(57)【要約】【課題】  エジェクタにおいて、効率を高めて、作動負圧に対して、達成負圧及び吸引流量を増大させる。【解決手段】  本発明によって提供されるエジェクタは、入口端及び出口端を有するノズル６０と、入口端及び出口端を有するディフューザと、ノズル６０の出口端とディフューザの入口端との間に吸引ポートを形成する吸引通路とが一体的に形成されたエジェクタ本体を有する。ノズル及びディフューザは、長方形断面の流路を形成し、ノズル６０の最狭部分がスロート９０を形成している。ディフューザは、５〜１０度の広がり角θ（ディフューザの中心線に対する角度θ´が２．５〜５度）で広がる広がり部分を有している。スロート９０の断面積は、１．５〜４．０ｍｍ2の範囲にあり、ノズル６０の出口端は、スロート９０から１．０ｍｍ未満の距離まで延ばされている。この構造により、エジェクタの効率を高めることができる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口端及び出口端を有するノズルと、入口端及び出口端を有するディフューザと、前記ノズルの出口端と前記ディフューザの入口端との間に吸引ポートを形成する吸引通路とが内部に一体的に形成されたエジェクタ本体を含み、前記ノズル及び前記ディフューザは、一定の高さを有する長方形断面を有し、前記ノズルの流路の最狭部分がスロートを形成するエジェクタにおいて、
前記ディフューザの流路の両側壁は、それぞれ、前記ノズルの流路の両側壁の対応する一方のスロート上の点からディフューザの中心線に平行に描いた線に対して２．５〜５度の角度の帯域にある広がり部分を有しており、
前記スロートの断面積は、１．５〜４．０ｍｍ2の範囲内にあり、
前記ノズルは、その出口端が前記スロートから１．０ｍｍ未満の距離となるように、前スロートから延ばされていることを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
入口端及び出口端を有するノズルと、入口端及び出口端を有するディフューザと、前記ノズルの出口端と前記ディフューザの入口端との間に吸引ポートを形成する吸引通路とが内部に一体的に形成されたエジェクタ本体を含み、前記ノズル及び前記ディフューザは、一定の高さを有する長方形断面を有し、前記ノズルの流路の最狭部分がスロートを形成するエジェクタにおいて、
前記ディフューザの流路の両側壁は、それぞれ、前記ノズルの流路の両側壁の対応する一方のスロート上の点からディフューザの中心線に平行に描いた線に対して２．５〜５度の角度の帯域にある広がり部分を有しており、
前記ディフューザの流路は、その入口端に隣接する部分が拡大されて一定の断面積を有しており、
前記ディフューザの拡大された部分の前記スロートの幅に対する比は、１．４〜１．８の範囲内であることを特徴とするエジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキ装置の気圧式倍力装置に使用されて、倍力装置の負圧室の真空度を増強する気圧式倍力装置用のエジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車のブレーキ装置においては、制動力を増大させ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では、エンジンの吸気負圧を倍力装置の負圧室に導入して、大気圧との差圧によって、倍力装置に設けられたパワーピストンに推力を発生させ、これにより、ブレーキ装置を操作する力を増大させている。
【０００３】
通常、エンジンは、この目的のために充分高い（真空度の）吸気負圧を供給する。例えば、エンジンは、そのアイドリング状態においても、−３００〜−４００ｍｍＨｇの範囲の吸気負圧を供給する。しかしながら、特定の場合には、吸気負圧は、−１００〜−２００ｍｍＨｇの望ましくないレベルに低下することがある。例えば、エアコン及びパワーステアリングモータ等のエンジンからの出力を利用する補機の作動によってエンジン負荷が増大したとき、エンジン回転速度の低下を防止するために、エンジン出力を増大させるべく、スロットルが開かれるように制御される。その結果、スロットルを横切る差圧が減少し、これにより、吸気負圧が低下することになる。この傾向は、小型自動車の場合において特に著しい。
【０００４】
更に、エンジンの冷間始動直後にも、充分高い負圧が得られない。これらの場合、負圧室の負圧が減少して、倍力装置のパワーピストンによって発生するサーボ力が低下する。
【０００５】
