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特表2024-501967中空フレッチを有するベンチュリ効果を利用して真空を発生させる装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-17
(54)【発明の名称】中空フレッチを有するベンチュリ効果を利用して真空を発生させる装置
(51)【国際特許分類】
F02M 35/10 20060101AFI20240110BHJP
F04F 5/20 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
F02M35/10 311Z
F02M35/10 101E
F04F5/20 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023539029
(86)(22)【出願日】2021-12-24
(85)【翻訳文提出日】2023-08-22
(86)【国際出願番号】 US2021073110
(87)【国際公開番号】W WO2022140799
(87)【国際公開日】2022-06-30
(31)【優先権主張番号】63/130,456
(32)【優先日】2020-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512309299
【氏名又は名称】デイコ アイピー ホールディングス，エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】ＤＡＹＣＯ ＩＰ ＨＯＬＤＩＮＧＳ，ＬＬＣ
【住所又は居所原語表記】１６０００ Ｃｏｍｍｏｎ Ｒｏａｄ，Ｒｏｓｅｖｉｌｌｅ ＭＩ ４８０６６ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】キース・ハンプトン
(72)【発明者】
【氏名】コーリー・ヘンダーソン
【テーマコード（参考）】
3H079
【Ｆターム（参考）】
3H079AA18
3H079AA23
3H079BB01
3H079CC03
3H079DD02
3H079DD22
(57)【要約】
ベンチュリ効果を使用して真空を生成するための装置は、吸引チャンバ、吸引チャンバに向かって収束する動力通路、吸引チャンバから離れて分岐する排出通路、及び吸引チャンバと流体連通している第１のポートを有する吸引通路を規定するハウジングを有している。吸引チャンバ内では、動力通路の動力出口が、排出通路の排出入口から所定の距離だけ離間して配置され、ベンチュリギャップを規定している。動力出口またはその近傍で終端する第１の中空本体部分と、第１のポートの上流で吸引通路と流体連通しているフレッチ入口で終端する第２の中空本体部分とを有するフレッチが、動力通路内に存在している。作動中、動力通路を通る流体の流れは、第１のポートを通って吸引チャンバ内に流体の流れを引き込み、フレッチを通る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングであって、 － 吸引チャンバと、－ 吸引チャンバに向かって収束し、吸引チャンバと流体連通している動力通路と、
－ 前記吸引チャンバと流体連通している排出通路と、
を規定しているハウジング、を備えたベンチュリ効果を利用して真空を発生させる装置であって、
前記吸引チャンバ内では、前記動力通路の動力出口が、前記排出通路の排出入口から所定の距離だけ離間して配置され、ベンチュリギャップを形成しており、
前記吸引チャンバと流体連通している第１のポートを有する吸引通路と、
フレッチであって、
－ 前記動力通路内の中央に配置され、前記動力出口と同一平面にあるか、または前記動力出口に近接する前記動力通路内で終端するフレッチ出口を規定している第１の中空本体部分と、
－ 動力通路の壁を通って延在し、前記第１のポートの上流で前記吸引通路と流体連通しているフレッチ入口で終端する第２の中空本体部分と、
を有するフレッチと、を更に備え、
前記動力通路から前記排出通路への流体の流れは、前記吸引通路の前記第１のポートを通って前記吸引チャンバ内に流体の流れを引き込み、前記フレッチを通って前記吸引通路内に流体の流れを引き込む、装置。
【請求項2】
前記排出通路は、前記吸引チャンバから離れて分岐している、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記動力通路及び前記排出通路は共に、双曲線関数または放物線関数として、前記吸引チャンバから離れて断面積が分岐している、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記動力通路及び前記排出通路は、それぞれ、前記吸引チャンバ内にスパウトとして突出している、請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記動力通路の前記スパウトの前記外面は、前記動力出口に向かって収束している、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
