JP2007132250A - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に気体燃料を噴射するものにおいて、燃焼室を形成するシリンダから逃げる燃焼熱を低減可能な内燃機関用燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃焼室１０６に吸入空気を導くとともに、燃焼室１０６内に気体燃料を供給し、吸入空気と気体燃料が混合した混合気の燃焼により出力を得る内燃機関１００に用いられ、断熱性を有する流体Ｂと気体燃料の流体Ａとを燃焼室１０６内に独立的に噴射させる噴射手段２を備え、噴射手段２は、気体燃料の流体Ａの噴射により生じる気体燃料噴霧の周縁を内部に囲むように、流体Ｂを、周縁と燃焼室１０６の内壁との間に向けて噴射する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関用燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に水素燃料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。

従来、例えば内燃機関の燃焼室に直接あるいは間接的に燃料噴射する燃料噴射装置が知られている（特許文献１等参照）。燃料噴射装置から供給される燃料は、吸気管あるいは燃焼室において空気と混合され、燃焼室内に可燃混合気を形成する。燃焼室内の可燃混合気はピストン運動により圧縮された後、点火装置により着火燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。

特許文献１では、燃焼室を区画するピストンの上端面に、円筒状の凹部を設ける技術を開示している。この技術では、ピストンに円筒状の凹部を設けることにより、火炎がピストンに達するまでの時間を遅らせ、燃焼開始初期における火炎とピストンとの接触を低減し、ピストンからの冷却損失低減を狙うものである。
特開２００１−１５９３１４公報

しかしながら、従来技術では、ピストンから逃げる熱を低減することができるが、燃焼室を区画するシリンダから逃げる熱を低減することはできない。

また、出願人は、燃焼室に気体燃料を噴射する気体噴射エンジンを検討している。気体燃料、例えば水素は、ガソリン等の液体燃料に比べて燃焼速度が極めて高い。このような水素などの気体燃料を燃焼室に噴射するものに、特許文献１の技術を適用したとしても、燃焼室内での冷却損失低減が不十分となる可能性がある。

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、内燃機関に気体燃料を噴射するものにおいて、燃焼室を形成するシリンダから逃げる燃焼熱を低減可能な内燃機関用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９記載の発明では、燃焼室に吸入空気を導くとともに、燃焼室内に気体燃料を供給し、吸入空気と気体燃料が混合した混合気の燃焼により出力を得る内燃機関に用いられ、
断熱性を有する流体と気体燃料とを燃焼室内に独立的に噴射させる噴射手段を備え、
噴射手段は、気体燃料の噴射により生じる気体燃料噴霧の周縁を内部に囲むように、流体を、周縁と燃焼室の内壁との間に向けて噴射することを特徴とする。

これによると、水素などの気体燃料と断熱性を有する流体を燃焼室内に噴射する際に、この流体を、気体燃料の噴霧の周縁と、燃焼室内の内壁との間に向けて噴射することで、気体燃料の噴霧周縁を内部に囲むようにする噴射手段を備えている。これにより、気体燃料の噴霧と吸入空気が混合する噴霧周縁に着火する火炎と、燃焼室のシリンダなどの内壁との間を、断熱性を有する流体で断熱することができる。

したがって、気体燃料噴霧に着火の火炎による燃焼熱のうち、シリンダなどの内壁へ逃げる熱を低減することができる。

特に、請求項２に記載の発明では、噴射手段は、気体燃料と流体とを個別の流入経路を有して噴射させる１つの流体噴射弁であって、
流体噴射弁は、気体燃料を噴射するための第１噴孔、および流体を噴射するための第２噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディ内に往復運動可能に収容され、第１噴孔よりの気体燃料の噴射および噴射停止をリフト動作により切換える第１ニードルと、ノズルボディ内に第１ニードルと内外に二重配置され、かつ往復運動可能に収容される、第２噴孔よりの流体の噴射および噴射停止をリフト動作により切換える第２ニードルと、第１ニードルおよび第２ニードルの各リフト動作を独立的に駆動可能な駆動部とを備えていることを特徴とする。

これによると、噴射手段は、気体燃料と流体とを個別の流入経路を有して噴射させる１つの流体噴射弁で構成され、内外二重配置された第１ニードルおよび第２ニードルの各リフト動作により気体燃料の噴射および噴射停止する第１噴孔と、流体の噴射および噴射停止する第２噴孔とが同じノズルボディに設けられているので、流体の噴射方向を、気体燃料の噴霧周縁と、燃焼室内の内壁との間に向けて精度よく噴射させられる。

また、請求項３に記載の発明では、噴射手段は、燃焼室へ気体燃料および流体を噴射する噴射過程において、流体を先に噴射した後に、気体燃料を後噴射することを特徴とする。

これによると、噴射手段は、内燃機関の運転状態が燃料噴射量の比較的少ない低負荷状態の場合において、流体を先に噴射した後に、気体燃料を後噴射することが好ましい。これにより、気体燃料による混合気が希薄化され過ぎるのを阻止することができるので、燃焼熱が燃焼室の内壁へ逃げるのを低減し熱効率の向上を図るのに加えて、火炎の熱発生率のピーク値を高めて熱効率を更に高効率にすることが可能である。

また、請求項４に記載の発明では、噴射手段は、燃焼室へ気体燃料および流体を噴射する噴射過程において、気体燃料を先に噴射した後に、流体を後噴射することを特徴とする。

これによると、噴射手段は、内燃機関の運転状態が燃料噴射量の比較的多い高負荷状態の場合において、気体燃料を先に噴射した後に、流体を後噴射することが好ましい。これにより、気体燃料による混合気が局所的に過濃になるのを阻止することができる。

さらに、流体を後噴射するので、燃焼室内で流体が過度に拡散するのを阻止することができ、火炎と燃焼室の内壁との間を流体で断熱する断熱効果を安定して確保することが可能である。

また、請求項５に記載の発明では、噴射手段は、気体燃料を噴射する第１噴射期間と、流体を噴射する第２噴射期間とを重複させていることを特徴とする。

これにより、気体燃料および流体のいずれか一方の噴射開始から全て噴射終了する総噴射期間を短くすることができるので、例えば点火装置による混合気を着火する着火時期の調整自由度の向上が図れる。

また、請求項６に記載の発明では、流体は、助燃性を有する加圧空気であることを特徴とする。

これによると、流体は助燃性を有する加圧空気であることが好ましい。これにより、断熱性を有する水等の液体に比べて気化潜熱により燃焼室内の熱エネルギーを奪うことない。また、入手容易な空気を利用するため、特別な気体を貯留する加圧タンクを設ける必要がなく、燃料噴射装置の構成の簡素化が図れる。

また、請求項７に記載の発明では、流体は、不活性ガスであることを特徴とする。

これによると、流体は窒素（Ｎ_２）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスであるので、燃焼しないため、火炎と燃焼室の内壁との間を流体で確実に断熱することができる。

