JP7180549B2

JP7180549B2 - 流体噴射装置

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Publication number: JP7180549B2
Application number: JP2019113848A
Authority: JP
Inventors: 翔一伊丹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: DE102020111431A1; US20200400111A1; US11230999B2; JP2020204314A; CN112112715A

Description

本開示は、冷却ジャケットにインジェクタを収容し、冷却ジャケットを流れる冷却用流体でインジェクタを冷却する技術に関する。

高温の環境下で使用されるインジェクタを冷却ジャケットの内部に収容し、冷却ジャケットを流れる冷却用流体でインジェクタを冷却する技術が知られている。
例えば、下記の特許文献１には、エンジンの排気管にインジェクタから還元剤を噴射する流体噴射装置に関する技術が記載されている。特許文献１に記載されている技術では、流体噴射装置は、インジェクタと、インジェクタを収容し、さらにインジェクタを冷却するための冷却用流体を流すことができる冷却ジャケットとして機能するハウジングとを備えている。

ハウジングは、インジェクタを収容するポット状のメインボディと、メインボディの開口を塞ぎメインボディの内部に異物が入り込むことを抑制するカバーと、冷却用流体を流すことができる内部ハウジングと、を備えている。さらに、カバーは、インジェクタに還元剤を供給する配管と、インジェクタの電気ターミナルと電気的に接続されるハーネスを外部に取り出すソケットとを支持している。

独国特許出願公開第１０２０１５２２１６２０号明細書

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載された技術では、ハウジングの開口を塞ぎ、インジェクタとハーネスを外部に取り出すためのソケットと配管とを支持し、さらに冷却用流体を流す、という種々の機能を実現するために、流体噴射装置の部品点数が増加するという課題が見出された。部品点数が増加すると、流体噴射装置が大型化するという課題が生じる。

本開示の１つの局面は、インジェクタを冷却するための冷却ジャケットを備える流体噴射装置を小型化する技術を提供することが望ましい。

本開示の１つの態様による流体噴射装置は、ノズル部（３６）とコイル（４０）とモールド樹脂（４６、７２、８２、９２）とを有するインジェクタ（３０、７０、８０、９０）と、冷却ジャケット（２０、６０、１００）と、封止材（５０）とを備える。

コイルは、流体を噴射するノズル部を開閉駆動する駆動力を発生する。モールド樹脂はコイルを封止する。冷却ジャケットは、冷却用流体を流す流路（２００）を有し、インジェクタを収容してノズル部と反対側の端部の開口が開放されている。封止材は、冷却ジャケットとモールド樹脂との間の空間に充填されている。

このような構成によれば、インジェクタは、冷却ジャケットとモールド樹脂との間の空間に充填されている封止材により支持される。さらに、冷却ジャケットのノズル部と反対側の端部の開口がカバーで覆われておらず開放されていても、封止材に覆われているインジェクタの部品は冷却ジャケットの開口側の環境に晒されることを避けることができる。

このように、封止材が流体噴射装置に要求される種々の機能を実現するので、流体噴射装置の部品点数を極力低減することができる。これにより、流体噴射装置を小型化できる。

第１実施形態の流体噴射装置を示す断面図。図１のII－II線断面図。図１のIII－III線断面図。第２実施形態の流体噴射装置を示す断面図。図４のＶ－Ｖ線断面図。第３実施形態の流体噴射装置を示す断面図。図６のVII－VII線断面図。第４実施形態の流体噴射装置を示す断面図。図８のIX－IX線断面図。第５実施形態の流体噴射装置を示す断面図。

以下、図を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す流体噴射装置２は、冷却ジャケット２０と、インジェクタ３０と、封止材５０とを備える。流体噴射装置２は、例えば、内燃機関の排気管においてＳＣＲの上流側に設置され、還元剤としてアンモニアをＳＣＲ触媒の上流側の排気通路に噴射する。ＳＣＲは、Selective Catalytic Reductionの略である。

冷却ジャケット２０は、円筒状の外側ジャケット２２と、外側ジャケット２２よりも小径の円筒状の内側ジャケット２４とを備えている。外側ジャケット２２と内側ジャケット２４との間の空間は、冷却用流体として冷却水を流すための断面がリング状の流路２００を形成している。

外側ジャケット２２には、軸方向の一方の端部側であるインジェクタ３０のノズル部３６側に冷却水入口２０２が形成され、他方の端部側であるノズル部３６と反対側に冷却水出口２０４が形成されている。インジェクタ３０のノズル部３６と反対側の冷却ジャケット２０の端部の開口は開放されている。

