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KR102074029B1 - 벤추리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 아스피레이터 - Google Patents

벤추리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 아스피레이터 Download PDF

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KR102074029B1
KR102074029B1 KR1020157035301A KR20157035301A KR102074029B1 KR 102074029 B1 KR102074029 B1 KR 102074029B1 KR 1020157035301 A KR1020157035301 A KR 1020157035301A KR 20157035301 A KR20157035301 A KR 20157035301A KR 102074029 B1 KR102074029 B1 KR 102074029B1
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South Korea
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outlet
inlet
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elliptical
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데이브 플레처
브라이언 그레이첸
키이스 햄프턴
매트 길머
앤드류 니더흐트
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데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
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Abstract

여기서 개시되는 아스피레이터는, 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디를 포함하고, 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트를 구비한다. 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며, 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성한다. 일 실시예에서, 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구로부터 타원형 또는 다각형 모티브 유출구까지 쌍곡선 함수로서 전이되는 내부 통로를 형성하고, 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 원형 모티브 유입구의 면적보다 더 작은 면적을 가진다.

Description

벤추리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 아스피레이터{ASPIRATORS FOR PRODUCING VACUUM USING THE VENTURI EFFECT}
관련 출원
이 출원은 2013년 6월 11일자 출원된 미국 가특허출원 제61/833,746호, 및 2014년 6월 3일자 출원된 미국 특허출원 제14/294,727호의 우선권의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 벤추리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 아스피레이터에 관한 것이며, 더 구체적으로는 이용자에 의해 선택된 최대 모티브 유속(motive flow rate)을 위해 모티브 유출구(motive outlet)와 방출 유입구(discharge inlet)에서 내부 통로의 둘레를 증가시킴으로써 증가된 흡입 흐름을 가지는 그러한 아스피레이터에 관한 것이다.
엔진(예를 들어, 차량 엔진)의 소형화 및 부스트(boost)가 진행되고 있으며, 이것은 엔진으로부터 가용한 진공을 축소시키고 있다. 이러한 진공은 차량 브레이크 부스터에 의한 사용을 포함하여 많은 잠재적인 용도를 가진다.
이러한 진공 부족의 한 가지 해결책은 진공 펌프를 설치하는 것이다. 그러나 진공 펌프는 비용과 무게 측면에서 엔진에 상당한 부담을 주고, 그것의 전력 소모는 추가의 교류발전기 용량을 요구할 수 있으며, 그것의 비효율은 연료 경제 개선 효과를 저해할 수 있다.
또 다른 해결책으로 아스피레이터(aspirator)가 있으며, 이것은 스로틀(throttle)에 평행한 엔진 기류 경로를 생성함으로써 진공을 생성하는데, 흡기 누출(intake leak)이라고 불린다. 이러한 누출 흐름은 흡입 진공을 생성하는 벤추리를 통과한다. 현재 이용 가능한 아스피레이터의 문제는 그것이 생성할 수 있는 진공 질량 유속의 양이 제한되고, 그것이 소모하는 엔진 공기의 양에 의해 제한된다는 것이다. 예를 들면, 아스피레이터는 도 3에 도시된 것이나 미국 특허출원공개 제2006/0016477호 및 미국 특허출원공개 제2013/1213510호에 개시된 것과 같은 모티브 유출구 및 방출 유입구에서 원형 단면을 가진다.
엔진 공기의 소모를 줄이면서 증가된 진공 압력과 증가된 흡입 질량 유속을 생성하는 개선된 설계에 대한 요구가 있다.
엔진 공기의 소비를 감소시키면서 진공 압력과 흡입 질량 유속을 증가시키는 아스피레이터가 개시된다. 이러한 아스피레이터는 수렴하는(converging) 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는(diverging) 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디를 포함한다. 상기 수렴하는 모티브 섹션은 타원형 또는 다각형 내부 단면의 모티브 유출구를 갖고, 상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 내부 단면의 방출 유입구를 가지며, 상기 수렴하는 모티브 섹션과 상기 발산하는 방출 섹션은 함께 모티브 유입구를 상기 타원형 또는 또는 다각형 모티브 유출구에 연결하거나 상기 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 방출 유출구에 연결하는 쌍곡면 커브에 의해 형성된 내부 통로를 형성한다. 일 실시예에서, 모티브 유입구와 방출 유출구 중 적어도 하나는 원형의 내부 단면을 가진다.
아스피레이터는 벤추리 갭과 유체 연통하는 공동(void)을 형성하는 흡입 포트를 포함한다. 여기서, 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부를 형성하는 상기 바디의 제1 부분과 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부를 형성하는 상기 바디의 제2 부분은 상기 공동의 표면 위에 위치하며 상기 공동은 상기 제1 바디 부분과 상기 제2 바디 부분의 측부를 따라 아래로 연장된다. 일 실시예에서, 상기 바디의 제1 부분과 제2 부분 둘 다의 외부 프로파일(exterior profile)은 각각 상기 유입구 단부와 상기 유출구 단부의 내부 단면과 대체로 일치한다.
일 측면에서, 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부가 단축(minor axis)에 대한 장축(major axis)의 비율이 약 2 내지 약 4인 타원형 또는 다각형 내부 단면을 갖고, 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면이, 상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면에 대해, 피크 모티브 질량 유속 대비 방출 유입구 면적과 모티브 유출구 면적의 차이의 비율[(방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)/피크 모티브 유속]에 상수를 곱한 만큼 오프셋되는 아스피레이터가 구성되며, 상기 비율은 0.28보다 크다.
일 실시예에서, 상기 벤추리 갭은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고 이때 n은 0.25 내지 0.8이며, 상기 모티브 유출구와 상기 방출 유입구 사이의 오프셋은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, 이때 n은 0.25 내지 0.8이며, 상기 유출구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면은 0 내지 1 사이의 편심률(eccentricity)을 가진다. 일 실시예에서, 상기 벤추리 갭에 대한 n과 상기 오프셋에 대한 n은 둘 다 0.4 내지 0.6 일 수 있다.