また、請求項８に記載の発明では、気体燃料は、水素であることを特徴とする。

これによると、気体燃料は、ガソリン等の液体燃料に比べて燃焼速度が高いが、特に水素は燃焼速度が極めて高いため、水素噴霧による火炎と燃焼室の内壁を流体で断熱することは、いわゆる水素エンジンの熱効率を効果的に向上させることができる。

また、請求項９に記載の発明では、流体は、気体燃料より比重が大きいことを特徴とする。

これによると、例えば気体燃料に水素を用いる場合において、流体は、水素より比重が大きい例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）であることが好ましい。これにより、燃焼室内へ噴射する流体の貫徹力を、水素の貫徹力より大きくすることができるので、水素噴霧の周縁を内部に囲むように、流体を噴射させることが容易となる。

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、本実施形態の内燃機関用燃料噴射装置を適用する内燃機関の全体構成を示す模式的断面図である。図２は、図１中の燃料噴射装置の一実施例を示す模式的断面図である。図３は、図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、燃焼室に吸入空気を導入する吸気行程を示す断面図である。図４は、図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、圧縮行程を示す断面図である。図５は、図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、圧縮行程を示す断面図である。図６は、図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、燃焼（爆発）行程を示す断面図である。

図７は、図２中の流体噴射弁に係わるノズル本体の先端部の構成を示す部分断面図である。図８は、図２中のノズル本体の先端部の開閉状態を説明する図であって、内外二重配置された第１ニードルと第２ニードルのうち、第１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９は、図２中の第１ニードルをリフト動作させるための駆動部の一実施例を示す模式的断面図である。図１０は、図２中のノズル本体の先端部の開閉状態を説明する図であって、内外二重配置された第１ニードルと第２ニードルのうち、第２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１１は、図２中の第２ニードルをリフト動作させるための駆動部の一実施例を示す模式的断面図である。

図２に示す内燃機関用燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１は、図１に示すように、気体燃料（本実施例では、水素）の噴射供給により動力を得る内燃機関、特に水素エンジンに用いられ、例えば多気筒（例えば４気筒）の水素エンジン（以下、エンジンと呼ぶ）１００に用いられるものである。

エンジン１００は、各気筒に燃焼室１０６と、ピストン１０４と、点火装置１０５と、流体噴射弁２とを備える周知の内燃機関である。なお、図１では、図面作成上、４気筒のうちの１気筒のみを示している。

燃焼室１０６は、ピストン１０４の上端面１０４ｃと、ピストン１０４の往復移動可能に保持するシリンダ１０１の内壁と、シリンダヘッド１０２の天井内壁とで区画されており、ピストン１０４の往復移動により容積が増減する。ピストン１０４の上端面１０４ｃは、図１に示すように、流体噴射弁の水素噴射方向に向かって遠ざかるように凹状の段差部を有する段差面を有している。なお、上端面１０４ｃは、凹状の段差部を有する段差面に限らず、略平坦面であってもよい。

燃焼室１０６は、吸気弁１０７を介して図示しない吸気管に接続し、吸入空気等の吸気が導かれる。また、燃焼室１０６は、排気弁１０９を介して図示しない排気管に接続し、燃焼ガスなどの排気（以下、排気）を排出する。詳しくは、シリンダヘッド１０２は、吸気管に接続し、吸気を燃焼室１０６へ導く吸気ポート１０２ｉと、排気管に接続し、燃焼室１０６から排気を排出する排気ポート１０２ｅとを備えている。なお、吸気ポート１０２ｉと吸気管は、燃焼室１０６へ吸気を導く吸気通路を構成する。排気ポート１０２ｅと排気管１１２は、燃焼室１０６から排気を排出する排気通路を構成する。

吸気弁１０７は、吸気ポート１０２ｉに導かれた吸気の燃焼室１０６への流れを遮断および許容する。なお、詳しくは、図１および図３に示すように、吸気弁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と、軸部に固定され、吸気ポート１０２ｉの内壁のシート部に着座および離座するフェイス部とを有しており、吸気弁１０７の軸移動するリフト量に応じて、シート部とフェイス部の間に所定の隙間Ｌが形成される。

また、排気弁１０９は、燃焼室１０６から排気通路への燃焼ガスの流れを遮断および許容する。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（爆発）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。

点火装置１０５は、点火対象の可燃混合気もしくは燃料（水素噴霧）に点火するための装置であって、例えば点火プラグ等の点火栓からなる。点火栓は、例えばシリンダヘッド１０２の天井内壁の中央に配置されている。

流体噴射弁２は、図１に示すように、気筒上面角部、例えば筒内上面としてのシリンダヘッド１０２の天井内壁の中央に配置されている。流体噴射弁２と点火装置１０５は近傍に配置される。なお、エンジン１００の気筒への流体噴射弁２の搭載位置は、シリンダヘッド１０２の天井内壁の中央に配置されるものに限らず、シリンダヘッド１０２の天井内壁（例えば吸気ポート１０２ｉ側）の角部等の気筒上面角部に配置されるものであってもよい。なお、この場合、流体噴射弁２の主燃料（流体Ａ）の噴射方向に、点火装置１０５の火花放電部（図示せず）が配置されるように、燃料噴射弁２と点火装置１０５を配置するものであればよい。なお、主燃料（流体Ａ）の貫徹力は、主燃料（流体Ａ）の噴霧もしくはこれと吸入空気の混合した混合気が火花放電部の近傍に到達するように設定される。

なお、エンジン１００の排気管内に、排気管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を噴射する流体噴射弁２と、流体噴射弁２に供給する加圧された高圧流体Ａ、Ｂを蓄圧する蓄圧装置としてのコモンレール５と、コモンレール５に加圧される流体Ａ、Ｂを供給する高圧ポンプ６と、制御手段としての制御装置（以下、ＥＣＵ９０と呼ぶ）とを備えている。

二種類の流体Ａ、Ｂは、一方を気体燃料、他方を断熱性を有する流体の組合せとし、流体については液体、気体のいずれであってもよい。流体Ａおよび流体Ｂは、それぞれ流体タンク７ａ、７ｂに貯留されている。

なお、以下の本実施形態では、流体Ａは水素（Ｈ_２）ガスとし、流体Ｂは、助燃性を有する加圧空気として説明する。また、流体Ｂが加圧空気の場合は、流体タンク７ａに貯留した加圧空気を用いる場合に限らず、エンジン１００の駆動力で駆動されるコンプレサなどの空気圧縮装置を用いてもよい。以下、空気圧縮装置を用いる加圧空気である場合であっても、説明の便宜上、流体タンク７ａに貯留された加圧空気として説明する。

