特許 6772956 二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6772956

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/10 20060101AFI20201012BHJP

   F02M 61/16 20060101ALI20201012BHJP

   F02M 61/18 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   F02D19/10

   F02M61/16 V

   F02M61/18 350E

   F02M61/18 360G

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-100817(P2017-100817)

(22)【出願日】2017年5月22日

(65)【公開番号】特開2018-193971(P2018-193971A)

(43)【公開日】2018年12月6日

【審査請求日】2019年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 秀明

【審査官】 三宅 龍平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３２７６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３８６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１２９４６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １／００ − ４５／００

Ｆ０２Ｍ ６１／１６

Ｆ０２Ｍ ６１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体燃料を主燃料とするとともに液体燃料を補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃焼室に設置され、補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁と、
前記補助燃料噴射弁を制御する制御部と、を備える、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、
前記補助燃料噴射弁は、
ノズルボディと、
前記ノズルボディ内に形成され、補助燃料が供給される燃料供給部と、
前記ノズルボディの先端に設けられ、前記燃料供給部から流出する補助燃料を貯留するサック部と、
前記サック部に連通し、前記サック部に貯留された補助燃料を前記燃焼室に噴射する複数の燃料噴射孔と、
前記ノズルボディ内において軸方向に移動可能に設けられ、前記燃料供給部と前記サック部との間の弁孔を開閉するノズルニードルと、
前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、
前記不活性ガス供給機構と接続された不活性ガスボンベと、を有し、
前記制御部は、主燃料の燃焼中において、前記弁孔を閉じるように前記ノズルニードルを制御するとともに、主燃料の燃焼中において、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に前記不活性ガスボンベから不活性ガスが供給されるように前記不活性ガス供給機構を制御する、ことを特徴とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

【請求項2】

前記不活性ガス供給機構は、前記ノズルボディ内に形成され、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に供給される不活性ガスを流通させる不活性ガス通路を有し、
前記不活性ガス通路における、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔との接続部近傍には、前記補助燃料の前記不活性ガス通路への進入を抑制する逆流抑制機構を備えることを特徴とする請求項１記載の二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

【請求項3】

前記制御部は、補助燃料の噴射後の自己着火前に前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔への不活性ガスの供給を開始し、主燃料の燃焼中において不活性ガスの供給を継続するように、前記補助燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

【請求項4】

気体燃料を主燃料とするとともに液体燃料を補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃焼室に設置され、補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁と、
前記補助燃料噴射弁を制御する制御部と、を備える、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、
前記補助燃料噴射弁は、
ノズルボディと、
前記ノズルボディ内に形成され、補助燃料が供給される燃料供給部と、
前記ノズルボディの先端に設けられ、前記燃料供給部から流出する補助燃料を貯留するサック部と、
前記サック部に連通し、前記サック部に貯留された補助燃料を前記燃焼室に噴射する複数の燃料噴射孔と、
前記ノズルボディ内において軸方向に移動可能に設けられ、前記燃料供給部と前記サック部との間の弁孔を開閉するノズルニードルと、
前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、を有し、
前記不活性ガス供給機構は、前記ノズルボディ内に形成され、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に供給される不活性ガスを流通させる不活性ガス通路を有し、
前記不活性ガス通路における、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔との接続部近傍には、前記補助燃料の前記不活性ガス通路への進入を抑制する逆流抑制機構を備え、
前記補助燃料噴射弁における前記複数の燃料噴射孔には、それぞれ、独立した前記不活性ガス通路が接続されており、
前記制御部は、
主燃料の燃焼中において、前記弁孔を閉じるように前記ノズルニードルを制御するとともに、主燃料の燃焼中において、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスが供給されるように前記不活性ガス供給機構を制御し、
前記燃料噴射孔毎に不活性ガスの供給タイミングが異なるように前記不活性ガス供給機構を制御することを特徴とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

