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KR102360318B1 - 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치 - Google Patents

벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치 Download PDF

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KR102360318B1
KR102360318B1 KR1020177031220A KR20177031220A KR102360318B1 KR 102360318 B1 KR102360318 B1 KR 102360318B1 KR 1020177031220 A KR1020177031220 A KR 1020177031220A KR 20177031220 A KR20177031220 A KR 20177031220A KR 102360318 B1 KR102360318 B1 KR 102360318B1
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KR
South Korea
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passage
suction chamber
suction
sealing member
outlet
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데이비드 이. 플렛쳐
브라이언 엠. 그래이헨
제임스 에이치. 밀러
키이쓰 햄튼
Original Assignee
데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
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Abstract

벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치, 및 이를 포함하는 내연 엔진 시스템과 같은 시스템이 개시된다. 상기 장치는 흡입 챔버, 흡입 챔버쪽으로 수렴하며 이와 함께 유체 연통되는 원동 통로, 흡입 챔버로부터 떨어져 발산하며 이와 함께 유체 연통하는 배출 통로, 및 흡입 챔버와 유체 연통하는 흡입 통로를 형성하는 하우징을 포함한다. 흡입 챔버 내에서 원동 통로의 원동 출구는 벤튜리 갭을 형성하기 위해 일반적으로 배출 통로의 배출 입구와 이격되고 이와 정렬되며, 상기 흡입 통로는 흡입 통로로부터 배출 통로까지 흡입 유동의 방향으로 대략 180도 변화를 발생시키는 위치에서 흡입 챔버로 들어간다.

Description

벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치
본 출원 발명은 2015년 4월 13일에 출원된 미국 특허 가출원 제 62/146,444 호의 이익을 주장한다.
본 출원 발명은 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 보통의 원동 유량으로 생성된 증가된 흡입 유동을 갖는 상기 장치에 관한 것이다.
엔진, 예컨대 차량 엔진은 크기가 작아지고 있고 또한 부스트식(boosted)이 되고 있어서, 엔진으로부터 이용 가능한 진공이 감소하고 있다. 이 진공은, 차량 브레이크 부스터에 의한 사용을 포함하여, 많은 잠재적인 용도를 가지고 있다.
이 진공 부족에 대한 하나의 해결 방안은 진공 펌프를 설치하는 것이다. 그러나, 진공 펌프는 비용이 많이 들게 하고 또한 엔진에 중량 관련 불이익을 주며, 전력 소비로 인해 추가적인 교류 발전기(alternator) 용량이 필요할 수 있으며, 또한 그의 비효율성은 연비 개선 행위를 방해할 수 있다.
다른 방안은, 스로틀(throttle)과 병렬로 있는 엔진 공기 유동 경로(흡기 누출부라고 함)를 형성하여 진공을 생성하는 흡출기이다. 이 누출 유동은 흡입 진공을 생성하는 벤튜리(Venturi)를 통과한다. 현재 이용 가능한 흡출기의 문제점은, 흡출기가 생성할 수 있는 진공 질량 유량의 양이 제한되고, 그리고 흡출기가 소비하는 엔진 공기의 양에 의해 제한된다는 점이다.
증가된 흡입 질량 유량을 발생시키는 개선된 디자인에 대한 필요성, 특히 원동 유동이 부스트식 원동 유동일 때, 이러한 필요성이 존재한다.
장치들이 본 명세서에 개시되며, 특히 원동 유동이 부스트식 원동 유동일 때, 예컨대 터보과급식 또는 수퍼차저로부터 증가된 흡입 질량 유량을 생성한다. 상기 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치는 흡입 챔버, 흡입 챔버쪽으로 수렴하고 이와 함께 유체 연통되는 원동 통로, 흡입 챔버(suction chamber)로부터 발산하고 이와 함께 유체 연통되는 배출 통로, 및 흡입 챔버와 유체 연통하는 흡입 통로를 형성하는 하우징을 갖는다. 상기 흡입 챔버 내에서, 원동 통로의 원동 출구는 벤튜리 갭을 형성하기 위해 일반적으로 배출 통로의 배출 입구로부터 이격되고 이와 정렬되며, 흡입 통로는 흡입 통로로부터 배출 통로까지 흡입 유동의 방향에서 대략 180도 변화를 발생시키는 위치에서 흡입 챔버로 들어간다.
상기 원동 통로 및 배출 통로 모두는 쌍곡선 또는 포물선 함수로써 단면적이 흡입 챔버로부터 멀어지는 쪽으로 발산한다. 상기 원동 통로의 원동 출구는 원동 통로 내부에 제1 코너 반지름을 가지며, 상기 배출 입구는 흡입 챔버의 벽과 거의 동일 평면에 있고 제2 코너 반지름을 가지고 거기로 이행한다. 제2 코너 반지름은 바람직하게는 제1 코너 반지름보다 더 크며, 원동 출구의 단면적은 배출 입구의 단면적보다 더 작다.
본 명세서에 개시된 장치들의 임의의 변형예에서의 원동 통로는 흡입 챔버로 돌출하고 상기 흡입 챔버의 하나 이상의 측벽 모두로부터 이격되어 배치된 홈통(spout)에서 끝날 수 있으며, 그로 인해 홈통의 외부 표면 전체 주위에 흡입 유동을 제공한다. 상기 홈통의 외부 표면은 길이방향 단면에서 볼 때 하나 이상의 수렴 각도로 원동 통로의 출구 단부쪽으로 수렴하며, 흡입 챔버는 홈통 아래에 거의 둥근 내부 바닥을 갖는다.
