되어 있는 점진적으로 좁아지는 부분을 포함한다.

도 1은 본 명세서에서 개시되어 있는 바와 같은 방출기 어셈블리를 갖는 엔진을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 방출기 어셈블리의 일 실시 형태의 측면도이다.
도 3은 도 2의 방출기 어셈블리의 종(길이)방향 단면도이다.
도 4는 최대 개방 위치 A에서 도 3의 종방향 단면도에 수직하게 게이트 부재와 포켓을 통과해 취한 압력 조절기의 단면도이다.
도 5는 중간 개방 위치 B에서 도 3의 종방향 단면도에 수직하게 게이트 부재와 포켓을 통과해 취한 압력 조절기의 단면도이다.
도 6은 최소 개방 위치 C에서 도 3의 종방향 단면도에 수직하게 게이트 부재와 포켓을 통과해 취한 압력 조절기의 단면도이다.
도 7은 방출기-흡인기 어셈블리의 일 실시 형태의 측면도이다.
도 8은 도 7의 방출기-흡인기 어셈블리의 종방향 단면도이다.

다음의 상세한 설명은 본 발명의 전반적인 원리를 예시하며, 본 발명의 실시예가 첨부 도면에 추가로 도시되어 있다. 도면에서, 유사한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다.

본원에서 사용되는 "유체"는 액체, 현탁 물질(suspension), 콜로이드, 가스, 플라즈마 또는 이들의 조합물을 의미한다.

도 1은 차량 진공 시스템에 진공을 제공하기 위한 하나의 예시적인 실시 형태를 나타내는데, 이는 본 명세서에서 개시되고 도 2 ∼ 6을 참조하여 설명되는 방출기 어셈블리 또는 본 명세서에서 개시되고 도 7 및 8을 참조하여 설명되는 방출기-흡인기 어셈블리를 가짐으로써 개선된다. 이제 도 1을 참조하면, 복수의 실린더(이중의 하나의 실린더가 도 1에 나타나 있음)를 포함하는 내연 엔진(10)은 전자 엔진 제어기(12)에 의해 제어된다. 엔진(10)은 연소실(30) 및 실린더 벽(32)을 포함하고, 피스톤(36)이 연소실 안에 위치되고 크랭크축(40)에 연결되어 있다. 연소실(30)은 각각의 흡기 밸브(52) 및 배기 밸브(54)를 통해 흡기 매니폴트(44) 및 배기 매니폴드(48)와 연통하는 것으로 나타나 있다. 각 흡기 및 배기 밸브는 흡기 캠(51)과 배기 캠(53)에 의해 작동될 수 있다. 대안적으로, 흡기 및 배기 밸브 중의 하나 이상은 전기기계적으로 제어되는 밸브 코일 - 전기자(armature) 어셈블리에 의해 작동될 수 있다. 흡기 캠(51)의 위치는 흡기 캠 센서(55)에 의해 결정될 수 있다. 배기 캠(53)의 위치는 배기 캠 센서(57)에 의해 결정될 수 있다.

연료 분사기(66)가 연료를 실린더(30) 안으로 직접 분사하도록(이는 통상의 기술자에게 직접 분사로 알려져 있음) 위치되어 있는 것으로 나타나 있다. 대안적으로, 연료는 흡기 포트에 분사될 수 있는데, 이는 통상의 기술자에게 포트 분사로 알려져 있다. 연료 분사기(66)는 제어기(12)로부터 오는 신호의 펄스폭(FPW)에 비례하여 액체 연료를 전달한다. 연료는 연료 탱크, 연료 펌프, 및 연료 레일(나타나 있지 않음)을 포함하는 연료 시스템(나타나 있지 않음)에 의해 연료 분사기(66)에 전달된다. 연료 분사기(66)에는, 제어기(12)에 응답하는 구동기(68)로부터 작동 전류가 공급된다. 추가로, 흡기 매니폴드(44)는 선택적인 전자 스로틀(62)과 연통하는 것으로 나타나 있는데, 그 전자 스로틀은 스로틀 판(64)의 위치를 조정하여 흡기 부스트(boost) 챔버(46)로부터 오는 공기 흐름을 제어한다.

