JP2010209741A - セタン価検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンの燃料のセタン価を、ディーゼルエンジンの運転中に効率よく高い精度で検出することができ、耐失火性を向上させることができるセタン価検出装置を提供すること。
【解決手段】燃圧設定手段１２１と、エンジン回転数検出手段１２２と、運転状態判定手段１２３と、運転状態判定手段１２３によりエンジンの運転状態が減速運転状態であると判定されたとき、複数の異なった設定レール圧毎に、シリンダ２１ａ内に燃料が噴射され、各噴射の直後に噴射直後エンジン回転数がそれぞれ検出され、複数の燃圧と複数の噴射直後エンジン回転数との関係を表す燃圧・回転数特性を検出結果に基づいて算出する特性算出手段１２４と、セタン価マップ記憶手段１２５と、特性算出手段１２４により算出された燃圧・回転数特性と、セタン価マップとに基づいて、燃料のセタン価を算出するセタン価算出手段１２６とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽油のセタン価を検出するセタン価検出装置に関する。

一般に、軽油のディーゼルエンジンにおける着火性や耐失火性を表す数値として、セタン価が使用されている。このセタン価は、軽油のディーゼルエンジン内での自己着火のし易さを表している。このセタン価が高いと燃焼室内で自己着火し易く、ディーゼルノックが起こりにくくなり耐失火性が向上する。他方、セタン価が低いと燃焼室内で自己着火し難く、ディーゼルノックが起こり易くなり耐失火性が低下する。
したがって、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射を適正に制御するためには、実際に使用する軽油のセタン価を的確に把握し、実際のセタン価に応じた燃料噴射制御を実行する必要がある。

しかしながら、世界各国で使用されている軽油のセタン価は、必ずしも均一ではなく、精製メーカによりばらつきがあり、燃料タンク内に給油され、実際に使用する軽油のセタン価にばらつきができてしまう。この状態で、燃料噴射制御が実行されると、燃焼効率が低下したり、ディーゼルノックが発生してしまうおそれがある。そのため、燃料タンク内の軽油のセタン価を正確に把握する必要があり、例えば、セタン価を精度よく検出するセタン価検出装置などの検出手段が必要となっている。

従来、この種のセタン価検出装置として、ディーゼルエンジンに使用している燃料の比重を検出する比重検出手段を備え、この比重検出手段により検出された比重に基づいてセタン価などの燃料性状を検出する燃料性状検出手段を含んで構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料性状検出手段は、具体的には、吸入空気量算出手段と、燃料噴射量算出手段と、実空燃比算出手段と、セタン価を検出するのに適した条件か否かを判定する検出条件判定手段と、実燃料供給重量算出手段と、実比重算出手段と、標準比重算出手段と、比重算出手段と、セタン価算出手段と、エアフロメータと、燃料温度センサと、エンジン回転数センサと、空燃比センサとを含んで構成されている。

このセタン価検出装置においては、まず、コントロールユニットが、エアフロメータにより検出された吸入空気量と、予めＲＯＭに記憶された所定の吸入空気量のテーブルを参照して吸入空気量算出手段により吸入空気量を求める。次いで、予めＲＯＭに記憶されている各噴射量マップを参照して、燃料噴射量算出手段によりエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される主燃料噴射量とパイロット燃料噴射量とからなる燃料噴射量を求める。

次いで、空燃比センサにより検出された空燃比と、予めＲＯＭに記憶された実空燃比のテーブルから実空燃比算出手段により実空燃比を求める。次いで、セタン価を検出するのに適した条件か否かを、検出条件判定手段により排気還流が停止しているか否かに基づいて判定する。次いで、求めた吸入空気量および実空燃比に基づいて実燃料供給重量算出手段により実燃料供給重量を求め、求めた実燃料供給重量と、求めた燃料噴射量とに基づいて実比重算出手段により燃料の実比重を求める。次いで、求めた実比重と燃料の温度とから標準比重算出手段により標準比重を求め、予めＲＯＭに記憶された標準比重マップを参照して比重算出手段により燃料の比重を求める。
最終的に、求めた燃料の比重と、セタン価の標準比重とのテーブルを参照して、セタン価算出手段により実際に使用する燃料のセタン価を求めるようにしている。

特開２００５−４８７０３号公報

しかしながら、従来のセタン価検出装置においては、最終的なセタン価を求めるまでに、吸入空気量、燃料噴射量、実空燃比、実燃料供給重量、燃料の実比重、標準比重、燃料の比重をそれぞれ順次算出するようにしているので、算出処理の効率が低下するとともに、それぞれの算出処理に誤差が入り込む余地があり、最終的に求められたセタン価の精度が低下し、耐失火性が低下してしまうおそれがあった。

本発明は、前述の従来の問題を解決するためになされたもので、ディーゼルエンジンの燃料のセタン価を、ディーゼルエンジンの運転中に効率よく高い精度で検出することができ、ディーゼルエンジンの耐失火性を向上させることができるセタン価検出装置を提供することを課題とする。

本発明に係るセタン価検出装置は、上記の課題を解決するため、（１）エンジンのインジェクタから燃焼室内に噴射される燃料の圧力を表す燃圧を設定する燃圧設定手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンの運転状態が減速運転状態であるか否かを判定する運転状態判定手段と、前記運転状態判定手段により前記エンジンの運転状態が減速運転状態であると判定されたとき、前記燃圧設定手段により設定された複数の異なった設定燃圧毎に、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料が噴射され、前記各噴射の直後に前記エンジン回転数検出手段により噴射直後エンジン回転数がそれぞれ検出され、前記複数の異なった前記設定燃圧と、前記噴射毎にそれぞれ検出された複数の前記噴射直後エンジン回転数との関係を表す燃圧・回転数特性を算出する特性算出手段と、予め設定された前記燃圧・回転数特性と前記燃料のセタン価との関係を表すセタン価マップを記憶するセタン価マップ記憶手段と、前記特性算出手段により算出された前記燃圧・回転数特性と、前記セタン価マップ記憶手段に記憶された前記セタン価マップとに基づいて、前記燃料のセタン価を算出するセタン価算出手段とを備えたものによって構成されている。