前記吸引チャンバが、圧力差のみに基づいて開放位置と閉鎖位置との間で移動可能なシールディスクを収容する逆止弁を規定している、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記開放位置は、前記動力通路及び前記排出通路に近接する位置から前記吸引通路に向かって突出するフィンガによって、または前記吸引チャンバ内で載置可能な外側支持体と、前記吸引チャンバの長手方向中心軸に向かって軸方向に角度を為すリブによって前記外側支持体から半径方向内方に離間された内側環状リングとを備え、前記内側環状リングの上面を前記外側支持体の上面を超えて軸方向の所定距離に位置決めするインサートによって規定されている、請求項６に記載の装置。
【請求項8】
前記動力出口の断面積は、前記排出入口の断面積よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項9】
前記吸引チャンバに密閉的に嵌合されたキャップを更に備え、前記吸引通路に対向する前記吸引チャンバの底部を規定している、請求項１に記載の装置。
【請求項10】
前記第１の中空本体部分の前記外形は、前記分岐部分内の前記動力通路の前記内部プロファイルの形状と適合している、請求項１に記載の装置。
【請求項11】
前記第１の中空本体部分が長方形の外形を有し、前記分岐部分内の前記動力通路の前記内部プロファイルが長方形の形状である、装置。
【請求項12】
前記第１の中空本体部分は、円形または楕円形の外形を有し、前記分岐部分内の前記動力通路の前記内部プロファイルは、円形または楕円形の形状とされている、請求項１０に記載の装置。
【請求項13】
前記フレッチは、前記ハウジングの一部として一体成形されている、請求項１に記載の装置。
【請求項14】
請求項１に記載のベンチュリ装置と、前記動力通路に流体的に接続された圧力源と、
前記吸引通路に流体的に接続された真空を必要とする装置と、
前記排出通路に流体的に接続された前記圧力源よりも低い圧力と、
を有し、
前記圧力源は、ターボチャージャまたはスーパーチャージャのコンプレッサからのブースト圧であるか、または大気圧である、
エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願］
本出願は、２０２０年１２月２４日に出願された米国仮出願第６３／１３０４５６号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１２月２４日に出願された米国仮出願第６３／１３０４５６号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本出願は、ベンチュリ効果（Venturi effect）を使用して真空を生成するための装置に関し、より詳細には、動力部（motive section）に中空フレッチ（hollow fletch）を有する装置に関する。中空フレッチは、ベンチュリギャップとの接合部の上流で吸引通路と流体連通し、流量損失を最小限に抑えながら吸引流量を増加させている。
【背景技術】
【0003】
エンジン、例えば、車両エンジンは、小型化され、ブーストされており、これは、エンジンから利用可能な真空を減少させている。この真空には、車両の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。
【0004】
この真空不足に対する１つの解決策は、真空ポンプを設置することである。しかし、真空ポンプは、エンジンに対してかなりのコストと重量のペナルティを有し、その電力消費は、追加の交流発電機容量を必要とする可能性があり、その非効率性は、燃費改善作用を妨げる可能性がある。
【0005】
別の解決策は、吸気漏れ（intake leak）と呼ばれる、スロットルに平行なエンジン空気流路を形成することによって真空を発生させる吸引器（aspirator）またはエジェクタ（ejector）である。この漏れ流は、吸引真空を生成する動力部でフレッチを有するベンチュリを通過する。現在のフレッチの問題は、動力出口（motive exit）付近の形状の急激な変化が流れの損失を引き起こすことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１６／００６１１６０号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１９／０３２３６１８号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０１７／００１６４１４号明細書
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１５／０３５４６００号明細書
【特許文献5】米国特許出願公開第２０１６／０２４５２３６号明細書
【特許文献6】米国特許第９８２７９６３号明細書
【特許文献7】米国特許第１０４４３６２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
流量損失を最小限に抑えながら吸引流量を増加させる、ベンチュリ装置内の改善されたフレッチ設計が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
全ての態様において、ベンチュリ効果を使用して真空を生成するための装置が開示されており、この装置は、ハウジングであって、
－ 吸引チャンバ（suction chamber）と、
－ 吸引チャンバに向かって収束し、吸引チャンバと流体連通している動力通路（motive passageway）と、