상기 장치들의 다양한 실시예 모두에서, 상기 흡입 챔버는 대략 10mm 내지 25mm의 내부 너비를 가지며, 상기 흡입 챔버로의 유동을 제어하는 흡입 통로 내에 전기기계식 밸브를 갖는다. 상기 전기기계식 밸브는 통상 폐쇄된 위치에서 바람직하게는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)이다.
상기 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치는 흡입 챔버, 흡입 챔버쪽으로 수렴하고 이와 함께 유체 연통되는 원동 통로, 흡입 챔버로부터 발산하고 이와 함께 유체 연통되는 배출 통로, 및 흡입 챔버와 유체 연통하는 흡입 통로를 형성하는 하우징을 갖는다. 상기 흡입 챔버 내에서, 원동 통로의 원동 출구는 벤튜리 갭을 형성하기 위해 일반적으로 배출 통로의 배출 입구로부터 이격되고 이와 정렬되며, 상기 원동 통로는 상기 흡입 챔버로 돌출하고 상기 흡입 챔버의 하나 이상의 측벽 모두로부터 이격되어 배치된 홈통에서 끝나며, 그로 인해 상기 홈통의 외부 표면 전체 주위에 흡입 유동을 제공한다.
상기 장치들의 다양한 실시예 모두에 있어서, 상기 흡입 통로는 바람직하게는 배출 통로에 평행하게 배치되며, 홈통의 외부 표면은 상기 원동 통로의 출구 단부쪽으로 수렴한다. 또한, 상기 원동 출구는 원동 통로 내부에 제1 코너 반지름을 가지며, 상기 배출 입구는 흡입 챔버의 단부 벽과 거의 동일 평면에 있을 수 있고 제2 코너 반지름을 가지고 거기로 이행한다. 제2 코너 반지름은 제1 코너 반지름보다 더 크며, 상기 원동 통로 및 배출 통로 모두는 쌍곡선 또는 포물선 함수로서 단면적이 흡입 챔버로부터 멀어지는 쪽으로 발산할 수 있다. 원동 출구의 단면적은 배출 입구의 단면적보다 더 작고, 상기 흡입 챔버는 통상 홈통 아래의 둥근 내부 바닥을 가진다.
상기 장치들의 모든 다양한 실시예에서, 전기기계식 밸브는 상기 흡입 챔버로의 유량을 제어하기 위해 상기 흡입 통로에 배치된다. 상기 전기기계식 밸브는 바람직하게는 통상 폐쇄 위치에서 솔레노이드 밸브이다.
또한 본 명세서는 상기 및 아래에 개시된 장치들과 같이 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치 중 어느 하나를 포함하는 시스템이 개시된다. 또한, 상기 시스템은, 상기 원동 통로에 유체 연결되는 부스트 압력원을 포함하며, 진공 요구 장치는 상기 흡입 통로에 유체 연결되고, 대기압은 상기 배출 통로에 유체 연결된다. 대기압은 상기 부스트 압력보다 더 낮다.
도 1a는 벤튜리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 장치의 측면 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 장치의 대안적인 실시예에서 원동 포트의 입구 단부만의 측면 사시도이다.
도 2는 단면선 A - A를 따라 취한, 도 1의 장치의 측면, 길이방향 단면 분해도이다.
도 3은, 도 1의 장치의, 통상 원동 출구 단부로부터, 원동 포트 부분의 측면 사시도이다.
도 4는 파선으로 표시된 타원형(C) 안에서 도 1의 장치의 부분의 확대 측면 단면 사시도이다.
도 5는 벤튜리 효과를 이용하여 진공을 생성하고 솔레노이드 밸브를 포함하는 장치의 측면 사시도이다.
도 6은 도 5의 장치의 측면 길이방향 단면도이다.
도 7은 도 6의 장치에서 발견되는 솔레노이드 밸브의 확대 단면도이다.
도 8은 도 5 및 도 6의 장치에서 발견되는 솔레노이드 밸브의 평면도이다.
도 9는 도 5 및 도 6의 장치에서 발견되는 솔레노이드 밸브의 저면도이다.
도 10은 도 5의 장치의 솔레노이드 밸브 부분의 대안적인 실시예에 대한 부분 측면 길이방향 단면도이다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리를 설명할 것이며, 그 예들은 첨부 도면들에서 추가적으로 예시된다. 도면에서, 예컨대 제1 실시예를 제2 실시예로부터 구별하는 참조번호(100)과 참조번호(200)과 같이 첫 번째 숫자가 다를 때에도 동일한 참고 부호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 표시한다.
여기 사용된 바와 같은 "유체(fluid)"는 임의의 액체, 현탁액, 콜로이드, 가스, 플라즈마, 또는 이들의 조합을 의미한다.
