JP2016506476A - 燃料品質の判定方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、燃焼機関（１０）用、特にディーゼルエンジン用の燃料が低圧燃料タンク（１２）から高圧容器（２２ａ、３０）に運ばれ、燃焼機関（１０）の少なくとも一つのシリンダー（１８）に噴射され、前記少なくとも一つのシリンダー（１８）への燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁（２４）が設けられる、前記燃料の燃料品質を判定する方法及び装置に関する。前記制御弁（２４）のタイミング信号の実際値（Ｓ＿２４）は、前記制御弁（２４）タイミング信号の基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）と比較され、前記制御弁（２４）タイミング信号の前記実際値（Ｓ＿２４）と前記基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）との差（ΔＳ）から燃料品質パラメータが得られ、及び／又は、前記高圧容器（２２ａ）の圧力上昇勾配の基準値（ｐ＿ｒｅｆ）と比較して、前記高圧容器（２２ａ）の圧力（ｐ＿ｉｎｊ）の蓄圧段階時の圧力上昇の勾配から燃料品質パラメータが得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼機関用の燃料の燃料品質の判定方法と装置並びにコンピュータプログラムとコンピュータプログラム製品に関する。
バイオディーゼル油とは、植物油系又は動物脂肪系のディーゼル燃料のことで、例として菜種油、ヤシ油、又は大豆油から取れる脂質とアルコールを化学反応させて作り、メチル基、プロピル基又はエチル基の長鎖のアルキルエステルを生成する。バイオディーゼル油は、標準のディーゼルエンジンで使用される。噴射ポンプを装備した標準のディーゼルエンジンでは、バイオディーゼル油は、同質タイプ（「Ｂ１００」）で非混合のものを使用するか、或いは濃度には関係なく鉱物系ディーゼル燃料（石油系ディーゼル油）と混合できる。しかしながら、例えば、新しい高圧力（２９０００ｐｓｉ）のコモンレール噴射方式のディーゼルエンジンは、製造業者によってＢ５又はＢ２０（混合バイオディーゼル油の体積百分率５％及び２０％の最大許容値を意味する）の厳格な工場制限を設けている。
バイオディーゼル油は、燃焼機関を変更しないで燃料として使用可能である。しかしながら、バイオディーゼル油並びに合成ディーゼル油は、石油系ディーゼル油とは異なった、濃度と特定の発熱量を有する。このため、燃焼成分の変わる燃料を使用する際に同じエンジントルク及び同じ回転速度を実現するため、例えば噴射システムの燃料品質の変更が必要となる場合がある。このことは、排気温度並びに排気成分に影響することがあるので、一方では噴射燃料の特性を変更すると、エンジン制御の制御パラメータの手直しが必要となる場合がある。
例えば、エンジンに生じる煤の量並びに酸化窒素の含有量は、燃料成分が影響し、石油系ディーゼル油と比較して改善できることもあるので、排気回生を適用することも必要である。そのような合成ディーゼル油又はバイオディーゼル油添加物が、石油系ディーゼル油と一緒に使用されるか、又は、石油系ディーゼル油がそのような代替燃料に全て取り替えられた場合、一般に、エンジンのキャリブレーションは、排気ガス、騒音、燃料消費等に対して通常最適に対応されない。
特許文献１は、車両での直噴式内燃機関用燃料の品質の判定方法を開示している。コモンレール燃料噴射方式は、ＰＩＤレギュレータにより制御される燃料ポンプからなる。燃料の粘度が変化すると、ＰＩＤレギュレータのＩ値が変化する。少し変化した粘度及び、そのため少し変化したレール圧力に対しても変化する。続いて、新規のＩ値を特性マップに格納されている基準値と組み合わせて使用して、新しい粘度を判定できる。燃料の粘度の評価は、内燃機関の静止モード又は下降行程モード時に行われる。
欧州特許出願公開第２ ０８０ ８８８号明細書
本発明の一つの目的は、車両における既存のハードウエアで、可能な限り迅速かつ正確に燃料品質を判定する方法と装置を提供することである。
他の目的は、そのような方法を実施するためのコンピュータプログラム、コンピュータシステム及びコンピュータプログラム製品を提供することである。
これらの目的は、独立請求項の要点で実現される。他の請求項、図面及び記述説明で、本発明の有利な実施の形態について開示する。
本発明の第一の態様により、燃料は低圧燃料タンクから高圧容器に運ばれ、燃焼機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射され、当該少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁が設けられる、燃焼機関、特にディーゼルエンジン用の燃料の燃料品質を判定するための方法を提案する。制御弁タイミング信号の実際値を、制御弁タイミング信号の基準値と比較し、制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から燃料の特性パラメータを得る。
更に又は或いは、高圧容器の圧力上昇勾配の基準値と比較して、高圧容器の蓄圧段階時の圧力上昇勾配から燃料品質パラメータを得る。
本方法は、好都合なことに、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射方式並びに単体噴射方式で使用可能である。
制御弁は、好都合なことに、燃料タンクと高圧容器（コモンレール噴射方式のコモンレール、又は単体噴射方式の燃料ポンプのポンプ室である）との間のスピル弁とすることが可能である。燃料供給装置のスピル弁タイミング信号の実際値と基準値との差から、及び／又は圧力勾配の実際値と燃料系統の圧力勾配の基準値との差から、燃料品質パラメータを得ることができる。
燃料は、好都合なことに、最初の圧力の燃料タンクから最初の圧力より強い圧力の高圧容器まで運ばれ、ディーゼルエンジンの少なくとも一つのシリンダーに噴射することができる。ここでは、スピル弁は、高圧容器の燃料圧力を制限するため設けられている。
好ましい実施の形態において、制御弁タイミング及び／又はその作動継続時間を調整することで、圧力の閉ループ制御により、高圧容器において必要な圧力が設定される。
制御弁タイミング信号の実際値は、好都合なことに、一定のエンジントルクで決めることができる。制御弁タイミングを決定する精度は、エンジンの安定運転状態によって改善される。
さらに好都合な実施の形態において、制御弁タイミング信号の実際値は、燃料の実温度でさらに緻密化されてもよい。燃料濃度と燃料粘度は、温度に依存しないようにできるので、本発明方法の精度は改善できる。
さらに好ましい実施の形態において、高圧容器の圧力信号の実際値は、燃料の実温度でさらに緻密化されてもよい。燃料濃度と燃料粘度は、温度に依存しないようにできるので、本発明方法の精度は改善できる。
さらに好都合な実施の形態において、制御弁タイミング信号の基準値は、基準燃料の特性曲線一式から得ることができる。基準燃料は、パラメータが周知されている石油系ディーゼル油とすることができる。
同質のバイオディーゼル油又は同質の合成ディーゼル油、或いはディーゼル油と合成ディーゼル油又はバイオディーゼル油（例えばＲＭＥ、ＲＭＥは菜種バイオディーゼル油の略語）の混合したもので運転する場合、有利なことに、本発明は燃料品質を判定して燃料成分を測定する課題を解決する。利点は、コモンレール噴射方式の場合に、追加のハードウエアが不要ということである。単体噴射方式の場合は、高圧容器に圧力センサーをつなぐことが好都合である。
追加の燃料センサーの取付けを無くすことができ、よってエンジンの総費用を削減することができる。制御弁タイミング信号は、制御弁の操作を制御する制御ユニットの制御信号から容易に得ることができる。この制御ユニットは、例えば、コモンレール噴射方式のディーゼルエンジンでは、コモンレール装置（レールコントローラーとも呼ばれる）の様々なアクチュエータの動作を制御する制御ユニットとすることができる。タイミング信号は、制御弁に対するオン信号又はオフ信号であることが望ましい。コモンレール噴射方式の場合のスピル弁の作動は、全てのエンジン運転状態に対してプログラム（すなわち、マッピング）され、そのため各々の制御ユニットで対応可能である。
本発明は、燃料が低圧燃料タンクから高圧のコモンレール（高圧容器）に運ばれてから内燃機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射されるコモンレール噴射方式で特に利用可能である。
コモンレール噴射方式ディーゼルエンジンにおいて、燃料は低圧燃料タンクから高圧容器、すなわちコモンレールに運ばれ、コモンレールを介してエンジンに噴射される。スピル弁は、圧力制御弁と解釈できる。レール圧力と噴射継続時間で、燃料噴射量が決まる。
例えば、コモンレール噴射方式では、燃料圧力は、高圧容器（レールと呼ぶ）のプランジャー（ピストン）ポンプによって生じる。レール内の圧力は、スピル弁制御によって調整可能である。所定のレール噴射圧力及び（エンジン）シリンダーへの所定の燃料噴射量のためには、プランジャーポンプ動作のある一定のデューティサイクルが必要である。ポンプ動作期間は、レール（レールコントローラ）の制御ユニット（ＥＣＵ）で使用される「デューティサイクル」と呼ばれるパラメータで表現する。必要レール圧力を得るため、圧力センサーはレールに配置され、適正な圧力の調整は、スピル弁の作動のタイミング及び／又はスピル弁（以下では、スピル弁の作動のタイミング及び／又はその作動継続時間としても記載）の作動継続時間を調整することで、レール圧力の閉ループ制御によって制御される。このことは、燃料の粘度及び／又は濃度等の、物理的な燃料特性における差を検出するために、好んで使用される。これらの燃料特性が変化すれば、ポンプ作業は、同質の石油系ディーゼル油と比較して減らすか増やす必要がある。すなわち、当該デューティサイクルを変更することが必要である。例えば、石油系ディーゼル油以外の実際の燃料の粘度値及び濃度値が、石油系ディーゼル油のものより小さい場合は、それに応じて、ポンプ動作期間は、そのような他の燃料に対して、増やす必要がある。従って、石油系ディーゼル油以外の実際の燃料の粘度値及び濃度値が、石油系ディーゼル油のものより大きい場合は、減らす必要がある。個々の石油系ディーゼル油の特性は、周知され標準化されているので、有利なことに基準特性として利用できる。