도 1는 아스피레이터의 일 실시예를 옆에서 본 세로 단면도이다.
도 2는 도 1의 아스피레이터를 위에서 본 세로 단면도이다.
도 3은 모티브 섹션과 방출 섹션 내에 원형 횡단면을 가진 종래의 아스피레이터에서 아스피레이터 내의 흡입 포트의 접합부에서 중심 세로축(B)에 평행한 평면을 따라 취해진 측 방향 단면 사시도이다.
도 4a는 도 2의 아스피레이터 내 흡입 포트의 접합부에서 중심 세로축(B)에 평행한 평면을 따라 취해진 측 방향 단면 사시도이다.
도 4b는 도 4a에서 벤추리 갭의 체적을 도시한다.
도 5a는 아스피레이터의 또 다른 실시예에 있어서 흡입 포트의 접합부에서 중심 세로축(B)에 평행한 평면을 따라 취해진 측 방향 단면 사시도이다.
도 5b는 도 5a에서 벤추리 갭의 체적을 도시한다.
도 6은 아스피레이터 유출구로부터 아스피레이터를 들여다보는 측면도로서, 모티브 유출구 단부와 방출 유입구 단부 사이의 오프셋을 보여준다.
도 7은 아스피레이터의 모티브 섹션 내의 내부 통로의 모델을 도시한다.
도 8은 선택된 상이한 매니폴드(manifold) 진공 값들에서, 본 명세서에서 개시되는 쌍곡면 타원 아스피레이터와 원추형 아스피레이터(종래 기술)의 흡입 유속을 비교한 그래프를 도시한다.
도 9는 매니폴드 진공의 증가 시, 본 명세서에서 개시되는 쌍곡면 타원 아스피레이터와 원추형 아스피레이터(종래 기술)의 아스피레이터 진공을 비교한 그래프를 도시한다.
도 10은 매니폴드 진공의 증가 시, 본 명세서에서 개시되는 쌍곡면 타원 아스피레이터와 원추형 아스피레이터(종래 기술)에 대해 캐니스터(canister)를 비우기 위해 필요한 시간을 비교하는 그래프를 도시한다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리에 대한 예시이며, 그 실시예들은 첨부한 도면에 추가로 도시되어 있다. 도면에서, 유사한 참조번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 지시한다.
여기서 사용된 용어 "유체(fluid)"는 임의의 액체, 서스펜션, 콜로이드, 가스, 플라즈마, 또는 이것들의 조합을 의미한다.
도 1 및 도 2는 아스피레이터(100)를 다른 방향에서 본 도면이다. 아스피레이터(100)는 엔진, 예를 들면 차량 엔진에서, 장치에 진공을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 도 1에서, 아스피레이터(100)는 진공 필수 장치(102)에 연결되고, 아스피레이터(100)는 통로(104)를 통해 공기를 흐르게 하여 상기 장치(102)를 위한 진공을 생성하며, 상기 통로(104)는 아스피레이터의 길이에 걸쳐 연장되고, 벤추리 효과를 생성하도록 설계된다. 아스피레이터(100)는 바디(106)를 포함하며, 바디(106)는 통로(104)를 형성하고, 엔진 또는 그것에 연결된 구성요소들에 연결 가능한 3개 이상의 포트를 가진다. 상기 포트는, (1) 스로틀의 상류에 위치되는 신선한 공기의 공급원에, 예컨대 엔진 흡입 공기 클리너로부터, 연결될 수 있는 모티브 포트(108); (2) 옵션인 체크 밸브(111)를 통해 진공 필수 장치(102)에 연결될 수 있는 흡입 포트(110); (3) 엔진의 스로틀의 엔진 흡입 매니폴드 하류에 연결되는 아스피레이터 유출구(112); 그리고 옵션으로, (4) 바이패스 포트(114)를 포함한다. 포트들(108, 110, 112, 114) 각각은 각각의 포트를 엔진 내의 호스 또는 다른 구성요소들에 연결하기 위해 그것의 외부면상에 커넥터 피처(117)를 포함할 수 있다.
체크밸브(11)는 흡입 포트(110)에서 응용장치(102)까지 유체가 흐르는 것을 차단하도록 배치되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 진공 필수 장치(102)는 차량 브레이크 부스트 장치, 능동 크랭크케이스 통기(PCV: Positive Crankcase Ventilation) 장치, 또는 연료 정화 장치이다. 바이패스 포트(114)는 진공 필수 장치(102)에 연결될 수 있으며, 옵션으로, 그 사이의 유체 흐름 경로(122) 내에 체크밸브(120)를 포함할 수 있다. 체크밸브(120)는 바이패스 포트(114)와 응용장치(102) 사이의 유체 흐름을 제어하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 아스피레이터(100)는 흡입 포트(110)에 의해 양분되는 중심 세로축(B)을 따라 내부 통로를 형성하는 대략 "T자 형상" 아스피레이터이다. 내부 통로(104)는 바디(106)의 모티브 섹션(116) 내 제1 테이퍼 부분(128)(본 명세서에서는 '모티브 콘'으로도 지칭된다.)을 포함하며, 이것은 바디(106)의 방출 섹션(146) 내 제2 테이퍼 부분(129)(본 명세서에서는 '방출 콘'으로도 지칭된다.)에 결합된다. 여기서, 제1 테이퍼 부분(128)과 제2 테이퍼 부분(129)은 끝과 끝이 서로 맞닿아 정렬되고, 서로 마주하는 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134) 사이에 벤추리 갭(152)을 형성하여, 내부 통로(104)의 모티브 섹션(116)과 방출 섹션(146) 양자와 유체 연통시키는 유체 접합부를 형성한다. 여기서 사용된 벤추리 갭(152)은 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134) 사이의 직선 간격을 의미한다.