압축기(162)가 공기 흡기부(42)로부터 공기를 끌어들여 부스트 챔버(46)에 공급한다. 배기 가스는 축(161)을 통해 압축기(162)에 연결되어 있는 터빈(164)을 회전시킨다. 가변적인 작동 조건하에서 부스트 압력이 제어될 수 있도록 진공 작동식 웨이스트 게이트(waste gate) 액츄에이터(72)는 배기 가스가 터빈(64)을 우회할 수 있게 해준다. 진공은 방출기 어셈블리(200)로부터 직접 또는 진공 저장부(138)를 통해 웨이스트 게이트 액츄에이터(72)에 공급된다. 진공 저장부(138)는 흡기 매니폴드(44)로부터 흡기 매니폴드 진공 흐름 제어 밸브(24) 및 체크 밸브(60)를 통해 진공을 공급받을 수 있다. 흡기 매니폴드 진공 흐름 제어 밸브(24)는 제어기(12)로부터 오는 전기 신호를 통해 작동된다. 일부 실시예에서, 체크 밸브(60)는 생략될 수 있다. 진공 저장부(138)는 또한 방출기 어셈블리(200)의 방출기(20)를 통해 진공을 공급받을 수 있다. 압력 조절기(22)는 터보과급기의 압축기(162)로부터 오는 압축 공기(대기압 보다 높은 압력(부스트 압력)을 가짐)가 방출기(20)를 통과를 허용하기 위해 선택적으로 개방되도록 제어될 수 있다. 압축 공기는 방출기(20)를 통과하고 이 방출기(20) 내부에서 저압 영역을 발생시켜, 진공 저장부(138)를 위한 진공원을 제공하거나 웨이스트게이트 밸브(72)와 같은 진공 요구 장치(202)(도 2)에 직접 진공원을 제공하게 된다.

도 1에 나타나 있는 바와 같이, 방출기(20)를 통과해 흐르는 공기는 압축기(162)의 상류 위치에서 흡기 시스템에 복귀하지만, 대기압 또는 부스트 압력(들) 보다 낮은 압력과 동일하거나 대체로 유사한 조건에 있는 흡기 시스템의 일 부분에 배출될 수도 있다. 일 대안적인 실시예에서, 방출기(20)를 통과해 흐르는 공기는, 흡기 매니폴드에 이르는 도관을 통해, 스로틀(62)의 하류 위치 및 압축기(162)의 상류 위치에서 공기 흡기 시스템에 복귀할 수 있다. 대안적인 구성에서, 방출기(20)의 출구와 흡기 매니폴드(44) 사이에 그리고 방출기(20)의 출구와 공기 흡기부(42) 사이에 밸브가 배치될 수 있다.

도 1에서, 체크 밸브(63)는, 공기가 방출기(20)로부터 진공 저장부(138) 또는 진공 요구 장치(202)(예컨대, 웨이스트게이트 밸브(72) 또는 브레이크 부스터(140))로 가지 않도록 보장해 준다. 도 3에서 보는 바와 같이, 체크 밸브(63)가 방출기(20)에 통합되어 있을 수 있다. 진공 저장부(138)는 체크 밸브(65)를 통해 브레이크 부스터(140)에 진공을 제공한다. 진공 저장부(138)는 터보과급기 웨이스트게이트 액츄에이터, 가열 및 환기 액츄에이터, 구동계 액츄에이터(예컨대, 4개의 휠 구동 액츄에이터), 연료 증기 제거 시스템, 엔진 크랭크케이스 환기 장치, 및 연료 시스템 누출 시험 시스템과 같은 다른 진공 소비장치에도 진공을 제공할 수 있다. 대안적으로, 방출기 어셈블리(200)는 이들 진공 소비장치 중 어떤 것에도 직접 진공을 공급할 수 있다. 체크 밸브(61)는 진공 저장부(138)로부터 이차 진공 소비장치(예컨대, 차량 제동 시스템 외의 진공 소비장치)로의 공기 흐름을 제한한다. 브레이크 부스터(140)는 내부 진공 저장부를 포함할 수 있고, 차량 브레이크(나타나 있지 않음)를 이용하기 위해 브레이크 페달(150)에 의해 마스터 실린더(148)에 제공되는 힘을 증대시킬 수 있다.

점화 시스템(88)은 제어기(12)에 응답하여 스파크 플러그(92)를 통해 연소실(30)에 점화 스파크를 제공한다. 범용 배기가스 산소(UEGO) 센서(126)가 촉매 컨버터(70)의 상류에서 배기 매니폴드(48)에 연결되어 있는 것으로 나타나 있다. 대안적으로, 2-상태 배기가스 산소 센서가 UEGO 센서(126) 대용으로 사용될 수 있다.

