KR20170102868A - 크랭크케이스를 환기하는 흡출기 - Google Patents

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Abstract

터보과급식 엔진 공기 시스템이 개시된다. 이 시스템은 진공 소비 장치, 엔진의 흡기 매니폴드에 유체 연결된 압축기, 압축기의 상류에 위치한 제1 체크 밸브, 압축기의 하류 및 흡기 매니폴드의 상류에 위치한 제2 체크 밸브 및 흡출기를 포함한다. 흡출기는, 수렴 원동섹션, 발산 배출섹션, 적어도 하나의 흡입 포트, 및 수렴 원동 섹션의 출구 단부와 발산 배출섹션의 입구 단부 사이에 위치된 벤튜리 갭을 포함한다. 흡출기의 발산 배출섹션은 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브 모두에 유체 연결된다. 흡입 포트는 진공 소비 장치에 유체 연결된다.

Description

크랭크케이스를 환기하는 흡출기{CRANKCASE VENTILATING EVACUATOR}
본 출원은 2015년 1월 9일에 출원된 미국 가출원 제62/101,652호의 이익을 주장한다.
본 출원 발명은 흡출기를 이용해 진공을 발생시키는 작동 시스템에 관련된 것이고, 특히 흡출기가 터보과급식 엔진 공기 시스템에서 크랭크케이스 환기 시스템에 모든 작동 조건에서 진공을 제공하는 작동 시스템에 관련이 있다.
일부 차량에서는, 다양한 장치를 작동시키거나 그의 작동을 지원하기 위해 진공이 사용된다. 예컨대, 차량 브레이크를 이용하는 운전자, 크랭크케이스 환기, 터보과급기 작동, 연료 증기 제거, 가열 및 환기 시스템의 작동, 및 구동계 구성품의 작동을 지원하기 위해 진공이 사용될 수 있다. 차량이 예컨대 흡기 매니폴드로부터 진공을 자연적으로 생성하지 못하면, 그러한 장치를 작동시키기 위해 별도의 진공원이 필요하게 된다. 예컨대 흡기 매니폴드 압력이 종종 대기압보다 높은 압력 상태에 있는 일부 부스트식(boosted) 엔진에서, 흡기 매니폴드 진공은 흡출기에서 오는 진공으로 대체되거나 증대될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 흡출기(evacuator)는, 3개의 연결부, 즉 원동 포트(motive port), 배출 포트, 및 진공 요구 장치에 연결되는 흡입 포트를 갖는 수렴-발산형 노즐 어셈블리로서 정의된다. 흡출기는 원동 포트 및 배출 포트에서의 압력에 따라 흡인기 또는 방출기일 수 있다. 구체적으로, 흡출기의 원동 포트에서의 압력이 대기압이면 그리고 배출 포트가 대기압보다 낮으면, 흡출기는 흡인기로서 작동할 수 있다. 만일 흡출기의 원동 포트에서의 압력이 대기압보다 크고 흡출기의 배출 포트가 원동 포트에서의 압력보다 작지만 적어도 대기압이라면, 흡출기는 방출기로서 작동할 수 있다. 흡출기 내부에 저압 영역이 형성될 수 있어서, 공기가 진공 저장부로부터 끌어들여지거나 또는 진공 요구 장치에 직접 작용할 수 있으며, 그리하여 진공 저장부 또는 진공 요구 장치 내의 압력을 감소시킨다.
통상의 기술자는, 부스트식 엔진들(즉, 파워 출력 및 전체 효율을 개선하기 위한 터보과급기를 포함하는 엔진들)이 모든 작동 조건에서 크랭크케이스 환기를 요구한다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 터보과급식 엔진 공기 시스템의 크랭크케이스 환기 시스템에 모든 작동 조건에서 진공을 제공하는 지속적인 요구가 흡출기에 대한 기술분야에서 존재한다.
일 실시 형태에서, 터보과급식 엔진 공기 시스템이 개시된다. 이 시스템은 진공 소비 장치, 엔진의 흡기 매니폴드에 유체 연결된 압축기를 갖는 터보과급기, 압축기의 상류에 위치한 제1 체크 밸브, 압축기의 하류 및 흡기 매니폴드의 상류에 위치한 제2 체크 밸브, 및 흡출기를 포함한다. 상기 흡출기는 수렴 원동 섹션, 발산 배출 섹션, 하나 이상의 흡입 포트, 및 상기 수렴 원동 섹션의 출구 단부와 상기 발산 배출 섹션의 입구 단부 사이에 위치한 벤튜리 갭을 포함한다. 상기 흡출기의 발산 배출 섹션은 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브 모두에 유체 연결된다. 상기 흡입 포트는 진공 소비 장치에 유체 연결된다. 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브는 상기 흡출기의 수렴 원동 섹션에서의 압력이 상기 흡출기의 발산 배출 섹션에서의 압력보다 항상 크다는 것을 보장한다.
