JP2016075160A - ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の燃焼性を的確に表す指標を算出可能なディーゼル機関の制御装置を提供する。【解決手段】シリンダ１１ａ内に燃料を噴射するインジェクタ１７を備えるディーゼル機関１０を制御するＥＣＵ４０であって、シリンダ１１ａ内の圧力を検出する筒内圧センサ３１の検出値に基づいて、インジェクタ１７から噴射された燃料の燃焼における発生熱量の重心を表す時間である燃焼重心時間を算出する重心時間算出手段と、重心時間算出手段により算出された燃焼重心時間に基づいて、燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比を算出する燃料成分算出手段と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼル機関を制御する制御装置に関する。

従来、燃料のセタン価に基づいた燃焼制御を実行するため、セタン価を高精度に検出する種々の装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載の燃料性状検出装置は、予め規定された２つの水準の噴射量をそれぞれ噴射させるように特定噴射を実行し、変更感度を算出している。そして、変更感度と燃料のセタン価との対応関係を用いて、燃料のセタン価を検出している。変更感度は、２つの水準の噴射量の変化分である変更量に対する変更物理量の割合を表すものであり、変更物理量は、２つの水準の噴射量の変化分に対応した燃焼状態を特定可能な物理量である特定量の変化量である。

特開２００９−１４４５２８号公報

燃料のセタン価は燃料性状を表す一つの指標であるが、セタン価では判別できない燃料性状もある。そのため、セタン価に応じた燃焼制御を実行するだけでは、内燃機関の筒内における燃焼領域が燃焼室の壁面近傍に集中することによる冷却損失や、すす等のエミッションの増加を抑制できないおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、燃料の燃焼性を的確に表す指標を算出可能なディーゼル機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるディーゼル機関を制御する制御装置であって、前記気筒内の圧力を検出する筒内圧センサの検出値に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料の燃焼における発生熱量の重心を表す時間である燃焼重心時間を算出する重心時間算出手段と、前記重心時間算出手段により算出された前記燃焼重心時間に基づいて、前記燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比を算出する燃料成分算出手段と、を備える。

本発明によれば、気筒内に噴射された燃料が自着火して燃焼し、燃料の燃焼による気筒内の熱量の増加に伴い、気筒内の圧力は上昇する。よって、気筒圧センサの検出値に基づいて、燃料噴射弁から噴射された燃料の燃焼における発熱量の重心を表す燃焼重心時間が算出される。

ここで、本発明者は、燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比（以下Ｃ／Ｈとする）が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることを見出した。例えば、Ｃ／Ｈが大きい場合は、水素量に対して炭素量が多く燃えにくい。さらに、本発明者は、燃焼重心時間とＣ／Ｈとの相関が高いことを見出した。これらの本発明者の知見により、算出した燃焼重心時間に基づいて、燃料の燃焼性を的確に表す指標であるＣ／Ｈを算出することができる。なお、Ｃ／Ｈは、炭素数と水素数との比であってもよいし、炭素質量と水素質量との比であってもよい。

ディーゼル機関及びその周辺構成を示す模式図。 燃料密度及びセタン価に対する燃料の分布を示す分布図。 燃料重心時間を示すタイムチャート。 燃焼重心時間及びＣ／Ｈに対する燃料の分布を示す分布図。 Ｃ／Ｈ及びすす量に対する燃料の分布を示す分布図。 第１実施形態に係る燃焼制御の処理手順を示すフローチャート。 動粘度及び平均炭素数に対する燃料の分布を示す分布図。 第２実施形態に係る燃焼制御の処理手順を示すフローチャート。 燃料重心時間を示すタイムチャート。

以下、車両用のディーゼル機関を制御する制御装置を具現化した各実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、ディーゼル機関１０の概要について説明する。ディーゼル機関１０は、例えば直列４気筒ディーゼル機関であり、同図では１つの気筒（シリンダ）のみを示している。同図に示すように、ディーゼル機関１０は、シリンダブロック１１、ピストン１２、シリンダヘッド１３、吸気通路１４、排気通路１５、吸気弁１６、インジェクタ１７、排気弁１８、ＶＶＴ２１、ＥＧＲ装置２６等を備えている。

シリンダブロック１１には、４つのシリンダ１１ａが形成されている。各シリンダ１１ａには、それぞれピストン１２が往復動可能に収容されている。シリンダブロック１１には、シリンダヘッド１３が組み付けられている。シリンダ１１ａ、ピストン１２、及びシリンダヘッド１３によって、燃焼室が形成されている。

