JP2006220083A - Fuel injection device - Google Patents

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勇介 本江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection device capable of preventing fuel loss by the injection of urea from occurring in the fuel injection device jetting and feeding a fuel into an internal combustion engine jetted with urea. <P>SOLUTION: This fuel injection device comprises a fuel injection means having an exhaust passage 102 discharging combustion gas from a combustion chamber 106 and a catalyst part 120 formed in the exhaust passage 102 and purifying the combustion gas, discharging the combustion gas from the combustion chamber 106, used for the internal combustion engine 100 activating the catalyst part 120 by the heat energy of the combustion gas, and jetting the fuel and urea into the combustion chamber 106 to mix the combustion gas produced by jetting the fuel with the atomized urea produced by jetting the urea in the combustion chamber 106. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に二種類の燃焼に係わる流体を噴射供給する燃料噴射装置に適用して好適なものである。   The present invention relates to a fuel injection device, and is suitable for application to, for example, a fuel injection device that injects and supplies two types of combustion fluids to an internal combustion engine.

近年、内燃機関、例えばディーゼルエンジンの分野では、ゼオライト系のNOx触媒を用い、還元剤の供給下でNOxを浄化処理する技術が注目されつつある。還元剤としてはアンモニア(NH)や尿素((NHCO)などがある。アンモニアに比べて毒性のない尿素が車両用エンジン等への適用が容易なため、採用のための検討が進められている(特許文献1等参照)。 In recent years, in the field of internal combustion engines, for example, diesel engines, a technique for purifying NOx using a zeolite-based NOx catalyst and supplying a reducing agent has been attracting attention. Examples of the reducing agent include ammonia (NH 3 ) and urea ((NH 2 ) 2 CO). Since urea, which is less toxic than ammonia, can be easily applied to a vehicle engine or the like, studies are being conducted for its use (see Patent Document 1).

特許文献1の開示する技術では、エンジンの下流の排気管に設けられた過給装置のタービンハウジング内に尿素を噴射させる装置を設けている。なお、一般に、NOx触媒を有する触媒部は、過給装置の下流側に配置されている。触媒部は、NOxの浄化効率を高めるため、触媒温度を所定の高温域に高められている必要がある。
特表2004−503706公報
In the technique disclosed in Patent Document 1, a device for injecting urea is provided in a turbine housing of a supercharging device provided in an exhaust pipe downstream of an engine. In general, the catalyst portion having the NOx catalyst is disposed on the downstream side of the supercharging device. The catalyst part needs to be raised to a predetermined high temperature range in order to increase the NOx purification efficiency.
Special table 2004-503706 gazette

しかしながら、特許文献1による従来技術では、過給装置で尿素を噴射させることにより、触媒部へ導かれる燃焼ガスつまり排気ガスの温度を下げることになるので、触媒部の触媒温度を高めるために、燃焼後期に燃料を噴射供給させ排気温度を高める必要がある。場合によっては、その燃料ロスによる燃費の悪化が3〜4%程度になるという問題がある。   However, in the conventional technique according to Patent Document 1, since the temperature of the combustion gas, that is, the exhaust gas that is led to the catalyst part is lowered by injecting urea with the supercharging device, in order to increase the catalyst temperature of the catalyst part, It is necessary to increase the exhaust temperature by injecting and supplying fuel in the latter half of combustion. In some cases, there is a problem that the deterioration of fuel consumption due to the fuel loss is about 3 to 4%.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、尿素噴射を行なう内燃機関に燃料を噴射供給するものにおいて、尿素噴射による燃費ロスを防止する燃料噴射装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel injection device that prevents fuel loss due to urea injection in an internal combustion engine that performs urea injection. There is to do.

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。   In order to achieve the above object, the present invention comprises the following technical means.

即ち、請求項1乃至7記載の発明では、燃焼室から燃焼ガスを排出する排気通路と、排気通路内に設けられ、燃焼ガスを浄化する触媒部とを備え、燃焼ガスを燃焼室から排出するとともに、燃焼ガスの熱エネルギで触媒部を活性化させる内燃機関に用いられ、燃料および尿素を燃焼室内に噴射させて、燃焼室内にて燃料噴射により生じる燃焼ガスと尿素噴射により生じる尿素噴霧とを混合させる噴射手段を備えることを特徴としている。   That is, according to the first to seventh aspects of the present invention, the exhaust passage for discharging the combustion gas from the combustion chamber and the catalyst portion provided in the exhaust passage for purifying the combustion gas are provided, and the combustion gas is discharged from the combustion chamber. At the same time, it is used in an internal combustion engine that activates the catalyst portion with the thermal energy of the combustion gas, and injects fuel and urea into the combustion chamber to generate combustion gas generated by fuel injection in the combustion chamber and urea spray generated by urea injection. It is characterized by comprising an injection means for mixing.

これにより、尿素は、排気管中の燃焼ガスではなく、燃焼室内に生成されている燃焼ガスに噴射されるので、触媒部へ導かれる燃焼ガス温度を上昇させるために燃焼後期に燃料を噴射する燃費ロスを防止できる。   As a result, urea is injected not to the combustion gas in the exhaust pipe but to the combustion gas generated in the combustion chamber, so that fuel is injected in the later stage of combustion in order to increase the temperature of the combustion gas guided to the catalyst unit. Fuel consumption loss can be prevented.

特に、請求項2に記載の発明では、噴射手段は、燃料と尿素とを個別の流入経路を有して噴射させる1つの燃料噴射弁であることを特徴としている。   In particular, the invention according to claim 2 is characterized in that the injection means is one fuel injection valve that injects fuel and urea with separate inflow paths.

これによると、燃料と尿素は同一の燃料噴射弁から噴射されるので、燃料噴射により燃料噴射方向に生成される燃焼ガスに向かって尿素を噴射することができる。   According to this, since fuel and urea are injected from the same fuel injection valve, urea can be injected toward the combustion gas generated in the fuel injection direction by fuel injection.

また、請求項3に記載の発明では、燃焼室内へ燃料および尿素を噴射する噴射時期は、燃料の噴射開始後に尿素を燃料とオーバラップして噴射、燃料の噴射終了後に尿素の噴射開始、および燃料と尿素の同時噴射のうちのいずれかであることを特徴としている。   In the invention according to claim 3, the injection timing for injecting the fuel and urea into the combustion chamber is such that urea is overlapped with the fuel after the fuel injection is started, urea is started after the fuel injection is completed, and It is one of simultaneous injection of fuel and urea.

これにより、噴射される燃料のうち、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合、もしくは燃料の着火により生成した燃焼ガス中のNO等の窒素酸化物と尿素を還元反応させることができる。なお、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合するので、尿素は燃焼ガスと効率的に混合できる。   As a result, of the injected fuel, it is possible to reduce the nitrogen oxides such as NO and the urea in the combustion gas generated by mixing the fuel spray that is to generate the combustion gas and urea or by ignition of the fuel. In addition, since the fuel spray for generating the combustion gas and urea are mixed, urea can be efficiently mixed with the combustion gas.

また、請求項4に記載の発明では、噴射手段は、燃焼室内に生成する燃焼ガス中のNOの生成量がほぼ飽和するときに、尿素を噴射することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, the injection means injects urea when the NO generation amount in the combustion gas generated in the combustion chamber is substantially saturated.

これにより、燃焼室内で生成され、その生成量が飽和したNOと、尿素を還元することができる。   As a result, NO produced in the combustion chamber and saturated in the production amount and urea can be reduced.

また、請求項5に記載の発明では、噴射手段は、燃焼室内に生成する燃焼ガス中のNOの生成量が増加する過程で、尿素を噴射することを特徴としている。   Further, the invention according to claim 5 is characterized in that the injection means injects urea in the process of increasing the amount of NO generated in the combustion gas generated in the combustion chamber.

これにより、燃焼ガス中で生成されるNOラジカルと尿素を反応させられる。   Thereby, the NO radical produced | generated in combustion gas and urea can be made to react.

また、請求項6に記載の発明では、噴射手段は、内燃機関の燃焼サイクル中の排気行程直前に、尿素を噴射することを特徴としている。   In the invention according to claim 6, the injection means injects urea immediately before the exhaust stroke in the combustion cycle of the internal combustion engine.