そこで、負圧室に導入される負圧を増大するために、エジェクタを利用した気圧式倍力装置を使用することが提案されている。
【０００６】
気圧式倍力装置の負圧室内の負圧を増強するためにエジェクタを使用することは公知であるが、エジェクタをより効率的にして、エンジンによって生じる作動負圧（の真空度）が低い場合でも、所望の高い負圧を供給することができようにすることが望まれている。換言すると、倍力装置の負圧室内に要求される高い負圧を得るのに通常であれば役立たない低い範囲の作動負圧を使用可能とする改良されたエジェクタが望まれている。
【０００７】
更に、負圧室を吸引する流量をより大きくして、短時間で負圧室を所望の高い真空度に復帰させることができる改良されたエジェクタが望まれている。これは、一旦、ブレーキが使用されたのちに、非常に短時間で、負圧室を所望の高い真空度にして、次回の使用に備えなければならないことから、非常に重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の点に鑑みて本発明はなされている。本発明は、作動負圧源として使用されるエンジンの吸気システム及び気圧式倍力装置と共に使用されたとき、優れた性能を発揮するエジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、入口端及び出口端を有するノズルと、入口端及び出口端を有するディフューザと、前記ノズルの出口端と前記ディフューザの入口端との間に吸引ポートを形成する吸引通路とが内部に一体的に形成されたエジェクタ本体を含み、前記ノズル及び前記ディフューザは、一定の高さを有する長方形断面を有し、前記ノズルの流路の最狭部分がスロートを形成するエジェクタにおいて、
前記ディフューザの流路の両側壁は、それぞれ、前記ノズルの流路の両側壁の対応する一方のスロート上の点からディフューザの中心線に平行に描いた線に対して２．５〜５度の角度の帯域にある広がり部分を有しており、
前記スロートの断面積は、１．５〜４．０ｍｍ2の範囲内にあり、
前記ノズルは、その出口端が前記スロートから１．０ｍｍ未満の距離となるように、前スロートから延ばされていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、入口端及び出口端を有するノズルと、入口端及び出口端を有するディフューザと、前記ノズルの出口端と前記ディフューザの入口端との間に吸引ポートを形成する吸引通路とが内部に一体的に形成されたエジェクタ本体を含み、前記ノズル及び前記ディフューザは、一定の高さを有する長方形断面を有し、前記ノズルの流路の最狭部分がスロートを形成するエジェクタにおいて、
前記ディフューザの流路の両側壁は、それぞれ、前記ノズルの流路の両側壁の対応する一方のスロート上の点からディフューザの中心線に平行に描いた線に対して２．５〜５度の角度の帯域にある広がり部分を有しており、
前記ディフューザの流路は、その入口端に隣接する部分が拡大されて一定の断面積を有しており、
前記ディフューザの拡大された部分の前記スロートの幅に対する比は、１．４〜１．８の範囲内であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１及び２の本発明に係るエジェクタによれば、作動負圧の流量に対して、効率よく吸引負圧を発生させることができ、高い真空度の負圧を得るとともに、吸引負圧の流量を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエジェクタが装備された気圧式倍力装置の負圧室に所望の負圧を得るためのシステムを示している。図１に示されるように、気圧式倍力装置１０は、倍力装置本体１２及びエジェクタ１４を備えている。エンジン１６の吸気システムが負圧源、すなわち、作動負圧源として使用されている。
【００１２】
倍力装置本体１２は、パワーピストンによって画成された負圧室１８及び変圧室を備えている。ブレーキペダルに連結された入力ロッド２０に付与された入力（ブレーキ操作力）に応じて、大気が変圧室内に導入される。負圧室１８と変圧室との間に生じた差圧によって、パワーピストンに推力が生じて、サーボ出力がブレーキ操作力に付与される。倍力装置本体１２の負圧室１８は、エンジン１６の吸気管２４のスロットルバルブ２６の下流側に、管路２２を介して連通されている。管路２２には、逆止弁２８が設けられて、吸気管２４から負圧室１８への空気の流れを阻止している。
【００１３】
