JP6595410B2

JP6595410B2 - 噴射弁の冷却装置

Info

Publication number: JP6595410B2
Application number: JP2016119144A
Authority: JP
Inventors: 克弘市橋; 啓小原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: JP2017223158A

Description

本発明は、内燃機関の排気管内に流体を噴射する噴射弁を冷却する装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するシステムの一つに尿素ＳＣＲシステム（ＳＣＲ：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）が知られている。この尿素ＳＣＲシステムにあっては、内燃機関の排気管内に、排気中のＮＯｘを還元浄化するための触媒部が設けられるとともに、その触媒部の上流に還元剤としての尿素水を噴射する噴射弁が設けられる。

ここで、排気は高温であり、噴孔が形成された噴射弁のノズル先端部は高温の排気にさらされる。ノズル内部に存在する尿素水が高温になり、その尿素水がノズルの材質であるステンレスに接触するとステンレスが溶解してしまい、尿素水の噴射量を正確に制御できなくなるおそれがある。

そこで、噴射弁を冷却する装置が各種提案されている（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１には、内側に噴射弁を収容する収容空間を区画する収容部に、両端に冷却水の流入部と流出部とを有し且つ流入部から収容部の内周面の周囲に沿って少なくともほぼ１周巡回する巡回路を有する冷却水路を形成した構成が開示されている。さらに、特許文献１の構成では、巡回路の断面積を、冷却水路に冷却水を供給する供給路の断面積より小さくすることで、冷却水の流速を増速させ、冷却性能を高めている。

特開２０１２−１３７０２１号公報

ところで、特許文献１の手法とは異なる手法で噴射弁の冷却性能を高めることができるようにすることは、特許文献１の手法を採用できない事情がある場合などに有益である。

そこで、本発明は、特許文献１の手法とは異なる手法で噴射弁の冷却性能を高めることができる噴射弁の冷却装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
凹部（３３）が形成された第１部材（３）と、
内燃機関の排気管内に流体を噴射する噴射弁（２）を内側に配置して、前記噴射弁の周りに筒状に形成されるとともに、前記凹部に嵌って前記凹部の側面に筒状外周面が間隔をあけて対向する形に設けられる第２部材（４）とを備え、
前記凹部における前記第１部材と前記第２部材の間に形成される空間（５）は、前記噴射弁を冷却するための流体である冷却用流体が供給される空間とされ、前記空間には前記冷却用流体の流入口（５１）と流出口（５２）とが形成されており、
前記空間において前記空間の内周面（５３）側から外周面（５４）側への径方向に延設されるとともに、前記凹部の軸方向に延設された隔壁（６）を備え、
前記隔壁は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域から他方の区域へと導通する開口（６１、６０１）を形成している噴射弁の冷却装置（１）である。

本発明によれば、凹部が形成された第１部材の内側に、筒状の第２部材が配置されて、第１部材と第２部材との間に形成される空間（以下、流体供給空間という場合もある）に冷却用流体を供給して、その冷却用流体により第２部材を介して噴射弁を冷却する構成を前提としている。本発明では、流体供給空間に、流体供給空間の内周面側から外周面側への径方向に延設されるとともに、凹部の軸方向に延設された隔壁を備えている。さらにその隔壁は、隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域から他方の区域へと導通する開口を形成している。この隔壁の存在により、流体供給空間の深さ方向に流れる流路を形成でき、流体供給空間における冷却用流体の流路長を増大できる。これにより、第２部材を介して冷却される噴射弁の冷却性能を向上できる。

第１実施形態における噴射弁及びそれを保持する保持部材の、隔壁が設けられた位置における断面図である。第１実施形態における噴射弁の保持部材の斜視図であって、外側カバーの内部を透視した形で示した図である。噴射弁及びそれを保持する保持部材の、隔壁が設けられていない位置における断面図である。第１実施形態における外側カバーと内側カバーの間の空間における内周面の展開図において隔壁を配置した図である。図３のＶ−Ｖ線で保持部材を切った断面図である。図３のＶ−Ｖ線で保持部材を切った断面図の別例であり隔壁と内側カバーとが溶接により固定された例を示した図である。図３のＶ−Ｖ線で保持部材を切った断面図の別例であり、隔壁の断面形状が三角形であり、その三角形の頂点部分が外側カバーに接触している例を示した図である。隔壁の側面と噴射弁の中心軸線との角度が０°の場合を示した図である。隔壁の側面と噴射弁の中心軸線との角度が０°以外の角度θの場合を示した図である。排気管に外包部材が取り付けられた状態を示すとともに、鉛直方向に噴射弁が配置された図である。排気管に外包部材が取り付けられた状態を示すとともに、鉛直方向に対して斜めに噴射弁が配置された図である。排気管に外包部材が取り付けられた状態を示すとともに、水平方向に噴射弁が配置された図である。図３のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線での断面図である。収容部に対する噴射弁の偏心率に対する噴射弁先端温度の変化を示した図である。第２実施形態における噴射弁の保持部材の斜視図であって、外側カバーの内部を透視した形で示した図である。第２実施形態における外側カバーと内側カバーの間の空間における内周面の展開図において隔壁を配置した図である。変形例における噴射弁及びそれを保持する保持部材の断面図である。変形例における噴射弁及びそれを保持する保持部材の断面図である。変形例における噴射弁及びそれを保持する保持部材の断面図である。図５のＡ部拡大図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１の噴射弁２は、車両に搭載されたディーゼルエンジン等の内燃機関の排気管に設置されて、排気管内に還元剤としての尿素水を噴射する装置である。噴射弁２より下流の排気管には排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲ触媒が設置されている。噴射弁２から添加された尿素水が排気熱により加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ３）が生成される。そのアンモニアとＮＯｘとの還元反応がＳＣＲ触媒において行われることで、ＮＯｘは水や窒素に分解（浄化）する。このように、噴射弁２は尿素ＳＣＲシステムの一部を構成する。