一般に、排気管中に尿素を噴射する場合、排気管中のガス流の乱れは小さいため、尿素が均一に混合せずに還元反応が生じ、NOの還元率が低下するおそれがある。   In general, when urea is injected into the exhaust pipe, since the turbulence of the gas flow in the exhaust pipe is small, the urea does not mix uniformly and a reduction reaction occurs, which may reduce the NO reduction rate.

これに対して請求項6に記載の発明では、排気行程直前に尿素を噴射するので、排気行程で燃焼室から触媒部へ向かう燃焼ガスと尿素の混合の促進が図れる。   On the other hand, in the invention described in claim 6, since urea is injected immediately before the exhaust stroke, it is possible to promote the mixing of the combustion gas and urea from the combustion chamber toward the catalyst portion in the exhaust stroke.

また、請求項7に記載の発明では、噴射手段は、内燃機関の運転状態により生成されるNOの生成量を予め予測し、この生成量に基づいて前記尿素を噴射する尿素噴射量を決定することを特徴としている。   In the invention according to claim 7, the injection means predicts in advance the amount of NO generated by the operating state of the internal combustion engine, and determines the urea injection amount for injecting the urea based on this generation amount. It is characterized by that.

これにより、尿素の無駄噴射の防止が図れる。   As a result, wasteful injection of urea can be prevented.


以下、本発明の燃料噴射装置を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments in which a fuel injection device of the present invention is embodied will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。図2は、図1の燃料装置を適用する内燃機関を示す模式図である。図3は、図1中の燃料噴射装置に係わる弁部の主要部を示す部分的断面図である。図4は、図1中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルが閉弁し、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図5は、図1中の弁部の開閉状態を説明する図であって、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図6は、図1中の駆動装置の一実施例を示す模式的断面図である。なお、図3における弁部の開閉状態は、内側ニードルおよび外側ニードルが閉弁している状態を示している。また、図8は、燃料噴射装置に係わる弁部から噴射される燃料および尿素の噴霧の一実施例を示す模式図であって、図8(a)は燃料の噴霧状態、図8(b)は尿素の噴霧状態を示す模式的断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the fuel injection device of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal combustion engine to which the fuel device of FIG. 1 is applied. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the main part of the valve portion related to the fuel injection device in FIG. 1. FIG. 4 is a view for explaining the open / closed state of the valve portion in FIG. 1, and is a partial cross-sectional view showing a state in which the inner needle is closed and the outer needle is opened. FIG. 5 is a diagram for explaining the open / closed state of the valve portion in FIG. 1, and is a partial cross-sectional view showing a state in which the outer needle is opened. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the drive device in FIG. In addition, the open / closed state of the valve portion in FIG. 3 indicates a state in which the inner needle and the outer needle are closed. FIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of fuel and urea spray injected from a valve portion related to the fuel injection device, in which FIG. 8 (a) is a fuel spray state, and FIG. 8 (b). FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a sprayed state of urea.

図1に示す燃料噴射装置1は、図示しない内燃機関の気筒の燃焼室に直接噴射するように構成されている。詳しくは、燃料噴射装置1は、図2に示すように、燃料の噴射供給により動力を得る内燃機関100、特にディーゼルエンジンに用いられ、例えば多気筒(例えば4気筒)ディーゼルエンジン(以下、エンジンと呼ぶ)100に用いられている。このエンジン100は、燃料噴射装置1と、燃焼室106から燃焼ガスを排出する排気通路としての排気管102と、排気管102内に設けられる触媒部120とを備えている。   A fuel injection device 1 shown in FIG. 1 is configured to inject directly into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine (not shown). Specifically, as shown in FIG. 2, the fuel injection device 1 is used in an internal combustion engine 100 that obtains power by fuel injection supply, particularly a diesel engine, for example, a multi-cylinder (for example, four-cylinder) diesel engine (hereinafter referred to as an engine). Called) 100. The engine 100 includes the fuel injection device 1, an exhaust pipe 102 as an exhaust passage for discharging combustion gas from the combustion chamber 106, and a catalyst unit 120 provided in the exhaust pipe 102.

触媒部120は、ゼオライト系のNOx触媒等の触媒を有しており、燃焼室106から排気管102に排出された燃焼ガスを浄化する。この触媒は、高温状態下で、燃焼ガス中の有害成分(NOx)を酸化もしくは還元反応させて無害化するものであり、その浄化能力を有効に発揮させるためには、触媒の温度をいわゆる活性温度まで上昇させる必要がある。そのため、エンジン100は、燃焼ガスを燃焼室106から排気管を経由し触媒部120へ導くとともに、その燃焼ガスの熱エネルギで触媒の温度を上昇させ、触媒部120を活性化させるようにしている。   The catalyst unit 120 has a catalyst such as a zeolite-based NOx catalyst, and purifies the combustion gas discharged from the combustion chamber 106 to the exhaust pipe 102. This catalyst detoxifies the harmful components (NOx) in the combustion gas by oxidizing or reducing the reaction under high temperature conditions. It is necessary to raise the temperature. Therefore, the engine 100 guides the combustion gas from the combustion chamber 106 to the catalyst unit 120 via the exhaust pipe, and increases the temperature of the catalyst with the thermal energy of the combustion gas so as to activate the catalyst unit 120. .

なお、以下本実施形態では、NO、NO、NOxガスの総称として、以降文にてNOガスと呼ぶ。 Hereinafter, in the present embodiment, the NO, NO 2 , and NOx gas are collectively referred to as “NO gas” hereinafter.

燃料噴射装置1は、二種類の流体A、Bを噴射する燃料噴射弁2と、燃料噴射弁2に供給する加圧された高圧流体A、Bを蓄圧する蓄圧器としてのコモンレール5と、コモンレール5に加圧された流体A、Bを供給する高圧ポンプ6と、制御手段としてのECU90とを備えている。なお、二種類の流体A、Bは、液体と液体、液体と気体、気体と気体いずれの組合せであってもよく、燃焼に係わる流体であればよい。なお、以下の本実施形態の説明では、液体と液体の組合せとする。   The fuel injection device 1 includes a fuel injection valve 2 for injecting two kinds of fluids A and B, a common rail 5 as an accumulator for accumulating pressurized high-pressure fluids A and B supplied to the fuel injection valve 2, and a common rail. 5 includes a high-pressure pump 6 that supplies pressurized fluids A and B, and an ECU 90 as control means. Note that the two types of fluids A and B may be a combination of liquid and liquid, liquid and gas, or gas and gas, and may be any fluid related to combustion. In the following description of the present embodiment, a combination of liquid and liquid is used.

燃料噴射弁2は、略円筒形状であり、図示しない燃料導入部(図中の燃焼に係わる燃料等の流体流入を示す矢印方向)から流体A、Bを受け、内部の燃料通路23、24を経由して先端から流体A、Bを噴射する。燃料噴射弁2は、流体A、Bの噴射を遮断および許容する弁部と、弁部を駆動する駆動装置80(図6参照)とを備えており、燃料導入部から燃料通路内に流入した流体A、Bを弁部からエンジンの気筒に噴射供給する。なお、高圧ポンプ6から燃料配管を通ってコモンレール5に供給された高圧流体A、Bは、コモンレール5内で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管を通って各気筒に配置された燃料噴射弁2の燃料導入部に導入される。導入された流体のうち余剰流体は図示しない燃料出口部(図6中の燃料リターンを示す矢印方向)を経由して燃料タンク7へ戻される。なお、高圧ポンプ6は、エンジンの回転数、負荷、吸入燃料圧力、吸入空気量、冷却水の温度等に従って流体A、Bの吐出圧を調整するように設けられている。   The fuel injection valve 2 has a substantially cylindrical shape, receives fluids A and B from a fuel introduction portion (not shown) (in the direction of an arrow indicating fluid inflow of fuel or the like related to combustion in the figure), and passes the fuel passages 23 and 24 inside. The fluids A and B are ejected from the tip via the vias. The fuel injection valve 2 includes a valve portion that blocks and allows injection of the fluids A and B, and a driving device 80 (see FIG. 6) that drives the valve portion, and flows into the fuel passage from the fuel introduction portion. Fluids A and B are injected and supplied from the valve portion to the engine cylinder. The high-pressure fluids A and B supplied from the high-pressure pump 6 through the fuel pipe to the common rail 5 are accumulated at a constant high pressure in the common rail 5 and are disposed in each cylinder through the fuel pipe. It is introduced into the fuel introduction part. Of the introduced fluid, surplus fluid is returned to the fuel tank 7 via a fuel outlet (not shown) (in the direction of the arrow indicating the fuel return in FIG. 6). The high pressure pump 6 is provided so as to adjust the discharge pressures of the fluids A and B according to the engine speed, load, intake fuel pressure, intake air amount, cooling water temperature, and the like.

