JP2006266111A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内に供給される吸気のＯ_２総量を減らすことなく燃焼の抑制を可能にすることを目的とする。
【解決手段】 エンジン１００の燃焼室１０６へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔３０および第２噴孔４０とが形成されるノズルボディ１１と、第１噴孔３０よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ１１内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルとしての第１ニードル５０と、第２噴孔４０よりの前記流体の噴射有無を、第１ニードル５０内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルとしての第２ニードル６０と、燃焼に係わる二種類の前記流体をＮ_２ガスと燃料し、第１噴孔３０および第２噴孔４０の各噴孔に個別に導く流路１５、１６、１７と流路１８を備えている。
【選択図】 図３

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。

燃料噴射装置としては、例えば内燃機関の燃焼室に直接燃料噴射する燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。燃料噴射弁から噴射された燃料は微粒化され、燃焼室内の空気と混合しながら発達し、自己着火により燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。近年、内燃機関、例えばディーゼルエンジンの分野では、燃焼を制御する技術が機関性能を左右する重要な性能改善手段となってきている。

燃焼制御手段として、排気ガス還流装置（ＥＧＲ）を用いて吸気ガス中に混合するＥＧＲガス量を調節するものがある。この技術ではＥＧＲガス量の制御により燃焼を制御し、ＮＯｘ低減を狙うものである。

特許文献１では、筒内に、燃料と、燃料以外の水等の流体の二種類の流体を噴射する技術が開示されている。この技術は、構造上から同一噴孔より燃料噴射中に不活性流体を遅れて噴射させることにより、噴孔で燃料と不活性流体が混合する。これにより、筒内に噴射される燃料を希薄化させ、燃焼速度を調節し、ＮＯｘ低減を狙うものである。
特開平１１−３０１６４公報

しかしながら、上記ＥＧＲガス量制御による従来技術では、ＥＧＲガスが高温であるため、燃焼温度の抑制には限界がある。そのため、比較的大量のＥＧＲガスを吸気ガス中へ供給した場合、Ｏ_２濃度が全体的に減少するので、スート（Ｓｏｏｔ）やＳＯＦからなるＰＭの増加が懸念される。また、特許文献１による従来技術では、同一噴孔により、燃料噴射開始に遅れて後から流体を噴射することにより燃料の希薄化を行なう構造になっており、あらかじめ、燃料を噴射する領域に不活性流体を噴射することができないため、初期燃焼時の急激な燃焼を抑制することは難しい。よって、この技術によるＮＯｘ低減には限界がある。また、同一噴孔から燃料と不活性流体を混ぜて噴射させるため、燃料濃度が局所的に希薄化し、燃焼のばらつきを生じさせ、ＨＣやＰＭ生成量増加を招いてしまう。

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、筒内に供給される吸気のＯ_２総量を減らすことなく燃焼の抑制を可能にすることを目的とする。

また、別の目的は、筒内に供給される吸気のＯ_２総量を減らすことなく燃焼の抑制を可能にするとともに、排気の有害成分のＮＯｘとＰＭを同時に抑制可能な燃料噴射装置を提供することにある。

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。

即ち、請求項１乃至８記載の発明では、気筒の燃焼室へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔および第２噴孔とが形成されるノズルボディと、第１噴孔よりの流体の噴射有無を、ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルと、第２噴孔よりの流体の噴射有無を、外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルと、燃焼に係わる二種類の流体を燃料流体とこの燃料流体の燃焼速度を調整する不活性な流体とし、これら二種類の流体は、気体、液体を問わないものとし、燃料流体と不活性流体を第１噴孔および第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路を備えること特徴としている。

これによると、燃料流体と不活性流体を噴き分けることが可能である。これにより、燃焼室の吸気ガス内に局所に燃料流体と不活性流体を噴射することで、筒内の燃焼室に供給される吸気ガスのＯ_２総量を減らすことなく、局所的にＯ_２濃度の制御が可能となり、従って燃焼の抑制等の燃焼制御を行なうことができる。

また、請求項２に記載の発明では、前記流路は、外側ニードルの外周とノズルボディの内周との間の第１隙間で形成され、気体の流れる第１流路と、内側ニードルの外周と外側ニードルの内周との間の第２隙間で形成され、燃料の流れる第２流路と、外側ニードルの前記内周に収容され、前記第２流路と前記第１流路の連通を遮断可能な仕切り部材とを備えることを特徴としている。

これにより、二種類の流体つまり燃料流体と不活性流体の流れを、それぞれ、内外に二重に配置された内側ニードルと、外側ニードルと、ノズルボディ内との間の隙間で形成される第２流路、第１流路と、その流路に対応する第２噴孔、第１噴孔とからなる二系統とすることができる。さらに、第１流路と第２流路を区画する外側ニードルには、その外側ニードルの内周に仕切り部材が設けられているので、前記第２流路と前記第１流路の間の燃料流体と不活性流体の混合が防止される。

また、請求項３に記載の発明では、外側ニードルは、第１噴孔の周縁全周をシートすることを特徴としている。

不活性流体として用いられる流体（窒素、二酸化炭素）は燃料等の液体に比べて分子の大きさが比較的小さいため、比較的僅かな隙間でしかない場合であってもその隙間から漏れ易い。これに対して請求項３に記載の発明では、不活性流体の噴射および噴射停止をする外側ニードルは、第１噴孔の周縁全周をシートするので、第１噴孔からの漏れ防止が確実にできる。