噴射弁２は、略円筒形状であり、噴射弁２の中心軸線Ｌ１が例えば鉛直方向に向くように設置されるが、鉛直方向以外の向き、例えば鉛直方向に対してＳＣＲ触媒の向き（下流側）に斜めに傾いて設置されたとしても良いし、排気管の曲部の曲げ外側において鉛直方向に対して略９０°の向き、つまり水平方向に設置されたとしても良い。

噴射弁２は、ノズルボディ２１と、そのノズルボディ２１を支持する筒状のハウジング２２と、ノズルボディ２１の先端に配置された噴孔プレート２３と、ノズルボディ２１及びハウジング２２内に配置されたノズルニードル（図示外）とを備える。

ハウジング２２は略円筒形状に形成された内部空間を有する。ハウジング２２の、ノズルボディ２１が設けられる側と反対側の端部には、タンクに貯蔵された尿素水が供給される尿素水入口が形成されており、その尿素水入口を通じてハウジング２２の内部空間に尿素水が流入する。また、ハウジング２２は、中心軸線Ｌ１に沿って段階的に外径が変化する形状に形成されている。詳しくは、噴射弁２の尿素水入口側を噴射弁２の上流側、噴孔プレート２３側を噴射弁２の下流側としたとき、ハウジング２２は、下流側から、第１筒状部２２１と、その第１筒状部２２１より大径の第２筒状部２２２と、その第２筒状部２２２より大径の第３筒状部２２３と、その第３筒状部２２３より大径の第４筒状部２２４とを有する。各筒状部２２１〜２２４は同軸に形成されている。また、各筒状部２２１〜２２４の境界には段差が形成されている。

ノズルボディ２１は、略円筒形状に形成されており、ハウジング２２の下流側の端部において、ハウジング２２（第１筒状部２２１）の内側にノズルボディ２１の一部が嵌め込まれる形で設けられる。その嵌め込まれた部分において、ノズルボディ２１の外周面と、ハウジング２２の内周面とが溶接により接続されている。

噴孔プレート２３は、ノズルボディ２１のハウジング２２に嵌め込まれた側と反対側の端面を塞ぐ形で設けられている。噴孔プレート２３の先端２４には噴孔が形成されており、その噴孔から尿素水が噴射される。

ハウジング２２及びノズルボディ２１の内部に形成される収容室には、ニードル（弁体）が中心軸線Ｌ１の方向へ往復移動可能に収容されている。そのニードルはノズルボディ２１と概ね同軸上に配置されており、ノズルボディ２１との間に尿素水が流れる尿素水通路を形成する。

噴射弁２は、ニードルを駆動するソレノイド等から構成された駆動部を備えている。駆動部のソレノイドが通電されていないときには、ニードルの端部がノズルボディ２１内に形成された弁座部に着座することで、尿素水通路が遮断されて、噴孔からの尿素水噴射が停止される。一方、ソレノイドが通電されると、ニードルが弁座部から離れる方向に移動し、この移動により、尿素水通路が開放されて噴孔から尿素水が噴射される。なお、噴射弁２の上流側には駆動部を通電するための電気信号を入力するコネクタ（図示外）が設けられている。

噴射弁２は保持部材１により排気管に取り付けられている。保持部材１は、外側カバー３と内側カバー４と隔壁６とシール部材７と外包部材８とを備えている。なお、保持部材１が本発明の噴射弁の冷却装置に相当する。

外側カバー３は、有底の円筒状に形成されている。すなわち、外側カバー３は、円筒部３１と、円筒部３１の一方の端部に接続して円筒部３１の内側の空間を塞ぐ底部３２とを有する。円筒部３１は、その中心軸線に沿ったどの位置においても径が一定の円筒状に形成されている。円筒部３１の、底部３２が設けられていない側の端部は開口部となっている。以下では、この開口部の側を凹部３３の入口側という。底部３２には部分的に開口３４が形成されている。その開口３４は、円筒部３１の中心軸線を中心とした、円筒部３１より小さい径の円形に形成されている。開口３４には、内側カバー４の先端部４４が嵌め込まれている。これら円筒部３１、底部３２により、外側カバー３の内側には有底の凹部３３が形成される。なお、外側カバー３が本発明の第１部材に相当する。

内側カバー４は、噴射弁２を内側に配置して、噴射弁２の中心軸線Ｌ１の回りに筒状に形成されている。詳しくは、内側カバー４には、内側に噴射弁２を収容する収容部４１が形成されている。収容部４１の壁面（内側カバー４の内周面）は、噴射弁２の外周面と同様に内側カバー４の軸方向に沿って段階的に径が変化する形状に形成されている。詳しくは、収容部４１は、図１の紙面下側から、第１収容部４１１と、その第１収容部４１１よりも大径の第２収容部４１２と、その第２収容部４１２より大径の第３収容部４１３とを有する。

第１収容部４１１は、噴射弁２の先端２４からの一部を構成する噴孔プレート２３、ノズルボディ２１及び第１筒状部２２１より若干大径の円形孔に形成されている。第１収容部４１１は、噴孔プレート２３、ノズルボディ２１及び第１筒状部２２１の先端からの一部を収容する。このとき、第１収容部４１１の壁面と、噴射弁２との間には若干の隙間を有している。

