JP2016169660A - ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の性状ばらつきが存在する場合にも適正なる燃焼制御を実現する。【解決手段】ディーゼル機関であるエンジン１０は、燃焼室１１ｂ内に燃料を噴射するインジェクタ１７を備えている。ＥＣＵ４０は、燃料の動粘度を取得する動粘度取得手段と、燃料の密度を取得する密度取得手段と、前記動粘度取得手段により取得した動粘度と前記密度取得手段により取得した密度とに基づいて、前記燃料に含まれる炭素量と水素量との比又はそれに相関するパラメータを燃料成分データとして算出する成分算出手段と、前記成分算出手段により算出した前記燃料成分データに基づいて、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射される燃料の燃焼に関する燃焼制御を実施する制御手段と、を備えている。【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ものである。

従来、ディーゼル機関に用いる燃料の性状に関する技術として、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、あらかじめ規定された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。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、燃料の性状ばらつきが存在する場合にも適正なる燃焼制御を実現することができるディーゼル機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明の制御装置は、燃焼室（１１ｂ）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）を制御するものである。制御装置（４０）は、前記燃料の動粘度を取得する動粘度取得手段と、前記燃料の密度を取得する密度取得手段と、前記動粘度取得手段により取得した動粘度と前記密度取得手段により取得した密度とに基づいて、前記燃料に含まれる炭素量と水素量との比又はそれに相関するパラメータを燃料成分データとして算出する成分算出手段と、前記成分算出手段により算出した前記燃料成分データに基づいて、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射される燃料の燃焼に関する燃焼制御を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明者は、燃料に含まれる炭素量と水素量との比（Ｃ／Ｈ）が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることに着目した。この場合、例えば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。また、本発明者は、Ｃ／Ｈが、エンジンシステムにおいて取得可能なパラメータである燃料の動粘度及び密度に対して高い相関を有していることに着目した。そして、燃料の動粘度と密度とに基づいて、燃料に含まれる炭素量と水素量との比又はそれに相関するパラメータを燃料成分データとして算出し、その燃料成分データに基づいて燃焼制御を実施する構成とした。この場合、燃料の燃焼性を考慮しつつ適正な燃焼制御を実施できる。

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。 炭化水素の単一組成の沸点を示す図。 動粘度とＴ５０との関係を示す図。 燃料密度とＴ５０とをパラメータとして燃料の分布を示す図。 すす量とＣ／Ｈとの関係を示す図。 燃焼制御の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態における燃焼制御の処理手順を示すフローチャート。 第３実施形態における燃焼制御の処理手順を示すフローチャート。 低位発熱量とＣ／Ｈとの関係を示す図。 燃焼状態フィードバック制御の概要を示す機能ブロック図。

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、ディーゼル機関であるエンジン１０の概要について説明する。エンジン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、エンジン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。ピストン１２の上面にはキャビティ（凹部）が形成されており、そのキャビティにより燃焼室１１ｂが形成されている。

吸気通路１４は、吸気マニホールド及びシリンダヘッド１３内の通路として形成されており、各シリンダ１１ａに接続されている。エンジン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が回転する。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の駆動に応じて燃焼室１１ｂ内に吸気が流入する。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。

排気通路１５は、排気マニホールド及びシリンダヘッド１３内の通路として形成されており、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の駆動に応じて燃焼室１１ｂから排気が排出される。

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、図示しない燃料ポンプにより高圧状態に加圧されてコモンレール２０に圧送される。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、燃焼室１１ｂ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が制御され、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内に導入する。

エンジン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（燃焼室１１ｂ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。

エンジン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。エンジン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に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、Ｉ／Ｏ、記憶装置４１等を備える周知のマイクロコンピュータであり、エンジン１０を制御する制御装置に相当する。ＥＣＵ４０には、車両において異常が生じた場合にその旨をドライバ等に報知する報知装置５０が接続されている。報知装置５０は、例えば車室内に設けられたスピーカやディスプレイである。