なお詳しくは、燃料噴射弁2には、二種類の流体として燃料と尿素が供給されており、図1に示すように、二種類の流体A、Bのうち、流体Aは燃料タンク7a、高圧ポンプ6a、コモンレール5aの燃料経路で上記内部燃料通路24に供給される。一方、流体Bは燃料タンク7b、高圧ポンプ6b、コモンレール5bの燃料経路で上記内部燃料通路23に供給される。   More specifically, fuel and urea are supplied to the fuel injection valve 2 as two types of fluid. As shown in FIG. 1, the fluid A is a fuel tank 7a, a high pressure, among the two types of fluids A and B. The fuel is supplied to the internal fuel passage 24 through the fuel passage of the pump 6a and the common rail 5a. On the other hand, the fluid B is supplied to the internal fuel passage 23 through the fuel passages of the fuel tank 7b, the high-pressure pump 6b, and the common rail 5b.

なお、ここで、流体Aおよび流体Bは、それぞれ特許請求範囲に記載の燃焼に係わる二種類の流体を構成しており、流体Aは尿素、流体Bは燃料である。尿素は尿素水溶液として燃料タンク7bに貯留されている。   Here, the fluid A and the fluid B respectively constitute two kinds of fluids related to combustion described in the claims, and the fluid A is urea and the fluid B is fuel. Urea is stored in the fuel tank 7b as a urea aqueous solution.

駆動装置80は、外側ニードルとしての第1ニードル50および内側ニードルとしての第2ニードル60を独立的に駆動可能なものであればよく、図6に示す周知の電磁弁などの電磁駆動部の構造に限らず、圧電素子等の通電により伸縮する駆動部材であってもよい。なお、以下の実施形態で説明する駆動装置80は、電磁弁とする。   The driving device 80 only needs to be able to independently drive the first needle 50 as the outer needle and the second needle 60 as the inner needle, and the structure of an electromagnetic driving unit such as the known electromagnetic valve shown in FIG. Not limited to this, a drive member that expands and contracts by energization of a piezoelectric element or the like may be used. Note that the driving device 80 described in the following embodiment is a solenoid valve.

燃料噴射弁2は、図1および図3に示すように、ノズルボディ11、ノズルボディ11内に往復移動可能に収容されている第1ニードル50と第2ニードル60、および電磁弁80とから構成されている。なお、ノズルボディ11、第1ニードル50、および第2ニードル60は、流体A、Bの噴射を遮断および許容する弁部を構成する。電磁弁80は、弁部を油圧により駆動する電磁駆動部を構成する。なお詳しくは、ノズルボディ11と第1ニードル50と第2ニードル60は、流体A、Bの流通および遮断を行なう弁部の本体(以下、ノズル本体と呼ぶ)10を構成する。ノズル本体10は、上記燃料導入部を有する弁ハウジング20にリテーニングナット19などの締結部材によって結合されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the fuel injection valve 2 includes a nozzle body 11, a first needle 50 and a second needle 60 that are accommodated in the nozzle body 11 so as to be capable of reciprocating, and an electromagnetic valve 80. Has been. The nozzle body 11, the first needle 50, and the second needle 60 constitute a valve unit that blocks and allows the injection of the fluids A and B. The electromagnetic valve 80 constitutes an electromagnetic drive unit that drives the valve unit by hydraulic pressure. More specifically, the nozzle body 11, the first needle 50, and the second needle 60 constitute a valve body (hereinafter referred to as a nozzle body) 10 that circulates and blocks the fluids A and B. The nozzle body 10 is coupled to the valve housing 20 having the fuel introduction portion by a fastening member such as a retaining nut 19.

ノズルボディ11は、図1に示すように、有底の略中空円筒状体であって、内部に第1ニードル50および第2ニードル60を往復移動可能に収容する案内孔11aと、弁座12と、噴孔30、40とが形成されている。この案内孔11aは、ノズルボディ11の内部に軸方向に延びており、第1ニードル50および第2ニードル60を軸方向移動可能に収容している。また、案内孔11aは、一方の端部側が圧力制御室としての背圧室70に接続し、他方の端部側が弁座12に接続している。   As shown in FIG. 1, the nozzle body 11 is a bottomed, generally hollow cylindrical body, and includes a guide hole 11 a that accommodates the first needle 50 and the second needle 60 in a reciprocating manner therein, and a valve seat 12. And the nozzle holes 30 and 40 are formed. The guide hole 11a extends in the axial direction inside the nozzle body 11, and accommodates the first needle 50 and the second needle 60 so as to be movable in the axial direction. The guide hole 11 a has one end connected to a back pressure chamber 70 as a pressure control chamber and the other end connected to the valve seat 12.

弁座12は、図1および図3に示すように、略円錐面状に形成されており、弁座12の流体流れの下流側には、第1噴孔30、第2噴孔40が形成されている。なお、第2ニードル60の下端面65と弁座12とで区画されるサック部18を有している。サック部18は、ノズルボディ11の先端側に袋状に小空間の容積をもって形成されるサックホールである。なお、ここで、サック部18は、袋状の所定の空間容積を有するサック室を構成する。   As shown in FIGS. 1 and 3, the valve seat 12 is formed in a substantially conical surface, and a first injection hole 30 and a second injection hole 40 are formed on the downstream side of the fluid flow of the valve seat 12. Has been. The sack portion 18 is defined by the lower end surface 65 of the second needle 60 and the valve seat 12. The sack portion 18 is a sack hole formed in a bag shape with a small space volume on the tip side of the nozzle body 11. Here, the sac portion 18 constitutes a sac chamber having a bag-like predetermined space volume.

なお、ここで弁座12は、内側ニードルとしての第2ニードル60および外側ニードルとしての第1ニードル50が離座および着座する各弁座を構成している。なお、弁座12および案内孔11aは、ノズルボディ11の内周を構成している。   Here, the valve seat 12 constitutes each valve seat from which the second needle 60 as the inner needle and the first needle 50 as the outer needle are separated and seated. The valve seat 12 and the guide hole 11a constitute the inner periphery of the nozzle body 11.

弁座12に、第1ニードル50の当接部(以下、第1当接部と呼ぶ)51が当接および離間可能に配置されている。また、弁座12に、第2ニードル60の第2当接部61が当接および離間可能に配置されている。当接部61はいわゆる線シール部であって、理論的には円の形状である。当接部51はいわゆる面シール部であって、円錐台面の形状をしている。   An abutting portion (hereinafter referred to as a first abutting portion) 51 of the first needle 50 is disposed on the valve seat 12 so as to be capable of abutting and separating. Further, the second contact portion 61 of the second needle 60 is disposed on the valve seat 12 so as to be capable of contacting and separating. The contact portion 61 is a so-called line seal portion, and theoretically has a circular shape. The contact part 51 is a so-called face seal part, and has a shape of a truncated cone.