第２収容部４１２は、第１筒状部２２１の残余部分及びシール部材７を収容する。つまり、第２収容部４１２は、シール部材７の取付部として機能し、シール部材７の分だけ第１収容部４１１よりも大径の円形孔に形成されている。このとき、環状のシール部材７の外周面が第２収容部４１２の壁面に接触し、シール部材７の内周面が噴射弁２の外周面に接触している。このように、噴射弁２は、シール部材７を介して内側カバー４に間接的に接触している。また、噴射弁２の中心軸線Ｌ１の位置は、第２収容部４１２により規定され、具体的に、噴射弁２の軸線Ｌ１は第２収容部４１２の中心軸線Ｌ２（図１参照）と一致している。

第３収容部４１３は、噴射弁２の、第１筒状部２２１より上流側の部分のうちの一部を収容する。第３収容部４１３は、噴射弁２の外径よりも大径の円形孔に形成されるとともに、噴射弁２の外径の段階的変化に合わせて径が段階的に変化する形状に形成されている。

なお、収容部４１は、噴射弁２の全部を収容しているわけではなく、噴射弁２の先端２４からの一部のみを収容しており、その一部より上流側の部分は収容部４１からはみだしている（図２参照）。

各収容部４１１〜４１３は互いの中心軸線を一致させた形で形成されたとしても良いし、互いの中心軸線がずれた形で形成されたとしても良い。図１の例では、噴射弁２の先端部（噴孔プレート２３、ノズルボディ２１）を収容する第１収容部４１１の中心軸線Ｌ３が、噴射弁２の中心軸線Ｌ１の位置を規定する第２収容部４１２の中心軸線Ｌ２から偏心している例を示している。中心軸線Ｌ３を中心軸線Ｌ２から偏心させることで、噴射弁２の中心軸線Ｌ１が、第１収容部４１１の中心軸線Ｌ３から偏心することになり、後述するように先端２４の温度を抑えることができる。

内側カバー４の外周面４２は、収容部４１の中心軸線と同じ又はその中心軸線と平行な軸線回りに円を描く形状に形成されている。第１収容部４１１側を内側カバー４の下流側、第３収容部４１３側を内側カバー４の上流側として、外周面４２は、その中心軸線に沿って上流側から下流側にいくにしたがって段階的に径が小さくなる形状に形成されている。詳しくは、外周面４２は、上流側から、第１外周面４２１とその第１外周面４２１より小径の第２外周面４２２とその第２外周面４２２より小径の第３外周面４２３とその第３外周面４２３より小径の第４外周面４２４とその第４外周面４２４より小径の第５外周面４２５とを有する。各外周面４２１〜４２５の中心軸線は同軸となっている。

第１外周面４２１は、外側カバー３の外径よりも大径に形成されている。第２外周面４２２は外側カバー３の内径（つまり凹部３３の径）と同じ径に形成されている。第３外周面４２３及び第４外周面４２４は外側カバー３の内径より小径に形成されている。第５外周面４２５は、外側カバー３の底部３２に形成された開口３４と同じ径に形成されている。なお、第１〜第３外周面４２１〜４２３は、第３収容部４１３の外周面を構成している。第４外周面４２４は、第１収容部４１１及び第２収容部４１２の外周面を構成している。

内側カバー４は、下流側を凹部３３の底部３２に向けて、一部が凹部３３に嵌る形に設けられる。詳しくは、内側カバー４の、第２〜第５外周面４２２〜４２５で規定される筒状部分４３が凹部３３に嵌っている。このとき、第５外周面４２５で規定される筒状部分である先端突出部４４が外側カバー３の開口３４に嵌っている。また、第３外周面４２３及び第４外周面４２４で規定される筒状部分であり、冷却水の流路の内壁を構成する流路内壁部４５が凹部３３の側面と間隔を空けて対向する形に配置される。また、第２外周面４２２で規定される筒状部分である天井部４６が凹部３３の入口において凹部３３の側面に接触する形で配置されている。つまり、天井部４６は凹部３３の入口を塞ぐ形で配置されている。一方、第１外周面４２１で規定される筒状部分である大径部４７は凹部３３の外側に配置される。

内側カバー４は外側カバー３に溶接等で固定されている。溶接で固定する場合、その固定箇所は、例えば天井部４６や先端突出部４４と外側カバー３とが接触している箇所とすることができる。なお、内側カバー４が本発明の第２部材に相当する。

凹部３３内において外側カバー３と内側カバー４との間には空間５（図２、図３参照）が形成されている。その空間５は、噴射弁２を冷却するための冷却用流体としての冷却水が供給される空間とされる。なお、冷却水としては、内燃機関の冷却水が用いられる。空間５は、内側カバー４を間に挟んで噴射弁２の先端側の全周を囲んでいる。すなわち、空間５は、噴射弁２の中心軸線Ｌ１回りの全周を囲むとともに中心軸線Ｌ１の方向に沿った方向に延びた形状に形成されている。詳しくは、空間５は、軸線Ｌ１回りの全周を囲むとともに軸線Ｌ１方向に沿った方向に延びた内周面５３及び外周面５４（図２、図３参照）を有する。それら内周面５３、外周面５４は、噴射弁２の径方向に向いて互いに対向する形に設けられる。内周面５３は、噴射弁２の径方向外側（内側カバー４の径方向外側でもある）に向いている。外周面５４は、噴射弁２の径方向内側（内側カバー４の径方向内側でもある）に向いている。