－ 吸引チャンバと流体連通している排出通路（discharge passageway）と、
－ 吸引チャンバと流体連通している第１のポートを有する吸引通路と、
を規定しているハウジングを具備している。吸引チャンバ内では、動力通路の動力出口が、排出通路の排出入口から所定の距離だけ離間して配置され、ベンチュリギャップを規定している。フレッチは動力通路に設けられている。フレッチは、動力通路内の中央に配置され、動力出口と同一平面（flush）にあるか、または動力出口に近接する動力通路内で終端するフレッチ出口を規定している第１の中空本体部分（hollow body section）を有している。フレッチは、動力通路の壁を通って延在し、第１のポートの上流で吸引通路と流体連通するフレッチ入口で終端する第２の中空本体部分を有している。作動中、動力通路から排出通路への流体の流れは、吸引通路の第１のポートを通って吸引チャンバ内に流体の流れを引き込み、フレッチを通って吸引通路内に流体の流れを引き込んでいる。
－ 吸引チャンバ（suction chamber）と、
－ 吸引チャンバに向かって収束し、吸引チャンバと流体連通している動力通路（motive passageway）と、
－ 吸引チャンバと流体連通している排出通路（discharge passageway）と、
－ 吸引チャンバと流体連通している第１のポートを有する吸引通路と、
を規定しているハウジングを具備している。吸引チャンバ内では、動力通路の動力出口が、排出通路の排出入口から所定の距離だけ離間して配置され、ベンチュリギャップを規定している。フレッチは動力通路に設けられている。フレッチは、動力通路内の中央に配置され、動力出口と同一平面（flush）にあるか、または動力出口に近接する動力通路内で終端するフレッチ出口を規定している第１の中空本体部分（hollow body section）を有している。フレッチは、動力通路の壁を通って延在し、第１のポートの上流で吸引通路と流体連通するフレッチ入口で終端する第２の中空本体部分を有している。作動中、動力通路から排出通路への流体の流れは、吸引通路の第１のポートを通って吸引チャンバ内に流体の流れを引き込み、フレッチを通って吸引通路内に流体の流れを引き込んでいる。
【0009】
全ての態様において、排出通路は、吸引チャンバから離れて分岐している（diverge）。一実施形態では、動力通路及び排出通路は共に、双曲線関数または放物線関数として、吸引チャンバから離れて断面積が分岐している。動力通路及び排出通路は、それぞれ、吸引チャンバ内にスパウトとして突出し、動力通路のスパウトの外面は、動力出口に向かって収束する（converge）ことができる。
【0010】
吸引チャンバは、圧力差のみに基づいて開放位置と閉鎖位置との間で移動可能なシールディスクを収容する逆止弁を規定している。開放位置は、動力通路及び排出通路に近接した位置から吸引通路に向かって突出するフィンガによって、または、吸引チャンバ内で載置可能（seatable）な外側支持体と、吸引チャンバの長手方向中心軸に向かって軸方向に角度を為すリブによって外側支持体から半径方向内方に離間された内側環状リングとを備え、内側環状リングの上面を外側支持体の上面を超えて軸方向の所定距離に位置決めするインサートによって規定されている。動力出口の断面積は、排出入口の断面積よりも小さい。
【0011】
一実施形態では、キャップが吸引チャンバに密閉的に嵌合され、吸引通路に対向する吸引チャンバの底部を規定している。
【0012】
全ての実施形態において、フレッチに関して、第１の中空本体部分の外形は、その分岐部分内の動力通路の内部プロファイルの形状と適合している。第１の中空本体部分は、矩形の外形を有し、分岐部分内の動力通路の内部プロファイルは、矩形形状とされている。第１の中空本体部分は、円形または楕円形の外形を有し、分岐部分内の動力通路の内部プロファイルは、円形または楕円形の形状とされている。一実施形態では、フレッチは、ハウジングの一部として一体成形されている。
【0013】
別の態様では、エンジンシステムは、本明細書に記載されたベンチュリ装置と、動力通路に流体的に接続された圧力源と、吸引通路に流体的に接続された真空を必要とする装置と、排出通路に流体的に接続された圧力源よりも低い圧力とを有している。圧力源は、ターボチャージャまたはスーパーチャージャのコンプレッサからのブースト圧であるか、または大気圧である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】従来技術の吸引器の側部斜視図である。
【図3】動力通路内に中空フレッチを有する改良された吸引器の第１の実施形態の側部縦断面図である。
【図5】楕円形の中空フレッチを通る吸引器の下部本体の側部縦断面斜視図である。
【図6A】ベンチュリ効果が、発明性のある構成であるが固体フレッチを有する吸引器内に真空流を生成するときの流体の圧力のＣＦＤモデリングを示す。
【図6B】ベンチュリ効果が、発明性のある構成であるが固体フレッチを有する吸引器内に真空流を生成するときの流体の速度のＣＦＤモデリングを示す。
【図7A】ベンチュリ効果が、中空フレッチを有する本発明の構成の吸引器内に真空流を生成するときの流体の圧力のＣＦＤモデリングを示す。
【図7B】ベンチュリ効果が、中空フレッチを有する本発明の構成の吸引器内に真空流を生成するときの流体の速度のＣＦＤモデリングを示す。