この構成により、本発明に係るセタン価検出装置は、エンジンの運転状態が減速運転状態であるときにセタン価が検出されるので、エンジンを停止する必要がなく迅速にセタン価を検出することができる。また、従来のエンジンに新たなセンサなどの検出手段を加えることなく、従来のエンジンの構成で燃料のセタン価が簡単に検出される。
また、設定燃圧での噴射に対するエンジンの噴射直後エンジン回転数の検出が、複数回繰り返されて実行され、検出された複数の噴射直後エンジン回転数に基づいて、設定燃圧と、噴射直後エンジン回転数とが算出されるので、単一回数の検出と比べセタン価が著しく高精度で検出される。

また、この検出されたセタン価が、高精度でエンジンの稼動中にリアルタイムで得られるので、このセタン価の情報に基づいて、運転状態に応じた適正な燃料噴射制御がなされる。
従来のセタン価検出装置において、生ずるおそれがあった燃料の自己着火遅れによる失火のおそれが解消される。すなわち、燃料の耐失火性が著しく向上し、ディーゼルノックのおそれも解消され、燃焼効率が向上し燃費が向上する。

本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃料のセタン価を、ディーゼルエンジンの運転中に効率よく高い精度で検出することができ、ディーゼルエンジンの耐失火性を向上させることができるセタン価検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るセタン価検出装置が適用されるディーゼルエンジンの構成図である。 本発明の実施形態に係るセタン価検出装置が適用されるディーゼルエンジンのＥＣＵの構成図である。 本発明の実施形態に係るセタン価検出装置におけるエンジン回転数とレール圧との関係を表す一次近似直線の傾きを示すグラフである。 本発明の実施形態に係るセタン価検出装置が適用されるディーゼルエンジンの燃焼室圧の単位クランク角当たりの圧力の変化率とクランク角との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るセタン価検出装置が適用されるディーゼルエンジンにおけるエンジン回転数と経過時間との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るセタン価検出装置における一次近似直線の傾きとセタン価の相関関係を示すセタン価マップである。 本発明の実施形態に係るセタン価検出装置におけるセタン価の検出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係るセタン価検出装置およびセタン価検出装置が適用されるディーゼルエンジンについて、図面を参照して説明する。

まず、構成について図１および図２を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るセタン価検出装置２０は、車両に搭載されたディーゼルエンジン１に適用されており、ディーゼルエンジン１の説明を通じてセタン価検出装置２０をも説明する。

このディーゼルエンジン１は、軽油を燃料とするもので、その種類に制限はなく、例えば、適宜選択された単気筒または複数気筒を有するディーゼルエンジンからなる。

具体的には、図１に示すように、ディーゼルエンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に燃料を供給する燃料供給装置３と、吸気管４と、吸気管４に設けられたエアクリーナ５と、インタークーラ６と、スロットルバルブ７と、排気管８と、エンジン本体２から排出される排気ガスの一部を吸気管４内に還流させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置９と、排気管８に設けられ排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）１１と、ターボチャージャ１２と、セタン価検出装置２０と、このセタン価検出装置２０の一部を含んで構成されるとともに、ディーゼルエンジン１を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０と、を含んで構成されている。

エンジン本体２は、燃焼室としてのシリンダ２１と、吸気装置２２と、排気装置２３と、インジェクタ２４と、コモンレール２５と、排気装置２３内に燃料を噴射する排気用インジェクタ２６とを含んで構成されている。

シリンダ２１は、４個のシリンダ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄから構成されており、シリンダ２１ａ〜２１ｄには、それぞれ図示しない吸気ポートを介して吸気装置２２が接続されるとともに、それぞれ図示しない排気ポートを介して排気装置２３が接続されている。

吸気装置２２は、吸気通路を有するとともに、一端部で４個に分岐された分岐部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有している。また、吸気装置２２は、他方端部で吸気管４に連結され、分岐部２２ａ〜２２ｄの各端部でエンジン本体２の各吸気ポートに連結されている。
吸気装置２２においては、吸気管４から供給された空気が分岐部２２ａ〜２２ｄおよび各吸気ポートを介してシリンダ２１ａ〜２１ｄ内に供給されるようになっている。

排気装置２３は、一方端部で４個に分岐された分岐部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを有するとともに、分岐部２３ａ〜２３ｄの一端がエンジン本体２の各排気ポートに連結されている。また、排気装置２３は、他方端部で分岐部２３ａ〜２３ｄが集合するとともにターボチャージャ１２に連結される集合管２３ｅを有している。集合管２３ｅには、ＥＧＲ装置９が接続されており、シリンダ２１ａ〜２１ｄから排出される排気ガスの一部がＥＧＲ装置９に流入するようになっている。

インジェクタ２４は、４個のインジェクタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから構成され、それぞれ燃料噴射ノズルを有してシリンダ２１ａ〜２１ｄに設けられており、燃料噴射ノズルからシリンダ２１ａ〜２１ｄ内に燃料を噴射して霧状にするようになっている。この燃料噴射により、シリンダ２１ａ〜２１ｄ内に吸入され圧縮されて高温となった空気と噴射された空気とが混合するとともに、自己着火して爆発膨張するようになっている。
この燃料の噴射は、例えば、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、ポスト噴射など、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じて順次行われ、適宜選択されたこれらの複数の噴射が所定の割合、すなわち所定の噴射量で行われる。