流体噴射弁２は、図２に示すように、略円筒形状であり、図示しない流体導入部（図中の流体流入を示す矢印方向）から流体Ａ、Ｂを受け、内部に個別に形成された流体Ａ用の流体通路２３、および流体Ｂ用の流体通路１２３を経由して先端から流体Ａ、Ｂを噴射する。

流体噴射弁２は、流体Ａ、Ｂの噴射を遮断および許容する弁部としてのノズル本体１０と、ノズル本体１０を独立的に駆動する駆動装置８０、１８０（図９、１１参照）とを備えており、流体導入部から流体通路内に流入した流体Ａ、Ｂをノズル本体１０の先端からエンジン１００の気筒（詳しくは燃焼室１０６）に噴射する。なお、高圧流体Ａ、Ｂは、別個の流体経路としての高圧ポンプ６ａ、６ｂから流体配管を通ってコモンレール５ａ、５Ｂに供給される。コモンレール５ａ、５Ｂに供給された高圧流体Ａ、Ｂは、コモンレール５ａ、５ｂ内で一定の高圧に蓄圧され、流体配管を通って各気筒に配置された流体噴射弁２の流体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流体出口部（図９、１１中の流体リターンを示す矢印方向）を経由して流体タンク７ａ、７ｂへ戻される。なお、高圧ポンプ６ａ、６ｂ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２に示すように、流体Ａが、第１流体タンク７ａ、第１高圧ポンプ６ａ、第１コモンレール５ａの流体経路の順で上記内部流体通路２３に供給される。一方、流体Ｂが、第２流体タンク７ｂ、第２高圧ポンプ６ｂ、第２コモンレール５ｂの流体経路の順で上記内部流体通路１２３に供給される。

また、駆動装置８０、１８０は、第１ニードル５０および第２ニードル６０を独立的に駆動可能なものであればよく、図９、１１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、１８０は、電磁弁とする。なお、第１電磁弁８０（図９参照）と第２電磁弁１８０（図１１参照）の構成はほぼ同じであるため、第１電磁弁８０で説明する。第１電磁弁８０は、図９に示すように、圧力制御室７０と流体低圧側の流体タンク７ａとの連通の流通および遮断をする第１弁体８１と、第１弁体８１を磁気吸引力する第１ソレノイド８２と、第１弁体８１を反吸引力方向に付勢する第１ソレノイド用スプリング８３とを備えている。

次に、流体噴射弁２の構成等の詳細について、図２、および図６から図１１に従って説明する。

流体噴射弁１は、図２に示すように、各ニードル６０、７０を駆動する駆動部８０、１８０を内蔵するニードル駆動機構部（以下、ノズルホルダ部）２０と、ノズル本体（以下、燃料噴射ノズルとも呼ぶ）１０とを含んで構成されている。ノズルホルダ部２０とノズル本体１０は、図示しない略円筒状のリテーニングナット等の締結部材により、互いに油密に固定されている。

ノズル本体１０は、弁ボディとしてのノズルボディ１１と、第１ニードル５０と、第１ニードル５０の外側に内外二重配置される第２ニードル１５０と、第１ニードル５０を付勢する付勢部材（以下、第１スプリング）５９と、第２ニードル１５０を付勢する第２スプリング１５９とを備えている。

ノズルボディ１１は、略有底円筒状に形成されており、その内部に、第１ニードル５０および第２ニードル１５０を軸方向に往復移動可能に収容する収容孔１１ａが設けられている。ノズルボディ１１の先端部には、収容孔１１ａとノズルボディ１１の外壁面とを内外に貫通する第１噴孔３０、第２噴孔１３０が設けられている。

ノズルボディ１１には、第２ニードル１５０の外周と収容孔１１ａの内周との間に流体通路１４が形成されており、流体通路１４は、第２噴孔１３０へ供給する高圧流体Ｂの流体流路を構成している。この流体通路１４は、ノズルホルダ部２０に形成されている流体通路１２３と連通しており、コモンレール７ｂからの高圧流体Ｂが供給されるようになっている。

ノズルボディ１１の収容孔１１ａの先端部側には、図２および図７に示すように、第１ニードル５０および第２ニードル１５０が着座および離座する共通の弁座１３が形成されている。弁座１３には、流体流れの下流側に向かって第２噴孔１３０、第１噴孔３０の順で配置されており、第２ニードル１５０の当接部（以下、第２当接部）１５１が着座および離座するシール部（以下、第２弁座部）１１２と、第１ニードル５０の第１当接部５１が着座および離座するシール部（以下、第１弁座部）１２とが設けられている。

第１弁座部１２は、第２弁座部１１２の下流側に配置されている。第２噴孔１３０は、第２弁座部１３０と、シート部材１６０および第１弁座部３０との間に挟まれ、弁座１３に形成されている。また、第１噴孔３０は、第１弁座部３０の下流側の弁座１３に形成されている。

シート部材１６０は、略筒状に形成されており、第１ニードル５０の外周と、第２ニードル１５０の内周の間に挟まれて配置されている。このシート部材１６０は、図示しない付勢部材もしくはシート部材１６０の弾性力により弁座１３に向けて常に押し付けられるように構成されている。これにより、シール部と弁座１３は常時気密にシールされるため、第２噴孔１３０の入口部へ流入しようとする流体Ｂと、第２噴孔３０の入口部へ流入しようとする流体Ａとが気密に隔離される。

このように構成することにより、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１５０が独立して開弁する際に、流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスを第１噴孔３０から、流体Ｂの加圧空気を第２噴孔１３０からと独立して噴き分けられる。

第２ニードル１５０は、図２に示すように、略中空円筒状に形成されており、第２噴孔１３０側とは反対の端部側に第２スプリング１５９が設けられている。第２ニードル１５０は、第２スプリング１５９の付勢力によって、常時、第２噴孔１３０のある方向に向かって付勢されている。以下、噴孔のある方向のことを噴孔方向と呼び、その反対方向を、反噴孔方向と呼ぶ。

なお、第２ニードル１５０の第２噴孔１３０側の端部には、流体通路１４を介して高圧流体Ｂが導かれており、第２ニードル１５０の外周側には、図示しない円錐台面（以下、第２円錐台面が設けられ、高圧流体を受圧する受圧面（以下、第２受圧面）を構成している。

第２ニードル１５０の内側には、図２に示すように、略円柱状に形成された第１ニードル５０が軸方向に往復移動可能に収容されている。第１ニードル５０の反噴孔側には、第２スプリング１５９が設けられており、第１ニードル５０は、常時、第２スプリング１５９の付勢力により噴孔方向に付勢されている。

また、図２および図６に示すように、第１ニードル５０外周と第２ニードルの内周（詳しくは、シート部１６０の内周）との間に流体通路１５が形成されており、流体通路１５は、第１噴孔３０へ供給する高圧流体Ａの流体流路を構成している。この流体通路１５は、ノズルホルダ部２０に形成されている流体通路２３と連通しており、コモンレール７ａからの高圧流体Ａが供給されるようになっている。

