JP2009180174A - 燃料性状検出装置およびそれを用いた燃料噴射システム - Google Patents

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Abstract

【課題】新たにセンサを設置することなく燃料性状を検出する燃料性状検出装置およびそれを用いた燃料噴射システムを提供する。
【解決手段】燃料性状検出装置は、減速無噴射時であり（Ｓ４００：Ｙｅｓ）、かつ吸気温および水温が所定温度範囲であれば（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、燃料性状を検出する条件が成立していると判断し、燃料噴射弁に単発の性状検出噴射を指令する（Ｓ４０４）。燃料性状検出装置は、単発の性状検出噴射を実施後に回転センサの検出信号から回転変動量を検出し、回転変動量に基づいて、性状検出噴射により発生するトルクを算出する（Ｓ４０６）。性状検出噴射により発生するトルクは燃料性状に応じて異なるので、燃料性状検出装置は、算出した推定トルクと閾値である所定トルクとを比較することにより、燃料性状を検出する（Ｓ４０８）。
【選択図】図１１

Description

本発明は、燃料噴射弁から内燃機関の各気筒に噴射する燃料性状を検出する燃料性状検出装置およびそれを用いた燃料噴射システムに関する。
内燃機関においては、例えばセタン価等の燃料性状が異なると気筒内での燃焼状態が変化するため、特定の燃料性状の燃料に適合して内燃機関の運転状態を制御すると、出力トルクの低下、騒音の増加等の問題が発生することがある。
例えば、特定のセタン価の燃料に適合して内燃機関の運転状態を制御している場合、それよりもセタン価の高い燃料を使用すると燃焼騒音が増加するという問題がある。一方、特定のセタン価よりもセタン価の低い燃料を使用すると、出力トルクが低下するという問題が生じる。
そこで、特許文献１に開示されているように、筒内圧センサ等を使用して気筒内の燃焼状態、例えば着火時期を検出し、着火時期に基づいて燃料性状を検出することが知られている。
特開２００６−１６９９４号公報
しかしながら、燃料性状を検出するために筒内圧センサ等のセンサを新たに設置すると、製造コストが上昇するという問題が生じる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、新たにセンサを設置することなく燃料性状を検出する燃料性状検出装置およびそれを用いた燃料噴射システムを提供することを目的とする。
請求項１から１３に記載の発明によると、燃料性状を検出する性状検出噴射を燃料噴射弁に指令し、性状検出噴射により生じる内燃機関の回転変動量、あるいは回転変動量に基づいて推定されるトルクを性状検出値とし、性状検出値に基づいて燃料性状を検出する。
気筒における燃焼状態は燃料性状に応じて異なるため、燃料噴射弁から性状検出噴射を実施したときの性状検出値は燃料性状に応じて異なる。例えば、ディーゼルエンジンにおいては、セタン価が異なると着火時期が変化し、その結果として回転変動量、または回転変動量に対応するトルクが変化する。
回転変動量はエンジン回転数を検出する回転センサの検出信号に基づいて検出できる。そして、回転センサは、内燃機関の運転状態を制御するために基本的に設置されているセンサであるから、燃料性状を検出するために新たにセンサを設置することなく、既存のセンサで検出できる回転変動量、あるいは回転変動量に基づいて推定されるトルクを性状検出値とし、性状検出値に基づいて燃料性状を検出できる。
請求項３に記載の発明によると、減速無噴射時に燃料噴射弁による性状検出噴射を許可する。
例えば、車両において走行中にアクセルをオフにした減速無噴射時においては、回転変動量が一定であるため、性状検出噴射を実施したときの回転変動量を高精度に検出できる。その結果、性状検出値に基づいて燃料性状を高精度に検出できる。
ディーゼルエンジン等の圧縮着火式の内燃機関においては、上死点よりも進角側で燃料を噴射する場合、燃料性状の違いによる性状検出値の差は小さく、上死点よりも遅角側で燃料を噴射する場合、燃料性状の違いによる性状検出値の差は進角側よりも大きくなる。
そこで、請求項４に記載の発明によると、圧縮着火式の内燃機関において、上死点よりも遅角側で燃料噴射弁に性状検出噴射を指令し、性状検出噴射により生じる性状検出値と所定値とを比較することにより燃料性状を検出する。
前述したように、上死点よりも遅角側では燃料性状の違いによる性状検出値の差は大きくなるので、性状検出値と所定値とを比較することにより、燃料性状を高精度に検出できる。
請求項５に記載の発明によると、圧力調整手段により異なる圧力に調整された複数の燃料圧力において性状検出噴射を実施し、性状検出噴射により発生する性状検出値に基づいて燃料性状を検出する。
燃料圧力が変化すると性状検出値も変化する。そして、そのときの性状検出値の変化の仕方は燃料性状によって異なる。したがって、異なる燃料圧力における性状検出値に基づいて燃料性状を検出することができる。