도 1에서 제어기(12)는 마이크로프로세서 유닛(102), 입출력 포트(104), 읽기 전용 메모리(106), 랜덤 액세스 메모리(108), 킵 얼라이브(keep alive) 메모리(110), 및 통상적인 데이타 버스를 포함하는 통상적인 마이크로컴퓨터로서 나타나 있다. 제어기(12)는, 앞에서 논의된 신호 외에도, 냉각 슬리브(114)에 연결되어 있는 온도 센서(112)로부터 주어지는 엔진 냉각제 온도(ECT); 발(132)에 의해 조정되는 가속기 위치를 감지하기 위해 가속기 페달(130)에 연결되어 있는 위치 센서(134); 브레이크 페달 위치를 감지하기 위해 브레이크 페달(150)에 연결되어 있는 위치 센서(154); 엔드 가스의 점화를 결정하기 위한 녹크(knock) 센서(나타나 있지 않음); 흡기 매니폴드(44)에 연결되어 있는 압력 센서(121)로부터 주어지는 엔진 매니폴드 압력(MAP)의 측정치; 부스트 챔버(46)에 연결되어 있는 압력 센서(122)로부터 주어지는 부스트 압력의 측정치; 크랭크축(40)의 위치를 감지하는 홀(Hall) 효과 센서(118)로부터 주어지는 엔진 위치 센서; 센서(120)(예컨대, 열선 공기 유량계)로부터 주어지는 엔진 유입 공기 질량의 측정치; 및 센서(58)로부터 주어지는 스로틀 위치의 측정치를 포함하여, 엔진(10)에 연결되어 있는 센서로부터 다양한 신호를 받는 것으로 나타나 있다. 기압(barometric pressure)이 또한 제어기(12)에 의한 처리를 위해 감지될 수 있다(센서는 나타나 있지 않음). 본 설명의 하나의 바람직한 양태에서, 엔진 위치 센서(118)는 크랭크축의 매 회전 마다 미리 정해진 수의 동일 간격의 펄스를 발생시키며, 이 펄스로부터 엔진 속도(RPM)가 결정될 수 있다.

도 1에 나타나 있는 엔진은 한정적인 것이 아니며, 하이브리드 차량 또는 디젤 엔진에 있는 전기 모터/배터리 시스템이거나 그에 포함될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 방출기 어셈블리(200)가 확대도로 나타나 있다. 이 방출기 어셈블리(200)는, 부스트 압력을 받도록 연결되어 있고 또한 도관(204)을 통해 방출기(20)에 연결되어 있는 압력 조절기(22)를 포함하며, 그 도관은 압력 조절기와 방출기 사이의 유체 연통을 제공하여, 특히, 선택된 엔진 조건 하에서 부스트 압력이 압력 조절기를 통과하여 방출기 안으로 들어가 이를 통과할 수 있게 해준다. 압력 조절기(22)는 하우징(201)을 포함하고, 이 하우징은 용기부(230)와 캡(232)을 포함할 수 있고, 이 캡은 내부 챔버(203)(도 3)를 형성하고 또한 이 챔버(203)와 유체 연통하는 포트(208)를 갖는다. 포트(208)는 캡(232)을 통해 하우징(201)에 들어가지만, 용기부(230)를 통해 들어갈 수 있고 대기와 유체 연통한다. 포트(208)는 공기가 챔버(203) 안으로 유입할 수 있게 해주거나 또는 공기가 챔버(203)에서 나가도록 해주는 배출구로서 작용할 수 있다. 바람직하게는, 캡(232)은 용기부(230)에 밀폐가능하게 연결된다.

도 3 ∼ 6을 참조하면, 하우징(201) 및 그의 내부 구성품은 집합적으로 밸브 기구(220)를 위한 액츄에이터(205)이다. 챔버(203) 내부에는, 밸브 기구(220)에 연결되어 있는 스템(214)을 갖는 피스톤(210)이 있다. 그 스템(214)은 밸브 기구(220)에 가까이 있는 근위 단부(252)(본 명세서에서 연결 단부라고 할 수 있음) 및 밸브 기구(220)로부터 떨어져 있는 원위 단부(254)를 갖는다(도 4에 나타나 있음). 이 실시 형태에서 밸브 기구(220)는, 밸브 개구(224)와 포켓(226)을 갖는 도관(222)을 포함하며, 또한 상기 포켓(226) 안에 적어도 부분적으로 수용될 수 있는 게이트 부재(228)를 포함하고, 이 게이트 부재는 이를 관통해 있는 통로(229)를 가지고 있다. 도 3에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 포켓(226)은 도관(222)을 수렴부(223a)와 발산부(223b)로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부는 포켓에서 만나 밸브 개구(224)를 형성한다. 수렴부(223a)와 발산부(223b) 둘 모두는 연속적으로 점진적으로 점감하는 내부 통로들을 형성하며, 이들 내부 통로는 밸브 개구(224)에 접근함에 따라 좁아져 있어 그 밸브 개구(224)에서 최소의 내부 치수를 갖게 되며, 또한 부스트 압력이 압력 조절기(22)를 통과할 때 그 부스트 압력에 대한 벤튜리 효과를 발생시킨다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 수렴부(223a)는 개구(240)를 가지고 있는데, 이 개구는 그 수렴부로부터 피스톤(210) 아래에 있는 챔버(203)의 하측부(203b) 안으로 이어져 있어, 스프링(212)이 안착되는 면의 반대편에 있는 피스톤 면(227)에 부스트 압력이 작용할 수 있다.