第１ニードル５０の第１噴孔３０側の端部には、流体通路１５を介して高圧流体Ａが導かれており、第１ニードル５０の外周側には、図示しない第１受圧面が設けられている。

なお、ここで、第２当接部１５１と第２弁座部１１２は、第２当接部１５１が第２弁座部１１２に当接および離座することで、当接部７１、７２がシール部３１、３２に当接および離座することで、第２噴孔１３０の入口部への流体Ｂの流れを遮断および許容する。また、第１当接部５１と第１弁座部１２は、第１当接部５１が第１弁座部１２に当接および離座することで、第１噴孔３０の入口部への流体Ａの流れを遮断および許容する。第１ニードル５０および第２ニードル１５０には、第１受圧面、第２受圧面に高圧流体が作用すると、それぞれ、第１ニードル５０、第２ニードル１５０を反噴孔方向に押し上げる力が発生する。

また、図２に示すように、各ニードル５０、１５０の反噴孔側には、ノズルホルダ部２０内の壁面で周囲が囲まれる圧力制御室７０、１７０が設けられている。圧力制御室４１にも、図示しない流体通路を通ってコモンレールからの高圧流体が供給されるようになっている。

各ニードル５０、１５９に対応する圧力制御室４１内に発生する各流体圧力と、各スプリング５０、１５０の付勢力とによる噴孔方向の力と、各流体通路１５、１４内の流体圧力による反噴孔方向の力との釣り合いによって、各ニードル５０、１５０と各弁座部１２、１１２との離着座が決定される。

詳しくは、第２ニードル１５０においては、噴孔方向の力が反噴孔方向の力よりも勝るときは、第２当接部１５１は第２弁座部１１２に着座し、第２噴孔１３０から流体Ｂは噴射されない。反対に、反噴孔方向の力が噴孔方向の力よりも勝るときは、第２当接部１５１は第２弁座部１１２から離座し、第２噴孔１３０から流体Ｂが噴射される。

また、第１ニードル５０においては、噴孔方向の力が反噴孔方向の力よりも勝るときは、第１当接部５１は第１弁座部１２に着座し、第１噴孔３０から流体Ａは噴射されない。反対に、反噴孔方向の力が噴孔方向の力よりも勝るときは、第１当接部５１は第１弁座部１２から離座し、第１噴孔３０から流体Ａが噴射される。

これらの力の釣り合いを調整することにより、流体の噴射を制御することができる。詳しくは、これらの力の釣り合いを調整するには、圧力制御室７０、１７０内の流体圧力を調整することによって達成することができる。圧力制御室７０、１７０内の流体圧力の調整は、圧力制御室７０、１７０と図示しない流体タンク７ａ、７ｂとを結ぶノズルホルダ部２０内の流体通路途中に設けられる制御弁８０、１８０によって行われる。

制御弁８０、１８０は、ＥＣＵ９０からの指令により、その作動が制御され、開弁することにより、圧力制御室７０、１７０内の流体を流体タンクに戻し、その圧力を低下させる。また、制御弁７０、１７０を閉弁することにより、圧力制御室７０、１７０内にコモンレールから供給される高圧流体を蓄圧する。

ＥＣＵ９０は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭまたはスタンバイＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータと、流体噴射弁２の電磁弁８０、１８０へ駆動電流を印加する駆動回路（以下、流体噴射弁駆動回路）、高圧ポンプ６ａ、６ｂの流体吐出量を調節する吐出量調整装置（図示せず）へ駆動電流を印加するポンプ駆動回路（図示せず）などの駆動回路とを備えている。

そして、ＥＣＵ９０は、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納されている制御プログラムおよび制御ロジックに基づいて、例えばコモンレール５ａ、５ｂ内の流体圧力等が各々制御指令値となるようにフィードバック制御するように構成されている。

ＥＣＵ９０は、エンジン１００の運転状態等に応じてエンジン１００の制御（流体噴射弁２の噴射制御や点火装置１０５の点火制御を含む）を行なうものであり、運転状態を検出するために種々のセンサ類からの出力を受ける。ＥＣＵ９０に出力されるセンサ類の一例としては、図１に示されるように、吸気管２を流れる吸入空気量を検出するエアフローセンサ９１、乗員が操作するアクセル開度を検出するスロットポジションセンサ９２、エンジン回転速度を検出する回転センサ９３、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ９４、コモンレール５ａ、５ｂ内の流体圧力を検出する圧力センサ９５、９６等がある。

ＥＣＵ９０により実行される各種制御は、主な制御を表すと、流体噴射弁２の流体噴射制御、点火装置１０５の点火時期制御等がある。例えば、流体噴射制御では、エンジン１００の運転状態に基づいて、流体噴射弁２より噴射する各流体Ａ、Ｂの流体噴射量および噴射時期を算出し、これらの量および時期に従って流体噴射弁２の電磁弁８０、１８０への通電（駆動信号）を制御する。

さらに、ＥＣＵ９０は、上記センサ類によって検出されたエンジンの運転状態に基づいて、各流体Ａ、Ｂの目標流体噴射圧力をマップや計算式等から演算し、演算によって求めた目標流体噴射圧力が、各圧力センサ９５、９６で検出される実流体噴射圧力と一致するようにフィードバック制御するように構成されていることが好ましい。このように各流体Ａ、Ｂにおける目標流体噴射圧力の設定することによって、燃焼室１０６内に噴射する各流体Ａ、Ｂの流体噴霧の貫徹力が調節される。これにより、各流体Ａ、Ｂは、燃焼室１０６へ噴射され、その噴射による生じる流体噴霧形状の大きさ（詳しくは、噴霧到達距離（ペネトレーション）等の流体噴霧特性を調節することができる。

なお、本実施形態では、図２に示すように、第１噴孔３０と第２噴孔１３０は、第１噴孔３０の軸３０ｊと第２噴孔１３０の軸１３０ｊとが流体噴射の下流方向で交差しないように構成されていることが好ましい。これにより、流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスの噴射による着火前の水素噴霧ＪＡ（図４参照）と、流体Ｂの加圧空気の噴射による加圧空気噴霧ＪＢ（図５参照）を混合させないようにすることができる。

さらになお、本実施形態では、図２に示すように、第１噴孔３０の噴射角θ１と第２第２噴孔１３０の噴射角θ２は、θ１＜θ２の関係を満足していることが好ましい。噴射角は、噴孔と噴孔の軸同士の開き角を表すものである。これにより、燃料噴射弁２より燃焼室１０６内へ噴射するとき、第１噴孔３０より噴射の流体Ａを、ピストン１０４の上端面１０４ｃ側に向けて噴射する（図４参照）ことができ、第２噴孔１３０より噴射の流体Ｂを、シリンダヘッド１０２の天井内壁もしくはシリンダ１０１の内壁に向けて噴射する（図５参照）ことができる。