コモンレール２５は、燃料供給装置３から供給された高圧の燃料を蓄圧する図示しない蓄圧部を有し、インジェクタ２４ａ〜２４ｄに連結されており、蓄圧部を介してインジェクタ２４ａ〜２４ｄに高圧の燃料を配給するようになっている。
排気用インジェクタ２６は、インジェクタ２４と同様に燃料噴射ノズルを有し、集合管２３ｅ内に設けられており、集合管２３ｅの排気通路内に燃料を噴射して排気ガスに燃料を添加するようになっている。

燃料供給装置３は、燃料タンク３１と、燃料ポンプ３２と、燃料タンク３１と燃料ポンプ３２とを連結する低圧燃料パイプ３３と、低圧燃料パイプ３３に設けられインジェクタ２４の燃料噴射によって燃料経路に発生する圧力脈動を抑制するパルセーションダンパ３４と、燃料ポンプ３２とコモンレール２５とを連結する高圧燃料パイプ３５と、高圧燃料パイプ３５に設けられ高圧燃料パイプ３５からコモンレール２５に向かう燃料の流れを許容し、コモンレール２５から高圧燃料パイプ３５に向かう燃料の流れを規制するチェックバルブ３６と、コモンレール２５に畜圧された高圧の燃料の一部を燃料タンク３１に還流させるリターンパイプ３７と、燃料タンク３１と排気用インジェクタ２６とを連結する排気インジェクタ用燃料パイプ３８とを含んで構成されている。

吸気管４は、図示しない吸気口から吸入した新気を吸気装置２２に導入する配管からなり、吸気通路を有しており、ターボチャージャ１２に連結され吸気通路内の新気がターボチャージャ１２を経由して吸気装置２２に導入されるようになっている。また、吸気通路内の新気は、吸気管４に設けられたエアクリーナ５により浄化され、さらに吸気管４に設けられたインタークーラ６により冷却されて密度が高められるようになっている。

スロットルバルブ７は、例えば、バタフライバルブなどの絞り弁からなり、ＥＣＵ３０の指令によりインタークーラ６を通過した新気のエンジン内部への流入量を調整するよう構成されている。

排気管８は、排気装置２３の集合管２３ｅから排出される排気ガスを大気に放出させる配管からなり、排気通路が形成されており、一端が集合管２３ｅに連結されている。この排気管８には、ＤＰＦ１１が設けられている。また、排気管８には、ＤＰＦ１１の下流側に図示しないマフラーなどの消音装置が設けられている。

ＥＧＲ装置９は、ＥＧＲ管４１と、ＥＧＲバルブ４２と、ＥＧＲクーラ４３とを含んで構成されており、排気装置２３の排気通路内の排気ガスを吸気装置２２の吸気通路内に還流させるようになっている。

ＥＧＲ管４１は、ＥＧＲ通路を有しており、ＥＧＲ管４１の吸気装置２２側には、ＥＧＲバルブ４２が設けられ、ＥＧＲ管４１の排気装置２３側には、ＥＧＲクーラ４３が設けられている。ＥＧＲバルブ４２は、その開度がＥＣＵ３０により制御され、吸気通路内に還流される排気ガスの量が調整され、所定の外部ＥＧＲ率が得られるようになっている。また、ＥＧＲクーラ４３により、還流される排気ガスの温度が下げられ、その密度が高められるようになっている。

ＤＰＦ１１は、例えば、コージェライトなどのセラミックやアルミナなどの金属酸化物で形成された触媒担持体からなり、排気ガスを通過させるよう軸線方向に貫通する複数の空間が形成されたハニカムで構成されている公知のものである。このハニカム内を通過する排気ガス中のＰＭやアッシュなどの粒子状物質を捕集するとともに、このハニカムの内表面には、白金、パラジウム、ロジウムなどの排気ガス成分を浄化する活性金属からなる還元触媒が担持されており、ハニカム内を流通する排気ガスの化学反応が促進されるようになっている。

ターボチャージャ１２は、排気タービン部１２ｔと、コンプレッサ部１２ｃと、排気タービン部１２ｔとコンプレッサ部１２ｃとを連結するシャフト１２ｓと、排気タービン部１２ｔおよびコンプレッサ部１２ｃを支持しシャフト１２ｓを回転可能に支持する図示しないベアリングハウジング部とを含んで構成されている。

このターボチャージャ１２は、排気タービン部１２ｔに排気管８が連結され、排気ガスが排気タービン部１２ｔに流入するとともに、下流側に連結された排気管８に排出されるようになっている。また、コンプレッサ部１２ｃには、吸気管４が連結され、エアクリーナ５を流通して浄化された吸入空気がコンプレッサ部１２ｃに流入するとともに、コンプレッサ部１２ｃの下流側に連結された吸気管４に過給された吸入空気が排出されるようになっている。

図２に示すように、セタン価検出装置２０は、燃圧設定手段１２１と、エンジン回転数検出手段１２２と、運転状態判定手段１２３と、特性算出手段１２４と、セタン価マップ記憶手段１２５と、セタン価算出手段１２６と、燃料噴射制御手段１２７と、車速算出手段１２８とを含んで構成されている。これらの各手段は、ＥＣＵ３０の一部をも構成している。

燃圧設定手段１２１は、ディーゼルエンジン１のインジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に噴射される燃料のレール圧（ＭＰａ）を複数設定するよう構成されており、設定された複数の設定レール圧（ＭＰａ）毎に、燃料噴射制御手段１２７によりインジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に燃料が噴射されるようになっている。