或いは又は更に、制御弁タイミング信号の実際値は、燃料タンクからレール（特に、コモンレール噴射方式において）等の高圧容器まで燃料を運ぶ燃料ポンプのポンプ動作期間の実際値で、より緻密化できる。本方法の正確性及び堅牢性は、制御弁タイミング信号の実際値を決定するための信号をより多く含むことで改善可能である。
本方法は、燃料を少なくとも一つのシリンダーに噴射中にポンプ動作が行われる間にポンプ室で燃料を圧縮する単体噴射方式でも特に使用可能である。特に、単体噴射方式のディーゼルエンジンでは、燃料がエンジンの各シリンダーのニードル弁によって噴射される。スピル弁は、燃料ポンプと燃料タンクとの間に設けられる。単体噴射方式の場合、スピル弁タイミングは、特定のクランク角度位置に対応する。燃料品質パラメータは、スピル弁タイミングから、並びに燃料噴射時の、高圧容器、特にポンプ室における、スピル弁タイミング（すなわち、クランク角度位置）に対する畜圧段階時の圧力勾配から得ることが可能である。
燃料品質パラメータは、高圧容器、特に燃料ポンプのポンプ室の圧力信号の基準値と比較して、高圧容器の畜圧段階時の圧力上昇勾配から得られる。
単体噴射方式の場合、スピル弁の起動は、エンジン運転状態全てに対してプログラム（すなわち、マッピング）されており、そのためスピル弁制御等の個々の制御ユニットで対応可能である。そのような方式においては、コモンレールはない。燃料ポンプは、単体噴射方式の場合の高圧容器であるポンプ室内の燃料を圧縮し、この燃料は、各シリンダーに配備したニードル弁によって個々のシリンダーに噴射される。噴射は、ポンプが燃料を送出している間に行われる。ニードル弁は、燃焼室への燃料噴射、噴射タイミング及び噴射継続時間を制御する。従来技術の方式では、燃料圧力は制御ユニットにおいてマッピングされており、そのため燃料圧力は測定されない。本発明によれば、圧力センサーを高圧容器、すなわち燃料ポンプのポンプ室につなぐことで、圧力はこのポンプ室で決めることが可能である。
単体噴射方式では、好都合なことに、噴射弁のニードル開放圧力を調整することで、及び／又は制御弁のタイミング信号の実際値、及び／又はその作動時間を調節することで、閉ループ制御によって高圧容器内の必要圧力が設定される。
同質のバイオディーゼル油又は同質な合成ディーゼル油、或いはディーゼル油と合成ディーゼル油又はバイオディーゼル油（例えばＲＭＥ、ＲＭＥは菜種バイオディーゼル油の略語）の混合したもので運転する場合、燃料品質を判定することで、本発明は、有利なことに、燃料成分を測定する問題を解決する。追加の燃料センサーの設置を無くすことが可能であり、よってエンジン総費用を削減することができる。
高圧容器の圧力信号は、ポンプ室につないだ、例えばポンプ室内又はその付近の圧力センサーから容易に得られ、制御弁の操作を制御する制御ユニットに送ることが可能である。例えば、単体噴射方式の場合、エンジンがバイオディーゼル油で運転するならば、インジェクター圧力は、石油系ディーゼル油で運転するエンジンと比較して高くなるので、その圧力は監視可能である。
必要とする最大噴射圧が固定されている場合は、燃料ポンプのポンプ室内の圧力は、石油系ディーゼル油よりバイオディーゼル油の方が早く上昇する。このことは、異なる燃料の粘度及び／又は濃度のような物理的な燃料特性における差を検出するのによく利用される。これらの特性が変化すれば、ポンプ室の畜圧段階での圧力上昇勾配は、同質の石油系ディーゼル油と比較して減少又は増加となる。各石油系ディーゼル油の特性は、周知されており標準化しているため、有利なことに基準特性として使用可能である。従来の単体噴射方式では、圧力上昇がより急なものであれば、圧力増加を招き、単体インジェクターが損傷する可能性があった。
本発明のさらにもう一つの態様により、燃料は、低圧燃料タンクから高圧容器に運ばれ、燃焼機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射され、当該少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁が設けられる、燃焼機関用の特にディーゼルエンジン用の燃料の燃料品質を判定する方法を実施するための装置を提案する。制御弁タイミング信号の実際値を制御弁タイミング信号の基準値と比較するため、及び制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から燃料品質パラメータを得るために、制御ユニットを設ける。
更に又は或いは、高圧容器の圧力上昇勾配の基準値と比較して、高圧容器の圧力の蓄圧段階時の圧力上昇の勾配から燃料品質パラメータを得る。
本装置は、コモンレール噴射方式又は単体噴射方式のディーゼルエンジンに特に適しており、後者の方式では、制御弁は当該方式のスピル弁とすることが可能で、このスピル弁は高圧容器の圧力を制限するために使用される。
好ましい実施の形態において、制御弁タイミング信号及び／又はその作動継続時間を調整することで、圧力の閉ループ制御によって必要な噴射圧力を設定することができる。単体噴射方式ディーゼルエンジンの場合、各シリンダー制御に関係するニードル弁は、燃焼室への燃料噴射、噴射タイミング及び噴射継続時間を制御する。
或いは又は更に、圧力信号の実際値は、燃料タンクから単体噴射方式のポンプ室等の高圧容器まで燃料を運ぶ燃料ポンプのポンプ動作期間の実際値により、より緻密なものにできる。本方法の正確性及び堅牢性は、高圧容器の圧力信号の実際値を決定するための信号をより多く含むことで改善可能である。
燃料温度の実際値を測定するために、好都合にも温度センサーを設けることができるので、本方法の測定精度は改善できる。さらに、圧力センサーは、高圧容器の圧力及び／又は圧力勾配を測定するために設置できる。
本発明の他の態様により、燃料は燃料タンクから高圧容器に運ばれ、燃焼機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射され、当該少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するための制御弁が設けられる、燃焼機関用特にディーゼルエンジン用燃料の燃料品質を判定する方法を実施するための装置、を備える車両を提案する。本車両は、コモンレール噴射方式を装備してもよい。この場合、スピル弁タイミング信号の実際値は、制御弁タイミング信号の基準値と比較し、燃料品質パラメータは、制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から得られる。或いは、本車両は単体噴射方式も装備できる。この方式では、タイミング関連の基準値とスピル弁タイミングとの差及び／又は燃料室の畜圧段階時の圧力上昇勾配と圧力勾配関連の基準値との差が、燃料品質を得るために使用される。
本発明の他の態様により、プログラム可能なマイクロコンピュータを運用する場合、燃焼機関用燃料の燃料品質を判定するための方法を実施するようになっているか、又はその方法で使用するためのコンピュータプログラムコードを備えるコンピュータプログラムが提案される。ここで、前記方法は、燃料タンクから燃料を運ぶこと、及び当該燃料を燃焼機関の少なくなくとも一つのシリンダーに噴射することで構成され、少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁が設けられ、そして例えばコモンレール噴射方式の場合、制御弁タイミング信号の実際値は、制御弁タイミング信号の基準値と比較され、燃料品質パラメータは制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から得られる。更に又は或いは、高圧容器の畜圧段階時の圧力勾配の差は燃料品質を得るために使用できる。本コンピュータプログラムは、インターネットに接続されたコンピュータで運用する場合、制御ユニット又はその構成部品の内の一つにダウンロード可能であるようにすることができる。
本発明のさらに一つの態様により、コンピュータで、上記の方法で使用のプログラムコードを備える、コンピュータ読取り可能な媒体に格納のコンピュータプログラム製品が提案される。
本発明は、上記の内容、他の目的、及び利点とともに、以下の実施の形態の詳細説明から最も良く理解できるものであるが、これらの実施の形態に限定するものでない。以下に概略的に示す。
コモンレール噴射方式でのスピル弁として構成した制御弁のタイミング信号を決定するディーゼルエンジンのコモンレール装置に係る本発明による実施の形態の一例である。 図１によるシステムの石油系ディーゼル油より濃度及び粘度が低い燃料と石油系ディーゼル油のコモンレール噴射方式でのスピル弁タイミング信号の比較である。 図１によるシステムの石油系ディーゼル油より濃度及び粘度が高い燃料と石油系ディーゼル油とのコモンレール噴射方式でのスピル弁タイミング信号の比較である。 本発明に係るコモンレール噴射方式でのスピル弁タイミング信号の差に対するレール圧力上昇である。 ポンプエレメントの正弦曲線運動及び図１によるシステムのクランク角度位置の関数としてのリフト量である。 単体噴射方式でのニードル弁として構成した制御弁のタイミング信号を決定するためのディーゼルエンジンの装置に関する本発明による実施の形態の一例である。 図６によるシステムの石油系ディーゼル油より濃度及び粘度が高い燃料と石油系ディーゼル油との単体噴射方式の圧力信号の比較である。 ポンプエレメントの運動の特性曲線と、図７のシステムでのクランク角度位置の関数としてのリフト量である。
図面中、同一又は類似の構成要素は、同一の参照符号で表される。図面は、単に概略的に表示をしたものであり、本発明の特定のパラメータを表現するものではない。さらに、図面は本発明の典型的な実施の形態のみを表現するものであり、そのため本発明の範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