シリンダブロック１１には、吸気通路１４が接続されている。吸気通路１４は、吸気マニホールド及びシリンダヘッド１３内のヘッド内通路１４ａを介して、各シリンダ１１ａに接続されている。ディーゼル機関１０のクランクシャフト（図示略）の回転により、カムシャフト１９Ａ，１９Ｂが回転させられる。カムシャフト１９Ａの回転に基づいて各吸気弁１６が駆動され、各吸気弁１６により各ヘッド内通路１４ａが開閉される。ＶＶＴ２１（可変バルブタイミング装置）は、クランクシャフトとカムシャフト１９Ａとの回転位相を調整することで、吸気弁１６の開閉タイミングを可変とする。

シリンダブロック１１には、排気通路１５が接続されている。排気通路１５は、排気マニホールド及びシリンダヘッド１３内のヘッド内通路１５ａを介して、各シリンダ１１ａに接続されている。カムシャフト１９Ｂの回転に基づいて各排気弁１８が駆動され、各排気弁１８により各ヘッド内通路１５ａが開閉される。

コモンレール２０（蓄圧容器）は燃料を蓄圧状態で保持する。燃料は、燃料ポンプ（図示略）によりコモンレール２０へ圧送される。インジェクタ１７（燃料噴射弁）は、コモンレール２０内に蓄圧状態で保持された燃料を、シリンダ１１ａ内に噴射する。インジェクタ１７は、ノズルニードルに閉弁方向に圧力を加える制御室の燃料圧力を制御することにより、開弁期間を制御する公知の電磁駆動式又はピエゾ駆動式の弁である。電磁駆動式又はピエゾ駆動式のアクチュエータへの通電時間により開弁期間は制御され、インジェクタ１７の開弁期間が長くなるほど、噴射される噴射量は多くなる。

ＥＧＲ装置２６（排気再循環装置）は、ＥＧＲ通路２７及びＥＧＲバルブ２８を備えている。ＥＧＲ通路２７は、排気通路１５と吸気通路１４とを接続している。ＥＧＲ通路２７には、ＥＧＲ通路２７を開閉するＥＧＲバルブ２８が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、ＥＧＲバルブ２８の開度に応じて、排気通路１５内の排気の一部を吸気通路１４内の吸気に導入する。

ディーゼル機関１０の吸気行程において吸気通路１４を通じてシリンダ１１ａ内に空気が吸入され、圧縮行程においてピストン１２により空気が圧縮される。圧縮上死点付近でインジェクタ１７によりシリンダ１１ａ内に燃料が噴射され、燃焼行程において噴射された燃料が自着火して燃焼される。排気行程においてシリンダ１１ａ内の排気が、排気通路１５を通じて排出される。排気通路１５内の排気の一部は、ＥＧＲ装置２６により吸気通路１４内の吸気に導入される。

ディーゼル機関１０には、筒内圧センサ３１が設けられている。筒内圧センサ３１は、シリンダ１１ａ内の圧力（筒内圧）を検出する。筒内圧センサ３１は、全てのシリンダ１１ａに設置されている必要はなく、少なくとも１つのシリンダ１１ａに設定されていればよい。ディーゼル機関１０の燃料タンク（図示略）には、燃料密度センサ３２、動粘度センサ３３及び燃料量センサ３４が設けられている。燃料密度センサ３２は、インジェクタ１７へ供給される燃料の密度を検出する。燃料密度センサ３２は、例えば固有振動周期測定法に基づいて燃料の密度を検出する。動粘度センサ３３は、例えば細管粘度計や、細線加熱法に基づく動粘度計であり、燃料タンク内の燃料の動粘度を検出する。燃料量センサ３４は、燃料タンク内の燃料の量を検出する。なお、燃料密度センサ３２及び動粘度センサ３３は、ヒータを備えており、ヒータにより所定温度に燃料を加熱した状態で燃料の密度及び動粘度をそれぞれ検出する。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置４１、Ｉ／Ｏ等を備える周知のマイクロコンピュータであり、ディーゼル機関１０を制御する制御装置に相当する。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ、冷却水温センサ、アクセル開度センサ、筒内圧センサ３１、燃料密度センサ３２、動粘度センサ３３、燃料量センサ３４等の各種センサの検出値に基づいて、インジェクタ１７、ＶＶＴ２１、ＥＧＲ装置２６等を制御する。詳しくは、予め標準的な性状の燃料を想定して燃料の燃焼状態が最適となるように、ディーゼル機関１０の運転状態に応じてインジェクタ１７、ＶＶＴ２１、及びＥＧＲ装置２６の制御状態が適合されている。ＥＣＵ４０は、各種センサの検出値に基づいて、適合された制御状態（通常燃焼制御）となるように各装置を制御する。ＥＣＵ４０は、インジェクタ１７により、パイロット噴射及びメイン噴射を実行させる。