この場合、燃料は、インジェクタ２４ａ以外のインジェクタ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから、同時にそれぞれシリンダ２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに噴射するようにしてもよいが、効率的に処理するためインジェクタ２４ａ〜２４ｄ内の定められたいずれか１のインジェクタからシリンダ２１ａ〜２１ｄ内の定められたいずれか１のシリンダに前述の設定燃圧で噴射されることが好ましい。また、複数の設定レール圧（ＭＰａ）での、燃料噴射制御手段１２７による燃料の噴射の間隔（ｍｓｅｃ）は、ディーゼルエンジン１の種類、構造、形状などのエンジンの諸元に基づいて適宜選択される。

ここでいうレール圧（ＭＰａ）とは、ディーゼルエンジン１のインジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に噴射される燃料の圧力（ＭＰａ）を表し、本発明の燃圧（ＭＰａ）を構成しており、設定レール圧（ＭＰａ）とは、本発明の燃圧設定手段により設定された設定燃圧（ＭＰａ）を意味している。

また、設定されたレール圧（ＭＰａ）は、適宜レール圧センサ５７により検出され、燃圧設定手段１２１にフィードバックされて、適正な値が確保されるようになっている。
このレール圧センサ５７は、例えば、コモンレール２５に設けられた図示しない回路基板上に圧電素子からなるセンサ検出部を備えた半導体圧力センサからなり、コモンレール２５内に蓄圧された燃料噴射圧力に相当するレール圧に応じて検出された電圧信号を出力するようになっている。

エンジン回転数検出手段１２２は、クランクポジションセンサ５３を含んで構成されており、クランクポジションセンサ５３により検出され出力された信号に基づいてディーゼルエンジン１の回転数を検出するようになっている。

このクランクポジションセンサ５３は、例えば、図示しない電磁ピックアップセンサと、クランクシャフトに固定されたタイミングロータとを含んで構成されており、エンジン本体２の図示しないエンジンブロックに固定されている。このクランクポジションセンサ５３は、クランク位置、クランク角速度などのクランク回転信号を検出し、検出された信号は、ＥＣＵ３０の入力ポート１３４に入力されるようになっている。

運転状態判定手段１２３は、燃料噴射制御手段１２７により得られる燃料噴射情報、車速算出手段１２８により得られる車速情報などの減速運転状態に関する情報に基づいて、ディーゼルエンジン１の運転状態が減速運転状態であるか否かを判定するよう構成されている。

具体的には、減速運転状態であるか否かの判定基準として、車速算出手段１２８によって算出された車速（ｋｍ／ｈ）が基準車速（ｋｍ／ｈ）以下になったこと、燃料噴射制御手段１２７により得られる燃料噴射量が基準量以下になったこと、アクセル開度センサ５４から得られたアクセル開度（％）が基準開度以下になったことが挙げられる。運転状態判定手段１２３は、このような判定基準によりディーゼルエンジン１が減速運転状態であると判定することができる。アクセル開度センサ５４は、例えば、図示しないアクセルペダルに設けられ、ホール素子からなり、アクセルぺダルの踏み込み量に応じて直線的に変化する磁界の強さを電気信号として出力するようになっている。

また、減速運転状態に関する情報としては、エンジン回転数検出手段１２２により得られるエンジン回転数（ｒｐｍ）、エアフロメータ５１により得られた吸入空気量（ｇ／ｒｅｖ）などの情報が挙げられる。なお、ｇは、質量を表し、ｒｅｖは、クランク角３６０度、すなわちクランクシャフトの１回転を表している。

また、減速運転状態に関する情報としては、図示しない圧力センサから得られる吸入空気圧（ｋＰａ）やオイル圧力（ｋＰａ）、スロットル開度センサ５５から得られるスロットル開度（ｄｅｇ）、図示しない水温センサから得られる冷却水温（℃）、図示しない油温センサから得られる潤滑油温（℃）などの情報が挙げられる。運転状態判定手段１２３は、これらの減速運転状態に関する情報に基づいて、減速運転状態であるか否かを判定するようにしてもよい。

エアフロメータ５１は、例えば、ホットワイヤ式エアフロメータからなり、吸気温度計測用の抵抗と、加熱抵抗とによりブリッジ回路が構成されており、吸入空気量が変化したときにはブリッジ回路により、吸気温度計測用の抵抗と、加熱抵抗との温度差を常に一定に保つよう加熱抵抗への供給電力をフィードバック制御するよう構成されている。この供給電力が電圧に変換されて出力されるようになっており、出力信号により、ＥＣＵ３０が、予め設定されたエアフロメータの電圧と吸入空気の流量との関係から吸入空気量を算出するよう構成されている。

スロットル開度センサ５５は、例えば、図示しないスロットルバルブに設けられ、ホール素子からなり、スロットルバルブ７の開度に応じて変化する磁界の強さを電気信号として出力するようになっている。

特性算出手段１２４は、ディーゼルエンジン１の燃圧・回転数特性を算出するよう構成されており、この燃圧・回転数特性は、複数の異なった設定レール圧（ＭＰａ）と、燃料の噴射毎にそれぞれ検出された複数の噴射直後エンジン回転数（ｒｐｍ）との関係を表している。
具体的には、特性算出手段１２４は、運転状態判定手段１２３によりディーゼルエンジン１の運転状態が減速運転状態であると判定されたときに燃圧・回転数特性の算出を実行するようになっている。