冷却水入口２０２に供給される冷却水は、流路２００を通って冷却水出口２０４から排出される。流路２００を流れる冷却水により、内側ジャケット２４の内周側に収容されているインジェクタ３０が冷却される。

インジェクタ３０は、弁ボディ３２と、ノズル部３６と、コイル４０と、後述するハーネス４２と、モールド樹脂４６とを備えている。弁ボディ３２の一方の端部には、尿素水が供給される流入口３４が形成されている。弁ボディ３２の他方の端部には、ノズル部３６の噴孔プレート３８が溶接等により取り付けられている。

噴孔プレート３８には、流入口３４から流入する尿素水を噴射するための噴孔が形成されている。ノズル部３６の図示しないノズルニードルが往復移動することにより、噴孔プレート３８の噴孔が開閉される。

コイル４０は、ノズルニードルを往復駆動して噴孔を開閉するための駆動力を発生する電磁駆動部である。図２および図３に示すハーネス４２は、コイル４０に電力を供給している。２本のハーネス４２は、支持部材４４に支持されてモールド樹脂４６から取り出されている。なお、図１の断面位置では、ハーネス４２は図示されていない。

モールド樹脂４６は、コイル４０の周囲を覆ってコイル４０を封止し、コイル４０を固定している。図１～図３に示すように、モールド樹脂４６の外周面には、周方向の１部において、円周面から中心側に凹んだ平面部４８が軸方向に延びて形成されている。平面部４８は、インジェクタ３０の中心軸３００を中心として、２本のハーネス４２を含む周方向の角度範囲θの外側に形成されていればよい。例えば、角度範囲θは２５°である。第１実施形態では、平面部４８は、２本のハーネス４２対して径方向反対側に形成されている。

封止材５０は、インジェクタ３０のノズル部３６と反対側の冷却ジャケット２０の端部の開口側から、内側ジャケット２４とモールド樹脂４６との間の空間に充填されてモールド樹脂４６を覆っており、インジェクタ３０を支持している。前述したように、インジェクタ３０のノズル部３６と反対側の冷却ジャケット２０の端部の開口は開放されているので、封止材５０は冷却ジャケット２０の開口側の環境に晒されている。

封止材５０は、熱硬化性と可撓性とを有する樹脂に、熱伝導率の高い金属粉または金属酸化物の粉を混入させたものである。熱硬化性と可撓性とを有する樹脂として、例えばウレタン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等が使用される。また、熱伝導率の高い金属粉または金属酸化物の粉として、例えばアルミナが使用される。

封止材５０は、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間の上方から充填される。ここで、前述したように、平面部４８は周方向の他の箇所のモールド樹脂４６よりも中心側に凹んでいる。したがって、平面部４８と内側ジャケット２４の内周面との間の径方向の間隔は、周方向において平面部４８以外の他の箇所のモールド樹脂４６の外周面と内側ジャケット２４の内周面との径方向の間隔よりも大きい。

つまり、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間は、他の空間よりも径方向の間隔が大きい拡大部２１０を形成している。
したがって、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間の流路抵抗は、平面部４８以外のモールド樹脂４６の外周面と内側ジャケット２４との間の空間の流路抵抗よりも小さい。

流体は、流路抵抗の大きい空間よりも流路抵抗の小さい空間の方が流れやすい。したがって、拡大部２１０の上方の充填位置から充填される封止材５０は、周方向に沿って充填位置の径方向反対側に到達するよりも、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間の底部に早く到達する。そして、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間に流れ込んだ封止材５０は、他の空間に周方向と下方とから流れ込む。

［１－２．効果］
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１ａ）平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間の流路抵抗は他の空間の流路抵抗よりも小さいので、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間には、気泡が閉じこめられることなく、他の空間よりも早く底部まで封止材５０が到達する。

そして、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間に流れ込んだ封止材５０は、周方向から流れ込む封止材５０により他の空間の上部が塞がれる前に、下方から上方に向けて流れて他の空間の空気を上方に押し上げる。これにより、モールド樹脂４６と内側ジャケット２４との間の空間から空気が押し出されるので、充填された封止材５０に気泡が閉じこめられることを抑制できる。