図１に、コモンレール噴射方式２０の実施の形態の概略例を示す。燃料をパイプ１４及び１６を介して低圧の燃料タンク１２から高圧容器３０に運ぶことで、燃料圧力（図２でｐ＿ｒａｉｌ）がポンプ２２のプランジャー（ピストン）によって生じ、高圧容器３０（「レール」とも呼ばれる）に入る。燃料は、燃料タンク１２からポンプ２２のポンプ室２２ａに運ばれ、その次に高圧容器３０に運ばれる。制御弁２４（スピル弁として構成）は、燃料タンク１２とポンプ２２の間のパイプ１４に計測弁として配置される。パイプ１６において、逆止弁２６は、高圧容器３０とポンプ２２の間に配置される。圧力センサー３６は、高圧側、例えば高圧容器３０に配置される。燃料は、インジェクター４０によりディーゼルエンジン１０のシリンダー１８（例として、エンジンのインジェクター４０を一つ、シリンダー１８を一つのみ示す）に噴射される。そしてニードル弁３４は、高圧容器３０とインジェクター４０の間の接続パイプ３２に配置される。インジェクター４０、ニードル弁３４及びポンプ２２は、一体化して単体装置とすることもできるし、或いは代わりに別々の装置とすることも可能である。燃料タンク１２には、一種類の燃料、例えば石油系ディーゼル油と合成油又はバイオディーゼル油との混合したものを入れることができる。代案（図面には表示なし）としては、分離した２個以上のタンクとすることができる。１つは石油系ディーゼル油用で、もう一つのタンク（又は複数のタンク）は、バイオディーゼル油及び／又は合成ディーゼル油用としてもよい。これらタンクの出口は、これらタンクの燃料を混合するため、又は所望の混合燃料を高圧容器に供給するために結合することができる。或いは、複数タンク方式（図面には表示なし）とすることも可能で、一度に、一つのタンクのみからの燃料が高圧容器に供給されるといった方法で、又は適正な種類の燃料を適正な時間で当該エンジンに供給するために、時間経過で変わりうるエンジンのニーズに応じて、個々の燃料タンクを連続して高圧容器に接続できるといった方法で、前記複数のタンクに異なる燃料を貯蔵し、弁制御は、様々なタンクの個々の出口を高圧容器に接続する弁装置を制御する。
燃料の温度は、燃料タンク１２に配置される温度センサー３８により検出可能である。
コモンレール噴射方式２０の構成部品並びに好ましくはエンジン１０は、制御ユニット６０、例えば電子制御ユニットＥＣＵにより制御される。この制御ユニット６０にはエンジン特性マップが格納されていて、これによって、例えばアクセルペダル等の制御エレメントにより、ドライバーの燃料需要等で要求された燃料をシリンダー１８に噴射するようにインジェクター４０が制御される。高圧容器３０内の実際の圧力（図２のｐ＿ｒａｉｌ）は、入力パラメータとして入力され、制御ユニット６０において解析される。ここでは、この圧力ｐ＿ｒａｉｌは、エンジン１０の回転速度に左右されうるので、回転速度が増えると、高圧容器３０において圧力ｐ＿ｒａｉｌが高まる。
レール内の燃料の実際の圧力ｐ＿ｒａｉｌ以外に、制御ユニット６０への他の入力パラメータは、例えば、燃料の温度、エンジン速度（特に、実際のクランク角度に関係する信号）及びエンジン運転状況（特に、実際のカムシャフト位置に関係する信号）である。
高圧容器３０内の圧力ｐ＿ｒａｉｌは、制御弁２４の操作も制御する制御ユニット６０を介して調整可能である。圧力ｐ＿ｒａｉｌを上昇する必要がある場合は、ポンプ２２は、高圧容器３０に供給される燃料を測定する制御弁２４を介して、燃料タンク１２から高圧容器３０に燃料を運ぶ。必要圧力に到達すると、余分な燃料は、制御弁２４を介して、燃料タンク１２に戻される。高圧容器３０内の圧力ｐ＿ｒａｉｌは、逆止弁２６によって保たれ、圧力センサー３６によって測定される。
所定のレール圧力ｐ＿ｒａｉｌ及び（エンジン）シリンダー１８への燃料噴射量のためには、ポンプ２２のプランジャーポンプ動作のある一定のデューティサイクルが必要である。このプランジャーポンプ動作のデューティサイクルは、ポンプ動作期間（図２のＴ＿２２）で説明する。ポンプ動作期間Ｔ＿２２は、制御ユニット６０（ＥＣＵ）で使用される「デューティサイクル」と呼ばれるパラメータで示される。必要なレール圧力ｐ＿ｒａｉｌを得るために、制御弁の作動のタイミング及び／又は継続時間を調整することによって、適正な圧力ｐ＿ｒａｉｌの調整は、閉ループ制御によって、圧力センサー３６による圧力の測定結果を用いて制御される。この制御は、燃料の物理的特性（特に粘度と濃度）のおける差を検出するために使用される。
これらの特性が変われば、ポンプ作業は、同質の石油系ディーゼル油と比べて減らすか又は増やす必要がある。すなわち、当該「デューティサイクル」を変更する必要がある。従って、制御弁タイミングは、単純な燃料センサーとして使用される。たとえば、石油系ディーゼル油より、粘度値及び濃度値が低い燃料を使用する場合、図２に例として示すように、ポンプ動作期間Ｔ＿２２を増やす必要がある。図２において、標準の石油系ディーゼル油と合成ディーゼル油を互いに比較する。図２で、実線のグラフは合成ディーゼル油を示し、破線のグラフは標準の石油系ディーゼル油を表す。一方、バイオディーゼル油（例えばＲＭＥ等）は、標準の石油系ディーゼル油と比較して粘度と濃度が遥かに高く、そのためポンプ動作期間Ｔ＿２２が短くなる必要がある。このことは、図３に示している。ＲＭＥの混合の度合い高ければ高いほど、当該「デューティサイクル」、すなわちポンプ動作期間が短くなる。
図２は、石油系ディーゼル油と、石油系ディーゼル油より低い粘度及び濃度（例えば合成ディーゼル油がそうであろう）の燃料との制御弁タイミング信号の比較を、クランク角度の度数ＣＡＤにおける、エンジンのクランク角度位置の関数として示している。３６０°ＣＡＤのクランク角度位置は、上死点ＴＤＣに対応しており、エンジン１０のピストンのクランクシャフトから最も離れた位置である。制御弁２４（図１ａ）は、この例ではスピル弁である。
諸特性は一定のエンジントルクに対して示されている。図２の下部に示されているグラフからわかるように、合成ディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿２４は、石油系ディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿ｒｅｆより早く動き出しており、それによりスピル弁タイミングに差ΔＳが生じる。図２の上部に示されるグラフにはレール圧力ｐ＿ｒａｉｌが示されており、高圧容器３０（図１）の圧力上昇分ΔＰ並びにポンプ動作継続時間Ｔ＿２２の変化が示されている。
図３は、石油系ディーゼル油と、石油系ディーゼル油より高い粘度及び濃度（例えばバイオディーゼル油がそうであろう）の燃料との制御弁タイミング信号の比較を、当該エンジンのクランク角度位置の関数として示している。図３で、実線のグラグは前記バイオディーゼル油を示し、破線のグラフは標準の石油系ディーゼル油を示している。制御弁は、この例ではスピル弁である。図３の下部に示されるグラフから分かるように、バイオディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿２４は、石油系ディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿ｒｅｆより早く動き出しており、それによりスピル弁タイミングに差ΔＳが生じる。図３の上部に示すグラフには、レール圧力ｐ＿ｒａｉｌを示しており、高圧容器３０（図１）の圧力上昇分ΔＰ並びにポンプ動作期間Ｔ＿２２の変化が示されている。
両方の図面から、レール圧力ｐ＿ｒａｉｌの上昇が小さい場合でも、スピル弁タイミングＳ＿２４の差ΔＳは顕著であることが分かる。例えば、ここでの例では８０バール当たり約２°のクランク角度である。スピル弁タイミングは、ポンプ２２（図１）のポンプ作業の開始、すなわちスピル弁２４が閉じる時期を制御する。スピル弁（制御弁２４）は、作動していない時は、開いている。スピル弁（制御弁２４）は、作動している時、すなわちポンプ動作中は閉じている。これは、高圧容器３０内を高圧にできるように、スピル弁（制御弁２４）を作動させることにより、高圧容器３０は閉じることを意味する。
図４は、例として、石油系ディーゼル油とバイオディーゼル油とのスピル弁タイミング差ΔＳに対する、レールすなわち高圧容器（図１の３０）での圧力上昇分Δｐを表している。この差は、石油系ディーゼル油の代わりにバイオディーゼル油を使用した場合は、スピル弁（図１の制御弁２４）が後で（一層高いクランク角度位置で）閉じることを意味する。
図５では、（図右手の垂直座標のリフト［ｍｍ］として示す図のグラフにおいて）Ａ＿ｌｉｆｔと称する、ポンプエレメントの正弦曲線運動、及び（図左手の垂直座標のリフト量［ｍｍ／°Ｃａｍ］として示す図のグラフにおいて）ポンプエレメントのリフト量を示す正弦曲線の最も急勾配な右上がり斜線で、それぞれ最大値のあるＣＲと称する２つの頂点を、ＣＡＤ（クランク角度の度数）で示したクランク角度位置ＰＯＳの関数として示す。
図１のポンプ２２のポンプエレメント、すなわちプランジャーは、例えばカムシャフトの湾曲状の輪郭によって機械的に作動される。このことは、図５のグラフＡ＿ｌｉｆｔに示されており、ここではカムシャフトの輪郭により生じるリフト距離が、カム角度位置ＣＡＤ（°表示）の関数として（ｍｍで）示される。ポンプエレメントの運動は、どの制御信号にも無関係である。プランジャーのリフト距離が増えると、すなわち約９０°から２７０°まで及び約４５０°から６３０°までのカム角度位置の範囲でカムレート（図５のグラフＣＲ）が右上がりであると、燃料圧力が上昇することができる、又は言い換えれば、ポンプ動作が起こることができる。ポンプ動作はエンジンサイクル当たり２回起こる。燃焼室への燃料噴射は、約３５０°から３８０°の範囲で起こり、約５°から２５°のクランク角度位置の一般的な継続時間は、動力（トルク）要求によって決まる。カムシャフトの回転速度は、エンジン速度に比例している。カムシャフトはエンジン回転速度の半分で回転する。従って、図５はカムシャフトの１回転を表示している。
スピル弁（図１の制御弁２４）が作動しない場合は、圧力上昇又は高圧容器３０（レール又は貯蔵タンク）への燃料のポンプ供給は起こらない。ポンプ２２（図１）のポンプエレメントは、低圧系すなわち図１の低圧燃料タンク１２から燃料を引き込むだけとなる。その際、ポンプエレメントは上方に移動してから、燃料を低圧系すなわち図１の低圧燃料タンク１２に戻す。低圧系の圧力は一般的には約５バールである。この文脈での「作動していない」は、スピル弁（図１の制御弁２４）は開いていることを意味し、一方、「作動している」は制御弁２４が閉じていることを意味する。
スピル弁（図１の制御弁２４）を作動する、すなわち閉じるタイミングによって、ポンプ作業の開始が決まり、従ってポンプ動作の継続時間が決まる。最大ポンプ動作期間は、ポンプカムシャフトの輪郭により物理的に限定され、図５ではこの最大継続時間をサイクル当たり約１８０°（×２倍）とすることができる。そこで、制御弁タイミングによって、高圧タンク３０のある圧力上昇を得るためにはどの程度のポンプ動作が必要であるかを決定する。
特にコモンレール噴射方式の場合、制御弁タイミング及び／又はポンプ動作期間は、以下のものの関数となる。
− 燃料の粘度。粘度が高くなると圧力上昇が早くなる、すなわちスピル弁のタイミングは、後の時点（図５のクランク角度位置スケール上でさらに右側に）で必要となり、スピル弁は後の時点で作動したり、作動しなかったりするからである。