また、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムをＣＰＵが実行することにより、重心時間算出手段、燃料成分算出手段、すす量判定手段、切替手段、警告手段及び記憶手段の各機能を実現する。

図２は、燃料密度及びセタン価に対する燃料の分布を示す分布図である。同図に示すように、ディーゼル機関１０に用いられる燃料は、JIS K2204規格により２号に分類されるＪＩＳ２号軽油付近を中心として、大きくは灯油側とＡ重油側へ分布している。灯油に近付くほど軽質成分を多く含む軽質燃料となり、Ａ重油に近付くほど重質成分を多く含む重質燃料となる。軽質成分を多く含むほど燃料密度が小さくなり、重質成分を多く含むほど燃料密度が大きくなっている。また、ＪＩＳ２号軽油から灯油に近付くほどセタン価が低くなり、ＪＩＳ２号軽油からＡ重油に近付くほどセタン価が低くなっている。

すなわち、セタン価が同一の値であっても、軽質燃料に相当する場合と、重質燃料に相当する場合とがある。軽質燃料は、着火性が悪いが燃焼時にすすは発生しにくい。重質燃料は、軽質燃料と同様に着火性が悪いのに加え、燃焼時にすすが発生し易い。すすは、燃焼時の酸素不足により不完全燃焼を起こして生じる炭素を主とした微粒子である。よって、セタン価は着火性を表す指標ではあるが、燃焼性を的確に表す指標としては不十分である。そのため、セタン価に応じて、燃料の噴射量や、吸気弁１６の開閉タイミング、ＥＧＲ量（排気再循環量）を抑制したとしても、燃料の燃焼を適切に制御できないおそれがある。

ここで、本発明者は、燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比、詳しくは燃料に含まれる分子の水素数に対する炭素数の比（以下Ｃ／Ｈとする）が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることを見出した。詳しくは、Ｃ／Ｈが大きいほど、水素数に対して炭素数が多くなり燃焼しにくくなる。例えば、燃料に含まれる分子の直鎖が短くなると、側鎖成分の割合が多くなる。側鎖成分の割合が多くなると、相対的に水素数が少なくなって、Ｃ／Ｈが大きくなる。なお、Ｃ／Ｈは、水素質量に対する炭素質量の比であってもよい。

さらに、本発明者は、燃焼重心時間とＣ／Ｈとの相関が高いことを見出した。燃焼重心時間は、インジェクタ１７から噴射された燃料の燃焼における発生熱量の重心を表す時間である。図３は、インジェクタ１７に対する通電パルス、及び圧力Ｐの上昇速度ｄＰ／ｄｔの時間変化を示す。圧力Ｐは、筒内圧センサ３１により検出された筒内圧から、ピストン１２の圧縮による圧力分を差し引いたものである。よって、圧力Ｐの上昇速度は、筒内圧センサ３１により検出された筒内圧の上昇速度から、ピストン１２の圧縮による筒内圧の上昇速度分を差し引いたものである。燃料の燃焼によるシリンダ１１ａ内の熱量の増加量に応じて、圧力Ｐは上昇する。したがって、図３に示す圧力Ｐの上昇速度の時間変化を表す波形は、熱発生率の時間変化を表す波形に相当し、波形内の面積は発生熱量に相当する。

本実施形態では、図３に示すように、インジェクタ１７に対して燃料の噴射開始が指令された時点すなわち通電開始の時点ｔ１から、インジェクタ１７から噴射された燃料における発生熱量の半分が発生した時点ｔ３までの時間を、燃焼重心時間とする。時点ｔ３は、時点ｔ１から時点ｔ４までにおける上記波形の面積の中心となる時点である。すなわち、時点ｔ１から時点３までにおける上記波形の面積は、時点ｔ１から時点ｔ４までにおける上記波形の面積の半分となる。なお、時点ｔ４は、シリンダ１１ａ内の熱量の発生が終了し、圧力Ｐの上昇速度が０となる時点である。

図４は、燃焼重心時間及びＣ／Ｈに対する燃料の分布を示し、図５は、Ｃ／Ｈ及びすす量に対する燃料の分布を示している。すす量は、標準的な性状の燃料を想定した通常燃焼制御を実行した場合に排出されるすす量である。燃焼重心時間が長い燃料ほど、Ｃ／Ｈは大きくなり、排出されるすす量が多くなっている。通常燃焼制御で排出されるすす量が所定量よりも多くなる場合は、すす量を抑制する燃焼制御に切り替えることが望ましい。