（１ｂ）冷却ジャケット２０とモールド樹脂４６との間の空間に充填された封止材５０は、インジェクタ３０を支持している。さらに、封止材５０が少なくともモールド樹脂４６を覆っているので、冷却ジャケット２０のノズル部３６と反対側の端部の開口が開放されていても、封止材５０に覆われているインジェクタ３０の部品が冷却ジャケット２０の開口側の環境に晒されることを抑制できる。

このように、封止材５０が流体噴射装置２に要求される種々の機能を実現するので、流体噴射装置２の部品点数を極力低減することができる。これにより、流体噴射装置２を小型化できる。

（１ｃ）封止材５０の樹脂材は熱硬化性と可撓性とを有しているので、封止材５０は、高温の環境下で硬度を維持しつつ、周囲の温度の変化により封止材５０が膨張と収縮とを繰り返しても、亀裂等が生じることなく膨張と収縮とに追随できる。

（１ｄ）封止材５０の樹脂には熱伝導率の高い金属粉または金属酸化物の粉が混入されているので、冷却ジャケット２０を流れる冷却水により、インジェクタ３０を効率よく冷却できる。

［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態の流体噴射装置２では、モールド樹脂４６の周方向の一部に平面部４８を形成することにより、平面部４８と内側ジャケット２４との間の空間の流路抵抗を他の空間の流路抵抗よりも小さくした。これにより、封止材５０を充填する空間に流路抵抗の差を発生させた。

これに対し、図４および図５に示す第２実施形態の流体噴射装置４では、冷却ジャケット６０の内側ジャケット６２の周方向の一部において、径方向外側に向けて内周面が凹む凹部６４を形成している。第２実施形態のインジェクタ７０では、モールド樹脂７２の外周の径は同一である。尚、図５では、ハーネス４２の図示を省略している。

この構成により、第２実施形態では、周方向において、内側ジャケット６２の凹部６４とモールド樹脂７２との間の径方向の間隔が、周方向において凹部６４以外の他の箇所の内側ジャケット６２とモールド樹脂７２との径方向の間隔よりも大きくなっている点で、第１実施形態と相違する。

第２実施形態では、内側ジャケット６２の凹部６４とモールド樹脂７２との間の径方向の間隔は、周方向において凹部６４以外の他の箇所の内側ジャケット６２とモールド樹脂７２との間の径方向の間隔よりも大きい拡大部２１０を形成している。

その結果、第２実施形態では、凹部６４とモールド樹脂７２との間の空間の流路抵抗は、凹部６４以外の内側ジャケット６２とモールド樹脂７２との間の空間の流路抵抗よりも小さくなっている。

［２－２．効果］
以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ｂ）～（１ｄ）に加え、以下の効果を得ることができる。

（２ａ）凹部６４とモールド樹脂７２との間の空間の流路抵抗は、凹部６４以外の内側ジャケット６２とモールド樹脂７２との間に形成される空間の流路抵抗よりも小さい。したがって、凹部６４とモールド樹脂７２との間の空間には、気泡が閉じこめられることなく、他の空間よりも早く底部まで封止材５０が充填される。

そして、凹部６４とモールド樹脂７２との間の空間に流れ込んだ封止材５０は、他の空間の上部が周方向から流れ込む封止材５０により塞がれる前に下方から上方に向けて流れ、他の空間の空気を上方に押し上げる。これにより、モールド樹脂４６と内側ジャケット６２との間の空間から空気が押し出されるので、充填された封止材５０に気泡が閉じこめられることを抑制できる。

［３．第３実施形態］
［３－１．第２実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態および第２実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第２実施形態の流体噴射装置４では、冷却ジャケット６０の内側ジャケット６２の周方向の一部において、径方向外側に向けて内周面が凹む凹部６４を形成することにより、凹部６４とモールド樹脂７２との間の空間の流路抵抗を、凹部６４以外の内側ジャケット６２とモールド樹脂７２との間の空間の流路抵抗よりも小さくしている。

これに対し、図６および図７に示す第３実施形態の流体噴射装置６では、内側ジャケット２４の内周面に、断面Ｃ字状の抵抗調整部材８４が弾性力により嵌め込まれている。抵抗調整部材８４は、金属でもよいし樹脂でもよい。抵抗調整部材８４は、内側ジャケット２４の一部であり、内側ジャケット２４の内周面を形成している。インジェクタ８０のモールド樹脂８２の外周の径は同一である。尚、図７では、ハーネス４２の図示を省略している。