【発明を実施するための形態】
【0015】
特許または出願ファイルは、色彩を付して作成された少なくとも一の図面を含む。彩色図面を付したこの特許または特許出願公開の写しは，請求及び必要な手数料の納付があったときは、省庁によって提供される。
【0016】
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、その例は添付の図面に追加的に示されている。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似した要素を示す。
【0017】
本明細書中で使用される場合、「流体」は、任意の液体、懸濁液、コロイド、ガス、プラズマ、またはそれらの組み合わせを意味している。
【0018】
図１は、エンジン、例えば車両のエンジンで使用するための、参照番号１００で一般に識別される逆止弁組立体を組み込んだベンチュリ装置の外観図である。エンジンは内燃機関であっても良く、車両及び／またはエンジンは、真空を必要とする装置を含んでも良い。逆止弁及び／または吸引器は、エンジンスロットルの前及びエンジンスロットルの後で内燃機関に接続されることが多い。エンジン及びその全ての構成要素及び／またはサブシステムは、本明細書で特定されるエンジンの特定の構成要素を表すために含まれるいくつかのボックスを除いて、図面には示されていない。エンジン構成要素及び／またはサブシステムは、車両エンジンに一般的に見られる任意のものを含み得ることが理解される。図中の実施形態は、動力ポート（motive port）１０８が大気圧に接続されているように示されているので、「吸引器」と呼ばれるが、実施形態はこれに限定されない。他の実施形態では、動力ポート１０８は、ブーストされた圧力、例えばターボチャージャまたはスーパーチャージャによって生成されるブーストされた空気に起因する圧力等、に接続することができ、従って、ベンチュリ装置は、好ましくは、「エジェクタ」と呼ばれる。
【0019】
真空を必要とする装置１０２は、車両用ブレーキブースト装置、燃料蒸気パージシステム、クランクケース強制換気システム、油圧及び／または空気圧バルブ、自動変速装置、空調機、または真空を必要とする任意の他のエンジンシステムまたは構成部品とすることができる。
【0020】
ベンチュリ装置１００は、図示されているように、互いに密閉して接続された上部ハウジング１０４と下部ハウジング１０６とから形成されたハウジング１０１を含む。上部及び下部の名称は、説明の目的のために、ページ上で方向付けされた図面に関連しており、エンジンシステムで使用される場合、図示された方向に限定されない。上部ハウジング部分１０４は、音波溶接、加熱、またはそれらの間に気密シールを形成する他の従来の方法によって、下部ハウジング部分１０６に接合されることが好ましい。ベンチュリ装置は、第１の逆止弁１１１及び第２の逆止弁１２０を含み、補助ポートを閉鎖するキャップ１７４を有している。
【0021】
図２に代表的に示されるように、ベンチュリ装置１００は、吸引ポート１１０において真空を必要とする装置１０２に接続可能であり、ベンチュリ効果を生成するように設計されたベンチュリ装置の下部ハウジング１０６の長さ全体に延在している通路１４４を通る空気の流れによって、前記装置１０２に真空を生成している。下部ハウジング部分１０６は、複数のポートを含み、そのいくつかは、エンジンの構成要素またはサブシステムに接続可能である。下部ハウジング１０６のポートは、以下を含む：
（１）動力ポート１０８であって、一実施形態では、典型的にはエンジンのスロットルの上流で得られる、エンジン吸気クリーナ１７０から清浄な空気を供給する動力ポート；
（２）ベンチュリギャップ１６０（動力出口１８４と排出入口１８６との間の直線距離）；
（３）排出ポート１１２であって、図示された実施形態では、エンジンのスロットルの下流でエンジン吸気マニホールド１７２に接続された、排出ポート１１２；及び任意選択で、
（４）バイパスポート１１４。
逆止弁１１１は、流体が下部ハウジング１０６から真空１０２を必要とする装置に流れるのを防止するように構成されることが好ましい。バイパスポート１１４は、真空を必要とする装置１０２に接続することができ、任意に、それらの間の流体流路に逆止弁１２０を含むことができる。逆止弁１２０は、流体がバイパスポート１１４から適用の装置１０２に流れるのを防止するように構成されることが好ましい。
（１）動力ポート１０８であって、一実施形態では、典型的にはエンジンのスロットルの上流で得られる、エンジン吸気クリーナ１７０から清浄な空気を供給する動力ポート；
（２）ベンチュリギャップ１６０（動力出口１８４と排出入口１８６との間の直線距離）；
（３）排出ポート１１２であって、図示された実施形態では、エンジンのスロットルの下流でエンジン吸気マニホールド１７２に接続された、排出ポート１１２；及び任意選択で、
（４）バイパスポート１１４。
逆止弁１１１は、流体が下部ハウジング１０６から真空１０２を必要とする装置に流れるのを防止するように構成されることが好ましい。バイパスポート１１４は、真空を必要とする装置１０２に接続することができ、任意に、それらの間の流体流路に逆止弁１２０を含むことができる。逆止弁１２０は、流体がバイパスポート１１４から適用の装置１０２に流れるのを防止するように構成されることが好ましい。
【0022】
