JP2008223567A - 内燃機関の燃料性状判定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 性状が不明な燃料の自着火性（オクタン価）を正確に判定する。
【解決手段】 主タンク１１内の被判定燃料を燃料噴射弁１０より噴射し、副タンク１５内に備蓄した自着火性が既知の基準燃料を燃料噴射弁１６より噴射する。被判定燃料と基準燃料とを所定の比率で内燃機関１に供給して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定する。そして、混合燃料でのノッキング限界点火時期に基づいて、混合燃料の自着火性を推定し、混合燃料の自着火性と、基準燃料の自着火性と、前記比率とに基づいて、被判定燃料の自着火性を推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、性状が不明な燃料の使用が想定され、燃料のなんらかの自着火性の判定（推定）が必要な火花点火式内燃機関における燃料性状判定装置に関する。
ノッキング判定（ノッキング限界点火時期の測定）を利用した燃料の自着火性判定手段は、火花点火式内燃機関においては公知の技術であり、ハイオクガソリンかレギュラーガソリンかの判定に広く用いられている。しかし、この技術で判定可能なオクタン価（ＲＯＮ；Research Octane Number）は１００〜９０程度であり、軽油などの極端にオクタン価の低い燃料には対応できない。
また、特許文献１のように、オクタン価の大きく異なる２種類の燃料を想定した内燃機関の技術では、ノッキング判定結果に基づいて２種類の燃料の混合割合を算出しているが、広い範囲の自着火性を想定した判定手段ではない。
特開２００５−２９１４号公報
従来技術には、簡易な構成で、広い範囲の自着火性（オクタン価やセタン価に代表される着火性を表す特性）を判定する手段がなく、自着火性が極端に異なる燃料がタンクに入れられた場合、可変圧縮比機構などによる対応以前に、正常な燃焼を行うことができないという問題があった。
本発明は、このような実状に鑑み、簡単な構成で、広い範囲の自着火性を安全に判定することができる内燃機関の燃料性状判定装置を提供することを目的とする。
このため、本発明では、性状が不明な被判定燃料と自着火性が既知の基準燃料とを所定の比率で内燃機関に供給して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定し、混合燃料でのノッキング限界点火時期と、基準燃料の自着火性と、前記比率とに基づいて、被判定燃料の自着火性を推定する。
尚、「混合燃料」とは、内燃機関に同時に供給している２種の燃料（被判定燃料と基準燃料）の意味で用いており、物理的に混合状態にあるか否かを問うものではない。
本発明によれば、被判定燃料の自着火性を精度良く推定することができ、しかも、性状が不明な被判定燃料の比率を小さくすることで、被判定燃料の自着火性が高かったとしても、混合燃料により運転して判定することで、自着火性が急激に変化するのを抑え、急激な燃焼変化を引き起こすことなく、被判定燃料の自着火性の判定を行うことができる。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す内燃機関の燃料供給系を中心としたシステム図である。
内燃機関１は、火花点火式内燃機関であり、燃焼室２内に点火プラグ３を備えている。また、吸気バルブ４及び排気バルブ５のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）６を備えている。また、ピストン７のストローク量を変更可能とすることにより圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構（ＶＣＲ）８を備えている。
内燃機関１への燃料の供給は、吸気通路（吸気ポート）９に配置された燃料噴射弁１０により行われる。この燃料噴射弁１０には、主タンク１１内の燃料が燃料ポンプ１２により燃料通路１３を介して供給され、余剰燃料はリターン通路１４により主タンク１１へ戻される。
主タンク１１は、開閉可能な給油口１１ａを有し、外部より燃料が給油されることで、性状が不明な燃料（被判定燃料）が貯留される。
この主タンク１１内の燃料の自着火性の判定のため、自着火性が既知の基準燃料を備蓄する副タンク１５が設けられる。また、吸気通路（吸気ポート）９に、通常運転時用の燃料噴射弁１０と並べて、基準燃料を噴射可能な燃料噴射弁１６が設けられる。この燃料噴射弁１６には、副タンク１５内の基準燃料が燃料ポンプ１７により燃料通路１８を介して供給され、余剰燃料はリターン通路１９により主タンク１１へ戻される。
副タンク１５は、主タンク１１と制御弁（常閉の電磁開閉弁）２０を介して連通している。詳しくは、主タンク１１からの燃料を送油する燃料ポンプ１２と燃料噴射弁１０との間の燃料通路１３の途中から分岐させた燃料通路２１を制御弁２０を介して副タンク１５に接続している。