エジェクタ１４は、その空気入口３２に連通するノズル３０、及び、その空気出口３６に連通するディフューザ３４を有している。ノズル３０とディフューザ３４との間に吸引ポート３８が形成されており、この吸引ポート３８にエジェクタ１４の負圧取出ポート４０が連通されている。ノズル３０からディフューザ３４への空気流の作用によって、吸引ポート３８に負圧が生じ、この負圧の作用によって負圧取出ポート４０を通して空気が吸引される。
【００１４】
エジェクタ１４の空気入口３２は、吸気管２４の上流側に取付けられたエアクリーナ４４に管路４２を介して接続されて、大気に開放されている。空気出口３６は、吸気管２４のスロットルバルブ２６の下流の部分に連通されている。さらに、負圧取出ポート４０は、倍力装置本体１２の負圧室１８に、管路４６を介して連通されている。管路４６には、逆止弁４８が設けられて、負圧取出ポート４０から倍力装置本体１２の負圧室１８への空気の流れを阻止している。
【００１５】
以上の構造において、エジェクタ１４は、次のように作動する。
エンジン１６の吸気管２４の負圧は、通常、管路２２を介して倍力装置本体１２の負圧室１８に導入される。エンジン１６の始動直後等の倍力装置本体１２の負圧室の負圧が低い状態では、エジェクタ１４の吸引ポート３８に、より高い負圧が生じて、その高い負圧が利用される。エンジン１６の吸気管２４内の負圧の作用によって、管路４２及び２２を介してエジェクタ１４の空気入口３２から空気出口３６への空気の流れが発生し、これにより、吸引ポート３８に負圧が生じる。この負圧は、負圧取出ポート４０から管路４６を介して倍力装置本体１２の負圧室１８に導入される。この場合、エジェクタ１４によって負圧取出ポート４０に、より高い負圧が生じるので、エンジン１６の始動直後で吸気管２４の負圧の低いときでも、倍力装置本体１２に充分な負圧を供給することができ、これにより、不充分なサーボ力が発生する問題を解消することができる。
【００１６】
次に、エジェクタ１４の構造上の特徴の詳細について、図２乃至図１０を参照して説明する。本実施形態では、エジェクタは、図１において参照符号２８及び４８で表される逆止弁に対応する逆止弁を内包する単一体として形成されている。
【００１７】
図２に示されるように、エジェクタ１４は、エジェクタ本体５２と、バックプレート５４と、底部カバー５６を含み、これらは、エジェクタ本体５２とバックプレート５４との間に設けられたシールプレート５８と共に、結合されて、単一体となっている。
【００１８】
エジェクタ本体５２のバックプレート５４と結合される平坦な結合面は、ノズル６０、、ディフューザ６２及び一対の吸引通路６４を形成する凹部８０を含んでいる。吸引通路６４は、吸引ポート６６がノズル６０とディフューザ６２との間に形成されるように、ノズル６０とディフューザ６２の組合わせに連通するように形成されている。
【００１９】
ノズル６０及びディフューザ６２及び吸引通路６４は、それぞれ平坦な底面を有している。図示の実施形態では、これらは、共通の平坦な底面を有している。ノズル６０、ディフューザ６２及び吸引通路６４のそれぞれは、エジェクタ本体５２の結合面から一様に延びる垂直の側壁を有しており、これにより、これらは長方形の断面を有している。
【００２０】
ノズル６０の入口端は、入口ボア６８に連通され、次いで、入口ボア６８は、エジェクタ１４の入口３２を介して、図１に示される管路４２に接続され、また、ディフューザ６２の出口端は、吸気ボア７０に連通され、次いで吸気ボア７０は、エジェクタ１４の出口３６を介して、図１に示される吸気管２４に接続される。これらの部分が設けられたエジェクタ本体５２は、合成樹脂の射出成形によって、一体成形体として成形することが可能である。
【００２１】
バックプレート５４のエジェクタ本体５２との結合面は、凹部７２及び７４を含んでいる。底部カバー５６は、倍力装置本体１２の負圧室１８に接続される吸引通路７６を有している。バックプレート５４と底部カバー５６との間に、逆止弁２８´及び４８´が設けられている。これらは、逆止弁２８及び４８（図１参照）と同様の機能を果たす。凹部７２は、吸引通路６４をシールプレート５８に形成された開口を介して逆止弁４８´に連通させ、また、凹部７４は、吸気ボア７０をシールプレート５８に形成された開口を介して逆止弁２８´に連通させる。
【００２２】