− 燃料の濃度。濃度が高くなると圧力上昇が早くなる、すなわちスピル弁のタイミングは、後の時点（図５のクランク角度位置スケール上でさらに右側に）で必要となり、スピル弁は後の時点で作動したり、作動しなかったりするからである。
− 燃料の温度。温度が低くなると圧力上昇が早くなる、すなわち燃料温度が上昇するにつれて、粘度と濃度は高くなるので、スピル弁のタイミングは、後の時点（図５のクランク角度位置スケール上でさらに右側に）で必要となり、スピル弁は後の時点で作動したり、作動しなかったりするからである。
− エンジン回転速度（クランク信号から取得）。ポンプ動作は回転速度が増えると、さらに効率的になるからである。
− 所望の圧力上昇。所望の圧力上昇は、少なくとも以下の２つの条件に依存しうるからである。
− 第一に、多量の燃料が燃焼室に噴射される（エンジントルクが大きい）場合は、高圧容器（図１の３０）の圧力下降がさらに大きくなり、そのため、この圧力下降を取り戻すために、ポンプ動作期間を長くすることが必要となる。
− 第二に、所望の圧力変化は、エンジンが運転状態を切り替えるということにも左右されうる。そして燃焼室への求められる（最適な）噴射圧力は、エンジン速度とトルクの関数である。
スピル弁（図１の制御弁２４）タイミング信号の実際値（図２のＳ＿２４）を決定し、その値をスピル弁（図１の制御弁２４）タイミング信号の基準値（図２のＳ＿ｒｅｆ）と比較することで、本発明に関する方法を実施するように制御ユニット６０（図１）が配置される。これらの基準値（図１の制御弁２４）は、高圧容器すなわちレールの燃料供給系における使用燃料の実際の品質と比較するために、例えば石油系ディーゼル油等の周知の標準化された燃料の燃料特性から得られる。
制御ユニット６０は、当該方法を実施できる、又はプログラムをマイクロコンピュータ上で運用する際に当該方法において使用されるコンピュータプログラムコードを含めたプログラム可能なマイクロコンピュータを含むことができる。特に、当該マイクロコンピュータがインターネットに接続されている時は、当該コンピュータプログラムは、制御ユニット６０又はその構成部品の内の一つにダウンロード可能になっている。
コンピュータ読取り可能な媒体に格納したコンピュータプログラム製品は、任意で、マイクロコンピュータ上の当該方法において使用されるプログラムコードを含んでもよい。
エンジン１０（図１）に噴射された燃料の特性は、排気温度、排気ガスの成分、及びエンジン１０のトルクと出力に影響を与える。例えば、石油系ディーゼル油と比べて、合成ディーゼル油の濃度の方が低いのに対して、バイオディーゼル油の濃度は高い。一方、合成ディーゼル油の粘度はほんの少しだけ低く、合成ディーゼル油の粘度は遥かに高い。粘度と濃度でのこれらの差は、エンジンを適正に運転するのに必要な、インジェクター（図の４０）の噴射圧力を決定する。合成ディーゼル油の発熱量（燃焼熱）は、石油系ディーゼル油のものより少し多い。一方、バイオディーゼル油は、石油系ディーゼル油より発熱量が遥かに少ない。石油系ディーゼル油のリットル当たりの燃料エネルギーは、合成ディーゼル油とバイオディーゼル油よりも多い。これら三種類の燃料のうち、バイオディーゼル油は、リットル当たりの燃料エネルギーが最少である。このことは、エンジン１０（図１）のトルクと出力に関して重要なことである。燃料品質が分かっている場合は、エンジン制御は、エンジン１０（図１）の運転に適応したものとすることが可能で、並びにそれに応じて前記エンジン１０に関連の排気ガス処理システムの運転にも適応可能である。
図６は、各シリンダー１８に対して個々のニードル弁３４を設けた（図には一組のみ表示）単体燃料噴射方式１２０を有するディーゼルエンジン１０の装置の実施の形態の一例を示す。
図６に示す実施の形態において、ポンプ２２のポンプ室２２ａのプランジャー（ピストン）ポンプ２２によって、低圧燃料タンク１２からパイプ１４を介してポンプ室２２ａまで、そしてパイプ１６を介してニードル弁３４まで燃料を運ぶことで、燃料圧力（図７のｐ＿ｉｎｊ）が発生する。制御弁２４（スピル弁として構成される）は、燃料タンク１２とポンプ２２の間のパイプ１４に計測弁として配置される。圧力センサー３６は、ポンプ室２２ａ内の圧力を測定するためにポンプ２２に配置される。ニードル弁３４が開いている時は、燃料はインジェクター４０からエンジン１０のシリンダー１８に噴射される（例としてエンジン１０のインジェクター４０を１個、ニードル弁３４を１個及びシリンダー１８を１個のみ示す）。ニードル弁３４はポンプ２２とインジェクター４０の間に配置される。インジェクター４０、ニードル弁３４及びポンプ２２は、一体化して単体装置とすることもできるし、代案として別々の装置とすることも可能である。
燃料タンク１２には、一種類の燃料、例えば石油系ディーゼル油と合成油又はバイオディーゼル油との混合したものを入れることができる。代案（図面には表示なし）としては、分離した２個以上のタンク、１つは石油系ディーゼル油用で、もう一つのタンク（又は複数タンク）はバイオディーゼル油及び／又は合成ディーゼル油用とすることもできる。これらタンクの出口は、これらタンクの燃料を混合するため、又は所望の混合燃料を高圧容器に供給するために結合することができる。或いは、複数タンク方式（図面には表示なし）とすることも可能で、一度に一つのタンクのみからの燃料が高圧容器に供給されるといった方法で、又、適正な種類の燃料を適正な時間で当該エンジンに供給するために、時間経過で変わりうるエンジンのニーズに応じて、個々の燃料タンクを連続して高圧容器に接続できるといった方法で、前述の複数のタンクに異なる燃料を貯蔵し、弁制御は、様々なタンクの個々の出口を高圧容器（すなわち、ポンプ室２２ａ）に接続する弁装置を制御する。
燃料の温度は、燃料タンク１２に配置される温度センサー３８で検出可能である。
単体噴射方式１２０の構成部品並びに好ましくはエンジン１０は、制御ユニット６０、例えば電子制御ユニットＥＣＵによって制御される。この制御ユニット６０にはエンジン特性マップが格納されており、このマップによって、例えば、アクセルペダル等の制御エレメントによる、ドライバーの燃料需要等で要求された燃料をシリンダー１８に噴射するようにインジェクター４０が制御される。高圧容器すなわち本実施の形態のポンプ室２２ａ内の実際の圧力（図７のｐ＿ｉｎｊ）は、入力パラメータとして入力され、制御ユニット６０で解析される。ここでは、この圧力ｐ＿ｉｎｊは、エンジン１０の回転速度に左右されうるので、回転速度が上がると、ポンプ２２のポンプ室２２ａで圧力ｐ＿ｉｎｊが高まる。
単体噴射方式の場合、全ての運転エンジンサイクルの開始時点で、燃料圧力は、低圧係路レベル（例えば約５バール）にあるので、圧力ｐ＿ｉｎｊは常に上昇させる必要がある。運転サイクルは以下の通りである。燃料ポンプ２２のプランジャーが上方に移動すると、ポンプ室２２ａは、燃料で満たされことになる。ポンプ室２２ａが十分に満たされる場合は、常に同じ量の燃料で満たされる。プランジャーが下方に移動し始めると、スピル弁２４が作動するまで、燃料が吐き出され低圧系路に入る。この動作の結果、ポンプ室２２ａ内の圧力ｐ＿ｉｎｊの蓄圧段階が始まる、すなわち圧力が上昇する。ポンプ室２２ａは、燃焼機関１０のニードル弁３４と流体接続されている。ニードル弁３４が開くと、燃料がエンジン１０の各シリンダー１８に噴射される。ＥＯＩ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ：噴射の終了）後にポンプ室２２ａに残った燃料は、その後に低圧系路に戻っていく。
ポンプ室２２ａ内の燃料の実際の圧力ｐ＿ｉｎｊ以外に、制御ユニット６０への他の入力パラメータは、例えば、燃料の温度、エンジン速度（特に、実際のクランク角度に関係する信号）及びエンジン運転状況（特に実際のカムシャフト位置に関係する信号）である。
ポンプ室２２ａ内の圧力ｐ＿ｉｎｊは、スピル弁２４及びニードル弁３４の作動も制御する制御ユニット６０を介して調整可能である。圧力ｐ＿ｉｎｊを上昇させる必要がある場合は、ポンプ２２は、エンジンに１０に供給する燃料を測定するスピル弁２４を介して、燃料タンク１２からニードル弁３４に燃料を運ぶ。必要な圧力に達すると、余分な燃料は、スピル弁２４を介して燃料タンク１２に戻る。
所定の噴射圧力ｐ＿ｉｎｊ及び（エンジン）シリンダー１８への噴射燃料の量のためには、ポンプ２２のプランジャーポンプ動作のある一定のデューティサイクルが必要である。このプランジャーポンプ動作のデューティサイクルは、ポンプ動作期間で説明する。ポンプ動作期間は、制御ユニット６０（ＥＣＵ）で使用される「デューティサイクル」と呼ばれるパラメータで示される。必要な圧力を得るために、制御弁の作動のタイミング及び／又は継続時間を調整することにより、適正な圧力ｐ＿ｉｎｊの調整は、閉ループ制御によって、圧力センサー３６での圧力測定の結果を用いて、制御される。この制御は、燃料の物理的特性（特に粘度と濃度）における差を検出するために使用される。
これらの特性が変われば、ポンプ作業は、同質の石油系ディーゼル油と比べて減らす必要がある。すなわち、当該「デューティサイクル」を変更する必要がある。従って、制御弁タイミングは、単純な燃料センサーとして使用される。例えば、石油系ディーゼル油より、粘度値及び濃度値が高い燃料を使用する場合、図７に例として示すように、ポンプ動作期間を増やす必要がある。
図７で、実線のグラフはバイオディーゼル油を示し、破線のグラフは標準の石油系ディーゼル油を示す。バイオディーゼル油（例えばＲＭＥ等）は、標準の石油系ディーゼル油と比較して粘度と濃度が遥かに高く、そのため、ポンプ動作期間は、より短い必要がある。ＲＭＥの混合の程度が高ければ、高いほど、当該「デューティサイクル」、すなわちポンプ動作期間は短くなる。
図７は、石油系ディーゼル油と、石油系ディーゼル油より粘度及び濃度が高い燃料との噴射圧力ｐ＿ｉｎｊの比較を示す。一方、図８は、ポンプエレメントの動作とリフト量ＣＲをクランク角度位置ＰＯＳの関数として示している。図８において、ポンプエレメントの動作は、（図のリフト距離［ｍｍ］で示すグラフで）Ａ＿ｌｉｆｔと称し、中間部が略直線の勾配になっている約３００°と４２０°のＰＯＳの間でポンプエレメントのリフト距離の増加を示す。そしてカムレートは、Ａ＿ｌｉｆｔの直線状の勾配に対応する約３４０°と３９０°のＰＯＳの間で幅広の最大量のピークがあるグラフＣＲで示され、（図８の左手縦座標を参照、図のｍｍ／°Ｃａｍ表示のグラフで）ポンプエレメントのリフト量を、ＣＡＤ（クランク角度の度数）表示のクランク角度位置ＰＯＳの関数として示されている。