このとき、燃圧設定手段１２１により複数の異なった設定レール圧（ＭＰａ）、例えば、Ｐ１（ＭＰａ）、Ｐ２（ＭＰａ）およびＰ３（ＭＰａ）が設定され、設定された設定レール圧（ＭＰａ）毎に、インジェクタ２４ａから燃焼室としてのシリンダ２１ａ内に燃料が噴射される。

この噴射は、ディーゼルエンジン１の減速無噴射時の一定量噴射で行われ、前述のパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、ポスト噴射などのいずれかの噴射タイミングで実行される。この場合、減速無噴射時の一定量噴射は、例えば、メイン噴射のタイミングで実行される。この一定量（ｍｍ^３／ｓｅｃ）は、ディーゼルエンジン１の種類、構造、形状などのエンジンの諸元に基づいて適宜選択されるが、例えば、１（ｍｍ^３／ｓｅｃ）〜５（ｍｍ^３／ｓｅｃ）程度のものである。

そして、設定レール圧Ｐ１で燃料が噴射された直後にエンジン回転数検出手段１２２により噴射直後エンジン回転数（ｒｐｍ）Ｎｅ１が検出され、設定レール圧Ｐ２で燃料が噴射された直後にエンジン回転数検出手段１２２により噴射直後エンジン回転数（ｒｐｍ）Ｎｅ２が検出され、設定レール圧Ｐ３で燃料が噴射された直後にエンジン回転数検出手段１２２により噴射直後エンジン回転数（ｒｐｍ）Ｎｅ３が検出される。

燃圧・回転数特性は、図３に示すように、設定レール圧Ｐと噴射直後エンジン回転数Ｎｅとにより求まる一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）で表される。
具体的には、セタン価が低い燃料の場合、設定レール圧Ｐ１と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ１とにより点ＳＬ１が表され、設定レール圧Ｐ２と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ２とにより点ＳＬ２が表され、設定レール圧Ｐ３と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ３とにより点ＳＬ３が表される。そして、点ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３の近傍を通る線Ｓｌｏｗと、基準線ＫＬとのなす角θＬが得られ、線Ｓｌｏｗとなす角θＬとにより、低セタン価の一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）が得られる。

セタン価が高い燃料の場合も、セタン価が低い燃料の場合と同様、設定レール圧Ｐ１と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ１とにより点ＳＨ１が表され、設定レール圧Ｐ２と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ２とにより点ＳＨ２が表され、設定レール圧Ｐ３と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ３とにより点ＳＨ３が表される。そして、点ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３の近傍を通る線Ｓｈｉｇｈと、基準線ＫＬとのなす角θＨが得られ、線Ｓｈｉｇｈとなす角θＨとにより、高セタン価の一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）が得られる。

このように、セタン価が高い燃料の場合とセタン価が低い燃料の場合における、一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）の違いができる作用について説明する。

図４には、横軸にクランク角θ（ｄｅｇ）が表され、縦軸に燃焼室としてのシリンダ２１ａ内の圧力（ＭＰａ）の単位クランク角θ（ｄｅｇ）当たりの変化率（ｄＰ／ｄθ）が表されている。また、ディーゼルエンジン１を燃料の無噴射で稼動したモータリング時の曲線が実線で表され、セタン価が高い燃料を噴射してディーゼルエンジン１を稼動した時の曲線が二点鎖線で表され、セタン価が低い燃料を噴射してディーゼルエンジン１を稼動した時の曲線が破線で表されている。

この場合、Ａ部分、すなわちディーゼルエンジン１の図示しないピストンがシリンダ２１ａ内の下死点側にある燃焼後半において、破線で示される低セタン価の燃料の場合、二点鎖線で示される高セタン価の燃料の場合よりも、シリンダ２１ａ内の圧力の変化率（ｄＰ／ｄθ）が低下している。変化率が低下していると、ディーゼルエンジン１から出力されるトルク（Ｎ・ｍ）が低下することになる。

シリンダ２１ａ内の圧力の変化率（ｄＰ／ｄθ）は、シリンダ２１ａ内に露出する燃焼室内圧力センサ５６により検出される燃焼室圧Ｐ（ＭＰａ）と、クランクポジションセンサ５３により検出されるクランク角θ（ｄｅｇ）とに基づいて算出することができる。このことにより、クランク角θ（ｄｅｇ）というディーゼルエンジン１の回転情報により、高セタン価の燃料と低セタン価の燃料との差異を検出することができる。

図２に戻り、燃焼室内圧力センサ５６は、例えば、回路基板上に圧電素子からなるセンサ検出部を備えた半導体圧力センサからなり、図示しないシリンダブロックに設けられ、シリンダ２１ａの燃焼室圧Ｐ（ＭＰａ）に応じて検出された電圧信号を出力するようになっている。

また、図５に示すように、一定量の燃料の噴射とエンジン回転数（ｒｐｍ）と経過時間（ｍｓｅｃ）との関係に基づいて、高セタン価の燃料と低セタン価の燃料との差異を検出することができ、この関係から、図３に示す前述の燃圧・回転数特性が得られる。

図５には、横軸にディーゼルエンジン１のシリンダ２１ａ内に一定量の燃料が噴射された後の経過時間（ｍｓｅｃ）が表され、縦軸にエンジン回転数検出手段１２２により検出されたディーゼルエンジン１のエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が表されている。

このシリンダ２１ａ内に一定量の燃料が噴射されると、高セタン価の燃料の場合、自己着火性が良好であり、燃焼伝播が早くなって、破線の曲線で表されるように、一旦エンジン回転数Ｎｅは大きく上昇し緩やかに下降していくことが分かる。他方、低セタン価の燃料の場合、自己着火性が良好とはいえず、燃焼伝播が遅くなって、実線の曲線で表されるように、エンジン回転数Ｎｅの上昇は小さく、その後高セタン価の燃料の場合と同様に緩やかに下降していくことが分かる。

