JP2003003910A - 流体の流れを混合するための装置および方法 - Google Patents
流体の流れを混合するための装置および方法Info
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- B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二つ以上の流体の流れを、圧力の損失が低い
状態かつ均一な混合状態で、一緒に混合するための装置
および方法を提供すること。 【解決手段】 ベンチュリは、直径が小さいスロート1
7に向かって収束する上流の先細り領域16と、スロー
ト17から発散する下流のディフューザー部分18とを
備える。ベンチュリのスロート17と連通するEGRガ
ス入口通路19,20が、第2流体の流れを第1流体の
流れに導入するために備えられ、これにより、ベンチュ
リの下流のディフューザー部分18を流れるに従って、
二つの流体の流れが混合される。上記通路19,20
は、ベンチュリの中心軸に対して、約45°から90°
傾いた平面の方向、かつ、スロート18の接平面に対し
約30°より小さい方向から、第2流体の流れをベンチ
ュリのスロート18の内に導くように形づくられてい
る。
状態かつ均一な混合状態で、一緒に混合するための装置
および方法を提供すること。 【解決手段】 ベンチュリは、直径が小さいスロート1
7に向かって収束する上流の先細り領域16と、スロー
ト17から発散する下流のディフューザー部分18とを
備える。ベンチュリのスロート17と連通するEGRガ
ス入口通路19,20が、第2流体の流れを第1流体の
流れに導入するために備えられ、これにより、ベンチュ
リの下流のディフューザー部分18を流れるに従って、
二つの流体の流れが混合される。上記通路19,20
は、ベンチュリの中心軸に対して、約45°から90°
傾いた平面の方向、かつ、スロート18の接平面に対し
約30°より小さい方向から、第2流体の流れをベンチ
ュリのスロート18の内に導くように形づくられてい
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、二つ以上の流体
の流れを一つの流体の流れに混合するための装置および
方法に関する。特に、限定するわけではないが、この発
明は、内燃機関の排気ガス再循環システムでのガスの流
れの混合に関する。
の流れを一つの流体の流れに混合するための装置および
方法に関する。特に、限定するわけではないが、この発
明は、内燃機関の排気ガス再循環システムでのガスの流
れの混合に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関からの窒素酸化物の放出
を、エンジンの排気ガスのいくらかをエンジン吸気口に
再循環することによって、減じることができるというこ
とが知られており、多数のそのような排気ガス再循環
(EGR)システムが知られている。EGRシステムが
有する問題の一つは、再循環排気ガス(EGRガス)の
流れと吸気ガスの流れとを効率良く混合することが難し
いことである。これは、特に、EGRガスの流れと吸気
ガスの流れの間に好ましくない圧力差を生成する強制吸
込みエンジン(forced induction engines)(例えば、
ターボチャージャーエンジンや過給機関等)を組み込ん
だEGRシステムで問題となる。このシステムの例とし
て、例えば、エンジン吸気口に導入するEGRガスの流
れを加圧するエンジン可動のEGRポンプを有するEG
Rシステムが知られている。EGRポンプの使用は、し
かしながら、コストの増大や重量の増大といった問題を
引き起こし、燃料消費を増大させることを導くエンジン
パワーの寄生損失(parasiticlosses)を引き起こす。
を、エンジンの排気ガスのいくらかをエンジン吸気口に
再循環することによって、減じることができるというこ
とが知られており、多数のそのような排気ガス再循環
(EGR)システムが知られている。EGRシステムが
有する問題の一つは、再循環排気ガス(EGRガス)の
流れと吸気ガスの流れとを効率良く混合することが難し
いことである。これは、特に、EGRガスの流れと吸気
ガスの流れの間に好ましくない圧力差を生成する強制吸
込みエンジン(forced induction engines)(例えば、
ターボチャージャーエンジンや過給機関等)を組み込ん
だEGRシステムで問題となる。このシステムの例とし
て、例えば、エンジン吸気口に導入するEGRガスの流
れを加圧するエンジン可動のEGRポンプを有するEG
Rシステムが知られている。EGRポンプの使用は、し
かしながら、コストの増大や重量の増大といった問題を
引き起こし、燃料消費を増大させることを導くエンジン
パワーの寄生損失(parasiticlosses)を引き起こす。
【0003】吸気ガスラインに局所的に低い圧力領域を
生成するベンチュリを備えたEGRシステムが、知られ
ている。そのようなシステムでは、本質的に、EGRガ
スは、吸気ラインに設けられたベンチュリのスロートに
導入され、このベンチュリのスロートは、二つのガスの
流れを混合するのに必要とする仕事を減少させる。その
ようなEGRシステムは、米国特許4,426,848で
公開されている。
生成するベンチュリを備えたEGRシステムが、知られ
