JP6954102B2 - 添加剤噴射弁の冷却装置、及び冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、添加剤を噴射する噴射弁を冷却液により冷却する冷却装置に関する。

従来、この種の冷却装置において、噴射弁の先端部の温度が上昇し易いため、噴射弁の先端部まで冷却水（冷却液）を誘導するガイドを設けた冷却装置がある（特許文献１参照）。

米国特許第９２８４８７１号公報

ところで、冷却水の循環回路に、特許文献１に記載の冷却装置と他の冷却装置とが並列に接続される場合がある。この場合、特許文献１に記載の冷却装置では、冷却水の流れに応じて、他の冷却装置との冷却水の分配比率を変更することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、冷却水の循環回路に他の冷却装置と並列に接続される添加剤噴射弁の冷却装置において、冷却水の流れに応じて、他の冷却装置との冷却水の分配比率を変更可能とすることにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
冷却液の循環回路（６０）に他の冷却装置（５０）と並列に接続される、添加剤噴射弁（１０）の冷却装置（２０）であって、
前記冷却液が流通する冷却液通路と、
前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液通路の所定部分の通路面積を変更する可動部材（３３）と、
を備える。

上記構成によれば、添加剤噴射弁の冷却装置は、冷却液の循環回路に他の冷却装置と並列に接続される。そして、添加剤噴射弁の冷却装置は、冷却液が流通する冷却液通路を備えている。このため、添加剤噴射弁の冷却装置の冷却液通路を流れる冷却液の流量が変化することにより、他の冷却装置との冷却液の分配比率が変化する。

この点、可動部材が冷却液の流れを受けて移動することで、冷却液通路の所定部分の通路面積が変更される。したがって、冷却液の流れに応じて、冷却液通路を流れる冷却液の流量を変更することができ、ひいては他の冷却装置との冷却液の分配比率を変更することができる。さらに、可動部材は冷却液の流れを受けて移動するため、冷却液の流れを利用して、冷却液通路の所定部分の通路面積を変更することができる。

第２の手段では、前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流量が所定流量よりも多い場合の前記所定部分の前記通路面積を、前記冷却液の流量が前記所定流量よりも少ない場合の前記所定部分の前記通路面積よりも大きくする。

冷却液通路の通路面積が固定値である（変化しない）場合、冷却液の流量が多くなるほど、冷却液の圧力損失が大きくなる。一方、冷却液通路の通路面積が大き過ぎると、冷却液の圧力損失は小さくなるものの、冷却液の流速が低くなり、冷却効率が低下することとなる。

この点、上記構成によれば、可動部材が冷却液の流れを受けて移動することで、冷却液の流量が所定流量よりも多い場合の所定部分の通路面積が、冷却液の流量が所定流量よりも少ない場合の所定部分の通路面積よりも大きくされる。したがって、冷却液の圧力損失を抑制するとともに、冷却効率が低下することを抑制することができる。そして、この場合も、冷却液の流れ（詳しくは流量）に応じて、添加剤噴射弁の冷却装置と他の冷却装置との冷却液の分配比率を変更することができる。

第３の手段では、前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流量が多いほど、前記所定部分の前記通路面積を大きくする。

上記構成によれば、可動部材が冷却液の流れを受けて移動することで、冷却液の流量が多いほど、所定部分の通路面積が大きくされる。このため、冷却液の流量の増加に合わせて、所定部分の通路面積を徐々に大きくすることができる。したがって、冷却液の圧力損失を抑制するとともに、冷却効率を向上させることができる。

第４の手段では、前記可動部材は、前記所定部分の前記通路面積を大きくする方向へ前記可動部材を移動させる力を、前記冷却液の流れを受けることで発生させる第１傾斜面を有する。

上記構成によれば、冷却液の流れを可動部材の第１傾斜面が受けることで、所定部分の通路面積を大きくする方向へ可動部材を移動させる力が発生する。そして、第１傾斜面に当たる冷却液の流量が多いほど、可動部材を移動させる力が大きくなる。このため、冷却液の流量が所定流量よりも多くなり、可動部材を移動させる力が大きくなった場合に、所定部分の通路面積を拡大することができる。

第５の手段では、前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流れ方向が第１方向である場合の前記所定部分の前記通路面積を、前記冷却液の流れ方向が前記第１方向と反対の第２方向である場合の前記所定部分の前記通路面積よりも大きくする。