そこで、本実施形態では、燃料のＣ／Ｈに基づいて、燃焼制御を切り替える。重心時間算出手段は、筒内圧センサ３１の検出値に基づいて、燃焼重心時間を算出する。燃料成分算出手段は、重心時間算出手段により算出された燃焼重心時間、及び予め実験等により求められている燃焼重心時間とＣ／Ｈとの対応関係から、Ｃ／Ｈを算出する。対応関係は、マップや相関関数として記憶装置４１に記憶されている。後述する他の対応関係も同様である。

すす量判定手段は、燃料成分算出手段により算出されたＣ／Ｈに基づいて、高スモーク燃料か否かを判定する。高スモーク燃料は、通常燃焼制御の実行時に排出されるすす量が所定量よりも多くなる燃料である。すす量判定手段は、算出されたＣ／Ｈが、予め実験等により求められているすす量の所定量に対応する所定値よりも大きいか否か判定する。あるいは、すす量判定手段は、算出されたＣ／Ｈ、及び予め実験等により求められているＣ／Ｈとすす量との対応関係から、すす量を算出し、算出したすす量が所定量よりも多いか否か判定する。切替手段は、すす量判定手段により燃料が高スモーク燃料と判定された場合に、通常燃焼制御から、燃料の燃焼に伴い排出されるすすの量を抑制するすす抑制制御に切り替える。

Ｃ／Ｈが小さすぎたり大きすぎたりする燃料の使用は、ディーゼル機関１０の不具合の原因となるおそれがある。そこで、警告手段は、算出されたＣ／Ｈは所定範囲に入っていない場合に、出力装置５０へ警告の出力を指令する指令信号を送信する。所定範囲は、通常燃焼制御又はすす抑制制御を行った場合に、ディーゼル機関１０に悪影響がない範囲である。出力装置５０は、スピーカやディスプレイである。警告を出力することにより、ドライバは燃料が異常燃料であることを把握して対処できる。また、記憶手段は、算出されたＣ／Ｈは所定範囲に入っていない場合に、燃料が異常燃料であることを記憶装置４１に記憶する。これにより、後でディーゼル機関１０に不具合が生じた場合に、不具合の原因を特定できる。

次に、ディーゼル機関１０の燃焼制御の処理手順について、図６のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ＥＣＵ４０が、所定の周期（例えば、筒内圧センサ３１が設置されたシリンダ１１ａでの噴射毎）で繰り返し実行する。

まず、燃料性状を検出する第１条件が成立しているか否か判定する（Ｓ１０）。具体的には、第１条件は、給油が行われたこと、ディーゼル機関１０の回転速度が一定であること、暖機が終了して冷却水の温度が所定温度（例えば８０℃）よりも高くなっていること等である。すなわち、第１条件は、給油が行われ且つディーゼル機関１０が安定状態であることである。給油が行われたか否かは、燃料量センサ３４により検出された燃料量から判定し、ディーゼル機関１０の回転数が一定であるか否かは、クランク角センサにより検出された回転速度から判定する。また、冷却水の温度が所定温度よりも高くなっているか否かは、冷却水温センサにより検出された温度から判定する。なお、Ｓ１０では、燃料量センサ３４により検出された燃料量が前回の検出時よりも増加した場合に、給油が行われたと判定して、残燃料と給油燃料が混合して性状が安定した時点で給油でないと判断する。

燃料性状を検出する第１条件が成立していないと判定した場合は（Ｓ１０：ＮＯ）、本処理を終了する。一方、燃料性状を検出する第１条件が成立していると判定した場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）、次に、燃料性状を検出する第２条件を設定する（Ｓ１１）。具体的には、第２条件は、ＶＶＴ２１による吸気弁１６の開閉タイミング、インジェクタ１７による燃料の噴射量、噴射タイミング等の検出用の噴射を行うための条件である。第２条を燃料の燃焼しにくい条件とすると、燃料の燃焼性の違いを検出しやすい。なお、検出用の噴射は、筒内圧センサ３１が設置されたシリンダ１１ａにおいてのみ行えばよい。

続いて、熱発生率の時間変化を算出する（Ｓ１２）。すなわち、筒内圧センサ３１により検出された筒内圧の上昇速度から、ピストン１２の圧縮による筒内圧の上昇速度分を差し引いた、圧力Ｐの上昇速度ｄＰ／ｄｔの時間変化を示す波形を算出する。続いて、Ｓ１２で算出した燃料発生率の時間変化、すなわち圧力Ｐの上昇速度ｄＰ／ｄｔの波形から、燃料の燃焼における発生熱量の重心である燃焼重心時間を算出する（Ｓ１３）。