図２に示すように、下部ハウジング１０６は、第１の逆止弁１１１及び第２の逆止弁１２０に対してそれぞれ１つずつの下部弁座１２４、１２６を含む。各下部弁座１２４、１２６は、連続する外壁１２８、１２９と、任意に、下部弁座１２４の壁１３０のような底壁とによって規定されている。ボア１３２、１３３は、空気通路１４４との空気の流れの連通を可能にするために、各下部弁座１２４、１２６にそれぞれ形成されている。各下部弁座１２４、１２６は、その上面から上方に延在している複数の半径方向に間隔を置いたフィンガ１３４、１３５を含む。半径方向に間隔を置いて配置されたフィンガ１３４、１３５は、圧力差のみに基づいて開放位置と閉鎖位置との間で移動可能なシール部材１３６、１３７を支持するのに役立つ。
【0023】
再び図１～図２を参照すると、上部ハウジング１０４は、下部ハウジング部分１０６と嵌合するように構成され、両方が存在する場合、逆止弁１１１、１２０を形成している。上部ハウジング１０４は、その長さに亘って延在している吸引通路１４６を規定していると共に、複数のポートを規定しており、これらのポートのいくつかは、エンジンの構成要素またはサブシステムに接続可能である。複数のポートには次のものが含まれる：
（１）キャップ１７４で覆われるか、或いはエンジンの構成要素またはサブシステムに接続され得る第１のポート１４８；
（２）下部ハウジング部分１０６内のボア１３２と流体連通し、ベンチュリギャップ１６０と流体連通し、その間にシール部材１３６が配置される第２のポート１５０（チャンバ／キャビティ１６６のための入口ポートの一部）；
（３）下部ハウジング部分１０６内のバイパスポート１１４と流体連通し、その間にシール部材１３７が配置される第３のポート１５２（チャンバ／キャビティ１６７のための入口ポートの一部）；及び
（４）ベンチュリ装置を、真空を必要とする装置１０２に接続する入口として機能する吸引ポート１１０。
（１）キャップ１７４で覆われるか、或いはエンジンの構成要素またはサブシステムに接続され得る第１のポート１４８；
（２）下部ハウジング部分１０６内のボア１３２と流体連通し、ベンチュリギャップ１６０と流体連通し、その間にシール部材１３６が配置される第２のポート１５０（チャンバ／キャビティ１６６のための入口ポートの一部）；
（３）下部ハウジング部分１０６内のバイパスポート１１４と流体連通し、その間にシール部材１３７が配置される第３のポート１５２（チャンバ／キャビティ１６７のための入口ポートの一部）；及び
（４）ベンチュリ装置を、真空を必要とする装置１０２に接続する入口として機能する吸引ポート１１０。
【0024】
上部ハウジング１０４は、上部弁座１２５、１２７を含む。各上部弁座１２５、１２７は、連続する外壁１６０、１６１及び底壁１６２、１６３によって規定されている。両方の上部弁座１２５、１２７は、それぞれ底壁１６２、１６３から下部ハウジング１０６に向かって下方に延在しているピン１６４、１６５を含むことができる。ピン１６４、１６５は、上部弁座１２５と下部弁座１２４との嵌合によって規定され、上部弁座１２７と下部弁座１２６との嵌合によって規定されるキャビティ１６６、１６７内でシール部材１３６、１３７を移動させるためのガイドである。従って、各シール部材１３６、１３７は、そのそれぞれのキャビティ１６６、１６７内にピン１６４、１６５を受け入れるような大きさにされ、その中に位置決めされたボアを含む。
【0025】
下部ハウジング部分１０６内の通路１４４は、下部ハウジング１０６の排出部１８１内の第２のテーパ部１８３（本明細書では排出コーンとも呼ばれる）に連結された下部ハウジング１０６の動力部１８０内の第１のテーパ部１８２（本明細書では動力コーンとも呼ばれる）を含む中心縦軸に沿った内部寸法を有している。ここで、第１のテーパ部１８２と第２のテーパ部１８３とは、端から端まで（動力部１８０の出口端部１８４から排出部１８１の入口端部１８６まで）並んでいる。入口端部１８８、１８６及び出口端部１８４、１８９は、任意の円形形状、楕円形形状、またはいくつかの他の多角形形状とすることができ、そこから延在している徐々に連続してテーパになる内部寸法は、双曲面または円錐を規定することができるが、これらに限定されない。動力部１８０の出口端部１８４及び排出部１８１の入口端部１８６のためのいくつかの例示的な構成は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている同時係属中の特許文献６に提示されている。
【0026】
図２に見られるように、第１のテーパ部１８２は、ベンチュリギャップ１６０と流体連通するボア１３２との流体接合部で終端し、この接合部で、第２のテーパ部１８３が開始しており、第１のテーパ部１８２から離れて延在している。第２のテーパ部１８３はまた、ベンチュリギャップ１６０及びボア１３２と流体連通している。次に、第２のテーパ部１８３は、第２のテーパ部の出口端部１８９に近接してバイパスポート１１４との接合部を形成し、それと流体連通している。第１のテーパ部１８２及び第２のテーパ部１８３は、通常、下部ハウジング部分１０６の長手方向中心軸を共有している。第２のテーパ部１８３は、より小さい寸法の入口端部１８６からより大きい寸法の出口端部１８９まで連続的に徐々にテーパとなっている。任意選択のバイパスポート１１４は、上述のように排出部１９０と交差して、第２のテーパ部１８３と流体連通している。バイパスポート１１４は、出口端部１８９に隣接しているが下流にある第２のテーパ部１８３と交差することができる。下部ハウジング１０６は、その後、すなわち、バイパスポートのこの交差部の下流で、排出ポート１１２で終端するまで、円筒状に均一な内部通路を継続することができる。ポート１０８及び１１２の各々は、通路１４４をエンジン内のホースまたは他の機構に接続するためのコネクタ機構をその外面に含むことができる。