エンジンの吸気負圧（作動負圧）が負圧室１８の負圧よりも充分に高い（真空度が高い）とき、この吸気負圧は、逆止弁２８´を介して、負圧室１８に直接導入される。エンジンの吸気負圧が負圧室１８内の負圧に対して不充分である（真空度が低い）とき、エジェクタ１４の入口ボア６８から導入されて吸気ボア７０へ向かう空気は、吸引ポート６６に更に高い負圧を発生し、この負圧は、吸引通路６４、凹部７２及び逆止弁４８´を介して負圧室１８に導入される。これにより、エンジンの吸気負圧が低いときでも、エンジンの吸気負圧をエジェクタ１４の作動負圧として利用して、エジェクタ１４によって、より高い負圧を発生させ、その負圧を負圧室１８に導入することができる。
【００２３】
本発明者は、上述のタイプのエジェクタの効率は、特定のノズル及びディフューザの形状によってある程度影響されることを実験によって確認した。これらの形状に関するパラメータがエジェクタの効率にどのように影響するかについて次に説明する。
【００２４】
図５は、ノズル６０及びディフューザ６２の組合せの概略図である。このようなノズルによって形成される流体通路及びディフューザによって形成される流体通路を含む流体通路構造は、「ラバールノズル」といわれ、定義によれば、このラバールノズルは、縮小する
流路と拡大する流路を有し、これらの間にスロートが形成されている。ノズル６０は、エジェクタ本体５２の凹部８０の平坦な底面７８及び両側の側壁８２、同様に、エジェクタ本体５２に固定されるシールプレート５８の平坦面によって形成される。この底面７８は、エジェクタ本体５２の結合面に平行に延びている。さらに、これらの側壁８２は、エジェクタ本体５２の結合面へ延びている。これにより、ノズル６０は、長方形の断面を有している。
【００２５】
同様に、共通の凹部８０の平坦な底面及び両側の側壁８４、シールプレート５８の平坦面によって形成されている。これらの側壁８４はエジェクタ本体５２の結合面へ延びている。これにより、ディフューザ６２も長方形の断面を有している。
【００２６】
図５の吸引ポート６６の周辺部分を拡大して示す図６を参照して、ノズル６０の両側壁８２は、円弧によって形成されている。スロート９０は、これらの両側壁８２間の最小距離の部分によって形成されている。この距離、すなわち、スロート幅は、符号ＷＴによって示されている。ノズル６０の出口端９２は、スロート９０から離れている。スロート９０とノズル６０の出口端９２との間の距離については、以下に説明する。
【００２７】
スロートは、深さすなわち高さ方向に長軸を有し、幅方向に短軸を有する細長い長方形の断面を有することが望ましい。これは、空気流がディフューザを通過するとき、空気流は、その幅方向にのみ漸増するため、ディフューザの中間部分において、摩擦による損失を最小限にするという観点から最も望ましい流れ形態を提供する正方形の断面となるからである。さもないと、空気流は、ディフューザを通過するとき、平らになり過ぎる。また、長方形の断面の長軸と短軸にの間の寸法比は、２〜４の範囲内であることが望ましい。スロートの幅が狭すぎる場合、充分な負圧の発生を妨げる相当の摩擦を生じる。
【００２８】
また、スロートの断面積は、特定の範囲内とすることが望ましい。これは、スロートの断面積が小さ過ぎる場合、所望の高い負圧を達成するのに充分な空気を放出できないからである。一方、スロートの断面積が大き過ぎる場合、空気の流量が増大して、エンジンの吸気システムに影響する。このため、スロートの断面積は、１．５〜４．０ｍｍ2の範囲内であることが望ましい。
【００２９】
ディフューザ６２の側壁８４は、広がり部分９４を有している。広がり部分９４は、関連するノズル６０の側壁８２のスロート９０上の点を通る直線上に延びている。本実施形態では、広がり部分９４は、ディフューザの中心線に対して対称に配置されている。広がり部分９４の間に形成される角度は、「広がり角」（θ）と呼ばれる。
【００３０】
側壁８４のディフューザ６２の入口端９６側のいくらかの範囲は、平行となっている。これらの平行な側壁部分の間の距離は、ディフューザの入口端９６の幅（ＷＥ）を形成している。
【００３１】
図７〜１０は、達成される負圧の程度、すなわち、エジェクタによって吸引される流体の流量に対する各パラメータの影響を示している。
【００３２】
図７は、広がり角θを変化させたとき、吸引ポートで測定される負圧のテスト結果を示している。吸気ボア７０に付与される作動負圧は−１００ｍｍＨｇである。この−１００ｍｍＨｇという値は、小型自動車のエンジンの稼動中に得られる最低の負圧を表している。これにより、エジェクタがこの低作動負圧によって有利な効果を示せば、そのエジェクタは、通常、高作動負圧を達成する他の大型自動車にも役立つと考えられる。
【００３３】