次に、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。なお、流体Ａの水素（Ｈ_２）ガス、および流体Ｂの加圧空気を独立的に噴射する噴射機能を、流体噴射弁２の作動でまず説明し、次に、エンジン１００の燃焼室１０６内への流体Ａおよび流体Ｂの噴射方法について説明する。

まず、流体噴射弁２の作動を、図２、図７、図８、および図１０に従って説明する。

（流体噴射弁２の噴射停止時）
図７に示される流体噴射弁２の噴射停止時には、コモンレール５ａ、５ｂ内に蓄積された比較的高圧の流体（気体燃料）Ａ、流体Ｂは、それぞれ、ノズルホルダ部２０内の流体通路２３、１２３より導入され、流体通路２３に流入する流体Ａは、圧力制御室７０、流体通路１５に供給される。また、流体通路１２３に流入する流体Ｂは、圧力制御室１７０、流体通路１４に供給される。

このとき、第１電磁弁８０の第１ソレノイド８２へ駆動電流が供給されていないので、第１弁体８１は第１ソレノイド用スプリング８３の付勢力により弁座に着座され、リターン流体通路２９を遮断している。供給された流体Ａは、第１圧力制御室７０内にとどまるので、圧力制御室７０および流体通路１５の燃料圧力は、ほぼ等しくなっている。第１スプリング５９の第１ニードル５０を第１弁座部１２に押し付けようとする付勢力によって、第１ニードル５０に発生する噴孔方向の力が勝ることとなり、第１当接部５１が第１弁座部１２に着座されるので、流体通路１５内の流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスが、第１噴孔３０より噴射されることはない。

また、このとき、第２電磁弁１８０の第２ソレノイド１８２へ駆動電流が供給されていないので、第２弁体１８１は第２ソレノイド用スプリング１８３の付勢力により弁座に着座され、リターン流体通路１２９を遮断している。供給された流体Ｂは、第２圧力制御室１７０内にとどまるので、圧力制御室１７０および流体通路１４の燃料圧力は、ほぼ等しくなっている。第２スプリング１５９の第２ニードル１５０を第２弁座部１１２に押し付けようとする付勢力によって、第２ニードル５０に発生する噴孔方向の力が勝ることとなり、第２当接部１５１が第２弁座部１１２に着座されるので、流体通路１４内の流体Ｂの加圧空気が、第２噴孔１３０より噴射されることはない。

（第１噴孔３０の開時）
図８に示される流体噴射弁２の第１噴孔３０の開時には、第１電磁弁８０の第１ソレノイド８２に駆動電流が供給される。駆動電流が供給されると、第1弁体８１は、第１ソレノイド８２に発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン流体通路２９が開放される。リターン流体通路２９が開放されると、第１圧力制御室７０内の流体圧力が徐々に低下する。徐々に低下する第１圧力制御室７０内の流体圧力が第１ニードル５０の開弁圧まで低下すると、第１ニードル５０に発生する反噴孔方向の力が勝り、第１当接部５１が第１弁座部１２から離座するので、流体通路１５内の流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスが第１噴孔３０の入口部に流入し、水素（Ｈ_２）ガスが第１噴孔３０より噴射される。

（第２噴孔１３０の開時）
図１０に示される流体噴射弁２の第２噴孔１３０の開時には、図１１に示される第２電磁弁１８０の第２ソレノイド１８２に駆動電流が供給される。駆動電流が供給されると、第２弁体１８１は、第２ソレノイド１８２に発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン流体通路１２９が開放される。リターン流体通路１２９が開放されると、第２圧力制御室１７０内の流体圧力が徐々に低下する。徐々に低下する第２圧力制御室１７０内の流体圧力が第２ニードル１５０の開弁圧まで低下すると、第２ニードル１５０に発生する反噴孔方向の力が勝り、第２当接部１５１が第２弁座部１１２から離座するので、流体通路１４内の流体Ｂの加圧空気が第１噴孔３０の入口部に流入し、加圧空気が第２噴孔１３０より噴射される。

（各噴孔３０、１３０の閉時）
エンジン１００の運転状態に応じた第１噴孔３０における所定の開時間が経過すると、第１ソレノイド８２に駆動電流の供給が停止される。その駆動電流供給が停止されると、第１ソレノイド８２の磁気吸引力が失われ、第１弁体８１は、リターン流体通路２９を遮断する。遮断すると、第１圧力制御室７０より下流への流体Ａの流出が停止されるので、第１圧力制御室７０内の流体圧力が再び上昇し始める。第１圧力制御室７０内の流体圧力が第１ニードル５０の閉弁圧まで上昇すると、第１ニードル５０に発生する反噴孔方向の力に対して噴孔方向の力が勝るようになり、第１ニードル５０のリフトが低下し、第１当接部５１が第１弁座部１２に着座するようになる。これにより、第１噴孔３０よりの水素（Ｈ_２）ガスの噴射が停止される。

また、同様にエンジン１００の運転状態に応じた第２噴孔１３０における所定の開時間が経過すると、第２ソレノイド１８２に駆動電流の供給が停止される。その駆動電流供給が停止されると、第２ソレノイド１８２の磁気吸引力が失われ、第２弁体１８１は、リターン流体通路１２９を遮断する。遮断すると、第２圧力制御室１７０より下流への流体Ｂの流出が停止されるので、第２圧力制御室１７０内の流体圧力が再び上昇し始める。第２圧力制御室１７０内の流体圧力が第２ニードル１５０の閉弁圧まで上昇すると、第２ニードル１５０に発生する反噴孔方向の力に対して噴孔方向の力が勝るようになり、第２ニードル１５０のリフトが低下し、第２当接部１５１が第２弁座部１１２に着座するようになる。これにより、第２噴孔１３０よりの加圧空気の噴射が停止される。

次に、エンジン１００の燃焼室１０６内への流体Ａおよび流体Ｂの噴射方法については図３から図６に従って説明する。なお、図３から図６において、エンジン１００の燃焼サイクルの過程と流体Ａ、流体Ｂの噴射の関係を示しており、図３はエンジン１００の吸入行程において流体噴射弁２よりの両流体Ａ、Ｂが噴射していない状態、図４は圧縮行程の前期側において流体Ａが噴射している状態、図５は圧縮行程の後期側において流体Ｂが噴射している状態、および図５は燃焼（爆発）行程において噴射された流体Ａの噴霧による火炎と、燃焼室の内壁との間に流体Ｂの噴霧が挟み込まれている状態を示している。

（エンジン１００の吸気行程）
図３に示す吸入行程では、燃焼室１０６内のピストン１０４が下死点に向かって下降する。吸気弁１０７が開弁し、吸入ポート１０２ｉより導入された吸入空気が吸気弁１０７のフェイス部とシート部との隙間Ｌから燃焼室１０６へ流入する。燃焼室１０６内に流入する吸入空気の流れは、例えば図３中の矢印方向にタンブル流を形成する。