ている。そのようなシステムでは、本質的に、EGRガ
スは、吸気ラインに設けられたベンチュリのスロートに
導入され、このベンチュリのスロートは、二つのガスの
流れを混合するのに必要とする仕事を減少させる。その
ようなEGRシステムは、米国特許4,426,848で
公開されている。
【0004】吸気ガスラインにEGRポンプと連合して
ベンチュリを備えたEGRシステムが、また知られてい
る。そのようなEGRシステムは、米国特許5,937,
650で公開されている。これは、ターボコンプレッサ
が二つのベーンセットを有しているターボチャージャエ
ンジンの公開であり、一方は、吸気ガスの圧縮に使わ
れ、他方は、EGRガスの圧縮に使われる。圧縮された
吸気ガスの流れおよび圧縮されたEGRガスの流れは、
そのとき、ターボチャージャの下流の吸気ガスラインに
備えられたベンチュリによって混合される。EGRガス
は、ベンチュリのスロートを取り囲むボリュートを経由
して吸気ガスの流れに導入される。
ベンチュリを備えたEGRシステムが、また知られてい
る。そのようなEGRシステムは、米国特許5,937,
650で公開されている。これは、ターボコンプレッサ
が二つのベーンセットを有しているターボチャージャエ
ンジンの公開であり、一方は、吸気ガスの圧縮に使わ
れ、他方は、EGRガスの圧縮に使われる。圧縮された
吸気ガスの流れおよび圧縮されたEGRガスの流れは、
そのとき、ターボチャージャの下流の吸気ガスラインに
備えられたベンチュリによって混合される。EGRガス
は、ベンチュリのスロートを取り囲むボリュートを経由
して吸気ガスの流れに導入される。
【0005】米国特許5,611,203は、高効率ター
ボチャージャーエンジンで使用することを意図し、か
つ、EGRポンプを取り除いたEGRシステムを公開し
ている。EGRガスは、本質的に、吸気通路に設けられ
た浅裂のミキサー型の排出器で収束された二つのEGR
通路を経由して主要な吸気ガスの流れに混合される。ポ
ンプ効率は、ベンチュリを使ったもの約4倍になると言
われている。
ボチャージャーエンジンで使用することを意図し、か
つ、EGRポンプを取り除いたEGRシステムを公開し
ている。EGRガスは、本質的に、吸気通路に設けられ
た浅裂のミキサー型の排出器で収束された二つのEGR
通路を経由して主要な吸気ガスの流れに混合される。ポ
ンプ効率は、ベンチュリを使ったもの約4倍になると言
われている。
【0006】一般的に、EGRシステムは、ポンプ、ベ
ンチュリあるいはその他のものを組み込んでいてもいな
くても、エンジン効率を最大にするために、圧力の損失
をできるだけ小さくした状態で、EGRガスの流れと吸
気ガスの流れとを混合することが必要である。更に、二
つのガスの流れは、各エンジンシリンダに均一な混合状
態で到着させられるために、良く混ぜられているべきで
ある。
ンチュリあるいはその他のものを組み込んでいてもいな
くても、エンジン効率を最大にするために、圧力の損失
をできるだけ小さくした状態で、EGRガスの流れと吸
気ガスの流れとを混合することが必要である。更に、二
つのガスの流れは、各エンジンシリンダに均一な混合状
態で到着させられるために、良く混ぜられているべきで
ある。
【0007】
【発明の目的および手段】それゆえに、この発明の目的
は、排気ガス再循環システムでの流体の流れを、圧力の
損失が低い状態かつ均一な混合状態で、一緒に混合する
ための装置および方法を提供することである。しかしな
がら、この発明は、より広くより一般的に適用されるこ
とができ、この発明の目的は、二つ以上の流体の流れを
効率よく混合する装置および方法を提供することであ
る。
は、排気ガス再循環システムでの流体の流れを、圧力の
損失が低い状態かつ均一な混合状態で、一緒に混合する
ための装置および方法を提供することである。しかしな
がら、この発明は、より広くより一般的に適用されるこ
とができ、この発明の目的は、二つ以上の流体の流れを
効率よく混合する装置および方法を提供することであ
る。
【0008】この発明の第1の側面によれば、入口と出
口の間の第1流体の流れを案内する第1流体コンジット
を備え、また、上記入口と上記出口の間の上記第1流体
コンジットにベンチュリを備え、上記ベンチュリは、直
径が縮小されているスロートの方に向かって収束する上
流の先細り部分と、上記出口の方に向かって上記スロー
トから発散する下流のディフューザー部分とを有し、上
記先細りの部分、上記スロートおよび上記ディフューザ
ー部分は、中心軸のまわりに形成されており、また、上
記第1流体の流れの中に第2流体の流れを導入するため
に、上記ベンチュリの上記スロートに連通している離散
的な開口を有する少なくとも一つの混合入り口を備え、
その結果、上記二つの流体の流れは、出口に向かってベ
ンチュリの上記ディフューザー部分を流れるに従って次
第に混合するようになり、上記混合入口は、上記第2流
体の流れを、上記中心軸に対して45°から90°の間
の角度で配置された平面の方向、かつ、上記混合入口の
領域におけるベンチュリスロートの接平面に対し約30
°より小さい方向から、上記ベンチュリの上記スロート
に導くような形状をしている二つの流体の流れを一つに
混合するための装置が備えられる。
口の間の第1流体の流れを案内する第1流体コンジット
を備え、また、上記入口と上記出口の間の上記第1流体