このような関係から、ディーゼルエンジン１の稼動中に一定量の燃料をシリンダ２１ａ内に噴射すると、高セタン価の燃料の場合と低セタン価の燃料の場合とで、エンジン回転数の変化の状態が異なることが分かる。

この関係から、図３に示す前述の燃圧・回転数特性が得られる。特性算出手段１２４における前述の設定レール圧Ｐ１〜Ｐ３と噴射直後エンジン回転数Ｎｅ１〜Ｎｅ３の場合、噴射直後エンジン回転数は、燃料噴射制御手段１２７により燃料が噴射され、エンジン回転数がピーク値に到達した以降のエンジン回転数であることが好ましい。エンジン回転数がピーク値に到達する前の段階では、エンジン回転数が上昇途中にあり、検出精度が低下するおそれがある。また、エンジン回転数がピーク値に到達した以降、できる限り早い時期に検出されたものであることが好ましい。遅い時期であると、エンジン回転数に影響する他の要素が入り込むおそれがある。

なお、この設定レール圧（ＭＰａ）の個数は、例えば、Ｐ１〜Ｐ３の３個からＰ１〜Ｐ１０の１０個までの範囲で選択されることが好ましい。設定レール圧（ＭＰａ）が、３個未満であると、得られた数値の精度が低下するおそれがあり、１０個を超えると、セタン価算出処理の効率が低下するおそれがある。

セタン価マップ記憶手段１２５は、磁気的または光学的に記憶を行う媒体からなり、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、電気的に書換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んで構成されている。
このセタン価マップ記憶手段１２５には、予め設定されたセタン価マップが記憶され、適宜読み出されて使用されるようになっている。

このセタン価マップは、予め実験値や経験値、粘度などの軽油の物理量やディーゼルエンジン１の種類、構造、形状やエンジン諸元に基づいて適宜選択され設定されたもので、特性算出手段１２４により算出された燃圧・回転数特性と燃料のセタン価との関係を表している。

このセタン価マップは、具体的には、図６に示すように、横軸に表され、特性算出手段１２４により算出された設定レール圧（ＭＰａ）とエンジン回転数検出手段１２２により検出された噴射直後エンジン回転数（ｒｐｍ）との関係を示す一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）と、縦軸に表され、ディーゼルエンジン１に使用されている燃料のセタン価との関係を表す曲線で示されている。

セタン価算出手段１２６は、セタン価マップ記憶手段１２５に記憶されているセタン価マップを使用し、特性算出手段１２４により算出された一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）に基づいて燃料のセタン価を算出するよう構成されている。例えば、特性算出手段１２４により算出された一次近似直線の傾きがａであったとき、燃料のセタン価はｂとされるので、一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）が算出されれば、セタン価マップにより燃料のセタン価が算出される。

燃料噴射制御手段１２７は、燃料の噴射タイミング、燃料の噴射量、吸入空気量および空燃比などの燃料噴射条件に基づいてインジェクタ２４ａ〜２４ｄから燃料を噴射させるよう構成されている。また、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じてフューエルカットなどの燃料噴射制御が行われるよう構成されている。

燃料の噴射は、例えば、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、ポスト噴射など、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じて、これらの複数回の噴射が適宜選択された割合で行われる。複数回の噴射が、運転状態に応じて行われるので、効率よくシリンダ２１ａ〜２１ｄ内で噴射された燃料が自己着火するようになっている。また、これらの複数の噴射の他に、セタン価を検出するために設定された設定燃圧（ＭＰａ）で、適宜選択された所定のタイミング、例えば、メイン噴射のタイミングで燃料が噴射されるようになっている。

車速算出手段１２８は、車輪速センサ５２を含んで構成されており、車輪速センサ５２から出力された信号に基づいて、車両の速度（ｋｍ／ｈ）を算出するよう構成されている。
車輪速センサ５２は、例えば、前輪および後輪の各車輪の円周方向に配置された複数極のＮ／Ｓ極を有する磁気ロータと、磁気ロータの回転数を検出する半導体センサからなっており、各磁気ロータが各車輪の回転に伴って回転すると、各磁気ロータに磁界の変化が発生し、この磁界の変化を各半導体センサが検出して各半導体センサがパルス信号を出力するようにしている。

ＥＣＵ３０は、前述のようにセタン価検出装置２０の一部を構成し、セタン価を検出するとともに、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御するよう構成されている。

ＥＣＵ３０は、具体的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、燃圧設定手段１２１、エンジン回転数検出手段１２２、運転状態判定手段１２３、特性算出手段１２４、セタン価マップ記憶手段１２５、セタン価算出手段１２６、燃料噴射制御手段１２７、車速算出手段１２８、エンジン始動判定手段１３１およびセタン価検出要否判定手段１３２の各手段の動作を実行させるプログラムが記憶されたＲＯＭ、一時的にデータを記憶するＲＡＭ、電気的に書換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどの入力ポート１３４および出力ポート１３３を含んで構成されている。

エンジン始動判定手段１３１は、ディーゼルエンジン１が始動されたか否かを判定するよう構成されており、例えば、ディーゼルエンジン１のスタータモータを作動するスタータスイッチがオンとなったことを検知、またはスタータスイッチがオンからオフに切り替わってから所定時間未満であることを検知した場合には、ディーゼルエンジン１が始動されたものと判定するようになっている。