다른 실시 형태에서, 터보과급식 엔진 공기 시스템이 개시된다. 이 시스템은 출구를 구비한 오일 미스트 분리기를 갖는 크랭크케이스 환기 시스템, 엔진의 흡기 매니폴드에 유체 연결된 압축기를 갖는 터보과급기, 압축기의 상류에 위치한 제1 체크 밸브, 압축기의 하류 및 상기 흡기 매니폴드의 상류에 위치된 제2 체크 밸브, 및 흡출기를 포함한다. 상기 흡출기는 수렴 원동 섹션, 발산 배출 섹션, 하나 이상의 흡입 포트, 및 상기 수렴 원동 섹션의 출구 단부와 상기 발산 배출 섹션의 입구 단부 사이에 위치한 벤튜리 갭을 포함한다. 상기 흡출기의 발산 배출 섹션은 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브 모두에 유체 연결된다. 흡입 포트는 크랭크케이스 환기 시스템의 오일 미스트 분리기의 출구에 유체 연결된다. 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브는 흡출기의 수렴 원동 섹션에서의 압력이 상기 흡출기의 발산 배출 섹션에서의 압력보다 항상 크다는 것을 보장한다.
도 1은 흡출기를 포함하는 내연 엔진 터보 시스템의 일 실시 형태의 유동 경로 및 유동 방향을 포함하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 흡출기의 일 실시 형태의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 흡출기의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 흡출기의 다른 실시 형태의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 흡출기의 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시한 흡출기의 다른 실시 형태의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 흡출기의 단면도이다.
도 8은 도 2 및 도 3에 도시되고 오일 미스트 분리기의 출구에 연결된 흡출기를 도시한다.
도 9는 도 4 및 도 5에 도시되고 오일 미스트 분리기의 출구에 연결된 흡출기를 도시한다.
도 10은 제1 작동 조건 동안 도 2 및 도 3에 도시된 흡출기와 오일 미스트 분리기 내의 유체 흐름을 도시하는 벡터 다이어그램이다.
도 11은 제2 작동 조건 동안 도 2 및 도 3에 도시된 흡출기와 오일 미스트 분리기 내의 유체 흐름을 도시하는 벡터 다이어그램이다.
도 12는 제1 작동 조건 동안 도 4 및 도 5에 도시된 흡출기와 오일 미스트 분리기 내의 유체 흐름을 도시하는 벡터 다이어그램이다.
도 13은 제2 작동 조건 동안 도 4 및 도 5에 도시된 흡출기와 오일 미스트 분리기 내의 유체 흐름을 도시하는 벡터 다이어그램이다.
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. 본 명세서에서 사용되는 용어 유체는 임의의 액체, 현탁물(suspension), 콜로이드, 가스, 플라즈마 또는 이것들의 조합물을 포함할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 진공을 제공하기 위한 예시적인 터보과급식 엔진 공기 시스템(10)이 개시되어 있다. 엔진 공기 시스템(10)은 내연 엔진(12), 공기 정화기(14), 흡출기(20), 압축기(24), 터빈(26), 스로틀(28), 과급 공기 냉각기(charge air cooler)(30), 제1 체크 밸브(32), 및 제2 체크 밸브(32)를 포함할 수 있다. 내연 엔진(12)은 예를 들어 불꽃 점화(SI) 엔진 또는 압축 점화(CI) 엔진일 수 있다. 일 실시 형태에서, 내연 엔진(12)은 하이브리드 차량의 일 부분인 전기 모터/배터리 시스템에 포함될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같은 실시 형태에서, 상기 내연 엔진(12)은 부스트식(boosted)이다. 이는, 압축기(24)와 터빈(26)이 내연 엔진(12)의 파워 출력 및 전체 효율을 개선하기 위한 터보과급기의 일 부분일 수 있음을 의미한다. 터빈(26)은 터빈 휠(도 1에는 도시되어 있지 않음)을 포함할 수 있고, 이 터빈 휠은 배기 에너지를 이용하여 이를 공통 축(40)을 통해 기계적 일로 변환시켜 압축기(24)의 압축기 휠(도 1에는 도시되어 있지 않음)을 회전시키게 된다. 압축기 휠은 공기를 받아들여 압축해서 상승된 작동 압력에서 내연 엔진(12)의 흡기 매니폴드(42) 안으로 공급하게 된다.
상기 흡출기(20)에는 압축기(24)로부터 공기가 공급된다. 구체적으로는, 대기압의 깨끗한 공기가 공기 정화기(14)에서 나가고, 흡출기(20)를 통과하기 전에 압축기(24)에 의해 압축될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 흡출기(20)는 엔진(12)의 크랭크케이스 환기 시스템(52)에 진공을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 흡출기(20)는 엔진(12)이 모든 조건에서 작동할 때(즉, 엔진(12)이 부스트 중이고 부분 부하 상태일 때) 포지티브 크랭크케이스 환기(positive crankcase ventilation)를 허용한다.