コンジットにベンチュリを備え、上記ベンチュリは、直
径が縮小されているスロートの方に向かって収束する上
流の先細り部分と、上記出口の方に向かって上記スロー
トから発散する下流のディフューザー部分とを有し、上
記先細りの部分、上記スロートおよび上記ディフューザ
ー部分は、中心軸のまわりに形成されており、また、上
記第1流体の流れの中に第2流体の流れを導入するため
に、上記ベンチュリの上記スロートに連通している離散
的な開口を有する少なくとも一つの混合入り口を備え、
その結果、上記二つの流体の流れは、出口に向かってベ
ンチュリの上記ディフューザー部分を流れるに従って次
第に混合するようになり、上記混合入口は、上記第2流
体の流れを、上記中心軸に対して45°から90°の間
の角度で配置された平面の方向、かつ、上記混合入口の
領域におけるベンチュリスロートの接平面に対し約30
°より小さい方向から、上記ベンチュリの上記スロート
に導くような形状をしている二つの流体の流れを一つに
混合するための装置が備えられる。
【0009】「離散」開口は、いかなる方向に対しても
連続でない開口であり、例えば、環状開口は、排除され
る。
連続でない開口であり、例えば、環状開口は、排除され
る。
【0010】上記第2流体の流れを上で定義した方向に
向かせることは、従来技術の配置に勝る幾つかの利点を
提供する。特に、乱流およびこの乱流に関連づけられる
圧力の損失を最小限にし、同時に、かなりの渦巻成分を
混合流体の中に導入することによって、ベンチュリのデ
ィフューザーでの混合を向上させ、かつ、圧力の損失を
最小限にすることができる。これらの効果は、以下でも
っと詳細に述べられる。
向かせることは、従来技術の配置に勝る幾つかの利点を
提供する。特に、乱流およびこの乱流に関連づけられる
圧力の損失を最小限にし、同時に、かなりの渦巻成分を
混合流体の中に導入することによって、ベンチュリのデ
ィフューザーでの混合を向上させ、かつ、圧力の損失を
最小限にすることができる。これらの効果は、以下でも
っと詳細に述べられる。
【0011】上記第2流体の流れは、上記接平面に対し
約5°(上記接平面と平行であれば最も良い)よりも小
さい角度で方向づけられることが好ましい。
約5°(上記接平面と平行であれば最も良い)よりも小
さい角度で方向づけられることが好ましい。
【0012】また、上記第2流体の流れは、上記中心軸
に対し約60°よりも大きい角度で方向づけられること
が好ましい。角度を大きくすればするほど、流体の流れ
に引き起こされる渦巻をおおきくすることができる。好
ましい実施形態では、上記第2流体の流れは、上記軸に
対し略横方向に方向づけられる。
に対し約60°よりも大きい角度で方向づけられること
が好ましい。角度を大きくすればするほど、流体の流れ
に引き起こされる渦巻をおおきくすることができる。好
ましい実施形態では、上記第2流体の流れは、上記軸に
対し略横方向に方向づけられる。
【0013】一つあるいは複数の上記混合入口は、好ま
しくは、ベンチュリのスロートの壁に空けられた開口の
各々を通じてベンチュリと連通しており、上記ベンチュ
リのスロートの壁に空けられた開口は、ベンチュリのス
ロートの円周の1/4か、あるいは、1/8より小さい円
周の広がりを有し、好ましくは、必要とする混合比を供
給することを実行できるできるだけ小さな広がりを有す
る。
しくは、ベンチュリのスロートの壁に空けられた開口の
各々を通じてベンチュリと連通しており、上記ベンチュ
リのスロートの壁に空けられた開口は、ベンチュリのス
ロートの円周の1/4か、あるいは、1/8より小さい円
周の広がりを有し、好ましくは、必要とする混合比を供
給することを実行できるできるだけ小さな広がりを有す
る。
【0014】装置の他の実施形態では、混合入口は、弓
状の通路を備え、この弓状の通路は、ベンチュリのスロ
ートの円周上に沿って少なくとも部分的に延び、かつ、
上記弓状の通路の内には離間して配置された複数の開口
を備え、その結果、第2流体の流れを、上記ベンチュリ
のスロートの円周上における上記通路部分のまわりの異
なった位置で、上記第1流体の流れに導入することがで
きる。
状の通路を備え、この弓状の通路は、ベンチュリのスロ
ートの円周上に沿って少なくとも部分的に延び、かつ、
上記弓状の通路の内には離間して配置された複数の開口
を備え、その結果、第2流体の流れを、上記ベンチュリ
のスロートの円周上における上記通路部分のまわりの異
なった位置で、上記第1流体の流れに導入することがで
きる。
【0015】この発明による装置を、二つ以上の流体の
流れを混合する必要がある様々な分野に使用できること
は認識されるだろう(二つ以上の流体は、異なる二つ以
上の流体の受け口を設けることにより一緒に混合するこ
とができる)。しかしながら、この発明は、特に、従来
の排気ガス再循環システムにおいて、再循環排気ガス
を、内燃機関の吸気ガスの流れに混合させることに適用
される。そのような実施形態では、第1流体コンジット
およびベンチュリは、エンジンの吸気ラインに配置さ
れ、上記混合入口は、再循環排気ガスをベンチュリのス
ロートに導くためにエンジン排気装置と連通している。
流れを混合する必要がある様々な分野に使用できること
は認識されるだろう(二つ以上の流体は、異なる二つ以
上の流体の受け口を設けることにより一緒に混合するこ
とができる)。しかしながら、この発明は、特に、従来