아스피레이터(100)와 같은 아스피레이터가 차량 엔진에 사용될 때, 차량 제조사는 통상적으로, 엔진이나 그 구성요소에 아스피레이터를 연결하기 위해 사용 가능한 배관/호스 크기에 기초하여, 모티브 포트(108)와 아스피레이터 유출구(112)의 크기를 선택한다. 또한, 차량 제조사는 통상적으로 아스피레이터에서 사용할 수 있는 최대 모티브 유속을 선택하며, 이것은 그 다음에 모티브 유출구 단부(132), 즉 모티브 유출구(133)에서 정의된 내부 개구부의 면적을 결정한다. 따라서, 특정한 엔진에 대한 차량 제조사의 선택된 파라미터는 아스피레이터 유출구(112)에 대한 모티브 유출구(133)의 비율을 결정한다. 이 제약 내에서 작동할 때, 개시된 아스피레이터(100)는 낮은(5 kPa 내지 30 kPa) 소스/방출 압력에서 높은 흡입 유속을 생성하려는 요구와 더 높은(30 kPa 내지 60 kPa) 소스/방출 압력에서의 증가된 깊이의 진공을 생성하려는 요구 사이의 충돌을 크게 감소시킨다. 이러한 충돌의 감소는, 도 5 및 도 6에 도시한 것과 같이, 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134)에서 내부 통로(104)의 둘레를 증가시키기 위해 모티브 유출구(133)와 (방출 유입구 단부(134)에서 정의된) 방출 유입구(135)에 대한 구성을 변경함으로써 달성된다.
도 5a, 도 5b 및 도 6에 도시된 것과 같이, 모티브 유출구 단부(132)(모티브 유출구(133))의 내부면과 방출 유입구 단부(134)(방출 유입구(135))의 내부면은 적어도 타원 형상이지만, 대신에 다각형 모양을 가질 수도 있다. 벤추리 갭(152)로부터, 반대 방향으로, 모티브 유출구 단부(132)로부터 멀리 그리고 방출 유입구 단부(134)로부터 멀리 연장되는 내부 통로(104)의 내측은 동일한 일반적인 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 도 7은 아스피레이터의 모티브 섹션 내의 내부 통로의 형상의 일 실시예를 도시하지만, 동일하게, 만일 180도 회전된다면, 방출 섹션 내의 내부 통로를 보여준다. 도 7의 내부 통로는 면적(A1)을 가진 원형 개구부로서 모티브 유입구 단부(130)에서 시작하여, A1보다 더 작은 면적(A2)을 가진 모티브 유출구(135)에서 타원형 개구부까지 쌍곡선 함수에 의해 점차 연속적으로 변한다. 모티브 유입구 단부(130)에서의 원형 개구부는, 모티브 유출구 단부(132)에서의 유동 선들(flow lines)이 서로 평행한 이점을 제공하는 쌍곡선(170)에 의해, 타원 형상의 모티브 유출구(135)에 연결된다. 모티브 유입구 단부(130)와 방출 유출구 단부(136)는 또 그것들의 이전 임의의 점에서 타원형 또는 어떤 다른 다각형 개구부를 형성하고 상기 형상들로부터 원형 단면부로 전이하여 그것들의 외측에 커넥터 피처(117)를 가지는 예를 들어 호스-연결부(119)에 유사한 호스 연결부를 형성한다.
"T" 형상의 아스피레이터를 형성하기 위해, 흡입 포트(110)는 바디의 중심 세로축(B)에 대체로 수직인 중심 세로축(C)을 가진다. 옵션인 바이패스 포트(114) 역시 바디의 중심 세로축(B)에 대체로 수직인 중심 세로축(D)을 가질 수 있다. 도 1에 도시한 것과 같이, 바이패스 포트(114)는 방출 유출구 단부(136)의 하류에 인접하여 제2 테이퍼 섹션(129)과 교차할 수 있다. 바디(106)는 그 후, 즉 이러한 바이패스 포트의 교차의 하류에, 아스피레이트 유출구(112)에서 종료할 때까지 원통형으로 균일한 내부 지름을 가지고 계속된다. 또 다른 실시예에서(미도시), 바이패스 포트(114) 및/또는 흡입 포트(110)는 축(B)에 대해 및/또는 서로에 대해 수직이 아니라 기울어질 수 있다. 도 2의 실시예에서, 흡입 포트(110)와 바이패스 포트(114)는 서로 일렬로 정렬되며 바디의 중심 세로축(B)에 대해서 동일한 방향을 가진다. 또 다른 실시예에서(미도시), 흡입 포트(110)와 바이패스 포트(114)는 서로 오프셋되며 편리한 연결을 위해 그것들이 연결되는 엔진 내의 구성요소들에 관련하여 위치될 수 있다.
흡입 포트(110)는 흡입 유입구(138)와 흡입 유출구인 방출 유입구(134)를 포함하며, 제1 테이퍼 섹션(128)과 유사하게, 더 큰 치수의 흡입 유입구(138)로부터 더 작은 치수의 흡입 유출구(134)까지 그 길이를 따라 쌍곡선 함수에 의해 또는 콘(cone)과 같이 점점 계속해서 가늘어질 수 있다. 바이패스 포트(114)는, 존재하는 경우, 그 길이를 따라 쌍곡선 함수에 의해 또는 콘과 같이, 특히 더 작은 치수의 단부(162)로부터 더 큰 치수의 단부(160)까지, 점점 계속해서 가늘어질 수 있다. 시스템에 상기 아스피레이터를 부착함으로써, 바이패스 포트(114)는 유입구로서 더 큰 치수의 단부(160)와 연동하고 유출구로서 더 작은 치수의 단부(162)와 연동할 수 있으며 그 반대의 경우도 가능하다.
