JP2008138686A - エジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】気圧式倍力装置用のエジェクタにおいて、安定した負圧を供給できるようにする。
【解決手段】入口６７を有するノズルと、出口６９を有するディフューザと、これらの間に開口する吸引口とを構成する平板状の凹部を単一部材であるエジェクタ本体６０に形成する。エジェクタ本体６０に、シールプレート６２を介してバックプレート６１を結合してエジェクタ５９を構成する。ノズルとディフューザとで単一のラバールノズルを形成することにより、低い作動負圧によって高い出力負圧を得ることができる。ノズルとディフューザとが単一部材であるエジェクタ本体６０の平板状の凹部によって構成されているので、製造が容易であり、また、ノズルとディフューザとの位置ずれを防止して安定した負圧を供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の制動装置に装着される気圧式倍力装置用のエジェクタに関するものである。

一般的に、自動車の制動装置においては、制動力を高めるために気圧式倍力装置が設けられている。この気圧式倍力装置は、エンジンの吸気負圧を負圧室に導入して、大気圧との差圧によってパワーピストンに推力を発生させて制動装置の操作力を補助している。

この種の気圧式倍力装置は、エンジンの吸気負圧を利用するため、冷間始動直後等、エンジンの吸気負圧が小さい運転状態においては、充分な負圧（真空度）が得られず、サーボ力が低下する場合がある。そこで、従来、エジェクタを利用して、負圧室に導入される負圧を高めるようにした、気圧式倍力装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開昭５９−５０８９４号公報 特開昭６０−２９３６６号公報

従来のエジェクタの構造の一例について、図１３を参照して説明する。図１３に示すように、エジェクタ１は、入口側にテーパ部２Ａを形成した直管ノズル２の下流側に、入口および出口側にテーパ部３Ａ、３Ｂを形成した直管ディフューザ３を配置して、これらの間に吸引口４を形成し、吸引口４に負圧取出口５を連通させたものである。この構成により、ノズル２の入口からディフューザ３の出口に向って気体を流すことによって、吸引口４に負圧を発生させ、この負圧によって負圧取出口５から流体を吸引する。

次に、エジェクタ１を利用した従来の気圧式倍力装置の一例について、図１４を参照して説明する。図１４に示すように、気圧式倍力装置６では、エンジン７の吸気管８におけるスロットルバルブ９の下流側にエジェクタ１の出口が接続され、さらに、逆止弁１０、１１を介して倍力装置本体の負圧室１２が接続されている。また、スロットルバルブ９の上流側にエジェクタ１の入口が接続され、エジェクタ１の負圧取出口５に逆止弁１１を介して負圧室１２が接続されている。なお、図中、符号１３はエアフィルタ、１４はマフラを示す。

このように構成したことにより、エンジン７の吸気管８内の負圧が負圧室１２内の負圧よりも充分高い場合には、逆止弁１０、１１を介して、吸気管８の負圧が負圧室１２に直接導入される。また、負圧室１２の負圧が高まり、吸気管８の負圧が充分でなくなると、エジェクタ１を介してスロットルバルブ９をバイパスする空気の流れによって、負圧が高められ、その負圧が負圧取出口５から逆止弁１１を介して負圧室１２に導入される。このようにして、吸気管８の負圧が低い場合でも、エジェクタ１によって高い負圧を発生させて負圧室１２に供給することができる。

しかしながら、上記従来のエジェクタ１では、次のような問題がある。ノズル２とディフューザ３とが別体で構成されているため、ノズル２とディフューザ３とに軸ずれが発生すると、安定した負圧を供給することができなくなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、安定した負圧を供給することができるエジェクタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、ノズルの下流側にディフューザを配置し、これらの間に吸引口を配置したエジェクタにおいて、前記ノズルと前記ディフューザとが、単一部材で構成され、作動流体の流れ方向に対称に、滑らかに縮小された入口とゆるい広がり角度の拡大出口とを有する単一のラバールノズルを形成することを特徴とする。