このとき、燃料噴射弁２より流体Ａおよび流体Ｂは噴射されていない。

（エンジン１００の圧縮行程）
図４および図５に示す圧縮行程では、ピストン１０６が下死点に到達し、上昇し始めると、吸気弁１０７を開弁する。このとき、吸気弁１０７および排気弁１０９は閉弁しており、ピストン１０６の上昇により燃焼室１０６の容積が小さくなり、燃焼室１０６内に流れ込んだ吸入空気が断熱圧縮され、燃焼室１０６内の圧力および温度が上昇する。

次に、図４に示す圧縮行程の前期側において、ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁２へ流体Ａに係わる駆動電流を供給し、燃料噴射弁２のノズル本体１０の第１ニードル５０を開弁させ、第１噴孔３０より流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスを噴射する。噴射された流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスは、燃焼室１０６内で拡散され、吸入空気と混合する。

流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスの噴射時期は、吸気弁１０７を閉じた後、比較的早期に噴射開始することが好ましい。具体的には、噴射時期を、−１６０°ＡＴＤＣ〜−８０°ＡＴＤＣの範囲で設定することが好ましい。これにより、流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスと吸入空気を十分に混合させられる。

燃料噴射弁２への流体Ａに係わる電流供給は、所定の流体Ａの噴射量に相当する所定の開弁期間行なわれ、その所定開弁期間が経過すると、電流供給が停止されて流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスの噴射が終了する。

さらに、ピストン１０４が上昇し、図５の圧縮行程の後期側に示すように、ピストン１０４が次第に上死点に近づく。この圧縮行程の後期側において、第１流体の噴射終了後、ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁２へ流体Ｂに係わる駆動電流を供給し、燃料噴射弁２の第２ニードル１５０を開弁させ、第２噴孔１３０より流体Ｂの加圧空気を噴射する。

このとき、第２噴孔１３０より噴射される流体Ｂの噴射方向は、シリンダヘッド１０２の天井内壁面に向けて噴射される。詳しくは、流体Ｂが、シリンダヘッド１０２の天井内壁面と、先に噴射した流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスの噴霧ＪＡの周縁との間に、噴射されるように、天井内壁面に沿って流体Ｂを噴射する。

流体Ｂの加圧空気の噴射時期としては、−８０°ＡＴＤＣ〜ＴＤＣの範囲に設定されていることが好ましい。

燃料噴射弁２への流体Ｂに係わる電流供給は、所定の流体Ｂの噴射量に相当する所定の開弁期間行なわれ、その所定開弁期間が経過すると、電流供給が停止されて流体Ｂの加圧空気の噴射が終了する。

（エンジン１００の燃焼（爆発）行程）
図６に示す燃焼（爆発）行程では、ピストン１０４が上死点に達すると、第２流体Ｂの噴射直後に、ＥＣＵ９０は、点火装置１０５を駆動制御し、流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスと吸入空気の混合気に点火する。混合気に点火すると、点火装置１０５の火花放電部の近傍を中心に、流体Ａの水素（Ｈ_２）ガスもしくは混合気による火炎が燃焼室１０６内全域に火炎伝播していく。

このとき、図６に示すように、燃焼室１０６内の内壁のシリンダヘッド１０２の天井内壁の近傍やシリンダ１０１の内壁の近傍には、点火の直前に噴射した流体Ｂの加圧空気が残っている。これにより、火炎の伝播する燃焼室１０６内で容積空間を少なくする。火炎が、シリンダヘッド１０２の天井内壁の近傍やシリンダ１０１の内壁等の燃焼室１０６内壁へ接触しにくくする。

さらに、火炎とこれら燃焼室１０６内の内壁との間を、流体Ｂの加圧空気で断熱するので、火炎の燃焼熱が、シリンダヘッド１０２の天井内壁の近傍やシリンダ１０１の内壁等の燃焼室１０６内壁へ伝達されにくくできる。

その結果、火炎の熱が、シリンダヘッド１０２の天井内壁の近傍やシリンダ１０１の内壁等の燃焼室１０６内壁から燃焼室１０６外へ逃げるのを低減でき、冷却損失が低減できる。したがって、流体Ａの水素（Ｈ_２）を主燃料とするいわゆる水素エンジン１００の熱効率が向上する。

なお、ここで、従来の水素エンジンでの流体噴射装置を説明する。図１４に示される従来の燃料噴射装置では、流体噴射弁９０２より噴射される流体は、主燃料の流体Ａ（水素ガス）のみである。このため、燃料噴射弁９０２より水素ガスを噴射すると、水素噴霧は、吸入空気と混合して混合気を形成しながら燃焼室１０６内の全体に拡散していく。例えピストン１０４の上端面１０４ｃを、凹状の段差部を有する段差面としたとしても、燃焼室１０６の内壁を構成するシリンダヘッドの天井内壁やシリンダ１０１の内壁から、火炎の熱が逃げてしまうおそれがある。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、本実施形態では、断熱性を有する流体Ｂ（加圧空気）と、流体Ａの気体燃料（水素ガス）とを燃焼室１０６内に独立的に噴射させる噴射手段としての流体噴射弁２を備えており、流体噴射弁２は、流体Ａの噴射により生じる水素噴霧ＪＡの周縁もしくはその水素噴霧と吸入空気との混合気の周縁を内部に囲むように、流体Ｂを、水素噴霧ＪＡの周縁と燃焼室１０６の内壁との間に向けて噴射するように構成されている。

これによると、水素などの気体燃料の流体Ａと、加圧空気などの断熱性を有する流体Ｂを燃焼室１０６内に噴射する際に、この流体Ｂを、気体燃料の噴霧ＪＡの周縁と、燃焼室１０６内の内壁との間に向けて噴射することで、気体燃料の噴霧周縁を内部に囲むようにする燃料噴射弁２を備えている。これにより、気体燃料の噴霧ＪＡと吸入空気が混合する噴霧周縁に着火する火炎と、燃焼室１０６のシリンダなどの内壁との間を、断熱性を有する流体Ｂで断熱することができる。

したがって、気体燃料噴霧ＪＡに着火の火炎による燃焼熱のうち、シリンダなどの内壁の燃焼室１０６の内壁へ逃げる熱を低減することができる。

また、本実施形態では、上記噴射手段は、流体Ａと流体Ｂとを個別の流入経路を有して噴射させる１つの流体噴射弁２であって、流体噴射弁２は、気体燃料である流体Ａを噴射するための第１噴孔３０、および流体Ｂを噴射するための第２噴孔１３０を有するノズルボディ１１と、ノズルボディ１１内に往復運動可能に収容され、第１噴孔３０よりの流体Ａの噴射および噴射停止をリフト動作により切換える第１ニードル５０と、ノズルボディ１１内に第１ニードル５０と内外に二重配置され、かつ往復運動可能に収容される、第２噴孔１３０よりの流体Ｂの噴射および噴射停止をリフト動作により切換える第２ニードル１５０と、第１ニードル５０および第２ニードル１５０の各リフト動作を独立的に駆動可能な駆動部８０、１８０とを備えている。