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、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、エンジン１０の運転状態に応じてインジェクタ１７、ＶＶＴ２１、及びＥＧＲ装置２６の制御状態があらかじめ適合されている。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、少なくともパイロット噴射及びメイン噴射を含む多段噴射を実施する。

また、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムをＣＰＵが実施することにより、動粘度取得手段、密度取得手段、成分算出手段、制御手段、すす量判定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、エンジン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、燃料に含まれる炭素量と水素量との比、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に着目した。つまり、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。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実施することとしている。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。

また、本発明者は、燃料の動粘度と密度とがＣ／Ｈに対して高い相関を有していることに着目した。そして、燃料の動粘度と密度とを検出するとともに、その動粘度及び密度に基づいてＣ／Ｈを算出することとした。

詳しくは、炭化水素は炭素数と沸点との相関が強く、その関係は図３のとおりである。また、燃料の動粘度とＴ５０（５０％容量留出温度〔℃〕）とには図４に示す相関がある。この場合、図３によれば、炭素数が多いほど沸点が高くなることが確認でき、図４によれば、燃料の動粘度が大きいほどＴ５０が大きくなることが確認できる。Ｔ５０は平均沸点とみなすことができ、炭素数及び沸点の関係と、動粘度及びＴ５０の関係とを併せ参照すれば、動粘度が小さいほど炭素数が少なく、動粘度が大きいほど炭素数が多くなる関係が導出される。ゆえに、動粘度に基づいて炭素数を算出することが可能となっている。

また、図５は、燃料密度とＴ５０とをパラメータとして燃料の分布を示す図である。図５では、燃料のばらつきに起因して、横軸及び縦軸の双方に分布のばらつきが生じていることを確認できる。この場合、横軸（Ｔ５０）のばらつきは主に炭素数に起因するばらつきであり、炭素数が多い燃料はＴ５０が比較的高温となる領域に分布し、炭素数が少ない燃料はＴ５０が比較的低温となる領域に分布する傾向にある。また、縦軸（密度）のばらつきは主に水素数に起因するばらつきであり、水素数が少ない燃料は比較的高密度となる領域に分布し、水素数が多い燃料は比較的低密度となる領域に分布する傾向にある。

図５では、同一Ｔ５０（同一炭素数）であれば燃料密度が小さいほど、水素数が多くなっている。したがって、Ｔ５０（炭素数）が分かっていれば、燃料密度と水素数との相関を用い、燃料密度に基づいて水素数を算出できる。また、上記のとおり炭素数と水素数とが求められるため、これら炭素数と水素数とによりＣ／Ｈを算出できる。

なお、燃料の動粘度、密度は、車両に搭載された動粘度センサ３３、燃料密度センサ３２により計測可能な情報であり、自動車等の車両の使用に際して必要に応じて動粘度及び密度を取得（把握）することが可能となっている。それゆえ、車両において燃料のＣ／Ｈの算出が可能となっている。

図６は、すす量とＣ／Ｈとの関係を示す図である。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施した場合に排出されるすす量である。図６では、Ｃ／Ｈが所定値Ａ１よりも大きくなることで、すす量が所定量Ｂ１よりも多くなるといった関係が定められている。すす量が所定量Ｂ１よりも少ないことは、低スモーク燃料を使用していることを意味し、すす量が所定量Ｂ１よりも多いことは、高スモーク燃料を使用していることを意味する。

本実施形態では、Ｃ／Ｈに基づいて燃料が高スモーク燃料であるか否かを判定し、燃料が高スモーク燃料であると判定された場合に、燃焼制御としてスモーク抑制のためのスモーク抑制制御を実施することとしている。

次に、エンジン１０の燃焼制御の処理手順について、図７のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ＥＣＵ４０が所定の周期で繰り返し実施する。

まず、燃料性状を検出する実施条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０）。具体的には、実施条件は、給油が行われたこと、エンジン回転速度が一定であること、エンジン１０の暖機が完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。実施条件は、給油が行われ且つエンジン１０が安定状態であることを含む。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に基づいて判定し、エンジン回転速度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に基づいて判定する。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に基づいて判定する。なお、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所定以上増加した場合に給油が行われたと判定し、その給油から所定時間経過した時点、又は車両走行距離が所定距離に達した時点で、残燃料と給油燃料が混合して性状が安定し給油直後でない状態になったと判定する。