請求項６に記載の発明によると、所定の噴射時期における性状検出値と、燃料性状の違いによる性状検出値の差が所定の噴射時期よりも大きく所定の噴射時期よりも遅角側の噴射時期における性状検出値との２点間の傾きに基づいて、燃料性状を検出する。
２点間の傾きに基づいて燃料性状を検出することにより、１点の性状検出値に基づいて燃料性状を検出する場合に比べ、性状検出値の検出誤差が燃料性状の検出に与える影響が低減する。これにより、燃料性状の検出精度が向上する。
請求項７に記載の発明によると、所定の噴射時期と、これよりも遅角側の噴射時期とにおいて、各回の噴射量が異なる複数回の性状検出噴射を燃料噴射弁に指令する。そして、異なる噴射量に応じた２点間の複数の傾きに基づいて燃料性状を検出する。
これにより、性状検出値の検出箇所がさらに増加するので、燃料性状の検出精度が向上する。
請求項８に記載の発明によると、異なる噴射時期で複数回噴射したときの性状検出値の変動特性の積算値に基づいて燃料性状を検出する。
性状検出値は燃料性状に応じて異なるので、性状検出値の変動特性および変動特性の積算値も燃料性状に応じて異なる。そこで、複数の性状検出噴射により検出した性状検出値の変動特性の積算値に基づいて燃料性状を検出することにより、１点の性状検出値に基づいて燃料性状を検出する場合に比べて性状検出値の検出誤差の影響が低減する。これにより、燃料性状の検出精度が向上する。
請求項９に記載の発明によると、異なる噴射時期で複数回噴射したときの性状検出値の変動特性の変化率に基づいて燃料性状を検出する。
性状検出値は燃料性状に応じて異なるので、性状検出値の変動特性および変動特性の変化率も燃料性状に応じて異なる。そこで、複数の性状検出噴射により検出した性状検出値の変動特性の変化率に基づいて燃料性状を検出することにより、１点の性状検出値に基づいて燃料性状を検出する場合に比べて性状検出値の検出誤差の影響が低減する。これにより、燃料性状の検出精度が向上する。
請求項１０に記載の発明によると、所定の性状検出値になると推定される付近の噴射時期において燃料噴射弁に性状検出噴射を複数回指令し、複数回の性状検出噴射により生じた性状検出値に基づいて所定の性状検出値になると推定した噴射時期に基づいて燃料性状を検出する。
複数回実施した性状検出噴射により生じた性状検出値に基づいて所定の性状検出値になる噴射時期を推定するので、性状検出値の検出誤差の影響を低減して噴射時期を推定できる。これにより、推定した噴射時期に基づいて燃料性状を高精度に検出できる。
請求項１１に記載の発明によると、圧力着火式の内燃機関において、請求項６から１０に記載の発明のように燃料噴射弁に性状検出噴射を複数回指令する場合、上死点および上死点よりも遅角側での噴射時期範囲において燃料噴射弁に性状検出噴射を指令することが望ましい。
前述したように、圧縮着火式の内燃機関では、燃料性状の違いによる性状検出値の差は上死点の進角側よりも遅角側の方が大きくなる。そこで、複数回実施する性状噴射のうち少なくとも一部を上死点よりも遅角側で実施することにより、燃料性状を高精度に検出できる。
請求項１２に記載の発明によると、異なる噴射時期で複数回噴射したときの性状検出値の最大値を基準としたときの性状検出値の割合に基づいて燃料性状を検出する。
性状検出値は燃料性状に応じて異なるので、性状検出値の最大値を基準としたときの性状検出値の割合も燃料性状に応じて異なる。そして、性状検出値そのものではなく、最大値に対する性状検出値の割合の方が、検出誤差による影響が低減する。これにより、燃料性状の検出精度が向上する。
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による燃料噴射システムを図１に示す。
（燃料噴射システム１０）
本実施形態の燃料噴射システム１０は、例えば、自動車用の４気筒のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２に燃料を供給するためのものであり、コモンレール２０に燃料を供給する高圧ポンプ１６と、高圧燃料を蓄えるコモンレール２０と、コモンレール２０より供給される高圧燃料をエンジン２の各気筒の燃焼室に噴射する燃料噴射弁３０と、本システムを制御する電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）４０とを備える。燃料噴射システム１０には、高圧ポンプ１６からコモンレール２０に燃料を供給するために、燃料タンク１２から燃料を汲み上げるフィードポンプ１４が備えられている。
燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ１６は、カムシャフトのカムの回転に伴いプランジャが往復移動することにより加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。そして、この高圧ポンプ１６には、吸入行程でフィードポンプ１４から吸入する燃料量を調量するための調量弁１８が設けられている。
コモンレール２０には、内部の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ２２、および、内部の燃料を燃料タンク１２側へ溢流させることで内部の燃料圧力を減圧する減圧弁２４が設けられている。