ここにおいて、燃料噴射弁１０、点火プラグ３、可変バルブタイミング機構６、可変圧縮比機構８の他、燃料噴射弁１６、制御弁２０の作動も、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２により制御される。
ＥＣＵ２２には、図示しない各種センサから運転条件（アクセル開度、エンジン回転数など）に関連する信号が入力される他、内燃機関１の特定周波数の振動よりノッキングを検出するノッキングセンサ２３、主タンク１１内の燃料量（液面レベル）を検出するレベルセンサ２４、副タンク１５内の燃料量（液面レベル）を検出するレベルセンサ２５などからも信号が入力される。
次に主タンク１１内の被判定燃料の自着火性（特に自着火性指標として代表的なオクタン価）の判定について説明するが、先ず、判定原理について説明する。
被判定燃料のオクタン価をＯｘ、基準燃料のオクタン価をＯｙとし、これらを所定の比率ａで混合した混合燃料のオクタン価Ｏｚは、次式により表すことができる。
Ｏｚ＝Ｏｘ・ａ＋Ｏｙ・（１−ａ）
尚、比率ａは、混合燃料（全燃料）中の被判定燃料の割合であり、１−ａは混合燃料中の基準燃料の割合である。
この式より、
Ｏｘ＝（Ｏｚ−Ｏｙ・（１−ａ））／ａ
となり、混合燃料のオクタン価Ｏｚと、基準燃料のオクタン価Ｏｙと、前記比率ａとから、被判定燃料のオクタン価Ｏｘを算出することができる。
ここで、基準燃料のオクタン価Ｏｙは既知であるので、前記比率ａの下での、混合燃料のオクタン価Ｏｚを測定することで、被判定燃料のオクタン価Ｏｘを推定することができる。
例えば図２に示すように、基準燃料のオクタン価が既知でＲＯＮ：１００の場合に、基準燃料の割合を９０vol.％とし、オクタン価が不明な被判定燃料の割合を１０vol.％として、ノッキング判定（ノッキング限界点火時期の測定）により、混合燃料のオクタン価を推定した結果、ＲＯＮ：９０となった場合は、被判定燃料のオクタン価はＲＯＮ：０となる。
従って、被判定燃料のみでノッキング判定のために運転した場合は、自着火性が高すぎるような場合であっても、被判定燃料の割合を少なくして、判定することで、正確に判定することができる。
次に主タンク１１内の被判定燃料の自着火性（オクタン価）の判定について、図３のフローチャートにより、説明する。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、自着火性判定の判定条件が成立したか否か（判定モードか否か）を判定する。
主タンク１１内の燃料を判定する場合、給油により、性状が不明となることから、主タンク１１への給油の有無を判定する給油判定装置を用い、給油有りと判定した後の機関始動時に自着火性判定を行う。
給油判定装置としては、主タンク１１内の燃料量を測定可能な手段（レベルセンサ２４）を用い、機関始動時の燃料量と前回機関停止時の燃料量との差が所定量を超えた時に、給油があったと判定する。又は、主タンク１１への燃料の流入を検知する手段を備える場合は、燃料の流入の検知により、給油があったと判定する。
また、自着性火判定の信頼性を向上させるため、予め定められた機関回転数及び負荷の条件にて行う必要があり、また運転性への影響を考えると、アイドリング運転時が最も好ましい。
従って、ここでは、自着火性判定の判定条件として、給油有りと判定した後の機関始動時で、かつアイドリング運転時であるかを判定する。
自着火性判定の判定条件が成立した場合は、ステップ２へ進む。
ステップ２では、主タンク１１内の被判定燃料と副タンク１５内の基準燃料とを所定の比率（噴射量比）ａで内燃機関１に噴射供給する。具体的には、要求燃料噴射量（要求噴射パルス幅）をＴｉとすると、被判定燃料の燃料噴射弁１０の燃料噴射量（噴射パルス幅）をＴｉ・ａ、基準燃料の燃料噴射弁１６の燃料噴射量（噴射パルス幅）をＴｉ・（１−ａ）として、各燃料噴射弁１０、１６に燃料噴射を行わせる。
尚、所定の比率ａは、基準燃料に比べて被判定燃料の方が少なくなるように設定するのが、安全性の観点から好ましく、例えばａ＝０．１（１０％）とする。
ステップ３では、前記ステップ２での被判定燃料と基準燃料との混合燃料での運転の下で、ノッキング限界点火時期θｚを測定する。詳細は後述する。
ステップ４では、混合燃料のノッキング限界点火時期θｚ（前記ステップ２で測定）と基準燃料のノッキング限界点火時期θｙ（既知）との差異（ノッキング限界点火時期差）Δθ＝θｚ−θｙを求める。
ステップ５では、図５に示すようなマップを参照し、基準燃料のオクタン価Ｏｙ（既知）と、ノッキング限界点火時期差Δθ（前記ステップ４で算出）とから、混合燃料のオクタン価Ｏｚを推定する。