上記構成によれば、可動部材が冷却液の流れを受けて移動することで、冷却液の流れ方向が第１方向である場合の所定部分の通路面積が、冷却液の流れ方向が第１方向と反対の第２方向である場合の所定部分の通路面積よりも大きくされる。したがって、冷却液通路に冷却液を流す方向を、第１方向と第２方向とで切り替えることにより、他の冷却装置との冷却液の分配比率を変更することができる。すなわち、この場合も、冷却液の流れ（詳しくは流れ方向）に応じて、添加剤噴射弁の冷却装置と他の冷却装置との冷却液の分配比率を変更することができる。

第６の手段では、前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流れ方向が前記第２方向である場合に、前記冷却液の流量が多いほど、前記所定部分の前記通路面積を小さくする。

上記構成によれば、可動部材が冷却液の流れを受けて移動することで、冷却液の流れ方向が第２方向である場合に、冷却液の流量が多いほど、所定部分の通路面積が小さくされる。このため、冷却液の流量の増加に合わせて、所定部分の通路面積を徐々に小さくすることができる。したがって、冷却液の流量が多いほど、他の冷却装置への冷却水の分配比率を増加させることができる。

第７の手段では、前記可動部材は、前記所定部分の前記通路面積を小さくする方向へ前記可動部材を移動させる力を、前記冷却液の流れを受けることで発生させる第２傾斜面を有する。

上記構成によれば、冷却液の流れを可動部材の第２傾斜面が受けることで、所定部分の通路面積を小さくする方向へ可動部材を移動させる力が発生する。そして、第２傾斜面に当たる冷却液の流量が多いほど、可動部材を移動させる力が大きくなる。このため、所定部分の通路面積が小さい状態を維持し易くなる、若しくは冷却液の流量が多いほど、所定部分の通路面積を縮小することができる。

第８の手段では、前記所定部分の前記通路面積を小さくする方向へ前記可動部材を付勢する付勢部材（３７）を備える。

上記構成によれば、所定部分の通路面積を小さくする方向へ付勢部材により可動部材が付勢されるため、所定部分の通路面積を小さくした状態を維持し易くなる。

第９の手段では、前記所定部分は、前記冷却液通路において前記添加剤噴射弁の先端部（１０ａ）の外周部分である。

上記構成によれば、冷却液通路において、通路面積が変更される所定部分は、噴射弁の先端部の外周部分である。このため、所定部分の通路面積を小さくした場合に、噴射弁の先端部へ流れる冷却液の流速を高くすることができる。したがって、温度が上昇し易い噴射弁の先端部を、効率的に冷却することができる。

第１０の手段は、冷却システムであって、第１〜第９のいずれか１つの手段の添加剤噴射弁の冷却装置と、前記冷却液の前記循環回路に、前記添加剤噴射弁の前記冷却装置と並列に接続された他の冷却装置と、を備える。こうした構成によれば、複数の冷却装置を備える冷却システムにおいて、上記各手段の作用効果を奏することができる。

冷却水の循環回路及び冷却システムを示す模式図。 噴射弁及び冷却装置を示す正面図。 冷却水流量が所定流量よりも少ない場合の図２の部分断面図。 冷却水流量が所定流量よりも多い場合の図２の部分断面図。 正方向流れにおける冷却水流量と可変部分面積と圧力損失との関係を示すグラフ。 逆方向流れにおける冷却水流量と可変部分面積と圧力損失との関係を示すグラフ。 正方向流れにおける冷却装置とＷＣＡＣとの冷却水の分配比率を示す模式図。 逆方向流れにおける冷却装置とＷＣＡＣとの冷却水の分配比率を示す模式図。 正方向流れにおける冷却水流量と可変部分面積と圧力損失との関係の変更例を示すグラフ。 逆方向流れにおける冷却水流量と可変部分面積と圧力損失との関係の変更例を示すグラフ。 可動部材の変更例を示す部分断面図。 可動部材の他の変更例を示す部分断面図。

以下、車両に搭載される冷却システムに具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、車両は、冷却水の循環回路６０、ポンプ７１、冷却システム７０、ラジエータ７２等を搭載している。ポンプ７１とラジエータ７２との間に、冷却システム７０が接続されている。冷却システム７０は、冷却装置２０、切替器５２、ＷＣＡＣ（Water cooled Charge Air Cooler）５０等を備えている。

ポンプ７１は、循環回路６０に接続されており、内燃機関（図示略）の駆動力に基づいて、循環回路６０に冷却水（冷却液）を循環させる。ポンプ７１の冷却水の吐出量は、内燃機関の回転速度に比例する。なお、ポンプ７１は、電動式のポンプであってもよく、吐出量を任意に変更してもよい。