エンジン始動判定手段１３１が、いずれも検知しない場合には、エンジン始動判定手段１３１は、所定の時間間隔で、ディーゼルエンジン１が始動されたものと判定されるまでスタータスイッチのオンまたはオフを監視するよう構成されている。なお、所定の時間間隔は、ディーゼルエンジン１の特性や車種などに基づいて適宜選択され、例えば、予め設定された一定の時間間隔でもよく、運転開始から運転終了までの間で、任意に選択された時間間隔でもよい。

セタン価検出要否判定手段１３２は、所定の基準に基づいて、セタン価を検出する必要があるか否かを判定するよう構成されている。このセタン価検出要否判定手段１３２により検出する必要が無いと判定された場合には、セタン価の検出処理は終了するので、重複したセタン価の検出が回避されて、セタン価検出の効率化が図られる。

所定の基準としては、例えば、ディーゼルエンジン１が始動されて停止されるまでの間、すなわち１トリップ内にセタン価の検出が実行されたか否かの基準のほか、燃料タンク３１内に新たに給油がなされた後、既にセタン価の検出が実行されたか否かの基準、燃料タンク３１の燃料の残量を所定間隔で監視し、燃料タンク３１内の燃料が所定量増加したか否かの基準が挙げられる。

入力ポート１３４には、図２に示すように、エアフロメータ５１、車輪速センサ５２、クランクポジションセンサ５３、アクセル開度センサ５４、スロットル開度センサ５５ 、燃焼室内圧力センサ５６、レール圧センサ５７などのセンサ群が接続されており、各センサから出力された信号が入力されるようになっている。なお、これらの各センサは、ＥＣＵ３０の一部を構成している。

次に、実施形態に係るセタン価検出装置２０におけるセタン価の算出処理についてフローチャートを参照して説明する。

図７に示すフローチャートは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されたセタン価の算出処理プログラムの実行内容を示すもので、このセタン価の算出処理プログラムは、制御内容を実行する単一または複数のプログラムを含んで構成されている。セタン価の算出処理プログラムは、ＥＣＵ３０のＣＰＵによって実行される。

図７に示すように、セタン価の算出処理のプログラムが実行されると、ＥＣＵ３０は、エンジン始動判定手段により、ディーゼルエンジン１が始動されたか否かを判定する（ステップＳ１）。

具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン始動判定手段１３１により、ディーゼルエンジン１のスタータモータを作動するスタータスイッチがオンとなったか否かの監視を開始する。エンジン始動判定手段１３１により、スタータスイッチがオンとなったことが検知されたとき、ディーゼルエンジン１が始動されたものと判定し、スタータスイッチがオンとなったことが検知されないときには、ＥＣＵ３０は、所定の時間間隔で、ディーゼルエンジン１が始動されたものと判定するまでスタータスイッチのオンまたはオフの監視を続行する。

次いで、ＥＣＵ３０は、セタン価検出要否判定手段１３２により、セタン価の検出が必要か否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、ディーゼルエンジン１が始動されて停止されるまでの間、すなわち１トリップ内にセタン価の検出が実行されたか否かの基準により判定する。

ステップＳ２でセタン価の検出が必要と判定された場合、ＥＣＵ３０は、運転状態判定手段１２３により、ディーゼルエンジン１が減速運転状態にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。例えば、車速算出手段１２８によって算出された車速（ｋｍ／ｈ）が基準車速（ｋｍ／ｈ）以下になったこと、燃料噴射制御手段１２７により得られる燃料噴射量が基準量以下になったこと、アクセル開度センサ５４から得られたアクセル開度（ｄｅｇ）が基準開度以下になったことの各条件が満足すれば、ディーゼルエンジン１が減速運転状態であると判定される。ディーゼルエンジン１が減速運転状態であると判定されない場合には、所定の間隔でディーゼルエンジン１が減速運転状態であると判定されるまで、繰り返し判定が実行される。

ステップＳ３でディーゼルエンジン１が減速運転状態であると判定された場合、ＥＣＵ３０は、燃圧設定手段１２１により、設定レール圧（ＭＰａ）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を設定する（ステップＳ４）。

次いで、ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御手段１２７により、インジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に、定められた一定量の燃料を設定レール圧Ｐ１で、噴射させる（ステップＳ５）。

次いで、ＥＣＵ３０は、特性算出手段１２４により、設定レール圧Ｐ１でインジェクタ２４ａから燃料が噴射された直後に、エンジン回転数検出手段１２２により、噴射直後エンジン回転数Ｎｅ１（ｒｐｍ）を検出しＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶する（ステップＳ６）。

次いで、ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御手段１２７により、設定レール圧Ｐ１でインジェクタ２４ａから燃料が噴射された後、所定の間隔（ｍｓｅｃ）をおいて、インジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に、定められた一定量の燃料を設定レール圧Ｐ２で、噴射させる（ステップＳ７）。

次いで、ＥＣＵ３０は、特性算出手段１２４により、設定レール圧Ｐ２でインジェクタ２４ａから燃料が噴射された直後に、エンジン回転数検出手段１２２により、噴射直後エンジン回転数Ｎｅ２（ｒｐｍ）を検出しＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶する（ステップＳ８）。

次いで、ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御手段１２７により、設定レール圧Ｐ２でインジェクタ２４ａから燃料が噴射された後、所定の間隔（ｍｓｅｃ）をおいて、インジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に、定められた一定量の燃料を設定レール圧Ｐ３で、噴射させる（ステップＳ９）。

次いで、ＥＣＵ３０は、特性算出手段１２４により、設定レール圧Ｐ３でインジェクタ２４ａから燃料が噴射された直後に、エンジン回転数検出手段１２２により、噴射直後エンジン回転数Ｎｅ３（ｒｐｍ）を検出しＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶する（ステップＳ１０）。