尚、このマップは、圧縮比ε別、及び／又は、吸気温Ｔａ別に用意するのが望ましく、該当するマップを選択して使用する。ノッキング現象は圧縮比εや吸気温Ｔａと強い相関を示すため、マップをこれらにより補正することで判定精度向上が可能となる。
ステップ６では、次式により、混合燃料のオクタン価Ｏｚ（前記ステップ５で推定）と、基準燃料のオクタン価Ｏｙ（既知）と、前記比率ａ（前記ステップＳ２で設定）とから、被判定燃料のオクタン価Ｏｚを算出する。
Ｏｘ＝（Ｏｚ−Ｏｙ・（１−ａ））／ａ
以上により、主タンク１１内の被判定燃料の自着火性判定を完了し、ステップ７（完了後の処理）へ進む。
ステップ７では、完了後の処理として、（１）使用燃料を被判定燃料へ切換える。（２）判定されたオクタン価Ｏｘに応じて運転条件を変更する。（３）被判定燃料を基準燃料として副タンク１５へ貯留する。
すなわち、自着火性の判定後は、被判定燃料のオクタン価Ｏｘが判明したことから、基準燃料の燃料噴射弁１６の燃料噴射を停止させて、被判定燃料の燃料噴射弁１０のみの燃料噴射に切換える。但し、基準燃料の燃料噴射弁１６の燃料噴射量を段階的（又は連続的）に減少させると共に、被判定燃料の燃料噴射弁１０の燃料噴射量を段階的（又は連続的）に増大させることにより、図６に示すように、全燃料に対する被判定燃料（主タンク燃料）の比率を徐々に増加させて、被判定燃料のみの運転へ切換える。これにより、切換えをスムーズに行うことができる。
また、判定された被判定燃料（使用燃料）のオクタン価Ｏｘに応じ、最適となるように、内燃機関１の運転条件を変更する。具体的には、可変圧縮比機構８を備える場合は、圧縮比を使用燃料の自着火性に適した値に変更する。また、可変バルブタイミング機構６を備える場合は、バルブタイミングを使用燃料の自着火性に適したタイミングに変更する。また、点火時期、スロットル開度特性などについても、使用燃料の自着火性に適した値に変更する。これにより、新規燃料に最適化した運転条件で、優れた出力、燃費、排気性能を得ることができる。尚、燃料の切換えを徐々に行う場合は、図６に示すように、圧縮比などについても徐々に切換えるのが望ましい。
また、次回の自着火性判定に備えて副タンク１５に自着火性が既知の基準燃料を備蓄し続けるため、制御弁２０を開弁させることで、主タンク１１内の自着火性が既知となった被判定燃料を基準燃料として副タンク１５に導いて貯留させる。尚、副タンク１５にそれまでの基準燃料が残っている場合は、燃料噴射弁１６を閉弁保持したまま、燃料ポンプ１７を運転して、リターン通路１９により主タンク１１へ戻すようにすればよく、このようにしても、副タンク１５の容量は主タンク１１の容量に比べはるかに小さいので、主タンク１１内の燃料の性状変化はほとんど問題とならない。
このように、副タンク１５を被判定燃料のタンク（主タンク１１）と制御弁２０を介して連通させ、自着火性の判定が完了して自着火性が既知となった燃料が貯蔵される構成とすることにより、基準燃料を常に確保でき、給油などによって性状の不明な燃料が投入されても、常に判定が可能となる。
次に図３のフローチャートのステップ２〜４の処理について、図４のフローチャートにより、更に詳しく説明する。
ステップ２１では、初期設定として、全燃料に対する被判定燃料の噴射量比ａ＝ａ１、点火時期θ＝θｍ、圧縮比ε＝εｍに設定する。また、吸気温センサ（図示せず）により吸気温Ｔａを検出して記憶する。
この状態で運転し、ステップ３１で、ノッキングセンサを用いて、ノッキング（ノック）の有無を判定する。
ステップ３１での判定でノック有りの場合は、ステップ３２へ進み、前回のノック判定の結果を調べ、前回もノック有りの場合は、ステップ３３へ進んで、点火時期を遅角し（θ＝θ−Ｃ；Ｃは一定値）、ステップ３１のノック判定へ戻る。
ステップ３１での判定でノック無しの場合は、ステップ３４へ進み、前回のノック判定の結果を調べ、前回もノック無しの場合は、ステップ３５へ進んで、点火時期を進角し（θ＝θ＋Ｃ；Ｃは一定値）、ステップ３１のノック判定へ戻る。
尚、前回のノック判定の結果がない場合（すなわち１回目のノック判定の場合）は、ステップ３２の場合はステップ３３へ、ステップ３４の場合はステップ３５へ進む。
ステップ３２での判定で前回ノック無しの場合は、前回ノック無しから今回ノック有りへ変化（前回ノック無しから点火時期を進角することで今回ノック有りに変化）したのであり、前回の点火時期がノッキング限界点火時期である。従って、この場合は、ステップ３６へ進み、ノッキング限界点火時期θｚ＝θ−Ｃとする。
ステップ３４での判定で前回ノック有りの場合は、前回ノック有りから今回ノック無しへ変化（前回ノック有りから点火時期を遅角することで今回ノック無しに変化）したのであり、今回の点火時期がノッキング限界点火時期である。従って、この場合は、ステップ３７へ進み、ノッキング限界点火時期θｚ＝θとする。