また、請求項４乃至８記載の発明では、請求項１から請求項３に記載の燃料噴射装置は、燃焼室へ空気、もしくは空気と排気の一部を吸気ガスとして導くとともに、燃焼室に充填された吸気ガス内の局所に燃料流体および不活性流体を噴射供給される内燃機関に用いられ、
内側ニードルおよび外側ニードルを独立的に駆動して燃料流体および不活性流体を燃焼室内に噴射させ、燃焼室内にて不活性流体噴射により生じる噴射領域に燃料流体噴射により生じる燃料噴霧を混合させる噴射制御手段を備えていること特徴としている。

これによると、噴射制御手段は、着火前の燃料噴霧を、二酸化炭素などの不活性流体の噴射領域内に混合させるように、燃焼室の吸気ガス内の局所に燃料流体と不活性流体を噴射させられる。したがって、筒内の燃焼室に供給される吸気ガスのＯ_２総量を減らすことなく、局所的にＯ_２濃度の制御が可能とする燃料および不活性流体の噴射時期の調節ができる。

また、請求項５に記載の発明では、噴射制御手段は、燃焼室内へ燃料流体および不活性流体を噴射する噴射時期を、不活性流体の噴射開始後に燃料流体を不活性流体とオーバラップして噴射、あるいは不活性流体の噴射終了後に燃料流体の噴射開始とすることを特徴としている。

これにより、着火前の燃料噴霧の周りを先行して噴射させている不活性流体の噴霧で局所的にＯ_２濃度を減少させ、燃料リッチにし燃焼速度を抑制する。その後、不活性流体の噴霧の拡散と、吸気ガスの流動により燃料噴霧に対し、従来技術の大量ＥＧＲの場合に比べてＯ_２濃度を増加させることができる。したがって、１燃焼中の前半と後半とで燃焼速度の調節をし、燃焼の制御ができる。

また、請求項６に記載の発明では、噴射制御手段は、燃焼室内で生成される燃焼ガス中のＮＯ生成量が、内燃機関の運転状態により予測される所定のＮＯ生成量を越えているか否かに応じて、不活性流体の噴射量を調節することを特徴としている。

これにより、例えば内燃機関の運転状態により求められるＮＯ生成量の閾値に基づいて不活性流体の噴射量をフィードバック制御することが可能である。

また、請求項７に記載の発明では、前記二種類の流体は、燃焼用の液体燃料と、燃焼速度調整用の窒素および二酸化炭素のうちのいずれかとし、窒素および二酸化炭素を大気および排気ガスのいずれかより分離する分離装置を備え、窒素および二酸化炭素は、分離装置により供給されることを特徴としている。

これによると、不活性流体として、内燃機関の排出ガスもしくは吸気ガスの空気の供給源である周囲大気から分離した窒素および二酸化炭素のいずれかを利用するので、内燃機関の運転を継続しながら、噴射供給するための不活性流体を効率的に貯留することが可能である。

また、請求項８に記載の発明では、前記二種類の流体は、燃焼用の液体燃料と、燃焼速度調整用の窒素および二酸化炭素のうちのいずれかとし、窒素および二酸化炭素を貯留するタンクを備え、窒素および二酸化炭素は、タンクにより供給されることを特徴としている。

また、請求項９乃至１０記載の発明では、燃焼室へ空気、もしくは空気と排気の一部を吸気ガスとして導くとともに、燃焼室に充填された吸気ガス内に燃料流体および不活性流体を噴射供給される内燃機関に用いられ、
燃料流体および不活性な流体を燃焼室内の吸気ガス内の局所に噴射させて、燃焼室内にて不活性流体噴射により生じる噴射領域に燃料流体の燃料噴射により生じる燃料噴霧を混合させる噴射手段を備えていること特徴としている。

これにより、噴射手段は、燃焼室の吸気ガス内の局所に燃料流体と二酸化炭素などの不活性流体を噴射させ、例えば着火前の燃料噴霧を、不活性流体の噴霧内に混合させられる。したがって、筒内の燃焼室に供給される吸気ガスのＯ_２総量を減らすことなく、局所的にＯ_２濃度の制御が可能となり、従って燃焼の抑制等の燃焼制御を行なうことができる。

また、請求項１０に記載の発明では、噴射手段は、燃料流体と不活性流体とを個別の流入経路を有して噴射させる１つの燃料噴射弁を有していることを特徴としている。

これにより、燃料流体と不活性流体を同一の燃料噴射弁から噴射するので、燃料流体の燃料噴射により生じる燃料噴霧を不活性流体噴射により生じる不活性流体の噴霧領域に混合されるように、燃焼室の吸気ガス内の局所に向かって燃料流体および不活性流体を噴射することができる。

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。

（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の燃料噴射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、内側ニードルおよび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。図５は、図１中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルおよび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。図６は、図１中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルおよび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。図７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。図８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。図９は、図２中の内燃機関の燃焼サイクル過程と燃料流体および不活性流体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。図１０は、燃料噴射装置に係わる弁部から噴射される燃料流体および不活性流体の噴霧の一実施例を示す模式図であって、図１０（ａ）は着火時での噴霧状態、図１０（ｂ）は燃焼後半の噴霧状態を示す模式的断面図である。なお、図１１は、燃焼室内の当量比と温度との関係を示すグラフである。図１２は、燃焼室内の当量比と温度との関係を示すグラフである。図９において、図９（ａ）は熱発生率、図９（ｂ）は噴射率、図９（ｃ）は流体Ａの燃料噴射の駆動信号、図９（ｄ）は流体Ｂの不活性流体の噴射の駆動信号、図９（ｅ）は筒内圧を示している。