続いて、Ｓ１３で算出した燃焼重心時間、及び予め記憶されている燃焼重心時間とＣ／Ｈとのマップから、燃料のＣ／Ｈを算出する（Ｓ１４）。続いて、Ｓ１４で算出した燃料のＣ／Ｈが、所定値よりも大きいか否か判定する（Ｓ１５）。Ｓ１５では、Ｓ１４で算出した燃料のＣ／Ｈ、及び予め記憶されているＣ／Ｈとすす量とのマップから、通常燃焼制御時のすす量を算出し、算出したすす量が所定量よりも多いか否か判定してもよい。

燃料のＣ／Ｈが所定値以下の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、あるいはすす量が所定量以下の場合は、燃料が低スモーク燃料であると判定し（Ｓ１６）、通常の燃焼制御を行う（Ｓ１７）。具体的には、各種センサの検出値に基づいて、予め適合された制御状態となるように、インジェクタ１７による燃料の噴射量、ＶＶＴ２１による吸気弁１６の開閉タイミング、及びＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ弁の開度（ＥＧＲ量）を制御する。以上で本処理を終了する。

一方、燃料のＣ／Ｈが所定値よりも大きい場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、あるいはすす量が所定量よりも多い場合は、燃料が高スモーク燃料であると判定し（Ｓ１８）、通常の燃料制御からスモーク抑制制御（すす抑制制御）に切り替え（Ｓ１９）、本処理を終了する。スモーク抑制制御としては、燃料が燃焼される際に用いられる酸素を増加させる制御を採用する。具体的には、通常燃焼制御と比較して、ＥＧＲ装置２６によるＥＧＲバルブ２８の開度を減少させる、燃料ポンプによりコモンレール２０内の燃料圧力（インジェクタ１７による燃料の噴射圧）を増加させる、ＶＶＴ２１により吸気圧を増加させる、という３つの制御のうちの少なくとも１つの制御を実行する。また、スモーク抑制制御として、インジェクタ１７による燃料のメイン噴射の後に燃料を噴射させるアフター噴射を実行してもよい。スモーク抑制制御は、燃焼制御が次に切り替えられるまで継続する。

なお、Ｓ１５において、算出したＣ／Ｈが所定範囲に入っているか否か判定し、入っていない場合は、記憶装置４１に異常燃料であることを記憶してもよい。また、スピーカやディスプレイに燃料が異常である旨の警告の出力を指令してもよい。

以上説明した第１実施形態によれば以下の効果を奏する。

・筒内圧センサ３１の検出値に基づいて、インジェクタ１７から噴射された燃料の燃焼における発熱量の重心を表す燃焼重心時間が算出される。燃焼重心時間と燃料のＣ／Ｈとは相関が高いため、燃焼重心時間から燃焼の燃焼性を的確に表す指標であるＣ／Ｈを算出することができる。

・燃料のＣ／Ｈは燃え易さを表しているため、算出された燃料のＣ／Ｈに基づいて、燃料がすすの排出量が増加し易い高スモーク燃料であるか否か判定できる。そして、燃料が高スモーク燃料と判定された場合には、標準的な性状の燃料を想定した通常燃料制御から、すすの排出量を抑制するすす抑制制御に切り替えられる。したがって、燃料がすすの排出量が増加し易い高スモーク燃料である場合でも、すすの排出量を抑制することができる。

・算出された燃料重心時間と、予め求められている燃焼重心時間及びＣ／Ｈの対応関係とから、Ｃ／Ｈを算出できる。

・算出されたＣ／Ｈが所定範囲に入っていない場合は、出力装置５０に警告の出力が指令される。これにより、ドライバは燃料が異常燃料であることを把握し対処できる。

・算出されたＣ／Ｈが所定範囲に入っていない場合は、燃料が異常燃料であると記憶することにより、後でディーゼル機関１０に不具合が発生した場合に、不具合の原因を特定できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、燃料のＣ／Ｈ及び燃料の動燃度に基づいて、シリンダ１１ａ内の燃焼領域における所定の燃焼位置を算出し、所定の燃焼位置に応じて、燃焼制御を行う。以下、第２実施形態に係る燃焼制御について説明する。

図７に、動粘度及び平均炭素数に対する燃料の分布を示す。燃料の動粘度が高いほど、燃料に含まれる炭素数が多く、燃料の沸点が高い。そして、燃料の沸点が高いほど、燃料は蒸発しにくく、インジェクタ１７から噴射された燃料は、インジェクタ１７の先端から離れた位置で噴霧となる。一方、燃料の動粘度が低いほど、燃料に含まれる炭素数が少なく、燃料の沸点は低い。そして、燃料の沸点が低いほど、燃料は蒸発しやすく、インジェクタ１７から噴射された燃料は、インジェクタ１７の先端に近い位置で噴霧となる。