도 4 ∼ 6에서 보는 바와 같이, 액츄에이터(205)가 다양한 위치 사이에서의 게이트 부재(228)의 운동을 제어하도록 그 게이트 부재(228)는 피스톤(210)에 연결되어 있다. 스프링(212)(이 스프링의 일 단부는 피스톤(210)에 안착되고 다른 단부는 캡(232)에 안착됨)에 의해 피스톤에 가해지는 법선 방향 힘이 부스트 압력에 의해 피스톤 면(227)에 가해지는 힘 보다 크면, 피스톤(210)은 상기 법선 방향 힘에 의해 도 4에 나타나 있는 최대 개방 위치(위치 A)로 가압된다. 피스톤 면(227)에 작용하는 부스트 압력이 스프링(212)에 의해 가해지는 법선 방향 힘을 극복하면, 도 5 및 6에서 보는 바와 같이 피스톤(210)이 위쪽으로 가압된다. 도 6은 밸브 개구(224)에 대한 폐쇄 위치 C를 나타내는데, 이 폐쇄 위치는 또한 하우징(201) 또는 그 안의 어떤 부분에 의해 피스톤(210)에 허용되는 최대 이동 거리일 수 있다. 도 5는 중간 개방 위치 B를 나타내는데, 이 중간 개방 위치에서 부스트 압력은, 피스톤(210)을 도 6에 나타나 있는 최대 이동 거리 보다 작은 이동 거리로 이동시키기에 충분히 크다. 도 5는 중간 위치의 일 예일 뿐이다. 최대 개방 위치 A와 최소 개방 위치(나타나 있지 않음) 사이에 있는 복수의 중간 위치가 가능하고 부스트 압력의 변화에 반응할 것이며, 이는 스프링(212)의 선택에 의해 조정될 수 있다.

밸브 기구(220)는 레일 시스템에 의해 피스톤(210)에 연결될 수 있는데, 이 레일 시스템에 의해 게이트 부재(228)가 도관(222)의 중심 길이 방향 축선을 따라 슬라이딩 운동을 할 수 있다. 레일 시스템(여전히 도 4 ∼ 6을 참조)은 스템(214)의 근위 단부(252)의 양측에서 그 근위 단부 근처에 있는 경주로(raceway) 홈(264)을 포함한다. 게이트 부재(228)는 경주로 홈(264) 안으로 슬라이딩하도록 성형 및 구성되어 있는 슬라이더(266)를 포함한다. 피스톤(210)의 스템(214)의 원위 단부(254)는 밸브 기구의 반대편에서 피스톤으로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 있고, 도 4 ∼ 6에서 보는 바와 같이, 캡(232)의 내부에 있는 안내 통로(246) 안에 수용될 수 있으며, 그 안내 통로는 액츄에이터(205)에 대한 정렬을 제공하고 또한 스프링(212) 및/또는 피스톤(210)의 비틀림 및/또는 좌굴(buckling)을 방지한다.

여전히 도 4 ∼ 6을 참조하면, 피스톤(210)은 또한 그의 외주 둘레에 있는 시일링 부재(234)를 포함할 수 있으며, 이 시일링 부재는 챔버(203)의 내면에 접촉하는 립(lip) 시일로 되어 있다. 피스톤(210)의 외주는 시일링 부재(234)가 안착되는 환형 홈(236)을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 시일링 부재(234)는 O-링, V-링, 또는 X-링일 수 있다. 대안적으로, 시일링 부재(234)는 다른 부재와의 시일링 결합을 위한 시일링 재료로 만들어진 어떤 다른 환형 시일이라도 될 수 있다. 피스톤이 그의 이동 범위에 걸쳐 이동할 때 시일링 부재(234)가 접촉하는 챔버(203)의 내면은 재료(242)(코팅 또는 환형 재료 링일 수 있음)로 라이닝되어 있을 수 있는데, 이 재료는 시일링 부재의 마모(마찰)를 줄여주고 또한 챔버(203)를 그의 상측부(203a)와 하측부(203b)로 분리하는 시일을 향상시킬 수 있다.