도 2 및 도 5에서 잘 도시된 바와 같이, 흡입 포트(110)는 제2 테이퍼 부분(129)과 나란히 놓인 제1 테이퍼 부분(128)의 모티브 유출구 단부(132)에 벤추리 갭(152)과 유체 연통하는 공동(150)을 형성하는 확대된 영역을 포함하거나, 반대로 벤추리(152)는 공동(150)의 일부로 간주될 수도 있다. 내부 통로(104)와 흡입 포트(110)의 유체 접합은 일반적으로 벤추리 갭(152)에 대해서 중심이 맞추어지며, 공동(150)은 흡입 포트의 중심 세로축(C)과 대체로 일렬로 정렬되고 제1 테이퍼 부분(128)을 제2 테이퍼 부분(129)으로 전이한다. 공동(150)은 평행6면체로 형성될 수 있으며 그 길이는 흡입 포트의 내부 단면 치수와 유사하지만 그 바닥은 흡입 포트(110)로부터 멀리 하방으로 돌출하는 아치형 돌출면을 이룬다. 흡입 포트의 중심 세로축(C)을 따라 바디의 중심 세로축(B)을 가로질러 취해진 단면에서, 상기 공동은, 도 2, 도 4a 및 도 5a를 조합하면 잘 알 수 있는 것과 같이, 방출 유입구 단부(134)와 모티브 유출구 단부(132)에 대해서 대략 U자 형상으로 보인다. 도 2 및 도 5a에서, 흡입 포트는 모티브 유출구 단부(132)의 측면들과 방출 유입구 단부(134)의 측면들을 따라 하방으로 연장하며 그것들의 모든 측면들 사이에 공동(150)을 형성한다. 도 5a에 도시된 것과 같이, 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134) 둘 다의 외측 프로파일은 그것들 각각의 내부 형상과 대체로 일치한다.
아스피레이터(100)에서, 제1 테이퍼부(128)를 통한 모티브 공기의 흐름은 그 속도를 증가시키지만, 공동(150) 내에 낮은 정압을 생성한다. 이러한 낮은 정압은 흡기포트(110)로부터 방출 유입구(흡입 유출구)(134)를 통해 벤추리 갭(152) 안으로 그리고 방출 섹션(146) 안으로 공기를 끌어들인다.
아스피레이터(100)는 다음의 기하 비율을 충족시키도록 동작될 수 있다:
Figure 112015121695576-pct00001
또, 다음과 같은 성능 비율도 있다:
Figure 112015121695576-pct00002
여기서 개시된 쌍곡선 흐름 통로에 대한 비율(F)을 최대화하기 위해, 비율(A')은 3과 12 사이가 되어야 하고, 비율(B')은 4보다 커야 하며, 비율(C')도 4보다 커야 한다.
쌍곡선 흐름 통로에 대한 비율(G)을 최대화하기 위해, 비율(A')은 3과 12 사이가 되어야 하고, 비율(B')은 4보다 커야 하며, 비율(C')도 4보다 커야 한다.
도 3의 종래 기술에서, 모티브 콘의 유출구 단부와 방출 콘의 유입구 단부는 각각 원형의 내부 단면과 원형의 외부 프로파일을 가지며 그에 의해 원형의 외부 주변을 갖는 절두체(frustum)인 벤추리 갭을 형성한다. 이 도면으로부터 흡입 흐름에 대한 제한들 중 하나, 즉 모티브 콘과 방출 콘에 대한 흡입 포트의 유체 접합부에서의 면적이 도시된다.
흡입 포트로부터 여기에 개시된 아스피레이터의 벤추리 갭(152) 안으로의 공기의 유속을 증가시키기 위해, 제1 테이퍼부(128)와 제2 테이퍼부(129)의 전체적인 내부 치수를 증가시키지 않고(바람직하게는 질량 유속의 증가 없이) 유출구 단부(132)와 유입구 단부(134)의 둘레를 증가시킴으로써, 벤추리 갭의 면적이 증가된다. 구체적으로는, 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134)는 전술한 것과 같이 원형에서 비원형으로 변경된다. 각각 둘레와 단면적을 가진 원형이 아닌 가능한 형상이 무수히 존재할 수 있다. 이것들은 다각형을 포함하거나, 서로 연결된 직선 세그먼트, 비원형 커브(non-circular curve), 및 프랙탈(fractal) 커브들을 포함한다. 비용을 최소화하기 위해, 커브가 제조 및 검사에 더 간단하고 용이하며, 바람직한 둘레 길이를 가진다.
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b는 흡입 포트(110)가 모티브 유출구 단부(132) 및 방출 유입구 단부(134)와 만나는 개선된 유체 접합부를 가진 실시예들을 도시한다. 흡입 포트(110)에서 벤추리 갭(152)까지의 흐름 경로의 최소 영역은 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134) 사이에 형성된 절두체이다(도 4b 및 도 5b 참조). 도 4a 및 도 4b에서, 모티브 콘(128)의 유출구 단부(132)와 방출 콘(129)의 유입구 단부(134) 각각은 내부 및 외부의 타원형 둘레를 가지며 그에 의해 타원형 외부 주변을 가진 절두체인 벤추리 갭(152)을 형성한다. 도 5a 및 도 5b에서, 모티브 콘(128)의 유출구 단부(132)와 방출 콘(129)의 유입구 단부(134) 각각은 내부 및 외부의 대략 장방형 둘레(모서리가 둥근)를 가지며 그에 의해 대략 장방형 외부 주변을 가진 절두체인 벤추리 갭(152)을 형성한다. 도면의 실시예들은 유출구 단부(132)와 유입구 단부(134)의 둘레가 동일하지만, 즉 둘 다 타원이거나 둘 다 대략 장방형이지만, 유출구 단부(132)와 유입구 단부(134)는 다른 형상의 둘레를 가질 수 있다. 즉 하나는 타원이고 다른 것은 대략 장방형일 수 있다. 또한, 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134)는 흡입 포트(110)에서 방출 유입구 단부(134)로의 유체의 흐름 방향성을 개선하기 위해 둥근 모서리(rounded chamfer)로 마감될 수 있다.
또한, 도 6에 가장 잘 도시되어 있지만, 도 4b 및 도 5b의 절두체에서 알 수 있듯이, 각 실시예에서 모티브 콘(128)의 유출구 단부(132)는 방출 콘(129)의 유입구 단부(134)보다 치수가 더 작다. 이러한 치수의 차이는 오프셋(140)으로 확인된다. 도 4b에서, 예를 들면, 상기 오프셋은 모티브 유출구 단부(132)의 장축(Y)의 길이가 방출 유입구 단부(134)의 장축(Y')의 길이보다 작고, 또한 방출 유입구 단부(134)의 단축(X')의 길이보다 작은 모티브 유출구 단부(132)의 단축(X)의 길이를 가진다는 것에서 알 수 있다.