単体燃料噴射方式では、ポンプ作業は、燃料が燃焼室１８に噴射される前に開始される。噴射が開始される時点は、ＳＯＩ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ：噴射の開始）とも呼ばれる。図７を参照。ポンプ動作は、噴射期間が終了すると同時に終了する。噴射が終了する時点はＥＯＩとも呼ばれる。噴射開始前の蓄圧段階の期間は、ＮＯＰ（ニードル開放圧力、すなわちＳＯＩでの圧力）角度と定義される。畜圧段階時（ＮＯＰ角度）の圧力上昇は、相対的に直線状である。蓄圧段階での圧力上昇勾配は、カムリフト量（図８のＡ＿ｌｉｆｔ）、エンジン速度、プランジャー直径及び燃料特性の関数である。同じ噴射圧力ｐ＿ｉｎｊに対し、バイオディーゼル油がより急勾配である。石油系ディーゼル油のポンプ動作とバイオディーゼル油のポンプ動作との蓄圧段階での圧力勾配の差は、実際の燃料の品質に対する尺度である。
比較のため、制御弁２４（図６）のタイミング信号Ｓ＿ｒｅｆ及びＳ＿２４は、図７において、それぞれ石油系ディーゼル油及びバイオディーゼル油用を示している。
噴射期間（噴射の継続時間）中の噴射圧力ｐ＿ｉｎｊの挙動は、蓄圧段階での圧力勾配と同じパラメータのみでなく、ノズル流の数にも左右され、これはインジェクター４０のノズル穴の寸法と数の結果である。ＥＯＩで、（ニードル弁３４の）ニードル制御とスピル弁２４は作動しなくなり、そして（ポンプ２２での）ポンプ室２２ａに残留の燃料は、押し出されて低圧系路に、すなわち低圧燃料タンク１２に入る。
装置が起動すると、制御ユニット６０（図６）にマッピングされたパラメータに従って噴射圧力ｐ＿ｉｎｊが設定される。蓄圧段階の圧力勾配は、燃料の品質に左右されるので、数サイクル後に蓄圧段階特性の圧力勾配は、システムで実際に使用する燃料の種類に従って設定される。燃料品質は、圧力センサー３６（図６）で監視した圧力値から取り出すことが可能である。
本システムの燃料品質の検出は、蓄圧段階中の、及び／又は任意のＮＯＰに対するスピル弁タイミングによって、圧力ｐ＿ｉｎｊの上昇勾配から可能である。
本発明による方法は、有利なことに、バイオディーゼル油と標準のディーゼル油のどのような混合物でも特定することが可能であり、そのためエンジンと車両の安全運転が可能となる。
本発明は、燃焼機関用の燃料の燃料品質の判定方法と装置並びにコンピュータプログラムとコンピュータプログラム製品に関する。
バイオディーゼル油とは、植物油系又は動物脂肪系のディーゼル燃料のことで、例として菜種油、ヤシ油、又は大豆油から取れる脂質とアルコールを化学反応させて作り、メチル基、プロピル基又はエチル基の長鎖のアルキルエステルを生成する。バイオディーゼル油は、標準のディーゼルエンジンで使用される。噴射ポンプを装備した標準のディーゼルエンジンでは、バイオディーゼル油は、同質タイプ（「Ｂ１００」）で非混合のものを使用するか、或いは濃度には関係なく鉱物系ディーゼル燃料（石油系ディーゼル油）と混合できる。しかしながら、例えば、新しい高圧力（２９０００ｐｓｉ＝２００Ｍｐａ）のコモンレール噴射方式のディーゼルエンジンは、製造業者によってＢ５又はＢ２０（混合バイオディーゼル油の体積百分率５％及び２０％の最大許容値を意味する）の厳格な工場制限を設けている。
バイオディーゼル油は、燃焼機関を変更しないで燃料として使用可能である。しかしながら、バイオディーゼル油並びに合成ディーゼル油は、石油系ディーゼル油とは異なった、濃度と特定の発熱量を有する。このため、燃焼成分の変わる燃料を使用する際に同じエンジントルク及び同じ回転速度を実現するため、例えば噴射システムの燃料品質の変更が必要となる場合がある。このことは、排気温度並びに排気成分に影響することがあるので、一方では噴射燃料の特性を変更すると、エンジン制御の制御パラメータの手直しが必要となる場合がある。
例えば、エンジンに生じる煤の量並びに酸化窒素の含有量は、燃料成分が影響し、石油系ディーゼル油と比較して改善できることもあるので、排気回生を適用することも必要である。そのような合成ディーゼル油又はバイオディーゼル油添加物が、石油系ディーゼル油と一緒に使用されるか、又は、石油系ディーゼル油がそのような代替燃料に全て取り替えられた場合、一般に、エンジンのキャリブレーションは、排気ガス、騒音、燃料消費等に対して通常最適に対応されない。
特許文献１は、車両での直噴式内燃機関用燃料の品質の判定方法を開示している。コモンレール燃料噴射方式は、ＰＩＤレギュレータにより制御される燃料ポンプからなる。燃料の粘度が変化すると、ＰＩＤレギュレータのＩ値が変化する。少し変化した粘度及び、そのため少し変化したレール圧力に対しても変化する。続いて、新規のＩ値を特性マップに格納されている基準値と組み合わせて使用して、新しい粘度を判定できる。燃料の粘度の評価は、内燃機関の静止モード又は下降行程モード時に行われる。
特許文献２は、圧力上昇曲線を解析することにより、高圧インジェクターにおける燃料品質を判定する方法に関するものである。
特許文献３は、ある期間にわたって高圧部の圧力測定を行って燃料の種類を特定する方法に関するものである。
特許文献４及び特許文献５は、圧力信号を使用して燃料の種類の特性付けに係わる方法に関するものである。
特許文献６は、磁気弁の動作解析を行って燃料の種類の判定に係わる方法に関するものである。
特許文献７は、可動弁エレメントの動作を利用して、燃料のエネルギー含量に重要な値の測定に係わる方法に関するものである。
欧州特許出願公開第２ ０８０ ８８８号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０７７ ４０４号明細書 国際公開第２００９／０５６４０２号 欧州特許出願公開第０ ８２８ ０７０号明細書 欧州特許出願公開第１ ８７３ ３７８号明細書 独国特許出願公開第１０２ ５２ ４７６号明細書 国際公開第０２／０８４１０１号
本発明の一つの目的は、車両における既存のハードウエアで、可能な限り迅速かつ正確に燃料品質を判定する方法と装置を提供することである。
他の目的は、そのような方法を実施するためのコンピュータプログラム、コンピュータシステム及びコンピュータプログラム製品を提供することである。
これらの目的は、独立請求項の要点で実現される。他の請求項、図面及び記述説明で、本発明の有利な実施の形態について開示する。
本発明の第一の態様により、燃料は低圧燃料タンクから高圧容器に運ばれ、燃焼機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射され、当該少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁が設けられる、燃焼機関、特にディーゼルエンジン用の燃料の燃料品質を判定するための方法を提案する。制御弁タイミング信号の実際値を、制御弁タイミング信号の基準値と比較し、制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から燃料の特性パラメータを得る。
更に又は或いは、高圧容器の圧力上昇勾配の基準値と比較して、高圧容器の蓄圧段階時の圧力上昇勾配から燃料品質パラメータを得る。
本方法は、好都合なことに、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射方式並びに単体噴射方式で使用可能である。
制御弁は、好都合なことに、燃料タンクと高圧容器（コモンレール噴射方式のコモンレール、又は単体噴射方式の燃料ポンプのポンプ室である）との間のスピル弁とすることが可能である。燃料供給装置のスピル弁タイミング信号の実際値と基準値との差から、及び／又は圧力勾配の実際値と燃料系統の圧力勾配の基準値との差から、燃料品質パラメータを得ることができる。
燃料は、好都合なことに、最初の圧力の燃料タンクから最初の圧力より強い圧力の高圧容器まで運ばれ、ディーゼルエンジンの少なくとも一つのシリンダーに噴射することができる。ここでは、スピル弁は、高圧容器の燃料圧力を制限するため設けられている。
好ましい実施の形態において、制御弁タイミング及び／又はその作動継続時間を調整することで、圧力の閉ループ制御により、高圧容器において必要な圧力が設定される。
制御弁タイミング信号の実際値は、好都合なことに、一定のエンジントルクで決めることができる。制御弁タイミングを決定する精度は、エンジンの安定運転状態によって改善される。
さらに好都合な実施の形態において、制御弁タイミング信号の実際値は、燃料の実温度でさらに緻密化されてもよい。燃料濃度と燃料粘度は、温度に依存しないようにできるので、本発明方法の精度は改善できる。
さらに好ましい実施の形態において、高圧容器の圧力信号の実際値は、燃料の実温度でさらに緻密化されてもよい。燃料濃度と燃料粘度は、温度に依存しないようにできるので、本発明方法の精度は改善できる。
さらに好都合な実施の形態において、制御弁タイミング信号の基準値は、基準燃料の特性曲線一式から得ることができる。基準燃料は、パラメータが周知されている石油系ディーゼル油とすることができる。
同質のバイオディーゼル油又は同質の合成ディーゼル油、或いはディーゼル油と合成ディーゼル油又はバイオディーゼル油（例えばＲＭＥ、ＲＭＥは菜種バイオディーゼル油の略語）の混合したもので運転する場合、有利なことに、本発明は燃料品質を判定して燃料成分を測定する課題を解決する。利点は、コモンレール噴射方式の場合に、追加のハードウエアが不要ということである。単体噴射方式の場合は、高圧容器に圧力センサーをつなぐことが好都合である。
追加の燃料センサーの取付けを無くすことができ、よってエンジンの総費用を削減することができる。制御弁タイミング信号は、制御弁の操作を制御する制御ユニットの制御信号から容易に得ることができる。この制御ユニットは、例えば、コモンレール噴射方式のディーゼルエンジンでは、コモンレール装置（レールコントローラーとも呼ばれる）の様々なアクチュエータの動作を制御する制御ユニットとすることができる。タイミング信号は、制御弁に対するオン信号又はオフ信号であることが望ましい。コモンレール噴射方式の場合のスピル弁の作動は、全てのエンジン運転状態に対してプログラム（すなわち、マッピング）され、そのため各々の制御ユニットで対応可能である。
本発明は、燃料が低圧燃料タンクから高圧のコモンレール（高圧容器）に運ばれてから内燃機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射されるコモンレール噴射方式で特に利用可能である。
コモンレール噴射方式ディーゼルエンジンにおいて、燃料は低圧燃料タンクから高圧容器、すなわちコモンレールに運ばれ、コモンレールを介してエンジンに噴射される。スピル弁は、圧力制御弁と解釈できる。レール圧力と噴射継続時間で、燃料噴射量が決まる。
