(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  燃焼室１０６から燃焼ガスを排出する排気通路１０２と、排気通路１０２内に設けられ、燃焼ガスを浄化する触媒部１２０とを備え、燃焼ガスを燃焼室１０６から排出するとともに、燃焼ガスの熱エネルギで触媒部１２０を活性化させる内燃機関１００に用いられ、燃料および尿素を燃焼室１０６内に噴射させて、燃焼室１０６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。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。       
【背景技術】
【０００２】
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（ＮＨ３）や尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）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）。
【０００３】
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。
【特許文献１】特表２００４−５０３７０６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
これにより、尿素の無駄噴射の防止が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、以下本実施形態では、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＯｘガスの総称として、以降文にてＮＯガスと呼ぶ。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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）。
【００５４】
（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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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）。
【００５８】
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。
【００５９】
（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）。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
（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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】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２】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】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】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】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６】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７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【符号の説明】
【００７０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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