図１に示す燃料噴射装置１は、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。

図２に示すように、エンジン１００は、シリンダブロック１０１と、シリンダヘッド１０２と、ピストン１０４と、シリンダブロック（以下、シリンダと呼ぶ）１０１の内周壁、ピストン１０４およびシリンダヘッド１０２の天井内壁とで区画される燃焼室１０６とを備え、燃焼室１０６に噴射供給された燃料の自己着火により燃焼する周知の内燃機関である。なお、ピストン１０４のシリンダ１０１内周壁内における往復運動はコンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）の連続回転運動に変換される。燃焼室１０６は、ピストン１０４の往復移動により容積が増減する。なお、ここで、図２では、図面作図上、４気筒のうちの１気筒のみを示している。

シリンダヘッド１０２は、図１に示すように、吸入空気が流れる通路を形成する吸気管１１７に接続し、吸入空気が導かれる吸気ポート１０２ｉと、燃焼ガス等のガスが流れる通路を形成する排気管１１９に接続し、燃焼ガスを排出する排気ポート１０２ｅとを備えている。

図２に示すように、吸気弁（以下、吸気バルブと呼ぶ）１０７は、吸気ポート１０２ｉの内壁に着座、および離座することで、吸気ポート１０２ｉに導かれた吸入空気の燃焼室１０６への流れを遮断および許容する。なお、詳しくは、図２に示すように、吸気バルブ１０７は、例えば図示しない吸気カムシャフトにより往復軸移動する軸部１０７ｂと、軸部１０７ｂに固定され、吸気ポート１０２ｉの内壁（詳しくは内壁のシート部）に着座および離座するフェイス部１０７ａとを有しており、吸気バルブ１０７の軸移動するバルブリフト量に応じて、シート部とフェイス部１０７ａの間に所定の隙間が形成される。

また、排気弁（以下、排気バルブと呼ぶ）１０９は、同様に、図示しない排気カムシャフトにより往復軸移動する軸部１０９ｂと、軸部１０９ｂに固定され、排気ポート１０２ｅの内壁（詳しくは内壁のシート部）に着座および離座するフェイス部１０９ａとを有しており、例えば離座することで開弁し、排気バルブ１０９の軸移動するバルブリフト量に応じて、シート部とフェイス部１０９ａの間に所定の隙間が形成される。

なお、吸気バルブ１０７、吸気カムシャフト、排気バルブ１０９、および排気カムシャフトは、周知構造の駆動弁装置であればいずれの構造であってもよい。駆動弁装置は、例えばエンジン１００の吸気行程において吸気バルブ１０７を開弁し、排気バルブ１０９を閉弁する。また、圧縮行程および燃焼行程では、吸気バルブ１０７および排気バルブ１０９を閉弁する。なお、吸気バルブ１０７および排気バルブ１０９は、１気筒に各２つ配置されるものでも、各１つ配置されるものであってもよい。

なお、エンジン１００の排気管１１９内に、排気管１１９に排出された燃焼ガスの有害成分（ＮＯｘ）を酸化もしくは還元反応させて無害化する触媒部（図示せず）を設けているものであってもよい。

なお、以下本実施形態では、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯｘガスの総称として、以降文にてＮＯガスと呼ぶ。

燃料噴射装置１は、図１に示すように、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、液体と気体の組合せとし、燃焼に係わる流体であればよい。

なお、以下の本実施形態では、流体Ａは可燃性燃料（以下、燃料と呼ぶ）とし、流体Ｂは、不活性流体としての窒素（Ｎ_２）ガスとして説明する。

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８参照）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１００の気筒（詳しくは燃焼室１０６）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。

なお詳しくは、図１に示すように、流体Ａが、燃料タンク７ａ、高圧ポンプ６ａ、コモンレール５ａの燃料経路の順で上記内部燃料通路２４に供給される。一方、流体Ｂが、不活性流体タンク７ｂ、高圧ポンプ６ｂ、コモンレール５ｂの燃料経路の順で上記内部燃料通路２３に供給される。

なお、ここで、流体Ａおよび流体Ｂは、それぞれ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いる。流体Ａは燃料、流体Ｂは不活性流体（本実施例ではＮ_２ガス）を構成する。なお、Ｎ_２ガスは、燃料タンク７ｂに気体もしくは液体として貯留されている。なお、以下の本実施形態では、Ｎ_２ガスを不活性流体タンク７ｂに貯留するものとする。

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８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。

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り結合されている。

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。

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１９を有している。サック部１９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１９は、袋状の所定の空間容積を有するサック室を構成する。

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。

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）５５ａ、５５ｂ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。第２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。第１当接部５５ａ、５５ｂはいわゆる二重シール部であって、噴孔３０の周縁全体をシールすることが可能な形状である。

なお、ここで、第１当接部５５ａ、５５ｂと弁座１２は、第１当接部５５ａ、５５ｂが弁座１２に当接および離間することで、図３、図４、図５、図６、および図７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。また、第２当接部６１と弁座１２は、第２当接部６１が弁座１２に当接および離間することで、図３、図４、および図７に示すように、流体Ｂの流れを遮断および許容する第３シール部Ｓ３を構成している。第１シール部Ｓ１と第２ール部Ｓ２は、第１ニードル５０の閉弁時に、第１噴孔３０への流体Ａ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。第３シール部Ｓ２は、第２ニードル６０の閉弁時に、第２噴孔４０への流体Ｂ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。なお、第２ール部Ｓ２は、第１ニードル５０の閉弁時に、第１噴孔３０への流体Ａ流れの下流側位置をシートする機能を有する。また、第２シール部Ｓ２は、第２ニードル６０の開弁時に、第１噴孔３０への流体Ｂ流れの上流側位置をシートする機能を有する。

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および第２シール部Ｓ２の下流側に配置され、第１シール部Ｓ１および第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３シール部Ｓ３の下流側に配置され、第３シール部Ｓ３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。