CAC(30)는 압축기(24)의 하류 및 스로틀(28)의 상류에 위치될 수 있다. 스로틀(28)은 공기 정화기(14), 압축기(24), 및 CAC(30)의 하류에, 그리고 내연 엔진(12)의 흡기 매니폴드(42)의 상류에 위치될 수 있다. 스로틀(28)은 운전자가 가속 페달(미도시)을 누를 때 개방될 수 있다. 스로틀(28)이 개방될 때, 압축기(24)로부터의 압축 공기는 자유롭게 내연 엔진(12)의 흡기 매니폴드(42)를 채우고, 이에 따라 흡기 매니폴드(42)에서 압력을 증가시킨다. 통상의 기술자는 스로틀(28)은 가속기(도시되지 않음)의 누름 량에 기초하여 복수의 부분적으로 개방된 위치에 위치될 수 있음을 이해할 것이다. 엔진 공기 시스템(10)이 터보과급되기 때문에, 흡기 매니폴드(42)에서의 압력은 스로틀(28)이 개방될 때 대기압보다 높은 압력까지 증가할 수 있다.
흡출기(20)는 제1 엔진 공기 연결부(44), 제2 엔진 공기 연결부(46), 및 공압 작동식 진공 펌프(50)를 포함할 수 있다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 일 실시 형태는 도 2에 도시되어 있으며 아래에서 더 상세히 설명된다. 다시 도 1로 돌아가면, 흡출기(20)의 제1 엔진 공기 연결부(44)는, CAC(30)의 상류 및 압축기(24) 하류인 위치에서 엔진 공기 시스템(10)에 유체 연결될 수 있다. 그러나 대안의 실시 형태에서는, 제1 엔진 공기 연결부(44)는, CAC(30)의 하류 및 스로틀(28) 상류인 위치에 배치될 수도 있다.
접합부(60)가 엔진 공기 시스템(10)의 제2 엔진 공기 연결부(46)를 따라 위치될 수 있다. 접합부(60)는 2개의 개별 위치(62, 64)에서 엔진 공기 시스템(10)에 유체 연결되는 2개의 유체 도관으로 분기될 수있다. 제1 위치(62)는 압축기(24)의 상류이고 공기 정화기(14)의 하류이다. 제1 체크 밸브(32)가 제1 위치(62) 및 접합부(60)에 연결된 유체 도관(66) 내에 위치할 수 있다. 제2 위치(64)는 흡기 매니폴드(42)의 상류에 그리고 스로틀(28)의 하류에 위치된다. 제2 체크 밸브(34)는 제2 위치(64) 및 접합부(60)에 연결된 유체 도관(68) 내에 위치할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 흡출기(20)의 일 실시 형태의 사시도이며, 공압 작동식 진공 펌프(50)를 도시한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 공압 작동식 진공 펌프(50)는 엔진 공기 시스템(10) 내에서 방출기로서 작동할 수 있다. 즉, 공압 작동식 진공 펌프(50)는 대기압보다 높은 압력원(즉, 압축기(42)로부터의 부스트 압력)에 연결되고 부스트 압력보다 낮은 엔진 공기 시스템(10)의 임의의 부분에 공기를 배출한다.
계속해서 도 1 및 2를 참조하면, 본 명세서에서 사용되는 공압 작동식 진공 펌프(50)는 3개 이상의 연결부를 갖는 수렴-발산형 노즐 어셈블리일 수 있다. 공압 작동식 진공 펌프(50)는, 엔진 공기 연결부(44)에 유체 연결되는 원동 포트(motive port)(70), 엔진 공기 연결부(46)에 유체 연결되는 배출 포트(74), 및 내연 엔진(12)의 크랭크케이스 환기 시스템(52)에 유체 연결되는 하나 이상의 흡입 포트(72)를 포함할 수 있다. 도면들은 흡입 포트(72)가 크랭크케이스 환기 시스템(52)에 유체 연결된 것을 도시하고 있지만, 흡입 포트(72)는 예를 들어 브레이크 부스트 캐니스터와 같은 다른 타입의 진공 소비 장치들에도 연결될 수 있음을 이해해야 한다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 원동 포트(70)는 압축기(24)의 하류인 위치에서 엔진 공기 시스템(10)에 유체 연결될 수 있고, 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)는 제1 위치(62) 및 제2 위치(64) 둘 다에서 엔진 공기 시스템(10)에 유체 연결될 수 있다. 일 실시 형태에서, 공압 작동식 진공 펌프(50)의 흡입 포트(72)는 크랭크케이스 환기 시스템(52)의 오일 미스트 분리기의 출구에서 내연 엔진(12)의 크랭크케이스 환기 시스템(52)에 유체 연결될 수 있다. 오일 미스트 분리기는 도 8에 도시되어 있다. 그러나 도 8에 도시된 오일 미스트 분리기에는 공압 작동식 진공 펌프(50)의 대안의 실시 형태가 설치될 수 있음을 이해해야 한다.