【請求項5】

気体燃料を主燃料とするとともに液体燃料を補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃焼室に設置され、補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁と、
前記補助燃料噴射弁を制御する制御部と、を備える、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、
前記補助燃料噴射弁は、
ノズルボディと、
前記ノズルボディ内に形成され、補助燃料が供給される燃料供給部と、
前記ノズルボディの先端に設けられ、前記燃料供給部から流出する補助燃料を貯留するサック部と、
前記サック部に連通し、前記サック部に貯留された補助燃料を前記燃焼室に噴射する複数の燃料噴射孔と、
前記ノズルボディ内において軸方向に移動可能に設けられ、前記燃料供給部と前記サック部との間の弁孔を開閉するノズルニードルと、
前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、を有し、
前記燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサを備え、
前記不活性ガス供給機構は、不活性ガス供給源と、前記不活性ガス供給源に接続されるとともに前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを圧縮して前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔へ供給するガス圧縮機構と、を備え、
前記制御部は、
補助燃料の噴射後の自己着火前に前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔への不活性ガスの供給を開始し、主燃料の燃焼中において不活性ガスの供給を継続するように、前記補助燃料噴射弁を制御し、
主燃料の燃焼中において、前記弁孔を閉じるように前記ノズルニードルを制御するとともに、主燃料の燃焼中において、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスが供給されるように前記不活性ガス供給機構を制御し、
前記不活性ガス供給源の不活性ガスの圧力が前記筒内圧センサにより検出された前記燃焼室の圧力の最大値以上であるときに、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを前記ガス圧縮機構で圧縮することなく前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔へ供給するように前記不活性ガス供給機構を制御し、
前記不活性ガス供給源の不活性ガスの圧力が前記筒内圧センサにより検出された前記燃焼室の圧力の最大値未満であるときに、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを前記ガス圧縮機構により圧縮して前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔へ供給される不活性ガスの圧力を前記燃焼室の圧力の最大値まで上昇させるように前記不活性ガス供給機構を制御することを特徴とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、特許文献１に示すような、圧縮天然ガスなどの気体燃料を主燃料に用い、軽油などの液体燃料を着火補助燃料として用いる二元燃料ディーゼルエンジンが開発されている。二元燃料ディーゼルエンジンでは、気体燃料を吸気と混合して圧縮し、上死点近傍で高温高圧となった燃焼室内に少量の液体燃料を噴射して液体燃料を自己着火させ、この火炎を気体燃料に延焼させることで自己着火性の低い気体燃料を燃焼させるようにしている。従って、二元燃料ディーゼルエンジンでは、自己着火性が低い気体燃料の燃焼特性を、自己着火性の高い液体燃料による着火補助で補うようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−３２７６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、気体燃料を主燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンでは、液体燃料を主燃料とする通常のディーゼルエンジンと比較して燃焼温度が高く、また、ピストンが上死点に到達する時点よりもかなり前のタイミングで少量の液体燃料を燃焼室内に噴射するため、主燃料の燃焼時には、燃焼室に配置された液体燃料の燃料噴射弁は無噴射状態で高温の燃焼ガスにさらされることとなる。このため、二元燃料ディーゼルエンジンでは、通常のディーゼルエンジンに比較して、燃料噴射弁の燃料噴射孔及びその周囲にデポジットが堆積しやすいという問題がある。

【0005】

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、燃料噴射弁の燃料噴射孔及びその周囲におけるデポジットの堆積を抑制する二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明は、気体燃料を主燃料とするとともに液体燃料を補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃焼室に設置され、補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁と、前記補助燃料噴射弁を制御する制御部と、を備える、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、前記補助燃料噴射弁は、ノズルボディと、前記ノズルボディ内に形成され、補助燃料が供給される燃料供給部と、前記ノズルボディの先端に設けられ、前記燃料供給部から流出する補助燃料を貯留するサック部と、前記サック部に連通し、前記サック部に貯留された補助燃料を前記燃焼室に噴射する複数の燃料噴射孔と、前記ノズルボディ内において軸方向に移動可能に設けられ、前記燃料供給部と前記サック部との間の弁孔を開閉するノズルニードルと、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、前記不活性ガス供給機構と接続された不活性ガスボンベと、を有し、前記制御部は、主燃料の燃焼中において、前記弁孔を閉じるように前記ノズルニードルを制御するとともに、主燃料の燃焼中において、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に前記不活性ガスボンベから不活性ガスが供給されるように前記不活性ガス供給機構を制御する、ことを特徴とする。

【0007】

本発明では、制御部は、主燃料の燃焼中において、弁孔を閉じるようにノズルニードルを制御するとともに、サック部又は複数の燃料噴射孔に不活性ガスが供給されるように不活性ガス供給機構を制御する。不活性ガスが不活性ガス供給機構によりサック部又は複数の燃料噴射孔に供給されるため、燃焼中の高温の燃焼ガスの燃料噴射孔およびサック部への進入が妨げられる。このため、燃料噴射孔への燃焼ガスの進入による燃料噴射孔の内部の温度上昇が抑制され、燃焼噴射孔およびサック部におけるデポジットの堆積を抑制することができる。

【0008】

また、上記の二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、前記不活性ガス供給機構は、前記ノズルボディ内に形成され、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に供給される不活性ガスを流通させる不活性ガス通路を有し、前記不活性ガス通路における、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔との接続部近傍には、前記補助燃料の前記不活性ガス通路への進入を抑制する逆流抑制機構を備える構成としてもよい。
この場合、不活性ガス通路は逆流抑制機構を備えるので、補助燃料の噴射時に燃料噴射孔を流れる補助燃料の不活性ガス通路への流入を抑制することができる。