なお、本実施形態では、図３に示すように、第１噴孔３０と第２噴孔４０は、第１噴孔３０の軸３０ｊと第２噴孔４０の軸４０ｊ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。なお詳しくは、本実施形態では、交差角αが鋭角に構成されている。これにより、第１噴孔３０から噴射される流体Ｂの噴霧と第２噴孔４０から噴射される流体Ａの噴霧が燃焼室１０６内の所定の同一領域内（所定の局所とも呼ぶ）に到達し、両噴霧が混合するようにすることができる。これにより、例えば燃焼室１０６に流入した吸気ガス内で、流体Ａの噴射による着火前の燃料噴霧を、流体Ｂの噴射によるＮ_２ガスの噴霧内に混合させるように、燃焼室１０６の吸気ガス内の局所に向けて流体Ａと流体Ｂを噴射させられる。

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。

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、弁座１２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に対してやや傾斜するように配置されている。第１当接部５５ａ、５５ｂは、第１上端面５３の内周側に形成されている。第１当接部５５ａ、５５ｂ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、１７が形成されている。

なお、本実施形態では、第１上端面５３の第１噴孔３０に対向する部位には、略凹状の溝部５５ｅが略円環状に形成されていることが好ましい。これにより、第１噴孔３０に対向する位置に形成される溝部５５ｅの両周縁（詳しくは第１当接部５５ａ、５５ｂ）を第１および第２シート部Ｓ１、Ｓ２として構成することができる。したがって、第１噴孔３０の周縁を第１ニードル５０でシートする場合での第１ニードル５０のシート部形状として、第１噴孔３０の周縁を溝部５５ｅの両周縁の第１当接部５５ａ、５５ｂで、いわゆる二重シートすることができる。その結果、第１噴孔３０への流体Ａ流れに対して第１シール部Ｓ１および第２シール部Ｓ２で二重シートするので、第１噴孔３０への流体Ａ流れを遮断する油密機能の向上が図れる。

さらになお、上記の溝部５５ｅは、第１ニードル５０の第１下端面５５側を肉盗みしているため、溝部５５ｅ付近の第１ニードル５０の部位（詳しくは第１当接部５５ａ、５５ｂ）は、第１ニードル５０の他の部位に比べて剛性が僅かに弱く形成される。これにより、第１当接部５５ａ、５５ｂは弁座１２に同時に着座するのではなく、第１シール部Ｓ１側の第１当接部５５ａが弁座１２にまず着座した後（図５参照）、第２シール部Ｓ２側の第１当接部５５ｂが弁座１２に着座するようにすることができる（図６参照）。したがって、第２シール部Ｓ２側の第１当接部５５ｂが弁座１２に着座するまでの間、第１シール部Ｓ１側の第１当接部５５ａが弁座１２に強く押し付けられることになるので、第１シール部Ｓ１での気密を強くし、第１シール部Ｓ１の流体Ａ流れを遮断する油密機能の向上が図れる。

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２２が配置されており、スリーブ２２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。

第２ニードル６０は、図１および図３に示すように、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。

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１８を設けている。

なお、本実施形態では、図３に示すように、第１ニードル５０の内周５２の下端部側に収容され、燃料通路１８と燃料通路１６、１７との間を仕切る仕切り部材１５６が設けられていることが好ましい。これにより、燃料通路１８と燃料通路１６、１７間の流体Ａと流体Ｂの混合が防止される。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Ｎ_２ガスを第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られる。

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１４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。

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。

電磁弁８０は、図８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。

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９１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９２が配設されている。吸気管１１７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１１９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。

なお、本実施形態では、排気管１１９内には、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、燃焼室１０６から排出された燃焼ガス中の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、流体ＢのＮ_２ガスの最適な供給量（詳しくは最適噴射量）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濃度に基づいて流体ＢのＮ_２ガスを噴射する不活性流体噴射量を決定する不活性流体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。

ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁２を駆動制御し、燃焼室１０６内に流体ＢのＮ_２ガスおよび流体Ａの燃料を噴射する。Ｎ_２ガスおよび燃料を噴射方法としては、まず、Ｎ_２ガスの噴射をする。Ｎ_２ガスの噴射開始後に、燃料をＮ_２ガスの噴射にオーバラップして噴射する（図９参照）。なお具体的には、Ｎ_２ガスの噴射は上死点（ＴＤＣ）前の圧縮行程中のクランク角度ＣＡ１に開始される。また、燃料の噴射は上死点（ＴＤＣ）前の圧縮行程中のクランク角度ＣＡ２に開始される（ＣＡ１＜ＣＡ２）。なお、燃料噴射弁２の燃料の噴射圧およびＮ_２ガスの噴射は、少なくとも噴射開始時点の筒内圧（詳しくは燃焼室１０６内の圧力）より高く設定されていることが好ましい。これにより、燃焼室１０６の吸気ガス内の局所に向けて噴射し、所定の領域に噴霧が形成される（図１０（ａ）および図１０（ｂ）参照）。

ＥＣＵ９０による燃料噴射弁２からのＮ_２ガスおよび燃料の上記噴射制御により、図１０（ａ）に示される燃料の着火時の燃焼の初期過程では、先に噴射により生じているＮ_２ガスの不活性流体噴霧内に、燃料噴射により生じた燃料噴霧を混合させられる。これにより、着火時の混合気中の燃料噴霧の周りは不活性流体噴霧に覆われ、Ｏ２濃度が局部的に減少するので、燃料リッチの状態となる。したがって、初期燃焼の燃焼速度を抑制できる。その結果、初期燃焼時での急激な燃焼（図９（ａ）に示す破線特性の熱発生率）を抑制できる。なお、着火時の当量比φと筒内（燃焼室内）の温度Ｔを示す図１１のように、燃料噴霧の周りの局部的なＯ２濃度の低下により当量比φが増加し、燃焼時に燃料リッチな領域を形成する。