エンジン２には、運転状態を検出するセンサとして、エンジン回転数ＮＥを検出する回転センサ３２が設置されている。さらに、図示はしていないが、運転状態を検出する他のセンサとして、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセルセンサ、冷却水の温度（以下、「水温」ともいう。）、吸入空気の温度（以下、「吸気温」ともいう。）を検出する吸気温センサ等が燃料噴射システム１０に設けられている。
燃料噴射弁３０は、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルのリフトを制御室の圧力で制御する公知の電磁弁である。
燃料性状検出装置としてのＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。そして、ＥＣＵ４０は、コモンレール２０に設けられた圧力センサ２２、ならびにエンジン２に設けられた回転センサ３２を含む各種センサから検出信号を取り込み、コモンレール圧や燃料噴射弁３０からの燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する。また、ＥＣＵ４０は、運転状態に応じて、メイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等の多段噴射を燃料噴射弁３０に指令する。
ＥＣＵ４０は、エンジン２の運転状態に基づいてコモンレール２０の目標圧力を算出し、圧力センサ２２にて検出されたコモンレール圧が目標圧力となるよう調量弁１８および減圧弁２４を通電制御するコモンレール圧制御を実行するとともに、エンジン２の運転状態に基づき燃料噴射量および燃料噴射時期を算出し、その算出結果に応じて各気筒の燃料噴射弁３０を所定タイミングで所定時間開弁することで各気筒に燃料を噴射供給させる燃料噴射制御を実行する。
燃料噴射制御においてＥＣＵ４０は、メイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等を実施する多段噴射を制御する。
ＥＣＵ４０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶された制御プログラムにより、以下の各手段として機能する。
（検出条件判定手段）
ＥＣＵ４０は、例えば、車両の走行中にアクセルをオフにしたときに燃料噴射がカットされ、エンジン回転数が一定の割合で低下する減速無噴射時であるかを判定し、減速無噴射時であれば、燃料性状を検出するために、燃料噴射弁３０からの性状検出噴射を許可する。減速無噴射時には、エンジン回転数の変動が他の運転状態に比べて小さいので、回転変動量を高精度に検出できる。
減速無噴射時以外にも、エンジン回転数の変動が小さいアイドル運転時を燃料性状の検出条件としてもよい。
さらに、吸気温および水温が低すぎず、かつ高すぎない所定温度範囲であることを燃料性状の検出条件としてもよい。
（噴射指令手段）
ＥＣＵ４０は、燃料性状を検出する条件が成立するときに、燃料性状を検出するための性状検出噴射を燃料噴射弁３０に指令する。性状検出噴射における噴射段数、噴射量、噴射時期は通常の燃料噴射制御とは異なっている。
ここで、図２に示すように、燃料性状の違いにより生じる性状検出値としてのトルクの差は、上死点（ＴＤＣ）２００の進角側よりも遅角側の方が大きい。図２では、燃料性状としてＣＮ４０（セタン価４０）とＣＮ６０（セタン価６０）との違いによるトルク２１０、２１２の差を示している。
ＴＤＣ２００の進角側は筒内温度が高く燃焼安定状態であるから、セタン価が異なっても着火時期が殆ど変わらない。その結果、性状検出噴射によって発生するトルクの大きさはセタン価が異なっても殆ど変わらない。
これに対し、ＴＤＣ２００の遅角側は筒内温度が下がった燃焼不安定状態であるから、セタン価が異なると着火時期が大きく変化する。その結果、性状検出噴射によって発生するトルクの差はセタン価が異なると大きくなる。
したがって、ＥＣＵ４０は、１回の性状検出噴射におけるトルクに基づいて燃料性状を検出する場合は、ＴＤＣ２００よりも遅角側で燃料噴射弁３０に性状検出噴射を指令し、複数回の性状検出噴射におけるトルクに基づいて燃料性状を検出する場合は、ＴＤＣ２００およびＴＤＣ２００よりも遅角側の噴射時期範囲において燃料噴射弁３０に性状検出噴射を指令することが望ましい。このように、性状検出噴射によって発生するトルクの差がセタン価の違いによって大きくなる噴射時期範囲で性状検出噴射を実施することにより、トルクを高精度に検出できる。
尚、燃料性状によっては、例えばセタン価が低い場合には、ＴＤＣ２００よりも進角側においてもセタン価の違いにより着火時期に変化が生じ、発生するトルクの差が大きくなることがある。この場合、ＥＣＵ４０は、１回または複数回に関わらず、ＴＤＣ２００およびＴＤＣ２００よりも進角側で燃料噴射弁３０に性状検出噴射を指令し、性状検出噴射により発生するトルクに基づいて燃料性状を検出できる。したがって、ＥＣＵ４０は、想定される燃料性状の範囲に応じて、性状検出噴射を指令する噴射時期範囲を適宜設定してもよい。