【0009】

また、上記の二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、前記制御部は、補助燃料の噴射後の自己着火前に前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔への不活性ガスの供給を開始し、主燃料の燃焼中において不活性ガスの供給を継続するように、前記補助燃料噴射弁を制御する構成としてもよい。
この場合、主燃料の燃焼中において不活性ガスをサック部又は複数の燃料噴射孔へ供給するので、主燃料の燃焼中には燃料噴射孔から不活性ガスが噴射されることとなり、高温の燃焼ガスが燃料噴射孔へ進入することを効果的に抑制することができる。

【0010】

また、本発明は、気体燃料を主燃料とするとともに液体燃料を補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃焼室に設置され、補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁と、前記補助燃料噴射弁を制御する制御部と、を備える、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、前記補助燃料噴射弁は、ノズルボディと、前記ノズルボディ内に形成され、補助燃料が供給される燃料供給部と、前記ノズルボディの先端に設けられ、前記燃料供給部から流出する補助燃料を貯留するサック部と、前記サック部に連通し、前記サック部に貯留された補助燃料を前記燃焼室に噴射する複数の燃料噴射孔と、前記ノズルボディ内において軸方向に移動可能に設けられ、前記燃料供給部と前記サック部との間の弁孔を開閉するノズルニードルと、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、を有し、前記不活性ガス供給機構は、前記ノズルボディ内に形成され、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に供給される不活性ガスを流通させる不活性ガス通路を有し、前記不活性ガス通路における、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔との接続部近傍には、前記補助燃料の前記不活性ガス通路への進入を抑制する逆流抑制機構を備え、前記補助燃料噴射弁における前記複数の燃料噴射孔には、それぞれ、独立した前記不活性ガス通路が接続されており、前記制御部は、主燃料の燃焼中において、前記弁孔を閉じるように前記ノズルニードルを制御するとともに、主燃料の燃焼中において、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスが供給されるように前記不活性ガス供給機構を制御し、前記燃料噴射孔毎に不活性ガスの供給タイミングが異なるように前記不活性ガス供給機構を制御することを特徴とする。
この場合、燃料噴射孔毎に不活性ガスの供給のタイミングが異なるため、サック部に残存する極微量な補助燃料を、不活性ガスが供給されていない別の燃料噴射孔を介して燃焼室内に排出することができる。よって、燃料噴射孔内におけるデポジット生成の要因となるサック部に残存する補助燃料の量が減少し、燃料噴射孔及びその周囲におけるデポジットの堆積を効果的に抑制することができる。

【0011】

また、本発明は、気体燃料を主燃料とするとともに液体燃料を補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンの燃焼室に設置され、補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁と、前記補助燃料噴射弁を制御する制御部と、を備える、二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、前記補助燃料噴射弁は、ノズルボディと、前記ノズルボディ内に形成され、補助燃料が供給される燃料供給部と、前記ノズルボディの先端に設けられ、前記燃料供給部から流出する補助燃料を貯留するサック部と、前記サック部に連通し、前記サック部に貯留された補助燃料を前記燃焼室に噴射する複数の燃料噴射孔と、前記ノズルボディ内において軸方向に移動可能に設けられ、前記燃料供給部と前記サック部との間の弁孔を開閉するノズルニードルと、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、を有し、前記燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサを備え、前記不活性ガス供給機構は、不活性ガス供給源と、前記不活性ガス供給源に接続されるとともに前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを圧縮して前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔へ供給するガス圧縮機構と、を備え、前記制御部は、補助燃料の噴射後の自己着火前に前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔への不活性ガスの供給を開始し、主燃料の燃焼中において不活性ガスの供給を継続するように、前記補助燃料噴射弁を制御し、主燃料の燃焼中において、前記弁孔を閉じるように前記ノズルニードルを制御するとともに、主燃料の燃焼中において、前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔に不活性ガスが供給されるように前記不活性ガス供給機構を制御し、前記不活性ガス供給源の不活性ガスの圧力が前記筒内圧センサにより検出された前記燃焼室の圧力の最大値以上であるときに、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを前記ガス圧縮機構で圧縮することなく前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔へ供給するように前記不活性ガス供給機構を制御し、前記不活性ガス供給源の不活性ガスの圧力が前記筒内圧センサにより検出された前記燃焼室の圧力の最大値未満であるときに、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを前記ガス圧縮機構により圧縮して前記サック部又は前記複数の燃料噴射孔へ供給される不活性ガスの圧力を前記燃焼室の圧力の最大値まで上昇させるように前記不活性ガス供給機構を制御することを特徴とする。
この場合、不活性ガスの圧力が、燃焼室の圧力の最大値以上であるときに、不活性ガスをサック部又は複数の燃料噴射孔へ供給するため、燃焼ガスの燃料噴射孔およびサック部への進入を確実に防止することができる。また、不活性ガスの圧力が、燃焼室の圧力の最大値未満であるとき、圧縮機が不活性ガスを圧縮して不活性ガスの圧力を燃焼室の圧力の最大値まで上昇させる。そして、圧縮されて高圧となった不活性ガスをサック部又は複数の燃料噴射孔へ供給する。このため、不活性ガスの圧力が燃焼室の圧力の最大値未満であっても、燃焼ガスの燃料噴射孔およびサック部への進入を抑制することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、燃料噴射弁の燃料噴射孔及びその周囲におけるデポジットの堆積を抑制する二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の概要を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る燃料噴射弁の要部縦断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る燃料噴射弁の先端部を示す底面図である。