【0027】
ベンチュリ装置１００がエンジンシステムに接続されると、逆止弁１１１及び１２０は次のように機能する。エンジンが作動すると、吸気マニホールド１７２は、通路１４４を通って空気を動力ポート１８０内に吸引し、排出ポート１１２から排出する。これにより、逆止弁１１１及び通路１４６内に部分的な真空が形成され、シール１３６が複数のフィンガ１３４、１３５に対して下方に引き込まれる。フィンガ１３４、１３５の間隔により、通路１４４から通路１４６への流体の流れが可能になる。エンジンの動作によって生成される部分的な真空は、少なくとも真空を必要とする装置１０２の動作の真空補助に役立つ。次に、圧力差が変化すると、第１の逆止弁１１１が閉じ、第２の逆止弁１２０が開いて、流体の流れがベンチュリギャップ１６０をバイパスすることを可能にする。
【0028】
次に図３を参照すると、動力通路２０９内に中空フレッチ２２０を含むベンチュリ効果を使用して真空を生成するためのベンチュリ装置２００が、異なる速度の空気の流れを表す異なる影（varying shades）の球を有する長手方向の断面で示されている。球の色が濃いほど、速度が速くなっている。装置２００は、エンジン、例えば、車両のエンジン（内燃機関）に使用されて、上述のように真空を必要とする装置に真空を提供することができる。ベンチュリ装置２００は、互いに密閉して連結された上部ハウジング２０４及び下部ハウジング２０６を有するハウジング２０１を含み、通路２４４と流体連通する吸引チャンバ２０７を形成し、吸引チャンバは、動力ポート２０８の動力入口２３２から排出ポート２１２の排出出口２５６まで延在している。装置２００は、エンジンまたはエンジンに接続されたコンポーネントに接続可能な少なくとも３つのポートを有している。ポートには次のものが含まれる：
（１）動力ポート２０８、
（２）図２に示すような真空を必要とする装置に接続可能な吸引ポート２１０、及び
（３）排出ポート２１２。
これらのポート２０８、２１０、及び２１２の各々は、吸引ポート２１０に示されるように、それぞれのポートをエンジン内のホースまたは他の構成要素に接続するために、外面上にコネクタフィーチャ（connector feature）２１７を含んでも良い。
（１）動力ポート２０８、
（２）図２に示すような真空を必要とする装置に接続可能な吸引ポート２１０、及び
（３）排出ポート２１２。
これらのポート２０８、２１０、及び２１２の各々は、吸引ポート２１０に示されるように、それぞれのポートをエンジン内のホースまたは他の構成要素に接続するために、外面上にコネクタフィーチャ（connector feature）２１７を含んでも良い。
【0029】
ハウジング２０１は、吸引チャンバ２０７を規定している。吸引チャンバは異なる構成を有しても良いが、図示されたものは、キャップ２１８によって閉じられた、包囲された底部を有する円筒形の壁２２２を有している。別の実施形態では、吸引チャンバは、横断断面で見たときに、通路２４４の中心縦軸に対して横断方向に向けられた対向する端部壁を有し、本願出願人が保有している米国特許第１０４４３６２７号（特許文献７）に開示されているように、略洋梨形であっても良い。
【0030】
更に図３を参照すると、動力ポート２０８は、吸引チャンバ２０７に向かって収束し、吸引チャンバ２０７と流体連通する動力通路２０９を規定し、排出ポート２１２は、吸引チャンバ２０７から離れて分岐し、吸引チャンバと流体連通する排出通路２１３を規定し、吸引ポート２１０は、第１のポート２５０を介して吸引チャンバと流体連通する吸引通路２４６を規定している。吸引通路２４６は、通常、一定の寸法の円筒形通路である。これらの収束部分及び分岐部分は、内部通路２０９及び２１３の少なくとも一部の長さに沿って徐々に、連続的にテーパしている。動力ポート２０８は、動力入口２３２を規定し、吸引チャンバ２０７に近接したまたは吸引チャンバ内の収束する動力通路２０９の終端である対向端に動力出口２３６を有している。同様に、排出ポート２１２は、吸引チャンバ２０７に近接して、または吸引チャンバ内に排出入口２５２を規定し、反対側の端部に排出出口２５６を規定している。動力出口２３６は、ベンチュリギャップ１６０を規定するために、排出入口２５２と整列され、そこから間隔を置いて配置されている。ここで使用されるベンチュリギャップ１６０は、動力出口２３６と排出入口２５２との間の直線距離ＶＤを意味している。動力出口２３６及び／または排出入口２５２は、本願出願人が保有している米国特許第１０４４３６２７号（特許文献７）に開示されているように、動力通路２０９の内側に第１のコーナー半径を有しても良い。
【0031】
図３～図５を参照すると、動力通路２０９は、吸引チャンバ２０７内に突出するスパウト２７０で終端している。スパウト２７０は、吸引チャンバ２０７の全ての１つ以上の側壁２２２から間隔を置いて配置され、それによって、スパウト２７０の外面２７２の全体の周りに吸引流を提供している。外面２７２は、排出入口２５２に向かって収束し、徐々に連続的にテーパ状になっている。同様に、排出通路２１３は、スパウト２７０の反対側の吸引チャンバ内に突出するスパウト２７４で終端している。スパウト２７４は、吸引チャンバ２０７の全ての１つ以上の側壁２２２から間隔を置いて配置され、それによって、スパウト２７４の外面の全体の周りに吸引流を提供している。