燃料性状を検出する実施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実施条件が成立していると判定した場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）、動粘度センサ３３により検出した動粘度を取得するとともに（Ｓ１１）、燃料密度センサ３２により検出した密度を取得する（Ｓ１２）。

次に、燃料の動粘度と密度とを演算パラメータにして、Ｃ／Ｈを算出する（Ｓ１３）。このとき、上述した図３〜図５の関係に基づき定められたマップや相関関数を用い、燃料の動粘度と密度とに基づいてＣ／Ｈを算出する。マップや相関関数は適合等により定められ、記憶装置４１にあらかじめ記憶されている（後述の各関係も同様）。

続いて、Ｓ１３で算出したＣ／Ｈが、所定値Ａ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。Ｃ／Ｈが所定値Ａ１未満であれば（Ｓ１４：ＮＯ）、燃料が低スモーク燃料であると判定し（Ｓ１５）、通常の燃焼制御を行う（Ｓ１６）。具体的には、各種センサの検出値に基づいて、あらかじ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、Ｃ／Ｈが所定値Ａ１以上であれば（Ｓ１４：ＹＥＳ）、燃料が高スモーク燃料であると判定し（Ｓ１７）、通常の燃料制御からスモーク抑制制御に切り替え（Ｓ１８）、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おける燃焼状態を改善すべく新気量（燃焼室内の酸素量）を増加させる処理や、噴射圧を増加させる処理を実施する。具体的には、新気量を増加させる処理として、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処理、ＶＶＴ２１により吸気圧を増加させる処理を実施する。また、噴射圧を増加させる処理として、燃料ポンプによりコモンレール２０内の燃料圧力を増加させる処理を実施する。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施してもよい。これら各処理は少なくともいずれか１つが実施されればよい。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、Ｃ／Ｈが所定値Ａ１以上である場合には、異常燃料であることが記憶装置４１に記憶されるとともに、スピーカやディスプレイ等の報知装置５０を用い、燃料が異常である旨の警告が実施される（Ｓ１８）。

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。

本発明者は、燃料に含まれる炭素量と水素量との比（Ｃ／Ｈ）が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることに着目した。この場合、例えば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。また、本発明者は、Ｃ／Ｈが、車載エンジンシステムにおいて取得可能なパラメータである燃料の動粘度及び密度に対して高い相関を有していることに着目した。そして、燃料の動粘度と密度とに基づいてＣ／Ｈを算出し、そのＣ／Ｈに基づいて燃焼制御を実施する構成とした。この場合、燃料の燃焼性を考慮しつつ適正な燃焼制御を実施できる。

Ｃ／Ｈは燃料の燃え易さを表す指標であり、そのＣ／Ｈによれば、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の判定が可能となる。そして、燃料が高スモーク燃料と判定された場合に、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スモーク抑制制御に切り替えるようにした。これにより、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。

燃料のＣ／Ｈが所定値Ａ１以上である場合に、異常燃料であることを記憶装置４１に記憶する構成にしたため、事後的にエンジン１０に不具合が発生しても不具合の原因を特定できる。また、報知装置５０を用いて燃料が異常である旨の警告を実施する構成にしたため、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。

（第２実施形態）
第２実施形態では、燃料のＣ／Ｈと平均炭素数（炭素量）とに基づいて、燃焼室１１ｂ内における燃料の燃焼先端位置を算出し、その燃焼先端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。

本発明者は、燃焼室１１ｂ内における燃焼先端位置が燃料のＣ／Ｈと平均炭素数とに相関があることに着目した。そして、燃料のＣ／Ｈと平均炭素数とを算出するとともに、それらに基づいて燃焼先端位置を算出することとした。燃焼先端位置は、インジェクタ先端部を基準として燃焼領域の先端部までの離間距離であり、この燃焼先端位置が大きいほど、インジェクタ先端部から離れた位置で燃焼が行われることを意味する。