循環回路６０は、ポンプ７１の下流側で分岐路６１と分岐路６２とに分岐している。分岐路６１には、切替器５２が接続されている。切替器５２には、噴射弁１０の冷却装置２０の第１管２２及び第２管２３が接続されている。切替器５２は、冷却装置２０へ流通させる冷却水の流れ方向を正方向と逆方向とに切り替える。冷却水を正方向（第１方向）に流す場合は、第１管２２へ冷却水が流入して、第２管２３から冷却水が流出する。冷却水を逆方向（第２方向）に流す場合は、第２管２３へ冷却水が流入して、第１管２２から冷却水が流出する。

分岐路６２には、ＷＣＡＣ５０が接続されている。すなわち、冷却装置２０とＷＣＡＣ５０とは、循環回路６０に並列に接続されている。
ＷＣＡＣ５０は、水冷式のインタークーラである。

分岐路６１における切替器５２の下流側と、分岐路６２におけるＷＣＡＣ５０の下流側とが統合されて、ラジエータ７２に接続されている。ラジエータ７２は、熱交換により冷却水を冷却する。ラジエータ７２で冷却された冷却水は、循環回路６０を循環して再びポンプ７１へ流通する。

図２，３に示すように、冷却装置２０（添加剤噴射弁の冷却装置）は、噴射弁１０に取り付けられている。噴射弁１０は、円柱状に形成されている。噴射弁１０は、尿素を先端部１０ａから噴射する。

冷却装置２０は、本体２１、第１管２２、第２管２３、固定部材３１、可動部材３３、第１ばね３５、第２ばね３７、取付部材２４等を備えている。冷却装置２０は、取付部材２４により、内燃機関の排気管に取り付けられる。

本体２１は、噴射弁１０の径よりも大きい径の円筒状に形成されている。本体２１の第１端部２１ａは、噴射弁１０の先端部１０ａの外周面に接合されている。本体２１の第２端部２１ｂは、噴射弁１０の拡径部１０ｂ（基端部）の外周面に接合されている。本体２１には、第１ポート２１ｃ及び第２ポート２１ｄが形成されている。第１ポート２１ｃには、上記第１管２２が接続されている。第２ポート２１ｄには、上記第２管２３が接続されている。第２ポート２１ｄは、第１ポート２１ｃよりも上方に配置される。すなわち、第２ポート２１ｄは、第１ポート２１ｃよりも上方に設けられる。

本体２１の内部には、円筒状の固定部材３１が収納されている。固定部材３１は、第１ポート２１ｃから第２ポート２１ｄまでの範囲内に設けられている。固定部材３１の第１ポート２１ｃ側の一端部３１ａが、本体２１に固定されている。一端部３１ａと本体２１との間はシールされている。固定部材３１の内部に、噴射弁１０の一部、詳しくは先端部１０ａを含まない一部が挿入されている。固定部材３１の内周面と噴射弁１０の外周面との間には、所定の隙間が形成されており、この所定の隙間が冷却水の通路になっている。

本体２１の内部には、円筒状の可動部材３３が収納されている。可動部材３３は、噴射弁１０の先端部１０ａから固定部材３１の一端部３１ａまでの範囲内に設けられている。可動部材３３の内部に、噴射弁１０の一部、詳しくは先端部１０ａを含む一部が挿入されている。可動部材３３は、先端側（第１端部２１ａ側）から順に、第１円筒部３３ａ、円錐部３３ｂ、第２円筒部３３ｃを備えている。

第１円筒部３３ａ及び第２円筒部３３ｃは、円筒形に形成されている。第１円筒部３３ａの径は、第２円筒部３３ｃの径よりも小さくなっている。円錐部３３ｂは、円錐の筒状に形成されている。円錐部３３ｂは、第１円筒部３３ａと第２円筒部３３ｃとを接続している。円錐部３３ｂの径は、第１円筒部３３ａ側から第２円筒部３３ｃ側へ向かって拡大している。第１円筒部３３ａ、円錐部３３ｂ、及び第２円筒部３３ｃの各内周面と噴射弁１０の外周面との間には、所定の隙間が形成されており、この所定の隙間が冷却水の通路になっている。また、第１円筒部３３ａ、円錐部３３ｂ、及び第２円筒部３３ｃの各外周面と本体２１の内周面との間には、所定の隙間が形成されており、この所定の隙間が冷却水の通路になっている。