일 실시 형태에서, 공압 작동식 진공 펌프(50)는 터보과급기의 압축기(24)를 나가는 상승된 온도의 공기를 수용하기 위해 적어도 200 ℃의 온도를 견디는 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 공압 작동식 진공 펌프(50)는 상표명 Ryton®으로 판매되는 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같은 플라스틱, 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 금속 재료, 및 폴리프로필렌(단독으로 또는 유리 섬유, 광물 또는 다른 보강제와 같은 다양한 충전재와 함께)으로 제작될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 공압 작동식 진공 펌프(52)의 단면도이다. 도 2 및 3을 참조하면, 공압 구동식 진공 펌프(50)는 복수-벤튜리 흡출기일 수 있다. 도 2 및 3은 기본적으로 단지 예시적인 것이며, 본 개시는 복수-벤튜리(Venturi) 흡출기에만 국한되지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 대안의 실시 형태에서, 단일-벤튜리 흡출기가 대신 사용될 수 있다. 그러나, 통상의 기술자는, 복수-벤튜리 흡출기의 한 가지 이점이 하나의 벤튜리 갭만을 갖는 흡출기와 비교하여 복수-벤튜리 흡출기가 넓은 범위의 유체 유동 압력(예를 들어, 부스트 압력)에 걸쳐 사용 가능한 진공을 생성할 수 있는 것임을 잘 이해할 것이다.
공압 작동식 진공 펌프(50)는 하부 몸체부(106)와 상부 몸체부(108)를 포함하며, 이것들은 함께 조립될 때 하부 몸체부(106) 내의 벤튜리 갭(112)과 정렬된 제1 부분(114) 및 하부 몸체부(106) 내의 벤튜리 갭(116)과 정렬된 제2 부분(118)을 형성한다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 하부 몸체부(106)는 도관(122)을 수렴섹션(124)과 발산섹션(126)으로 분리하는 제1 벤튜리 갭(112)을 포함하는 도관(122)을 형성한다. 수렴섹션(124) 및 발산섹션(126) 양자는 연속적으로 점차 좁아지는 내부 통로를 형성하며, 이 내부 통로는 제1 벤튜리 갭(112)에 접근함에 따라 좁아지고, 고압 유체가 수렴섹션(124)으로부터 발산섹션(126)으로 통과할 때 고압 유체에 벤튜리 효과를 생성한다. 제2 벤튜리 갭(116)은 제1 벤튜리 갭(112)의 하류에 위치하고, 공압 작동식 진공 펌프(50)의 발산섹션(126)을 제1 부분(130) 및 제2 부분(132)으로 분리한다. 제1 부분(130)은 제1 및 제2 벤튜리 갭(112, 116) 사이에 위치하며, 제1 벤튜리 갭(112)의 배출구(134)를 포함한다. 제 2 부분(132)은 제2 벤튜리 갭(116)의 배출구(135)의 하류에 위치하며, 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출구(136)까지 연장한다.
도관(122)의 수렴섹션(124)은 공압 작동식 진공 펌프(50)의 원동 포트(70)에 유체 연결된다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 원동 입구(70)는 엔진 공기 시스템(10)의 제1 엔진 공기 연결부(44)(도 1 참조)에 연결 가능하다. 도관(122)의 발산섹션(126)은 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)에 유체 연결된다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)는 엔진 공기 시스템(10)의 제2 엔진 공기 연결부(46)(도 2 참조)에 연결 가능하다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 상부 몸체부(108)는 흡입 포트(72)를 형성한다. 상부 몸체부(108)는 또한 제1 부분(114) 및 제1 벤튜리 갭(112)과 유체 연통하는 하나 이상의 제1 개구(148)를 내부에 형성할 수도 있다. 상부 몸체부(108)는 제2 부분(118) 및 제2 벤튜리 갭(116)과 유체 연통하는 하나 이상의 제2 개구(149)를 내부에 추가로 형성할 수도 있다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 흡입 포트(72)는 엔진 공기 시스템(10)의 크랭크케이스 환기 시스템(52)(도 1 참조)에 연결 가능하다.