도 4 ∼ 6에 나타나 있는 바와 같이, 밸브 개구(224)는 대체로 직사각형의 개구이며, 이 개구는 그의 장변이 상하측 변으로서 수평으로 배향되게 배향되어 있다. 또한, 최대 개방 위치 A, 중간 개방 위치 B, 및 폐쇄 위치 C를 용이하게 얻기 위해, 게이트 부재(228)는 통로(229)를 포함하는데, 이 통로는 하측 부분(248) 보다 넓은 상측 부분(246), 및 더 넓은 상측 부분(246)으로부터 더 좁은 하측 부분(248)으로 점진적으로 연속적으로 점감하는 중간 부분(247)을 포함한다. 상측 부분(246)은 상기 밸브 개구(224)에 맞도록 대체로 직사각형일 수 있다. 하측 부분(248)은 밸브 개구(224) 보다 치수가 작은 대체로 삼각형이며, 그래서 게이트 부재(228)는 밸브 개구(224)의 일 부분을 폐쇄한다. 도 4 ∼ 6에 나타나 있는 바와 같이, 상기 통로(229)는 불규칙한 오각형일 수 있는데, 상측 부분(246)은 치수가 밸브 개구에 대체로 맞도록 대체로 직사각형이고 중간 부분(247)과 하측 부분(248)은 통로(229)의 대체로 삼각형의 부분을 함께 형성한다.

다시 도 2 및 3을 참조하면, 방출기(20)는 하측 몸체부(306)와 상측 몸체부(308)를 포함하고, 상측 및 하측 몸체부가 함께 결합되면 이들 몸체부 사이에 체크 밸브(311)가 형성될 수 있다. 이 체크 밸브는 2015년 1월 20일에 출원되어 공동 계류중인 특허 출원 제 14/600,598 호 및/또는 2014년 10월 8일에 출원되어 공동 계류 중인 특허 출원 제 14/509,612 호에 기재되어 있는 것과 유사한 특징을 갖도록 구성될 수 있으며, 이들 특허 출원 각각은 전체적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있다. 상기 하측 몸체부(306)는 벤튜리 틈(324)을 포함하는 도관(322)을 형성하며, 그 벤튜리 틈은 도관(322)을 수렴부(323a)와 발산부(323b)로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부 모두는 연속적으로 점진적으로 점감하는 내부 통로들을 형성하고, 이 내부 통로들은 상기 벤튜리 틈(324)에 접근함에 따라 좁아지고, 조절된 부스트 압력이 압력 조절기(22)로부터 방출기(20) 안으로 들어갈 때 그 조절된 부스트 압력에 대한 벤튜리 효과를 발생시키게 된다. 따라서, 수렴부(323a)의 원동 포트(326)가 압력 조절기(22)의 배출 포트(272)에 연결되어 있다.