なお、ここで、当接部51、61と、弁座12は、当接部51、61が弁座12に当接、離間することで、図3、図4、および図5に示すように、流体A、Bの流れを遮断および許容する第1シール部S1、第2シール部S2を構成している。当接部5の弁座12への着座により第1シール部S1は、第1ニードル50の閉弁時に、第1噴孔30の流体流れの上流側位置および下流側位置をシートするシート部を構成している。当接部61の弁座12への着座により第2シール部S2は、第2ニードル60の閉弁時に、第2噴孔40の流体流れの上流側位置をシートするシート部を構成している。   Here, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the contact portions 51 and 61 and the valve seat 12 are brought into contact with and separated from the valve seat 12. The first seal portion S1 and the second seal portion S2 that block and allow the flow of the fluids A and B are configured. The seat portion that seats the upstream position and the downstream position of the fluid flow in the first nozzle hole 30 when the first needle 50 is closed by the seating of the contact portion 5 on the valve seat 12 causes the first seal portion S1 to close the seat portion. It is composed. When the contact portion 61 is seated on the valve seat 12, the second seal portion S2 constitutes a seat portion that seats the upstream position of the fluid flow in the second nozzle hole 40 when the second needle 60 is closed. .

噴孔30、40は、図1および図3に示すように、ノズルボディ11の内外を連通する通路として形成される。なお、ここで、噴孔(以下、第1噴孔と呼ぶ)30は、第1シール部S1の下流側に配置され、第1シール部S1により遮断および許容される燃料を噴射する第1の燃料噴射手段を構成する。また、噴孔(以下、第2噴孔と呼ぶ)40は、第2シール部S2の下流側に配置され、第2シール部S2により遮断および許容される燃料を噴射する第2の燃料噴射手段を構成する。   As shown in FIGS. 1 and 3, the nozzle holes 30 and 40 are formed as a passage communicating between the inside and the outside of the nozzle body 11. Here, the nozzle hole (hereinafter referred to as the first nozzle hole) 30 is disposed on the downstream side of the first seal portion S1, and the first fuel that is blocked and permitted by the first seal portion S1 is injected. A fuel injection means is comprised. The nozzle hole (hereinafter referred to as the second nozzle hole) 40 is disposed downstream of the second seal portion S2, and is a second fuel injection means for injecting fuel that is blocked and allowed by the second seal portion S2. Configure.

なお、本実施形態では、第1噴孔30と第2噴孔40は、第1噴孔30の軸と第2噴孔40の軸とが流体噴射の下流方向で交差するように構成されていることが好ましい。これにより、第1噴孔30から噴射される流体の噴霧と第2噴孔40から噴射される流体の噴霧が燃焼室内の所定の同一領域内に到達するようにすることができる。これにより、第2噴孔40から噴射される尿素は、NO濃度が高く、O2濃度の低い燃焼領域へ噴射される。   In the present embodiment, the first nozzle hole 30 and the second nozzle hole 40 are configured such that the axis of the first nozzle hole 30 and the axis of the second nozzle hole 40 intersect in the downstream direction of fluid injection. Preferably it is. Thereby, the spray of the fluid injected from the 1st nozzle hole 30 and the spray of the fluid injected from the 2nd nozzle hole 40 can be made to arrive in the predetermined same area | region in a combustion chamber. Thereby, the urea injected from the second injection hole 40 is injected into the combustion region where the NO concentration is high and the O2 concentration is low.

油溜り室14は、図1に示すように、案内孔11aを形成する内壁中途部で、環状の凹部に形成されている。この油溜り室14には、流体Bが供給される燃料供給通路23が接続されている。   As shown in FIG. 1, the oil sump chamber 14 is formed in an annular recess in the middle portion of the inner wall that forms the guide hole 11 a. A fuel supply passage 23 to which the fluid B is supplied is connected to the oil reservoir chamber 14.

第1ニードル50は略円筒状に形成されており、所定の隙間(第1隙間)を介して案内孔11aに遊嵌されている。第1ニードル50の反噴孔側には、背圧室70内の油圧を受ける第1上端面53が形成され、第1ニードル50の噴孔側には、第1弁座12bに対向し、略円錐状の第1下端面55が形成されている。第1下端面55は、弁座12に対して平行に対向して配置されている。第1当接部51が弁座12に着座および離座することにより、第1ニードル50が閉弁および開弁され、従って第1噴孔30からの流体Bの遮断および許容がなされる。なお、第1下端面55と弁座12の間には、着座および離座により伸縮する隙間(第1隙間)が形成され、第1隙間としての燃料通路16が形成されている。   The first needle 50 is formed in a substantially cylindrical shape, and is loosely fitted in the guide hole 11a through a predetermined gap (first gap). A first upper end surface 53 that receives the hydraulic pressure in the back pressure chamber 70 is formed on the side opposite to the nozzle hole of the first needle 50, and on the nozzle hole side of the first needle 50, facing the first valve seat 12b, A substantially conical first lower end surface 55 is formed. The first lower end surface 55 is disposed to face the valve seat 12 in parallel. When the first abutment portion 51 is seated and separated from the valve seat 12, the first needle 50 is closed and opened, so that the fluid B from the first injection hole 30 is blocked and allowed. A gap (first gap) that expands and contracts by seating and separation is formed between the first lower end surface 55 and the valve seat 12, and a fuel passage 16 is formed as a first gap.

第1上端面53と背圧室70との間には、背圧室70を形成するスリーブ18が配置されており、スリーブ18と、ニードル50側に固定される座58との間に、付勢手段としての第1スプリング59が配置されている。第1スプリング59は、弁座12に着座する着座方向にスプリング座部58を付勢するように構成されている。背圧室70内の圧力を調整することにより、第1ニードル50を軸方向に往復移動される。なお、第1ニードル50の外周と、その外周に対向するノズルボディ11の案内孔11aの内周との間には、所定の隙間(以下、第1隙間と呼ぶ)が形成され、第1の隙間による燃料通路15が形成されている(図1参照)。燃料通路15は、油溜り室14を介して供給された高圧の流体Bを第1噴射孔30側へ導く燃料経路を構成する。   A sleeve 18 that forms the back pressure chamber 70 is disposed between the first upper end surface 53 and the back pressure chamber 70, and is attached between the sleeve 18 and a seat 58 that is fixed to the needle 50 side. A first spring 59 is disposed as a biasing means. The first spring 59 is configured to urge the spring seat 58 in the seating direction for seating on the valve seat 12. By adjusting the pressure in the back pressure chamber 70, the first needle 50 is reciprocated in the axial direction. A predetermined gap (hereinafter referred to as a first gap) is formed between the outer periphery of the first needle 50 and the inner periphery of the guide hole 11a of the nozzle body 11 facing the outer periphery. A fuel passage 15 is formed by the gap (see FIG. 1). The fuel passage 15 constitutes a fuel path that guides the high-pressure fluid B supplied through the oil reservoir chamber 14 to the first injection hole 30 side.

第2ニードル60は、略円柱状に形成されており、第1ニードル50の内部に往復移動可能に収容されている。詳しくは第1ニードル50の内周52に往復移動可能に収容されている。第2ニードル60の反噴孔側には、背圧室70内の油圧を受ける上端面が形成され(図1参照)、第2ニードル60の噴孔側には、弁座12に対向し、第2下端面65が形成されている。第2下端面65は、第2当接部61に対して内周側に配置されている。   The second needle 60 is formed in a substantially cylindrical shape, and is accommodated in the first needle 50 so as to be reciprocally movable. Specifically, it is accommodated in the inner periphery 52 of the first needle 50 so as to be able to reciprocate. An upper end surface for receiving the hydraulic pressure in the back pressure chamber 70 is formed on the side opposite to the nozzle hole of the second needle 60 (see FIG. 1), and the valve seat 12 is opposed to the nozzle hole side of the second needle 60, A second lower end surface 65 is formed. The second lower end surface 65 is disposed on the inner peripheral side with respect to the second contact portion 61.

図1に示すように、鍔部63と背圧室70との間には、付勢手段としての第2スプリング69が配置されており、第2スプリング69は、弁座12に着座する着座方向に鍔部63を付勢するように構成されている。背圧室70内の圧力を調整することにより、第2ニードル60を軸方向に往復移動される。なお、第1ニードル50の内周と第2ニードル60の外周との間には、所定の隙間(以下、第2の隙間と呼ぶ)が形成され、第2の隙間による燃料通路17を設けている。   As shown in FIG. 1, a second spring 69 as an urging means is disposed between the flange 63 and the back pressure chamber 70, and the second spring 69 is seated in the seating direction in which the valve seat 12 is seated. It is comprised so that the collar part 63 may be urged | biased. By adjusting the pressure in the back pressure chamber 70, the second needle 60 is reciprocated in the axial direction. A predetermined gap (hereinafter referred to as a second gap) is formed between the inner circumference of the first needle 50 and the outer circumference of the second needle 60, and a fuel passage 17 is provided by the second gap. Yes.