また、ＥＣＵ４０は、基本的には単発の性状検出噴射を燃料噴射弁３０に指令するが、回転変動量を所定の精度以上に検出できるのであれば、性状検出噴射において２段以上の多段噴射を燃料噴射弁３０に指令してもよい。
（回転変動量検出手段）
ＥＣＵ４０は、回転センサが検出するエンジン回転数ＮＥから、性状検出噴射を実施したときの回転変動量ΔＮＥを検出する。
（トルク推定手段）
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数ＮＥと性状検出噴射を実施したときの回転変動量ΔＮＥとに基づき、エンジン２が発生するトルクＴを次式（１）により推定する。式（１）において、ｋは比例定数である。
Ｔ＝ｋ×ＮＥ×ΔＮＥ ・・・（１）
（噴射時期検出手段）
性状検出噴射を実施したときに検出される回転変動量ΔＮＥまたはトルクＴは、燃料性状に応じて異なる。言い換えれば、性状検出噴射を実施したときに所定トルクを発生する噴射時期は、燃料性状に応じて異なる。
そこで、図４に示すように、ＥＣＵ４０は、所定トルク２２０になると推定される付近の噴射時期において、燃料噴射弁３０に性状検出噴射を複数回指令する。そして、ＥＣＵ４０は、性状検出噴射により発生したトルクが所定トルク２２０を跨いで超えるときの噴射時期を検出する。所定トルク２２０を超える噴射時期は、セタン価６０の噴射時期２３０、セタン価４０の噴射時期２３２が示すように、セタン価に応じて異なる。
（燃料性状検出手段）
性状検出噴射を実施したときに検出される回転変動量ΔＮＥまたはトルクＴは、燃料性状に応じて異なる。それ故、ＥＣＵ４０は、性状検出噴射を実施したときに検出される回転変動量ΔＮＥまたはトルクＴをトルクとし、性状検出値に基づいて燃料性状を検出する。
性状検出値としてトルクに基づいて燃料性状を検出する処理について以下に説明する。
（１）所定噴射時期におけるトルク
図３に示すように、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２において実施する性状検出噴射により発生するトルクと、所定トルク２２０とを比較し、現在使用している燃料のセタン価が、例えばＣＮ４０またはＣＮ６０のいずれであるかを検出する。図３では、ＥＣＵ４０は、性状検出噴射により発生するトルクと一つの所定トルク２２０とを比較している。これに対し、ＥＣＵ４０は、性状検出噴射により発生するトルクと複数の所定トルクとを比較し、燃料性状を複数レベルで検出してもよい。
（２）所定トルクにおける噴射時期
ＥＣＵ４０は、図４の所定トルク２２０を跨いで超えるときの噴射時期２３０、２３２を前述した噴射時期検出手段により検出し、検出した噴射時期に基づいてセタン価を検出する。
（３）トルクの傾き
図５に示すように、ＴＤＣ２００およびＴＤＣ２００よりも進角側におけるトルクの差はセタン価が異なっても殆ど変化せず、ＴＤＣ２００よりも遅角側におけるトルクの差はセタン価が異なると大きくなる。したがって、ＴＤＣ２００におけるトルクと、ＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２におけるトルクとを結ぶ直線の傾きは、例えばＣＮ６０における点線、ＣＮ４０における一点鎖線のようにセタン価によって異なる。ＣＮ６０よりもセタン価の小さいＣＮ４０の方が、２点のトルクを結ぶ直線の傾きが大きい。
そこで、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣ２００と、ＴＤＣ２００よりも遅角側とにおいて燃料噴射弁３０に性状検出噴射を指令する。そして、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣ２００とＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２とにおける２点のトルクを結ぶ直線の傾きに基づいて、燃料性状を検出できる。
さらに、２点で検出したトルクの傾きに基づいて燃料性状を検出するので、一点で検出したトルクに基づいて燃料性状を検出する場合に比べ、トルクの検出誤差がセタン価の検出に与える影響が低減する。これにより、燃料性状の検出精度が向上する。
尚、トルクの傾きは、２点を一組として複数組の傾きを検出してもよい。この場合、トルクの検出箇所が増加するので、燃料性状の検出精度がさらに向上すると考えられる。
（４）異なる噴射量におけるトルクの傾き
図６の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、同じセタン価、例えばＣＮ４０、ＣＮ６０のそれぞれにおいて、ＴＤＣ２００とＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２とにおけるトルクとを結ぶ直線の傾きは、噴射量Ｑに応じて変化する。そして、前述したように、各噴射量において、ＴＤＣ２００とＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２とにおける２点のトルクを結ぶ直線の傾きは燃料性状によって異なる。