これによると、上記噴射手段は、流体Ａと流体Ｂとを個別の流入経路を有して噴射させる１つの流体噴射弁２で構成され、かつ内外二重配置された第１ニードル５０および第２ニードル１５０の各リフト動作により流体Ａの噴射および噴射停止する第１噴孔３０と、流体Ｂの噴射および噴射停止する第２噴孔１３０とが同じノズルボディ１１に設けられているので、流体Ｂの噴射方向を、流体Ｂの噴霧周縁と、燃焼室１０６内の内壁との間に向けて精度よく噴射させられる。

また、本実施形態では、燃料噴射弁２を有する燃料噴射装置１は、燃焼室１０６へ水素などの気体燃料である流体Ａ、および断熱性を有する加圧空気などの流体Ｂを噴射する噴射過程において、流体Ａを先に噴射した後に、流体Ｂを後噴射するように構成されている。

これによると、燃料噴射装置１は、内燃機関の運転状態が燃料噴射量の比較的多い高負荷状態の場合において、流体Ａの気体燃料を先に噴射した後に、流体Ｂを後噴射することが好ましい。これにより、気体燃料による混合気が局所的に過濃になるのを阻止することができる。

さらに、流体Ｂを後噴射するので、燃焼室１０６内で流体Ｂが過度に拡散するのを阻止することができ、火炎と燃焼室１０６の内壁との間を流体Ｂで断熱する断熱効果を安定して確保することが可能である。

また、本実施形態では、断熱性を有する流体Ｂとして、助燃性を有する加圧空気を用いている。

これにより、流体Ｂは気体であるので、断熱性を有する水等の液体に比べて気化潜熱により燃焼室１０６内の熱エネルギーを奪うことない。また、入手容易な空気を利用しているので、特別な気体を貯留する加圧タンクを設ける必要がなく、燃料噴射装置１の構成の簡素化が図れる。

さらに、空気は助燃性を有するため、流体Ｂの加圧空気で、水素等の気体燃料噴霧ＪＡと吸入空気が混合する噴霧周縁に着火する火炎を内部に囲うようになったとしても、内部での火炎の燃焼を阻害することはない。

さらになお、排気行程での排気弁１０９より燃焼室１０６内の排気が排出される過程において、流体Ｂが燃焼室１０６に残留したとしても、流体Ｂは空気であるため、吸入空気として利用できるので、エンジン１００性能に影響を及ぼすことはない。

また、本実施形態では、エンジン１００の主燃料として、気体燃料のうちの水素（Ｈ_２）ガスを使用している。

これによると、水素などの気体燃料は、ガソリン等の液体燃料に比べて燃焼速度が高いが、特に水素は燃焼速度が極めて高いため、水素噴霧による火炎と燃焼室１０６の内壁を流体Ｂで断熱することは、いわゆる水素エンジンの熱効率を効果的に向上させることができる。

（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、燃焼室１０６へ流体Ａの水素ガス、および流体Ｂの加圧空気を噴射する噴射過程において、流体Ａを先に噴射した後に、流体Ｂを後噴射するようにした。

これに対して第２の実施形態では、図１２に示すように、流体Ｂを先に噴射した後に、流体Ａを後噴射するように構成する。図１２は、本実施形態の燃焼噴射装置に係わる噴射の過程を説明する図であって、内燃機関の燃焼サイクルの過程のうちの圧縮行程を示す断面図である。図１３は、図１２中の燃焼噴射装置の気体燃料の噴射タイミングと、内燃機関の熱発生率特性との関係を説明するグラフである。

一般に、エンジン１００の運転状態が、軽負荷などの低負荷状態にある場合においては、エンジン１００の主燃料である流体Ａの水素ガスの噴射量が比較的少ないため、流体Ａを例えば圧縮行程の前期などで早期噴射すると、流体Ａの噴霧により生じる混合気が、燃焼室１０６内で希薄均一化する。このような混合気に点火装置１０５で点火した場合には、穏やかに燃焼するため、図１３の破線特性に示すように熱発生率のピークが低くなる。熱発生率のピークが低くなると、ピストン１０４の仕事量が低下するため、熱効率が低下することになる。

これに対し、本実施形態では、図１２に示すように、圧縮行程の後期に、流体Ｂの加圧空気を先に噴射し、流体Ａの水素ガスを後噴射する。具体的には、圧縮行程の後期に、まず流体Ｂの加圧空気を噴射し、その流体Ｂの噴射最中に、主燃料である流体Ａの水素を、流体Ｂの噴射方向より下側に向けて噴射する。そして、流体Ａの噴射終了後に、点火装置１０５で流体Ａの噴霧による混合気を点火する。

また、本実施形態では、図１２に示すように、流体Ａを噴射する噴射期間（以下、第１噴射期）と、流体Ｂを噴射する第２噴射期間とを重複させようにしている。

なお、流体Ａの噴射時期は、流体Ｂの噴射途中に限らず、流体Ｂの噴射終了後であってもよい。

これにより、主燃料の流体Ａを噴射してから、比較的短時間のうちに点火させるため、主燃料の流体の噴霧ＪＡは、吸入空気と混合しにくく、混合気は、局所的に濃淡ができる。主燃料の水素ガスの濃度が濃い箇所では、燃焼が比較的早く進むため、図１３の実線で示す熱発生率特性のように、高いピーク値を有する熱発生率が得ることができる。

また、主燃料の流体Ａと、流体Ｂの噴射方向を異なる方向としているおり、かつ流体Ｂの噴射直後または流体Ｂの噴射最中に、流体Ａを噴射するので、流体Ｂの断熱効果も確実に得られる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、本実施形態では、燃料噴射弁２を有する燃料噴射装置１は、燃焼室１０６へ水素などの気体燃料である流体Ａ、および断熱性を有する加圧空気などの流体Ｂを噴射する噴射過程において、流体Ｂを先に噴射した後に、主燃料の流体Ａを後噴射するように構成されている。

これによると、燃料噴射装置１は、エンジン１００の運転状態が低負荷状態の場合において、流体Ｂを先に噴射した後に、主燃料の流体Ａを後噴射することが好ましい。これにより、流体Ａの主燃料噴霧ＪＡによる混合気が希薄化され過ぎるのを阻止することができるので、燃焼熱が燃焼室１０６の内壁へ逃げるのを低減し熱効率の向上を図るのに加えて、火炎の熱発生率のピーク値を高めて熱効率を更に高効率にすることが可能である。