ここで、本発明者は、燃料の燃え易さを表すＣ／Ｈ、及び燃料の揮発性を表す動粘度の二つのパラメータと、シリンダ１１ａ内の燃焼領域における所定の燃焼位置との相関が高いことを見出した。具体的には、燃焼領域における所定の燃焼位置は、燃焼領域においてインジェクタ１７の先端から最も離れた位置である燃焼先端位置である。

燃焼先端位置がシリンダ１１ａの壁面に近い場合は、燃焼領域が気筒の壁面近傍に集中して冷却損失が大きくなり、燃費が悪化するおそれがある。また、燃焼先端位置がインジェクタ１７の先端に近い場合は、燃焼領域がインジェクタ１７の先端近傍に集中して、燃料が燃焼される際に用いられる酸素が不足し、燃費が悪化するおそれがある。そこで、第２実施形態では、燃焼先端位置を算出し、燃焼先端位置が所定の領域に入るように、燃焼制御を実行する。

動粘度取得手段は、動粘度センサ３３により検出された動粘度の検出値を取得する。燃焼位置算出手段は、算出したＣ／Ｈ、取得した動粘度、及び、予め実験等により求められているＣ／Ｈ及び平均炭素数と燃焼先端位置との対応関係から、燃焼先端位置を算出する。

噴射圧減少手段は、算出した燃焼先端位置が所定の領域よりも遠い位置にある場合に、噴射圧を減少させる。これにより、燃料の移動速度が減少して到達距離が短くなり、シリンダ１１ａの壁面近傍への燃焼領域の集中が抑制される。また、噴射圧増加手段は、算出した燃焼先端位置が所定の領域よりも近い位置にある場合に、噴射圧を増加させる。これにより、燃焼の移動速度が増加して到達距離が長くなり、インジェクタ１７の先端への燃焼領域の集中が抑制される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、上記各手段の機能を実現する。

次に、ディーゼル機関１０の燃焼制御の処理手順について、図８のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ＥＣＵ４０が、所定の周期（例えば、筒内圧センサ３１が設置されたシリンダ１１ａでの噴射毎）で繰り返し実行する。

Ｓ３０〜Ｓ３４の処理は、Ｓ１０〜Ｓ１４の処理と同様に行う。続いて、動粘度センサ３３により検出された動粘度を取得し、予め記憶されている動粘度と平均炭素数とのマップから、平均炭素数を算出する（Ｓ３５）。

続いて、Ｓ３４で算出した燃料のＣ／Ｈ、Ｓ３５で算出した燃料の平均炭素数、及び予め記憶されているＣ／Ｈ及び平均炭素数と燃焼先端位置とのマップから、燃焼先端位置を算出する（Ｓ３６）。

続いて、Ｓ３６で算出した燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第１距離よりも遠い位置であるか否か判定する（Ｓ３７）。第１距離は、この距離よりも燃焼先端位置が遠い位置の場合、燃焼領域がシリンダ１１ａの壁面に集中していると判定できる値である。燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第１距離を超えて離れている場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、インジェクタ１７による燃料の噴射圧を減少させ（Ｓ３８）、本処理を終了する。

一方、Ｓ３６で算出した燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第１距離までの範囲にある場合（Ｓ３７：ＮＯ）、次に、燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第２距離よりも近い位置であるか否か判定する（Ｓ３８）。第２距離は、第１距離よりも短い距離であり、この距離よりも燃焼先端位置が近い位置の場合、燃焼領域がインジェクタ１７の先端に集中していると判定できる値である。インジェクタ１７の先端からの距離が第２距離から第１距離までの範囲が、燃焼先端位置が存在すべき所定の領域に相当し、燃焼先端位置が所定の領域から外れると、燃費が悪化するおそれがある。

燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第２距離までの範囲にある場合は（Ｓ３８：ＹＥＳ）、インジェクタ１７による燃料の噴射圧を増加させ（Ｓ４０）、本処理を終了する。一方、燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第２距離よりも離れている場合（Ｓ３８：ＮＯ）、すなわち所定の領域に入っている場合は、そのまま本処理を終了する。

なお、Ｓ３４で算出したＣ／Ｈが所定範囲に入っているか否か判定し、入っていない場合は、記憶装置４１に異常燃料であることを記憶してもよい。また、スピーカやディスプレイに燃料が異常である旨の警告の出力を指令してもよい。