の排気ガス再循環システムにおいて、再循環排気ガス
を、内燃機関の吸気ガスの流れに混合させることに適用
される。そのような実施形態では、第1流体コンジット
およびベンチュリは、エンジンの吸気ラインに配置さ
れ、上記混合入口は、再循環排気ガスをベンチュリのス
ロートに導くためにエンジン排気装置と連通している。
【0016】また、この発明は、二つの流体の流れ(例
えば、排気再循環システムでの吸気ガスの流れおよび再
循環排気ガスの流れ)を一緒に混合するための方法を提
供し、上記方法は、縮小された直径のスロートの方に向
かって収束する上流の先細り部分と、出口に向かってス
ロートから発散する下流のディフューザー部分とを有す
るベンチュリを備える第1流体コンジットに第1流体を
流す工程を備え、また、第2流体の流れを、上記ベンチ
ュリの上記スロートの領域における離散的な開口を通じ
て上記第1流体の流れに統合する工程を備え、この工程
で、これら二つの流れを、上記出口の方に向かって一緒
に流すに従って次第に上記ベンチュリの拡散領域で混合
するようにし、上記第2流体の流れを、上記ベンチュリ
を通る上記第1流体の流れの方向に対し45°から90
°の範囲の角度で配置された平面の方向、および、二つ
の流体の流れが合流する地点で上記ベンチュリスロート
の接平面に対して30°より小さい方向から、上記第1
流体の流れに方向づけている。
えば、排気再循環システムでの吸気ガスの流れおよび再
循環排気ガスの流れ)を一緒に混合するための方法を提
供し、上記方法は、縮小された直径のスロートの方に向
かって収束する上流の先細り部分と、出口に向かってス
ロートから発散する下流のディフューザー部分とを有す
るベンチュリを備える第1流体コンジットに第1流体を
流す工程を備え、また、第2流体の流れを、上記ベンチ
ュリの上記スロートの領域における離散的な開口を通じ
て上記第1流体の流れに統合する工程を備え、この工程
で、これら二つの流れを、上記出口の方に向かって一緒
に流すに従って次第に上記ベンチュリの拡散領域で混合
するようにし、上記第2流体の流れを、上記ベンチュリ
を通る上記第1流体の流れの方向に対し45°から90
°の範囲の角度で配置された平面の方向、および、二つ
の流体の流れが合流する地点で上記ベンチュリスロート
の接平面に対して30°より小さい方向から、上記第1
流体の流れに方向づけている。
【0017】
【発明の実施の形態】図を参照すると、図1は、吸気マ
ニホルド2と排気マニホルド3を備える内燃機関を示
す。第1排気ライン4は、排気マニホルド3からターボ
チャージャ7のタービン6を経由して出口5まで排気ガ
スを案内する。ターボチャージャコンプレッサ8は、入
口9から受け取った吸気ガス圧縮し、これを後置冷却器
11経由で吸気ライン10を通して吸気マニホルド2に
導入する。
ニホルド2と排気マニホルド3を備える内燃機関を示
す。第1排気ライン4は、排気マニホルド3からターボ
チャージャ7のタービン6を経由して出口5まで排気ガ
スを案内する。ターボチャージャコンプレッサ8は、入
口9から受け取った吸気ガス圧縮し、これを後置冷却器
11経由で吸気ライン10を通して吸気マニホルド2に
導入する。
【0018】EGR(排気ガス循環)システムは、排気
マニホルド3(または第1排気ガスライン4)から排気
ガスを受けとるEGRガスライン12を有し、これをE
GRクーラ13およびEGR制御バルブ14経由で吸気
ガスライン10に導入する。EGRガスの流れは、吸気
ライン10に設けられたベンリュリ15のスロートで吸
気ガスの流れに合流させられる。
マニホルド3(または第1排気ガスライン4)から排気
ガスを受けとるEGRガスライン12を有し、これをE
GRクーラ13およびEGR制御バルブ14経由で吸気
ガスライン10に導入する。EGRガスの流れは、吸気
ライン10に設けられたベンリュリ15のスロートで吸
気ガスの流れに合流させられる。
【0019】図1で記述されたエンジンとEGRシステ
ムは、基礎的な構成要素を有する典型的なシステムの一
例である。この発明は、EGRガスの流れを、ベンチュ
リ15で吸気ガスの流れに混合する特別な方法に関す
る。
ムは、基礎的な構成要素を有する典型的なシステムの一
例である。この発明は、EGRガスの流れを、ベンチュ
リ15で吸気ガスの流れに混合する特別な方法に関す
る。
【0020】この発明の第1実施形態のベンチュリ15
を、図2および図3に示す。これは、スロート17の方
向に先細りになっている上流部分16と、下流のディフ
ューザー部分18とを有するベンチュリを示している。
吸気ガスがベンチュリを通って流れるとき、吸気ガスの
圧力は、流れが上流の先細りの部分16で加速されるに
従って低下し、ベンチュリスロート17で最小値に達す
る。そして、吸気ガスの圧力は、ガスが下流のディフュ
ーザー部分18でゆっくり流れるに従って再び増大す
る。それゆえに、局所的に低い気圧が、ベンチュリスロ
ート17で吸気ガスに作り出される。
を、図2および図3に示す。これは、スロート17の方
向に先細りになっている上流部分16と、下流のディフ
ューザー部分18とを有するベンチュリを示している。
吸気ガスがベンチュリを通って流れるとき、吸気ガスの
圧力は、流れが上流の先細りの部分16で加速されるに
従って低下し、ベンチュリスロート17で最小値に達す