타원형 또는 다각형 실시예에서, 수렴하는 모티브 섹션의 모티브 유출구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면은 단축에 대한 장축의 비율이 약 2 내지 약 4이며, 발산하는 섹션의 유입구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면은, 상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면에 대하여, 피크 모티브 유속에 대한 방출 유입구 면적과 모티브 유출구 면적의 차이의 비율에 상수(k1)를 곱한 값만큼 오프셋된다(상기 비율은 0.28보다 크고 단위가 없는 수이다).
오프셋 비율 = (방출 유입구 면적-모티브 유출구 면적)/피크 모티브 유속 * k1; (V) 여기서, k1 = c(모티브 유출구 단부에서)*Dfluid(모티브 유출구 단부에서); (VI) 그리고 c는 소리의 속도이며 Dfluid는 유체(통상적으로 공기)의 밀도이다.
타원형 또는 다각형 실시예에서, 모티브 유출구 단부와 방출 유입구 단부 사이의 벤추리 갭은 벤추리 갭의 면적을 모티브 유속으로 나누고 상수(k2)를 곱한 것으로 정의된 갭 비율을 가진다(단위 없는 비율을 가짐).
갭 비율 = 벤추리 갭의 면적/모티브 유속*K2; (VII) 여기서 k2 = c(모티브 유출구 단부에서)*Dfluid(모티브 유출구 단부에서); (VIII) c와 Dfluid는 위와 같이 정의된다. 여기서, 갭 비율은 4.7보다 크다.
일 실시예에서, 모티브 유출구 단부(132)의 타원형 또는 다각형 내부 단면은 0 내지 1 사이의 편심률을 가진다. 또 다른 실시예에서, 상기 유출구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면은 약 0.4 내지 약 0.97 사이의 편심률을 가진다.
다시 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 유출구 단부(132)와 유입구 단부(134)는 타원형 프로파일을 가지므로 장축(Y)과 단축(X)을 가진다. 타원 방정식은 X2/B2 + Y2/A2 = 12으로 정의될 수 있다. 여기서 A는 원점에서 장축(Y)을 따라 타원까지의 거리이고 B는 원점에서 단축(X)을 따라 타원까지의 거리이다. 타원의 면적은 다음과 같다:
타원의 면적 = π x A x B (I)
타원의 둘레는 간단하고 정확한 식으로 주어지지 않는다. 대신에 급수식이 받아들일 만한 근사치를 제공한다;
타원의 둘레 = π x (A + B) x (1+h2/4 + h4/64 + h6/256...) (II)여기서 h는:
변수 h = (A-B)/(A+B) (III) 두 축의 길이를 관련시키는 용어인 편심률을 추가로 정의할 수 있다. 즉,
변수 e = (A2-B2)1/2/A (IV)
종래 기술의 원형 아스피레이터의 반지름이 1 mm인 경우 아스피레이터 설계를 위한 선택된 모티브 흐름이 계산을 위해 동일하게 주어진 경우, 면적은 3.14 mm2이고 둘레는 6.28 mm이다. 면적 대비 둘레의 비율은 모티브 유출구 단부와 방출 유입구 단부에 대해서 원형 내부 단면의 경우 수학적으로 2이다.
주어진 편심률의 타원에 대해서, 개시된 실시예들의 면적, 둘레, 및 단면적 대비 둘레의 비율을 계산할 수 있다. 만일 반지름이 1 mm인 원의 면적과 동일하게 면적을 제한한다면, 다음과 같이 계산된 결과가 얻어진다:
Figure 112015121695576-pct00003
따라서 편심률을 변경시킴으로써, 단면적을 고정 유지한 상태에서 둘레가 증가될 수 있다. 이러한 둘레의 증가는 흡입 포트와, 모티브 콘과 방출 콘 사이의 접합부에서의 교차면적을 증가시키는 이점을 제공하며, 이것으로 인해 흡입 포트 유속이 증가한다.
이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 모티브 유출구 단부(132)와 방출 유입구 단부(134)는 프로파일이 대략 장방형이므로 길이와 폭을 가지며 따라서 2개의 축인 장축(A)과 단축(B)을 가진다. 도시된 것과 같이, 프로파일이 대략 장방형인 아스피레이터의 유출구 단부(132)와 유입구 단부(134)는 장방형 부분의 폭에 대응하는 반원형 단부를 포함한다. 유출구 단부(132)와 유입구 단부(134)의 프로파일 방향은 돌출되지 않고 거기에 제한되어야 한다. 이러한 장방형의 면적은 두 개의 단부 반원들의 면적과 상기 반원들 사이의 직선 부분의 면적을 더한 합과 같다. 상기 장방형의 둘레는 두 측면의 길이와 상기 반원 단부들의 길이를 더한 것과 같다. 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112015121695576-pct00004
원형 단면에서 같은 면적을 가진 대략 장방형 단면으로 변경함으로써, 전술한 타원형 프로파일과 유사하게 면적대비 둘레의 비율이 증가한다. 이러한 둘레의 증가는 벤추리 갭과 흡입 포트 사이의 교차면적을 증가시키는 이점을 제공하며, 그 결과 흡입 포트 흐름이 증가한다.
흡입 흐름을 증가시키는 또 하나의 방법은 모티브 콘(128)의 유출구 단부(132)와 방출 콘(129)의 유입구 단부(134) 사이의 거리를 연장하는 것이다. 모티브 흐름은 벤추리 갭을 통해서 이동할 때 흡입 공기와 혼합된다. 이 혼합된 흐름은 벤추리의 방출 단부를 향해 상기 정압을 증가시키는 효과가 있다. 이러한 거리의 연장은 감소하는 반환을 제공하며, 또한 상기 모티브 흐름이 벤추리 내에 대체로 제약되지 않기 때문에, 난류와 흐름 방해의 위험을 제공하게 되어, 속도를 감소시키고 정압을 증가시킨다. 따라서, 전술한 둘레의 증가가 거리의 연장에 비해 선호되지만, 상기 감소하는 반환을 피하기 위해 상기 두 개가 결합될 수 있다.