尚、ノッキング限界点火時期の測定において、点火時期の遅角化でノッキングが無くならない場合、すなわち、ステップ３３にて点火時期θを遅角した結果、点火時期θが予め定められた遅角限界を超えた場合は、ステップ３８にて、可変圧縮比機構８により、圧縮比εを低下側に変更するようにしてもよい。
ステップ３６又はステップ３７で混合燃料でのノッキング限界点火時期θｚの測定を終了した後は、ステップ４１へ進む。
ステップ４１では、混合燃料のノッキング限界点火時期θｚ（前記ステップ３６又は３７で確定）と基準燃料のノッキング限界点火時期θｙ（既知）との差異（ノッキング限界点火時期差）Δθ＝θｚ−θｙを求める。
尚、ここで用いる基準燃料のノッキング限界点火時期θｙは、予め標準状態（所定の圧縮比、所定の吸気温）での値として記憶しておき、今回の圧縮比や吸気温で補正して用いてもよい。或いは、混合燃料のノッキング限界点火時期θｚの方を補正してもよい。
ステップ４２では、ノッキング限界点火時期差Δθが所定値θclr より大きいか否かを判定し、小さい場合は、基準燃料と被判定燃料とのオクタン価の差が小さいゆえ、噴射量比ａが小さすぎることで、差が明確にならないと判断し、ステップ４３へ進む。ステップ４３では、全燃料量に対する被判定燃料の噴射量比ａを増加側に変更し（ａ＝ａ＋ｄａ；ｄａは一定値）、ステップ３１へ戻って、新たな噴射量比ａの混合燃料でのノッキング限界点火時期の測定をやり直す。
すなわち、被判定燃料と基準燃料との比率は、任意に変更可能とし、混合燃料でのノッキング限界点火時期と基準燃料でのノッキング限界点火時期との差異が所定値以下の場合は、被判定燃料の比率を段階的に増加させることにより、より正確な判定を可能とするのである。
ステップ４２での判定で、Δθ＞clr の場合は、ノッキング限界点火時期差Δθが求められたので、ノッキング限界点火時期差Δθ、圧縮比ε、吸気温Ｔａ、基準燃料のオクタン価Ｏｙ、噴射量比ａのデータをもって、図３のフローのステップ５以降の処理へ進むことになる。
尚、本実施形態では、混合燃料でのノッキング限界点火時期と基準燃料でのノッキング限界点火時期との差異と、基準燃料の自着火性とに基づいて、マップ参照により、混合燃料の自着火性を推定し、混合燃料の自着火性と、基準燃料の自着火性と、混合比率とに基づいて、計算式により、被判定燃料の自着火性を推定したが、混合燃料でのノッキング限界点火時期と、基準燃料の自着火性と、混合比率とに基づいて、マップ参照により、被判定燃料の自着火性を推定するように構成することもできる。
次に本発明の第２実施形態について図７により説明する。
第１実施形態（図１）では、被判定燃料の燃料噴射弁１０と基準燃料の燃料噴射弁１６を共に吸気通路（吸気ポート）９に配置したが、第２実施形態（図７）では被判定燃料の燃料噴射弁１０は吸気通路（吸気ポート）９に配置しているが、基準燃料の燃料噴射弁１６は燃焼室２内に配置している。
但し、直噴式内燃機関を前提とすれば、被判定燃料の燃料噴射弁１０と基準燃料の燃料噴射弁１６を共に燃焼室２内に配置したり、被判定燃料の燃料噴射弁１０を燃焼室２内に配置し、基準燃料の燃料噴射弁１６を吸気通路（吸気ポート）９に配置してもよい。
また、吸気通路９に燃料噴射弁を配置する場合は、吸気コレクタに全気筒共通に設けてもよい。
次に本発明の第３実施形態について図８により説明する。
第３実施形態は、燃料を改質する改質装置を備え、改質装置により改質された改質燃料を内燃機関に供給する場合に、改質燃料の自着火性を判定できるようにしたものである。
内燃機関１への燃料の供給は、吸気通路９に配置された第１及び第２の燃料噴射弁３１、３２により行われる。
主タンク１１内の燃料は、燃料ポンプ１２により燃料通路３３を介して第１及び第２の改質装置（改質触媒）３４、３５へ供給され、第１の改質装置３４は燃料改質により相対的に低自着火性（高オクタン価、低セタン価、以下は高オクタン価とのみ記す）の燃料を生成し、第２の改質装置３５は燃料改質により相対的に高自着火性（低オクタン価、高セタン価、以下は低オクタン価とのみ記す）の燃料を生成する。
第１の改質装置３４により生成された改質燃料（高オクタン価燃料）は、第１の改質燃料タンク３６に貯留され、第２の改質装置３５により生成された改質燃料（低オクタン価燃料）は、第２の改質燃料タンク３７に貯留される。
第１の改質燃料タンク３６内の燃料は燃料ポンプ３８により燃料通路３９を介して第１の燃料噴射弁３１へ供給され、第２の改質燃料タンク３７内の燃料は燃料ポンプ４０により燃料通路４１を介して第２の燃料噴射弁３２へ供給される。
ＥＣＵ２２では、内燃機関１の運転条件（回転数及び負荷）に応じて、いずれか一方（あるいは少なくとも一方）の改質燃料を選択し、対応する燃料噴射弁３１又は３２を駆動する。
ここにおいて、第１及び第２の改質燃料タンク３６、３７内の燃料の自着火性の判定のため、自着火性が既知の基準燃料を備蓄する副タンク１５が設けられる。