도 1a 내지 도 4는 벤튜리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 장치(100)의 상이한 도면들을 도시한다. 장치(100)는, 예컨대 차량 브레이크 부스트 장치, 강제 환기식(positive crankcase ventilation) 시스템, 연료 증기 캐니스터 제거 장치, 유압 및/또는 공압식 밸브 등과 같은 진공 요구 장치에 진공을 제공하기 위해, 예컨대 차량 엔진(내연 기관)과 같은 엔진에서 사용될 수 있다. 장치(100)는 통로(104)(도 2)와 유체 연통하는 흡입 챔버(107)를 형성하는 하우징(106)을 포함하며, 통로는 원동 포트(motive port)(108)의 원동 입구(132)로부터 배출 포트(112)의 배출 출구(156)까지 연장한다. 장치(100)는 엔진 또는 엔진에 연결된 부품(components)에 연결 가능한 3 이상의 포트를 갖는다. 상기 포트는: (1)원동 포트(108); (2)선택적 체크 밸브(도시되지 않음)를 통해 진공 요구 장치(180)에 연결할 수 있는 흡입 포트(110); 및 (3)배출 포트(112)를 포함한다. 포트(108, 110, 112) 각각은, 원동 포트(108)에 대해 도 1b에서 도시된 바와 같이, 엔진 내 다른 부품 또는 호스(hose)에 각 포트를 연결하기 위해 외측 표면상에 연결 특징부(117)를 포함한다.
이제, 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 흡입 챔버(107)를 형성하는 하우징(106)은 원동 포트(108) 근처의 제1 단부 벽(120), 배출 포트(112) 근처의 제2 단부 벽(122) 그리고 제1 및 제2 단부 벽(120, 122) 사이에서 연장하는 적어도 하나의 측벽(124)을 포함한다. 횡단면도에서 볼 때, 흡입 챔버는 예컨대 둥근 최상부(148) 및 둥근 바닥부(149)를 갖는 거의 배 모양(pear-shaped)일 수 있으며, 둥근 최상부는 둥근 바닥부보다 더 좁다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입 챔버(107)는 컨테이너(118a) 및 마개(118b)를 갖는 2-부분 구조체일 수 있으며, 마개(118b)는 유밀한 시일(fluid-tight seal)하도록 컨테이너(118a)의 림(rim)(119) 내부 또는 림에 접하여 안착된다. 여기서, 컨테이너(118a)는 흡입 포트(110) 및 배출 포트(112)를 포함하고, 마개(118b)는 원동 포트(108)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 또 다른 실시예에서, 컨테이너는 원동 포트를 포함하고 마개는 흡입 포트 및 배출 포트를 포함할 수 있다.
계속 도 2를 참조하면, 원동 포트(108)는 흡입 챔버(107)쪽으로 수렴하며 이와 함께 유체 연통하는 원동 통로(109)를 형성하고, 배출 포트(112)는 흡입 챔버(107)로부터 발산하고 이와 함께 유체 연통하는 배출 통로(113)를 형성하며, 흡입 포트(110)는 흡입 챔버(107)와 유체 연통하는 흡입 통로(111)를 형성한다. 이러한 수렴 및 발산부는 점차적으로, 계속해서 내부 통로(109, 111, 113)의 적어도 일부의 길이를 따라 점점 가늘어진다. 원동 포트(108)는 원동 입구(132)를 갖는 입구 단부(130) 및 원동 출구(136)를 갖는 출구 단부(134)를 포함한다. 이와 유사하게, 흡입 포트(110)는 흡입 입구(142)를 갖는 입구 단부(140) 및 흡입 출구(146)를 갖는 출구 단부(144)를 포함하며, 원동 출구(136) 및 흡입 출구(146) 모두는 흡입 챔버(107)로 나간다. 배출 포트(112)는 배출 입구(152)를 갖는, 흡입 챔버(107) 근처의 입구 단부(150), 및 배출 출구(156)를 갖는, 흡입 챔버(107)로부터 떨어진 배출 단부(154)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입 통로(111)는, 흡입 통로(111)로부터 배출 통로(113)까지 흡입 유동의 방향으로 대략 180도 변화를 발생시키는 위치에서 흡입 챔버(107)로 들어간다. 따라서, 흡입 포트(110)는 배출 포트(112)와 통상 평행하다.