공압 작동식 진공 펌프(50)의 벤튜리 갭(112, 116)은 오일 미스트 분리기의 출구로부터의 공기에 노출될 수도 있다(오일 미스트 분리기는 도 8에 도시되어 있으며 이하에서 더 상세히 설명된다). 도 3에 도시된 바와 같이, 공압 작동식 진공 펌프(50)의 벤튜리 갭(112, 116)은 서로 분리되고, 서로에게서 공기를 끌어들이지 않는다(즉, 벤튜리 갭(112, 116) 사이에 교차 흐름(cross-flow)이 없다). 대신에, 공압 작동식 진공 펌프(50)의 벤튜리 갭(112, 116)은 오일 미스트 분리기로부터만 공기를 끌어들인다. 공압 작동식 진공 펌프(50)의 완전한 설명은 함께 계류중인 출원들, 2014년 7월 10일에 출원된 제62/022,839호, 2014년 1월 20일에 출원된 제61/929,264호, 및 2013년 10월 8일에 출원된 제61/888,186호에 기재되어 있으며, 이것들의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 3에 도시된 실시 형태에서, 공압 작동식 진공 펌프(50)는 공압 작동식 진공 펌프(50)의 제1 부분(114) 또는 제2 부분(118)의 어디에도 임의의 유형의 체크 밸브 요소를 포함하지 않는다. 다시 말하면, 본 개시의 도 1에 도시된 흡출기(20)는 어떤 체크 밸브도 포함하지 않는다. 따라서, 밀봉 부재가 공압 작동식 진공 펌프(50)의 제1 부분(114) 또는 제2 부분(118)의 어디에도 위치하지 않는다. 그러나, 다른 실시 형태에서는 체크 밸브가 포함될 수도 있음을 이해해야 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 엔진 공기 시스템(10)의 체크 밸브(32, 34)는 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)에 유체 연결된다. 구체적으로, 제1 체크 밸브(32)는 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)로부터 압축기 입구(80)로만 공기 유동을 허용한다. 제2 체크 밸브(34)는 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)로부터 엔진(12)의 흡기 매니폴드(42)로만 공기 유동을 허용한다. 체크 밸브(32, 34)는 공압 작동식 진공 펌프(50)의 원동 입구(70)에서의 압력이 항상 공압 작동식 진공 펌프(50)의 배출 포트(74)에서의 압력보다 크도록(즉, 공압 작동식 진공 펌프(50)를 가로질러서 항상 양의 압력 차가 존재함) 보장하기 위해 제공된다.
또한, 도 4 및 도 5는 공압 작동식 진공 펌프(250)의 다른 실시 형태를 도시한다. 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같은 실시 형태에서, 공압 작동식 진공 펌프(250)는 압축기(42)(도 1 참조)에 유체 연결되어 그것으로부터 압축 공기를 공급하는 원동 포트(70), 크랭크케이스 환기 시스템(52)(도 1 참조)에 유체 연결된 흡입 포트(72), 및 유체 연결되어 부스트 압력보다 낮은 압력으로 공기를 배출하는 배출 포트(74)를 포함한다. 도 5를 참조하면, 공압 작동식 진공 펌프(250)의 통로(254)는 통로(254)의 원동섹션(280) 내에 제1 테이퍼링 부분(272)(원동 콘이라고도 함)을 포함할 수 있다. 통로(254)는 또한 통로(254)의 배출 섹션(274) 내에 제2 테이퍼링 부분(273)(배출 콘이라고도 함)을 포함할 수 있다. 통로(254)의 제1 테이퍼링 부분(272)은 입구 단부(284) 및 출구 단부(286)를 포함할 수 있다. 유사하게, 통로(254)의 제2 테이퍼링 부분(273)은 입구 단부(288) 및 출구 단부(290)를 포함할 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 공압 작동식 진공 펌프(250)의 제 1 테이퍼링 부분(272)은 벤튜리 갭(282A)에 의해 제2 테이퍼링 부분(273)에 유체 연결될 수 있다. 벤튜리 갭(282A)은 흡입 포트(72)를 공압 작동식 진공 펌프(250)의 원동섹션(280) 및 배출섹션(274)과 유체 연통시키는 유체 접합부일 수 있다. 공압 작동식 진공 펌프(250)의 통로(254)의 입구 단부(284, 288) 및 출구 단부(286, 290)는 원형, 타원형 또는 다른 다각형과 같은 임의의 유형의 프로파일을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 또한, 통로(254)의 입구 단부(284, 288) 및 출구 단부(286, 290)로부터 연장되고 점진적으로 연속해서 감소하는(tapering) 내부 직경은 쌍곡면, 포물면 또는 콘(corn)을 형성할 수 있다. 제1 테이퍼링 부분(272)의 출구 단부(286) 및 제2 테이퍼링 부분(273)의 입구 단부(288)에 대한 몇몇 예시적인 구성이 도 4 내지 도 6에 제시되어 있으며, 이것들은 계류중인 2014년 6월 3일 출원된 미국 특허출원 제14/294,727호의 도면으로서, 이 특허문헌의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
복수의 추가의 갭(282B, 282C, 282D)이 공압 작동식 진공 펌프(50)의 제2 테이퍼링 부분(273)을 따라 벤튜리 갭(282A)의 하류에 위치될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시 된 바와 같은 실시 형태에서, 공압 작동식 진공 펌프(250)는 총 4개의 갭을 포함하며, 이 경우에는 3개의 갭(282B, 282C, 282D)이 벤튜리 갭(282A)의 하류에 위치되어 있다. 이것들은 공압 작동식 진공 펌프(250)의 하나의 예시적인 실시 형태에 불과하다는 것을 이해해야 한다. 통상의 기술자는 임의의 수의 갭이 벤튜리 갭(282A)의 하류에 위치될 수 있음을 쉽게 알 것이다. 공압 작동식 진공 펌프(250)의 전체적인 설명은 2014년 8월 6일자로 출원된 계류중인 미국 특허출원 제14/452,651호에 제시되어 있으며, 이 특허문헌은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 그러나, 도 2 및 도 3에 도시된 실시 형태와 유사하게, 흡출기(250)는 체크 밸브를 포함하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 특히, 공압 작동식 진공 펌프(250)의 최상부면(296)을 따라 위치된 체크 밸브 요소가 존재하지 않는 것을 이해해야 한다.