る。そして、吸気ガスの圧力は、ガスが下流のディフュ
ーザー部分18でゆっくり流れるに従って再び増大す
る。それゆえに、局所的に低い気圧が、ベンチュリスロ
ート17で吸気ガスに作り出される。
【0021】EGRガスは、正反対に位置する二つのE
GRガス入口通路19および20を通して、ベンチュリ
のスロート18で吸気ガスの流れに導入される。
GRガス入口通路19および20を通して、ベンチュリ
のスロート18で吸気ガスの流れに導入される。
【0022】EGRガス入口通路19および20は、循
環排気ガスを、主要な吸気ガスの流れ方向に対して横向
きの方向でかつベンチュリスロート17の接線の方向か
ら、ベンチュリに導入するように配置されている(入口
19および20の各々は、EGRガスを周方向の同じ向
きに導入している)。接線方向のEGRガスの流れは、
ベンチュリのディフューザー18を通って流れる混合ガ
スの流れに渦巻成分を与えている。これを、図4に示し
ている。
環排気ガスを、主要な吸気ガスの流れ方向に対して横向
きの方向でかつベンチュリスロート17の接線の方向か
ら、ベンチュリに導入するように配置されている(入口
19および20の各々は、EGRガスを周方向の同じ向
きに導入している)。接線方向のEGRガスの流れは、
ベンチュリのディフューザー18を通って流れる混合ガ
スの流れに渦巻成分を与えている。これを、図4に示し
ている。
【0023】主要な吸気ガスの流れに接するように循環
排気ガスを導入することは、幾つかの利点を提供する。
比較的高い向きを変える圧力が、循環排気ガスと主要な
吸気ガスの二つの流れが合流する地点に生じ、混合を促
進する。ベンチュリ15のディフューザー部分18での
渦巻動作によるガスの流れの経路の長さのかなり増加
は、混合を更に促進する。
排気ガスを導入することは、幾つかの利点を提供する。
比較的高い向きを変える圧力が、循環排気ガスと主要な
吸気ガスの二つの流れが合流する地点に生じ、混合を促
進する。ベンチュリ15のディフューザー部分18での
渦巻動作によるガスの流れの経路の長さのかなり増加
は、混合を更に促進する。
【0024】渦巻の更なる利点は、混合ガスの流れの拡
散を促進することである。渦巻成分がなければ、流れは
ディフューザー部分18の壁から離れて流れる傾向があ
り、その結果エンジンに供給される吸気ガスの流れの圧
力に損失が生じることになる。しかしながら、渦巻によ
って生成された向心力は、流れをディフューザーの壁に
押し付け、拡散過程を促進して、圧力の損失を最小限に
する。この発明のテストは、円錐ディフューザーの流れ
に8°から16°の向きをかえる成分を含ませることに
より、渦巻成分を持たない流れと比較して拡散過程がか
なり向上することを示している。
散を促進することである。渦巻成分がなければ、流れは
ディフューザー部分18の壁から離れて流れる傾向があ
り、その結果エンジンに供給される吸気ガスの流れの圧
力に損失が生じることになる。しかしながら、渦巻によ
って生成された向心力は、流れをディフューザーの壁に
押し付け、拡散過程を促進して、圧力の損失を最小限に
する。この発明のテストは、円錐ディフューザーの流れ
に8°から16°の向きをかえる成分を含ませることに
より、渦巻成分を持たない流れと比較して拡散過程がか
なり向上することを示している。
【0025】図2および図3に示すこの発明の実施形態
では、EGRガス入口通路19および20は、ベンチュ
リスロート17に導入するEGRガスの接線特性を強化
する平坦な矩形形状を有している。しかしながら、単純
なチユ−ブパイプを含む他の入口形状を使用しても良い
ことは、理解されるだろう。実際、入口通路を、ベンチ
ュリスロート17の接線方向に配置する必要はなく、入
口通路を、EGRガスの流れが、主要な吸気ガスの流れ
の接線方向に導かれるように備える必要はない。
では、EGRガス入口通路19および20は、ベンチュ
リスロート17に導入するEGRガスの接線特性を強化
する平坦な矩形形状を有している。しかしながら、単純
なチユ−ブパイプを含む他の入口形状を使用しても良い
ことは、理解されるだろう。実際、入口通路を、ベンチ
ュリスロート17の接線方向に配置する必要はなく、入
口通路を、EGRガスの流れが、主要な吸気ガスの流れ
の接線方向に導かれるように備える必要はない。
【0026】EGRガスの流れは、ベンチュリ15に対
し少なくとも略接線方向になることが好まれるが、EG
Rガスの流れは、(ベンチュリの軸に対して)径方向の
成分を有していても良く、その状態でも従来技術の配置
よりも利点が提供される状態となっている。接線方向か
ら30°までのより大きなずれは、満足する結果を与え
るかもしれないけれども、接線方向から5°よりも小さ
なずれが、好まれる。
し少なくとも略接線方向になることが好まれるが、EG
Rガスの流れは、(ベンチュリの軸に対して)径方向の
成分を有していても良く、その状態でも従来技術の配置
よりも利点が提供される状態となっている。接線方向か
ら30°までのより大きなずれは、満足する結果を与え
るかもしれないけれども、接線方向から5°よりも小さ
なずれが、好まれる。
【0027】同様に、EGRガスの流れは、ベンチュリ
を通る主要な吸気ガスの流れに対し厳密に横方向になる
必要はなく、ベンチュリの軸に対して軸方向の成分を有
することができる。そのような軸方向成分は、渦巻効果