なお、本実施形態では、図3に示すように、燃料通路17内に、弁座12に付勢可能なシート部材156を設けていることが好ましい。これにより、燃料通路15に導かれる流体Bと燃料通路17に導かれる流体Bが完全に分離させられる。したがって、第1ニードル50および第2ニードル60が独立して開弁する際に、流体Bの尿素を第1噴孔30から、流体Aの燃料を第2噴孔40からと独立して噴き分けることができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 3, it is preferable to provide a seat member 156 that can be biased to the valve seat 12 in the fuel passage 17. Thereby, the fluid B guided to the fuel passage 15 and the fluid B guided to the fuel passage 17 are completely separated. Therefore, when the first needle 50 and the second needle 60 are independently opened, the urea of the fluid B is sprayed from the first nozzle hole 30 and the fuel of the fluid A is sprayed independently from the second nozzle hole 40. be able to.

背圧室70には、燃料供給通路24とリターン通路29とが接続されている。その入口には入口絞り(図示せず)が、出口には出口絞り(図示せず)が設けられている。なお、燃料供給通路24は、背圧室70と油溜り室24とへ高圧流体Aを供給するために途中で分岐されている。リターン通路29は背圧室70内の余剰流体を燃料タンクへ戻すリターン燃料経路と接続している。なお、このリターン燃料経路の下流側には、リターン通路29と燃料タンク側の低圧通路との連通、遮断を切換える電磁弁80が設けられている。入口絞りと出口絞りの流路断面積の面積比を電磁弁80によって調整することにより、背圧室70への高圧流体の流入量と流出量のバランスが調整できる。従って、背圧室70の流体圧力の上昇、下降速度が調整される。   A fuel supply passage 24 and a return passage 29 are connected to the back pressure chamber 70. An inlet throttle (not shown) is provided at the inlet, and an outlet throttle (not shown) is provided at the outlet. The fuel supply passage 24 is branched halfway in order to supply the high-pressure fluid A to the back pressure chamber 70 and the oil reservoir chamber 24. The return passage 29 is connected to a return fuel path that returns excess fluid in the back pressure chamber 70 to the fuel tank. An electromagnetic valve 80 is provided on the downstream side of the return fuel path to switch communication between the return path 29 and the low pressure path on the fuel tank side. By adjusting the area ratio of the channel cross-sectional area of the inlet throttle and the outlet throttle by the electromagnetic valve 80, the balance between the inflow amount and the outflow amount of the high-pressure fluid into the back pressure chamber 70 can be adjusted. Accordingly, the increase and decrease speeds of the fluid pressure in the back pressure chamber 70 are adjusted.

なお、ここで、背圧室70は、第1ニードル50と第2ニードル60に着座方向の圧力を作用させる共用の圧力制御室を構成する。   Here, the back pressure chamber 70 constitutes a common pressure control chamber for applying a pressure in the seating direction to the first needle 50 and the second needle 60.

電磁弁80は、図6に示すように、制御弁81を備え、その上部にソレノイド82と第3スプリング83とが設けられている。ソレノイド82に駆動電流が供給されていない場合、制御弁81は第3スプリング83の付勢力により図示しない弁座に着座し、リターン通路29を遮断する。駆動電流が供給される場合、制御弁81はソレノイド82に発生する励磁吸引力により弁座より離座し、リターン通路29を開放する。なお、駆動電流は、ECU90によりエンジン100の運転状態に応じて求められたタイミングでソレノイド82に供給される。   As shown in FIG. 6, the electromagnetic valve 80 includes a control valve 81, and a solenoid 82 and a third spring 83 are provided above the control valve 81. When the drive current is not supplied to the solenoid 82, the control valve 81 is seated on a valve seat (not shown) by the urging force of the third spring 83 and blocks the return passage 29. When the drive current is supplied, the control valve 81 is separated from the valve seat by the exciting suction force generated in the solenoid 82 and opens the return passage 29. The drive current is supplied to the solenoid 82 at a timing obtained by the ECU 90 according to the operating state of the engine 100.

制御手段としてのECU90は、図示しないリードオンリメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、マイクロプロセッサ(CPU)、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このECU90は、燃料噴射弁2への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力(または吸入空気量)、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサ(図示せず)の信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム(図示せず)に従って、燃料噴射弁2の電磁駆動部の動作を制御する。なお、詳しくは、クランクシャフトの回転状態に応じて720°CA毎にパルス信号を出力する基準位置センサと、より細かなクランク角毎(例えば、30°CA毎)にパルス信号を出力する回転角センサとが設けられている。エンジン100の図示しないシリンダ(ウォータジャケット)などには、冷却水温を検出するための水温センサが配設されている。吸気管には、吸入空気流量を検出するエアフローメータなどが配設されている。排気管102には、排ガス中の酸素濃度等に比例し、空燃比信号を出力する空燃比センサなどが設けられている。また、運転者の要求等を検出するためのアクセルペダルセンサ、スロットル開度センサ等が設けられている。   The ECU 90 as a control means is a microcomputer having a known configuration in which a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a microprocessor (CPU), an input port, and an output port are connected to each other via a bidirectional bus. It is configured. The ECU 90 controls the energization period for the fuel injection valve 2. Various engine programs (not shown) are read by reading signals from various sensors (not shown) that detect engine operating conditions such as engine speed, intake pipe pressure (or intake air amount), and cooling water temperature. Accordingly, the operation of the electromagnetic drive unit of the fuel injection valve 2 is controlled. Specifically, a reference position sensor that outputs a pulse signal every 720 ° CA according to the rotation state of the crankshaft, and a rotation angle that outputs a pulse signal every finer crank angle (for example, every 30 ° CA). And a sensor. A cylinder (water jacket) (not shown) of the engine 100 is provided with a water temperature sensor for detecting the cooling water temperature. The intake pipe is provided with an air flow meter for detecting the intake air flow rate. The exhaust pipe 102 is provided with an air-fuel ratio sensor or the like that outputs an air-fuel ratio signal in proportion to the oxygen concentration in the exhaust gas. In addition, an accelerator pedal sensor, a throttle opening sensor, and the like for detecting a driver's request and the like are provided.

なお、本実施形態では、排気管102の触媒部120の下流側には、NO濃度を検出するNOセンサ98が設けられている。ECU90は、NOセンサ98から還元後のNO濃度を検出し、その検出値をフィードバックさせることで、尿素の最適噴射量を決定する。そして、その噴射量に基づいて燃料噴射弁2を駆動制御する。なお、ここで、ECU90は、燃料噴射弁2の噴射動作を制御する噴射手段と、NO濃度に基づいて尿素を噴射する尿素噴射量を決定する尿素噴射量決定手段とを構成している。なお、燃料噴射弁2とECU90は、請求範囲に記載の噴射手段を構成する。   In the present embodiment, a NO sensor 98 that detects the NO concentration is provided on the downstream side of the catalyst portion 120 of the exhaust pipe 102. The ECU 90 detects the NO concentration after reduction from the NO sensor 98 and feeds back the detected value, thereby determining the optimum injection amount of urea. Then, the fuel injection valve 2 is driven and controlled based on the injection amount. Here, the ECU 90 constitutes injection means for controlling the injection operation of the fuel injection valve 2 and urea injection amount determination means for determining the urea injection amount for injecting urea based on the NO concentration. The fuel injection valve 2 and the ECU 90 constitute the injection means described in the claims.