조립된 장치(100)에서, 특히, 도 4에 도시된 바와 같이 흡입 챔버(107) 내에서, 원동 통로(109)의 출구 단부(134), 더욱 구체적으로는 원동 출구(136)는 벤튜리 갭(160)을 형성하기 위해 배출 통로(113)의 입구 단부(150)에서 일반적으로 배출 입구(152)로부터 이격되며 이와 정렬된다. 벤튜리 갭(160)은, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 원동 출구(136)와 배출 입구(152) 사이의 선형 거리(linear distance)(VD)를 의미한다. 원동 출구(136)는 원동 통로(109) 내부에 제1 코너 반지름(162)을 가지며, 배출 입구(152)는, 흡입 챔버(107)의 제2 단부 벽(122)과 거의 동일 평면에 있고 제1 코너 반지름(162)보다 더 큰 제2 코너 반지름을 가지고 거기로 이행한다. 이러한 코너 반지름(162, 164)은, 곡률이 유동의 방향에 영향을 미치는 것뿐만 아니라, 전체 입구 및 출구 크기를 최대화하도록 돕는다는 이점이 있다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 원동 통로(109)는 흡입 챔버(도 2 내지 도 4를 참고하면, 원동 통로(109)는 흡입 챔버(107)로 돌출하는 홈통(spout)(170)에서 종료하며, 이는 도 4에서 표시된 바와 같이, 대략 10mm 내지 25mm, 더욱 바람직하게는 대략 15mm 내지 20mm인 내부 너비(WI)를 갖는다. 홈통(170)은 흡입 챔버(107)의 하나 이상의 측벽(124) 모두로부터 이격되어 배치되며, 그로 인해 홈통(170)의 외부 표면(172) 전체 주변에 흡입 유동을 제공한다. 외측 표면(172)은 거의 원추대이며 제1 수렴 각도(θ1)(도 3에 표시됨)를 가지고 원동 통로(109)의 출구 단부(134)쪽으로 수렴한다. 외측 표면(172)은 제1 단부 벽(120)보다 출구 단부(134)에 더 가까운 챔퍼(chamfer)(174)로 전환될 수 있다. 챔퍼(174)는 제1 수렴 각도(θ1)보다 더 큰 제2 수렴 각도(θ2)를 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이 챔퍼(174)는 거의 원형의 원추대 외부 표면(172)을 거의 더 둥근-사각형 또는 타원형 원추대 형상으로 바꾼다. 홈통(170) 아래의 흡입 챔버(107)의 바닥은 통상 둥근 내부 바닥을 가질 수 있다. 외부 표면(172), 및/또는 챔퍼(174), 및 흡입 챔버(107)의 내부 바닥의 형상은, 흡입 유동을 배출 입구(152)쪽으로 향하게 하며 유동 내 최소 방해/간섭을 가진다는 이점이 있다.
홈통(170)은 장치(100)의 구성을 위해 선택된 재료에 따라, 대략 0.5mm 내지 5mm, 또는 대략 0.5mm 내지 3mm, 또는 대략 1.0mm 내지 2.0mm일 수 있는 벽 두께(T)를 갖는다.
또한, 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 원동 출구(136)의 단면적은 배출 입구(152)의 단면적보다 더 작으며; 이러한 차이는 오프셋이라고 칭해진다. 단면적의 오프셋은 장치(100)가 통합되는 시스템의 파라미터에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 오프셋은 대략 0.1mm 내지 2.0mm, 더욱 바람직하게는 대략 0.3mm 내지 1.5mm의 범위에 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 오프셋은 대략 0.5mm 내지 1.2mm, 더욱 바람직하게는 0.7mm 내지 1.0mm의 범위에 있을 수 있다.
장치(100)가 차량 엔진에서 사용될 때, 차랑 제조업자는 통상 엔진 또는 이의 부품에 흡인기의 연결을 가능하게 하는 튜브/호스의 크기를 기반으로 원동 포트(108)와 배출 포트(112) 모두의 크기를 선택한다. 또한, 차량 제조업자는 통상 시스템에서 사용 가능한 최대 원동 유량을 선택하며, 이것이 원동 출구 단부(134), 즉 원동 출구(136)에서 형성되는 내부 개구의 면적을 좌우한다. 이러한 제약 내에서 작동하면서, 개시된 장치(100)는 엔진의 부스트 조건 하에서 제공되는 보통의 원동 유량들에서 높은 흡입 유량들을 생산하려는 바램 사이의 타협점(compromise)을 상당히 감소시킨다. 이 타협점의 감소는 흡입 포트(110)의 배향, 흡입 챔버(107)(내부 너비 및 형상을 포함), 원동 포트(108)의 홈통, 원동 출구 및 배출 입구의 오프셋, 원동 출구 및/또는 배출 입구에 코너 반지름을 부가의 구성을 바꾸고, 벤튜리 갭(VD)을 변경함으로써 이루어진다.
작동시, 장치(100), 특히 흡입 포트(110)는 진공 요구 장치(도 1에 도시됨)에 연결되며, 장치(100)는, 일반적으로 장치의 길이를 연장하는 통로(104) 및 벤튜리 갭(152)(도 4에 표시됨)을 통과하여, 유체, 통상 공기의 흐름에 의해 상기 장치를 위한 진공을 생성한다. 일 실시예에서, 원동 포트(108)는 원동 통로의 유체 연통을 위해 부스트 압력원(182)과 연결되며, 배출 통로는 배출 통로의 유체 연통을 위해 부스트 압력보다 낮은 대기압(184)과 연결된다. 상기 실시예에서, 장치(100)는 "방출기"라고 지칭될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 원동 포트(108)는 대기압에 연결될 수 있고 배출 포트는 대기압보다 낮은 압력원에 연결될 수 있다. 이러한 실시예에서, 장치(100)는 "흡출기"라고 지칭될 수 있다. 원동 포트로부터 배출 포트까지 유체(예를 들어, 공기)의 흐름은 원동 통로 아래로 유체를 이끌며, 이는 본 명세서에서 기재된 바와 같이 직선 원추형, 쌍곡형 프로파일, 또는 포물선 프로파일일 수 있다. 면적의 감소는 공기의 속도가 증가하도록 한다. 이는 둘러싸인 공간이기 때문에, 유체 매커니즘의 법칙은, 정압은 유체 속도가 증가할 때 반드시 감소한다고 되어있다. 수렴하는 원동 통로의 최소 단면적은 벤튜리 갭에 인접한다. 공기가 계속 배출 포트로 이동할 때, 공기는 배출 입구 및 수렴하는 배출 통로를 통해 이동하며, 직선 원추형, 쌍곡형 프로파일, 또는 포물선 프로파일일 수 있다. 선택적으로, 배출 통로는, 배출 출구와 만날 때까지 직선, 쌍곡선 프로파일, 또는 포물선 프로파일일 수 있거나, 또는 배출 출구에 도달하기 전에 단순 원통형 또는 테이퍼형 통로로 전환할 수 있다.