を減じるだろうと思われる。しかしながら、約45°ま
での角度であれば、充分な渦巻が引き起こされ、従来技
術における配置よりもかなりの改良が提供される。
を通る主要な吸気ガスの流れに対し厳密に横方向になる
必要はなく、ベンチュリの軸に対して軸方向の成分を有
することができる。そのような軸方向成分は、渦巻効果
を減じるだろうと思われる。しかしながら、約45°ま
での角度であれば、充分な渦巻が引き起こされ、従来技
術における配置よりもかなりの改良が提供される。
【0028】ベンチュリ15の形状に修正を加えてもい
いということは、理解されるだろう。例えば、先細りの
部分16の角度およびディフューザー部分18の角度
を、変化させても良く、スロート17の長さを変化させ
ても良い。そのような修正は、熟練した人には明白であ
るだろう。
いということは、理解されるだろう。例えば、先細りの
部分16の角度およびディフューザー部分18の角度
を、変化させても良く、スロート17の長さを変化させ
ても良い。そのような修正は、熟練した人には明白であ
るだろう。
【0029】また、EGRガス入口を、二つのEGRガ
ス入口よりも少ないEGRガス入口か、または、二つの
EGRガス入口よりも多いEGRガス入口にしても良い
ということも理解される。異なる数のEGRガス入口を
有するこの発明の他の実施形態、および、異なる形態の
EGRガス入口を有するこの発明の他の実施形態の幾つ
かが、図5から図8に示されている。
ス入口よりも少ないEGRガス入口か、または、二つの
EGRガス入口よりも多いEGRガス入口にしても良い
ということも理解される。異なる数のEGRガス入口を
有するこの発明の他の実施形態、および、異なる形態の
EGRガス入口を有するこの発明の他の実施形態の幾つ
かが、図5から図8に示されている。
【0030】図5は、一つの接線方向のEGRガス入口
22を備えたベンチュリスロート21の断面図を示して
いる。図3および図4の二つの入口配置と比較したと
き、この配置の一つの欠点は、非対称性がガスの流れに
引き起こされて、その結果、混合ガスの流れがディフュ
ーザーの壁から離れて、ガスの流れに導入された渦巻の
有益な効果を減じることである。従って、正反対の位置
にEGRガス入口を複数有することが好まれる。例え
ば、二組の正反対の位置に配置された四つのEGRガス
入口を有する実施形態を、図6に示している。
22を備えたベンチュリスロート21の断面図を示して
いる。図3および図4の二つの入口配置と比較したと
き、この配置の一つの欠点は、非対称性がガスの流れに
引き起こされて、その結果、混合ガスの流れがディフュ
ーザーの壁から離れて、ガスの流れに導入された渦巻の
有益な効果を減じることである。従って、正反対の位置
にEGRガス入口を複数有することが好まれる。例え
ば、二組の正反対の位置に配置された四つのEGRガス
入口を有する実施形態を、図6に示している。
【0031】図7に、接線部分26と、ベンチュリスロ
ート25を取り囲む環状部分27とを有するEGRガス
入口を備えたベンチュリスロート25の断面図を示す。
環状部分27は、周方向にずらりとならんだノズルによ
って提供され、それら各々の角度は、EGRガスをベン
チュリスロートの略接線方向に方向づけている。この配
置の変形例として、図8に示すものがある。図8の配置
では、EGR入口は、接線部分28と、弓状部分29と
を備え、この弓状部分29は、ベンチュリスロート30
を部分的に囲み、かつ、EGRガスをベンチュリスロー
トの接線方向に導く連続したノズル31を有している。
ート25を取り囲む環状部分27とを有するEGRガス
入口を備えたベンチュリスロート25の断面図を示す。
環状部分27は、周方向にずらりとならんだノズルによ
って提供され、それら各々の角度は、EGRガスをベン
チュリスロートの略接線方向に方向づけている。この配
置の変形例として、図8に示すものがある。図8の配置
では、EGR入口は、接線部分28と、弓状部分29と
を備え、この弓状部分29は、ベンチュリスロート30
を部分的に囲み、かつ、EGRガスをベンチュリスロー
トの接線方向に導く連続したノズル31を有している。
【0032】この発明の適用は、上においては排気ガス
再循環システムでされたけれども、この発明を、もっと
広く適用できることは認識されるだろう。すなわち、こ
の発明は、流体である気体または液体の流れを効率的に
混合する事を必要とするいかなる応用にも利用でき、例
えば、化学物質を混合するような場合に利用できる。そ
して、そのような応用においては、この発明は、二つよ
り多くの異なる流体の流れを混合するのに使用されるか
もしれず、例えば、図6の実施形態では、五つの異なっ
た流体の流れを一つの流れに混合することができる。
再循環システムでされたけれども、この発明を、もっと
広く適用できることは認識されるだろう。すなわち、こ
の発明は、流体である気体または液体の流れを効率的に
混合する事を必要とするいかなる応用にも利用でき、例
えば、化学物質を混合するような場合に利用できる。そ
して、そのような応用においては、この発明は、二つよ
り多くの異なる流体の流れを混合するのに使用されるか
もしれず、例えば、図6の実施形態では、五つの異なっ
た流体の流れを一つの流れに混合することができる。
【図1】 ターボチャージャエンジンとベンチュリを含
むEGRシステムの概略図である。