この構成により第３実施形態では、抵抗調整部材８４が存在しない箇所の内側ジャケット２４とモールド樹脂８２との間の空間の間隔は、抵抗調整部材８４とモールド樹脂８２の間の空間の間隔よりも大きくなっている。これにより、抵抗調整部材８４が存在しない箇所の内側ジャケット２４とモールド樹脂８２との間の空間の流路抵抗が抵抗調整部材８４とモールド樹脂８２の間の空間の流路抵抗よりも小さくなっている点で、第３実施形態は第２実施形態と相違する。

第３実施形態では、抵抗調整部材８４が存在しない箇所の内側ジャケット２４とモールド樹脂８２との間の空間の間隔は、抵抗調整部材８４とモールド樹脂８２の間の空間の間隔よりも大きい拡大部２１０を形成している。

［３－２．効果］
以上説明した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ｂ）～（１ｄ）に加え、以下の効果を得ることができる。

（３ａ）抵抗調整部材８４が存在しない箇所の内側ジャケット２４とモールド樹脂８２との空間の流路抵抗は、抵抗調整部材８４とモールド樹脂８２の間の空間の流路抵抗よりも小さい。したがって、抵抗調整部材８４が存在しない箇所の内側ジャケット２４とモールド樹脂８２との空間には、気泡が閉じこめられることなく、他の空間よりも早く底部まで封止材５０が充填される。

そして、抵抗調整部材８４が存在しない箇所の内側ジャケット２４とモールド樹脂８２との空間に流れ込んだ封止材５０は、周方向から流れ込む封止材５０により他の空間の上部が塞がれる前に下方から上方に向けて流れ、他の空間の空気を上方に押し上げる。これにより、モールド樹脂８２と内側ジャケット２４または抵抗調整部材８４との間の空間から空気が押し出されるので、充填された封止材５０に気泡が閉じこめられることを抑制できる。

［４．第４実施形態］
［４－１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態の流体噴射装置２では、モールド樹脂４６と内側ジャケット２４との間の空間に流路抵抗の差を発生させることにより、流路抵抗の小さい空間の底部にまで他の空間よりも早く封止材５０を充填させた。

これに対し、図８および図９に示す第４実施形態の流体噴射装置８では、インジェクタ９０のモールド樹脂９２の外周の径は同一である。したがって、第４実施形態では、モールド樹脂９２と内側ジャケット２４との間の空間の流路抵抗が同一である点で、第１実施形態と相違している。尚、図９では、ハーネス４２の図示を省略している。

しかし、第４実施形態では、モールド樹脂９２の少なくとも周方向の１箇所に、モールド樹脂９２を軸方向に貫通する貫通孔９４を形成している。貫通孔９４が形成されている周方向位置では、封止材５０は、モールド樹脂９２と内側ジャケット２４との間の空間に加え、貫通孔９４を通って内側ジャケット２４の底部に流れ込む。

したがって、貫通孔９４が形成されている周方向位置では、他の周方向位置に比べ、封止材５０が内側ジャケット２４の底部にまで早く流れ込む。
［４－２．効果］
以上説明した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ｂ）～（１ｄ）に加え、以下の効果を得ることができる。

（４ａ）貫通孔９４が形成されている周方向位置では、他の周方向位置に比べ、封止材５０が内側ジャケット２４の底部にまで早く流れ込むので、気泡が閉じこめられることなく、底部まで封止材５０が充填される。

そして、貫通孔９４が形成されている周方向位置の底部まで流れ込んだ封止材５０は、周方向から流れ込む封止材５０により他の空間の上部が塞がれる前に下方から上方に向けて流れ、他の空間の空気を上方に押し上げる。これにより、モールド樹脂９２と内側ジャケット２４との間の空間から空気が押し出されるので、充填された封止材５０に気泡が閉じこめられることを抑制できる。

［５．第５実施形態］
［５－１．第４実施形態との相違点］
第５実施形態は、基本的な構成は第４実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第４実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

図１０に示す第５実施形態の流体噴射装置１０では、インジェクタ９０のモールド樹脂９２の少なくとも周方向の１箇所に、モールド樹脂９２を軸方向に貫通する貫通孔９４を形成する点は、第４実施形態の流体噴射装置８と同じである。

第５実施形態では、さらに、冷却ジャケット１００は、貫通孔９４と同じ周方向位置において、外側ジャケット２２と内側ジャケット２４との間を接続する接続管１０２を備えている。接続管１０２は、モールド樹脂９２と内側ジャケット２４との間の空間の底部に対応する位置で、内側ジャケット２４の内周側の空間と外側ジャケット２２の外周側の空間とを連通する連通流路１０４を形成している。