흡입 포트(110)로부터 벤튜리 갭(160)으로의 공기의 유량의 증가를 위해, 벤튜리 갭의 면적은 제1 원동 통로(109)의 전체 내부 크기의 증가 없이 배출 입구(152)의 둘레를 증가시킴으로써 (아마도 질량 유량의 증가 없이) 증가된다. 특히, 원동 출구(136) 및 배출 입구(152)는 2014년 6월 3일에 출원된 공동 소유된 미국 특허 출원 제 14/294,727 호에서 설명된 바와 같이 비원형이며, 그 이유는 원형 단면적을 갖는 통로와 동일한 면적을 갖는 비원형 형상이 면적에 대한 둘레의 비율이 증가한 것이기 때문이다. 원형이 아니며, 각각 둘레 및 단면적을 갖는 무한한 수의 가능한 형상이 있다. 이는 다각형, 또는 서로에 연결된 직선 선분, 비원형 곡선, 및 심지어 프렉탈 곡선을 포함한다. 비용을 최소화하기 위해, 곡선은 단순하고 만들고 점검하기 쉬우며, 바람직한 둘레 길이를 가져야한다. 특히, 원동 및 배출 통로의 내부 단면적에 대한 타원 또는 다각형 형상의 실시예들은 전술된 공동 소유된 특허 출원에서 논의된다. 본 명세서에 기재된 원동 출구의 제1 코너 반지름 및 배출 입구의 제2 코너 반지름에 의해 추가로 향상된 둘레의 증가는, 흡입 유동의 증가를 초래하면서, 벤튜리 갭과 흡입 포트 사이의 교차면적을 증가시킨다는 이점을 다시 제공한다.
그래서, 도 2에 도시된 바와 같이, 원통 통로(109) 및 배출 통로(113)는 단면적에서 모두 쌍곡선 또는 포물선 함수으로서 흡입 챔버(107)쪽으로 수렴한다. 원통 입구(132) 및 배출 출구(156)는 동일하거나 상이한 형상일 수 있으며, 통상 직사각형, 타원형 또는 원형일 수 있다. 도 1a 및 도 2에서, 원동 입구(132) 및 배출 출구(156)는 원형으로서 묘사되지만, 원동 출구(136) 및 배출 입구(152)(즉, 각 개구의 내부 형상)는 직사각형 또는 타원형 형상이다. 다른 다각형 형상도 또한 가능하며, 장치가 직사각형 또는 타원형 내부 형상으로 제한된다고 해석되어서는 안된다.
원동 통로(109) 및/또는 배출 통로의 내부는 동일한 일반적 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술된 공동 계류중인 특허 출원의 도 7에서 도시된 형상은 면적(A1)을 갖는 원형 개구로서 원동 입구 단부(130)에서 시작하며, 면적(A1)보다 작은 면적(A2)을 갖는 원동 출구(136)에서 타원 개구까지 점차적, 계속적으로 쌍곡선 함수으로서 변환된다. 원동 입구 단부(130)에서 원형 개구는 쌍곡선에 의해 타원형의 원동 출구(136)에 연결되며, 이는 서로 평행한 원동 출구(136)에서 흐름 선의 이점을 제공한다.
흡입 포트(110)에 의해 형성되는 흡입 통로(111)는 도 1에 도시된 바와 같이 통상 일정한 크기(들)의 원통형 통로이며, 또는 이것은 흡입 챔버(107)쪽으로 수렴하는 길이에 따른 쌍곡선 또는 포물선 함수에 따라 또는 원뿔로서 점차적, 계속적으로 가늘어진다.
이제, 도 5 내지 도 9를 참조하면, 통상 참조 번호(200)로 지칭되는, 벤튜리 효과를 이용하여 진공을 생성하는 제2 장치는 도 1a 내지 도 4에서 개시된 실시예에 대해 상기 도시된 바와 같이 동일한 또는 유사한 특징부를 갖는다고 설명된다. 장치(200)는 흡입 포트(210)를 통하는 유체의 흐름을 제어하기 위해 솔레노이드 밸브(260)를 포함한다는 점에서 장치(100)와는 상이하다. 도 5 내지 도 9에서 반복되는 전술된 특징부들은, 참조번호(2)로 시작하는 것 외에는 동일한 숫자이며, 예컨대 이러한 특징부들의 설명은 아래에 중복되지 않는다.