第１円筒部３３ａ、円錐部３３ｂ、及び第２円筒部３３ｃの各外周面と本体２１の内周面との間の所定の隙間により、第１通路が構成されている。第１通路は、第１ポート２１ｃに接続され、噴射弁１０の先端部１０ａの外周まで延びている。第１円筒部３３ａ、円錐部３３ｂ、第２円筒部３３ｃ、及び固定部材３１の各内周面と噴射弁１０の外周面との間の所定の隙間により、第２通路が構成されている。第２通路は、上記第１通路に接続され、先端部１０ａの外周から噴射弁１０に沿って延びて、第２ポート２１ｄに接続されている。そして、第１通路及び第２通路により、冷却液通路が構成されている。

第１円筒部３３ａと円錐部３３ｂとの境界部には、内周側に環状に突出する突出部３３ｄが形成されている。噴射弁１０の外周面と突出部３３ｄの内周面との間には、冷却水の流れの上流側及び下流側の両隣よりも小さい隙間が形成されている。すなわち、突出部３３ｄ（絞り部）は、第２通路において、所定位置の通路面積を、所定位置の両隣の位置の通路面積よりも減少させている。

第１円筒部３３ａの内部には、第１ばね３５が収納されている。第１ばね３５（規制部）は、噴射弁１０の外周面と第１円筒部３３ａの内周面との間に配置されている。第１ばね３５は、本体２１の第１端部２１ａと突出部３３ｄとの間に配置されている。噴射弁１０の外周面と第１ばね３５との間には隙間が形成されており、第１円筒部３３ａの内周面と第１ばね３５との間には隙間が形成されている。第１ばね３５は、ばね係数ｋ１のコイルばねにより形成されている。

噴射弁１０の中間には、先端部１０ａの径よりも大きい径の中径部１０ｃが形成されている。中径部１０ｃと突出部３３ｄとの間に、第２ばね３７が配置されている。第２ばね３７（付勢部材）は、ばね係数ｋ２のコイルばねにより形成されている。第２ばね３７の一端は中径部１０ｃに当接しており、第２ばね３７の他端は突出部３３ｄに当接している。そして、第２ばね３７は、噴射弁１０の先端部１０ａ及び本体２１の第１端部２１ａの方向へ可動部材３３を付勢している。

これにより、第１ばね３５の一端は突出部３３ｄに当接しており、第１ばね３５の他端は本体２１の第１端部２１ａに当接している。第１ばね３５のばね係数ｋ１は、第２ばね３７のばね係数ｋ２よりも十分大きくなっている（ｋ１＞＞ｋ２）。このため、第１ばね３５は突出部３３ｄにより押されてもほとんど縮まず、第１端部２１ａの方向への可動部材３３の移動が第１ばね３５により規制される。

第２円筒部３３ｃにおいて円錐部３３ｂ寄りの部分には、外周側に環状に張り出した張出部３３ｃｂが形成されている。第２円筒部３３ｃは、固定部材３１の一端部３１ａに摺動可能に嵌合している。第２円筒部３３ｃの外周面と固定部材３１の一端部３１ａの内周面との間からは、冷却水が漏れない、若しくは冷却水の漏れ量が少なくなっている。一端部３１ａの端面と張出部３３ｃｂとが対向している。

第１ポート２１ｃは、可動部材３３の円錐部３３ｂに面している。このため、第１ポート２１ｃから流入した冷却水は、円錐部３３ｂの外周面（第１傾斜面）に当たる。円錐部３３ｂの外周面に冷却水の流れが当たると、可動部材３３を固定部材３１側（本体２１の第１端部２１ａと反対側）へ移動させる力が作用する。円錐部３３ｂの外周面に当たる冷却水の流量が多くなるほど、可動部材３３を固定部材３１側へ移動させる力が大きくなる。

図３は、冷却水の流量が所定流量よりも少ない場合の可動部材３３の状態を表している。この場合、第２ばね３７により本体２１の第１端部２１ａ側へ可動部材３３が付勢されて、突出部３３ｄが第１ばね３５に当接している。これにより、本体２１の第１端部２１ａ側への可動部材３３の移動が、第１ばね３５により規制されている。第１円筒部３３ａの先端部３３ａａと本体２１の第１端部２１ａとの間には、第１隙間ｇ１が形成されている。固定部材３１の一端部３１ａの端面と張出部３３ｃｂとは離間している。