【図4】熱発生率の一例を示すグラフおよび補助燃料および不活性ガスの噴射のタイミングチャートである。

【図5】不活性ガスの噴射の手順を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置について図面を参照して説明する。本実施形態の二元燃料ディーゼルエンジンは、車両に搭載される二元燃料ディーゼルエンジンである。二元燃料ディーゼルエンジンでは、主燃料としての気体燃料（圧縮天然ガス）および着火補助のための補助燃料としての液体燃料（軽油）が用いられる。

【0015】

図１に示すように、本実施形態の二元燃料ディーゼルエンジンの燃料噴射装置（以下、「燃料噴射装置」と表記する）１０は、動力源である二元燃料ディーゼルエンジン（以下「エンジン」と表記する）１１に設置されている。

【0016】

エンジン１１は、シリンダブロック１２に形成された複数の気筒１３を有する。各気筒１３内にはピストン１４が備えられている。気筒１３内においてピストン１４とシリンダヘッド１５により燃焼室１６が形成されている。ピストン１４は、エンジン１１の気筒１３内において摺動可能であり、コネクティングロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されている。

【0017】

シリンダヘッド１５には吸気ポート１７および排気ポート１８が形成されている。シリンダヘッド１５には、吸気ポート１７を開閉する吸気弁１９と、排気ポート１８を開閉する排気弁２０が設けられている。吸気ポート１７には主燃料である気体燃料を噴射する主燃料噴射弁２１が設けられている。従って、吸気ポート１７を通る吸入空気には、主燃料噴射弁２１から噴射された気体燃料が混合され、空気と混合された気体燃料は燃焼室１６へ流入する。

【0018】

シリンダヘッド１５には、補助燃料である液体燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁２２がピストン１４と対向するように設けられている。また、シリンダヘッド１５には、気筒１３内に形成される燃焼室１６の圧力を常時検出する筒内圧センサ２３が備えられている。補助燃料噴射弁２２の詳細については後述する。図２に示すように、本実施形態の燃料噴射装置１０は、補助燃料噴射弁２２、筒内圧センサ２３、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４、不活性ガスボンベ４６、不活性ガス配管４７、電磁弁４８および圧縮機４９を備えている。

【0019】

補助燃料噴射弁２２は、エンジンＥＣＵ２４により制御される。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが演算処理を行う演算処理部と、各種プログラムおよびデータ等を記憶する記憶部と、を備える。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン１１の各部に指令を出してエンジン１１の運転を制御する。エンジンＥＣＵ２４は、吸入空気量、クランク角に基づくピストン１４の位置等の各種情報に基づき、主燃料噴射弁２１および補助燃料噴射弁２２の燃料噴射量および噴射タイミングを決定し、主燃料噴射弁２１および補助燃料噴射弁２２に信号を送る。主燃料噴射弁２１および補助燃料噴射弁２２は、エンジンＥＣＵ２４の信号に基づき、指示された噴射量および噴射タイミングで燃料を噴射する。

【0020】

次に、補助燃料噴射弁２２について説明する。図２に示すように、補助燃料噴射弁２２のノズルボディ３１の内部には、ノズルニードル３３が軸方向に移動可能に収容されるニードル収容部３２が形成されている。ノズルボディ３１にはノズルニードル３３の先端部が着座する弁座３１Ａが形成されている。図３に示すように、ノズルボディ３１の先端部には複数の燃料噴射孔３５が放射状に形成されている。図２に示すように、ノズルボディ３１の内部には、ニードル収容部３２と燃料噴射孔３５を連通する中空のサック部３６が形成されている。本実施形態では、図３に示すように、燃料噴射孔３５は、ノズルボディ３１の先端部において円周方向に６０°間隔で設けられている。各燃料噴射孔３５は、ノズルボディ３１の外部とサック部３６とを連通させている。