도 6 및 도 7은 공압 작동식 진공 펌프(350)의 다른 실시 형태를 도시한다. 공압 작동식 진공 펌프(350)는 유체 연결되어 압축기(42)(도 1)로부터의 압축 공기를 공급하는 원동 포트(70), 크랭크케이스 환기 시스템(52)(도 1)에 유체 연결되는 흡입 포트(72), 및 유체 연결되어 부스트 압력보다 낮은 압력으로 공기를 배출하는 배출 포트(74)를 포함한다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시 형태와 유사하게, 흡출기(350)는 또한 통로(354)의 원동섹션(380) 내에 제1 테이퍼링 부분(372)을 형성하는 통로(354)를 포함한다. 통로(354)는 또한 통로(354)의 배출섹션(374) 내에 제2 테이퍼링 부분(373)을 포함할 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시된 실시 형태와 유사하게, 공압 작동식 진공 펌프(350)는 공압 작동식 진공 펌프(350)의 제2 테이퍼링 부분(373)을 따라 벤튜리 갭(382A)의 하류에 위치된 복수의 추가 갭(382B, 382C, 382D)과 벤튜리 갭(382A)을 포함한다. 공압 작동식 진공 펌프(350)와 공압 작동식 진공 펌프(250)는 유사한 구조를 포함하지만, 공압 작동식 진공 펌프(350)는 공압 작동식 진공 펌프(350)의 최상부면(396)을 따라 실질적으로 뾰족하거나 "V"자 형상인 프로파일을 포함하는 점이 다르다. 최상부면(396)을 따르는 공압 작동식 진공 펌프(350)의 프로파일은 또한 계단식 구성으로도 지칭될 수 있다.
계속해서 도 6 및 도 7을 참조하면, 다양한 높이의 일련의 벽(398A, 398B, 398C, 398D, 398E)이 벤튜리 갭(382A)과 벤튜리 갭(382A)의 하류에 위치된 벤튜리 갭(382B, 382C, 382D)을 형성한다. 특히, 벽(398A, 398B)은 벤튜리 갭(382A)을 형성한다. 벽(398B, 398C)은 벤튜리 갭(382B)을 형성한다. 벽(398C, 398D)은 벤튜리 갭(382C)을 형성한다. 벽(398D, 398E)은 벤튜리 갭(382D)을 형성한다. 벽(398A, 398E)은 공압 작동식 진공 펌프(350)의 하우징(392)의 대향 단부(400)에 위치된다. 또한, 벽(398A, 398E)은 하우징(392)의 바닥면(410)으로부터 측정된 높이(H1)를 포함한다. 벽(398B, 398D)은 하우징(392)의 바닥면(410)으로부터의 높이(H2)를 포함하며, 높이(H2)는 높이(H1)보다 더 크다. 마지막으로, 벽(398B)과 벽(398D) 사이의 중심에 위치된 벽(398C)은 하우징(392)의 바닥면(410)으로부터 측정된 높이(H3)를 포함한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 벽(398C)의 높이(H3)는 벽(398B, 398D)의 높이(H2)보다 크다. 벽(398A, 398B, 398C, 398D, 398E)은 공압 작동식 진공 펌프(350)의 최상부면(396)을 따라 위치된 뾰족한 프로파일을 형성하고, 벤튜리 갭(382A)과 갭(382B, 382C, 382D) 사이의 교차 흐름의 양을 감소 시키거나 실질적으로 제거한다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 실시 형태와 위에 설명된 바와 유사하게, 흡출기(350)는 또한 체크 밸브를 포함하지 않는 것을 이해해야 한다. 특히, 공압 작동식 진공 펌프(350)의 최상부면(396)을 따라 위치된 체크 밸브 요소가 존재하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 8은 (도 1에 도시된) 크랭크케이스 환기 시스템(52)의 오일 미스트 분리기(500)에 조립된 공압 작동식 진공 펌프(250)를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 공압 작동식 진공 펌프(250)의 흡입 포트(72)는 오일 미스트 분리기(500)의 출구(502)에 유체 연결된다. 도 9는 공압 작동식 진공 펌프(350)의 흡입 포트(72)가 역시 오일 미스트 분리기(500)의 출구(502)에 유체 연결되는 공압 작동식 진공 펌프(350)의 도면이다.