また、凹部３３の入口と底部３２との間の方向を深さ方向としたとき、空間５は、深さ方向における両端が壁面で閉塞されている。すなわち、空間５の深さ方向における一端側は凹部３３の底部３２で閉塞されている。空間５の深さ方向における他端側は天井部４６（図１参照）で閉塞されている。以下では、空間５の深さ方向の両端に位置する壁面のうち底部３２側を下面５５（図３参照）とし、天井部４６側を上面５６（図３参照）とする。

図３に示すように、空間５には、冷却水を空間５に流入するための流入口５１と、空間５から冷却水を流出するための流出口５２とが形成されている。それら流入口５１、流出口５２は、空間５（言い換えると内側カバー４）の周方向において隔壁６が設けられていない位置に形成されている。また、流入口５１、流出口５２は、上面５６付近の位置、つまり下面５５よりも上面５６に近い位置において外側カバー３の壁面を貫通する形に形成されている。さらに、本実施形態においては、流入口５１、流出口５２は、空間５の周方向における１８０°反対側に形成されている（図４も参照）。なお、流入口５１、流出口５２の位置関係は、１８０°反対側でなくても良い。

空間５には隔壁６が配置されている。隔壁６は、空間５の内周面５３側から外周面５４側への径方向に延設されるとともに、凹部３３の軸方向、言い換えれば上面５６側から下面５５側への深さ方向にも延設されている。この深さ方向における延設に関し、隔壁６は、噴射弁２の中心軸線Ｌ１の方向（内側カバー４の中心軸線の方向でもある）に沿って真っ直ぐに延びている。つまり、隔壁６の両側面６２（図４参照）は平面に形成されている。なお、隔壁６は、隔壁６の側面６２と噴射弁２の軸線Ｌ１とを重ねたときにそれら側面６２、軸線Ｌ１との間の角度が図８のように０°となるように配置されたとしても良いし、図９のように０°以外の角度θとなるように若干斜めに配置されたとしても良い。

隔壁６は、図１の方向から見て略四角形の板状に形成される。隔壁６の板表面としての側面６２（図４参照）が、内周面５３及び外周面５４に対する周方向に向けられている。隔壁６の、空間５の内周面５３側から外周面５４側への径方向への延設方向を第１延設方向、上面５６側から下面５５側への深さ方向への延設方向を第２延設方向とする。隔壁６の外周部は、空間５の各壁面５３〜５６の方に向いている。詳しくは、隔壁６の、第１延設方向における一方の端部６４（図５参照）は内周面５３の方に向いており、他方の端部６３（図５参照）は外周面５４の方に向いている。また、隔壁６の、第２延設方向における一方の端部６５（図４参照）は上面５６の方に向いており、他方の端部６６は下面５５の方に向いている。なお、以下では、内周面５３の方に向いた隔壁６の端部６４を内側端部、外周面５４の方に向いた隔壁６の端部６３を外側端部、上面５６の方に向いた隔壁６の端部６５を上端部、下面５５の方に向いた隔壁６の端部６６を下端部という。

隔壁６は、空間５の周方向に沿って等間隔で複数配置されている。本実施形態では、図４に示すように、隔壁６は６か所つまり周方向に沿って６０°間隔で配置されている。

このように、６つの隔壁６により、空間５は周方向に６つの区域に区画される。各隔壁６は、隔壁６を間に挟んで隣り合う一方の区域から他方の区域へと導通する開口６１（図１、図４参照）を形成している。開口６１は、図４に示すように、空間５の周方向に沿って空間５の上面５６側と下面５５側に交互に配置されている。詳しくは、流入口５１の隣りに位置する２つの隔壁６ａ、６ｄはそれぞれ下端部６６の全部が下面５５に非接触に設けられており、これにより下端部６６と下面５５との間で開口６１を形成している。また、隔壁６ａ、６ｄはそれぞれ上端部６５が上面５６に接触しており、つまり上面５６側には開口を形成していない。

また、隔壁６ａ、６ｄの隣りに位置する隔壁６ｂ、６ｅはそれぞれ上端部６５の全部が上面５６に非接触に設けられており、これにより上端部６５と上面５６との間で開口６１を形成している。また、隔壁６ｂ、６ｅはそれぞれ下端部６６が下面５５に接触しており、つまり下面５５側には開口を形成していない。

また、隔壁６ｂ、６ｅの隣り（流出口５２の隣り）に位置する隔壁６ｃ、６ｆはそれぞれ下端部６６の全部が下面５５に非接触に設けられており、これにより下端部６６と下面５５との間で開口６１を形成している。また、隔壁６ｃ、６ｆはそれぞれ上端部６５が上面５６に接触しており、つまり上面５６側には開口を形成していない。

上記のように各開口６１が形成されることで、流入口５１を基準として右側に位置する３つの隔壁６ａ〜６ｃ間で、下面５５側と上面５６側に交互に開口６１が配置される。同様に、流入口５１を基準として左側に位置する３つの隔壁６ｄ〜６ｆ間で、下面５５側と上面５６側に交互に開口６１が配置される。

開口６１はどのような大きさでも良いが、小さい方が好ましい。開口６１を小さくすることで、開口６１を通過する冷却水の流速を増大でき、冷却性能を向上できるためである。また、開口６１が大きすぎると、冷却水の流路長が減ってしまう。