ECU90は、燃料噴射弁2を駆動制御し、燃焼室106内に流体Bの燃料および流体Aの尿素を噴射する。燃料および尿素の噴射方法としては、燃料を燃焼室106内に噴射する。燃焼室106内に噴射された燃料と空気から生成される燃焼ガスに向けて尿素を燃焼室106内に噴射する(図7参照)。なお、具体的には尿素の噴射は、図7に示すように、燃料噴射による燃焼がほぼ終了する時期に実施される。燃焼終了するときには、図7に示すように、NO濃度が飽和した状態(以下、NO濃度飽和と呼ぶ)になる。   The ECU 90 controls the fuel injection valve 2 to inject the fuel of the fluid B and the urea of the fluid A into the combustion chamber 106. As a fuel and urea injection method, fuel is injected into the combustion chamber 106. Urea is injected into the combustion chamber 106 toward the combustion gas generated from the fuel and air injected into the combustion chamber 106 (see FIG. 7). Specifically, as shown in FIG. 7, urea injection is performed at the time when combustion by fuel injection is almost completed. When the combustion is completed, as shown in FIG. 7, the NO concentration is saturated (hereinafter referred to as NO concentration saturation).

上述の構成を有する燃料噴射装置1の作動について以下説明する。   The operation of the fuel injection device 1 having the above-described configuration will be described below.

(噴射停止時)
コモンレール5a、5b内に蓄積された比較的高圧の流体A、Bは、燃料供給通路23、24を通って、図1に示すように背圧室70と燃料通路15に供給される。このとき、ソレノイド82へ駆動電流が供給されていないので、制御弁81は第3スプリング83の付勢力により弁座に着座され、リターン通路29を遮断している。供給された流体Aは、背圧室70内にとどまるので、圧力制御室70および燃料通路15の燃料圧力は、ほぼ等しくなっている。第1ニードル50を弁座12に押し付けようとする付勢力が、リフトさせようとする付勢力よりも大きいので、当接部51が弁座12に着座され、燃料通路15内の流体Bの尿素は第1噴孔30より噴射されることはない。また、第2ニードル60を弁座12に押し付けようとする付勢力が、リフトさせようとする付勢力よりも大きいので、当接部61が弁座12に着座され、背圧室70内の流体Aの燃料は第2噴孔40より噴射されることはない(図3参照)。
(When injection stops)
The relatively high-pressure fluids A and B accumulated in the common rails 5a and 5b are supplied to the back pressure chamber 70 and the fuel passage 15 through the fuel supply passages 23 and 24 as shown in FIG. At this time, since the drive current is not supplied to the solenoid 82, the control valve 81 is seated on the valve seat by the urging force of the third spring 83 to block the return passage 29. Since the supplied fluid A stays in the back pressure chamber 70, the fuel pressures in the pressure control chamber 70 and the fuel passage 15 are substantially equal. Since the urging force for pressing the first needle 50 against the valve seat 12 is larger than the urging force for lifting, the contact portion 51 is seated on the valve seat 12 and the urea of the fluid B in the fuel passage 15 Is not ejected from the first nozzle hole 30. Further, since the urging force for pressing the second needle 60 against the valve seat 12 is larger than the urging force for lifting, the contact portion 61 is seated on the valve seat 12 and the fluid in the back pressure chamber 70 is The fuel A is not injected from the second injection hole 40 (see FIG. 3).

(第1噴孔30の開口への作動)
制御弁81に駆動電流がソレノイド82に供給されると、制御弁81は、ソレノイド82の発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン通路29が開放される。リターン通路29が開放されると、背圧室70内の燃料圧力が低下する。なお、この圧力は、第1入口絞り71と第1出口絞り72の面積比に応じて所定の下降速度で低下する。背圧室70内の燃料圧力が第1ニードル50の開弁圧まで低下すると、第1ニードル50がリフトされ、第1当接部51が弁座12から離座し、第1ニードル50が開弁される。第1ニードル50が開弁されると、燃料通路15、16の流体Bの燃料が第1噴孔30に流入し、燃料が図4に示すように第1噴孔30から噴射される。なお、このニードル50、60リフトパターンは、図7に示すように、膨張行程の前半(以下、前期と呼ぶ)(本実施例では、TDC直後)に流体Bの燃料を噴射させる。これによりエンジン100のトルクを得るようにする。
(Operation to the opening of the first nozzle hole 30)
When a drive current is supplied to the control valve 81, the control valve 81 is lifted by the magnetic attractive force generated by the solenoid 82, and the return passage 29 is opened. When the return passage 29 is opened, the fuel pressure in the back pressure chamber 70 decreases. The pressure decreases at a predetermined lowering speed according to the area ratio of the first inlet throttle 71 and the first outlet throttle 72. When the fuel pressure in the back pressure chamber 70 decreases to the valve opening pressure of the first needle 50, the first needle 50 is lifted, the first contact portion 51 is separated from the valve seat 12, and the first needle 50 is opened. To be spoken. When the first needle 50 is opened, the fuel of the fluid B in the fuel passages 15 and 16 flows into the first injection hole 30 and the fuel is injected from the first injection hole 30 as shown in FIG. The lift pattern of the needles 50 and 60 injects the fuel of the fluid B in the first half of the expansion stroke (hereinafter referred to as the first half) (immediately after the TDC in this embodiment), as shown in FIG. Thereby, the torque of the engine 100 is obtained.

(第2噴孔40の開口への作動)
制御弁81に駆動電流がソレノイド82に供給されると、制御弁81は、ソレノイド82の発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン通路29が開放される。リターン通路29が開放されると、背圧室70内の燃料圧力が低下する。背圧室70内の燃料圧力が第2ニードル60の開弁圧まで低下すると、第2ニードル60がリフトされ、第2当接部61が弁座12から離座し、第2ニードル60が開弁される。第2ニードル60が開弁されると、背圧室70および燃料通路17の流体Aの尿素が第2噴孔40に流入し、尿素が第2噴孔40から噴射される(図5参照)。なお、このニードル50、60リフトパターンは、図7に示すように、燃焼後に流体Aの尿素を噴射し、燃焼過程で生成されるN0を還元するようにする。
(Operation to the opening of the second nozzle hole 40)
When a drive current is supplied to the control valve 81, the control valve 81 is lifted by the magnetic attractive force generated by the solenoid 82, and the return passage 29 is opened. When the return passage 29 is opened, the fuel pressure in the back pressure chamber 70 decreases. When the fuel pressure in the back pressure chamber 70 decreases to the valve opening pressure of the second needle 60, the second needle 60 is lifted, the second contact portion 61 is separated from the valve seat 12, and the second needle 60 is opened. To be spoken. When the second needle 60 is opened, the urea of the fluid A in the back pressure chamber 70 and the fuel passage 17 flows into the second injection hole 40 and the urea is injected from the second injection hole 40 (see FIG. 5). . The lift pattern of the needles 50 and 60, as shown in FIG. 7, injects urea of the fluid A after combustion and reduces N0 generated in the combustion process.

(第1噴孔30および第2噴孔40の開口への作動)
上記の第1噴孔30の開口過程において、第1当接部51が弁座12から離座すると、第1シール部S1のシール状態が解除され、燃料通路15、16からの高圧(コモンレール圧)Pdの流体Bが流入する。流体Bの燃料は第1噴孔30から噴射される。また、上記の第2噴孔40の開口過程において、第2当接部61が弁座12から離座すると、第2シール部S2のシール状態が解除され、背圧室70および燃料通路17から高圧(コモンレール圧)Pdの流体Aが流入する。流体Aの尿素は第2噴孔40から噴射される。なお、このニードル50、60リフトパターンでは、流体Bの燃料の噴射と流体Aの尿素の噴射をオーバラップさせて噴射させることが可能となる。
(Operation to the opening of the first nozzle hole 30 and the second nozzle hole 40)
In the opening process of the first nozzle hole 30 described above, when the first contact portion 51 is separated from the valve seat 12, the seal state of the first seal portion S1 is released, and the high pressure (common rail pressure) from the fuel passages 15, 16 ) Pd fluid B flows in. The fuel of the fluid B is injected from the first injection hole 30. Further, when the second contact portion 61 is separated from the valve seat 12 in the opening process of the second nozzle hole 40, the sealing state of the second seal portion S2 is released, and the back pressure chamber 70 and the fuel passage 17 are removed. Fluid A of high pressure (common rail pressure) Pd flows. The urea of the fluid A is ejected from the second nozzle hole 40. In this lift pattern of the needles 50 and 60, the fuel B fuel injection and the fluid A urea injection can be overlapped and injected.