以上説明した第２実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・燃え易さを表すＣ／Ｈ、及び揮発性を表す動粘度の二つのパラメータと、燃焼領域における燃焼先端位置との相関が高いため、算出された燃料のＣ／Ｈ及び取得た動粘度に基づいて、燃焼領域における燃焼先端位置を算出できる。

・燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第１距離を超えて離れている場合は、燃料の噴射圧が減少される。これにより、燃料の移動速度が減少して到達距離が短くなり、シリンダ１１ａの壁面近傍への燃焼領域の集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。

・燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端から第２距離までの範囲にある場合は、燃料の噴射圧が増加される。これにより、燃料の移動速度が増加して到達距離が長くなり、インジェクタ１７の先端への燃焼領域の集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。

・算出されたＣ／Ｈ及び取得された動粘度、及び、予め求められているＣ／Ｈ及び平均炭素数と燃焼先端位置との対応関係から、燃焼先端位置を算出できる。

・燃焼領域における燃焼先端位置を算出することにより、燃焼領域がシリンダ１１ａの壁面近傍又はインジェクタ１７の先端近傍に偏っているか否かわかる。

（他の実施形態）
・図９に示すように、インジェクタ１７の通電開始の時点ｔ１における圧力Ｐの値をＰｓ、燃焼時の圧力Ｐの最大値をＰｍａｘとすると、圧力Ｐが、Ｐｓから（Ｐｍａｘ−Ｐｓ）／２の分だけ上昇してＰｃとなった時点ｔ３は、発生熱量の半分が発生した時点に相当する。よって、通電開始の時点ｔ１における圧力Ｐｓから、圧力Ｐの最大値と圧力Ｐｓとの差分の半分だけ上昇した時点ｔ３までの時間を、燃焼重心時間としてもよい。また、燃焼重心時間を、通電開始時点ではなく、着火時点（ｄＰ／ｄｔ及び圧力Ｐが最小値になった時点）から算出してもよい。また、燃焼重心時間を、発生熱量の略半分が発生した時点までの時間としてもよい。

・動粘度の取得は、動粘度センサ３３により検出された検出値の取得に限らない。例えば、コモンレール２０からインジェクタ１７の噴射孔までの燃料通路内の燃料圧力を圧力センサで検出して、検出した燃料圧力の時間変化を示す圧力波形を取得する。取得した圧力波形を形成する圧力波の速度を算出し、速度に基づいて燃料の密度を算出し、密度に基づいて燃料の動粘度を算出してもよい（詳しくは、特開２０１４−１４８９０６号公報参照）。また、同様に、コモンレール２０内の圧力を圧力センサで検出し、検出したコモンレール２０内の圧力波形を解析して、動粘度を算出してもよい。動粘度の取得は、いずれかの公知の手法を用いればよい。

・第２実施形態において、燃燃焼領域における所定の燃焼位置は、燃焼先端位置の代わりに、燃焼領域の中心である燃焼中心位置でもよい。燃焼領域の中心は、燃焼領域においてインジェクタ１７の先端に最も近い位置と燃焼先端位置との中間の位置である。この場合、Ｓ３７において、第１距離は燃焼先端位置の場合よりも短くし、Ｓ３９において、第２距離は燃焼先端位置の場合よりも短くする。

燃焼領域における燃焼中心位置を算出することにより、燃焼領域がシリンダ１１ａの壁面近傍又はインジェクタ１７の先端近傍に偏っているか否かわかる。さらに、燃焼中心位置を用いることにより、噴射量が多く燃料噴霧がシリンダ１１ａの壁面に当たっているような場合でも、燃焼領域がシリンダ１１ａの壁面近傍に偏っているか否かわかる。

・Ｓ３８において、燃料の噴射圧を減少させる代わりに、吸気圧増加手段によりシリンダ１１ａの吸気圧を増加させてもよい。これにより、燃料と吸気との衝突が増加して到達距離が短くなり、燃焼領域のシリンダ１１ａの壁面近傍への集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。さらに、燃料が燃焼される際に用いられる酸素が増加するため、燃料の燃焼を促進させることができる。また、Ｓ３８において、燃料の噴射圧を減少させるとともに、シリンダ１１ａの吸気圧を増加させてもよい。

・Ｓ４０において、燃料の噴射圧を増加させる代わりに、吸気圧減少手段によりシリンダ１１ａの吸気圧を減少させてもよい。これにより、燃料と吸気との衝突が減少して到達距離が長くなり、燃焼領域のインジェクタ１７の先端への集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。また、Ｓ４０において、燃料の噴射圧を増加させるとともに、シリンダ１１ａの吸気圧を減少させてもよい。