隔壁６は、どの部材にどのように固定されたとしても良いが、例えば内側カバー４に固定される。隔壁６を内側カバー４に固定する場合には、例えば図５、図６に示す方法で固定すれば良い。図５の例では、内側カバー４の外周面（空間５の内周面５３）に溝４８が形成されており、その溝４８に隔壁６の内側端部６４が嵌合している。図６の例では、内側端部６４と内周面５３とが溶接１０１により固定されている。なお、図５、図６では外側カバー３、内側カバー４、隔壁６以外の部材の図示を省略している。

一方、隔壁６の外側端部６３は、外側カバー３（空間５の外周面５４）に接触していても良いし、接触していなくても良い。図５の例では、隔壁６と外側カバー３とが接触していない例を示しており、図２０に示すように隔壁６の外側端部６３と空間の外周面５４（外側カバー３）との間に微小な隙間２００が形成されている。このように、隔壁６を外側カバー３との間で隙間２００を有する形で設けることで、外側カバー３の熱が隔壁６を介して内側カバー４や噴射弁２に伝達されてしまうのを抑制でき、結果、噴射弁２の冷却性能を向上できる。隔壁６と外側カバー３との間で隙間２００を形成する場合には、その隙間２００は、隙間２００から冷却水が流れない程度に小さくするのが好ましく、具体的には開口６１の大きさ（面積）より小さくするのが好ましい。これによれば、冷却水が開口６１を流れる際の圧力損失よりも、隙間２００を流れる際の圧力損失の方が大きくなるので、冷却水は隙間２００よりも開口６１を流れる。つまり、隙間から冷却水が漏れてしまうのを抑制できる。

一方、隔壁６を外側カバー３に接触した形で設けることで、開口６１以外の部分から冷却水が周方向に流れてしまうのを抑制できる。隔壁６と外側カバー３とを接触させる場合にはそれらの接触面積は小さい方が好ましい。接触面積を小さくすることで、接触圧を大きくでき、隔壁６と外側カバー３との間のシール性を向上できる。また、接触面積を小さくすると、外側カバー３から隔壁６に伝達される熱量を小さくでき、噴射弁２の冷却性能を向上できる。

ここで、隔壁６と外側カバー３との接触面積を小さくするために、例えば、隔壁６を間に挟んで隣り合う一方の区域に面した側面６２１（図５参照）と他方の区域に面した側面６２２（図５参照）との間の幅が、内周面５３側よりも外周面５４側の方が狭くなるよう、図５の方向から見たときの隔壁６の断面形状を形成することができる。この場合、図７に示すように、両側面６２１、６２２間の幅が次第に小さくなっていき、最終的に幅がゼロになる形状、つまり上記第２延設方向に直交する平面で隔壁６を切ったときの断面が三角形に形成されるのが好ましい。このとき、断面を形成する三角形の頂点部分６７が外周面５４に接触する。これによれば、頂点部分６７と外周面５４との接触を、深さ方向に沿った線接触となるので、面接触に比べて、隔壁６と外側カバー３との間の接触圧を大きくできるとともに、外側カバー３から隔壁６に伝達される熱量を小さくできる。なお、図７の例では、断面を形成する三角形の底辺部分６８は内周面５３に接触している。なお、図７では外側カバー３、内側カバー４、隔壁６以外の部材の図示を省略している。

シール部材７は、環状に形成されて、上述したように第２収容部４１２において内周面が噴射弁２の外周面に接触し、外周面が内側カバー４の内周面に接触した形で配置されている。つまり、シール部材７の内側空間に噴射弁２が挿入されている。シール部材７は、ゴム等の弾性材で形成されたとしても良いし、銅等の金属で形成されたとしても良い。シール部材７は、内側カバー４と噴射弁２との隙間から排気が外部に漏れるのを抑えるための部材である。

外包部材８は、上記内側カバー４、外側カバー３等から構成された保持部材１を排気管に取り付けるための部材である。外包部材８は、図１に示すように、一定径の筒状に形成された筒状部８１と、その筒状部８１の一端側を覆う蓋部８２と、蓋部８２の外周部から筒状部８１の側方に傾斜する形に突出した傾斜部８３とを有している。筒状部８１の内径は、外側カバー３の外径よりも大きい。また、筒状部８１の、蓋部８２が設けられた側と反対側の端部は開口が形成されている。蓋部８２には、筒状部８１内と導通する、外側カバー３の外径と同径の開口８４が形成されている。傾斜部８３は、筒状部８１の、蓋部８２が設けられていない端部側に傾斜している。なお、外包部材８が本発明の筒状部材に相当する。

外包部材８は、蓋部８２の側を図１の紙面方向で上側に向けて配置される。そして、蓋部８２の開口８４から筒状部８１内に噴射弁２及びそれを保持する保持部材１が挿入されている。このとき、噴射弁２の先端２４からの一部及びその一部を取り囲む保持部材１の一部が筒状部８１内に配置され、それ以外は筒状部８１の外側に配置される。外包部材８と外側カバー３は、例えば開口８４の位置で溶接により固定されている。

外包部材８は、例えば図１０のように排気管１１０に取り付けられる。なお、図１０では、外包部材８以外の保持部材１の構成の図示を省略している。図１０の例では、水平方向に延びた排気管１１０の外壁から側方（鉛直上向き）に突出した固定部１２０が設けられている。固定部１２０は、排気管１１０の外壁から側方に突出した筒状部１２１と、その筒状部１２１の、排気管１１０の外壁に接続された側と反対側の端部から筒状部１２１の側方に斜めに突出した傾斜部１２２とを有している。筒状部１２１は、内部の空間が排気管１１０内に導通している。筒状部１２１の内径は、外包部材８の筒状部８１の外径以上に設定されている。傾斜部１２２は、排気管１１０の外壁側に傾斜している。