【0021】

ニードル収容部３２の先端側には、ノズルボディ３１とノズルニードル３３により補助燃料が供給される燃料供給部３７が区画形成されている。燃料供給部３７とサック部３６との間には弁座３１Ａにより弁孔３４が形成されている。サック部３６および燃料噴射孔３５は弁孔３４の下流側空間部に相当する。燃料供給部３７は、ノズルボディ３１の内部に形成された燃料通路３８と連通する。燃料通路３８は、コモンレール３９からの燃料配管４０に連通する。コモンレール３９からの燃料配管４０を通じて燃料通路３８に供給された高圧の補助燃料は、ノズルボディ３１に内部に貯留され、ノズルニードル３３の移動により、サック部３６および燃料噴射孔３５を通じて燃焼室１６に噴射される。ノズルニードル３３が弁座３１Ａに着座するとき、ノズルニードル３３は弁孔３４を閉じ、燃料供給部３７と弁孔３４の下流側となるサック部３６および燃料噴射孔３５とはノズルニードル３３により遮断される。サック部３６は燃料供給部３７から流出する補助燃料を貯留する。

【0022】

ニードル収容部３２の基端側には、ノズルボディ３１とノズルニードル３３により制御室４１が区画形成されている。制御室４１には、ノズルニードル３３を弁座３１Ａに着座する方向へ付勢するコイルスプリング４２が収容されている。ノズルボディ３１には、制御室４１と連通するリリーフ通路４３が形成されている。ノズルボディ３１には、制御室４１とリリーフ通路４３との連通を制御するソレノイド弁４４が備えられている。制御室４１は燃料通路３８と連通する。

【0023】

ソレノイド弁４４はリリーフ通路４３の途中に設けられた電磁弁であり、エンジンＥＣＵ２４に制御される。リリーフ通路４３はソレノイド弁４４の開閉により連通または遮断される。ソレノイド弁４４がリリーフ通路４３を閉鎖すると、燃料通路３８から供給される補助燃料によって制御室４１内の圧力が上昇する。そして、制御室４１内の補助燃料の圧力と燃料供給部３７の補助燃料の圧力との差分がコイルスプリング４２の付勢力未満になると、ノズルニードル３３が弁座３１Ａに着座する閉弁方向に移動する。

【0024】

ソレノイド弁４４がリリーフ通路４３を連通させると、制御室４１内の補助燃料がリリーフ通路４３からリリーフ通路４３に接続されているリリーフ配管（図示せず）を通じて燃料タンク（図示せず）へ戻る。このため、制御室４１内の圧力が低下する。そして、制御室４１内の圧力と燃料供給部３７の圧力との差分がコイルスプリング４２の付勢力を超えると、ノズルニードル３３が弁座３１Ａから離間する開弁方向に移動する。エンジンＥＣＵ２４は、ソレノイド弁４４への電流制御値を変化させることで、ソレノイド弁４４の開閉および開閉速度を調整する。ソレノイド弁４４の開閉および開閉速度の調整により、ノズルニードル３３の開閉や開閉速度が制御される。

【0025】

ところで、本実施形態の補助燃料噴射弁２２は、弁孔３４の下流側空間部である燃料噴射孔３５から燃焼室１６へ不活性ガスを噴射するように、各燃料噴射孔３５に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構を備えている。不活性ガス供給機構は、後述する不活性ガス通路４５、不活性ガス配管４７、電磁弁４８および圧縮機４９を有している。ノズルボディ３１には、燃料噴射孔３５に不活性ガスを供給可能な不活性ガス通路４５が形成されている。不活性ガス通路４５の一端は、サック部３６の下流の接続部において燃料噴射孔３５に連通し、不活性ガス通路４５の他端は、不活性ガスボンベ４６に接続された不活性ガス配管４７に連通している。不活性ガス供給源である不活性ガスボンベ４６から流出する不活性ガスは、不活性ガス配管４７および不活性ガス通路４５を流れ、サック部３６の下流の接続部から燃料噴射孔３５に流入する。不活性ガスは、エンジン１１の燃焼に影響しないガスであり、本実施形態では窒素を用いている。

【0026】

図３に示すように、不活性ガス通路４５および不活性ガス配管４７は、燃料噴射孔３５毎にそれぞれ設けられている。つまり、複数の燃料噴射孔３５には、それぞれ独立した不活性ガス通路４５が接続されている。不活性ガス配管４７には、不活性ガス通路４５へ不活性ガスの供給と遮断を切り換える電磁弁４８が設けられている。電磁弁４８はエンジンＥＣＵ２４により制御される。不活性ガス配管４７において不活性ガスボンベ４６と電磁弁４８との間には、不活性ガスを圧縮するガス圧縮機構としての圧縮機４９が設けられている。なお、図３では、各不活性ガス配管４７の配管長さは、説明の便宜上、異なって示されているが、互いに同じ配管長さに設定されている。

