(57)【要約】  流体ダイオードは、入口および出口を画定するハウジングとそれらの間の分割された流体通路とを有し、この流体通路は、出口に向かって概して指向する先端を有する略涙滴形状の鏡像の仕切りによって画定され、一定の幅の第１の流路によって互いに第１の距離だけ離間し、一定の幅の第２の流路を画定するためにハウジングの内壁から第２の距離だけ離間する。入口から出口への流体の流れは、第１の流路を通り、第２の流路を通る追加の流れが、出口の近くで第１の流路と合流して共に同方向に流れ、第２の流路を通る出口から入口への流体の流れは、第２の流路を出て、第１の流路における流れと実質的に反対の方向で、入口の近くで第１の流路に入る。
2019512647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ダイオードであって、流体ダイオードが
入口および出口およびハウジング内に形成された分割された流路を有するハウジングを備え、前記分割された流路は、鏡像の仕切りによって画定され、前記仕切りは、一定幅の第１の流路によって互いから第１の離間距離で配置されるとともに、前記ハウジングの内壁から第２の離間距離で配置され、各前記仕切りおよび前記内壁の間に一定幅の第２の流路を画定し、
各前記鏡像の仕切りは、冠状断面で見た場合に略涙滴形であり、前記出口に略向けられた先端を有し、
前記入口から前記出口への流れは、前記第１の流路を通り、前記第２の流路を通る追加の流れは前記出口の近くで前記第１の流路に合流して同じ方向に一緒に流れ、
前記第２の流路を通る前記出口から前記入口への流れは、前記第２の流路を出て、前記入口近くで前記前記第１の流路の流れと略反対の向きで前記第１の流路に入る、流体ダイオード。
【請求項２】
各前記鏡像の仕切りは、半径が約１〜約２の第１の弧状側面によって接続された長さ約４ｍｍ〜約６ｍｍの２つの真っ直ぐな側面を有する、請求項１に記載の流体ダイオード。
【請求項３】
各前記鏡像の仕切りの前記先端が、半径が約０〜約０．１の第２の弧状側面を備える、請求項２に記載の流体ダイオード。
【請求項４】
前記出口が前記入口より寸法的に大きい、請求項１に記載の流体ダイオード。
【請求項５】
前記出口の寸法と前記入口の寸法の比が約４：１〜約２：１である、請求項４に記載の流体ダイオード。
【請求項６】
前記入口の幅が前記一定幅の第１の流路の幅と実質的に同じである、請求項４に記載の流体ダイオード。
【請求項７】
前記出口の寸法と前記入口の寸法の比が約４：１〜約２：１である、請求項６に記載の流体ダイオード。
【請求項８】
請求項１に記載の流体ダイオードを備えるエンジンシステム。
【請求項９】
各前記鏡像の仕切りは、半径が約１〜約２の第１の弧状側面によって接続された長さ約４ｍｍ〜約６ｍｍの２つの真っ直ぐな側面を有する、請求項８に記載のエンジンシステム。
【請求項１０】
各前記鏡像の仕切りの前記先端が、半径が約０〜約０．１の第２の弧状側面を備える、請求項９に記載のエンジンシステム。
【請求項１１】
前記出口が前記入口より寸法的に大きい、請求項８に記載のエンジンシステム。
【請求項１２】
前記流体ダイオードが燃料蒸気パージシステムの流体の流れを動作可能に制御する、請求項１１に記載のエンジンシステム。
【請求項１３】
前記出口の寸法と前記入口の寸法の比が約４：１〜約２：１である、請求項１２に記載のエンジンシステム。
【請求項１４】
前記入口の幅が前記一定幅の第１の流路の幅と実質的に同じである、請求項１２に記載のエンジンシステム。
【請求項１５】
前記出口の寸法と前記入口の寸法の比が約４：１〜約２：１である、請求項１４に記載のエンジンシステム。
【請求項１６】
前記流体ダイオードがエンジンマニホールド、クランクケース通気システム、スーパーチャージャー、ポジティブクランクケース換気システム内の空気ポンプ、ポジティブクランクケース換気システム内の空気圧縮機、キャニスタパージシステム、または空気圧ブレーキシステムの流体の流れを動作可能に制御する、請求項８に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年３月３日に出願された米国仮出願第６２  ／３０３，０７６号の利益を主張する。