ここで、燃焼先端位置が燃焼室１１ｂの壁面に近い場合は、燃焼領域が燃焼室１１ｂ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先端部に近い場合は、燃焼領域がインジェクタ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、燃焼制御を実施する。

本実施形態では、燃焼制御として、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、燃焼室１１ｂの壁面近傍への燃焼領域の集中が抑制される。また、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の先端付近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施することにより、上記各機能を実現する。

次に、エンジン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、所定の周期で繰り返し実施する。

まず、図７のＳ１０〜Ｓ１３と同様に、燃料性状を検出する実施条件が成立しているか否かの判定と、動粘度の取得と、燃料密度の取得と、Ｃ／Ｈの算出とを実施する（Ｓ２０〜Ｓ２３）。その後、あらかじめ記憶されている動粘度と平均炭素数とのマップを用い、動粘度に基づいて平均炭素数を算出する（Ｓ２４）。

続いて、あらかじめ記憶されているＣ／Ｈ及び平均炭素数と燃焼先端位置とのマップを用い、Ｓ２３で算出した燃料のＣ／Ｈと、Ｓ２４で算出した燃料の平均炭素数とに基づいて燃焼先端位置を算出する（Ｓ２５）。

続いて、Ｓ２５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を判定する（Ｓ２６）。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に、燃焼領域が燃焼室１１ｂ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（Ｓ２６：ＹＥＳ）、インジェクタ１７による燃料の噴射圧を減少させ（Ｓ２７）、本処理を終了する。

一方、Ｓ２５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（Ｓ２６：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を判定する（Ｓ２８）。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の先端付近に集中していると判定できる値である。第２距離から第１距離までの所定範囲が、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（Ｓ２８：ＹＥＳ）、インジェクタ１７による燃料の噴射圧を増加させ（Ｓ２９）、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（Ｓ２８：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、Ｓ２７，Ｓ２９において燃料の噴射圧を減少又は増加させる噴射圧制御を実施する代わりに、燃焼室１１ｂ内への吸入空気の圧力である吸気圧を増加又は減少させる吸気圧制御を実施してもよい。つまり、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に（Ｓ２６：ＹＥＳ）、吸気圧を増加させる。この場合、新気量の増加により燃焼が促進されることで、燃焼先端位置がインジェクタ先端部に近づくことになる。これにより、燃焼領域の燃焼室１１ｂ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。Ｓ２７において、噴射圧の減少と吸気圧の増加との両方を実施することも可能である。

また、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に（Ｓ２８：ＹＥＳ）、吸気圧を減少させる。この場合、新気量の減少により燃焼が緩慢になることで、燃焼先端位置がインジェクタ先端部から離れることになる。これにより、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。Ｓ２９において、噴射圧の増加と吸気圧の減少との両方を実施することも可能である。

なお、Ｃ／Ｈと平均炭素数とが決まれば、一義的に平均水素数が決まる。それゆえに、Ｃ／Ｈと平均水素数とに基づいて燃焼先端位置を算出することも可能である。

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。

燃料の燃え易さを表すＣ／Ｈと平均炭素数とを燃料成分データとして使えば、これらＣ／Ｈ及び平均炭素数と燃焼領域における燃焼先端位置との相関を利用して、燃焼領域における燃焼先端位置を算出することができる。そして、燃焼先端位置が、インジェクタ１７の先端位置を基準として定められた所定範囲内に入っていない場合、すなわち第１距離よりも遠いか又は第２距離よりも近い場合には、その燃焼先端位置を所定範囲内に入れるべく、燃料の噴射圧を減少又は増加させる噴射圧制御を実施する構成（又は吸気圧を増加又は減少させる吸気圧制御を実施する構成）とした。この場合、燃焼先端位置を所望の位置に制御できることから、燃費低減効果を得ることができる。

詳しくは、燃焼先端位置が第１距離よりも遠い場合に噴射圧を減少させる（又は吸気圧を増加させる）ことにより、燃焼室１１ｂ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。また、燃焼先端位置が第２距離よりも近い場合に噴射圧を増加させる（又は吸気圧を減少させる）ことにより、インジェクタ１７の先端付近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。