【0027】

本実施形態では、電磁弁４８は、不活性ガス通路４５へ不活性ガスを順番に供給・遮断するように制御される。つまり、電磁弁４８は、複数の燃料噴射孔３５に不活性ガスを同一のタイミングで供給するのではなく、複数の燃料噴射孔３５に対してタイミングをずれしながら順番（例えば、図３において時計回り方向の順番）に不活性ガスを供給する。つまり、燃料噴射孔３５毎に不活性ガスの供給のタイミングが異なる。このようにタイミングをずらして複数の燃料噴射孔３５に順番に不活性ガスを供給することにより、サック部３６に残存する補助燃料を補助燃料噴射弁２２の外部へ排出することができる。なお、複数の燃料噴射孔３５に対する不活性ガスの供給タイミングを異ならせる方法としては、電磁弁４８による供給・遮断のタイミングをずらす方法のほか、各燃料噴射孔３５に接続する不活性ガス配管４７の配管長さを異ならせる方法がある。

【0028】

不活性ガス通路４５には、不活性ガス通路４５への補助燃料の逆流を抑制するための逆流抑制機構としてリデューサ管５１が設けられている。リデューサ管５１は不活性ガス通路４５における燃料噴射孔３５との接続部近傍に配置されている。リデューサ管５１は、円筒部５２と円筒部５２の内部に設けられたテーパ状のテーパ管部５３と、を備えている。テーパ管部５３は大径の開口部５４と、小径の開口部５５とを有しており、燃料噴射孔３５側に小径の開口部５５が位置するように設けられている。テーパ管部５３の小径の開口部５５が燃料噴射孔３５側に配置されているので、補助燃料の噴射時において、燃料噴射孔３５から不活性ガス通路４５への補助燃料の流入が抑制される。また、テーパ管部５３の大径の開口部５４が燃料噴射孔３５に近い側と反対側に配置されているので、不活性ガスボンベ４６から供給される不活性ガスを燃料噴射孔３５に勢いよく流すことができる。電磁弁４８の開弁により不活性ガスボンベ４６から不活性ガス通路４５に不活性ガスが供給される。不活性ガス通路４５に供給された不活性ガスは、接続部より燃料噴射孔３５に流入し、燃料噴射孔３５から燃焼室１６へ噴射される。

【0029】

次に、不活性ガスの噴射タイミングについて説明する。図４のクランク角と熱発生率との関係を示すグラフからわかるように、上死点ＴＤＣ近傍で燃焼するので上死点ＴＤＣ近傍での熱発生率が高くなっている。一方で、図４に示すように、補助燃料の噴射開始タイミングは、ピストン１４が上死点ＴＤＣに到達する手前（例えば、−３０°ＣＡ）であり、また、補助燃料の噴射終了タイミングも上死点ＴＤＣよりもかなり手前になっている。エンジンＥＣＵ２４は、ピストン１４が上死点ＴＤＣに到達する時点よりもかなり手前のタイミングで補助燃料噴射弁２２を制御して補助燃料を燃焼室１６へ噴射する。

【0030】

不活性ガスの供給開始タイミングは、補助燃料の噴射終了後であり、また、不活性ガスの供給終了タイミングは、上死点ＴＤＣを過ぎた特定のクランク角となっている。上死点ＴＤＣを過ぎた特定のクランク角は、例えば、燃焼室１６にて燃料（主燃料および補助燃料）の９０％が燃焼した９０％燃焼時期を示すクランク角である。従って、エンジンＥＣＵ２４は、補助燃料の噴射後から燃焼室１６にて燃料の大部分が燃焼するまでの間、不活性ガスが供給されるように、電磁弁４８を制御する。

【0031】

このように、本実施形態では、エンジンＥＣＵ２４は、クランク角に基づくピストン１４の位置情報に基づき、補助燃料噴射弁２２の補助燃料の噴射量および噴射タイミングと、不活性ガスの供給量および供給タイミングとを決定し、補助燃料噴射弁２２に信号を送る。補助燃料噴射弁２２は、エンジンＥＣＵ２４の信号に基づき、指示された噴射量および噴射タイミングで補助燃料を噴射し、指示された供給量および供給タイミングで不活性ガスを供給する。

【0032】

本実施形態では、不活性ガスの供給の手順は、図５に示すフロー図に従う。まず、エンジンＥＣＵ２４は、燃焼室１６内の圧力および不活性ガスの圧力を検出する（ステップＳ１を参照）。燃焼室１６の圧力最大値は、筒内圧センサ２３により検出した燃焼室１６の圧力の中で最も高い圧力を指す。なお、不活性ガスの圧力は、不活性ガスボンベ４６に接続された圧力センサ（図示せず）によって検出される。