さらに、ＴＤＣ２００とＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２とにおける２点のトルクを結ぶ直線の傾きを異なる噴射量において検出するので、セタン価の検出精度がさらに向上する。
そこで、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣ２００とＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２とにおいて、燃料噴射弁３０に噴射量の異なる性状検出噴射を指令する。そして、各噴射量において、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣ２００とＴＤＣ２００よりも遅角側の所定噴射時期２０２とにおける２点のトルクを結ぶ直線の傾きを検出し、検出した複数のトルクの傾きに基づいてセタン価を検出する。これにより、セタン価を高精度に検出できる。
（５）トルクの積算値１
性状検出噴射により発生するトルクの変動特性は、図７の（Ａ）のＣＮ６０の変動特性２４０、ＣＮ４０の変動特性２４２が示すように、セタン価に応じて異なる。そして、図７の（Ｂ）に示すように、ＣＮ６０の変動特性２４０の積算値２５０とＣＮ４０の変動特性２４２の積算値２５２とは、セタン価に応じて異なる。図７の（Ｂ）および後述する図８の（Ｂ）においては、積算開始点のトルクを基準として、開始点との差分を積算している。
そこで、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣおよびＴＤＣよりも遅角側の噴射時期において、燃料噴射弁３０に性状検出噴射を複数回指令し、検出したトルクの変動特性の積算値を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、トルクの変動特性の積算値と所定積算値２６０とを比較することにより、セタン価を検出する。
性状検出噴射により発生するトルクはセタン価に応じて異なるので、複数回の性状検出噴射により発生するトルクの変動特性および変動特性の積算値もセタン価に応じて異なる。そして、変動特性の積算値に基づいてセタン価を検出することにより、１点で検出したトルクに基づいてセタン価を検出する場合に比べてトルクの検出誤差の影響が低減する。これにより、セタン価の検出精度が向上する。
（６）トルクの積算値２
図８の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＣＮ６０の変動特性２４０の積算値２５０とＣＮ４０の変動特性２４２の積算値２５２とは、セタン価に応じて異なる。そして、噴射時期の遅角側から進角側に向けて積算値を算出していくときに、積算値が所定積算値２７０を超えるときのＣＮ６０における噴射時期２８０と、ＣＮ４０における２８２とは異なる。尚、図８において、図７と実質的に同一特性には同一符号を付している。
そこで、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣおよびＴＤＣよりも遅角側の噴射時期において、燃料噴射弁３０に性状検出噴射を複数回指令し、検出したトルクの変動特性の積算値を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、トルクの変動特性の積算値が所定積算値２７０を跨いで超えるときの噴射時期を検出することにより、セタン価を検出する。
この場合にも、１点で検出したトルクに基づいてセタン価を検出する場合に比べてトルクの検出誤差の影響が低減する。これにより、セタン価の検出精度が向上する。
（７）トルクの変化率
図９の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＣＮ６０の変動特性２４０の変化率３００とＣＮ４０の変動特性２４２の変化率３０２とは、セタン価に応じて異なる。そして、変化率３００、３０２がピークとなるときの噴射時期３１０、３１２は、セタン価によって異なる。尚、図９において、図７と実質的に同一特性には同一符号を付している。
そこで、ＥＣＵ４０は、ＴＤＣおよびＴＤＣよりも遅角側の噴射時期において、燃料噴射弁３０に性状検出噴射を複数回指令し、検出したトルクの変動特性の変化率を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、算出した変化率がピークとなるときの噴射時期に基づいて、セタン価を検出する。
複数回の性状検出噴射により発生するトルクの変動特性および変動特性の変化率はセタン価に応じて異なる。そして、変動特性の変化率に基づいてセタン価を検出することにより、１点で検出したトルクに基づいてセタン価を検出する場合に比べてトルクの検出誤差の影響が低減する。これにより、セタン価の検出精度が向上する。
（８）割合に基づく燃料性状検出
前述したように、性状検出噴射により発生するトルクは、セタン価に応じて異なる。そこで、異なる噴射時期で性状検出噴射を複数回実施し、そのときの最大トルク値を基準としたときの他のトルクの割合およびトルクの割合の変動特性は、図１０のＣＮ６０の変動特性３２０、ＣＮ４０の変動特性３２２が示すように、セタン価に応じて異なる。