図４は、冷却水の流量が上記所定流量よりも多い場合の可動部材３３の状態を表している。上述したように、円錐部３３ｂの外周面に冷却水の流れが当たると、可動部材３３を固定部材３１側（本体２１の第１端部２１ａと反対側）へ移動させる力が作用する。このため、可動部材３３は、冷却水の流量が所定流量よりも多い場合に、第２ばね３７の付勢力に抗して、本体２１の第１端部２１ａと反対側（第２ポート２１ｄ側）へ移動させられている。

この状態において、固定部材３１の一端部３１ａの端面と張出部３３ｃｂとが当接している。これにより、可動部材３３の固定部材３１側への移動が、固定部材３１の一端部３１ａにより規制されている。

第１円筒部３３ａの先端部３３ａａと本体２１の第１端部２１ａとの間には、第２隙間ｇ２が形成されている。第２隙間ｇ２は、上記第１隙間ｇ１よりも大きくなっている（ｇ２＞ｇ１）。すなわち、可動部材３３の円錐部３３ｂの外周面は、噴射弁１０の先端部１０ａと可動部材３３の先端部３３ａａとの間部分（以下、「可変部分」という）の通路面積を大きくする方向へ可動部材３３を移動させる力を、第１ポート２１ｃから流入する冷却水の流れを受けることで発生させる。可変部分（所定部分）は、冷却水通路（第１通路及び第２通路）において噴射弁１０の先端部１０ａの外周部分である。

そして、可動部材３３は、冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流量が所定流量よりも多い場合の上記可変部分の通路面積（第２隙間ｇ２で規定される）を、冷却水の流量が所定流量よりも少ない場合の可変部分の通路面積（第１隙間ｇ１で規定される）よりも大きくする。なお、第２ばね３７は、可変部分の通路面積を小さくする方向へ可動部材３３を付勢している。

さらに、上述したように、噴射弁１０の外周面と突出部３３ｄの内周面との間には、冷却水の流れの上流側及び下流側の両隣よりも小さい隙間が形成されている。このため、突出部３３ｄは、第２通路に形成された絞り部として機能する。そして、突出部３３ｄの上流における冷却水の圧力が、突出部３３ｄの下流における冷却水の圧力よりも高くなり、可動部材３３を固定部材３１側へ移動させる力が発生する。すなわち、突出部３３ｄは、可変部分の通路面積を大きくする方向へ可動部材３３を移動させる力を、冷却水の流れを受けることで発生させる。

図５は、冷却水が正方向に流れる場合において、冷却水流量Ｑと可変部分面積Ａと圧力損失ΔＰとの関係を示すグラフである。

冷却水流量が流量Ｑ１よりも少ない場合は、図３に示すように可変部分の隙間は第１隙間ｇ１に維持されており、可変部分面積は面積Ａ１に維持されている。冷却水の流れにより可動部材３３を固定部材３１側へ移動させる力が、第２ばね３７の付勢力と可動部材３３に作用する摩擦力とを足した力よりも大きくなるまで、可動部材３３は図３に示す位置に維持される。

ここで、可変部分の通路面積が固定値である（変化しない）場合、冷却水の流量が多くなるほど、冷却水の圧力損失ΔＰが大きくなる。一方、可変部分の通路面積が大き過ぎると、冷却水の圧力損失は小さくなるものの、冷却水の流速が低くなり、噴射弁１０の先端部１０ａの冷却効率が低下することとなる。

この点、冷却水流量が流量Ｑ１よりも多い場合は、図４に示すように可変部分の隙間は第２隙間ｇ２に拡大され、可変部分面積は面積Ａ２に増加させられる。すなわち、冷却水流量が流量Ｑ１よりも多くなると、冷却水の流れにより可動部材３３を固定部材３１側へ移動させる力が、第２ばね３７の付勢力と可動部材３３に作用する摩擦力とを足した力よりも大きくなる。

そして、第２ばね３７のばね係数ｋ２は比較的小さく設定されているため、可動部材３３が移動し始めると、可動部材３３の張出部３３ｃｂが固定部材３１の一端部３１ａに当接するまで可動部材３３が移動する。これにより、可変部分面積が面積Ａ２に増加させられ、圧力損失ΔＰが減少する。このとき、第１通路及び第２通路に流れる冷却水の流量が増加する。その後、冷却水流量が大きくなるほど、圧力損失ΔＰが大きくなる。