一方、図１０（ｂ）に示される燃焼後半では、燃焼室１０６内を不活性流体噴霧は拡散し、吸気ガスも燃焼により残留した吸気ガスの部分が流動するため、不活性流体噴霧と残留した吸気ガスの混合が生じる。不活性流体噴霧と残留した吸気ガスの混合の結果、燃料噴霧の周りのＯ２濃度が増え、燃料リーンの状態となる。なお、図１２に示すように、燃焼後半では、不活性流体のＮ_２ガスと、空気（詳しくはＯ_２）とが筒内流動による拡散により混合するので、燃料噴霧の周りのＯ２濃度の増加し、当量比φが低下する。これより、燃焼後期におけるスート（Ｓｏｏｔ）の生成を抑制するとともに、スート（Ｓｏｏｔ）の酸化促進が図れる。

なお、従来技術の比較的大量のＥＧＲガスを吸気ガス中へ供給するものの場合では筒内のＯ_２濃度が全体的に減少しているため、燃焼後半においてＯ２濃度不足によりスート（Ｓｏｏｔ）が増加するとともに、スート（Ｓｏｏｔ）の酸化が抑制されていた。これに対し、本実施形態では、燃焼後半においてＯ２濃度が増加するので、スート（Ｓｏｏｔ）の生成を抑制するとともに、スート（Ｓｏｏｔ）の酸化を促進することができる。

なお、本実施形態では、Ｎ_２ガスを貯留する不活性流体タンク７ｂには、Ｎ_２ガスを供給装置として、大気などの空気から窒素（Ｎ_２）を分離する分離装置９と、分離装置されるＮ２を効率的に抽出する吸引ポンプ８とが設けられていることが好ましい。エンジン１００の吸気ガスの吸気と同じ供給源である周囲大気から、分離装置９によりＮ_２ガスを分離抽出することができる。したがって、エンジン１００の運転を継続しながら、噴射供給するためのＮ_２ガスを効率的に貯留することが可能である。

なお、分離装置９は、ゼオライト系の分離膜としての透過膜９ａを有しており、空気の主要構成の酸素（Ｏ_２）分子と窒素（Ｎ_２）分子を、分子径の差（Ｏ_２分子＜Ｎ_２分子）から、透過膜９ａによりＮ_２ガスを抽出するものである。なお、分離装置９は、吸気管１１７とは分岐した配管１１８に配置する構成に限らず、吸気管１１７に配置するものであってもよい。

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。

（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、第１当接部５５ａ、５５ｂが弁座１２に着座され、燃料通路１５内の流体ＢのＮ_２ガスは第１噴孔３０より噴射されることはない（図３の二点鎖線の状態を参照）。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、第２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の二点鎖線の状態を参照）。

（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５５ａ、５５ｂが弁座１２から離座し、第１ニードル５０が開弁される（図４参照）。第１ニードル５０が開弁されると、燃料通路１５、１６、１７の流体ＢのＮ_２ガスが第１噴孔３０に流入し、Ｎ_２ガスが図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９に示すように、圧縮行程中のクランク角度ＣＡ１に流体ＢのＮ_２ガスを、燃料噴射に先駆けてまず噴射させる。

（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１８の流体Ａの燃料が第２噴孔４０に流入し、燃料が第２噴孔４０から噴射される（図７参照）。なお、このニードル５０、６０リフトパターンは、流体ＢのＮ_２ガスの噴射終了後に、圧縮行程中のＴＤＣ直前で、流体Ａの燃料を噴射することが可能である。

（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５５ａ、５５ｂが弁座１２から離座すると、第１シール部Ｓ１および第２シール部Ｓ２のシール状態が解除され、燃料通路１５、１６、１７から流体ＢのＮ_２ガスが流入する。流体ＢのＮ_２ガスは第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３シール部Ｓ３のシール状態が解除され、背圧室７０および燃料通路１８から流体Ａが流入する。流体Ａの燃料は第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、図９に示すように、流体ＢのＮ_２ガスの噴射開始後に、燃料をそのＮ_２ガスの噴射にオーバラップするように、流体Ａの燃料を圧縮行程中のクランク角度ＣＡ１で噴射させることが可能となる。

（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の二点鎖線の状態を参照）。

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Ｎ_２ガスおよび流体Ａの燃料を噴射手段としての燃料噴射弁２を備え、
その燃料噴射弁２を、エンジン１００の燃焼室１０６へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔３０および第２噴孔４０とが形成されるノズルボディ１１と、第１噴孔３０よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ１１内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルとしての第１ニードル５０と、第２噴孔４０よりの前記流体の噴射有無を、第１ニードル５０内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルとしての第２ニードル６０と、燃焼に係わる二種類の前記流体をＮ_２ガスと燃料し、第１噴孔３０および第２噴孔４０の各噴孔に個別に導く流路１５、１６、１７と流路１８を備えているように構成している。

これにより、燃焼に係わる二種類の流体として燃料とＮ_２ガスを噴射するものにおいて、液体の燃料と気体のＮ_２ガスを噴き分けることが可能である。これにより、燃焼室１０６の吸気ガス内に局所に燃料とＮ_２ガスを噴射することで、燃焼室１０６に供給される吸気ガスのＯ_２総量を減らすことなく、局所的にＯ_２濃度の制御が可能となり、従って燃焼の抑制等の燃焼制御を行なうことができる。