【0032】
図３に示すように、動力通路２０９及び排出通路２１３は、互いに平行である動力出口２３６での流線を規定する双曲線または放物線関数として、吸引チャンバ２０７に向かって断面積が共に収束している。すなわち、両方の関数の勾配は、ベンチュリギャップでゼロである。動力入口２３２及び排出出口２５６は、同じ形状であっても異なっていても良く、一般に矩形、楕円形、または円形とすることができる。図３では、動力入口２３２及び排出出口２５６は円形として示されているが、動力出口２３６及び排出入口２５２、すなわち、各開口部の内部形状は楕円形である。動力通路２０９及び／または排出通路２１３の内部は、同じ全体形状を有するように構成することができる。
【0033】
図３に最も良く示されているように、動力出口２３６の断面積は、排出入口２５２の断面積よりも小さく、この差は、オフセットと呼ばれる。断面積のオフセットは、装置１００が組み込まれるシステムのパラメータに依存して変化し得る。一実施形態では、オフセットは、約０．１ｍｍから約２．５ｍｍの範囲、またはより好ましくは約０．３ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であって良い。別の実施形態では、オフセットは、約０．５ｍｍから約１．２ｍｍの範囲内、またはより好ましくは約０．７ｍｍから約１．０ｍｍの範囲内とすることができる。
【0034】
フレッチ２２０は、この位置での流れが吸引を提供しないので、動力通路の中心で動力通路２０９内の動力流（motive flow）を遮断するのに役立つ。この流れはベンチュリギャップを通って排出通路に入るときに吸引を生じるので、動力通路を形成する内壁に沿って全ての流れを集中させることがより効果的である。フレッチ２２０は、吸引通路２４６とベンチュリギャップ１６０との間の流体連通のための二次経路を提供する連続チューブまたは導管である。フレッチ２２０は、図３及び図５に示すように、動力通路２０９内の中央に配置され、動力出口２３６において（それと同一平面にある）、または図４に示すように、動力通路２０９内で動力出口２３６から１～５ｍｍ内側に離れたフレッチ出口２８２を規定する第１の中空本体部分２８０を有し、これは、本明細書では、陥凹深さ（recess depth）ＤＲと呼ばれる。フレッチ２２０は、動力ポート２０８または動力通路２０９の壁２９０を貫通して延在し、第１のポート２５０の上流で吸引通路２４６と流体連通するフレッチ入口２８６で終端する第２の中空本体部分２８４を有している。第２の中空本体部２８４は、図に示すように、第１の中空本体部２８０に対して垂直であっても良いが、これに限定されない。エルボ２８８は、第１及び第２の中空本体部分２８０、２８４を互いに連結するために存在しても良い。
【0035】
図４及び図５に示すように、動力出口２３６及び排出入口２５２は、共有の米国特許第９８２７９６３号（特許文献６）に説明されているように、非円形である。なぜなら、円形の断面を有する通路と同じ面積を有する非円形形状は、面積に対する周囲の比率の増加を提供するからである。所定の円周と所定の断面積を持つ円形以外の形状は無数にある。これには、ポリゴン、または互いに接続された直線セグメント、非円形曲線、更にはフラクタル曲線（fractal curve）も含まれる。コストを最小限に抑えるために、曲線はより単純で、製造及び検査が容易であり、望ましい周囲長を有している。特に、動力通路及び排出通路の内部断面のための楕円形または多角形の実施形態は、費用効果が高い。
【0036】
図４の実施形態では、動力出口２３６及び動力通路２０９は、矩形形状（矩形の１つのタイプとして正方形が含まれる）、特に、内部矩形プロファイルを有している。同様に、フレッチ２２０は、動力通路２０９の外径と適合するが、動力通路の中央の流れ領域を満たすためにより小さい寸法の、内形及び外形矩形形状を有している。従って、フレッチ２２０の第１の中空本体部分２８０は、その分岐部分内の動力通路の内部プロファイルの形状に適合する矩形形状を有している。フレッチ出口２８２は、動力出口２３６から離れて動力通路内に引っ込んでいる。凹部ＤＲの深さは、１ｍｍ～５ｍｍである。ここでも、排出入口２５２を形成するスパウト２７４は、その内部及び外部プロファイルのために長方形の形状を有している。
【0037】
図５の実施形態では、動力出口２３６及び動力通路２０９は、楕円形状（楕円の１つのタイプとして円が含まれる）、特に内部楕円プロファイルを有している。同様に、フレッチ２２０は、動力通路２０９の外径と適合するが、動力通路の中央の流れ領域を満たすためにより小さい寸法の、内形及び外形楕円形状を有している。従って、フレッチ２２０の第１の中空本体部分２８０は、その分岐部分内の動力通路の内部プロファイルの形状に適合する楕円形状を有している。ここで、フレッチ出口２８２は、動力出口２３６と同一平面にある。ここでも、排出入口２５２を形成する注ぎ口２７４は、その内部プロファイル及び外部プロファイルに対して楕円形状を有している。
【0038】