(噴射停止への作動)
エンジン100の運転状態に応じた所定の開弁時間が経過すると、ソレノイド82への駆動電流の供給が停止される。駆動電流の供給が停止されると、ソレノイド82の磁気吸引力が失われ、制御弁81はリターン通路29を遮断する。すると、出口絞りから下流への燃料流出が停止されるので、背圧室70内の圧力は再び上昇し始める。背圧室70内の圧力が第1ニードル50の閉弁圧まで上昇すると第1ニードル50が閉弁し、そして第2ニードル60の閉弁圧まで上昇すると第2ニードル60が閉弁する。その結果、第1噴孔30および第2噴孔40からの燃料および尿素の噴射が停止される(図3参照)。
(Operation to stop injection)
When a predetermined valve opening time corresponding to the operating state of the engine 100 has elapsed, the supply of drive current to the solenoid 82 is stopped. When the supply of the drive current is stopped, the magnetic attractive force of the solenoid 82 is lost, and the control valve 81 blocks the return passage 29. Then, since the fuel outflow from the outlet throttle downstream is stopped, the pressure in the back pressure chamber 70 starts to rise again. When the pressure in the back pressure chamber 70 rises to the valve closing pressure of the first needle 50, the first needle 50 closes. When the pressure in the back pressure chamber 70 rises to the valve closing pressure of the second needle 60, the second needle 60 closes. As a result, fuel and urea injection from the first nozzle hole 30 and the second nozzle hole 40 are stopped (see FIG. 3).

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、(1)本実施形態では、流体Bの燃料および流体Aの尿素を噴射手段としての燃料噴射弁2およびECU90を備え、噴射手段2、90は、燃焼室106内に燃料を噴射し燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスに向けて燃焼室106内に尿素を噴射させるように構成している。これにより、尿素は、排気管102中の燃焼ガスではなく、燃焼室106内に生成されている燃焼ガスに噴射されるので、触媒部120へ導かれる燃焼ガス温度を上昇させるために燃焼後期に燃料を噴射する燃費ロスを防止できる。   Next, the operation and effect of the present embodiment will be described. (1) In the present embodiment, the fuel injection valve 2 and the ECU 90 are used as the injection means for the fuel of the fluid B and the urea of the fluid A. The fuel is injected into the combustion chamber 106 to generate combustion gas, and urea is injected into the combustion chamber 106 toward the combustion gas. As a result, urea is injected not into the combustion gas in the exhaust pipe 102 but into the combustion gas generated in the combustion chamber 106. Therefore, in order to increase the temperature of the combustion gas guided to the catalyst unit 120, the urea is injected later. It is possible to prevent fuel consumption loss injecting fuel.

(2)なお、本実施形態では、燃焼に係わる二種類の流体A、Bを独立して噴射する燃料噴射弁2を備え、燃料と尿素は、燃料噴射弁2より噴射される。言い換えると、燃料噴射手段は、燃料と尿素とを個別の流入経路16、17を有して噴射させる1つの燃料噴射弁2を有している。これにより、燃料と尿素は同一の燃料噴射弁2から噴射されるので、燃料噴射により燃料噴射方向に生成される燃焼ガスに向かって尿素を噴射することができる(図8(b)参照)。   (2) In this embodiment, the fuel injection valve 2 that independently injects two types of fluids A and B related to combustion is provided, and fuel and urea are injected from the fuel injection valve 2. In other words, the fuel injection means has one fuel injection valve 2 that injects fuel and urea through separate inflow paths 16 and 17. Thereby, since fuel and urea are injected from the same fuel injection valve 2, urea can be injected toward the combustion gas produced | generated in a fuel injection direction by fuel injection (refer FIG.8 (b)).

(3)さらに、上記燃料噴射弁2は、流体Aの尿素と流体Bの燃料を独立的に吹き分けることが可能なように構成されている。これにより、燃焼室106内へ燃料および尿素を噴射する噴射時期は、燃料の噴射開始後に尿素を燃料とオーバラップして噴射、燃料の噴射終了後に尿素の噴射開始、および燃料と尿素の同時噴射のうちのいずれかとすることができる。   (3) Further, the fuel injection valve 2 is configured such that the urea of the fluid A and the fuel of the fluid B can be blown independently. As a result, the injection timing for injecting fuel and urea into the combustion chamber 106 is such that urea is overlapped with fuel after the start of fuel injection, urea injection is started after fuel injection is completed, and fuel and urea are simultaneously injected. It can be either of

したがって、噴射される燃料のうち、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合、もしくは燃料の着火により生成した燃焼ガス中のNO等の窒素酸化物と尿素を化学反応させることができる。なお、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合するので、尿素は燃焼ガスと効率的に混合できる。   Therefore, among the fuel to be injected, it is possible to chemically react the nitrogen oxides such as NO in the combustion gas generated by mixing the fuel spray and the combustion gas to be generated with urea or by ignition of the fuel. In addition, since the fuel spray for generating the combustion gas and urea are mixed, urea can be efficiently mixed with the combustion gas.

(4)さらになお、本実施形態では、ECU90により燃料噴射弁2を駆動制御することで、尿素を噴射する期間を制御する。これにより、燃料噴射弁2から噴射される尿素つまり尿素噴射量を調整できるので、尿素の無駄噴射を防止することが可能である。   (4) Furthermore, in the present embodiment, the ECU 90 controls the fuel injection valve 2 to control the period during which urea is injected. Thereby, since the urea injected from the fuel injection valve 2, that is, the urea injection amount can be adjusted, it is possible to prevent waste injection of urea.

(5)さらになお、本実施形態では、ECU90は、NO濃度に基づいて尿素を噴射する尿素噴射量を決定する尿素噴射量決定手段を備えていることが好ましい。これにより、尿素の無駄噴射を防止が図れる。   (5) Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the ECU 90 includes a urea injection amount determining unit that determines a urea injection amount for injecting urea based on the NO concentration. Thereby, wasteful injection of urea can be prevented.

(他の実施形態)
他の実施形態では、図9に従って燃焼室106内に噴射する燃料および尿素の噴射方法特に、噴射時期を説明する。なお、以下の説明では、第1の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。図9は、他の実施形態に係わるタイミングチャートであって、図9(C1)、図9(C2)、および図9(C3)は尿素の噴射タイミングの他の実施例を示すタイムチャートである。なお、図9にいて、クランク角度CA1は、エンジン100の燃焼サイクル行程において、燃焼室106内のNO濃度が飽和するNO濃度飽和状態となるクランク角度を示している。
(Other embodiments)
In another embodiment, the fuel injection method and the urea injection method, particularly the injection timing, will be described according to FIG. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. FIG. 9 is a timing chart according to another embodiment, and FIGS. 9C1, 9C2, and 9C3 are time charts showing other examples of urea injection timing. . In FIG. 9, the crank angle CA <b> 1 indicates the crank angle at which the NO concentration saturation state in which the NO concentration in the combustion chamber 106 is saturated in the combustion cycle stroke of the engine 100.

他の実施形態では、図9(C1)に示すように、噴射手段2、90は、燃焼室106内の燃焼ガス中のNO濃度がほぼ飽和するときに、尿素を噴射する。これにより、燃焼室106内で生成され、飽和したNOを、尿素との化学反応により還元することができる。   In another embodiment, as shown in FIG. 9 (C1), the injection means 2 and 90 inject urea when the NO concentration in the combustion gas in the combustion chamber 106 is almost saturated. Thereby, the NO generated and saturated in the combustion chamber 106 can be reduced by a chemical reaction with urea.

また、他の実施形態では、図9(C2)に示すように、噴射手段2、90は、燃焼室106内の燃焼ガス中のNO濃度が増加する過程で、尿素を噴射する。これにより、燃焼ガス中で生成されるNOラジカルと尿素を反応させられる。   In another embodiment, as shown in FIG. 9 (C2), the injection means 2 and 90 inject urea in the process in which the NO concentration in the combustion gas in the combustion chamber 106 increases. Thereby, the NO radical produced | generated in combustion gas and urea can be made to react.