【０００２】
技術分野
本出願は、チェックバルブとして動作する流体ダイオードに関し、より詳細には、入口と出口との間に圧力差がかかる場合に高流量制限を有し、出口から入口に向かって流体流を導き、圧力差が逆転する場合に低流量制限を有する流体ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００３】
反対方向の流体の流れを容易にする一方で、一方向への流れを制限する手段を必要とする多くの状況が存在する。これを達成する１つの方法はチェックバルブを使用することである。チェックバルブは、典型的には、開位置と閉位置との間で移動可能な流体流路内のシール部材などの構成要素を有し、閉位置では、シール部材は、一方向の流れをブロックし、開位置ではシール部材を通って流すことができる。これらの従来のスタイルのチェックバルブに関連するコスト、複雑さ、およびその他の問題なしに、流れを制御する手段を必要としている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここでは、従来のスタイルのチェックバルブに代わる流体ダイオードが開示されている。すなわち、開位置と閉位置との間で移動可能なシール部材はない。代わりに、流体ダイオードを通る内部経路の形状と構成は、流体の流れ自体を使用してチェックバルブとして機能する。すべての態様において、本明細書の流体ダイオードは、入口および出口を画定するハウジングとそれらの間の分割された流体通路とを有し、この流体通路は、出口に向かって概して指向する先端を有する略涙滴形状の鏡像の仕切りによって画定され、一定の幅の第１の流路によって互いに第１の距離だけ離間し、一定の幅の第２の流路を画定するためにハウジングの内壁から第２の距離だけ離間する。入口から出口への流体の流れは、第１の流路を通り、第２の流路を通る追加の流れが、出口の近くで第１の流路と合流して共に同方向に流れ、第２の流路を通る出口から入口への流体の流れは、第２の流路を出て、第１の流路における流れと実質的に反対の方向で、入口の近くで第１の流路に入る。
【０００５】
全ての態様において、鏡像の仕切りの各々は、約１〜約２の半径を有する第１の弧状側面によって接続された約４ｍｍ〜約６ｍｍの長さを有する２つの真っ直ぐな側面を有する。各鏡像の仕切りの先端は、約０〜約０．１の半径を有する第２の弧状側面を有する。
【０００６】
全ての態様において、出口は入口よりも寸法的に大きく、入口の寸法に対する出口の寸法は、約４：１から約２：１の比を有し、入口の幅は実質的に一定幅の第１の流路の幅と同じである。
【０００７】
本明細書で開示される流体ダイオードは、エンジン内、より詳細には、例えば燃料蒸気パージシステム、より具体的には、燃料蒸気パージエジェクタなどのエンジンのサブユニット内、またはエンジンのインテークマニホールド内の流体の流れを、より具体的には、エンジン容積効率、または周期的な流れを有する任意のシステムまたはサブシステムを高めるために、動作可能に制御することができる。エンジンシステムの流体ダイオードには、本明細書に記載されている任意の、およびすべての特徴を含むことができる。
【０００８】
請求される主題は、添付の図面を参照して説明される。各図の簡単な説明は以下の通りである。各図中の同じ参照番号を有する要素は、同一または機能的に同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】流体ダイオードの一実施形態の斜視図である。
【図２】第１の流路に位置合わせされた正中矢状面を横断する、図１の流体ダイオードの冠状面に沿った断面図である。
【図３】入口から出口への流体の流れのフロー図である。
【図４】出口から入口への流体の流れのフロー図である。