外包部材８は、筒状部１２１の内側に筒状部８１が挿入されており、傾斜部１２２の上に傾斜部８３が載る形で設置される。そして、両傾斜部１２２、８３が締結部材（図示外）により固定されている。このように、外包部材８は、内部の空間が排気管１１０内に導通した形で設けられ、それに伴い、噴射弁２の先端２４は排気管１１０内に露出した形で設けられる。また、流入口５１及び流出口５２は、外包部材８の外側に配置されており、つまり排気管１１０の外側に配置されている。

図１０の例では、噴射弁２は先端２４を鉛直下向きに向けて配置される。これに代えて、図１１や図１２のように噴射弁２を配置しても良い。なお、図１１、図１２では、外包部材８以外の保持部材の構成の図示を省略している。図１１の例では、水平方向に延びた排気管１１０の外壁から鉛直方向に対して斜めに突出する形で筒状の固定部１２０が設けられる。これに伴い、外包部材８及び保持部材に保持される噴射弁２も、鉛直方向に対して斜めに配置される。このとき、噴射弁２の先端２４がＳＣＲ触媒３００の方に向けられる。

図１２の例では、排気管１１０は、水平方向に延びた水平部１１１と、その水平部１１１の上流側に略９０°の方向に曲がった曲部１１２とを有する。水平部１１１にはＳＣＲ触媒３００が配置されている。曲部１１２の曲げ外側には筒状の固定部１２０が水平方向（鉛直方向に対して９０°の方向）に突出した形で設けられる。これに伴い、外包部材８及び保持部材に保持される噴射弁２も水平方向に配置される。このとき、噴射弁２の先端２４がＳＣＲ触媒３００の方に向けられる。

なお、保持部材１を構成する各部材（シール部材７を除く）は例えばステンレス製である。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。図４に示すように、流入口５１から空間５に流入した冷却水は、先ず流入口５１の両隣りの隔壁６ａ、６ｄに沿って下面５５側に流れる。下面５５側に流れた冷却水の一部は、右側の隔壁６ａの開口６１から周方向右側に流れ、その後、右側の３つの隔壁６ａ、６ｂ、６ｃ間を、下面５５側から上面５６側への上方向と、上面５６側から下面５５側への下方向とに交互に流れた後、流出口５２から流出する。また、流入口５１から下面５５側に流れた冷却水の残りの一部は、左側の隔壁６ｄの開口６１から周方向左側に流れ、その後、左側の３つの隔壁６ｄ、６ｅ、６ｆ間を、下面５５側から上面５６側への上方向と、上面５６側から下面５５側への下方向とに交互に流れた後、流出口５２から流出する。なお、図４では、冷却水の流れを矢印で示している。

このように、本実施形態では、流入口５１を基準として周方向右側と周方向左側の２方向に冷却水が流れるとともに、上下に蛇行しながら流出口５２まで流れる。これによって、冷却水の流路長を増大できる。これにより、内側カバー４及びこの内側に配置された噴射弁２の先端側を効果的に冷却できる。また、隔壁６と内側カバー４とは接触しているので、冷却水と隔壁６の側面６２との接触により隔壁６が冷却され、この隔壁６に接触した内側カバー４も冷却されやすくなり、ひいては噴射弁２を効果的に冷却できる。

これに対して、仮に隔壁６が設けられていないとすると、空間５において流入口５１、５２が形成される位置まで冷却水が溜まった以降は、流入口５１から流出口５２への最短経路で冷却水が流れて、噴射弁２の先端側での冷却水の滞留時間が長くなる。その結果、噴射弁２の先端側が冷却しにくくなる。

また、冷却効率が上がることで冷却水量を減らすことができ、冷却水量が減ると圧損を減らすことができる。圧損が減ることで、冷却水を送るポンプの負担を減らすことができる。これに対して、上記特許文献１の構成では、巡回路の断面積を、冷却水路に冷却水を供給する供給路の断面積より小さくしているので、冷却水の圧損が増加してしまう。

また、隔壁６は、噴射弁２の軸線Ｌ１方向に沿って真っ直ぐに延びた形状であるので、特許文献１のように噴射弁周りにほぼ１周巡回する巡回路を形成する構成の場合に比べて、冷却水の流路を簡単に形成できる。さらに、特許文献１の構成では、噴射弁周りにほぼ１周巡回する巡回路を形成するために、流入口と流出口とを噴射弁の軸線方向における異なる高さ位置に形成する必要があるが、本実施形態では、流入口５１と流出口５２とを同一の高さ位置、すなわち上面５６側に配置できる。つまり、流入口と流出口との配置位置の自由度を増すことができる。

また、上述したように、噴射弁２の先端部が配置される第１収容部４１１の中心軸線Ｌ３を、シール部材７が配置される第２収容部４１２の中心軸線Ｌ２から偏心させることで、噴射弁２の中心軸線Ｌ１を第１収容部４１１の中心軸線Ｌ３から偏心させることができる。つまり、図１３に示すように、噴射弁２の先端部と内側カバー４の内周面（第１収容部４１１の壁面）との隙間ｅを、噴射弁２の周方向に沿って不均一にできる。隙間ｅを不均一にすることで、噴射弁２の先端温度を下げることができる。