この構成により、貫通孔９４を通って内側ジャケット２４の底部に流れ込む封止材５０に押された空気は、接続管１０２を通って外側ジャケット２２の外部に排出される。
［５－２．効果］
以上説明した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ｂ）～（１ｄ）と第４実施形態の効果（４ａ）とに加え、以下の効果を得ることができる。

（５ａ）貫通孔９４を通って内側ジャケット２４の底部に流れ込む封止材５０に押された空気は、接続管１０２を通って外側ジャケット２２の外部に排出されるので、内側ジャケット２４の底部に気泡が閉じこめられることなく、内側ジャケット２４の底部まで封止材５０が充填される。

［６．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（６ａ）上記実施形態では、冷却ジャケットに流れる冷却水でインジェクタを冷却する流体噴射装置として、ＳＣＲの上流側の内燃機関の排気通路に尿素水を噴射する装置について説明したが、インジェクタが噴射する流体は尿素水に限るものではない。例えば、インジェクタは、ＤＯＣの上流側の排気通路に燃料を噴射してもよい。ＤＯＣは、Diesel Oxygen Catalystの略である。

（６ｂ）流体噴射装置は、高温の環境下で使用され、冷却ジャケットを流れる冷却用流体でインジェクタを冷却するのであれば、内燃機関で使用されることに限るものでなく、どのような分野で使用されてもよい。

（６ｃ）第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせ、モールド樹脂４６の平面部４８と向き合う周方向の範囲において、内側ジャケット６２に凹部６４を形成してもよい。
（６ｄ）第１実施形態において、拡大部２１０の底部の内側ジャケット２４と外側ジャケット２２とを第４実施形態で説明した接続管１０２で接続してもよい。

（６ｅ）冷却ジャケットのノズル部と反対側の端部が開口しており、冷却ジャケットの内周側に充填された封止材５０がモールド樹脂の外側を覆って冷却ジャケットの開口側の空間に露出しているのであれば、モールド樹脂と内側ジャケットとの径方向の間隔は全周において同一でもよい。さらに、モールド樹脂に、封止材を流すための貫通孔を形成しなくてもよい。

（６ｆ）冷却ジャケットの流路を流れる冷却用流体は、水以外の流体でもよい。例えば、空気でもよい。
（６ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。

２、４、６、８、１０：流体噴射装置、２０、６０、１００：冷却ジャケット、３０、７０、８０、９０：インジェクタ、３６：ノズル部、４０：コイル、４２：ハーネス、４６、７２、８２、９２：モールド樹脂、５０：封止材、９４：貫通孔、１０４：連通流路、２００：流路、２１０：拡大部、３００：中心軸

Claims

流体を噴射するノズル部（３６）と、
前記ノズル部を開閉駆動する駆動力を発生するコイル（４０）と、
前記コイルを封止するモールド樹脂（４６、７２、８２、９２）と、
を有するインジェクタ（３０、７０、８０、９０）と、
冷却用流体を流す流路（２００）を有し、前記インジェクタを収容して前記ノズル部と反対側の端部の開口が開放されている冷却ジャケット（２０、６０、１００）と、
前記冷却ジャケットと前記モールド樹脂との間の空間に充填されている封止材（５０）と、
を備える流体噴射装置。
請求項１に記載の流体噴射装置であって、
前記モールド樹脂と前記冷却ジャケットとの間の前記封止材を充填する空間には、周方向の一部に他の箇所よりも径方向の間隔が大きい拡大部（２１０）が形成されている、
流体噴射装置。
請求項２に記載の流体噴射装置であって、
前記インジェクタの中心軸（３００）を中心として、前記コイルと電気的に接続するハーネス（４２）を含む周方向の角度範囲として２５°の外側に、前記拡大部は形成されている、
流体噴射装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の流体噴射装置であって、
前記封止材は、樹脂材に、前記樹脂材よりも熱伝導率の高い材料が混入されている、
流体噴射装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の流体噴射装置であって、
前記封止材の樹脂材は熱硬化性と可撓性とを有している、
流体噴射装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の流体噴射装置であって、
前記モールド樹脂（９２）は軸方向に貫通する貫通孔（９４）を有している、
流体噴射装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の流体噴射装置であって、
前記冷却ジャケット（１００）は、前記冷却ジャケットと前記モールド樹脂との間の空間の底部に対応する位置で、前記冷却ジャケットの内周側と外周側とを連通する連通流路（１０４）を有している、
流体噴射装置。