本発明に係るエジェクタによれば、ノズルとディフューザとで、単一のラバールノズルを形成したことにより、低い作動負圧によって高い出力負圧を得ることができ、ノズルとディフューザとが単一部材で構成されているので、これらの位置ずれを防止して安定した負圧を供給することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図４に示すように、エジェクタ５９は、エジェクタ本体６０（単一部材）とバックプレート６１とをシールプレート６２を挟んで一体に結合させた構成となっている。

エジェクタ本体６０のバックプレート６１との平坦な接合面には、ノズル６３、ディフューザ６４、これらの間に配置された一対の吸引口６５および一方の吸引口６５に連通する負圧通路６６を形成する平板状の凹部が形成されている。また、その背面側には、ノズル６３の入口６７に連通するフィルタ室６８およびディフューザ６４の出口６９に連通する吸気管接続口７０が形成されている。これらの各要素を含むエジェクタ本体６０は、合成樹脂の射出成形によって一体成形することができる。フィルタ室６８の開口部には、フィルタ要素７１が取付けられて、多孔板７２によって固定されている。

バックプレート６１のエジェクタ本体６０との接合面には、一対の吸引口６５を互いに連通させる連通路７３を形成する凹部が形成されている。さらに、バックプレート６１には、吸気管接続口７０に連通されるブースタ接続口７４および負圧通路６６に連通され、これをブースタ接続口７４に連通させる負圧取出口６６Ａ（図５参照）が形成されている。これらの各要素を含むバックプレート６１は、合成樹脂の射出成形によって一体成形することができる。

シールプレート６２は、図３および図４に示すように、薄板状のばね部材７５の両面に薄いゴムまたは軟質樹脂の被覆７６を密着させた構造であり、ブースタ接続口７４および負圧取出口６６Ａに配置される逆止弁７７、７８の円板状の弁体７９、８０を形成するための円弧状の溝８１、８２および吸引口６５と連通路７３とを連通させるための一対の孔８３が打ち抜かれている。逆止弁７７は、弁体７９をバックプレート６１側に形成された弁座８４に着座させて、ブースタ接続口７４側から吸気管接続口７０側への空気の流れのみを許容する。逆止弁７８は、弁体８０をバックプレート６１側に形成された弁座（図示せず）に着座させて、負圧取出口６６Ａ側から負圧通路６６側への空気の流れのみを許容する。

図５に示すように、エジェクタ５９は、吸気管接続口７０がエンジン８５の吸気管のスロットルバルブ８６の下流側に接続され、ブースタ接続口７４が倍力装置本体の負圧室８７に接続されて気圧式倍力装置に装着される。

次に、エジェクタ５９のノズル６３およびディフューザ６４の形状について説明する。
図６に示すように、ノズル６３とディフューザ６４とは、滑らかに縮小されたされた入口と、ゆるい広がり角度の拡大出口とを有する単一のいわゆるラバールノズルを構成するように、互いに接続、配置する。図に示す矩形断面の２次元ノズルでは、拡大部の広がり角θは、５〜１０度とするが、円形断面の同軸３次元ノズルとする場合には、断面積変化率も考慮して、３〜６度程度に広がり角θを小さくする。入口の縮小部は、損失を小さくするため、滑らかな曲線とする（円弧でもよい）。ノズルの最も狭いスロート部は、縮小入口と拡大出口とを滑らかに接続する曲線とする。‐２００ｍｍＨｇ程度の作動負圧で、高い吸引負圧を得るため、吸引口６５の開口部は、スロート部からスロート幅（直径）ｄの２〜３倍程度下流に配置する。なお、図示の例では、拡大出口を直線状としているが、下流側が風洞のように矩形断面の直管に接続される場合で、全断面においてほぼ一様な流速が必要なときは、ゆるい変化の曲線状として、断面変化率の急激な変化を避けるとよい。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
エンジン８５の吸気負圧が負圧室８７内の負圧よりも充分高い場合には、逆止弁７７を介して、吸気負圧が負圧室８７に直接導入される。また、負圧室８７の負圧に対して、エンジンの吸気負圧が不充分である場合、吸気負圧によってエジェクタの入口から空気が導入され、出口へ向って流れる。この空気の流れによって、吸引口に高い負圧が発生し、この負圧が逆止弁７８を介して負圧室８７に導入される。このようにして、エンジン８５の吸気負圧が低い場合でも、エジェクタ５９によって高い負圧を発生させて負圧室８７に導入することができる。