（第３実施形態）
第３実施形態では、燃料のＣ／Ｈと平均炭素数（炭素量）とに基づいて、燃焼室１１ｂ内での着火遅れ時間を算出するとともに、現在の燃料と標準燃料との着火遅れ時間の差である着火遅れ変化量を算出し、その着火遅れ変化量に応じて燃焼制御を行う。以下、第３実施形態に係る燃焼制御について説明する。

エンジン１０の燃焼制御の処理手順について、図９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、所定の周期で繰り返し実施する。

まず、図８のＳ２０〜Ｓ２４と同様に、燃料性状を検出する実施条件が成立しているか否かの判定と、動粘度の取得と、燃料密度の取得と、Ｃ／Ｈの算出と、平均炭素数の算出とを実施する（Ｓ３０〜Ｓ３４）。

続いて、あらかじめ記憶されているＣ／Ｈ及び平均炭素数と着火遅れ時間とのマップを用い、Ｓ３３で算出した燃料のＣ／Ｈと、Ｓ３４で算出した燃料の平均炭素数とに基づいて、現在使用している燃料に関して着火遅れ時間ＴＡを算出するとともに、その着火遅れ時間ＴＡとあらかじめ定めた標準燃料の着火遅れ時間ＴＢとの差である着火遅れ変化量ΔＴを、「ΔＴ＝ＴＡ−ＴＢ」として算出する（Ｓ３５）。

続いて、Ｓ３５で算出した着火遅れ変化量ΔＴに基づいて、インジェクタ１７による燃料噴射時期の補正を実施する（Ｓ３６）。このとき、着火遅れ変化量ΔＴが正の値であれば、ΔＴが大きいほど燃料噴射時期を進角側に補正する。また、着火遅れ変化量ΔＴが負の値であれば、ΔＴが負側に大きいほど燃料噴射時期を遅角側に補正する。

なお、Ｃ／Ｈと平均炭素数とが決まれば、一義的に平均水素数が決まる。それゆえに、Ｃ／Ｈと平均水素数とに基づいて着火遅れ時間を算出することも可能である。

以上説明した第３実施形態によれば、以下の効果を奏する。

燃料の燃え易さを表すＣ／Ｈと平均炭素数とを燃料成分データとして使えば、これらＣ／Ｈ及び平均炭素数と燃焼室１１ｂ内における着火遅れ時間との相関を利用して、標準燃料を使用する場合に対する着火遅れ時間の変化量を把握することができる。そして、着火時期の変化量に基づいて噴射時期を進角側又は遅角側にシフトさせる構成にした。これにより、標準燃料に対して現使用の燃料の性状が乖離していてもその乖離分を補正でき、適正な燃焼制御を実施できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・本発明者は、燃料の動粘度と密度とに基づいて燃料の低位発熱量の推定が可能であること、燃料の低位発熱量がＣ／Ｈ（炭素水素比）に対して相関が強いことに着目した。この場合、燃料成分データとして、Ｃ／Ｈに相関する低位発熱量を算出し、その低位発熱量に基づいて燃焼制御を実施することが考えられる。

低位発熱量とＣ／Ｈとの相関が強いと考えられる理由は以下のとおりである。まず、低位発熱量ＨＬ〔ｋＪ〕は、次の式（１）で表される。
ＨＬ＝3400×ｃ＋117500（ｈ−ｏ／8）＋10500×ｓ−2520×ｗ …（１）
なお、ｃは炭素質量〔ｋｇ〕、ｈは水素質量〔ｋｇ〕、ｏは酸素質量〔ｋｇ〕、ｓは硫黄質量〔ｋｇ〕、ｗは水分質量〔ｋｇ〕である。