【図５】異なる差圧降下が流体ダイオードに発生した場合の流体ダイオードのチェックバルブ性能のグラフである。
【図６】流体ダイオード前後の圧力降下を増加させると、出口への流れに対する入口への流れの割合が増加することを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、本発明の一般的な原理を説明するものであり、その例が添付図面にさらに示されている。図面において、同じ参照符号は、同一または機能的に類似の要素を示す。
【００１１】
図１および図２は、所望の方向Ａ（入口１６から出口１８へ）の流れを許容しながら、望ましくない方向Ｂ（出口１８から入口１６へ）の流れを停止または著しく減少させるために流体の流れ自体を効果的に使用することによって、流動シール部材なしで逆止弁として機能する流体ダイオード１０を示している。図１に示すように、流体ダイオード１０は、正中矢状面Ｍと冠状面Ｃとを有する。正中矢状面Ｍは、第１の流路２２の中心長手方向軸に位置合わせされ、冠状面Ｃは、正中矢状面Ｍを横切っている。流体ダイオード１０は、ハウジング１２を有し、ハウジング１２内に形成された分割された流体通路２０によって、それらの間の流体連通のために入口１６と出口１８が接続されている。
【００１２】
図２に示すように、分割された流体通路２０は、鏡像の仕切り１４によって画定され、鏡像の仕切りは、一定の幅の第１の流路２２によって互いに間隔をあけて配置され、かつハウジングの内壁２８から間隔をあけて配置され、内壁２８は、各仕切り１４とハウジングの内壁２８の間に一定の幅の第２の流路２４を画定する。各鏡像の仕切り１４は、その先端３０が概ね出口１８に向けられたほぼ涙形の冠状面断面を有する。仕切り１４はそれぞれ、約４ｍｍ〜約６ｍｍの長さを有する、先端３０から延びる２つの略真っすぐな側面３２を有し、これらの側面は、半径約１〜約２の半径を有する第１の弧状側面３４によって互いに接続されている。各仕切りの先端３０は、約０〜約０．１の半径を有する第２の弧状側面であってもよい。
【００１３】
例示的な目的のために、以下の数値および範囲は、燃料蒸気パージシステムの一部として、および燃料蒸気パージシステム内の流体の流れを動作可能に制御する流体ダイオードに関するものである。入口１６と出口１８とは寸法が異なり、好ましくは図２に示すように、出口は、入口よりも寸法が大きい。入口の寸法と比較した出口の寸法は、典型的には、約４：１〜約１．５：１の比率になるように選択される。入口から出口への流体デバイスを横切る圧力降下が約２ｋＰａ〜約１０ｋＰａの範囲にある場合に、入口の寸法に対する出口の寸法の比は、約１．８：１〜約３．４：１、より好ましくは約１．９：１〜約２．５：１、さらにより好ましくは約２：１〜約２．２：１である。一例として、比率を決定するために使用される寸法は、入口の幅ＷＩおよび出口の幅ＷＯであるか、または入口によって画定される面積および出口によって画定される面積であり得る。
【００１４】
別の態様では、入口１６の幅ＷＩは、一定幅の第１の流路２２の幅Ｗ１と実質的に同じであり、図４の矢印Ｗ２およびＷ１で示すように、第１の流路２２の幅Ｗ１は、第２の流路２４の幅Ｗ２と実質的に同じである。本明細書で使用される幅に関して実質的に同じとは、幅が互いの１％〜３％以内であることを意味する。別の態様では、入口１６の幅ＷＩは、一定幅の第１の流路２２の幅Ｗ１より小さい。本明細書で使用される幅より小さいとは、幅ＷＩが、Ｗ１の幅の約７０％〜約９０％であることを意味する。流体デバイスの入口から出口への圧力降下が約２ｋＰａ〜約１０ｋＰａの範囲にある場合に、幅Ｗ１と幅ＷＩとの比は、約１：２．４〜約１：１．５、好ましくは約１：１．９〜約１：１．５、さらにより好ましくは約１：１．７５〜約１：６である。
【００１５】