また、冷却装置２０は、冷却水の循環回路６０にＷＣＡＣ５０と並列に接続されている。このため、冷却装置２０へ流れる冷却水の流量が増加することにより、ＷＣＡＣ５０へ流れる冷却水の流量が減少する。すなわち、冷却装置２０に対する冷却水の分配比率が上昇し、ＷＣＡＣ５０への冷却水の分配比率が低下する。

図６は、冷却水が逆方向に流れる場合において、冷却水流量Ｑと可変部分面積Ａと圧力損失ΔＰとの関係を示すグラフである。上述した切替器５２により、冷却装置２０へ流通させる冷却水の流れ方向が逆方向に切り替えられる。

冷却水が逆方向に流れる場合は、冷却水流量Ｑにかかわらず、可変部分面積が面積Ａ１に維持されている。この場合は、図３に矢印で示す正方向とは逆方向に冷却水が流れる。このため、冷却水の流れは、円錐部３３ｂの内周面（第２傾斜面）に当たる。円錐部３３ｂの内周面に冷却水の流れが当たると、可動部材３３を本体２１の第１端部２１ａ側へ移動させる力が作用する。すなわち、円錐部３３ｂの内周面は、可変部分の通路面積を小さくする方向へ可動部材３３を移動させる力を、冷却水の流れを受けることで発生させる。そして、冷却水の流量が多くなるほど、冷却水の圧力損失ΔＰが大きくなる。

図５と図６とを比較すると、可動部材３３は、冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流れ方向が正方向である場合の可変部分面積Ａ２を、冷却水の流れ方向が逆方向である場合の可変部分面積Ａ１よりも大きくする。冷却装置２０へ正方向に冷却水が流れる場合の冷却水の流量が、冷却装置２０へ逆方向に冷却水が流れる場合の冷却水の流量よりも多くなり、ＷＣＡＣ５０へ流れる冷却水の流量が減少する。換言すれば、冷却装置２０へ逆方向に冷却水が流れる場合の冷却水の流量が、冷却装置２０へ正方向に冷却水が流れる場合の冷却水の流量よりも少なくなり、ＷＣＡＣ５０へ流れる冷却水の流量が増加する。すなわち、冷却装置２０に逆方向に冷却水を流すことにより、冷却装置２０に対する冷却水の分配比率が低下し、ＷＣＡＣ５０への冷却水の分配比率が上昇する。

図７は、冷却水が正方向に流れる場合において、冷却装置２０とＷＣＡＣ５０との冷却水の分配比率を示す模式図である。冷却水流量が流量Ｑ１よりも多い場合において、冷却装置２０への冷却水の分配比率が、ＷＣＡＣ５０への冷却水の分配比率よりも高くなる。すなわち、冷却装置２０への冷却水の流量が、ＷＣＡＣ５０への冷却水の流量よりも多くなる。

図８は、冷却水が逆方向に流れる場合において、冷却装置２０とＷＣＡＣ５０との冷却水の分配比率を示す模式図である。冷却水流量にかかわらず、冷却装置２０への冷却水の分配比率が、ＷＣＡＣ５０への冷却水の分配比率よりも低くなる。すなわち、冷却装置２０への冷却水の流量が、ＷＣＡＣ５０への冷却水の流量よりも少なくなる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・可動部材３３が冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水通路の可変部分の通路面積が変更される。したがって、冷却水の流れに応じて、冷却水通路を流れる冷却水の流量を変更することができ、ひいてはＷＣＡＣ５０との冷却水の分配比率を変更することができる。さらに、可動部材３３は冷却水の流れを受けて移動するため、冷却水の流れを利用して、冷却水通路の可変部分の通路面積を変更することができる。

・可動部材３３が冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流量が所定流量よりも多い場合の可変部分の通路面積が、冷却水の流量が所定流量よりも少ない場合の可変部分の通路面積よりも大きくされる。したがって、冷却水の圧力損失を抑制するとともに、冷却効率が低下することを抑制することができる。そして、この場合も、冷却水の流れ（詳しくは流量）に応じて、噴射弁１０の冷却装置とＷＣＡＣ５０との冷却水の分配比率を変更することができる。

・冷却水の流れを可動部材３３の円錐部３３ｂの外周面が受けることで、可変部分の通路面積を大きくする方向へ可動部材３３を移動させる力が発生する。そして、円錐部３３ｂの外周面に当たる冷却水の流量が多いほど、可動部材３３を移動させる力が大きくなる。このため、冷却水の流量が所定流量よりも多くなり、可動部材３３を移動させる力が大きくなった場合に、可変部分の通路面積を拡大することができる。