例えば、コモンレール噴射方式では、燃料圧力は、高圧容器（レールと呼ぶ）のプランジャー（ピストン）ポンプによって生じる。レール内の圧力は、スピル弁制御によって調整可能である。所定のレール噴射圧力及び（エンジン）シリンダーへの所定の燃料噴射量のためには、プランジャーポンプ動作のある一定のデューティサイクルが必要である。ポンプ動作期間は、レール（レールコントローラ）の制御ユニット（ＥＣＵ）で使用される「デューティサイクル」と呼ばれるパラメータで表現する。必要レール圧力を得るため、圧力センサーはレールに配置され、適正な圧力の調整は、スピル弁の作動のタイミング及び／又はスピル弁（以下では、スピル弁の作動のタイミング及び／又はその作動継続時間としても記載）の作動継続時間を調整することで、レール圧力の閉ループ制御によって制御される。このことは、燃料の粘度及び／又は濃度等の、物理的な燃料特性における差を検出するために、好んで使用される。これらの燃料特性が変化すれば、ポンプ作業は、同質の石油系ディーゼル油と比較して減らすか増やす必要がある。すなわち、当該デューティサイクルを変更することが必要である。例えば、石油系ディーゼル油以外の実際の燃料の粘度値及び濃度値が、石油系ディーゼル油のものより小さい場合は、それに応じて、ポンプ動作期間は、そのような他の燃料に対して、増やす必要がある。従って、石油系ディーゼル油以外の実際の燃料の粘度値及び濃度値が、石油系ディーゼル油のものより大きい場合は、減らす必要がある。個々の石油系ディーゼル油の特性は、周知され標準化されているので、有利なことに基準特性として利用できる。
或いは又は更に、制御弁タイミング信号の実際値は、燃料タンクからレール（特に、コモンレール噴射方式において）等の高圧容器まで燃料を運ぶ燃料ポンプのポンプ動作期間の実際値で、より緻密化できる。本方法の正確性及び堅牢性は、制御弁タイミング信号の実際値を決定するための信号をより多く含むことで改善可能である。
本方法は、燃料を少なくとも一つのシリンダーに噴射中にポンプ動作が行われる間にポンプ室で燃料を圧縮する単体噴射方式でも特に使用可能である。特に、単体噴射方式のディーゼルエンジンでは、燃料がエンジンの各シリンダーのニードル弁によって噴射される。スピル弁は、燃料ポンプと燃料タンクとの間に設けられる。単体噴射方式の場合、スピル弁タイミングは、特定のクランク角度位置に対応する。燃料品質パラメータは、スピル弁タイミングから、並びに燃料噴射時の、高圧容器、特にポンプ室における、スピル弁タイミング（すなわち、クランク角度位置）に対する畜圧段階時の圧力勾配から得ることが可能である。
燃料品質パラメータは、高圧容器、特に燃料ポンプのポンプ室の圧力信号の基準値と比較して、高圧容器の畜圧段階時の圧力上昇勾配から得られる。
単体噴射方式の場合、スピル弁の起動は、エンジン運転状態全てに対してプログラム（すなわち、マッピング）されており、そのためスピル弁制御等の個々の制御ユニットで対応可能である。そのような方式においては、コモンレールはない。燃料ポンプは、単体噴射方式の場合の高圧容器であるポンプ室内の燃料を圧縮し、この燃料は、各シリンダーに配備したニードル弁によって個々のシリンダーに噴射される。噴射は、ポンプが燃料を送出している間に行われる。ニードル弁は、燃焼室への燃料噴射、噴射タイミング及び噴射継続時間を制御する。従来技術の方式では、燃料圧力は制御ユニットにおいてマッピングされており、そのため燃料圧力は測定されない。本発明によれば、圧力センサーを高圧容器、すなわち燃料ポンプのポンプ室につなぐことで、圧力はこのポンプ室で決めることが可能である。
単体噴射方式では、好都合なことに、噴射弁のニードル開放圧力を調整することで、及び／又は制御弁のタイミング信号の実際値、及び／又はその作動時間を調節することで、閉ループ制御によって高圧容器内の必要圧力が設定される。
同質のバイオディーゼル油又は同質な合成ディーゼル油、或いはディーゼル油と合成ディーゼル油又はバイオディーゼル油（例えばＲＭＥ、ＲＭＥは菜種バイオディーゼル油の略語）の混合したもので運転する場合、燃料品質を判定することで、本発明は、有利なことに、燃料成分を測定する問題を解決する。追加の燃料センサーの設置を無くすことが可能であり、よってエンジン総費用を削減することができる。
高圧容器の圧力信号は、ポンプ室につないだ、例えばポンプ室内又はその付近の圧力センサーから容易に得られ、制御弁の操作を制御する制御ユニットに送ることが可能である。例えば、単体噴射方式の場合、エンジンがバイオディーゼル油で運転するならば、インジェクター圧力は、石油系ディーゼル油で運転するエンジンと比較して高くなるので、その圧力は監視可能である。
必要とする最大噴射圧が固定されている場合は、燃料ポンプのポンプ室内の圧力は、石油系ディーゼル油よりバイオディーゼル油の方が早く上昇する。このことは、異なる燃料の粘度及び／又は濃度のような物理的な燃料特性における差を検出するのによく利用される。これらの特性が変化すれば、ポンプ室の畜圧段階での圧力上昇勾配は、同質の石油系ディーゼル油と比較して減少又は増加となる。各石油系ディーゼル油の特性は、周知されており標準化しているため、有利なことに基準特性として使用可能である。従来の単体噴射方式では、圧力上昇がより急なものであれば、圧力増加を招き、単体インジェクターが損傷する可能性があった。
本発明のさらにもう一つの態様により、燃料は、低圧燃料タンクから高圧容器に運ばれ、燃焼機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射され、当該少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁が設けられる、燃焼機関用の特にディーゼルエンジン用の燃料の燃料品質を判定する方法を実施するための装置を提案する。制御弁タイミング信号の実際値を制御弁タイミング信号の基準値と比較するため、及び制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から燃料品質パラメータを得るために、制御ユニットを設ける。
更に又は或いは、高圧容器の圧力上昇勾配の基準値と比較して、高圧容器の圧力の蓄圧段階時の圧力上昇の勾配から燃料品質パラメータを得る。
本装置は、コモンレール噴射方式又は単体噴射方式のディーゼルエンジンに特に適しており、後者の方式では、制御弁は当該方式のスピル弁とすることが可能で、このスピル弁は高圧容器の圧力を制限するために使用される。
好ましい実施の形態において、制御弁タイミング信号及び／又はその作動継続時間を調整することで、圧力の閉ループ制御によって必要な噴射圧力を設定することができる。単体噴射方式ディーゼルエンジンの場合、各シリンダー制御に関係するニードル弁は、燃焼室への燃料噴射、噴射タイミング及び噴射継続時間を制御する。
或いは又は更に、圧力信号の実際値は、燃料タンクから単体噴射方式のポンプ室等の高圧容器まで燃料を運ぶ燃料ポンプのポンプ動作期間の実際値により、より緻密なものにできる。本方法の正確性及び堅牢性は、高圧容器の圧力信号の実際値を決定するための信号をより多く含むことで改善可能である。
燃料温度の実際値を測定するために、好都合にも温度センサーを設けることができるので、本方法の測定精度は改善できる。さらに、圧力センサーは、高圧容器の圧力及び／又は圧力勾配を測定するために設置できる。
本発明の他の態様により、燃料は燃料タンクから高圧容器に運ばれ、燃焼機関の少なくとも一つのシリンダーに噴射され、当該少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するための制御弁が設けられる、燃焼機関用特にディーゼルエンジン用燃料の燃料品質を判定する方法を実施するための装置、を備える車両を提案する。本車両は、コモンレール噴射方式を装備してもよい。この場合、スピル弁タイミング信号の実際値は、制御弁タイミング信号の基準値と比較し、燃料品質パラメータは、制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から得られる。或いは、本車両は単体噴射方式も装備できる。この方式では、タイミング関連の基準値とスピル弁タイミングとの差及び／又は燃料室の畜圧段階時の圧力上昇勾配と圧力勾配関連の基準値との差が、燃料品質を得るために使用される。
本発明の他の態様により、プログラム可能なマイクロコンピュータを運用する場合、燃焼機関用燃料の燃料品質を判定するための方法を実施するようになっているか、又はその方法で使用するためのコンピュータプログラムコードを備えるコンピュータプログラムが提案される。ここで、前記方法は、燃料タンクから燃料を運ぶこと、及び当該燃料を燃焼機関の少なくなくとも一つのシリンダーに噴射することで構成され、少なくとも一つのシリンダーへの燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁が設けられ、そして例えばコモンレール噴射方式の場合、制御弁タイミング信号の実際値は、制御弁タイミング信号の基準値と比較され、燃料品質パラメータは制御弁タイミング信号の実際値と基準値との差から得られる。更に又は或いは、高圧容器の畜圧段階時の圧力勾配の差は燃料品質を得るために使用できる。本コンピュータプログラムは、インターネットに接続されたコンピュータで運用する場合、制御ユニット又はその構成部品の内の一つにダウンロード可能であるようにすることができる。
本発明のさらに一つの態様により、コンピュータで、上記の方法で使用のプログラムコードを備える、コンピュータ読取り可能な媒体に格納のコンピュータプログラム製品が提案される。
本発明は、上記の内容、他の目的、及び利点とともに、以下の実施の形態の詳細説明から最も良く理解できるものであるが、これらの実施の形態に限定するものでない。以下に概略的に示す。
コモンレール噴射方式でのスピル弁として構成した制御弁のタイミング信号を決定するディーゼルエンジンのコモンレール装置に係る本発明による実施の形態の一例である。 図１によるシステムの石油系ディーゼル油より濃度及び粘度が低い燃料と石油系ディーゼル油のコモンレール噴射方式でのスピル弁タイミング信号の比較である。 図１によるシステムの石油系ディーゼル油より濃度及び粘度が高い燃料と石油系ディーゼル油とのコモンレール噴射方式でのスピル弁タイミング信号の比較である。 本発明に係るコモンレール噴射方式でのスピル弁タイミング信号の差に対するレール圧力上昇である。 ポンプエレメントの正弦曲線運動及び図１によるシステムのクランク角度位置の関数としてのリフト量である。 単体噴射方式でのニードル弁として構成した制御弁のタイミング信号を決定するためのディーゼルエンジンの装置に関する本発明による実施の形態の一例である。 図６によるシステムの石油系ディーゼル油より濃度及び粘度が高い燃料と石油系ディーゼル油との単体噴射方式の圧力信号の比較である。 ポンプエレメントの運動の特性曲線と、図７のシステムでのクランク角度位置の関数としてのリフト量である。