副タンク１５内の燃料は、燃料ポンプ１７により、開閉機能を有する分配器４２を介して、第１及び第２の燃料噴射弁３１、３２へ供給可能である。従って、第１の燃料噴射弁３１への燃料通路において、第１の改質燃料タンク３６からの改質燃料（高オクタン価燃料）と基準燃料とを所定の比率で混合して、混合燃料を噴射可能となっている。また、第２の燃料噴射弁３２への燃料通路において、第２の改質燃料タンク３７からの改質燃料（低オクタン価燃料）と基準燃料とを所定の比率で混合して、混合燃料を噴射可能となっている。
また、第１及び第２の燃料噴射弁３１、３２での余剰燃料は、リターン通路４３により主タンク１１へ戻されるが、リターン通路４３の途中から分岐させた燃料通路４４を制御弁（常閉の電磁開閉弁）２０を介して副タンク１５に接続している。
従って、第１の改質燃料タンク３６内の改質燃料の自着火性（オクタン価）の判定を行う場合は、第１の燃料噴射弁３１により改質燃料と基準燃料とを所定の比率で混合した混合燃料を噴射して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定することにより、改質燃料の自着火性を判定することができる。判定完了後は、自着火性が既知となった改質燃料をリターン通路４３から制御弁２０を介して副タンク１５に貯留すればよい。
また、第２の改質燃料タンク３７内の改質燃料の自着火性（オクタン価）の判定を行う場合は、第２の燃料噴射弁３２により改質燃料と基準燃料とを所定の比率で混合した混合燃料を噴射して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定することにより、改質燃料の自着火性を判定することができる。判定完了後は、自着火性が既知となった改質燃料をリターン通路４３から制御弁２０を介して副タンク１５に貯留すればよい。
このようにすることで、改質装置を利用して燃料性状を変化させる内燃機関においても生成された改質燃料の自着火性を判定することが可能となる。
また、２種以上の燃料に改質する場合や、相対的に高自着火性の燃料と低自着火性の燃料とを生成する場合も、それぞれの燃料について、自着火性を判定することができる。
次に本発明の第４実施形態について図９により説明する。
第４実施形態は、燃料を２種の燃料に分離する分離装置を備え、分離装置により分離された分離燃料を内燃機関に供給する場合に、分離燃料の自着火性を判定できるようにしたものである。
内燃機関１への燃料の供給は、吸気通路９に配置された第１及び第２の燃料噴射弁３１、３２により行われる。
主タンク１１内の燃料は、燃料ポンプ１２により燃料通路３３を介して分離装置（分離膜）５０へ供給され、分離装置５０は、燃料分離により、相対的に低自着火性（高オクタン価）の燃料と、高自着火性（低オクタン価）の燃料とを生成する。
分離装置５０により生成された一方の分離燃料（高オクタン価燃料）は、第１の分離燃料タンク５１に貯留され、第１の分離燃料タンク５１内の燃料は燃料ポンプ３８により燃料通路３９を介して第１の燃料噴射弁３１へ供給される。
分離装置５０により生成された他方の改質燃料（低オクタン価燃料）は、第２の分離燃料タンク５２に貯留され、第１の分離燃料タンク５２内の燃料は燃料ポンプ４０により燃料通路４１を介して第２の燃料噴射弁３２へ供給される。
ＥＣＵ２２では、内燃機関１の運転条件（回転数及び負荷）に応じて、いずれか一方（あるいは少なくとも一方）の分離燃料を選択し、対応する燃料噴射弁３１又は３２を駆動する。
ここにおいて、第１及び第２の分離燃料タンク５１、５２内の燃料の自着火性の判定のため、自着火性が既知の基準燃料を備蓄する副タンク１５が設けられる。
副タンク１５内の燃料は、燃料ポンプ１７により、開閉機能を有する分配器４２を介して、第１及び第２の燃料噴射弁３１、３２へ供給可能である。従って、第１の燃料噴射弁３１への燃料通路において、第１の分離燃料タンク５１からの分離燃料（高オクタン価燃料）と基準燃料とを所定の比率で混合して、混合燃料を噴射可能となっている。また、第２の燃料噴射弁３２への燃料通路において、第２の分離燃料タンク５２からの分離燃料（低オクタン価燃料）と基準燃料とを所定の比率で混合して、混合燃料を噴射可能となっている。
また、第１及び第２の燃料噴射弁３１、３２での余剰燃料は、リターン通路４３により主タンク１１へ戻されるが、リターン通路４３の途中から分岐させた燃料通路４４を制御弁（常閉の電磁開閉弁）２０を介して副タンク１５に接続している。
従って、第１の分離燃料タンク５１内の分離燃料の自着火性（オクタン価）の判定を行う場合は、第１の燃料噴射弁３１により分離燃料と基準燃料とを所定の比率で混合した混合燃料を噴射して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定することにより、分離燃料の自着火性を判定することができる。判定完了後は、自着火性が既知となった分離燃料をリターン通路４３から制御弁２０を介して副タンク１５に貯留すればよい。