ここで、図１４は、隙間ｅを不均一にすることで噴射弁２の先端温度が低下することを示した図であり、詳しくは偏心率と噴射弁先端温度との関係を示している。図１４の横軸の偏心率は、噴射弁２の中心軸線Ｌ１と第１収容部４１１の中心軸線Ｌ３との偏心率を示しており、詳しくはそれら中心軸線Ｌ１、Ｌ３が一致している時の噴射弁２と内側カバー４との隙間をｅ０としたとき、その隙間ｅ０に対する噴射弁２の偏心量の割合を示している。偏心率が０％は、噴射弁２の偏心量がゼロ、つまり噴射弁２の中心軸線Ｌ１と第１収容部４１１の中心軸線Ｌ３とが一致していることを示している。偏心率が１００％は、隙間ｅ０の分だけ噴射弁２が偏心していることを示し、この場合は噴射弁２の外周面と内側カバー４の内周面とが偏心方向において接触しており、偏心方向と逆方向においては２×ｅ０の隙間を有していることを示している。また、偏心率が５０％は、ｅ０×５０％の分だけ噴射弁２が偏心していることを示している。

また、排気の流れ方向に対して図１３のようにＸ軸及びＹ軸を定めたとする。Ｘ軸は排気の流れ方向に平行に延びた軸であり、Ｘ軸の正方向が排気の流れ方向と逆向きに設定され、負方向が排気の流れ方向に設定されている。Ｙ軸は、噴射弁２の中心軸線Ｌ１とＸ軸の両方に直角な方向の軸である。

図１４では、Ｘ方向に噴射弁２を偏心させたときの噴射弁先端温度と、Ｙ方向に偏心させたときの噴射弁先端温度とを示している。偏心率が正の値は、Ｘ軸又はＹ軸の正方向に噴射弁２を偏心させたことを示し、偏心率が負の値は、Ｘ軸又はＹ軸の負方向に噴射弁２を偏心させたことを示している。

図１４に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向のどちらに偏心させたとしても、またＸ方向、Ｙ方向の正方向、負方向のどちらに偏心させたとしても、噴射弁２を偏心させることで、噴射弁先端温度が低下している。このとき、偏心率が大きいほど、噴射弁先端温度の低下度合いが大きくなる。また、発明者は、偏心率が大きいほど、排気から噴射弁先端部への熱伝達率が小さくなるという実験結果を得ている。

噴射弁２を偏心させることで、噴射弁２の先端付近を流れる排気の流れ方が偏心させない場合から変化する。すなわち、排気の主流の一部が噴射弁２側にも流れることで噴射弁２の温度が上昇するが、噴射弁２を偏心させることで噴射弁２側に流れ込む排気量を減らすことができ、結果、噴射弁２の温度上昇を抑えることができる。なお、図１４の結果から、噴射弁２を偏心させる場合にはどの方向に偏心させたとしても良い。つまり、噴射弁２の偏心方向に制限はない。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。第１実施形態では、外側カバーと内側カバー間の空間において周方向右側と左側の２方向に冷却水を流す構成を示した。これに代えて、図１５、図１６に示すように、１方向に冷却水を流す構成を採用しても良い。図１５、図１６の例では、流入口５１と流出口５２は、１つの隔壁６ｇを間に挟んで周方向で隣り合う位置に配置されている。その隔壁６ｇは、周方向に導通する開口を形成していない。つまり、隔壁６ｇは、空間５の上面５６と下面５５との間を架け渡す形に設けられる。より具体的には、隔壁６ｇの深さ方向における一方の端部は上面５６に接触しており、他方の端部は下面５５に接触している。

隔壁６ｇ以外の５つの隔壁６は、第１実施形態と同様に、周方向に沿って、上面５６側と下面５５側とに交互に開口６１を形成している。なお、隔壁６ｇ以外の５つの隔壁６のうち、流入口５１の隣りに位置する隔壁６ｈと、流出口５２の隣りに位置する隔壁６ｉはそれぞれ流入口５１、流出口５２が形成された側と反対側の下面５５側に開口６１を形成している。

これによれば、流入口５１から空間５に流入した冷却水は、上下に蛇行しながら周方向の１方向に流れた後、流出口５２から流出する。これによっても第１実施形態と同様の効果を得られる。加えて、例えば図１２の例において流入口及び流出口を噴射弁２より鉛直下側の領域４００にしか配置できない場合など、流入口及び流出口を周方向において近接した位置にしか配置できない場合であっても、図１５、図１６の構成を採用することで、冷却水を周方向の全周に循環させることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば第１実施形態では、隔壁の深さ方向における端部（上端部、下端部）の全部が、空間の上面又は下面に非接触に設けられることで、周方向に導通する開口を形成していた。これに代えて、図１７に示すように、隔壁６の上端部を上面５６に接触させ、下端部を下面５５に接触させるとともに、上端部又は下端部に切欠き部６９を設けることで、開口６１を形成しても良い。

また、図１８に示すように、隔壁６の上端部又は下端部付近に貫通孔６０１を形成するとともに、隔壁６の上端部、下端部を上面５６、下面５５に接触させたとしても良い。これによっても、貫通孔６０１を、周方向に導通する開口として機能させることができる。なお、この場合は、貫通孔６０１の個数は１つであっても良いし、複数であっても良い。