図面中、同一又は類似の構成要素は、同一の参照符号で表される。図面は、単に概略的に表示をしたものであり、本発明の特定のパラメータを表現するものではない。さらに、図面は本発明の典型的な実施の形態のみを表現するものであり、そのため本発明の範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
図１に、コモンレール噴射方式２０の実施の形態の概略例を示す。燃料をパイプ１４及び１６を介して低圧の燃料タンク１２から高圧容器３０に運ぶことで、燃料圧力（図２でｐ＿ｒａｉｌ）がポンプ２２のプランジャー（ピストン）によって生じ、高圧容器３０（「レール」とも呼ばれる）に入る。燃料は、燃料タンク１２からポンプ２２のポンプ室２２ａに運ばれ、その次に高圧容器３０に運ばれる。制御弁２４（スピル弁として構成）は、燃料タンク１２とポンプ２２の間のパイプ１４に計測弁として配置される。パイプ１６において、逆止弁２６は、高圧容器３０とポンプ２２の間に配置される。圧力センサー３６は、高圧側、例えば高圧容器３０に配置される。燃料は、インジェクター４０によりディーゼルエンジン１０のシリンダー１８（例として、エンジンのインジェクター４０を一つ、シリンダー１８を一つのみ示す）に噴射される。そしてニードル弁３４は、高圧容器３０とインジェクター４０の間の接続パイプ３２に配置される。インジェクター４０、ニードル弁３４及びポンプ２２は、一体化して単体装置とすることもできるし、或いは代わりに別々の装置とすることも可能である。燃料タンク１２には、一種類の燃料、例えば石油系ディーゼル油と合成油又はバイオディーゼル油との混合したものを入れることができる。代案（図面には表示なし）としては、分離した２個以上のタンクとすることができる。１つは石油系ディーゼル油用で、もう一つのタンク（又は複数のタンク）は、バイオディーゼル油及び／又は合成ディーゼル油用としてもよい。これらタンクの出口は、これらタンクの燃料を混合するため、又は所望の混合燃料を高圧容器に供給するために結合することができる。或いは、複数タンク方式（図面には表示なし）とすることも可能で、一度に、一つのタンクのみからの燃料が高圧容器に供給されるといった方法で、又は適正な種類の燃料を適正な時間で当該エンジンに供給するために、時間経過で変わりうるエンジンのニーズに応じて、個々の燃料タンクを連続して高圧容器に接続できるといった方法で、前記複数のタンクに異なる燃料を貯蔵し、弁制御は、様々なタンクの個々の出口を高圧容器に接続する弁装置を制御する。
燃料の温度は、燃料タンク１２に配置される温度センサー３８により検出可能である。
コモンレール噴射方式２０の構成部品並びに好ましくはエンジン１０は、制御ユニット６０、例えば電子制御ユニットＥＣＵにより制御される。この制御ユニット６０にはエンジン特性マップが格納されていて、これによって、例えばアクセルペダル等の制御エレメントにより、ドライバーの燃料需要等で要求された燃料をシリンダー１８に噴射するようにインジェクター４０が制御される。高圧容器３０内の実際の圧力（図２のｐ＿ｒａｉｌ）は、入力パラメータとして入力され、制御ユニット６０において解析される。ここでは、この圧力ｐ＿ｒａｉｌは、エンジン１０の回転速度に左右されうるので、回転速度が増えると、高圧容器３０において圧力ｐ＿ｒａｉｌが高まる。
レール内の燃料の実際の圧力ｐ＿ｒａｉｌ以外に、制御ユニット６０への他の入力パラメータは、例えば、燃料の温度、エンジン速度（特に、実際のクランク角度に関係する信号）及びエンジン運転状況（特に、実際のカムシャフト位置に関係する信号）である。
高圧容器３０内の圧力ｐ＿ｒａｉｌは、制御弁２４の操作も制御する制御ユニット６０を介して調整可能である。圧力ｐ＿ｒａｉｌを上昇する必要がある場合は、ポンプ２２は、高圧容器３０に供給される燃料を測定する制御弁２４を介して、燃料タンク１２から高圧容器３０に燃料を運ぶ。必要圧力に到達すると、余分な燃料は、制御弁２４を介して、燃料タンク１２に戻される。高圧容器３０内の圧力ｐ＿ｒａｉｌは、逆止弁２６によって保たれ、圧力センサー３６によって測定される。
所定のレール圧力ｐ＿ｒａｉｌ及び（エンジン）シリンダー１８への燃料噴射量のためには、ポンプ２２のプランジャーポンプ動作のある一定のデューティサイクルが必要である。このプランジャーポンプ動作のデューティサイクルは、ポンプ動作期間（図２のＴ＿２２）で説明する。ポンプ動作期間Ｔ＿２２は、制御ユニット６０（ＥＣＵ）で使用される「デューティサイクル」と呼ばれるパラメータで示される。必要なレール圧力ｐ＿ｒａｉｌを得るために、制御弁の作動のタイミング及び／又は継続時間を調整することによって、適正な圧力ｐ＿ｒａｉｌの調整は、閉ループ制御によって、圧力センサー３６による圧力の測定結果を用いて制御される。この制御は、燃料の物理的特性（特に粘度と濃度）のおける差を検出するために使用される。
これらの特性が変われば、ポンプ作業は、同質の石油系ディーゼル油と比べて減らすか又は増やす必要がある。すなわち、当該「デューティサイクル」を変更する必要がある。従って、制御弁タイミングは、単純な燃料センサーとして使用される。たとえば、石油系ディーゼル油より、粘度値及び濃度値が低い燃料を使用する場合、図２に例として示すように、ポンプ動作期間Ｔ＿２２を増やす必要がある。図２において、標準の石油系ディーゼル油と合成ディーゼル油を互いに比較する。図２で、実線のグラフは合成ディーゼル油を示し、破線のグラフは標準の石油系ディーゼル油を表す。一方、バイオディーゼル油（例えばＲＭＥ等）は、標準の石油系ディーゼル油と比較して粘度と濃度が遥かに高く、そのためポンプ動作期間Ｔ＿２２が短くなる必要がある。このことは、図３に示している。ＲＭＥの混合の度合い高ければ高いほど、当該「デューティサイクル」、すなわちポンプ動作期間が短くなる。
図２は、石油系ディーゼル油と、石油系ディーゼル油より低い粘度及び濃度（例えば合成ディーゼル油がそうであろう）の燃料との制御弁タイミング信号の比較を、クランク角度の度数ＣＡＤにおける、エンジンのクランク角度位置の関数として示している。３６０°ＣＡＤのクランク角度位置は、上死点ＴＤＣに対応しており、エンジン１０のピストンのクランクシャフトから最も離れた位置である。制御弁２４（図１ａ）は、この例ではスピル弁である。
諸特性は一定のエンジントルクに対して示されている。図２の下部に示されているグラフからわかるように、合成ディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿２４は、石油系ディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿ｒｅｆより早く動き出しており、それによりスピル弁タイミングに差ΔＳが生じる。図２の上部に示されるグラフにはレール圧力ｐ＿ｒａｉｌが示されており、高圧容器３０（図１）の圧力上昇分ΔＰ並びにポンプ動作継続時間Ｔ＿２２の変化が示されている。
図３は、石油系ディーゼル油と、石油系ディーゼル油より高い粘度及び濃度（例えばバイオディーゼル油がそうであろう）の燃料との制御弁タイミング信号の比較を、当該エンジンのクランク角度位置の関数として示している。図３で、実線のグラグは前記バイオディーゼル油を示し、破線のグラフは標準の石油系ディーゼル油を示している。制御弁は、この例ではスピル弁である。図３の下部に示されるグラフから分かるように、バイオディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿２４は、石油系ディーゼル油のスピル弁信号Ｓ＿ｒｅｆより早く動き出しており、それによりスピル弁タイミングに差ΔＳが生じる。図３の上部に示すグラフには、レール圧力ｐ＿ｒａｉｌを示しており、高圧容器３０（図１）の圧力上昇分ΔＰ並びにポンプ動作期間Ｔ＿２２の変化が示されている。
両方の図面から、レール圧力ｐ＿ｒａｉｌの上昇が小さい場合でも、スピル弁タイミングＳ＿２４の差ΔＳは顕著であることが分かる。例えば、ここでの例では８０バール当たり約２°のクランク角度である。スピル弁タイミングは、ポンプ２２（図１）のポンプ作業の開始、すなわちスピル弁２４が閉じる時期を制御する。スピル弁（制御弁２４）は、作動していない時は、開いている。スピル弁（制御弁２４）は、作動している時、すなわちポンプ動作中は閉じている。これは、高圧容器３０内を高圧にできるように、スピル弁（制御弁２４）を作動させることにより、高圧容器３０は閉じることを意味する。
図４は、例として、石油系ディーゼル油とバイオディーゼル油とのスピル弁タイミング差ΔＳに対する、レールすなわち高圧容器（図１の３０）での圧力上昇分Δｐを表している。この差は、石油系ディーゼル油の代わりにバイオディーゼル油を使用した場合は、スピル弁（図１の制御弁２４）が後で（一層高いクランク角度位置で）閉じることを意味する。
図５では、（図右手の垂直座標のリフト［ｍｍ］として示す図のグラフにおいて）Ａ＿ｌｉｆｔと称する、ポンプエレメントの正弦曲線運動、及び（図左手の垂直座標のリフト量［ｍｍ／°Ｃａｍ］として示す図のグラフにおいて）ポンプエレメントのリフト量を示す正弦曲線の最も急勾配な右上がり斜線で、それぞれ最大値のあるＣＲと称する２つの頂点を、ＣＡＤ（クランク角度の度数）で示したクランク角度位置ＰＯＳの関数として示す。
図１のポンプ２２のポンプエレメント、すなわちプランジャーは、例えばカムシャフトの湾曲状の輪郭によって機械的に作動される。このことは、図５のグラフＡ＿ｌｉｆｔに示されており、ここではカムシャフトの輪郭により生じるリフト距離が、カム角度位置ＣＡＤ（°表示）の関数として（ｍｍで）示される。ポンプエレメントの運動は、どの制御信号にも無関係である。プランジャーのリフト距離が増えると、すなわち約９０°から２７０°まで及び約４５０°から６３０°までのカム角度位置の範囲でカムレート（図５のグラフＣＲ）が右上がりであると、燃料圧力が上昇することができる、又は言い換えれば、ポンプ動作が起こることができる。ポンプ動作はエンジンサイクル当たり２回起こる。燃焼室への燃料噴射は、約３５０°から３８０°の範囲で起こり、約５°から２５°のクランク角度位置の一般的な継続時間は、動力（トルク）要求によって決まる。カムシャフトの回転速度は、エンジン速度に比例している。カムシャフトはエンジン回転速度の半分で回転する。従って、図５はカムシャフトの１回転を表示している。