（２）なお、本実施形態では、上記流路は、第１ニードル５０の外周とノズルボディ１１の内周との間の第１隙間で形成され、気体の流れる第１流路としての燃料通路１５、１６、１７と、第２ニードル６０の外周と第１ニードル５０の内周との間の第２隙間で形成され、燃料の流れる第２流路としての燃料通路１８と、第１ニードル５０の内周の先端部側に収容され、燃料通路１８と燃料通路１５、１６、１７の連通を遮断可能な仕切り部材１５６とを備えるように構成されている。

これにより、二種類の流体つまり燃料とＮ_２ガスの流れを、それぞれ、内外に二重に配置された第２ニードル６０と、第１ニードル５０と、ノズルボディ１１内との間の隙間で形成される燃料通路１８、燃料通路１５、１６、１７と、その燃料通路に対応する第２噴孔４０、第１噴孔３０とからなる二系統とすることができる。さらに、燃料通路１５、１６、１７と燃料通路１８を区画する第１ニードル５０には、その第１ニードル５０の内周５２の先端部側に仕切り部材１５６が設けられているので、燃料通路１５、１６、１７と燃料通路１８間の燃料とＮ_２ガスの混合が防止される。

（３）さらになお、本実施形態では、第１ニードル５０は、第１噴孔３０の周縁全体をシートするように構成されている。

気体は燃料等の液体に比べて分子の大きさが比較的小さいため、比較的僅かな隙間でしかない場合であってもその隙間から漏れ易い。これに対して本実施形態では、気体の噴射および噴射停止を行なう第１ニードル５０は、第１噴孔３０の周縁全周をシートするようにするので、第１噴孔３０からの気体漏れの防止が確実にできる。

（４）さらになお、本実施形態では、第１ニードル５０は、第１噴孔３０に対向する位置に溝部５５ｅが設けられている。

これによると、第１噴孔３０の周縁を第１ニードル５０でシートする場合での第１ニードル５０のシート部形状として、第１ニードル５０の第１下端部５５に形成された溝部５５ｅの両周縁（詳しくは第１当接部５５ａ、５５ｂ）を第１シート部Ｓ１および第２シート部Ｓ２とし、第１噴孔３０の周縁を溝部５５ｅの両周縁の第１当接部５５ａ、５５ｂでいわゆる二重シートすることができる。その結果、第１噴孔３０への流体Ａ流れに対して第１シール部Ｓ１および第２シール部Ｓ２で二重シートするので、第１噴孔３０への流体Ａ流れを遮断する油密機能の向上が図れる。

（５）さらになお本実施形態では、上記の溝部５５ｅは、第１ニードル５０の第１下端面５５側を凹状に肉盗みしているため、溝部５５ｅ付近の第１ニードル５０の部位（詳しくは第１当接部５５ａ、５５ｂ）は、第１ニードル５０の他の部位に比べて剛性が僅かに弱く形成される。これにより、第１当接部５５ａ、５５ｂは弁座１２に同時に着座するのではなく、第１シール部Ｓ１側の第１当接部５５ａが弁座１２にまず着座した後、第２シール部Ｓ２側の第１当接部５５ｂが弁座１２に着座するようにすることができる。したがって、第２シール部Ｓ２側の第１当接部５５ｂが弁座１２に着座するまでの間、第１シール部Ｓ１側の第１当接部５５ａが弁座１２に強く押し付けられることになるので、第１シール部Ｓ１での気密を強くし、第１シール部Ｓ１の流体Ａ流れを遮断する油密機能の向上が図れる。

（６）なお、第２シール部Ｓ２側の第１当接部５５ｂは、第２ニードル６０の開弁時に、第１噴孔３０への流体Ｂ流れの上流側位置をシートする機能を有する。これにより、第１噴孔３０への燃料混入の防止が図れる。

（７）さらになお、本実施形態では、第１ニードル５０および第２ニードル６０を独立的に駆動して燃料およびＮ_２ガスを燃焼室１０６内の局所に噴射させ、燃焼室１０６内にてＮ_２ガス噴射により生じるＮ_２ガス噴霧に燃料の燃料噴射により生じる燃料噴霧を混合させるＥＣＵ９０を備えている。

これによると、ＥＣＵ９０は、着火前の燃料噴霧を、Ｎ_２ガス噴霧内に混合させるように、燃焼室１０６の吸気ガス内の局所に燃料とＮ_２ガスを噴射させられる。したがって、燃焼室１０６に供給される吸気ガスのＯ_２総量を減らすことなく、局所的にＯ_２濃度制御を可能とする燃料およびＮ_２ガスの噴射時期の調節ができる。

（８）なお、本実施形態では、ＥＣＵ９０は、燃焼室１０６内へ燃料およびＮ_２ガスを噴射する噴射時期を、不活性流体ＢのＮ_２ガスの噴射開始後に燃料をＮ_２ガスとオーバラップして噴射するように構成されている。

これにより、着火前の燃料噴霧の周りを先行して噴射開始していたＮ_２ガスの噴霧で局所的にＯ_２濃度を減少させ、燃料リッチにし燃焼速度を抑制することができる（図１１参照）。その後の燃焼後半では、Ｎ_２ガスの噴霧の拡散と、残留吸気ガスや燃焼ガスの流動により燃料噴霧に対し、例えば従来技術の大量ＥＧＲの場合に比べてＯ_２濃度を増加させることができる（図１２参照）。したがって、１燃焼中の前半と後半とで燃焼速度の調節をし、燃焼の制御ができる。

（９）なお、上記噴射時期は、不活性流体ＢのＮ_２ガスの噴射開始後に、流体Ａの燃料をＮ_２ガスとオーバラップして噴射する燃料およびＮ_２ガスの各噴射時期（本実施例ではフランク角度ＣＡ１、ＣＡ２）に限らず、Ｎ_２ガスの噴射終了後に燃料の噴射開始とするものであってもよい。