배출 포트(328)는 소음 감쇠 유닛(260)을 포함할 수 있다. 이 소음 감쇠 유닛(260)은 2014년 12월 9일에 출원되어 공동 계류 중인 특허 출원 제 14/565,075 호(전체적으로 본 명세서에 통합되어 있음)에 기재되어 있는 소음 감쇠 유닛과 대체로 유사하다. 소음 감쇠 유닛(260)은 벤튜리 틈(324)의 하류에 있는 다공성 소리 감쇠 부재(350)를 포함하고, 이 소리 감쇠 부재는 부스트 압력 공기가 이 부재를 통과해 흐를 수 있도록 배치된다. 다공성 소리 감쇠 부재(350)를 그러한 위치에 유지시키기 위해, 배출 포트(328)가 제 1 캐니스터(canister) 부분(352)에서 끝나 있다. 제 2 캐니스터 부분(354)이 제 1 캐니스터 부분(352)과 짝을 이루어, 이들 캐니스터 부분 사이에 형성되어 있는 에워싸인 챔버(356) 안에 상기 소리 감쇠 부재(350)를 에워싼다. 다공성 소리 감쇠 부재(350)는, 정렬 핀(358)을 수용하기 위해 대체로 중앙에 있는 관통 보어 또는 복수의 관통 보어 홀 및/또는 부분적인 보어를 갖는 다공성 재료 디스크일 수 있다. 대안적으로 다공성 소리 감쇠 부재(350)는 연속적인 다공성 재료 플러그일 수 있는데, 이 플러그를 관통하는 유일한 통로는 그 본래의 다공성으로 인해 형성되어 있는 채널인데, 즉 확대된 보어 홀은 존재하지 않는다. 연속적인 플러그는 방출기의 선택된 부분 안에 끼워맞춤될 수 있는 어떤 형상 및 구성으로도 될 수 있지만, 도시되어 있는 바와 같이 디스크형일 수 있다. 소리 감쇠 부재의 다공성 때문에, 소음 압력파들은 서로 간섭하여 감쇠되지만, 유체 흐름을 부적절하게 제한하지 않도록 충분한 크기와 형상을 가져야 한다. 다공성 소리 감쇠 부재(20)는 금속, 플라스틱, 세라믹 또는 유리를 포함한 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 소리 감쇠 부재는 직조된 또는 얽힌 와이어, 소결 입자, 직조된 또는 얽힌 섬유로 만들어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

상측 몸체 부분(308)은 하나 이상의 개구(334)를 갖는 흡입 포트(332)를 형성하며, 그 개구는 체크 밸브(311) 및 하측 몸체 부분(306)에 있는 벤튜리 틈(324)과 유체 연통한다. 따라서, 조절된 부스트 압력이 벤튜리 틈(324)을 통과해 흐름에 따라, 흡입이 발생되어 유체가 흡입 포트(332)로부터 벤튜리 틈(324) 안으로 끌려 들어가게 된다. 흡입 포트(332)는 진공 요구 장치(202)에 연결될 수 있고, 이 장치도 진공 저장부(138)를 포함한다.

작동시, 압력 조절기(22)에 있는 밸브 기구(220)는, 게이트 부재(228)를 그의 통상적인 위치인 도 4의 최대 개방 위치 A에 있게 하기 위해 스프링(212)을 이용한다. 부스트 압력에 의해 문턱 힘이 피스톤 면(227)에 가해질 때까지, 상기 피스톤(210)은 이 통상적인 위치에 안착되고 스프링 힘에 의해 이 위치에 유지된다. 부스트 압력이 문턱 힘을 초과하기 시작하면, 게이트 부재(228)가 폐쇄 위치 쪽으로 움직이기 시작한다. 부스트 압력이 미리 정해진 값을 초과하면, 게이트 부재는 도 6에 나타나 있는 폐쇄 위치 C로 움직일 수 있다. 가변적인 형상의 통로(229)를 갖는 방출기 어셈블리(200)는, 부스트 압력이 변함에 따라 밸브 개구를 통과하는 흐름의 크기를 변화시키고, 그리하여, 방출기를 통과하는 흐름이 일정하게 되고 또한 부스트 압력의 더 넓은 범위에 걸쳐 유용한 진공이 발생되는 이점을 제공한다.

이제 도 7 및 8을 참조하면, 방출기-흡인기 어셈블리(300)가 나타나 있는데, 이 방출기-흡인기 어셈블리는, 도 2 ∼ 6과 관련하여 전술한 바와 같은 방출기(20), 압력 조절기(22), 및 선택적으로 소음 감쇠 유닛(260)을 포함하지만, 추가로 흡인기(400)를 포함하며, 이 흡인기의 배출 포트 또는 흡인기 출구(412)는 방출기(20)의 흡입 포트(332)와 유체 연통한다. 도관(402)이 상기 배출 포트 또는 흡인기 출구와 흡입 포트를 서로 연결할 수 있다. 흡인기(400)은 일반적으로 공동 계류 중인 특허 출원 제 14/600,598 호, 제 14/509,612 호 및/또는 제 14/565,075 호에 기재되어 있는 바와 같다.