・第１実施形態に係るスモーク抑制制御、及び第２実施形態に係る燃焼位置制御を両方実行してもよい。高スモーク燃料で燃焼先端位置が第１距離よりも遠い場合は、スモーク抑制制御として噴射圧の増加以外を実行し、燃焼位置制御として噴射圧の減少を実行せずに吸気圧の増加を実行すればよい。また、高スモーク燃料で燃焼先端位置が第２距離よりも近い場合は、スモーク抑制制御として吸気圧の増加以外を実行し、燃焼位置制御として吸気圧の減少を実行せずに噴射圧の増加を実行すればよい。

１０…ディーゼル機関、１１ａ…シリンダ、１７…インジェクタ、３１…筒内圧センサ。

Claims (14)

1. 気筒（１１ａ）内に燃料を噴射する燃料噴射弁（１７）を備えるディーゼル機関（１０）を制御する制御装置（４０）であって、
   前記気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ（３１）の検出値に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料の燃焼における発生熱量の重心を表す時間である燃焼重心時間を算出する重心時間算出手段と、
   前記重心時間算出手段により算出された前記燃焼重心時間に基づいて、前記燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比を算出する燃料成分算出手段と、を備えることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
2. 前記燃焼重心時間は、前記燃料噴射弁に対して前記燃料の噴射開始が指令された時点から、前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料の燃焼における発生熱量の半分が発生した時点までの時間である請求項１に記載のディーゼル機関の制御装置。
3. 前記燃料が、標準的な性状の燃料を想定した通常燃焼制御を実行する場合に排出されるすすの量が所定量よりも多くなる高スモーク燃料か否かを、前記燃料成分算出手段により算出された前記比に基づいて判定するすす量判定手段と、
   前記すす量判定手段により前記燃料が高スモーク燃料と判定された場合に、前記通常燃焼制御から、前記燃料の燃焼に伴い排出されるすすの量を抑制するすす抑制制御に切り替える切替手段と、を備える請求項１又は２に記載のディーゼル機関の制御装置。
4. 前記燃料の動粘度を取得する動粘度取得手段と、
   前記燃料成分算出手段により算出された前記比、及び前記動粘度取得手段により取得された前記動粘度に基づいて、前記気筒内の燃焼領域における所定の燃焼位置を算出する燃焼位置算出手段と、を備える請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
5. 前記燃焼位置算出手段により算出された前記所定の燃焼位置が、前記燃料噴射弁の先端から第１距離を超えて離れている場合は、前記燃料の噴射圧を減少させる噴射圧減少手段を備える請求項４に記載のディーゼル機関の制御装置。
6. 前記燃焼位置算出手段により算出された前記所定の燃焼位置が、前記燃料噴射弁の先端から第１距離を超えて離れている場合は、前記気筒の吸気圧を増加させる吸気圧増加手段を備える請求項４又は５に記載のディーゼル機関の制御装置。
7. 前記燃焼位置算出手段により算出された前記所定の燃焼位置が、前記燃料噴射弁の先端から前記第１距離よりも短い第２距離までの範囲にある場合は、前記燃料の噴射圧を増加させる噴射圧増加手段を備える請求項５又は６に記載のディーゼル機関の制御装置。
8. 前記燃焼位置算出手段により算出された前記所定の燃焼位置が、前記燃料噴射弁の先端から前記第１距離よりも短い第２距離までの範囲にある場合は、前記気筒の吸気圧を減少させる吸気圧減少手段を備える請求項５〜７のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
9. 前記燃焼位置算出手段は、燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比及び燃料の動粘度に対応する平均炭素数と前記所定の燃焼位置との対応関係であって、予め求められている対応関係を用いて、前記所定の燃焼位置を算出する請求項４〜８のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
10. 前記所定の燃焼位置は、燃焼先端位置である請求項４〜９のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
11. 前記所定の燃焼位置は、燃焼中心位置である請求項４〜９のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
12. 前記燃料成分算出手段は、燃焼重心時間と燃料に含まれる水素量に対する炭素量の比との対応関係であって、予め求められている対応関係を用いて、前記比を算出する請求項１〜１１のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
13. 前記燃料成分算出手段により算出された前記比が、所定範囲に入っていない場合に、出力装置（５０）へ警告の出力を指令する指令信号を送信する警告手段を備える請求項１〜１２のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。
14. 前記燃料成分算出手段により算出された前記比が、所定範囲に入っていない場合に、前記燃料が異常燃料であると記憶する記憶手段を備える請求項１〜１３のいずれかに記載のディーゼル機関の制御装置。