（１０）さらになお、本実施形態では、Ｎ_２ガスを貯留する不活性流体タンク７ｂには、Ｎ_２ガスを供給装置として、大気などの空気から窒素（Ｎ_２）を分離する分離装置９と、分離装置されるＮ２を効率的に抽出する吸引ポンプ８とが設けられていることが好ましい。エンジン１００の吸気ガスの吸気と同じ供給源である周囲大気から、分離装置９によりＮ_２ガスを分離抽出することができる。したがって、エンジン１００の運転を継続しながら、噴射供給するためのＮ_２ガスを効率的に貯留することが可能である。

（１１）なお、以上説明した本実施形態において、流体ＢのＮ_２ガスおよび流体Ａの燃料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、燃料およびＮ_２ガスを燃焼室１０６の吸気ガス内の局所に噴射させて、燃焼室１０６内にて流体ＢのＮ_２ガス噴射により生じるＮ_２ガス噴霧に、流体Ａの燃料の燃料噴射により生じる燃料噴霧を混合させるようにしている。これにより、噴射手段２、９０は、燃焼室１０６の吸気ガス内の局所に燃料とＮ_２ガスを噴射させ、例えば着火前の燃料噴霧を、Ｎ_２ガスの噴霧内に混合させられる。したがって、燃焼室１０６に供給される吸気ガスのＯ_２総量を減らすことなく、局所的にＯ_２濃度の制御が可能となり、従って燃焼の抑制等の燃焼制御を行なうことができる。

なお、噴射手段２、９０は、燃料とＮ_２ガスとを個別の流入経路としての燃料通路１８と燃料通路１５、１６、１７を有して噴射させる１つの燃料噴射弁２を有していることが好ましい。これにより、燃料とＮ_２ガスを同一の燃料噴射弁２から噴射するので、流体Ａの燃料の燃料噴射により生じる燃料噴霧を、流体ＢのＮ_２ガス噴射により生じるＮ_２ガス噴霧に混合されるように、燃焼室１０６の吸気ガス内の局所に向かって燃料およびＮ_２ガスを噴射することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、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、説明を繰返さない。

第１の実施形態では、ＮＯセンサ９８により、燃焼室１０６から排出された燃焼ガス中のＮＯ濃度を検出し、その検出値に基づいて流体ＢのＮ_２ガスの最適な供給量（詳しくは最適噴射量）を決定していた。

これに対し、第２の実施形態では、図１３に示すように、エンジン１００の運転状態より求められる所定のＮＯ濃度を閾値とし、この閾値を越えているか否かに応じて、Ｎ_２ガスの噴射量を調節するようにする。図１３は、実施形態に係わるタイミングチャートであって、ＮＯ濃度と不活性流体の噴射量との関係を示すタイムチャートである。図１３において、横軸はエンジン１００の燃焼サイクルの回数、縦軸は、ＮＯセンサ９８で検出したＮＯ濃度と、不活性流体であるＮ_２ガスの噴射の駆動信号のパルス幅を示している。図１３において、検出したＮＯ濃度が、図中の閾値を越えた場合には、Ｎ_２ガスの噴射の駆動信号のパルス幅を大きくし、Ｎ_２ガスの噴射量を増やすようにフィードバックする。このようなフィードバックを燃焼サイクル間で繰り返すことで、燃焼サイクル数Ｎａでフィードバック制御による適合を完了する。

この様な構成にしても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（第３、第４、および第５の実施形態）
第３、第４、および第５の実施形態では、第１の実施形態で説明した流体Ｂの不活性流体タンク７ｂに不活性流体を供給する供給装置の他の実施例を説明する。

第３の実施形態では、図１４に示すように、流体ＢのＮ_２ガスを貯留する不活性流体タンク７ｂと、高圧ポンプ６ｂとの間に、不活性流体タンク７ｂを予め高圧チャージするレギュレータなどの圧力調整装置４を設ける。図１４は、第３の実施形態に係わる不活性流体の供給装置を示す模式図である。

第４の実施形態では、図１５に示すように、空気からＮ２ガスを分離する分離装置９に代えて、排気ガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）を分離する分離装置１０９とする。図１５は、第４の実施形態に係わる不活性流体の供給装置を示す模式図である。なお、分離装置９は、ＣＯ_２分離のゲル膜等の透過膜１０９ａを有しており、排気ガスから、透過膜１０９ａによりＣＯ_２ガスを抽出するものである。

第５の実施形態では、第４の実施形態で説明した流体ＢのＣＯ_２ガスを貯留する不活性流体タンク７ｂと、高圧ポンプ６ｂとの間に、図１６に示すように、不活性流体タンク７ｂを予め高圧チャージするレギュレータなどの圧力調整装置４を設ける。図１４は、第３の実施形態に係わる不活性流体の供給装置を示す模式図である。

これら第３乃至第５の実施形態の様に構成しても、エンジン１００の吸気ガスの吸気と同じ供給源である周囲大気もしくは排出ガスから、分離装置９によりＮ_２ガスもしくはＣＯ_２ガスを分離抽出することができる。したがって、エンジン１００の運転を継続しながら、噴射供給するためのＮ_２ガスもしくはＣＯ_２ガスを効率的に貯留することが可能である。

（他の実施形態）
以上説明した本実施形態において、エンジン１００の燃焼室１０６に吸気ガスとして吸入されるものを空気としたが、排気ガス還流装置（ＥＧＲ）を有するエンジン１００とし、そのＥＧＲから供給された排出ガスの一部と空気を吸気ガスとして燃焼室１０６に導くものであってもよい。