솔레노이드 밸브(260)는 관통하는 유체의 흐름을 제어하기 위해 흡입 통로(211) 내에 안착된다. 솔레노이드 밸브(260)는 마개(218b) 내, 컨테이너(218a) 내, 또는 양쪽 모두의 부분 내에서 형성되는 리셉타클(258)에 안착될 수 있으며, 챔버(207) 내, 특히 제2 단부 벽(222)의 내부 표면에 접하여 안착되고 솔레노이드 밸브(260)의 시일링 부재(266)에 연결되는 스프링(259)을 포함한다. 도 6에서, 솔레노이드 밸브(260)는 마개(218b)에서 형성되는 리셉타클(258)에 안착된다. 리셉타클(258)은 함께 내장된 시일 시트 또는 유밀한 결합으로 솔레노이드 밸브(260)의 시일링 부재(266)를 함께 결합하기 위해 내부에 장착되는 시일 시트(262)를 갖는다. 시일 시트(262)는 흡입 통로(211)와 유체 정렬되어 관통하는 보어(274)(도 7에 나타남)를 형성한다. 보어(274)는, 솔레노이드 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 흡입 통로(211)를 막기 위해 솔레노이드 밸브(260)의 제1 코어(264) 내의 보어(278)보다 더 작다. 시일 시트(262)는 또한 윤곽면 또는 경사면(276)을 포함하며 이에 대해 시일링 부재(266)가 안착된다.
솔레노이드 밸브(260)는, 도 7에서 좌측에서 우측으로, 제1 코어(264), 시일링 부재(266), 보빈(268)에 감긴 코일(270), 및 제2 코어(272)를 포함한다. 제1 코어(264), 제2 코어(272), 및 시일링 부재(266)는 손쉽게 자속을 전도하는 재료로부터 모두 만들어진다. 제1 코어(264)는 관통하는 보어(278)를 형성하는 바닥부(277)를 갖는 거의 컵-형상이다. 보어(278)는 시일링 부재(266)의 외측 치수 또는 외측 반경보다 더 큰 반경을 갖는 시일링 부재-수용부(278)를 포함하므로, 시일링 부재(266)는 시일 시트(262), 및 시일링 부재-수용부(278)로부터 반경 방향 외측으로 퍼지는 복수의 유동 채널(280)과의 결합의 안팎으로 적어도 부분적으로 관통하여 이동 가능하며, 이는 도 8에 가장 잘 도시되어 있다. 상기 유동 채널(280)은 시일링 부재(266) 주위에 및 하우징(206)에 의해 형성된 챔버(207)내로 유체 흐름을 가능하게 한다. 제2 코어(272)는 시일링 부재(266) 및 보빈(268)에 감기는 코일(270)을 위한 하우징을 형성하기 위해 제1 코어(264)에 결합 가능한 통상 평면 디스크이다. 또 다른 실시예에서, 제1 코어는 통상 평면의 디스크이며 제2 코어는 통상 컵형상이다. 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 코어는 각각 통상 컵형상일 수 있고 하우징을 형성하기 위해 함께 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 통상 2개의 평평한 코어일 수 있으며, 하나는 참조번호(272)로서 만들어지고, 다른 하나는 바닥부(264)로서 만들어지며, 제3 부재는 축 부분(264)같은 형상을 한 통상 원통형 부품일 수 있다.
제2 코어(272)는 관통하는 보어(295)를 형성한다. 보어(295)는 시일링 부재의 외측 크기와 유사하고 스프링(259)의 외측 직경보다 더 큰 직경을 갖는 시일링 부재-시트부(296), 및 시일링 부재-시트부(296)로부터 반경 방향 외측으로 방출하는 복수의 유동 채널(298)을 포함하며, 이는 도 9에서 가장 잘 도시된다. 시일링 부재-시트부(296)는 대향하는 시일링 부재(266)의 결합부를 수용하도록 윤곽이 나타나거나 경사질 수 있다. 일 실시예에서, 시일링 부재-시트부(296)는 통상 원뿔 모양의 리셉타클을 형성한다. 스프링(259)은 시일링 부재(266)에 연결되며 폐쇄된 위치에서 시일 시트(262)와의 결합으로 시일링 부재(262)를 편향(bias)시킨다. 도 6에 나타난 바와 같이, 시일링 부재(266)는 시일링 부재(266)의 단부에 대해 안착되는 스프링(259)의 제1 단부를 갖는 고형체이다. 그러나, 도 10의 대안적인 실시예에서 나타난 바와 같이, 시일링 부재(266')는 내부가 비어 있고(즉, 공동 코어(hollow core)(267)) 공동 코어(267)에서 스프링(259)의 제1 단부를 수용한다. 양쪽 실시예에서, 유동 채널들(298)은, 하우징(206)에 의해 형성되는 챔버(207)로의 시일링 부재(266, 266') 주위의 유체 흐름을 가능하게 한다. 솔레노이드 밸브(260)를 통과하는 최대 유체 흐름에 대해, 제1 코어(264)의 유동 채널들(280) 및 제2 코어(272)의 유동 채널들(298)은 서로에 대해 정렬된다.
보빈(268)은 코어(271)를 형성하며, 코어 내부에는 시일링 부재(266)가 배치되고 이동 가능하다. 코어(271)는 보빈의 코어를 형성하는 이격된 가이드 부재들(294) 사이에서 유동 채널들(293)을 형성할 수 있다. 가이드 부재(294)는 시일링 부재(266)의 세로축에 평행하게 배향되며, 이것이 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동될 때 시일링 부재(266)를 이끈다. 여기서, 솔레노이드 밸브(260)를 통과하는 최대 유체 흐름에 대하여, 유동 채널들(298)은 제1 코어(264)의 유동 채널들(280) 및 제2 코어(272)의 유동 채널들(298)과 정렬된다. 보빈(268)에 감긴 코일(270)은 솔레노이드 밸브(260)를 작동시키기 위해 전류원에 연결 가능한 전기 연결부들(도시되지 않음)에 연결된다. 전기 연결부들은 엔진 설계자에게 장치(200)에 의해 생성된 흡입 유동(진공)의 제어를 위한 과잉 옵션을 제공한다.