여기서 개시된 아스피레이터는 단일체(monolithic body)로 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 아스피레이터는 사출성형에 의해 형성된다.
일 실시예에서, 벤추리 갭(152)은 (모티브 대략 유속)n에 비례하는 직선 간격이고, 이때 n은 0.25 내지 0.8이며, 상기 모티브 유출구와 방출 유입구 사이의 오프셋 역시 (모티브 대략 유속)n에 비례하고, 이때 n은 0.25 내지 0.8이며, 상기 유출구 단부의 타원형 또는 다각형 내부 단면은 0 내지 1 사이의 편심률을 갖거나, 더 바람직하게는 약 0.4 내지 약 0.97 사이의 편심률을 갖는다. 아스피레이터가 더 높은 양의 진공을 요구하는 장치를 가지는 시스템에 포함될 때, 벤추리 갭을 위한 n과 오프셋을 위한 n은 둘 다 0.4 내지 0.6 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 벤추리 갭을 위한 n과 오프셋을 위한 n은 둘 다 0.5이며 편심률은 약 0.4 내지 0.97 사이이다.
동작 시, 예를 들어 아스피레이터가 엔진에 연결될 때, 엔진 공기, 즉 여과된 오기는 모티브 포트에서 아스피레이터에 진입하도록 연결될 수 있다. 방출 포트에서 아스피레이터를 나가는 공기는 압력이 모티브 포트보다 낮은 지점에서 엔진 공기에 연결될 수 있다. 모티브 포트로부터 방출 포트까지 공기의 움직임은 모티브 콘 아래로 공기를 유인하며, 상기 모티브 콘은 직선형 콘이거나 전술한 것과 같이 쌍곡선형 프로파일을 가질 수 있다. 면적의 감소는 공기의 속도를 증가시킨다. 이것은 폐쇄된 공간이므로 유체역학의 법칙에 의하면 상기 정압은 유체 속도가 증가할 때 감소해야만 한다. 상기 모티브 콘의 최소 단면 영역은 벤추리 갭에 인접한다. 공기가 방출 포트까지 계속 진행함에 따라 그것은 직선형 콘이거나 쌍곡선형 프로파일을 가진 방출 콘을 통과한다. 선택사항으로, 상기 방출 영역은 상기 방출 포트와 만날 때까지 직선 또는 쌍곡선 프로파일로 계속되거나, 또는 단순한 원통형 또는 테이퍼형 통로로 전이될 수 있다. 상기 방출 콘의 최소 단면적 단부는 상기 모티브 콘의 최소 단면적 단부보다 더 크다. 더 큰 면적은 흡입 포트로부터 공기의 흐름을 위한 면적을 제공하기 위한 것이다. 방출 콘 아래에서의 이러한 면적 변화는 공기 속도를 다시 저하시키며, 그 결과 상기 정압이 증가한다.
벤추리 갭은 흡입 포트에 연결되며, 흡입 포트는 모티브 콘과 방출 콘 사이에서 높은 속도로 통과하는 공기 중에 존재하는 동일한 낮은 정압에 흡입 포트/통로 내의 공기를 노출시킨다. 여기서 생성된 압력은 방출 포트에서의 압력보다 더 낮을 수 있으며, 그것은 모티브 포트에서의 압력보다 더 낮은 것으로 이미 알려져 있다. 이러한 낮은 압력은 당해 기술분야에서 알려진, 예컨대 차량 브레이크 부스트 캐니스터를 비우기 위함과 같은, 차량에서의 다양한 응용들을 위해 사용될 수 있다. 어떤 환경에서, 우선 가솔린 엔진에 가벼운 부하가 걸릴 때, 상기 방출 포트에서의 압력은 응용장치에서의 압력을 빨리 낮추기에 충분히 낮다. 방출 콘 또는 통로와 바이패스 통로 사이의 연결 면적이 흡입 포트와 벤추리 갭 사이의 연결에 비해 꽤 크기 때문에, 이러한 선택적인 연결은 초기에 상기 응용장치를 비우는데 도움을 줄 수 있다.
비교 연구를 위해, 도 7과 같이, 벤추리 갭에서 타원의 모티브 유출구와 타원의 방출 유입구를 갖고 모티브 섹션과 방출 섹션에서 쌍곡선 내부 프로파일을 가지는 3 gps 아스피레이터("쌍곡면 타원 아스피레이터"라고 함)를 10 kPa 매니폴드 진공, 15 kPa 매니폴드 진공, 및 20 kPa 매니폴드 진공의 조건에서 동작시켰으며, 그 결과 동일한 조건하의 3 gps 원뿔형 아스피레이터에 비해서 브레이크 부스트 캐니스터 진공이 증가되었다. 원뿔형 아스피레이터는 원형 모티브 유출구와 원형 방출 유입구를 갖고, 모티브 섹션과 방출 섹션 내에 원뿔형 내부 프로파일을 가지는 아스피레이터이다. 도 8에 제시된 데이터에 의해 입증된 것과 같이, 쌍곡면 타원 아스피레이터는 원뿔형 아스피레이터의 결과를 초과한 타원형 개구부들을 가진 쌍곡선 내부 프로파일의 상승효과를 제공했다. 10 kPa, 15 kPa, 및 20 kPa 매니폴드 진공 압력에서, 쌍곡면 타원 아스피레이터는 12 kPa 내지 약 67 kPa의 브레이크 부스트 캐니스터 진공의 증가하는 범위에 대해 더 높은 흡입 유속을 제공했다. 흥미롭게도, 15 kPa 매니폴드 압력에서 쌍곡면 타원 아스피레이터는 20 kPa 매니폴드 압력에서의 원뿔형 아스피레이터와 대략 유사하게 동작하며, 이것은 예상치 못한 우수한 성능을 입증한다.