また、第２の分離燃料タンク５２内の分離燃料の自着火性（オクタン価）の判定を行う場合は、第２の燃料噴射弁３２により分離燃料と基準燃料とを所定の比率で混合した混合燃料を噴射して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定することにより、分離燃料の自着火性を判定することができる。判定完了後は、自着火性が既知となった分離燃料をリターン通路４３から制御弁２０を介して副タンク１５に貯留すればよい。
このようにすることで、分離装置を利用して燃料性状を変化させる内燃機関においても生成された分離燃料の自着火性を判定することが可能となる。
また、２種以上の燃料に分離する場合や、相対的に高自着火性の燃料と低自着火性の燃料とを生成する場合も、それぞれの燃料について、自着火性を判定することができる。
次に前記第３実施形態又は第４実施形態のように２種の燃料の自着火性の判定を行う場合の手順について、図１０のフローチャートにより説明する。
ステップ１０１では、図３のステップ１と同様に、自着火性判定の判定条件が成立したか否か（判定モードか否か）を判定する。自着火性判定の判定条件が成立した場合は、ステップ１０２へ進む。
ステップ１０２では、被判定燃料１（第１の改質燃料タンク３６内の燃料、又は、第１の分離燃料タンク５１内の燃料）と副タンク１５内の基準燃料とを所定の比率ａで第１の燃料噴射弁３１より内燃機関１に噴射供給する。
ステップ１０３では、前記ステップ１０２での被判定燃料１と基準燃料との混合燃料での運転の下で、ノッキング限界点火時期θｚ１を測定する。
ステップ１０４では、θｚ１に基づき、図３のステップ３〜５の手順で、被判定燃料１のオクタン価Ｏｘ１を算出する。
ステップ１０５では、被判定燃料２（第２の改質燃料タンク３７内の燃料、又は、第２の分離燃料タンク５２内の燃料）と副タンク１５内の基準燃料とを所定の比率ａで第２の燃料噴射弁３２より内燃機関１に噴射供給する。
ステップ１０６では、前記ステップ１０５での被判定燃料２と基準燃料との混合燃料での運転の下で、ノッキング限界点火時期θｚ２を測定する。
ステップ１０７では、θｚ２に基づき、図３のステップ３〜５の手順で、被判定燃料２のオクタン価Ｏｘ２を算出する。
尚、このように２種の燃料を自着火性の判定を連続的に行う場合は、低自着火性（高オクタン価）の被判定燃料１の自着火性の判定を先に行い、高自着火性（低オクタン価）の被判定燃料２の自着火性の判定を後に行うのが、安全性の観点から望ましい。
以上により、被判定燃料１、２の自着火性判定を完了し、ステップ１０８（完了後の処理）へ進む。
ステップ１０８では、完了後の処理として、（１）使用燃料を被判定燃料１又は２へ切換える。（２）判定されたオクタン価Ｏｘ１、Ｏｘ２に応じて内燃機関１の運転条件と改質条件（改質装置３４、３５の作動条件）又は分離条件（分離装置５０の作動条件）を変更する。（３）被判定燃料１又は２を基準燃料として副タンク１５へ貯留する。
特に、改質装置の場合は、改質燃料の自着火性判定の判定結果に従って、所望の自着火性が得られるように、改質装置の作動条件（改質装置への燃料供給量、触媒温度）をフィードバック制御する。これにより、改質装置の効率を最大化することができる。
また、分離装置の場合は、分離燃料の自着火性判定の判定結果に従って、所望の自着火性が得られるように、分離装置の作動条件（印加する圧力、温度）をフィードバック制御する。これにより、分離装置の効率を最大化することができる。
本発明の第１実施形態を示す内燃機関のシステム図 燃料自着火性（オクタン価）判定原理の説明図 燃料自着火性判定のフローチャート 図３のフローの要部の詳細フローチャート 燃料自着火性判定用マップの説明図 燃料の切換えと運転条件の変更の説明図 本発明の第２実施形態を示す内燃機関のシステム図 本発明の第３実施形態を示す内燃機関のシステム図 本発明の第４実施形態を示す内燃機関のシステム図 ２燃料判定のフローチャート
符号の説明
１ 内燃機関
２ 燃焼室
３ 点火プラグ
４ 吸気バルブ
５ 排気バルブ
６ 可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）
７ ピストン
８ 可変圧縮比機構（ＶＣＲ）
９ 吸気通路
１０ 燃料噴射弁（被判定燃料の噴射弁）
１１ 主タンク
１２ 燃料ポンプ
１３ 燃料通路
１４ リターン通路
１５ 副タンク（基準燃料のタンク）
１６ 燃料噴射弁（基準燃料の噴射弁）
１７ 燃料ポンプ
１８ 燃料通路
１９ リターン通路
２０ 制御弁（常閉の電磁開閉弁）
２１ 燃料通路
２２ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２３ ノッキングセンサ
２４ レベルセンサ
２５ レベルセンサ
３１ 第１の燃料噴射弁
３２ 第２の燃料噴射弁
３３ 燃料通路
３４ 第１の改質装置
３５ 第２の改質装置