・可動部材３３が冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流れ方向が正方向である場合の可変部分の通路面積が、冷却水の流れ方向が逆方向である場合の可変部分の通路面積よりも大きくされる。したがって、冷却液通路に冷却水を流す方向を、正方向と逆方向とで切り替えることにより、ＷＣＡＣ５０との冷却水の分配比率を変更することができる。すなわち、この場合も、冷却水の流れ（詳しくは流れ方向）に応じて、噴射弁１０の冷却装置とＷＣＡＣ５０との冷却水の分配比率を変更することができる。

・冷却水の流れ方向が逆方向の場合に、冷却水の流れを可動部材３３の円錐部３３ｂの内周面が受けることで、可変部分の通路面積を小さくする方向へ可動部材３３を移動させる力が発生する。そして、円錐部３３ｂの内周面に当たる冷却水の流量が多いほど、可動部材３３を移動させる力が大きくなる。このため、可変部分の通路面積が小さい状態を維持し易くなる。

・可変部分の通路面積を小さくする方向へ第２ばね３７により可動部材３３が付勢されるため、可変部分の通路面積を小さくした状態を維持し易くなる。

・冷却水通路において、通路面積が変更される可変部分は、噴射弁１０の先端部１０ａの外周部分である。このため、可変部分の通路面積を小さくした場合に、噴射弁１０の先端部１０ａへ流れる冷却水の流速を高くすることができる。したがって、温度が上昇し易い噴射弁１０の先端部１０ａを、効率的に冷却することができる。

・可動部材３３が有する突出部３３ｄにより、第２通路において、所定位置の通路面積が、所定位置の両隣の位置の通路面積よりも減少させられている。このため、突出部３３ｄの上流における冷却水の圧力が、突出部３３ｄの下流における冷却水の圧力よりも高くなり、可動部材３３を固定部材３１側へ移動させる力が発生する。すなわち、突出部３３ｄは、可変部分の通路面積を大きくする方向へ可動部材３３を移動させる力を、冷却水の流れを受けることで発生させる。ここで、突出部３３ｄを通過する冷却水の流量が多いほど、可動部材３３を移動させる力が大きくなる。このため、突出部３３ｄによっても、可変部分の通路面積を大きくする方向へ可動部材３３を移動させる力を発生させることができ、冷却水の流量が所定流量よりも多い場合に可変部分の通路面積を大きくすることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。なお、上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・図９は、冷却水が正方向に流れる場合において、冷却水流量Ｑと可変部分面積Ａと圧力損失との関係の変更例を示すグラフである。この変更例では、可動部材３３は、冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流量が多いほど、可変部分（所定部分）の通路面積を大きくする。具体的には、この変更例の第２ばね３７のばね係数ｋ３は、上記ばね係数ｋ２よりも大きく、上記ばね係数ｋ１よりも小さく設定されている（ｋ２＜ｋ３＜ｋ１）。このため、冷却水流量が流量Ｑ２よりも多くなると、可動部材３３は固定部材３１の方向へ移動し始め、冷却水流量Ｑに応じて徐々に移動する。

上記構成によれば、可動部材３３が冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流量が多いほど、可変部分の通路面積が大きくされる。このため、冷却水の流量の増加に合わせて、可変部分の通路面積を徐々に大きくすることができる。したがって、冷却水の圧力損失を抑制するとともに、冷却効率を向上させることができる。

・図１０は、冷却水が逆方向に流れる場合において、冷却水流量Ｑと可変部分面積Ａと圧力損失との関係の変更例を示すグラフである。この変更例では、可動部材３３は、冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流れ方向が逆方向である場合に、冷却水の流量が多いほど、可変部分（所定部分）の通路面積を小さくする。具体的には、この変更例の第１ばね３５のばね係数ｋ４は、上記ばね係数ｋ２，ｋ３よりも大きく、上記ばね係数ｋ１よりも小さく設定されている（ｋ２＜ｋ３＜ｋ４＜ｋ１）。このため、冷却水流量Ｑが多くなると、可動部材３３は本体２１の第１端部２１ａの方向へ、冷却水流量Ｑに応じて徐々に移動する。

上記構成によれば、可動部材が冷却水の流れを受けて移動することで、冷却水の流れ方向が逆方向である場合に、冷却水の流量が多いほど、可変部分の通路面積が小さくされる。このため、冷却水の流量の増加に合わせて、可変部分の通路面積を徐々に小さくすることができる。したがって、冷却水の流量が多いほど、ＷＣＡＣ５０への冷却水の分配比率を増加させることができる。