ここで、酸素質量、硫黄質量、水分質量が少量であることからこれらを省略すると、式（１）は式（２）のように簡略にできる。
ＨＬ＝ｋ１×ｃ＋ｋ２×ｈ …（２）
この場合、水素分子量は１であるから、ＨＬからｃ／ｈ（炭素水素比）を算出することが可能であり、低位発熱量とＣ／Ｈとの相関が強いと言える。本発明者によれば、低位発熱量とＣ／Ｈとが図１０に示す関係にあることが確認されている。

低位発熱量に基づいて燃焼制御を実施する際、ＥＣＵ４０は、燃料の動粘度及び密度と低位発熱量との関係を定めたマップや相関関数を用い、燃料の動粘度及び密度に基づいて低位発熱量を算出する。そして、その低位発熱量に基づいて、燃料噴射量の増減補正を実施する。このとき、標準の低位発熱量に対して低位発熱量が小さいほど、燃料噴射量の増量側の補正量を大きくし、標準の低位発熱量に対して低位発熱量が大きいほど、燃料噴射量の減量側の補正量を大きくするとよい。なお、燃料噴射量の補正に際しては、低位発熱量以外に、エンジン水温・油温、吸気温度を考慮して噴射量補正を実施してもよい。

・燃料の動粘度と密度とに基づいてＣ／Ｈ（炭素水素比）を算出するとともに、そのＣ／Ｈに基づいてエンジンの燃焼状態をフィードバック制御する構成としてもよい。以下の構成では、燃料成分データであるＣ／Ｈを、エンジン１０における実際の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータにより補正し、補正後のＣ／Ｈに基づいて燃焼制御を実施することとしている。図１１は、燃焼状態フィードバック制御の概要を示す機能ブロック図である。図１１に示す機能はＥＣＵ４０の演算処理として実施される。

図１１において、第１算出部Ｍ１では、燃料密度センサ３２により検出された燃料密度と、動粘度センサ３３により検出された動粘度とに基づいて、Ｃ／Ｈ（以下、第１Ｃ／Ｈという）を算出する。第２算出部Ｍ２では、エンジン１０における実際の着火遅れ時間である実着火遅れ時間に基づいて、Ｃ／Ｈ（以下、第２Ｃ／Ｈという）を算出する。なお、実着火遅れ時間は、筒内圧センサ３１により検出された筒内圧に基づいて算出される。実着火遅れ時間は、着火時期補正制御に用いられるパラメータでもある。

エンジン１０の燃焼状態パラメータとして、実着火遅れ時間に代えて又は加えて、エンジン回転変動量を用いてもよい。エンジン回転変動量は、標準燃料を用いた場合との比較においてエンジン回転速度の変動量として算出されるとよい。

偏差算出部Ｍ３では、第１Ｃ／Ｈと第２Ｃ／Ｈとの偏差を算出する。Ｃ／Ｈ補正部Ｍ４では、第１算出部Ｍ１で算出した第１Ｃ／Ｈを、偏差算出部Ｍ３で算出した偏差により補正して最終Ｃ／Ｈを算出する。なお、Ｃ／Ｈ補正部Ｍ４が補正手段に相当する。そして、この最終Ｃ／Ｈを用いて、すす量の推定やスモーク抑制制御を実施する。

燃料の動粘度と密度とに基づきＣ／Ｈが算出される場合、そのＣ／Ｈが、エンジン１０の燃焼状態からして誤差分を含むことがあると考えられる。この点、上記構成では、燃料の動粘度と密度とに基づき算出したＣ／Ｈ（第１Ｃ／Ｈ）を、エンジン１０の燃焼状態パラメータである実着火遅れ時間により補正し、その補正後のＣ／Ｈ（最終Ｃ／Ｈ）に基づいて燃焼制御を実施する構成とした。そのため、仮にＣ／Ｈがエンジン１０の燃焼状態からして誤差分を含んでいても、その誤差分を是正でき、より一層適正な燃焼制御を実施できる。