흡인기(400)는 통로(404)를 형성하는 몸체(406)를 포함하며, 이 몸체는 엔진 또는 이 엔진에 연결되어 있는 구성품에 연결될 수 있는 3개 이상의 포트를 갖는다. 이 포트는 (1) 대기압의 소스(source at atmospheric pressure), 일반적으로 예컨대 엔진 흡기 공기 정화기에서 오는 깨끗한 공기에 연결될 수 있는 원동(motive) 포트(408); (2) 선택적인 체크 밸브(411)를 통해 진공 요구 장치(202) 또는 진공 저장부(138)에 연결될 수 있는 흡입 포트(410); (3) 엔진의 스로틀의 하류에 있는 엔진 흡기 매니폴드에 연결되는 흡인기 출구(412); 및 선택적으로 (4) 우회 포트(414)를 포함한다. 상기 포트(408, 410, 412, 414) 각각은, 엔진에 있는 호스 또는 다른 구성품에 각각의 포트를 연결하기 위해 커넥터 부분(connector feature)을 상기 포트의 외부 표면에서 포함할 수 있다.

체크 밸브(411)는 바람직하게는 유체가 흡입 포트(410)로부터 진공 요구 장치(202)로 흐르는 것을 방지하도록 배치된다. 일 실시 형태에서, 상기 진공 요구 장치는 웨이스트게이트(wastegate) 밸브일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 진공 요구 장치(202)는 유압 밸브이다. 우회 포트(414)는 진공 요구 장치(202)에 연결될 수 있고, 또한 우회 포트(414)로 가는 유체의 흐름 또는 우회 포트로부터 응용 장치(202)로 가는 유체의 흐름을 제어하도록 배치되어 있는 체크 밸브(420)를 선택적으로 포함할 수 있다.

작동시, 터보과급기의 압축기에서 나오는 부스트 압력은 압력 조절기(22)에 들어가고 게이트 통로(229)(압력 조절기에 있는 벤튜리 틈에 있음)를 통과해 방출기(20)에 있는 벤튜리 틈(324)으로 가서 이를 통과하여, 방출기의 흡입 포트(332)를 통해 공기를 끌어들이고 또한 그 흡입 포트가 흡인기 출구(412)에 연결되어 있기 때문에, 흡인기(400)를 통과하는 원동 흐름을 일으켜, 흡인기의 흡입 포트(410)를 통해 공기를 끌어들이게 된다. 이러한 시스템은, 도 2 ∼ 6의 방출기 어셈블리(200)가 단독으로 발생시킬 수 있는 것 보다 깊은 진공을 흡입 포트(410, 332)를 통한 유체(일반적으로 공기)의 끌어들임의 조합 효과로부터 발생시키며, 특별한 시스템 또는 장치의 작동에 요구되는 깊이의 진공을 방출기 단독으로 발생시키지 못하는 시스템에서 유리하다.

본 명세서에서 개시된 시스템은 부스트 압력에 대한 개선된 제어를 제공하여 엔진 시스템 내의 서브시스템에 필요한 진공을 생성시킨다. 특히, 본 명세서 내의 시스템은 부스트 압력이 변할 때에도 방출기를 통과하는 일정한 흐름을 제공하여, 부스트 압력의 더 넓은 범위에 걸쳐 유용한 진공을 발생시킨다.

본 발명을 그의 바람직한 실시 형태를 참조하여 상세히 설명했지만, 첨부된 청구 범위에 규정되어 있는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 수정 및 변화가 가능함이 명백할 것이다.