エジェクタ本体６０とバックプレート６１とをシールプレート６２を介して結合させる構造としたことにより、エジェクタ本体６０およびバックプレート６１を樹脂の射出成形によって容易に高精度に製造することができる。フィルタ要素７１および逆止弁７７、７８を一体に組込むことができ、小型化を図ることができる。薄いゴムまたは軟質樹脂の被覆７６を両面い密着させた構造のシールプレート６２を用いたことにより、エジェクタ本体６０とバックプレート６１との接合部を確実にシールすることができる。

なお、上記実施形態では、フィルタ要素をエジェクタに収容する構造としているが、フィルタ要素を省略して、エジェクタの入口側をエンジン吸気装置のエアフィルタに接続するようにしてもよい。

ノズル６３およびディフューザ６４によって、単一のラバールノズルを形成したことにより、次のような結果を得ることができる。
図７に示すように、空気入口を大気圧（７６０ｍｍＨｇ）として、空気出口の圧力を徐々に下げると、ノズル内の静圧は、初期出口圧が−１００ｍｍＨｇ（絶対圧６６０ｍｍＨｇ）以下の作動圧では、図７中、破線（１）で示すように、スロート部で最も低くなる。作動負圧‐１００ｍｍＨｇ程度でスロート部の流速が音速に達し、スロート部静圧は、ほぼ‐３６０ｍｍＨｇ（絶対圧４００ｍｍＨｇ）まで到達する。ただし、このときのスロート部の音速は、静止大気中の３４０ｍ／ｓではなく、断熱膨張による温度低下によって１割ほど低下する。

さらに、作動負圧を下げても、スロート部の静圧、マッハ数、通過質量流量は変化しないが、図７中、実線（２）で示すように、拡大管部では、さらに静圧の低下およびマッハ数の増大が起こり、拡大管の途中に垂直衝撃波が発生する。このとき、最低静圧は、垂直衝撃波の直前で得られ、衝撃波面で急激に静圧が上昇し、マッハ数が低下し、さらに後方では静圧が出口圧まで徐々に回復する。垂直衝撃波の発生位置は、作動負圧をさらに低圧とすると、図７中、一点鎖線（３）で示すように、後方へ移動し、最低静圧はさらに低圧となり、マッハ数も増大する。

スロート幅（直径）ｄに対する広がり角θ、スロート部面積に対する拡大管部断面積の拡大率など、影響する要因は多いが、図示の２次元ノズルで、スロート幅０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、スロート部高さがスロート幅の２〜４倍、広がり角θが５〜１０度程度の範囲では、作動負圧‐２００ｍｍＨｇ（絶対圧５６０ｍｍＨｇ）で垂直衝撃波は、スロート部からスロート幅ｄの２〜３倍程度後方の位置に発生し、最低静圧は、‐５００ｍｍＨｇ（絶対圧２６０ｍｍＨｇ）程度、マッハ数１．３程度が得られる。この大きな負圧を有効に利用できるように、エジェクタの吸引口を配置することにより、大きな負圧を得ることができる。

図示の例において、スロート幅０．６ｍｍ、スロート高さ２．０ｍｍ、広がり角７．５度、スロート部から０．８〜２．０ｍｍの範囲に吸引口の開口部を配置した２次元エジェクタによる作動負圧に対する到達真空度の変化を図８に示し、また、２リットルの真空室を大気圧から減圧するときのタンク圧の変化を図９に示す。この場合、作動負圧‐２００ｍｍＨｇ（絶対圧５６０ｍｍＨｇ）において、‐４３０ｍｍＨｇ（絶対圧３３０ｍｍＨｇ）の高い負圧を得ることができ、また、２リットルの真空室を‐３００ｍｍＨｇで吸引したとき、約２０秒で‐４００ｍｍＨｇまで吸引する排気速度が得られた。