さらにまた、他の実施形態では、図9(C3)に示すように、噴射手段2、90は、排気行程直前に、尿素を噴射する。一般に、排気管102中に尿素を噴射する場合、排気管102中のガス流の乱れは小さいため、尿素が均一に混合せずに還元反応が生じ、NOの還元率が低下するおそれがある。これに対して本実施形態では、排気行程直前に尿素を噴射するので、排気行程で燃焼室106から触媒部120へ向かう燃焼ガスと尿素の混合の促進が図れる。   In another embodiment, as shown in FIG. 9 (C3), the injection means 2 and 90 inject urea immediately before the exhaust stroke. In general, when urea is injected into the exhaust pipe 102, since the turbulence of the gas flow in the exhaust pipe 102 is small, the urea does not mix uniformly and a reduction reaction occurs, which may reduce the NO reduction rate. On the other hand, in this embodiment, since urea is injected immediately before the exhaust stroke, it is possible to promote the mixing of the combustion gas and urea from the combustion chamber 106 toward the catalyst unit 120 in the exhaust stroke.

以上説明した本実施形態では、燃焼室106内の燃焼ガス中のNO濃度との関係で尿素を噴射する噴射時期を設定するものとして説明したが、NOセンサ98に基づくNO濃度に限らず、燃焼室106内に生成した燃焼ガス中のNOの生成量を予測もしくは検出し、その生成量に基づいて尿素の噴射時期を設定するように構成するものであってもよい。   In the present embodiment described above, it has been described that the injection timing for injecting urea is set in relation to the NO concentration in the combustion gas in the combustion chamber 106, but not only the NO concentration based on the NO sensor 98, but the combustion The NO generation amount in the combustion gas generated in the chamber 106 may be predicted or detected, and the urea injection timing may be set based on the generation amount.

本発明の第1の実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the fuel-injection apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 図1の燃料装置を適用する内燃機関を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal combustion engine to which the fuel apparatus of FIG. 1 is applied. 図1中の燃料噴射装置に係わる弁部の主要部を示す部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the principal part of the valve part concerning the fuel-injection apparatus in FIG. 図1中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルが閉弁し、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。It is a figure explaining the open / closed state of the valve part in FIG. 1, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state which the inner needle closed and the outer needle opened. 図1中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルが開弁し、外側ニードルが閉弁している状態を示す部分断面図である。It is a figure explaining the open / close state of the valve part in FIG. 1, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state which the inner needle opened and the outer needle closed. 図1中の駆動装置の一実施例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows one Example of the drive device in FIG. 図2中の内燃機関の燃焼サイクル過程と燃料および尿素の噴射タイミングとの関係を示すタイムチャートである。3 is a time chart showing the relationship between the combustion cycle process of the internal combustion engine in FIG. 2 and the fuel and urea injection timings. 燃料噴射装置に係わる弁部から噴射される燃料および尿素の噴霧の一実施例を示す模式図であって、図8(a)は燃料の噴霧状態、図8(b)は尿素の噴霧状態を示す模式的断面図である。FIGS. 8A and 8B are schematic views showing an embodiment of fuel and urea spray injected from a valve portion related to the fuel injection device, in which FIG. 8A shows the fuel spray state, and FIG. 8B shows the urea spray state. It is a typical sectional view shown. 他の実施形態に係わるタイミングチャートであって、図9(C1)、図9(C2)、および図9(C3)は尿素の噴射タイミングの他の実施例を示すタイムチャートである。FIG. 9 (C1), FIG. 9 (C2), and FIG. 9 (C3) are time charts showing another example of urea injection timing.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料噴射装置
2 燃料噴射弁
10 ノズル本体
11 ノズルボディ
12 弁座
16 燃料通路
17 燃料通路
30 第1噴孔
40 第2噴孔
50 第1ニードル(外側ニードル)
51 第1当接部
59 第1スプリング
60 第2ニードル(内側ニードル)
61 第2当接部
69 第2スプリング
70 背圧室(圧力制御室)
80 電磁弁(駆動装置)
90 ECU(制御手段)
98 NOセンサ
100 エンジン(内燃機関)
102 排気管(排気通路)
106 燃焼室
120 触媒部
S1 第1シール部
S2 第2シール部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection apparatus 2 Fuel injection valve 10 Nozzle main body 11 Nozzle body 12 Valve seat 16 Fuel passage 17 Fuel passage 30 1st injection hole 40 2nd injection hole 50 1st needle (outer needle)
51 First contact portion 59 First spring 60 Second needle (inner needle)
61 Second contact portion 69 Second spring 70 Back pressure chamber (pressure control chamber)
80 Solenoid valve (drive device)
90 ECU (control means)
98 NO sensor 100 Engine (internal combustion engine)
102 Exhaust pipe (exhaust passage)
106 Combustion chamber 120 Catalyst part S1 First seal part S2 Second seal part

Claims (7)

燃焼室から燃焼ガスを排出する排気通路と、前記排気通路内に設けられ、燃焼ガスを浄化する触媒部とを備え、燃焼ガスを前記燃焼室から排出するとともに、燃焼ガスの熱エネルギで前記触媒部を活性化させる内燃機関に用いられ、
燃料および尿素を前記燃焼室内に噴射させて、前記燃焼室内にて燃料噴射により生じる燃焼ガスと尿素噴射により生じる尿素噴霧とを混合させる噴射手段を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
An exhaust passage for exhausting combustion gas from the combustion chamber, and a catalyst section provided in the exhaust passage for purifying the combustion gas, exhausting the combustion gas from the combustion chamber, and using the thermal energy of the combustion gas for the catalyst Used in internal combustion engines to activate the parts,
A fuel injection apparatus comprising: an injection unit that injects fuel and urea into the combustion chamber and mixes combustion gas generated by fuel injection in the combustion chamber with urea spray generated by urea injection.
前記噴射手段は、前記燃料と前記尿素とを個別の流入経路を有して噴射させる1つの燃料噴射弁であることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。 2. The fuel injection device according to claim 1, wherein the injection unit is one fuel injection valve that injects the fuel and the urea with separate inflow paths. 3. 前記燃焼室内へ前記燃料および前記尿素を噴射する噴射時期は、前記燃料の噴射開始後に前記尿素を前記燃料とオーバラップして噴射、前記燃料の噴射終了後に前記尿素の噴射開始、および前記燃料と前記尿素の同時噴射のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料噴射装置。 The injection timing for injecting the fuel and the urea into the combustion chamber is such that the urea is overlapped with the fuel after the start of the fuel injection, the urea injection starts after the fuel injection ends, and the fuel The fuel injection device according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection device is one of the simultaneous injections of urea. 前記噴射手段は、前記燃焼室内に生成する前記燃焼ガス中のNOの生成量がほぼ飽和するときに、前記尿素を噴射することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The said injection | pouring means inject | pours the said urea, when the production amount of NO in the said combustion gas produced | generated in the said combustion chamber is substantially saturated, The said any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. The fuel injection device described. 前記噴射手段は、前記燃焼室内に生成する前記燃焼ガス中のNOの生成量が増加する過程で、前記尿素を噴射することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The said injection | pouring means injects the said urea in the process in which the production amount of NO in the said combustion gas produced | generated in the said combustion chamber increases, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Fuel injectors. 前記噴射手段は、前記内燃機関の燃焼サイクル中の排気行程直前に、前記尿素を噴射することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 4. The fuel injection device according to claim 1, wherein the injection unit injects the urea immediately before an exhaust stroke in a combustion cycle of the internal combustion engine. 前記噴射手段は、前記内燃機関の運転状態により生成される前記NOの生成量を予め予測し、この生成量に基づいて前記尿素を噴射する尿素噴射量を決定することを特徴とする請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The said injection | emission means predicts the production amount of the said NO produced | generated by the operating state of the said internal combustion engine beforehand, and determines the urea injection quantity which injects the said urea based on this production amount. The fuel injection device according to any one of claims 1 to 6.
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