再び図３を参照すると、吸引チャンバ２０７は、ベンチュリ装置が流体連通状態にあるシステム内の圧力差のみに基づいて開放位置と閉鎖位置との間で移動可能なシールディスク６１１を収容する逆止弁を規定している。開放位置は、図２に関して上述したように、動力通路及び排出通路に近接した位置から吸引通路に向かって突出するフィンガによって、またはシールディスク６１１のための第１のシートを形成する図３に示す逆止弁インサート５０５によって規定することができる。逆止弁インサート５０５は、吸引チャンバ２０７内で載置可能な外側支持体５７０と、上面５７１と、下面５７２と、内側環状リング５７４とを有し、内側環状リングは、内側環状リング５７４の上面５７５を外側支持体の上面５７１を超えて軸方向Ｄ１の距離だけ軸方向に位置決めするために、長手方向中心軸Ｃに向かって軸方向に角度を為すリブ５７６によって外側支持体５７０から半径方向内方に離間されている。逆止弁インサート５０５は、２０１９年４月２３日に出願された本願出願人が保有している米国特許出願公開第２０１９／０３２３６１８号（特許文献２）に示されているように、内側環状リング５７４を外側支持体５７０に接続する２つのリブ、３つのリブ、４つのリブ、または１０個のリブとすることができる。これらは単なる例示的な実施形態であり、単一のリブを含む任意の数のリブとすることができる。
【0039】
外側支持体５７０は、円形の環状リングであっても良いが、外側支持体は、楕円形であっても良いし、多角形リングであっても良いし、吸引チャンバ内の所望の位置で載置可能であるために必要な他の任意の形状であっても良い。内側環状リング５７４は、典型的には、形状が円形または楕円形である。一実施形態では、上面５７５は、長手方向中心軸Ｃに垂直な一平面内の連続面である。別の実施形態では、上面５７５は、２つの対向するトラフ５７９と共に起伏している。更に別の実施形態では、上面５７５は、内側環状リング５７４に沿って２０°から１７０°まで延在している小さな円弧に亘って、外側支持体５７０に向かって下方及び半径方向外側に傾斜し、それによって、上面の傾斜面部分を規定している。
【0040】
動作時には、装置２００、特に吸引ポート２１０は、真空を必要とする装置に接続され（図２参照）、装置２００は、流体、典型的には空気の流れによって、通路２４４を通り、装置の全長に亘って延在し、吸引チャンバ２０７内に形成されたベンチュリギャップ１６０を通って、前記装置に真空を生成している。動力ポート２０８から排出ポート２１２への流体の流れは、流体を、上記のように、直線円錐、双曲線プロファイル、または放物線プロファイルとすることができる動力通路を下って引き込み、面積の減少によって、空気の速度を増加する。これは囲まれた空間であるため、流体力学の法則では、流体速度が増加すると静圧が減少する必要があることが理解される。空気が排出ポートに移動し続けると、空気は排出入口２５２及び排出通路２１３を通って移動する。排出通路は、直線円錐、双曲線プロファイル、または放物線プロファイルのいずれかである。この流体の流れは、吸引に付加的な効果を与えるために、吸引ポート２１０を通って、吸引通路２４６に沿って、第１のポート２５０及び第１のポート２５０の上流にあるフレッチ入口２８６を通って吸引チャンバ２０７内に吸引引き込み流体（suction drawing fluid）を生成している。
【0041】
カラー計算流体力学モデルは、図６Ａ～図７Ｂに提供されている。図６Ａ及び図６Ｂは、中空フレッチを有する本明細書に開示されたベンチュリ装置と比較するための、中実（非中空）フレッチを有するベンチュリ装置である。図７Ａ及び図７Ｂは、内部の第１のポートの上流で吸引通路と流体連通する中空フレッチを有するベンチュリ装置である。図６Ａ及び図７Ａは、ベンチュリ装置内に存在するパスカル単位の圧力の計算流体力学モデルである。フレッチの第１の中空本体部分全体及びベンチュリギャップと比較して、両方の実施形態の動力入口に存在する最高圧力（赤色の１２１２１９．７９Ｐａ）から、図６Ａのベンチュリギャップに存在する最低圧力（紺色の８８０９９．３８Ｐａ）までとなっている。図６Ｂ及び図７Ｂは、ベンチュリ装置内に存在するｍ／ｓ単位の速度の計算流体力学モデルである。図６Ｂに見られるように、固体フレッチ内または吸引通路の第１のポートの上流には速度が無い。全く対照的に、第１のポートの上流及び図７Ｂの中空フレッチ内の流体の流れにはかなりの速度がある。中空フレッチは、自身を通る流体の流れを増加させるだけでなく、その存在は、第１のポートにおける速度の増加をもたらす。これらのモデルによって、中実フレッチｖｓ中空フレッチ以外の同等の構造のベンチュリ装置は、異なる吸引流量を有することが示された。中空フレッチの存在により、吸引流量は４．７ｇ／ｓから５．５ｇ／ｓへと０．８ｇ／ｓ増加し、流量で１７％の改善が得られた。
【0042】
本明細書に開示された装置は、温度、湿度、圧力、振動、汚れ及び破片を含むエンジン及び道路条件に耐えることができる、車両エンジンで使用するためのプラスチック材料または他の適切な材料で作ることができ、射出成形または他の鋳造または成形プロセスによって作ることができる。
【0043】
本発明は、特定の実施形態に関して示され、説明されているが、本明細書を読んで理解すれば、当業者には変更が生じることは明らかであり、本発明は、そのような全ての変更を含むものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【国際調査報告】