３６ 第１の改質燃料タンク
３７ 第２の改質燃料タンク
３８ 燃料ポンプ
３９ 燃料通路
４０ 燃料ポンプ
４１ 燃料通路
４２ 分配器
４３ リターン通路
４４ 燃料通路
５０ 分離装置（分離膜）
５１ 第１の分離燃料タンク
５２ 第２の分離燃料タンク

Claims (28)

  1. 性状が不明な燃料の使用が想定され、当該燃料の自着火性の判定が必要な火花点火式内燃機関において、
    性状が不明な被判定燃料と自着火性が既知の基準燃料とを所定の比率で内燃機関に供給して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定し、
    混合燃料でのノッキング限界点火時期と、基準燃料の自着火性と、前記比率とに基づいて、被判定燃料の自着火性を推定することを特徴とする内燃機関の燃料性状判定装置。
  2. 性状が不明な燃料の使用が想定され、当該燃料の自着火性の判定が必要な火花点火式内燃機関において、
    性状が不明な燃料が貯留される被判定燃料のタンクと、自着火性が既知の基準燃料を備蓄する副タンクと、前記各タンク内の被判定燃料と基準燃料とを所定の比率で火花点火式内燃機関に供給可能な燃料供給手段と、を備えると共に、
    被判定燃料と基準燃料とを所定の比率で内燃機関に供給して運転し、混合燃料でのノッキング限界点火時期を測定する手段と、
    混合燃料でのノッキング限界点火時期と、基準燃料の自着火性と、前記比率とに基づいて、被判定燃料の自着火性を推定する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料性状判定装置。
  3. 前記推定手段は、混合燃料でのノッキング限界点火時期に基づいて、混合燃料の自着火性を推定し、混合燃料の自着火性と、基準燃料の自着火性と、前記比率とに基づいて、被判定燃料の自着火性を推定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  4. 前記推定手段は、混合燃料でのノッキング限界点火時期と基準燃料でのノッキング限界点火時期との差異に基づいて、混合燃料の自着火性を推定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  5. 前記推定手段は、混合燃料でのノッキング限界点火時期と基準燃料でのノッキング限界点火時期との差異と、基準燃料の自着火性とに基づいて、混合燃料の自着火性を推定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  6. 被判定燃料と基準燃料との比率は、任意に変更可能とし、混合燃料でのノッキング限界点火時期と基準燃料でのノッキング限界点火時期との差異が所定値以下の場合は、被判定燃料の比率を増加させることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  7. ノッキング限界点火時期の測定は、予め定められた機関回転数及び負荷の条件にて行うことを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  8. 可変圧縮比機構を備え、ノッキング限界点火時期の測定において、点火時期の遅角化でノッキングが無くならない場合は、機関の圧縮比を変更することを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  9. 被判定燃料の自着火性の判定の完了後は、被判定燃料の比率を徐々に増加させて、被判定燃料のみの運転へ切換えることを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  10. 前記副タンクは、前記被判定燃料のタンクと制御弁を介して連通し、自着火性の判定が完了して自着火性が既知となった燃料が貯蔵されることを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  11. 前記燃料供給手段は、被判定燃料を噴射する燃料噴射弁と、基準燃料を噴射する燃料噴射弁とをそれぞれ有し、各燃料噴射弁の噴射量を制御して前記比率を制御することを特徴とする請求項２〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  12. 前記２つの燃料噴射弁は、吸気通路に配置することを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  13. 被判定燃料を噴射する燃料噴射弁は、吸気通路に配置し、基準燃料を噴射する燃料噴射弁は、燃焼室に配置することを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  14. 