次いで、ＥＣＵ３０は、特性算出手段１２４により、記憶された噴射直後エンジン回転数Ｎｅ１、Ｎｅ２、Ｎｅ３（ｒｐｍ）に基づいて、図３に示す一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）を算出する（ステップＳ１１）。

次いで、ＥＣＵ３０は、セタン価算出手段１２６により、セタン価マップ記憶手段１２５に記憶されているセタン価マップおよび、特性算出手段１２４により算出された一次近似直線の傾き（ｄＮｅ／ｄＰ）に基づいて燃料のセタン価を算出する（ステップＳ１２）。

次いで、ＥＣＵ３０は、セタン価算出手段１２６により、算出されたセタン価をＥＣＵ３０のＥＥＰＲＯＭに記憶し（ステップＳ１３）、セタン価算出処理を終了させる。

このように本実施形態に係るセタン価検出装置２０は、前述のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

すなわち、セタン価検出装置２０は、燃圧設定手段１２１と、エンジン回転数検出手段１２２と、運転状態判定手段１２３と、ディーゼルエンジン１が減速運転状態であると判定されたとき、燃圧設定手段１２１により設定された設定レール圧Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３毎に、インジェクタ２４ａからシリンダ２１ａ内に燃料が噴射され、各噴射の直後にエンジン回転数検出手段１２２により噴射直後エンジン回転数Ｎｅ１、Ｎｅ２、Ｎｅ３がそれぞれ検出され、設定レール圧と、噴射直後エンジン回転数との関係を表す燃圧・回転数特性を算出する特性算出手段１２４と、セタン価マップ記憶手段１２５と、セタン価算出手段１２６とを備えている。

その結果、ディーゼルエンジン１の燃料である軽油のセタン価が、ディーゼルエンジン１の運転状態が減速運転状態であるときに検出されるので、エンジンを停止する必要がなく迅速にセタン価を検出することができるという効果が得られる。また、従来のエンジンに新たなセンサなどの検出手段を加える必要がないので、従来のエンジンの構成で燃料のセタン価が簡単に検出される。

また、設定レール圧での噴射に対するディーゼルエンジン１の噴射直後エンジン回転数の検出が、３回繰り返されて実行され、検出された３個の噴射直後エンジン回転数を使用して、設定レール圧と、噴射直後エンジン回転数との一次近似直線の傾きが算出されるので、単一回数の検出と比べ、セタン価が著しく高精度で検出されるという効果が得られる。

また、ＥＣＵ３０が、セタン価の算出処理の初期の段階で、セタン価を算出する必要性を判定し、セタン価を算出する必要が無いとされた場合には、セタン価の算出処理を終了させているので、セタン価の算出処理の効率化が促進されるという効果がある。

また、この検出したセタン価が、高精度で、ディーゼルエンジン１の稼動中にリアルタイムで得られるので、このセタン価の情報に基づいて、燃料噴射制御手段１２７により、運転状態に応じた適正な燃料噴射制御が行われるという効果が得られる。その結果、従来のセタン価検出装置において、生ずるおそれがあった燃料の自己着火遅れによる失火のおそれが解消されるという効果が得られる。すなわち、燃料の耐失火性が著しく向上し、ディーゼルノックのおそれも解消されるという効果が得られ、燃焼効率が向上し燃費が向上するという効果もある。

以上のように、本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃料のセタン価を、ディーゼルエンジンの運転中に効率よく高い精度で検出することができ、ディーゼルエンジンの耐失火性を向上させることができるセタン価検出装置を提供することができるという効果を奏し、軽油のセタン価検出装置全般に有用である。

１ ディーゼルエンジン
３ 燃料供給装置
７ スロットルバルブ
２０ セタン価検出装置
２１ シリンダ
２４ インジェクタ
２５ コモンレール
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１ 燃料タンク
５１ エアフロメータ
５２ 車輪速センサ
５３ クランクポジションセンサ
５４ アクセル開度センサ
５５ スロットル開度センサ
５６ 燃焼室内圧力センサ
５７ レール圧センサ
１２１ 燃圧設定手段（ＥＣＵ）
１２２ エンジン回転数検出手段（ＥＣＵ）
１２３ 運転状態判定手段（ＥＣＵ）
１２４ 特性算出手段（ＥＣＵ）
１２５ セタン価マップ記憶手段（ＥＣＵ）
１２６ セタン価算出手段（ＥＣＵ）
１２７ 燃料噴射制御手段（ＥＣＵ）
１２８ 車速算出手段（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. エンジンのインジェクタから燃焼室内に噴射される燃料の圧力を表す燃圧を設定する燃圧設定手段と、
   前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   前記エンジンの運転状態が減速運転状態であるか否かを判定する運転状態判定手段と、
   前記運転状態判定手段により前記エンジンの運転状態が減速運転状態であると判定されたとき、前記燃圧設定手段により設定された複数の異なった設定燃圧毎に、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料が噴射され、前記各噴射の直後に前記エンジン回転数検出手段により噴射直後エンジン回転数がそれぞれ検出され、前記複数の異なった前記設定燃圧と、前記噴射毎にそれぞれ検出された複数の前記噴射直後エンジン回転数との関係を表す燃圧・回転数特性を算出する特性算出手段と、
   予め設定された前記燃圧・回転数特性と前記燃料のセタン価との関係を表すセタン価マップを記憶するセタン価マップ記憶手段と、
   前記特性算出手段により算出された前記燃圧・回転数特性と、前記セタン価マップ記憶手段に記憶された前記セタン価マップとに基づいて、前記燃料のセタン価を算出するセタン価算出手段と、
   を備えたことを特徴とするセタン価検出装置。

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