도 6 내지 도 9의 시일링 부재(266)를 참조하면, 제1 윤곽 단부(290) 및 제2 윤곽 단부(292)를 갖는 통상 세장형(elongate) 몸체(289)를 가진다. 세장형 몸체(289)는 원통형이며, 제1 단부(290)는 시일 시트(262)의 윤곽면 또는 경사면(276)에 대해 안착하는 통상 원뿔 형상의 외부 표면을 갖는다. 제2 단부(292)는 또한 통상 원뿔 형상의 외부 표면이다. 제2 단부(292)는 제2 코어(272)의 시일링 부재 시트부(296)에 대해 안착한다. 일 실시예에서, 시일링 부재(266)는 핀틀(pintle)로서 지칭될 수 있다. 시일링 부재(266)는 자성 특성을 갖는 하나 이상의 재료로 이루어지며, 이는 제1 및 제2 코어(264, 272)에 의해 생성된 자속(magnetic flux)에 대응하여 개방 위치로 이동될 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 6의 솔레노이드 밸브(260)는 보통 스프링(259)의 위치를 기반으로 폐쇄된다. 전류가 코일(270)에 적용되는, 작동 상태일 때, 자속은 제1 및 제2 코어(264, 272)를 통해 생성되며, 이는 제2 코어(272), 특히 시일링 부재 시트부(296)와 결합하는 쪽으로 또는 결합하여 시일링 부재(262)를 이동시키며, 이는 개방 위치를 형성한다.
장치(200) 내 솔레노이드 밸브(260)의 추가는 제어기, 예컨대 자동차 엔진 컴퓨터의 이용을 통한 선택된 엔진 상태를 기반으로 흡입 유동을 제어하기 위해 단순하고, 저렴하며, 소형의 작동식 밸브의 이점을 제공한다. 이는 단지 시스템 내 압력 변화에 반응하여 개방하고 폐쇄하는 체크 밸브에 대해 이점이 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 솔레노이드 밸브(260)는 보통 폐쇄된 밸브이며, 이는 스프링의 위치가 이것을 제어기로부터의 전기 신호에 대응하여 폐쇄되는 통상 개방 밸브로 만들기 위해 바뀔 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치는 플라스틱 재료 또는 차량 엔진에서 사용되는 다른 적절한 재료(들)로 만들어질 수 있으며, 이는 엔진 및 온도, 습도, 압력, 진동, 및 먼지와 잔해를 포함한 도로 조건을 견딜 수 있으며, 사출 성형 또는 다른 주조 또는 몰딩 공정에 의해 만들어질 수 있다.
비록 본 발명이 특정 실시예에 관해 도시되고 기재되었을지라도, 본 명세서를 읽고 이해함에 따라 통상의 기술자들에 의해 변형예들이 발생할 것이며, 본 발명은 이러한 수정들을 포함한다는 것이 명백하다.

Claims (20)

  1. 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치로서,
    흡입 챔버, 상기 흡입 챔버쪽으로 수렴하며 이와 함께 유체 연통되는 원동 통로, 상기 흡입 챔버로부터 떨어져 발산하며 이와 함께 유체 연통하는 배출 통로, 및 상기 흡입 챔버와 유체 연통하는 흡입 통로를 형성하는 하우징; 및 상기 흡입 챔버로의 유체 유동을 제어하는, 상기 흡입 통로 내의 솔레노이드 밸브;를 포함하고,
    상기 솔레노이드 밸브는,
    코일 내부에 수용된 세장형 시일링 부재; 상기 솔레노이드 밸브의 폐쇄된 위치를 형성하는 제1 보어가 관통하여 형성된 제1 시일 시트; 제1 보어와 정렬된 제2 보어를 형성하고 제2 보어로부터 반경 방향 외측으로 퍼지는 복수의 유동 채널을 형성하는 제1 코어 부재; 및 제1 시일 시트로부터 상기 코일의 대향 단부에 개방 위치를 형성하는 제2 시트;를 포함하고, 상기 세장형 시일링 부재는 상기 제1 시일 시트와 결합하도록 상기 제2 보어를 통해 이동 가능하고, 상기 세장형 시일링 부재는 상기 코일 내부에서 제1 시일 시트와 제2 시트 사이를 이동 가능하며,
    상기 세장형 시일링 부재와 상기 제1 코어 부재는 둘 다 자속을 전도하는 재료를 포함하며,
    개방 위치에서, 유체 유동은 상기 제1 보어를 통해, 상기 제1 코어 부재의 상기 복수의 유동 채널을 통해, 그리고 상기 세장형 시일링 부재의 외부 표면 주위에서 일어나며,
    상기 흡입 챔버 내에서 상기 원동 통로의 원동 출구는 상기 배출 통로의 배출 입구로부터 선형 거리(VD) 이격되고 이와 정렬되어 벤튜리 갭을 형성하는, 진공 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원동 통로 및 상기 배출 통로 둘 다 단면적이 상기 흡입 챔버로부터 쌍곡선 또는 포물선 함수로 단면적이 증가하며 발산하는, 진공 생성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원동 출구는 상기 원동 통로 내부의 전체 개구 주위에 제1 코너 반지름을 가지는, 진공 생성 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배출 입구는 상기 흡입 챔버의 벽과 동일 평면에 있고 제2 코너 반지름을 가지고 상기 벽으로 이행하며, 상기 제2 코너 반지름은 상기 제1 코너 반지름보다 큰, 진공 생성 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 원동 출구의 단면적은 