なお、以上説明した第１および第２の実施形態おいて、ＮＯセンサ９８の代わりに、排気バルブ１０９の直後に、図示しない温度センサを設けて、排出ガス温度よりＮＯ生成量
を予測することにより、不活性流体のＮ_２ガスの噴射供給量（噴射量）を決定するように構成してもよい。

以上説明した本実施形態では、燃焼室に噴射する燃料と不活性流体を、液体と気体として説明したが、液体と気体の組合せに限らず、液体と液体、気体と気体の組合せとするように構成してもよい。

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。 図１の燃料噴射装置を適用する内燃機関を示す模式図である。 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、内側ニードルおよび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。 図１中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルおよび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。 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。 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。 図２中の内燃機関の燃焼サイクル過程と燃料流体と不活性流体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。 燃料噴射装置に係わる弁部から噴射される燃料流体および不活性流体の噴霧の一実施例を示す模式図であって、図１０（ａ）は着火時での噴霧状態、図１０（ｂ）は燃焼後半の噴霧状態を示す模式的断面図である。 燃焼室内の当量比と温度との関係を示すグラフである。 燃焼室内の当量比と温度との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係わるタイミングチャートであって、ＮＯ濃度と不活性流体の噴射量との関係を示すタイムチャートである。 第３の実施形態に係わる不活性流体の供給装置を示す模式図である。 第４の実施形態に係わる不活性流体の供給装置を示す模式図である。 第５の実施形態に係わる不活性流体の供給装置を示す模式図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ 燃料噴射弁
７ａ 燃料タンク
７ｂ 不活性流体タンク
８ 吸引ポンプ
９ 分離装置
９ａ 透過膜
１０ ノズル本体
１１ ノズルボディ
１２ 弁座
１５、１６、１７ 燃料通路（第１流路）
１８ 燃料通路（第１流路）
３０ 第１噴孔
４０ 第２噴孔
５０ 第１ニードル（外側ニードル）
５５ａ、５５ｂ 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
Ｓ１ 第１シール部
Ｓ２ 第２シール部
Ｓ３ 第２シール部

Claims (10)

1. 気筒の燃焼室へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔および第２噴孔とが形成されるノズルボディと、
   前記第１噴孔よりの前記流体の噴射有無を、前記ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルと、
   前記第２噴孔よりの前記流体の噴射有無を、前記外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルと、
   燃焼に係わる二種類の前記流体を燃料流体とこの燃料流体の燃焼速度を調整する不活性な流体とし、これら二種類の流体は、気体、液体を問わないものとし、
   前記燃料流体と前記不活性流体を前記第１噴孔および前記第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路を備えること特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記流路は、
   前記外側ニードルの外周と前記ノズルボディの内周との間の第１隙間で形成され、前記気体の流れる第１流路と、
   前記内側ニードルの外周と前記外側ニードルの内周との間の第２隙間で形成され、前記燃料の流れる第２流路と、
   前記外側ニードルの前記内周に収容され、前記第２流路と前記第１流路の連通を遮断可能な仕切り部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 外側ニードルは、前記第１噴孔の周縁全周をシートす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。
4. 請求項１から請求項３に記載の燃料噴射装置は、前記燃焼室へ空気、もしくは空気と排気の一部を吸気ガスとして導くとともに、前記燃焼室に充填された前記吸気ガス内の局所に燃料流体および不活性流体を噴射供給される内燃機関に用いられ、
   前記内側ニードルおよび前記外側ニードルを独立的に駆動して前記燃料流体および前記不活性流体を前記燃焼室内に噴射させ、
   前記燃焼室内にて前記不活性流体噴射により生じる噴霧領域に前記燃料流体噴射により生じる燃料噴霧を混合させる噴射制御手段を備えていること特徴とする燃料噴射装置。
5. 前記噴射制御手段は、前記燃焼室内へ前記燃料流体および前記不活性流体を噴射する噴射時期を、前記不活性流体の噴射開始後に前記燃料流体を前記不活性流体とオーバラップして噴射、あるいは前記不活性流体の噴射終了後に前記燃料流体の噴射開始とすることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
6. 前記噴射制御手段は、
   前記燃焼室内で生成される燃焼ガス中のＮＯ生成量が、内燃機関の運転状態により予測される所定のＮＯ生成量を越えているか否かに応じて、前記不活性流体の噴射量を調節することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記二種類の流体は、燃焼用の液体燃料と、燃焼速度調整用の窒素および二酸化炭素のうちのいずれかとし、
   前記窒素および前記二酸化炭素を大気および排気ガスのいずれかより分離する分離装置を備え、
   前記窒素および前記二酸化炭素は、前記分離装置により供給され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。
8. 前記二種類の流体は、燃焼用の液体燃料と、燃焼速度調整用の窒素および二酸化炭素のうちのいずれかとし、
   前記窒素および前記二酸化炭素を貯留するタンクを備え、
   前記窒素および前記二酸化炭素は、前記タンクにより供給され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。
9. 燃焼室へ空気、もしくは空気と排気の一部を吸気ガスとして導くとともに、前記燃焼室に充填された前記吸気ガス内に燃料流体および不活性流体を噴射供給される内燃機関に用いられ、
   前記燃料流体および前記不活性な流体を前記燃焼室内の吸気ガス内の局所に噴射させて、前記燃焼室内にて前記不活性流体噴射により生じる噴射領域に前記燃料流体の燃料噴射により生じる燃料噴霧を混合させる噴射手段を備えていること特徴とする燃料噴射装置。
10. 前記噴射手段は、前記燃料流体と前記不活性流体とを個別の流入経路を有して噴射させる１つの燃料噴射弁を有していることを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射装置。

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