むEGRシステムの概略図である。
【図2】 図1に示すEGRシステムに組みこまれてい
るかもしれないこの発明の第1実施形態のベンチュリ配
置の図である。
るかもしれないこの発明の第1実施形態のベンチュリ配
置の図である。
【図3】 図2のベンチュリ配置のスロートの断面図で
ある。
ある。
【図4】 図2および図3に示すベンチュリで実現され
るガスの混合を示す図である。
るガスの混合を示す図である。
【図5】 この発明の1実施形態のベンチュリ配置のス
ロートの断面図である。
ロートの断面図である。
【図6】 この発明の1実施形態のベンチュリ配置のス
ロートの断面図である。
ロートの断面図である。
【図7】 この発明の1実施形態のベンチュリ配置のス
ロートの断面図である。
ロートの断面図である。
【図8】 この発明の1実施形態のベンチュリ配置のス
ロートの断面図である。
ロートの断面図である。
4 第1排気ライン
15 ベンチュリ
16 先細り部分
17 スロート
18 ディフューザー部分
19,20 EGRガス入口通路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 リチャード・エバンズ
イギリス、エイチディ1・6アールエイ、
ハッダーズフィールド、セント・アンドリ
ュース・ロード、ホルセット・エンジニア
リング・カンパニー・リミテッド内
Fターム(参考) 3G062 AA05 ED04 ED05
4G035 AB02 AC23
Claims (17)
- 【請求項1】 入口と出口の間の第1流体の流れを導く
第1流体コンジットを備え、 また、上記入口と上記出口の間の上記第1流体コンジッ
トに設けられたベンチュリを備え、このベンチュリは、
直径が縮小されているスロートの方に向かって収束する
上流の先細りの部分および上記出口の方に向かって上記
スロートから発散する下流のディフューザー部分を有
し、上記先細りの部分、上記スロートおよび上記ディフ
ューザー部分は、中心軸の周りに形成されており、 また、第2流体の流れを上記第1流体の流れに合流させ
るために、上記ベンチュリの上記スロートに連通してい
る離散的な開口を有する少なくとも一つの混合入り口を
備え、この結果、上記二つの流体の流れは、上記出口に
向けて上記ベンチュリの上記ディフューザー部分を通る
に従って次第に混合するようになり、 上記混合入口は、上記第2流体を、上記中心軸に対して
45°から90°の間の角度に配置された平面の方向
で、かつ、上記混合入口の領域における上記ベンチュリ
の上記スロートの接平面に対して30°より小さい方向
から、上記ベンチュリの上記スロートの内に導くような
形状であることを特徴とする二つの流体の流れを一緒に
混合するための装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、上記第
2流体の流れは、上記接平面から約5°より小さい角度
で方向づけられていることを特徴とする装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の装置において、上記第
2流体の流れは、上記接平面と略平行に方向づけられて
いることを特徴とする装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか一つに記載の
装置において、上記第2流体の流れは、上記中心軸に対
し約60°より大きい角度で方向づけられていることを
特徴とする装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の装置において、上記第
2流体の流れは、上記中心軸に対し約85°よりも大き
い角度で方向づけられていることを特徴とする装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の装置において、上記第
2流体の流れは、上記中心軸に対し略横方向に方向づけ
られていることを特徴とする装置。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の
装置において、一つあるいは複数の上記混合入口は、上
記ベンチュリの上記スロートの壁に設けられた各開口を
通じて上記ベンチュリと連通し、上記各開口は、上記ベ
ンチュリの上記スロートの円周の1/4より小さい円周
の広がりを有していることを特徴とする装置。 - 【請求項8】 請求項7に記載の装置において、一つあ
るいは複数の上記混合入口は、上記ベンチュリの上記ス
ロートの壁に設けられた各開口を通じて上記ベンチュリ
と連通し、上記各開口は、上記ベンチュリの上記スロー
トの円周の1/8より小さい円周の広がりを有している
ことを特徴とする装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載の
装置において、一つあるいは複数の上記混合入口は、上
記ベンチュリの上記スロートの壁の開口を通して上記ベ
ンチュリと連通し、上記開口は、円周方向の広がりより
も大きな軸方向の広がりを有することを特徴とする装
置。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1つに記載
の装置において、上記ベンチュリの上記スロートと連通
する少なくとも一対の上記混合入口を、正反対の位置に
備えることを特徴とする装置。 - 【請求項11】 請求項10に記載の装置において、上