・動粘度の算出は、動粘度センサ３３による検出値に基づくものに限らない。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。そして、取得した圧力波形を形成する圧力波の速度を算出し、圧力波の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。動粘度の算出は、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を、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にしてもよい。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、Ｓ２６において、第１距離は燃焼先端位置の場合よりも短くし、Ｓ２８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、燃焼領域が燃焼室１１ｂの壁面近傍及びインジェクタ１７の先端近傍のいずれに偏っているか否かが分かる。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燃焼室１１ｂの壁面に当たっているような場合でも、燃焼領域が燃焼室１１ｂの壁面近傍に偏っているか否かが分かる。

・第１実施形態におけるスモーク抑制制御と、第２実施形態における燃焼位置制御と、第３実施形態における噴射時期制御とについて少なくともいずれか２つを組み合わせて実施することも可能である。例えば、スモーク抑制制御と燃焼位置制御とを組み合わせて実施する場合、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の処理を実施し、燃焼位置制御として噴射圧の減少を実施せずに吸気圧の増加を実施するとよい。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の処理を実施し、燃焼位置制御として吸気圧の減少を実施せずに噴射圧の増加を実施するとよい。

１０…エンジン（ディーゼル機関）、１１ｂ…燃焼室、１７…インジェクタ（燃料噴射弁）、４０…ＥＣＵ（動粘度取得手段、密度取得手段、成分算出手段、制御手段）。

Claims (6)

1. 燃焼室（１１ｂ）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、
   前記燃料の動粘度を取得する動粘度取得手段と、
   前記燃料の密度を取得する密度取得手段と、
   前記動粘度取得手段により取得した動粘度と前記密度取得手段により取得した密度とに基づいて、前記燃料に含まれる炭素量と水素量との比又はそれに相関するパラメータを燃料成分データとして算出する成分算出手段と、
   前記成分算出手段により算出した前記燃料成分データに基づいて、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射される燃料の燃焼に関する燃焼制御を実施する制御手段と、
   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. 前記成分算出手段は、前記動粘度取得手段により取得した動粘度と前記密度取得手段により取得した密度とに基づいて、前記燃料成分データとして燃料の低位発熱量を算出し、
   前記制御手段は、前記成分算出手段により算出した低位発熱量に基づいて前記燃焼制御を実施する請求項１に記載のディーゼル機関の制御装置。
3. 前記成分算出手段により算出した前記燃料成分データに基づいて、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施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であるか否かを判定するすす量判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記燃料が高スモーク燃料であると判定された場合に、前記燃焼制御としてスモーク抑制のためのスモーク抑制制御を実施する請求項１又は２に記載のディーゼル機関の制御装置。
4. 前記成分算出手段は、前記燃料成分データとして、前記比と、前記燃料に含まれる炭素量とを算出し、
   前記成分算出手段により算出した前記比と前記炭素量とに基づいて、前記燃焼室内における燃料の所定の燃焼位置を算出する燃焼位置算出手段と、
   前記燃焼位置算出手段により算出した前記燃焼位置が、前記燃料噴射弁の先端を基準として定められた所定距離範囲に入っているか否かを判定する燃焼位置判定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記燃焼位置が前記所定距離範囲に入っていないと判定された場合に、前記燃焼制御として、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である噴射圧を増加又は減少させる噴射圧制御と、前記燃焼室内への吸入空気の圧力である吸気圧を増加又は減少させる吸気圧制御との少なくともいずれかを実施する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディーゼル機関の制御装置。
5. 前記成分算出手段は、前記燃料成分データとして、前記比と、前記燃料に含まれる炭素量とを算出し、
   前記成分算出手段により算出した前記比と前記炭素量とに基づいて、標準的な性状の燃料を使用する場合における標準着火時期に対する着火時期の変化量を算出する着火時期算出手段を備え、
   前記制御手段は、前記燃焼制御として、前記着火時期の変化量に基づいて前記燃料噴射弁の噴射時期を進角側又は遅角側にシフトさせる噴射時期制御を実施する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のディーゼル機関の制御装置。
6. 前記成分算出手段により算出した前記燃料成分データを、前記ディーゼル機関における実際の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータにより補正する補正手段を備え、
   前記制御手段は、前記補正手段による補正後の前記燃料成分データに基づいて前記燃焼制御を実施する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディーゼル機関の制御装置。