図５に示すように、チェックバルブの性能を示すために、入口に流れ込む流れ（Ａ方向）と出口に流れ込む流れ（Ｂ方向）の比が、異なるデルタ圧力に対する流体ダイオードの入口領域と出口領域との比に対してプロットされている。２ｋＰａ、４ｋＰａ、６ｋＰａ、８ｋＰａ、１０ｋＰａの圧力降下ごとに、入口面積と出口面積の比のピークが約４８％で示されている。換言すれば、入口の領域寸法は、出口の領域寸法の４８％でなければならない。例えば、出口が長方形（２ｍｍ×５ｍｍ）で面積が１０ｍｍ２の場合、入口の面積は４．８ｍｍ２であることが好ましい。
【００１６】
図６は、ダイオードを横切る圧力降下を増加させると、入口に流れ込む流れと出に流れ込む流れの比が増加することを示すグラフである。動作中、流体ダイオード１０は、望ましくない方向Ｂに高流量制限を有し、この流れは、望ましくない方向に流れを方向付ける圧力差が加えられた場合に生じる。高流量制限という用語は、流量Ａ（図３）と流量Ｂ（図４）との比によって定量化することができ、Ａ／Ｂの比が２より大きい場合、流量制限が高い。流体ダイオード１０の構造は、出口を流れる流体が第２の流路２４および第１の流路２２を同じ方向に流れることを可能にすることによってこの効果を提供するが、第２の流路２４を通る流れは、入口１６の近くで、第１の流路内の流れとは反対の流れ方向に実質的に向けられて第１の流路２２に出る。高流量制限は、図４の流れ図に示されている。
【００１７】
流体ダイオード１０は、入口１６および出口１８に対して加えられる適切な圧力差に基づいて、所望の方向Ａ（すなわち、高い流れが生じる）において低流量制限を有する。低流量制限は、図３の流れ図に示されている。図３および図４を比較すると、矢印の長さは、流体ダイオード１０を通る流体の流速に比例する。流体ダイオード１０の構造は、入口１６を流れる流体が、流れに対するインピーダンスなしで第１の流路２２を介して直接出口１８に向かって流れることを可能にすることによって、所望の方向Ａに対して低い流量制限を提供する。さらに、第２の流路２４を通るいくらかの付加的な流れは、出口１８の近くで第１の流路２２と合流して、同じ方向に一緒に流れる。
【００１８】
上述した寸法および数値は、燃料蒸気パージエジェクタシステムに関するものであるが、同様のサイズ比（幅および／または面積）を有する他の形状、すなわちより大きいまたはより小さな形状が依然として流れをチェックするのに有効である。例えば、本明細書に開示された形状の大きな流体ダイオードは、米国特許出願第１４／０１５，４５６号に開示されているような位置でエンジンマニホールド、吸気または排気マニホールドのいずれかまたは両方に搭載され、エンジンまたはエンジンのクランクケース換気システムの容積効率を高めることができる。本明細書に開示された流体ダイオードは、機械式過給機、空気ポンプ、またはポジティブクランクケース換気用の空気圧縮機、キャニスターパージ、空気圧ブレーキなどの、周期的な流れを有する任意のシステムまたはサブシステムに追加することができる。
【００１９】
図面に示され、上述された本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲内でなされ得る多くの実施形態の例示である。開示された手法を利用して、流体ダイオードの他の多くの構成を作成することができると考えられる。要するに、特許の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されることは、出願人の意図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  流体ダイオード
１２  ハウジング
１６  入口
１８  出口
２０  流体通路
２２  第１の流路
２４  第２の流路
２８  内壁
３０  先端
３２  真っ直ぐな側面
３４  第１の弧状側面
【図１】
2019512647.tif 000003
【図２】
2019512647.tif 000004
【図３】
2019512647.tif 000005
【図４】
2019512647.tif 000006
【図５】
2019512647.tif 000007
【図６】
2019512647.tif 000008
【国際調査報告】
2019512647.tif 000009