図７に示されるように、広がり角θが５．０〜１０．０度の範囲において最も高い負圧が達成され、広がり角θが７．５度のとき最高の結果となる。広がり角が５．０度未満のでは、両側壁間の摩擦が増大して、負圧の増強が妨げられる。広がり角θが１０度を越えると、ディフューザ壁からの流れの剥離が起こって、渦を生じる。また、この状態では摩擦が増大して、達成される負圧の増強が妨げられる。
【００３４】
上述のテスト結果から判断すると、その状況を考慮して、本発明者は、広がり部分の各部を厳密に直線状とする絶対的な必要性はなく、広がり部分の各部が、関連するノズル６０の側壁のスロート９０の部分からディフューザの中心線に平行に描いた仮想線に対して２．５〜５度をなす角度θ´の帯域にあれば同等の効果が達成されることを決定した。そのような仮想線は、本実施形態では、スロート９０の側壁に接することが分かる。
【００３５】
本実施形態では、ディフューザの出口端は、吸気ボア７０に直接連通されているが、ディフューザの出口の下流において、その壁部は、断面積が減少しなければ、いかなる形状としてもよい。
【００３６】
図示のエジェクタ１４は、長方形断面のノズル及びディフューザを有しており、このため、このエジェクタは、２次元エジェクタと呼ばれるが、本発明の技術的思想は、円形断面のノズル及びディフューザを有する（３次元）エジェクタにも適用することができる。図８は、３次元エジェクタについての図７に対応する関係を示している。図８に示されるように、広がり角θが３．５〜６．５度の範囲で最も高い負圧が得られ、広がり角θが５．０度のとき、最高の結果が得られる。図７のテスト結果の場合のように、円錐形広がり部分の母線が、ノズル６０の側壁のスロート９０上の点からディフューザの中心線に平行に描いた仮想線に対して、１．７５〜３．２５度をなす角度θ´の帯域にあれば、同等の効果を達成することができる。
【００３７】
また、本発明者は、スロート９０とノズルの出口端９２との間の距離（以下、「ノズル長」という）も達成負圧に影響すると考える。図９は、ノズル長と達成負圧との間の関係を示すテスト結果を表している。この図に示されるように、ノズルスロートをノズルの終端とするよりも、ノズルは、スロートから１．０ｍｍ未満の長さの延長部を有することが望ましい。
【００３８】
上述のように、ディフューザ６２は、入口端において幅（ＷＥ）に拡大されている。この構造は、幅（ＷＥ）を拡大すると、吸引ポート６６を通して吸引される流量が増大することでは、有利である。一方、幅（ＷＥ）が増大されると、その側壁がノズルから放出される空気流の主流から遠くなり、これにより、負圧が低下する。図１０は、ディフューザの入口端の幅のスロート幅に対する比（ＷＥ／ＷＴ）が変化したときの、達成負圧及び吸引ポート６６を通して吸引される空気の流量の変動を示すテスト結果を表している。この比が１．４〜１．８の範囲では、達成負圧及び流量のそれぞれが適度に高い値をとり、いずれかが望ましくなく悪化することもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るエジェクタが装着された自動車のブレーキ装置の倍力システムの全体構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエジェクタを示す縦断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線による横断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ線による横断面図である。
【図５】図３に示すエジェクタの部品の概略図である。
【図６】図５における吸引ポートの周辺を拡大して示す図である。
【図７】２次元エジェクタの場合の達成負圧と広がり角との関係を示すグラフ図である。
【図８】３次元エジェクタの場合の達成負圧と広がり角との関係を示すグラフ図である。
【図９】達成負圧とノズル長との関係を示すグラフ図である。
【図１０】ノズルのスロート幅とディフューザの入口部分の幅との比の変化に対する達成負圧及び吸引流量の完成を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４０】
１４  エジェクタ、５２  エジェクタ本体、６６  吸引ポート、６０  ノズル、６２  ディフューザ、９０  スロート、９４  広がり部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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