そこで、上記（１）〜（７）における燃料性状の検出処理において、トルクそのままの値ではなく、最大トルク値を基準としたときの他のトルクの割合またはトルクの割合の変動特性を使用して、燃料性状を検出してもよい。
このように、トルクそのものではなく、最大値に対するトルクの割合の方が、トルクの検出誤差による影響が低減する。これにより、セタン価の検出精度が向上する。
（圧力調整手段）
燃料圧力が変化するとトルクも変化する。そして、このときのトルクの変化の仕方は燃料性状によって異なる。したがって、異なる燃料圧力におけるトルクに基づいて燃料性状を検出することができる。そこで、ＥＣＵ４０は、調量弁１８を制御して高圧ポンプ１６からコモンレール２０に供給する燃料量を調整するか、減圧弁２４を制御することにより、コモンレール２０の燃料圧力を調圧する。
（燃焼状態制御手段）
ＥＣＵ４０は、燃料性状検出手段が検出した燃料のセタン価に基づいて、燃料噴射弁３０の噴射量、噴射時期、あるいは、ＥＧＲ処理を行うシステムではＥＧＲ量等を調整することにより、気筒における燃焼状態を制御する。これにより、燃焼騒音の増加およびトルク不足を抑制することができる。
（性状検出ルーチン）
次に、燃料性状としてセタン価を検出する複数の性状検出ルーチンについて図１１〜図１５のフローチャートに基づいて説明する。図１１〜図１５において、「Ｓ」はステップを表している。
（性状検出ルーチン１）
図１１に示すルーチンは、性状検出噴射により発生したと推定される推定トルクと、予め設定した閾値としての所定トルクとを比較してセタン価を検出するルーチンである。
図１１のＳ４００においてＥＣＵ４０は、エンジン運転状態が減速無噴射時であるかを判定する。減速無噴射時でなければ（Ｓ４００：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
減速無噴射時であれば（Ｓ４００：Ｙｅｓ）、Ｓ４０２においてＥＣＵ４０は、吸気温および水温が、低すぎず、かつ高すぎない所定温度範囲であるかを判定する。吸気温および水温が所定温度範囲でなければ（Ｓ４０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
吸気温および水温が所定温度範囲であれば（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、Ｓ４０４においてＥＣＵ４０は、燃料性状を検出するために、燃料噴射弁３０に単発の性状検出噴射を指令する。
Ｓ４０６においてＥＣＵ４０は、単発の性状検出噴射を実施後のエンジン回転数から回転変動量を検出し、式（１）により回転変動量から推定トルクを算出する。
Ｓ４０８においてＥＣＵ４０は、Ｓ４０６において算出した推定トルクと閾値（所定トルク）とを比較し、セタン価を検出する。
（性状検出ルーチン２）
図１２に示すルーチンは、噴射時期の異なる複数回の性状検出噴射により発生したと推定される推定トルクの傾きに基づいてセタン価を検出するルーチンである。
図１２のＳ４１０〜Ｓ４１６は図１１のＳ４００〜Ｓ４０６と同一処理である。
Ｓ４１８においてＥＣＵ４０は、噴射時期を変更して性状検出噴射を所定回数実施したかを判定する。性状検出噴射を実施する所定回数は、トルクの傾きを算出するために２回だけでもよいし、トルクの傾きを複数算出する場合には３回以上実施される。
性状検出噴射を所定回数実施すると（Ｓ４１８：Ｙｅｓ）、Ｓ４２０においてＥＣＵ４０は、所定回数実施した性状検出噴射により発生した推定トルクの傾きを算出する。
Ｓ４２２においてＥＣＵ４０は、Ｓ４２０において算出した推定トルクの傾きと、予め設定した閾値としての傾きとを比較してセタン価を検出する。
（性状検出ルーチン３）
図１３示すルーチンは、噴射時期の異なる複数回の性状検出噴射を異なる噴射量で実施したときに発生したと推定される推定トルクの傾きに基づいてセタン価を検出するルーチンである。
図１３のＳ４３０〜Ｓ４３６は図１２のＳ４１０〜Ｓ４１６と同一処理である。
Ｓ４３８においてＥＣＵ４０は、噴射時期を変更して性状検出噴射を所定回数実施したかを判定する。性状検出噴射を実施する所定回数は、トルクの傾きを算出するために２回だけでもよいし、トルクの傾きを複数算出する場合には３回以上実施される。
性状検出噴射を所定回数実施すると（Ｓ４３８：Ｙｅｓ）、Ｓ４４０においてＥＣＵ４０は、Ｓ４３４〜Ｓ４４０の処理を異なる噴射量で所定回数実施したかを判定する。Ｓ４３４〜Ｓ４４０の処理を異なる噴射量で実施する回数は、２回だけでもよいし、３回以上でもよい。
Ｓ４３４〜Ｓ４４０の処理を異なる噴射量で所定回数実施すると（Ｓ４４０：Ｙｅｓ）、Ｓ４４２においてＥＣＵ４０は、異なる噴射時期で実施した性状検出噴射により発生した複数の推定トルクの傾きを、噴射量毎に算出する。
Ｓ４４４、Ｓ４４６においてＥＣＵ４０は、Ｓ４４２において算出した推定トルクの傾きと、予め設定した閾値としての傾きとを比較する。そしてＳ４４８においてＥＣＵ４０は、Ｓ４４４、Ｓ４４６の比較結果に基づいてセタン価を検出する。