前記燃料供給手段は、単一の燃料噴射弁への燃料通路において、被判定燃料と基準燃料とを所定の比率で混合するものであることを特徴とする請求項２〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  15. 前記被判定燃料のタンクは、外部より燃料が給油されて性状が不明な燃料が貯留される主タンクであることを特徴とする請求項２〜請求項１４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  16. 前記主タンクへの給油の有無を判定する給油判定装置を有し、給油有りと判定した後の機関始動時に自着火性の判定を行うことを特徴とする請求項１５記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  17. 前記給油判定装置は、前記主タンク内の燃料量を測定可能な手段を有し、機関始動時の燃料量と前回機関停止時の燃料量との差が所定量を超えた時に給油があったと判定することを特徴とする請求項１６記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  18. 前記給油判定装置は、前記主タンクの給油口への燃料の流入を検知する手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１６記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  19. 前記主タンク内の燃料の自着火性の判定の完了後に、判定された自着火性に応じて、機関の運転条件を変更することを特徴とする請求項１５〜請求項１８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  20. 外部より燃料が給油される主タンクと、該主タンク内の燃料を導いて改質する改質装置と、該改質装置により改質された改質燃料を貯留する改質燃料タンクと、を備え、
    前記被判定燃料のタンクは、前記改質燃料タンクであり、改質燃料の自着火性を判定することを特徴とする請求項２〜請求項１４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  21. 前記改質装置は、少なくとも２種の燃料に改質するものであり、前記改質燃料タンクは少なくとも２つ設けられることを特徴とする請求項２０記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  22. 前記改質装置は、相対的に高自着火性の燃料と低自着火性の燃料とを生成するものであり、それぞれの燃料について、自着火性を判定することを特徴とする請求項２１記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  23. 低自着火性の燃料の自着火性判定を先に行い、高自着火性の燃料の自着火性判定を後で行うことを特徴とする請求項２２記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  24. 改質燃料の自着火性判定の判定結果に従って、所望の自着火性が得られるように、改質装置の作動条件をフィードバック制御することを特徴とする請求項２０〜請求項２３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  25. 外部より燃料が給油される主タンクと、該主タンクの燃料を導いて少なくとも２種の燃料に分離する分離装置と、該分離装置により分離された分離燃料をそれぞれ貯留する少なくとも２つの分離燃料タンクと、を備え、
    前記被判定燃料のタンクは、前記分離燃料タンクであり、分離燃料の自着火性を判定することを特徴とする請求項２〜請求項１４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  26. 前記分離装置は、相対的に高自着火性の燃料と低自着火性の燃料とを生成するものであり、それぞれの燃料について、自着火性を判定することを特徴とする請求項２５記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  27. 低自着火性の燃料の自着火性判定を先に行い、高自着火性の燃料の自着火性判定を後で行うことを特徴とする請求項２６記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
  28. 分離燃料の自着火性判定の判定結果に従って、所望の自着火性が得られるように、分離装置の作動条件をフィードバック制御することを特徴とする請求項２５〜請求項２７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
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