도 10 및 도 11은 흡출기(250)의 흡입 포트(72)와 오일 미스트 분리기(500)의 입구(502) 사이의 유체의 흐름을 도시하는 벡터 다이어그램이다. 화살표는 흡출기(250)와 오일 미스트 분리기(500)의 입구(502) 사이에서 유체 유동의 방향을 도시한다. 도 10은, 흡출기(250)의 원동 입구(70)(도 1에 도시)에서의 압력이 대기압보다 4 kPa 높고, 오일 미스트 분리기(500)의 입구(502)에서의 압력이 대기압보다 4kPa 낮은 제1 작동 조건 동안 유체 유동을 도시한다. 도 11은, 흡출기(250)의 원동 입구(70)(도 1에 도시)에서의 압력이 대기압보다 20 kPa 높고, 오일 미스트 분리기(500)의 입구(502)에서의 압력이 대기압보다 4kPa 낮은 제2 작동 조건을 도시한다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 작동 조건 동안 벤튜리 갭(282A)과 갭(282B) 사이에서 오일 미스트 분리기(500)의 영역(A)에서 교차 흐름이 존재한다. 도 11을 참조하면, 제2 작동 조건 동안 벤튜리 갭(282A)과 갭(282C) 사이에서 오일 미스트 분리기(500)의 영역(B)에서 교차 흐름이 존재한다.
또한, 도 12 내지 도 13은 흡출기(350)의 흡입 포트(72)와 오일 미스트 분리기(500)의 입구(502) 사이의 유체 유동을 도시하는 벡터 다이어그램이다. 구체적으로, 도 12는, 흡출기(350)의 원동 입구(70)(도 1에 도시됨)에서의 압력이 대기압보다 4 kPa 높고, 오일 분리기(500)의 입구(502)에서의 압력이 대기압보다 4kPa 낮은 제1 작동 조건에서의 유체 유동을 도시한다. 도 13은, 흡출기(350)의 원동 입구(70)(도 1에 도시됨)에서의 압력이 대기압보다 20kPa 높고, 오일 분리기(500)의 입구(502)에서의 압력이 대기압보다 4kPa 낮은 제2 작동 조건을 도시한다. 도 10 내지 도 13을 전반적으로 참조하면, 흡출기(350)의 뾰족한 프로파일은 흡출기(350)의 갭(382B, 382C, 382D)뿐만 아니라 벤튜리 갭(382A) 사이에 교차 흐름을 실질적으로 일으키지 않는 것을 이해해야 한다.
도면들을 전반적으로 참조하면, 개시된 흡출기는 부스트식 엔진의 모든 작동 조건에서 크랭크케이스 환기 시스템에 진공을 제공하기 위한 비교적 간단하고 비용 효율적인 접근법을 제공한다. 오늘 현재 이용할 수있는 일부 흡출기와 달리, 개시된 흡출기는 터보과급식 엔진 공기 시스템 내의 유체 유동을 제한하는 어떤 체크 밸브도 포함하지 않는다. 그러나, 개시된 터보과급식 엔진 공기 시스템은 엔진 공기 시스템 내의 분리된 도관 내에 위치한 2개의 체크 밸브를 포함할 수 있으며, 이것들은 둘 다 흡출기의 배출 포트에 유체 연결된다. 체크 밸브들은 흡출기의 수렴 원동섹션에서의 압력이 항상 발산 배출섹션에서의 압력보다 더 크도록 보장한다.
도면에 도시되고 위에 설명한 본 발명의 실시 형태는 첨부된 청구항의 범위 내에서 이루어질 수 있는 다수의 실시 형태의 예시이다. 본 개시의 다수의 다른 구성들이 개시된 접근법을 이용하여 생성될 수 있음을 생각할 수 있다. 요약하면, 여기에서 유래되는 특허의 범위는 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한되는 것이 출원인의 의도이다.