（性状検出ルーチン４）
図１４に示すルーチンは、性状検出噴射を複数回実施して推定したトルクが予め設定した所定トルクを跨ぐときの噴射時期に基づいてセタン価を検出するルーチンである。
図１４のＳ４５０、Ｓ４５２は図１１のＳ４００、Ｓ４０２と同一処理である。
Ｓ４５４においてＥＣＵ４０は、所定トルクが発生すると推定される付近の噴射時期において、燃料噴射弁３０に単発の性状検出噴射を指令する。
Ｓ４５６においてＥＣＵ４０は、単発の性状検出噴射を実施後のエンジン回転数から回転変動量を検出し、式（１）により回転変動量から推定トルクを算出する。
Ｓ４５８においてＥＣＵ４０は、所定トルクが発生すると推定される付近の異なる噴射時期で性状検出噴射を所定回数実施したかを判定する。
異なる噴射時期で性状検出噴射を所定回数実施すると（Ｓ４５８：Ｙｅｓ）、Ｓ４６０においてＥＣＵ４０は、Ｓ４５６で算出した複数の推定トルクに基づき、推定トルクが閾値である所定トルクを跨ぐ噴射時期を算出する。
Ｓ４６２においてＥＣＵ４０は、Ｓ４６０で算出した噴射時期と、予め設定した閾値としての所定噴射時期とを比較し、セタン価を検出する。
（性状検出ルーチン５）
図１５に示すルーチンは、噴射時期の異なる複数回の性状検出噴射により発生したと推定される推定トルクの変動特性の積算値または変化率に基づいてセタン価を検出するルーチンである。
図１５のＳ４７０、Ｓ４７２は図１１のＳ４００、Ｓ４０２と同一処理である。
Ｓ４７４においてＥＣＵ４０は、積算値または変化率を算出するために予め設定した噴射時期において、燃料噴射弁３０に性状検出噴射を指令する。
Ｓ４７６においてＥＣＵ４０は、単発の性状検出噴射を実施後のエンジン回転数から回転変動量を検出し、式（１）により回転変動量から推定トルクを算出する。
Ｓ４７８においてＥＣＵ４０は、積算値または変化率を算出するために予め設定した複数の異なる噴射時期において性状検出噴射を実施したかを判定する。
性状検出噴射を所定回数実施すると（Ｓ４７８：Ｙｅｓ）、Ｓ４８０においてＥＣＵ４０は、所定回数実施した性状検出噴射により発生した推定トルクの変動特性の積算値または変化率を算出する。
Ｓ４８２においてＥＣＵ４０は、Ｓ４８０で算出した積算値または変化率と予め設定した閾値とを比較し、セタン価を検出する。
上記性状検出ルーチン１〜性状検出ルーチン５では、セタン価を検出するまでの処理を説明した。セタン価を検出した後、ＥＣＵ４０は、検出した燃料のセタン価に基づいて、燃料噴射弁３０の噴射量、噴射時期、あるいは、ＥＧＲ処理を行うシステムではＥＧＲ量等を調整することにより、気筒における燃焼状態を制御する。
以上説明したように、燃料性状検出装置としてのＥＣＵ４０は、回転変動量、または回転変動量に基づいて検出されるトルクに基づいて、燃料性状として例えばセタン価を検出する。回転変動量はエンジン回転数を検出する回転センサの検出信号に基づいて検出できる。そして、回転センサは、内燃機関の運転状態を制御するために基本的に設置されているセンサであるから、燃料性状を検出するために新たにセンサを設置することなく、既存のセンサの検出信号に基づいて燃料性状を検出できる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、燃料性状としてセタン価を検出する例について説明した。セタン価以外にも、内燃機関において燃焼状態が異なり、その結果回転変動量が変化するのであれば、回転変動量、または回転変動量に基づいて検出されるトルクに基づいて、他の燃料性状を検出してもよい。
また、燃料性状の違いにより回転変動量が変化するのであれば、ディーゼルエンジンに限らず、他の形式の内燃機関または燃料においても、回転変動量、または回転変動量に基づいて検出されるトルクに基づいて燃料性状を検出してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。 燃料性状の違いにより異なるトルクの変動特性を示す特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 燃料性状の検出を説明する特性図。 性状検出ルーチン１を示すフローチャート。 性状検出ルーチン２を示すフローチャート。 性状検出ルーチン３を示すフローチャート。 性状検出ルーチン４を示すフローチャート。 性状検出ルーチン５を示すフローチャート。
符号の説明
２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１０：燃料噴射システム、１６：高圧ポンプ（燃料供給ポンプ）、２０：コモンレール、３０：燃料噴射弁、４０：ＥＣＵ（燃料性状検出装置、噴射指令手段、回転変動量検出手段、燃料性状検出手段、トルク推定手段、検出条件判定手段、圧力調整手段、噴射時期検出手段、燃焼状態制御手段）

Claims (13)

  1. 内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁に燃料性状を検出する性状検出噴射を指令する噴射指令手段と、