また、本実施形態では、燃料噴射装置１は、流体Ａを噴射する第１噴射期と、流体Ｂを噴射する第２噴射期間とを重複させている。

これにより、主燃料の流体Ａの噴射量に応じて流体Ａの噴射時期を調節することが可能である。したがって、流体Ａおよび流体Ｂを独立的に噴射する燃料噴射装置１の噴射制御の自由度の向上が図れる。

（他の実施形態）
（１）以上説明した本実施形態において、エンジン１００の主燃料に使用する流体Ａを、水素ガスとして説明したが、主燃料としての流体Ａは、水素ガスに限らず、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）などの気体燃料であってもよい。

（２）第２の実施形態では、エンジン１００の運転状態が比較的低負荷な状態の場合において、燃料噴射装置１を、流体Ａを噴射する第１噴射期と、流体Ｂを噴射する第２噴射期間とを重複させようにするように構成した。このような構成を、第１の実施形態で説明したエンジン１００の運転状態が比較的高負荷な状態の場合に適用してもよい。

これにより、主燃料の流体Ａの噴射量に応じて流体Ａの噴射時期を調節することが可能であるので、したがって、流体Ａおよび流体Ｂを独立的に噴射する噴射制御の自由度の向上が図れる。

さらに、流体Ａおよび流体Ｂのいずれか一方の噴射開始から全て噴射終了する総噴射期間を短くすることができるので、流体の噴霧ＪＡにより生じる混合気に着火する点火装置１０５の点火時期の調整自由度の向上が図れる。

（３）以上説明した本実施形態において、主燃料の流体Ａと独立的に噴射される流体Ｂを、加圧空気として説明した。この流体Ｂは、助燃性を有する空気に限らず、窒素（Ｎ_２）ガスやアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスであってもよく、断熱性を有する流体であればいずれでもよい。

なお、流体Ｂが不活性ガスの場合には、燃焼しないため、火炎と燃焼室の内壁との間を流体で確実に断熱することができる。

（４）なお、上記流体Ｂは、加圧空気に代えて、二酸化炭素（ＣＯ_２）などの比重量が比較的大きい気体とする（水素（Ｈ_２）＜空気＜二酸化炭素（ＣＯ_２））。

これにより、燃焼室１０６内へ噴射する流体Ｂの貫徹力を、水素の貫徹力より大きくすることができるので、水素噴霧ＪＡの周縁を内部に囲むように、流体Ｂを噴射させることが容易となる。

本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置を適用する内燃機関の全体構成を示す模式的断面図である。 図１中の燃料噴射装置の一実施例を示す模式的断面図である。 図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、燃焼室に吸入空気を導入する吸気行程を示す断面図である。 図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、圧縮行程を示す断面図である。 図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、圧縮行程を示す断面図である。 図１中の内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、燃焼（爆発）行程を示す断面図である。 図２中の燃料噴射弁に係わるノズル本体の先端部の構成を示す部分断面図である。 図２中のノズル本体の先端部の開閉状態を説明する図であって、内外二重配置された第１ニードルと第２ニードルのうち、第１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２中の第１ニードルをリフト動作させるための駆動部の一実施例を示す模式的断面図である。 図２中のノズル本体の先端部の開閉状態を説明する図であって、内外二重配置された第１ニードルと第２ニードルのうち、第２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２中の第２ニードルをリフト動作させるための駆動部の一実施例を示す模式的断面図である。 第２の実施形態の燃焼噴射装置に係わる噴射の過程を説明する図であって、内燃機関の燃焼サイクルの過程のうちの圧縮行程を示す断面図である。 図１２中の燃焼噴射装置の気体燃料の噴射タイミングと、内燃機関の熱発生率特性との関係を説明するグラフである。 従来の燃料噴射装置を適用した内燃機関の燃焼サイクルの過程を説明する図であって、燃焼（爆発）行程を示す断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ 燃料噴射弁（噴射手段）
７ａ 燃料タンク
７ｂ 流体タンク
１０ ノズル本体
１１ ノズルボディ
１１ａ 収容孔
１２ 第１弁座部（シール部）
１４ 第２流体通路
１５ 第１流体通路
２０ ノズルホルダ部（ニードル駆動機構部）
３０ 第１噴孔
５０ 第１ニードル
５１ 第１当接部
８０ 第１電磁弁（駆動部、駆動装置）
８２ 第１ソレノイド
９０ ＥＣＵ（制御手段、制御装置）
１００ エンジン（内燃機関）
１０１ シリンダ（内壁）
１０２ シリンダヘッド（内壁）
１０４ ピストン
１０５ 点火装置
１０６ 燃焼室
１１２ 第２弁座部（シール部）
１３０ 第２噴孔
１５０ 第２ニードル
１５１ 第２当接部
１８０ 第２電磁弁（駆動部、駆動装置）
１８２ 第２ソレノイド

Claims (9)

1. 燃焼室に吸入空気を導くとともに、前記燃焼室内に気体燃料を供給し、前記吸入空気と前記気体燃料が混合した混合気の燃焼により出力を得る内燃機関に用いられ、
   断熱性を有する流体と前記気体燃料とを前記燃焼室内に独立的に噴射させる噴射手段を備え、
   前記噴射手段は、前記気体燃料の噴射により生じる気体燃料噴霧の周縁を内部に囲むように、前記流体を、前記周縁と前記燃焼室の内壁との間に向けて噴射することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
2. 前記噴射手段は、前記気体燃料と前記流体とを個別の流入経路を有して噴射させる１つの流体噴射弁であって、
   前記流体噴射弁は、
   前記気体燃料を噴射するための第１噴孔、および前記流体を噴射するための第２噴孔を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディ内に往復運動可能に収容され、前記第１噴孔よりの前記気体燃料の噴射および噴射停止をリフト動作により切換える第１ニードルと、
   前記ノズルボディ内に前記第１ニードルと内外に二重配置され、かつ往復運動可能に収容される、前記第２噴孔よりの前記流体の噴射および噴射停止をリフト動作により切換える第２ニードルと、
   前記第１ニードルおよび前記第２ニードルの各リフト動作を独立的に駆動可能な駆動部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
3. 前記噴射手段は、前記燃焼室へ前記気体燃料および前記流体を噴射する噴射過程において、前記流体を先に噴射した後に、前記気体燃料を後噴射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
4. 前記噴射手段は、前記燃焼室へ前記気体燃料および前記流体を噴射する噴射過程において、前記気体燃料を先に噴射した後に、前記流体を後噴射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
5. 前記噴射手段は、前記気体燃料を噴射する第１噴射期間と、前記流体を噴射する第２噴射期間とを重複させていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
6. 前記流体は、助燃性を有する加圧空気であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
7. 前記流体は、不活性ガスであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
8. 前記気体燃料は、水素であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
9. 前記流体は、前記気体燃料より比重が大きいことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関用燃料噴射装置。

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