이제 도 9 및 도 10을 참조하면, 도 8에서 비교된 동일한 아스피레이터들이, 아스피레이터가 생성할 수 있는 최종적인 진공과 아스피레이터가 진공을 생성하기 위해 캐니스터를 비우는데 필요한 시간에 대해서 비교되었다. 테스트를 위해서, 아스피레이터 유출구(112)는 엔진의 흡입 매니폴드와 유체 연통 상태에 있었고, 흡입 포트는 차량 브레이크 부스트 캐니스터와 유체 연통 상태에 있었으며, 모티브 유입구는 신선한 공기의 공급원에 연결되었다. 도 9에 도시한 것과 같이, 본 명세서에서 개시된 쌍곡면 타원 아스피레이터는 동일한 동작 조건하에서 원뿔형 아스피레이터에 비해 더 깊은 진공을 제공한다. 즉, 10 kPa, 15 kPa, 및 20 kPa의 매니폴드 진공에서 쌍곡면 타원 아스피레이터는 적어도 5 kPa만큼 더 큰 최종적인 진공을 가졌다. 또한, 도 10에 도시된 것과 같이, 쌍곡면 타원 아스피레이터는 원뿔형 아스피레이터에 비해 브레이크 부스트 캐니스터를 비우는데 탁월했다. 10 kPa의 매니폴드 진공 압력에서, 쌍곡면 타원 아스피레이터는 캐니스터를 비우는데 있어서 4.5 초 미만으로 더 빨리 끝났다. 15 kPa 및 20 kPa의 매니폴드 진공에서 쌍곡면 타원 아스피레이터는 약 2초 더 빨랐다. 더 낮은 매니폴드 진공에서 더 빠른 배기(evacuation) 시간은 더 빠른 반응 시간과 향상된 성능을 제공한다. 하지만 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 쌍곡면 타원 프로파일을 가진 아스피레이터는 배기 시간이 더 빠를 뿐만 아니라, 10 kPa, 15 kPa, 및 20 kPa의 매니폴드 진공에서 더 깊은 진공을 제공하기도 한다. 이러한 두 가지 이점은, 벤추리 갭을 형성하는 모티브 유출구와 방출 유입구의 형상을 변경한 것과, 쌍곡선 함수에 따라 변하거나/가늘어지는 내부 통로를 사용한 것에 기인한 놀랍고 예기치 못한 결과였다.
본 명세서에서 개시된 아스피레이터의 한 가지 이점은 진공 필수 장치를 운용하는데 필요한 진공을 생성하기 위해 소비되거나/필요한 엔진 공기의 양이 감소되는 것이며, 이것은 원형의 내부 프로파일을 가진 아스피레이터 또는 진공 펌프로 얻어지는 것에 비해 엔진 성능을 향상시킨다.
지금까지 특정한 실시예를 가지고 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 명백하며, 또한 본 발명은 그와 같은 모든 변경을 포함한다.

Claims (36)

  1. 끝과 끝이 서로 정렬된 수렴하는 모티브 섹션 및 발산하는 방출 섹션을 갖고, 상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부는 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부와 서로 마주하여, 그 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 모티브 유출구는 상기 방출 유입구보다 치수적으로 더 작고, 오프셋 비율은 0.28보다 크며, 상기 오프셋 비율은:
    (방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)/피크 모티브 유속*k1이며,
    상기 식에서, k1 = c*Dfluid이며, c는 소리 속도이고 Dfluid는 상기 모티브 유출구에서 유체 밀도인, 아스피레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발산하는 방출 섹션은 원형 방출 유출구를 추가로 형성하는, 아스피레이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 상기 원형 모티브 유입구로부터 상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구까지 쌍곡선 함수로서 전이되는 내부 통로를 형성하며, 상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 상기 원형 모티브 유입구의 면적보다 더 작은 면적을 가진, 아스피레이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 포트는 상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 측부와 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 측부 주위로 아래로 연장하여 그 전체 측면들 사이에 공동을 형성하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 외부 프로파일은 그들 각각의 내부 형상과 일치하는, 아스피레이터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부는 유체 흐름을 상기 타원형 또는 다각형 방출 유입구로 향하게 하는 둥근 모서리(rounded chamfer)로 마감되는, 아스피레이터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 0 내지 1 이하 사이의 편심률(eccentricity)을 가지는, 아스피레이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 단축에 대한 장축의 비율이 2 내지 4인, 아스피레이터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤추리 갭은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.25 내지 0.8인, 아스피레이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤추리 갭은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.4 내지 0.6인, 아스피레이터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 0 내지 1 이하 사이의 편심률을 가지는, 아스피레이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 0.4와 0.97 이하 사이의 편심률을 가지는, 아스피레이터.
  12. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트;
    를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 모티브 유출구 및 방출 유입구는 서로 오프셋되고, 상기 모티브 유출구와 상기 방출 유입구 사이의 오프셋은 (모티브 질량 유속)n에 비례하며, n은 0.25 내지 0.8인, 아스피레이터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 n은 상기 0.25 내지 0.8 중에서, 0.4 내지 0.6인, 아스피레이터.
  14. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 모티브 유입구를 모티브 유출구에 연결하는 쌍곡면 커브에 의해 형성된 내부 통로를 형성하고,
    상기 모티브 유출구 및 방출 유입구는 각각 0 내지 1 이하 사이의 편심률을 가지며, 상기 방출 유입구는 상기 모티브 유출구에 대해 (모티브 질량 유속)n에 비례하는 값만큼 오프셋되고, 상기 n은 0.25 내지 0.8인, 아스피레이터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 n은 상기 0.25 내지 0.8 중에서, 0.4 내지 0.6인, 아스피레이터.