記ベンチュリの上記スロートの円周のまわりに二組の混
合入口を備えることを特徴とする装置。 - 【請求項12】 請求項1乃至11に記載の装置におい
て、一つあるいは複数の上記混合入口は、上記ベンチュ
リの上記スロートの壁の開口と連通する略まっすぐなチ
ューブ部分を備えることを特徴とする装置。 - 【請求項13】 請求項1乃至6のいずれか1つに記載
の装置において、上記混合入口は、少なくとも一部分が
上記ベンチュリの上記スロートの円周のまわりに延びて
いる弓状の通路を備え、この弓状の通路は、離間された
複数の開口をを有し、上記第2流体の流れを、上記ベン
チュリの上記スロートの円周上における上記一部分のま
わりの異なる位置で、上記第1流体の流れに合流させる
ことを特徴とする装置。 - 【請求項14】 請求項13に記載の装置において、上
記弓状の通路に配置される複数のベーンを備え、上記第
2流体の流れを、円周上の隣同士の上記ベーンによって
画定される開口を通じて方向づけることを特徴とする装
置。 - 【請求項15】 請求項1乃至14に記載のいずれか1
つに記載の装置を備え、上記第1流体コンジットはエン
ジンの吸気ラインであり、上記混合入口は、上記エンジ
ンの排気装置からの再循環排気ガスを受け取ることを特
徴とする内燃機関のための排気ガス再循環システム。 - 【請求項16】 小さな直径の方に向かって収束する上
流の先細り部分と、出口に向かってスロートから発散す
る下流のディフューザー部分とを有するベンチュリを備
えている第1流体コンジットに第1流体を流す工程を備
え、 また、第2流体の流れを、上記ベンチュリの上記スロー
トの領域における離散的な開口を通じて上記第1流体の
流れに統合する工程を備え、この工程で、これら二つの
流れを、上記出口の方に向かって一緒に流すに従って、
上記ベンチュリの拡散領域で混合するようにし、 上記第2流体の流れを、上記ベンチュリを通る上記第1
流体の流れの方向に対し45°から90°の範囲の角度
で配置された平面の方向、かつ、二つの流体の流れが合
流する地点で上記ベンチュリの上記スロートの接平面に
対し30°より小さい方向から、上記第1流体の流れに
方向づけることを特徴とする二つの流体の流れを一緒に
混合するための方法。 - 【請求項17】 内燃機関の排気ガス再循環システムに
おける吸気ガスの流れと再循環される排気ガスの流れと
を一緒に混合するための方法において、上記方法は、 直径が縮小されているスロートの方に向かって先細りと
なる上流部分と、上記スロートから発散する下流のディ
フューザー部分とを有するベンチュリを通じて吸気ガス
の流れを流す工程と、 上記ベンチュリの上記スロートの領域で、一つあるいは
二つ以上の混合入口を経由して、上記再循環排気ガスの
流れを上記吸気ガスの流れに合流させる工程とを備え、 上記第2流体の流れを、上記ベンチュリを通る上記第1
流体の流れの方向に対し45°から90°の範囲の角度
で配置された平面の方向、かつ、二つの流体の流れが合
流する地点で上記ベンチュリの上記スロートの接平面に
対し30°より小さい方向から、上記第1流体の流れに
方向づけることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環
システムにおける吸気ガスの流れと再循環される排気ガ
スの流れとを一緒に混合するための方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB0113735 | 2001-06-05 | ||
GBGB0113735.5A GB0113735D0 (en) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | Mixing fluid streams |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003003910A true JP2003003910A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=9916004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002162953A Pending JP2003003910A (ja) | 2001-06-05 | 2002-06-04 | 流体の流れを混合するための装置および方法 |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US20030015596A1 (ja) |
EP (1) | EP1264981A1 (ja) |
JP (1) | JP2003003910A (ja) |
KR (1) | KR20020092835A (ja) |
CN (1) | CN1405443A (ja) |
GB (1) | GB0113735D0 (ja) |
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KR101758209B1 (ko) * | 2015-11-06 | 2017-07-14 | 주식회사에이비테크 | 액―액 혼합 장치 |
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