・円錐部３３ｂの外周面以外に、冷却水の流れを受けることで、可変部分の通路面積を大きくする方向へ可動部材３３を移動させる力を発生させる傾斜面（第１傾斜面）を設けることもできる。その傾斜面は、曲面であってもよいし、平面であってもよい。

・円錐部３３ｂの内周面以外に、冷却水の流れを受けることで、可変部分の通路面積を小さくする方向へ可動部材３３を移動させる力を発生させる傾斜面（第２傾斜面）を設けることもできる。その傾斜面は、曲面であってもよいし、平面であってもよい。

・図１１，１２に示すように、冷却水通路（第１通路及び第２通路）において、噴射弁１０の先端部１０ａの外周部分以外に、通路面積を可変とする可変部分（所定部分）を設けることもできる。図１１では、可動部材３３の円錐部３３ｂの内側に、環状に突出する環状部３３ｂａが形成されている。そして、噴射弁１０の中径部１０ｃと環状部３３ｂａとの間部分（所定部分）の第３隙間ｇ３が、可動部材３３が冷却水の流れを受けて移動することで変更される。同図は、第３隙間ｇ３が小さくなった状態を示している。図１２では、噴射弁１０の中径部１０ｃに、円錐状の傾斜部１０ｃａが形成されている。そして、傾斜部１０ｃａと円錐部３３ｂの内周面との間部分（所定部分）の第４隙間ｇ４が、可動部材３３が冷却水の流れを受けて移動することで変更される。同図は、第４隙間ｇ４が小さくなった状態を示している。

・可動部材３３に作用する重力により、冷却水の流量が所定流量よりも少ない場合に可変部分の通路面積を小さくすることができれば、第２ばね３７を省略することもできる。

・分岐路６１に、ＷＣＡＣ５０に代えて、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラや、ターボチャージャ等（他の冷却装置）を接続することもできる。

・噴射弁１０の冷却装置２０は、冷却液として冷却水以外の冷媒を採用してもよい。

・噴射弁１０は、尿素以外の添加剤、例えば燃料などの還元剤を噴射してもよい。

１０…噴射弁、２０…冷却装置、３３…可動部材、５０…ＷＣＡＣ、６０…循環回路、７０…冷却システム。

Claims (10)

1. 冷却液の循環回路（６０）に他の冷却装置（５０）と並列に接続される、添加剤噴射弁（１０）の冷却装置（２０）であって、
   前記冷却液が流通する冷却液通路と、
   前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液通路の所定部分の通路面積を変更する可動部材（３３）と、
   を備える添加剤噴射弁の冷却装置。
2. 前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流量が所定流量よりも多い場合の前記所定部分の前記通路面積を、前記冷却液の流量が前記所定流量よりも少ない場合の前記所定部分の前記通路面積よりも大きくする、請求項１に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
3. 前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流量が多いほど、前記所定部分の前記通路面積を大きくする、請求項１又は２に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
4. 前記可動部材は、前記所定部分の前記通路面積を大きくする方向へ前記可動部材を移動させる力を、前記冷却液の流れを受けることで発生させる第１傾斜面を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
5. 前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流れ方向が第１方向である場合の前記所定部分の前記通路面積を、前記冷却液の流れ方向が前記第１方向と反対の第２方向である場合の前記所定部分の前記通路面積よりも大きくする、請求項１に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
6. 前記可動部材は、前記冷却液の流れを受けて移動することで、前記冷却液の流れ方向が前記第２方向である場合に、前記冷却液の流量が多いほど、前記所定部分の前記通路面積を小さくする、請求項５に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
7. 前記可動部材は、前記所定部分の前記通路面積を小さくする方向へ前記可動部材を移動させる力を、前記冷却液の流れを受けることで発生させる第２傾斜面を有する、請求項１、５、６のいずれか１項に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
8. 前記所定部分の前記通路面積を小さくする方向へ前記可動部材を付勢する付勢部材（３７）を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
9. 前記所定部分は、前記冷却液通路において前記添加剤噴射弁の先端部（１０ａ）の外周部分である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の添加剤噴射弁の冷却装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の添加剤噴射弁の冷却装置と、
    前記冷却液の前記循環回路に、前記添加剤噴射弁の前記冷却装置と並列に接続された他の冷却装置と、を備える冷却システム（７０）。

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