Claims

방출기 어셈블리로서,
방출기와 유체 연통하는 압력 조절기를 포함하고,
상기 압력 조절기는 부스트 압력을 받으며, 또한 선택된 엔진 조건 하에서 상기 부스트 압력이 선택적으로 상기 압력 조절기 내의 밸브 개구를 통과하여 조절된 부스트 압력으로서 상기 방출기 안으로 들어갈 수 있게 하고,
상기 압력 조절기는 제 1 벤튜리 틈을 포함하는 제 1 통로를 형성하는 제 1 도관을 포함하고, 상기 제 1 벤튜리 틈은 상기 제 1 통로를 제 1 수렴부와 제 1 발산부로 분리하며, 이들 제 1 수렴부와 제 1 발산부 모두는 상기 제 1 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있고,
상기 방출기는 제 2 벤튜리 틈을 포함하는 제 2 통로를 형성하는 제 2 도관을 포함하고, 상기 제 2 벤튜리 틈은 상기 제 2 통로를 제 2 수렴부와 제 2 발산부로 분리하며, 이들 제 2 수렴부와 제 2 발산부 모두는 상기 제 2 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있는, 방출기 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 압력 조절기는 내부 챔버를 형성하는 용기부 및 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 포트를 더 포함하고, 상기 포트는 상기 부스트 압력 보다 작은 압력의 소스와 유체 연통하는, 방출기 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 압력 조절기는, 상기 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 함께 움직이도록 위치된 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 더 포함하는, 방출기 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하고, 상기 통로는 제 2 부분 보다 넓은 제 1 부분을 갖는, 방출기 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 발산부 안으로 이어져 있는 상기 밸브 개구는 수평으로 배향되는 거의 직사각형의 개구인, 방출기 어셈블리.
제 5 항에 있어서,
상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하며, 상기 통로는 치수가 상기 밸브 개구 보다 작은 거의 삼각형의 부분을 갖는, 방출기 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 방출기의 벤튜리 틈의 하류에서 소음을 감쇠시키는 소음 감쇠 유닛을 더 포함하는, 방출기 어셈블리.
제 7 항에 있어서,
상기 소음 감쇠 유닛은 다공성 소리 감쇠 부재를 수용하고, 상기 조절된 부스트 압력이 상기 다공성 소리 감쇠 부재를 통과해 흐르는, 방출기 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 방출기는 진공 요구 장치와 유체 연통하는 흡입 포트를 포함하는, 방출기 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 압력 조절기는 상기 피스톤을 최대 개방 위치로 편향시키는 스프링을 포함하는, 방출기 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 방출기의 흡입 포트와 진공 요구 장치 사이에서 유체 연통하는 흡인기를 더 포함하는, 방출기 어셈블리.
제 11 항에 있어서,
상기 흡인기는 제 3 벤튜리 틈을 포함하는 제 3 통로를 형성하는 제 3 도관을 포함하고, 상기 제 3 벤튜리 틈은 상기 제 3 통로를 제 3 수렴부와 제 3 발산부로 분리하며, 이들 제 3 수렴부와 제 3 발산부 모두는 상기 제 3 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있는, 방출기 어셈블리.
방출기 어셈블리로서,
방출기와 유체 연통하는 압력 조절기를 포함하고,
상기 압력 조절기는 부스트 압력을 받으며, 또한 선택된 엔진 조건 하에서 상기 부스트 압력이 선택적으로 상기 압력 조절기 내의 밸브 개구를 통과하여 조절된 부스트 압력으로서 상기 방출기 안으로 들어갈 수 있게 하고,
상기 방출기는 벤튜리 틈을 포함하는 통로를 형성하는 제 1 도관을 포함하고, 상기 벤튜리 틈은 상기 통로를 수렴부와 발산부로 분리하며, 이들 수렴부와 발산부 모두는 상기 벤튜리 틈 쪽으로 좁아져 있고,
상기 압력 조절기는, 상기 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 함께 움직이도록 위치된 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 포함하고, 상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하며, 상기 통로는 상기 밸브 개구 보다 좁게 되어 있는 점진적으로 좁아지는 부분을 포함하는, 방출기 어셈블리.
제 13 항에 있어서,
상기 압력 조절기는 상기 밸브 기구가 안착되는 포켓을 형성하는 제 2 도관을 포함하고, 상기 포켓은 제 2 벤튜리 틈을 형성하는, 방출기 어셈블리.
제 13 항에 있어서,
상기 압력 조절기는 내부 챔버를 형성하는 용기부 및 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 포트를 더 포함하고, 상기 포트는 부스트 압력 보다 작은 압력의 소스와 유체 연통하는, 방출기 어셈블리.
제 13 항에 있어서,
상기 방출기의 흡입 포트와 진공 요구 장치 사이에서 유체 연통하는 흡인기를 더 포함하는, 방출기 어셈블리.
엔진 시스템으로서,
압축기를 갖는 터보과급기;
상기 압축기와 유체 연통하는 제 1 항의 방출기 시스템 - 상기 압축기에서 나오는 부스트 압력은 압력 조절기의 제 1 수렴부와 유체 연통함 -; 및
상기 방출기와 유체 연통하는 진공 요구 장치를 포함하는, 엔진 시스템.
제 16 항에 있어서,
상기 압력 조절기는 내부 챔버를 형성하는 용기부 및 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 포트를 더 포함하고, 또한 상기 압력 조절기는, 상기 부스트 압력의 밸브 개구 통과를 제어하기 위해 함께 움직이도록 위치된 밸브 기구에 작동적으로 연결되어 있는 피스톤을 포함하고, 상기 포트는 상기 부스트 압력 보다 작은 압력의 소스와 유체 연통하는, 엔진 시스템.
제 16 항에 있어서,
상기 밸브 기구는 이를 관통하는 통로를 포함하고, 상기 통로는 상기 밸브 개 보다 좁은 점진적으로 좁아지는 부분을 포함하는, 엔진 시스템.