상기 배출 입구의 단면적보다 작은, 진공 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원동 통로는 상기 흡입 챔버 내로 돌출하고 상기 흡입 챔버의 하나 이상의 측벽 모두로부터 이격 배치된 홈통에서 끝나며, 이에 의해 상기 홈통의 외부 표면 전체 주위에 흡입 유동을 제공하는, 진공 생성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 홈통의 외부 표면은 길이 방향 단면에서 보았을 때 하나 이상의 수렴 각도로 상기 원동 통로의 출구 단부쪽으로 수렴하는, 진공 생성 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 벤튜리 갭의 선형 거리(VD)에 대한 횡단면도에서 볼 때, 상기 흡입 챔버는 상기 홈통 아래에 둥근 내부 바닥을 가지는, 진공 생성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 챔버는 10mm 내지 25mm 범위의 내부 너비를 가지고,
    상기 내부 너비는 상기 원동 통로와 같은 방향을 가지며, 상기 흡입 챔버 일측의 직선 길이를 의미하는, 진공 생성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 통상 폐쇄된 위치에 있는, 진공 생성 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 통로는 상기 배출 통로에 대해 평행하게 배치된, 진공 생성 장치.
  12. 청구항 1에 제시된 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치;
    상기 원동 통로에 유체 연결된 부스트 압력원;
    상기 흡입 통로에 유체 연결된 진공 요구 장치; 및
    상기 배출 통로에 유체 연결된 부스트 압력보다 낮은 압력원;
    을 포함하는, 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    코일이 위에 감겨 있는 보빈을 추가로 포함하고, 상기 보빈은 상기 시일링 부재가 내부에 배치된 코어를 형성하고, 상기 보빈은 상기 시일링 부재의 세로축에 평행하게 배향된 유동 채널들을 형성하는 이격된 가이드 부재들을 가지며, 상기 유동 채널들은 상기 세장형 시일링 부재의 외부 표면 주위에 유체 흐름을 위해 상기 제1 코어의 복수의 유동 채널들과 각각 정렬되는, 진공 생성 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 챔버의 내부 벽에 대해서 안착되고 상기 세장형 시일링 부재와 작동 가능하게 결합되는 스프링을 추가로 포함하는, 진공 생성 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 흡입 통로로부터 상기 배출 통로까지의 흡입 유동의 방향에서 180도 변화를 발생시키는 위치에서 흡입 챔버로 들어가는, 진공 생성 장치.
  16. 벤튜리 효과를 이용한 진공 생성 장치로서,
    흡입 챔버, 상기 흡입 챔버쪽으로 수렴하며 이와 함께 유체 연통되는 원동 통로, 상기 흡입 챔버로부터 떨어져 발산하며 이와 함께 유체 연통하는 배출 통로, 및 상기 흡입 챔버와 유체 연통하는 흡입 통로를 형성하는 하우징; 및 상기 흡입 챔버로의 유체 유동을 제어하는, 상기 흡입 통로 내의 솔레노이드 밸브;를 포함하고,
    상기 솔레노이드 밸브는,
    코일이 위에 감긴 보빈의 내부에 수용된 세장형 시일링 부재로서, 상기 보빈 및 상기 코일이 코어 내부에 안착되고, 상기 코어 및 상기 보빈이 상기 세장형 시일 부재의 외부 표면 주위에 복수의 유동 채널을 함께 형성하는, 세장형 시일링 부재;
    상기 흡입 챔버의 내부 벽에 대해서 안착되고 상기 세장형 시일링 부재와 작동 가능하게 결합되는 스프링; 및
    폐쇄된 위치를 형성하는 시일 시트 및 개방 위치를 형성하는 대향하는 시트;
    를 포함하며,
    상기 세장형 시일링 부재는 상기 코일 내부에서 상기 개방 위치와 상기 폐쇄된 위치 사이를 이동 가능하며,
    상기 흡입 챔버 내에서 상기 원동 통로의 원동 출구는 상기 배출 통로의 배출 입구로부터 선형 거리(VD) 이격되고 이와 정렬되어 벤튜리 갭을 형성하는, 진공 생성 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 원동 통로 및 상기 배출 통로 둘 다 단면적이 상기 흡입 챔버로부터 쌍곡선 또는 포물선 함수로 단면적이 증가하며 발산하는, 진공 생성 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 보빈은 상기 시일링 부재의 세로축에 평행하게 배향된 유동 채널들을 형성하는 이격된 가이드 부재들을 가지는, 진공 생성 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 통상 폐쇄된 위치에 있는, 진공 생성 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 흡입 통로는 상기 배출 통로에 대해 평행하게 배치된, 진공 생성 장치.
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