また、第１実施形態では、噴射弁の中心軸線を、噴射弁の先端部を収容する収容部の中心軸線から偏心させることで、噴射弁先端温度を抑えることができることを示した。これに代えて、図１９に示すように、噴射弁２の中心軸線Ｌ１を、外包部材８の筒状部８１の中心軸線Ｌ４から偏心させても良い。この場合、外包部材８の蓋部８２に形成された開口８４の中心軸線Ｌ５を、筒状部８１の中心軸線Ｌ４から偏心させることで、噴射弁２の中心軸線Ｌ１を筒状部８１の中心軸線Ｌ４から偏心させることができる。図１９の構成によっても、噴射弁２の先端付近を流れる排気の流れ方を、噴射弁の先端温度を抑える方向に制御できる。

また、冷却水の流入口及び流出口は、深さ方向のどの位置に配置されたとしても良く、例えば流入口及び流出口の両方とも空間の下面側に配置されたとしても良いし、流入口と流出口の一方が上面側に配置され他方が下面側に配置されたとしても良い。また、隔壁の個数は何個でも良い。また、尿素水以外の流体を排気管内に噴射する噴射弁（例えば、排気管内に未燃燃料を噴射する噴射弁）の冷却装置に本発明を適用しても良い。

１噴射弁の保持部材、２噴射弁、３外側カバー、３３外側カバーの凹部、４内側カバー、５外側カバーと内側カバーの間の空間、５１流入口、５２流出口、５３空間の外周面、５４空間の外周面、６隔壁、６１、６０１開口

Claims

凹部（３３）が形成された第１部材（３）と、
内燃機関の排気管内に流体を噴射する噴射弁（２）を内側に配置して、前記噴射弁の周りに筒状に形成されるとともに、前記凹部に嵌って前記凹部の側面に筒状外周面が間隔をあけて対向する形に設けられる第２部材（４）とを備え、
前記凹部における前記第１部材と前記第２部材の間に形成される空間（５）である流体供給空間は、前記噴射弁を冷却するための流体である冷却用流体が供給される空間とされ、前記冷却用流体の流入口（５１）と流出口（５２）とが前記流体供給空間に連通されており、
前記流体供給空間において前記流体供給空間の内周面（５３）側から外周面（５４）側への径方向に延設されるとともに、前記凹部の軸方向に延設された隔壁（６）を備え、
前記隔壁は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域から他方の区域へと導通する開口（６１、６０１）を形成しており、
前記隔壁は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域に面した側面と他方の区域に面した側面との間の幅が、前記流体供給空間の内周面側よりも外周面側の方が狭くなっており、
前記隔壁は前記流体供給空間の外周面に接触している噴射弁の冷却装置（１）。
凹部（３３）が形成された第１部材（３）と、
内燃機関の排気管内に流体を噴射する噴射弁（２）を内側に配置して、前記噴射弁の周りに筒状に形成されるとともに、前記凹部に嵌って前記凹部の側面に筒状外周面が間隔をあけて対向する形に設けられる第２部材（４）とを備え、
前記凹部における前記第１部材と前記第２部材の間に形成される空間（５）である流体供給空間は、前記噴射弁を冷却するための流体である冷却用流体が供給される空間とされ、前記冷却用流体の流入口（５１）と流出口（５２）とが前記流体供給空間に連通されており、
前記流体供給空間において前記流体供給空間の内周面（５３）側から外周面（５４）側への径方向に延設されるとともに、前記凹部の軸方向に延設された隔壁（６）を備え、
前記隔壁は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域から他方の区域へと導通する開口（６１、６０１）を形成しており、
前記第２部材の内側に形成された、前記噴射弁の先端部（２１、２３）を収容する収容部（４１１）の中心軸線（Ｌ３）が、前記噴射弁の中心軸線（Ｌ１）から偏心している噴射弁の冷却装置（１）。
凹部（３３）が形成された第１部材（３）と、
内燃機関の排気管内に流体を噴射する噴射弁（２）を内側に配置して、前記噴射弁の周りに筒状に形成されるとともに、前記凹部に嵌って前記凹部の側面に筒状外周面が間隔をあけて対向する形に設けられる第２部材（４）と、
筒状に形成され、内側の空間が前記排気管内に導通した形で前記排気管に取り付けられるとともに、内側の空間に嵌る形で前記第１部材が取り付けられる筒状部材（８）とを備え、
前記凹部における前記第１部材と前記第２部材の間に形成される空間（５）である流体供給空間は、前記噴射弁を冷却するための流体である冷却用流体が供給される空間とされ、前記冷却用流体の流入口（５１）と流出口（５２）とが前記流体供給空間に連通されており、
前記流体供給空間において前記流体供給空間の内周面（５３）側から外周面（５４）側への径方向に延設されるとともに、前記凹部の軸方向に延設された隔壁（６）を備え、
前記隔壁は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域から他方の区域へと導通する開口（６１、６０１）を形成しており、
前記筒状部材の中心軸線（Ｌ４）が、前記噴射弁の中心軸線（Ｌ１）から偏心している噴射弁の冷却装置（１）。
前記隔壁は、前記流体供給空間の内周面に対する周方向に沿って複数配置されており、
前記開口は、前記周方向に沿って、前記軸方向における前記流体供給空間の一端部側と他端部側に交互に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の噴射弁の冷却装置。
前記流体供給空間の外周面と前記隔壁との間に隙間（２００）を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の噴射弁の冷却装置。
前記隔壁は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う一方の区域に面した側面と他方の区域に面した側面との間の幅が、前記流体供給空間の内周面側よりも外周面側の方が狭くなっており、
前記隔壁は前記流体供給空間の外周面に接触している請求項２又は３に記載の噴射弁の冷却装置。
前記隔壁は前記流体供給空間の外周面と線接触している請求項１又は６に記載の噴射弁の冷却装置。