  16. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디를 포함하고,
    상기 모티브 섹션은 형상이 서로 상이한 모티브 유입구 및 모티브 유출구를 가지며,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 모티브 유입구를 모티브 유출구에 연결하는 쌍곡면 커브에 의해 형성된 내부 통로를 형성하며,
    상기 모티브 유출구는 상기 모티브 유입구의 면적보다 작은 면적을 가지며,
    상기 모티브 유출구는 단축에 대한 장축의 비율이 2 내지 4이고,
    상기 발산하는 방출 섹션의 방출 유입구는, 상기 모티브 유출구에 대해, 피크 모티브 유속 대비 방출 유입구 면적과 모티브 유출구 면적의 차이의 비율((방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)/피크 모티브 유속)에 상수를 곱한 만큼 오프셋 되며, 상기 비율은 0.28보다 크고 상기 상수는 소리 속도와 상기 모티브 유출구에서의 유체 밀도의 곱과 같은, 아스피레이터.
  17. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트;
    를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 상기 원형 모티브 유입구로부터 상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구로 쌍곡선 함수로서 전이하는 내부 통로를 형성하며,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 상기 원형 모티브 유입구의 면적보다 더 작은 면적을 가지는, 벤추리 장치.
  18. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트;
    를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 흡입 포트는 상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 측면들 및 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 측면들 주위에 하방으로 연장되고 상기 모든 측면들 사이에 공동을 형성하며,
    상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 외부 프로파일 및 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 외부 프로파일은 각 단부의 내부 형상과 일치하는, 벤추리 장치.
  19. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트;
    를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 단축에 대한 장축의 비율이 2 내지 4이고,
    상기 타원형 또는 다각형 방출 유입구는, 상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구에 대해서, 피크 모티브 유속 대비 방출 유입구 면적과 모티브 유출구 면적의 차이의 비율((방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)/피크 모티브 유속)에 상수를 곱한 만큼 오프셋 되며, 상기 비율은 0.28보다 크고 상기 상수는 상기 모티브 유출구에서의 소리 속도와 상기 유체의 곱과 같은, 벤추리 장치.
  20. 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부 사이에 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트;
    를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구를 형성하고 타원형 또는 다각형 모티브 유출구를 형성하며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 벤추리 갭은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.25 내지 0.8인, 벤추리 장치.
  21. 엔진 시스템 내 유체로부터 진공을 생성하는 벤추리 장치에 있어서,
    수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부와 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부를 일정 직선 거리만큼 분리하는 벤추리 갭을 형성하는 바디; 및
    상기 벤추리 갭과 유체 연통하는 흡입 포트;
    를 포함하고,
    상기 수렴하는 모티브 섹션은 원형 모티브 유입구로부터 타원형 또는 다각형 유출구까지 쌍곡선 함수로서 테이퍼지는 내부 통로를 형성하고 상기 발산하는 방출 섹션은 상기 벤추리 갭을 향해서 점차 연속해서 테이퍼지며,
    상기 발산하는 방출 섹션은 타원형 또는 다각형 방출 유입구를 형성하고,
    상기 쌍곡선 함수는 모티브 유출구 단부에서 서로 평행한 유동 선들(flow lines)을 제공하는, 벤추리 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 발산하는 방출 섹션은 원형 방출 유출구를 추가로 형성하는, 벤추리 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 흡입 포트는 상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 측면들 및 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 측면들 주위에 하방으로 연장되고 상기 모든 측면들 사이에 공동을 형성하며,
    상기 수렴하는 모티브 섹션의 유출구 단부의 외부 프로파일 및 상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부의 외부 프로파일은 각 단부의 내부 형상과 일치하는, 벤추리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 발산하는 방출 섹션의 유입구 단부는 유체 흐름을 상기 타원형 또는 다각형 방출 유입구로 향하게 하는 둥근 모서리로 마감되는, 벤추리 장치.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 0.4 내지 0.97의 편심률을 가지는, 벤추리 장치.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 단축에 대한 장축의 비율이 2 내지 4이고, 상기 타원형 또는 다각형 방출 유입구는, 상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구에 대해서, 피크 모티브 유속 대비 방출 유입구 면적과 모티브 유출구 면적의 차이의 비율((방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)/피크 모티브 유속)에 상수를 곱한 값만큼 오프셋 되며, 상기 비율은 0.28보다 크고 상기 상수는 소리 속도와 상기 모티브 유출구에서의 유체 밀도의 곱과 같은, 벤추리 장치.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 직선 거리는 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.25 내지 0.8인, 벤추리 장치.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 직선 거리는 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.4 내지 0.6인, 벤추리 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 타원형 또는 다각형 모티브 유출구는 0 내지 1 사이의 편심률을 가지는, 벤추리 장치.
  30. 제 21 항에 있어서,
    오프셋(방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.25 내지 0.8인, 벤추리 장치.
  31. 제 21 항에 있어서,
    오프셋(방출 유입구 면적 - 모티브 유출구 면적)은 (모티브 질량 유속)n에 비례하고, n은 0.4 내지 0.6인, 벤추리 장치.
  32. 제 21 항에 있어서,
    흡입 유입구 면적/흡입 유출구 면적의 비율은 3과 12 사이이고, 모티브 유입구 면적/모티브 유출구 면적의 비율은 4보다 크며, 방출 유출구 면적/방출 유입구 면적의 비율은 4보다 큰, 벤추리 장치.
  33. 제 21 항에 있어서,
    상기 바디는 상기 방출 유입구의 하류에서 상기 발산하는 방출 섹션과 교차하는 바이패스 포트를 추가로 포함하는, 벤추리 장치.
  34. 유체 압력 소스;
    진공 요구 장치;
    엔진 및 엔진 구성요소; 및
    제 21 항에 의한 벤추리 장치;
    를 포함하며,
    상기 벤추리 장치는 상기 진공 요구 장치와 유체 연통하는 흡입 포트, 상기 유체 압력 소스와 유체 연통하는 모티브 유입구, 및 상기 엔진 또는 상기 엔진 구성요소와 유체 연통하는 방출 유출구를 가지는, 엔진 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 진공 요구 장치는 브레이크 부스트(brake boost) 장치, 능동 크랭크케이스 통기(PCV: Positive Crankcase Ventilation) 장치, 또는 연료 정화 장치인, 엔진 시스템.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 유체 압력 소스는 5 kPa 내지 60 kPa의 범위인, 엔진 시스템.
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