    前記性状検出噴射により生じる前記内燃機関の回転変動量を検出する回転変動量検出手段と、
    前記回転変動量を性状検出値とし、前記性状検出値に基づいて前記燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、
    を備えることを特徴とする燃料性状検出装置。
  2. 内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁に燃料性状を検出する性状検出噴射を指令する噴射指令手段と、
    前記性状検出噴射により生じる前記内燃機関の回転変動量を検出する回転変動量検出手段と、
    前記回転変動量に基づいて前記内燃機関が発生するトルクを推定するトルク推定手段と、
    前記トルク推定手段により推定された前記トルクを性状検出値とし、前記性状検出値に基づいて前記燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、
    を備えることを特徴とする燃料性状検出装置。
  3. 前記燃料噴射弁による前記性状検出噴射を減速無噴射時に許可する検出条件判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状検出装置。
  4. 前記内燃機関は圧縮着火式であり、
    前記噴射指令手段は、上死点よりも遅角側で前記燃料噴射弁に前記性状検出噴射を指令し、
    前記燃料性状検出手段は、前記性状検出値と所定値とを比較することにより前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  5. 前記噴射指令手段が前記燃料噴射弁に前記性状検出噴射を指令するときに前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を調整する圧力調整手段をさらに備え、
    前記燃料性状検出手段は、前記圧力調整手段により異なる圧力に調整された複数の前記燃料圧力における前記性状検出値に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  6. 所定の噴射時期における前記性状検出値と、前記燃料性状の違いによる前記性状検出値の差が前記所定の噴射時期よりも大きく前記所定の噴射時期よりも遅角側の噴射時期における前記性状検出値との２点間の傾きに基づいて、前記燃料性状検出手段は前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  7. 前記噴射指令手段は、前記所定の噴射時期と前記遅角側の噴射時期とにおいて、各回の噴射量が異なる複数回の前記性状検出噴射を前記燃料噴射弁に指令し、
    前記燃料性状検出手段は、前記異なる噴射量に応じた前記２点間の複数の傾きに基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項６に記載の燃料性状検出装置。
  8. 前記燃料性状検出手段は、異なる噴射時期で複数回噴射したときの前記性状検出値の変動特性の積算値に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  9. 前記燃料性状検出手段は、異なる噴射時期で複数回噴射したときの前記性状検出値の変動特性の変化率に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  10. 前記噴射指令手段は、所定の前記性状検出値になると推定される付近の噴射時期において前記燃料噴射弁に前記性状検出噴射を複数回指令し、
    前記性状検出噴射により生じた前記性状検出値に基づいて所定の前記性状検出値になる噴射時期を推定する噴射時期検出手段をさらに備え、
    前記燃料性状検出手段は、前記噴射時期検出手段が検出した前記噴射時期に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  11. 前記内燃機関は圧縮着火式であり、
    前記噴射指令手段は、上死点および前記上死点よりも遅角側の噴射時期範囲において前記燃料噴射弁に前記性状検出噴射を指令することを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  12. 前記燃料性状検出手段は、異なる噴射時期で複数回噴射したときの前記性状検出値の最大値を基準としたときの前記性状検出値の割合に基づいて前記燃料性状を検出することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置。
  13. 燃料を加圧し圧送する燃料供給ポンプと、
    前記燃料供給ポンプが圧送する燃料を蓄圧するコモンレールと、
    前記コモンレールが蓄圧している燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の燃料性状検出装置と、
    を備えることを特徴とする燃料噴射システム。
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