なお、上記実施形態では、一対の吸引口を左右対称位置に配置しているが、上述のように、最低静圧が得られる位置は、作動負圧によって移動するため、図１０に示すように、吸引口６５を軸方向に沿って複数配置し、逆止弁８８、８９を設けることにより、作動負圧に応じて吸引口６５を選択することにより、広い範囲の作動負圧において、大きな負圧を得ることができる。この場合、図１１に示すように、左右の吸引口６５を軸方向にオフセットして配置するようにしてもよい。

ノズル６３から噴出した超音速流は、吸引口６５を通過する際に若干広がる傾向があり、また、吸引口６５から流量が追加されるので、図１２に示すように、吸引口６５の下流側のディフューザ６４をδだけやや幅広（大径）とすることにより、空気の流れを円滑することができ、特に、大流量域において性能の向上が期待できる。なお、図１２の例では、空気の流れを円滑にすべく、吸引口の開口部と下流側のディフューザとの接合部を滑らかな円弧状に形成している。

本発明の一実施形態に係るエジェクタの縦断面図である。 図１の装置のエジェクタ本体の平面図である。 図１の装置のシールプレートの平面図である。 図１の装置のシールプレートの縦断面図である。 図１のエジェクタを利用した気圧式倍力装置のブロック図である。 図１のエジェクタのノズルおよびディフューザの形状を示す図である。 ラバールノズルによる静圧およびマッハ数の分布を示すグラフ図である。 図１のエジェクタによる作動負圧と到達真空度との関係を示すグラフ図である。 図１のエジェクタによる吸引時間と真空度との関係を示すグラフ図である。 図１のエジェクタにおいて、複数の吸引口を設けた変形例を示す図である。 図１のエジェクタにおいて、吸引口を異なる位置に配置した変形例を示す図である。 図１のエジェクタにおいて、ディフューザを広げた変形例を示す図である。 従来のエジェクタの縦断面図である。 従来のエジェクタを利用した気圧式倍力装置のブロック図である。

符号の説明

５９ エジェクタ、６０ エジェクタ本体（単一部材）、６３ ノズル、６４ ディフューザ、６５ 吸引口

Claims (11)

1. ノズルの下流側にディフューザを配置し、これらの間に吸引口を配置したエジェクタにおいて、前記ノズルと前記ディフューザとが、単一部材で構成され、作動流体の流れ方向に対称に、滑らかに縮小された入口とゆるい広がり角度の拡大出口とを有する単一のラバールノズルを形成することを特徴とするエジェクタ。
2. 前記ノズルと前記ディフューザとで形成される拡大出口は、一定の広がり角度を有していることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
3. 前記ノズルと前記ディフューザとが２次元ノズルで形成され、前記広がり角度が５〜１０度であることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ。
4. 前記拡大出口は直線状に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエジェクタ。
5. 前記ノズルの入口には、滑らかな曲線で形成される縮小部が設けられてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエジェクタ。
6. 前記吸引口の開口部は、前記スロート部から該スロート部の幅の２〜３倍程度下流側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエジェクタ。
7. 前記ディフューザ側の拡大出口を、前記ノズル側の拡大出口の広がり角度と同一にするとともに、前記ノズル側の拡大出口よりも幅広にしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のエジェクタ。
8. 前記吸引口の開口部と前記ディフューザとの接合部とを滑らかな円弧状に形成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のエジェクタ。
9. 前記吸引口は、作動流体の流れ方向に沿って複数対配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のエジェクタ。
10. ノズルの下流側にディフューザを配置し、これらの間に吸引口を配置したエジェクタにおいて、前記ノズルと前記ディフューザとが、単一部材に設けられた平板状の凹部により構成され、滑らかに縮小された入口とゆるい広がり角度の拡大出口とを有する単一のラバールノズルを形成することを特徴とするエジェクタ。
11. 前記平板状の凹部の高さは前記ノズルの最も狭いスロート部の幅の２〜４倍であることを特徴とする請求項１０に記載のエジェクタ。

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