Claims (20)

  1. 터보과급식 엔진 공기 시스템에 있어서,
    진공 소비 장치;
    엔진의 흡기 매니폴드에 유체 연결된 압축기를 갖는 터보과급기;
    상기 압축기의 상류에 위치된 제1 체크 밸브 그리고 상기 압축기의 하류 및 상기 흡기 매니폴드의 상류에 위치된 제2 체크 밸브; 및
    흡출기;를 포함하고,
    상기 흡출기는 수렴 원동섹션, 발산 배출섹션, 하나 이상의 흡입 포트, 및 상기 수렴 원동섹션의 출구 단부와 상기 발산 배출섹션의 입구 단부 사이에 위치된 하나 이상의 벤튜리 갭을 포함하고,
    상기 흡출기의 발산 배출섹션은 상기 제1 체크 밸브 및 상기 제2 체크 밸브 모두에 유체 연결되고, 상기 흡입 포트는 상기 진공 소비 장치에 유체 연결되며,
    상기 제1 체크 밸브 및 상기 제2 체크 밸브는 상기 흡출기의 상기 수렴 원동섹션에서의 압력이 상기 발산 배출섹션에서의 압력보다 항상 크다는 것을 보장하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터보과급기의 압축기로부터 하류에 위치된 과급 공기 냉각기(CAC)를 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 CAC의 상류 및 상기 터보 과급기의 압축기의 하류에 위치된 제1 엔진 공기 연결부 및 상기 흡출기의 상기 발산 배출 섹션에 유체 연결된 제2 엔진 공기 연결부를 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    접합부가 상기 제2 엔진 공기 연결부를 따라 위치되고 2개의 별개의 위치에서 상기 터보과급식 엔진 공기 시스템에 연결되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 소비 장치는 내연 엔진의 크랭크케이스 환기 시스템인, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡출기의 흡입 포트는 상기 크랭크케이스 환기 시스템의 오일 미스트 분리기의 출구에 유체 연결되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡출기는 복수의 벤튜리 갭을 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 벤튜리 갭은 서로 분리되어서 상기 복수의 벤튜리 갭이 서로에게서 공기를 끌어들이지 않고 상기 오일 미스트 분리기로부터만 공기를 끌어들이는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 벤튜리 갭은 표면을 형성하고, 상기 표면은 실질적으로 뾰족한 프로파일을 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡출기는 적어도 200 ℃의 온도를 견디는 재료로 구성되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡출기는 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 금속 재료, 및 폴리프로필렌 중 하나로 구성되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  12. 터보과급식 엔진 공기 시스템에 있어서,
    출구를 구비한 오일 미스트 분리기를 갖는 크랭크케이스 환기 시스템;
    엔진의 흡기 매니폴드에 유체 연결된 압축기를 갖는 터보과급기;
    상기 압축기의 상류에 위치된 제1 체크 밸브 그리고 상기 압축기의 하류 및 상기 흡기 매니폴드의 상류에 위치된 제2 체크 밸브; 및
    흡출기;를 포함하고,
    상기 흡출기는 수렴 원동섹션, 발산 배출섹션, 하나 이상의 흡입 포트, 및 상기 수렴 원동섹션의 출구 단부와 상기 발산 배출섹션의 입구 단부 사이에 위치된 하나 이상의 벤튜리 갭을 포함하고,
    상기 흡출기의 발산 배출섹션은 상기 제1 체크 밸브 및 상기 제2 체크 밸브 모두에 유체 연결되고, 상기 흡입 포트는 상기 크랭크케이스 환기 시스템의 상기 오일 미스트 분리기의 출구에 유체 연결되며,
    상기 제1 체크 밸브 및 상기 제2 체크 밸브는 상기 흡출기의 상기 수렴 원동섹션에서의 압력이 상기 발산 배출섹션에서의 압력보다 항상 크다는 것을 보장하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 터보과급기의 압축기로부터 하류에 위치된 과급 공기 냉각기(CAC)를 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 CAC의 상류 및 상기 터보과급기의 압축기의 하류에 위치된 제1 엔진 공기 연결부 및 상기 흡출기의 발산 배출섹션에 유체 연결된 제2 엔진 공기 연결부를 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    접합부가 상기 제2 엔진 공기 연결부를 따라 위치되고 2개의 별개의 위치에서 상기 터보과급식 엔진 공기 시스템에 연결되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 흡출기는 복수의 벤튜리 갭을 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 벤튜리 갭은 상기 복수의 벤튜리 갭이 서로에게서 공기를 끌어들이지 않도록 서로 분리되며,
    상기 복수의 벤튜리 갭은 상기 오일 미스트 분리기로부터만 공기를 끌어들이는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 벤튜리 갭은 표면을 형성하고, 상기 표면은 실질적으로 뾰족한 프로파일을 포함하는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 흡출기는 적어도 200 ℃의 온도를 견딜 수 있는 재료로 구성되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 흡출기는 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 금속 재료, 및 폴리프로필렌 중 하나로 구성되는, 터보과급식 엔진 공기 시스템.
KR1020177016799A 2015-01-09 2016-01-06 크랭크케이스를 환기하는 흡출기 KR102255542B1 (ko)

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