【0033】

次に、エンジンＥＣＵ２４は、不活性ガスボンベ４６の不活性ガスの圧力が、筒内圧センサ２３により検出された燃焼室１６の圧力最大値以上であるか否かを判別する（ステップＳ２を参照）。不活性ガスボンベ４６の不活性ガスの圧力が筒内圧センサ２３により検出された燃焼室１６の圧力最大値以上であるとエンジンＥＣＵ２４が判別すると、不活性ガスの供給期間を算出する（ステップＳ３を参照）。エンジンＥＣＵ２４は、不活性ガスの供給期間の算出後に不活性ガスを圧縮機４９で圧縮することなく不活性ガスを供給する（ステップＳ４を参照）。ステップＳ２にて、不活性ガスボンベ４６の不活性ガスの圧力が筒内圧センサ２３により検出された燃焼室１６の圧力最大値以上でないとエンジンＥＣＵ２４が判別すると、不活性ガスボンベ４６から供給される不活性ガスを圧縮機４９により筒内圧センサ２３により検出された燃焼室圧力最大値まで圧縮する（ステップＳ５を参照）。つまり、エンジンＥＣＵ２４は、不活性ガスボンベ４６から供給される不活性ガスを圧縮機４９により圧縮して複数の燃料噴射孔３５へ供給される不活性ガスの圧力を燃焼室１６の圧力の最大値まで上昇させるように不活性ガス供給機構を制御する。不活性ガスボンベ４６の不活性ガスが圧縮機４９により筒内圧センサ２３により検出された燃焼室圧力最大値まで圧縮されると、ステップＳ３へ進む。

【0034】

次に、本実施形態の燃料噴射装置１０の作動について説明する。エンジン１１の運転時には、吸気ポート１７を通る吸入空気は、主燃料噴射弁２１から噴射された気体燃料を混合され、ピストン１４の下降により燃焼室１６へ流入する。ピストン１４の上昇により燃焼室内の空気と予混合された主燃料は圧縮される。ピストン１４が上死点ＴＤＣに達するかなり手前にて、補助燃料噴射弁２２から補助燃料が噴射される。補助燃料がピストン１４の圧縮によって高圧となり自己着火すると、主燃料は補助燃料とともに燃焼する。燃焼室１６における主燃料および補助燃料の燃焼による膨張によりピストン１４は下降する。ピストン１４の下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換され、エンジン１１の駆動力が得られる。

【0035】

補助燃料噴射弁２２による補助燃料の噴射後に、不活性ガスが燃料噴射孔３５に供給され、燃焼室１６にて燃料の大部分が燃焼するまでの間、不活性ガスの供給が継続される。不活性ガスの燃料噴射孔３５への供給により、燃焼室１６における高温の燃焼ガスの燃料噴射孔３５への進入が妨げられるほか、燃料噴射孔３５の内部の温度上昇が抑制される。エンジンＥＣＵ２４は、燃料噴射孔３５毎に不活性ガスの供給タイミングが異なるように電磁弁４８を制御するので、不活性ガスは、複数の燃料噴射孔３５に対してタイミングをずらしながら順番（例えば、図３において時計回りの順番）に供給される。このため、燃料噴射孔３５およびサック部３６に残存している極微量な補助燃料を、不活性ガスが供給されていない別の燃料噴射孔３５を介して燃焼室１６内に排出することができる。よって、燃料噴射孔３５内におけるデポジット生成の要因となるサック部３６に残存する補助燃料の量が減少し、燃料噴射孔３５及びその周囲におけるデポジットの堆積を効果的に抑制することができる。なお、不活性ガスの圧力が燃焼室１６の圧力最大値以上である場合、不活性ガスを圧縮することなく供給するが、不活性ガスの圧力が燃焼室１６の圧力最大値以上でない場合、不活性ガスを圧縮機４９により燃焼室圧力最大値まで圧縮してから、不活性ガスを供給する。つまり、不活性ガスの圧力調整後に不活性ガスが燃料噴射孔３５へ供給される。

【0036】

本実施形態の燃料噴射装置１０は、以下の作用効果を奏する。
（１）制御部としてのエンジンＥＣＵ２４は、主燃料の燃焼中において、弁孔３４を閉じるようにノズルニードル３３を制御するとともに、複数の燃料噴射孔３５に不活性ガスが供給されるように不活性ガス供給機構を制御する。不活性ガスが不活性ガス通路４５を通じて燃料噴射孔３５に供給されるため、高温の燃焼ガスの燃料噴射孔３５およびサック部３６への進入が妨げられる。このため、燃料噴射孔３５への燃焼ガスの進入による燃料噴射孔３５の内部の温度上昇が抑制され、燃料噴射孔３５およびサック部３６におけるデポジットの堆積を抑制することができる。

【0037】

（２）不活性ガス通路４５における燃料噴射孔３５との接続部近傍にはリデューサ管５１が備えられている。このため、リデューサ管５１により補助燃料の噴射時に燃料噴射孔３５を流れる補助燃料の不活性ガス通路４５への流入を抑制することができ、不活性ガス通路４５におけるデポジット堆積を防止することができる。

【0038】

（３）制御部としてのエンジンＥＣＵ２４が燃焼室１６における主燃料の燃焼中において不活性ガスを燃料噴射孔３５へ供給するので、主燃料の燃焼中には燃料噴射孔３５から不活性ガスが噴射されることとなり、高温の燃焼ガスが燃料噴射孔３５へ進入することを効果的に抑制することができる。

【0039】

（４）燃料噴射孔３５毎に不活性ガスの供給のタイミングが異なるため、サック部３６に残存する極微量な補助燃料、を不活性ガスが供給されていない別の燃料噴射孔３５を介して燃焼室１６内に排出することができる。よって、燃料噴射孔３５内におけるデポジット生成の要因となるサック部３６に残存する補助燃料の量が減少し、燃料噴射孔３５及びその周囲におけるデポジットの堆積を効果的に抑制することができる。

【0040】

（５）エンジンＥＣＵ２４は、不活性ガスの圧力が、筒内圧センサ２３に検出された燃焼室１６の圧力の最大値以上であるときに、不活性ガスを燃料噴射孔３５へ供給する。燃焼ガスの圧力以上の圧力の不活性ガスが燃料噴射孔３５およびサック部３６に供給されているため、燃焼ガスの燃料噴射孔３５およびサック部３６への進入を確実に防止することができる。また、エンジンＥＣＵ２４は、不活性ガスの圧力が、筒内圧センサ２３に検出された燃焼室１６の圧力の最大値未満であるときに、圧縮機４９により不活性ガスを圧縮して不活性ガスの圧力を燃焼室１６の圧力の最大値まで上昇させる。そして、圧縮された不活性ガスが燃料噴射孔３５へ供給される。燃焼室１６の圧力の最大値以上に圧縮された不活性ガスを燃料噴射孔３５へ供給するため、燃焼ガスの燃料噴射孔３５およびサック部３６への進入を抑制することができる。

【0041】

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく考案の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

【0042】

○ 上記の実施形態では、不活性ガス通路における複数の燃料噴射孔との接続部近傍に逆流抑制機構を設けたが、逆流抑制機構は必須ではない。例えば、不活性ガス通路に逆流抑制機構を設けないようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、燃料噴射孔に連通する不活性ガス通路を設けたが、この限りではない。例えば、不活性ガス通路をサック部に連通させるようにしてもよく、この場合、不活性ガス通路を１本とすることができるほか、サック部に残存する補助燃料をより排出し易くなる。
○ 上記の実施形態では、補助燃料の噴射後のタイミングから９０％燃焼時期のタイミングの期間に、不活性ガスを供給するとしたが、これに限らない。不活性ガスの供給開始のタイミングは、例えば、補助燃料の噴射後から補助燃料の自己着火前であればよく、また、供給終了のタイミングは、燃焼時期の後半（例えば、７０％以降の燃焼時期）のタイミングであればよい。さらに、高温の燃焼ガスが燃焼室に残存する排気行程において不活性ガスまたは空気を燃料噴射孔に供給してもよい。
○ 上記の実施形態では、不活性ガスを用いるとしたが、不活性ガスと空気を切り換えて用いるようにしてもよい。この場合、不活性ガスを消尽した場合に、空気を不活性ガスの代替としてサック部又は複数の燃料噴射孔に供給してもよく、空気を噴射することにより、デポジットの堆積を防止することができる。
○ 上記の実施形態では、不活性ガスの圧力が、筒内圧センサに検出された燃焼室の圧力の最大値未満のときに、圧縮機により不活性ガスを圧縮して不活性ガスの圧力を燃焼室の圧力の最大値まで上昇させたが、この限りではない。例えば、燃焼室の圧力の最大値未満の不活性ガスを圧縮せずにサック部又は複数の燃料噴射孔に供給してもよく、この場合、不活性ガスをサック部又は複数の燃料噴射孔に供給しない場合と比較すると、燃焼ガスの燃料噴射孔への進入を妨げる効果が期待できる。
○ 上記の実施形態では、不活性ガスとして窒素を用いたが、希ガスであるヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンを用いてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１０ 燃料噴射装置
１１ エンジン
１３ 気筒
１４ ピストン
１６ 燃焼室
２１ 主燃料噴射弁
２２ 補助燃料噴射弁
２３ 筒内圧センサ
２４ エンジンＥＣＵ（制御部としての）
３１ ノズルボディ
３１Ａ 弁座
３２ ニードル収容部
３３ ノズルニードル
３４ 弁孔
３５ 燃料噴射孔
３６ サック部
４５ 不活性ガス通路
４６ 不活性ガスボンベ
４７ 不活性ガス配管
４８ 電磁弁
４９ 圧縮機
５１ リデューサ管
ＴＤＣ 上死点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】