スピル弁（図１の制御弁２４）が作動しない場合は、圧力上昇又は高圧容器３０（レール又は貯蔵タンク）への燃料のポンプ供給は起こらない。ポンプ２２（図１）のポンプエレメントは、低圧系すなわち図１の低圧燃料タンク１２から燃料を引き込むだけとなる。その際、ポンプエレメントは上方に移動してから、燃料を低圧系すなわち図１の低圧燃料タンク１２に戻す。低圧系の圧力は一般的には約５バールである。この文脈での「作動していない」は、スピル弁（図１の制御弁２４）は開いていることを意味し、一方、「作動している」は制御弁２４が閉じていることを意味する。
スピル弁（図１の制御弁２４）を作動する、すなわち閉じるタイミングによって、ポンプ作業の開始が決まり、従ってポンプ動作の継続時間が決まる。最大ポンプ動作期間は、ポンプカムシャフトの輪郭により物理的に限定され、図５ではこの最大継続時間をサイクル当たり約１８０°（×２倍）とすることができる。そこで、制御弁タイミングによって、高圧タンク３０のある圧力上昇を得るためにはどの程度のポンプ動作が必要であるかを決定する。
特にコモンレール噴射方式の場合、制御弁タイミング及び／又はポンプ動作期間は、以下のものの関数となる。
− 燃料の粘度。粘度が高くなると圧力上昇が早くなる、すなわちスピル弁のタイミングは、後の時点（図５のクランク角度位置スケール上でさらに右側に）で必要となり、スピル弁は後の時点で作動したり、作動しなかったりするからである。
− 燃料の濃度。濃度が高くなると圧力上昇が早くなる、すなわちスピル弁のタイミングは、後の時点（図５のクランク角度位置スケール上でさらに右側に）で必要となり、スピル弁は後の時点で作動したり、作動しなかったりするからである。
− 燃料の温度。温度が低くなると圧力上昇が早くなる、すなわち燃料温度が上昇するにつれて、粘度と濃度は高くなるので、スピル弁のタイミングは、後の時点（図５のクランク角度位置スケール上でさらに右側に）で必要となり、スピル弁は後の時点で作動したり、作動しなかったりするからである。
− エンジン回転速度（クランク信号から取得）。ポンプ動作は回転速度が増えると、さらに効率的になるからである。
− 所望の圧力上昇。所望の圧力上昇は、少なくとも以下の２つの条件に依存しうるからである。
− 第一に、多量の燃料が燃焼室に噴射される（エンジントルクが大きい）場合は、高圧容器（図１の３０）の圧力下降がさらに大きくなり、そのため、この圧力下降を取り戻すために、ポンプ動作期間を長くすることが必要となる。
− 第二に、所望の圧力変化は、エンジンが運転状態を切り替えるということにも左右されうる。そして燃焼室への求められる（最適な）噴射圧力は、エンジン速度とトルクの関数である。
スピル弁（図１の制御弁２４）タイミング信号の実際値（図２のＳ＿２４）を決定し、その値をスピル弁（図１の制御弁２４）タイミング信号の基準値（図２のＳ＿ｒｅｆ）と比較することで、本発明に関する方法を実施するように制御ユニット６０（図１）が配置される。これらの基準値（図１の制御弁２４）は、高圧容器すなわちレールの燃料供給系における使用燃料の実際の品質と比較するために、例えば石油系ディーゼル油等の周知の標準化された燃料の燃料特性から得られる。
制御ユニット６０は、当該方法を実施できる、又はプログラムをマイクロコンピュータ上で運用する際に当該方法において使用されるコンピュータプログラムコードを含めたプログラム可能なマイクロコンピュータを含むことができる。特に、当該マイクロコンピュータがインターネットに接続されている時は、当該コンピュータプログラムは、制御ユニット６０又はその構成部品の内の一つにダウンロード可能になっている。
コンピュータ読取り可能な媒体に格納したコンピュータプログラム製品は、任意で、マイクロコンピュータ上の当該方法において使用されるプログラムコードを含んでもよい。
エンジン１０（図１）に噴射された燃料の特性は、排気温度、排気ガスの成分、及びエンジン１０のトルクと出力に影響を与える。例えば、石油系ディーゼル油と比べて、合成ディーゼル油の濃度の方が低いのに対して、バイオディーゼル油の濃度は高い。一方、合成ディーゼル油の粘度はほんの少しだけ低く、合成ディーゼル油の粘度は遥かに高い。粘度と濃度でのこれらの差は、エンジンを適正に運転するのに必要な、インジェクター（図の４０）の噴射圧力を決定する。合成ディーゼル油の発熱量（燃焼熱）は、石油系ディーゼル油のものより少し多い。一方、バイオディーゼル油は、石油系ディーゼル油より発熱量が遥かに少ない。石油系ディーゼル油のリットル当たりの燃料エネルギーは、合成ディーゼル油とバイオディーゼル油よりも多い。これら三種類の燃料のうち、バイオディーゼル油は、リットル当たりの燃料エネルギーが最少である。このことは、エンジン１０（図１）のトルクと出力に関して重要なことである。燃料品質が分かっている場合は、エンジン制御は、エンジン１０（図１）の運転に適応したものとすることが可能で、並びにそれに応じて前記エンジン１０に関連の排気ガス処理システムの運転にも適応可能である。
図６は、各シリンダー１８に対して個々のニードル弁３４を設けた（図には一組のみ表示）単体燃料噴射方式１２０を有するディーゼルエンジン１０の装置の実施の形態の一例を示す。
図６に示す実施の形態において、ポンプ２２のポンプ室２２ａのプランジャー（ピストン）ポンプ２２によって、低圧燃料タンク１２からパイプ１４を介してポンプ室２２ａまで、そしてパイプ１６を介してニードル弁３４まで燃料を運ぶことで、燃料圧力（図７のｐ＿ｉｎｊ）が発生する。制御弁２４（スピル弁として構成される）は、燃料タンク１２とポンプ２２の間のパイプ１４に計測弁として配置される。圧力センサー３６は、ポンプ室２２ａ内の圧力を測定するためにポンプ２２に配置される。ニードル弁３４が開いている時は、燃料はインジェクター４０からエンジン１０のシリンダー１８に噴射される（例としてエンジン１０のインジェクター４０を１個、ニードル弁３４を１個及びシリンダー１８を１個のみ示す）。ニードル弁３４はポンプ２２とインジェクター４０の間に配置される。インジェクター４０、ニードル弁３４及びポンプ２２は、一体化して単体装置とすることもできるし、代案として別々の装置とすることも可能である。
燃料タンク１２には、一種類の燃料、例えば石油系ディーゼル油と合成油又はバイオディーゼル油との混合したものを入れることができる。代案（図面には表示なし）としては、分離した２個以上のタンク、１つは石油系ディーゼル油用で、もう一つのタンク（又は複数タンク）はバイオディーゼル油及び／又は合成ディーゼル油用とすることもできる。これらタンクの出口は、これらタンクの燃料を混合するため、又は所望の混合燃料を高圧容器に供給するために結合することができる。或いは、複数タンク方式（図面には表示なし）とすることも可能で、一度に一つのタンクのみからの燃料が高圧容器に供給されるといった方法で、又、適正な種類の燃料を適正な時間で当該エンジンに供給するために、時間経過で変わりうるエンジンのニーズに応じて、個々の燃料タンクを連続して高圧容器に接続できるといった方法で、前述の複数のタンクに異なる燃料を貯蔵し、弁制御は、様々なタンクの個々の出口を高圧容器（すなわち、ポンプ室２２ａ）に接続する弁装置を制御する。
燃料の温度は、燃料タンク１２に配置される温度センサー３８で検出可能である。
単体噴射方式１２０の構成部品並びに好ましくはエンジン１０は、制御ユニット６０、例えば電子制御ユニットＥＣＵによって制御される。この制御ユニット６０にはエンジン特性マップが格納されており、このマップによって、例えば、アクセルペダル等の制御エレメントによる、ドライバーの燃料需要等で要求された燃料をシリンダー１８に噴射するようにインジェクター４０が制御される。高圧容器すなわち本実施の形態のポンプ室２２ａ内の実際の圧力（図７のｐ＿ｉｎｊ）は、入力パラメータとして入力され、制御ユニット６０で解析される。ここでは、この圧力ｐ＿ｉｎｊは、エンジン１０の回転速度に左右されうるので、回転速度が上がると、ポンプ２２のポンプ室２２ａで圧力ｐ＿ｉｎｊが高まる。
単体噴射方式の場合、全ての運転エンジンサイクルの開始時点で、燃料圧力は、低圧係路レベル（例えば約５バール）にあるので、圧力ｐ＿ｉｎｊは常に上昇させる必要がある。運転サイクルは以下の通りである。燃料ポンプ２２のプランジャーが上方に移動すると、ポンプ室２２ａは、燃料で満たされことになる。ポンプ室２２ａが十分に満たされる場合は、常に同じ量の燃料で満たされる。プランジャーが下方に移動し始めると、スピル弁２４が作動するまで、燃料が吐き出され低圧系路に入る。この動作の結果、ポンプ室２２ａ内の圧力ｐ＿ｉｎｊの蓄圧段階が始まる、すなわち圧力が上昇する。ポンプ室２２ａは、燃焼機関１０のニードル弁３４と流体接続されている。ニードル弁３４が開くと、燃料がエンジン１０の各シリンダー１８に噴射される。ＥＯＩ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ：噴射の終了）後にポンプ室２２ａに残った燃料は、その後に低圧系路に戻っていく。
ポンプ室２２ａ内の燃料の実際の圧力ｐ＿ｉｎｊ以外に、制御ユニット６０への他の入力パラメータは、例えば、燃料の温度、エンジン速度（特に、実際のクランク角度に関係する信号）及びエンジン運転状況（特に実際のカムシャフト位置に関係する信号）である。
ポンプ室２２ａ内の圧力ｐ＿ｉｎｊは、スピル弁２４及びニードル弁３４の作動も制御する制御ユニット６０を介して調整可能である。圧力ｐ＿ｉｎｊを上昇させる必要がある場合は、ポンプ２２は、エンジンに１０に供給する燃料を測定するスピル弁２４を介して、燃料タンク１２からニードル弁３４に燃料を運ぶ。必要な圧力に達すると、余分な燃料は、スピル弁２４を介して燃料タンク１２に戻る。
所定の噴射圧力ｐ＿ｉｎｊ及び（エンジン）シリンダー１８への噴射燃料の量のためには、ポンプ２２のプランジャーポンプ動作のある一定のデューティサイクルが必要である。このプランジャーポンプ動作のデューティサイクルは、ポンプ動作期間で説明する。ポンプ動作期間は、制御ユニット６０（ＥＣＵ）で使用される「デューティサイクル」と呼ばれるパラメータで示される。必要な圧力を得るために、制御弁の作動のタイミング及び／又は継続時間を調整することにより、適正な圧力ｐ＿ｉｎｊの調整は、閉ループ制御によって、圧力センサー３６での圧力測定の結果を用いて、制御される。この制御は、燃料の物理的特性（特に粘度と濃度）における差を検出するために使用される。
これらの特性が変われば、ポンプ作業は、同質の石油系ディーゼル油と比べて減らす必要がある。すなわち、当該「デューティサイクル」を変更する必要がある。従って、制御弁タイミングは、単純な燃料センサーとして使用される。例えば、石油系ディーゼル油より、粘度値及び濃度値が高い燃料を使用する場合、図７に例として示すように、ポンプ動作期間を増やす必要がある。
図７で、実線のグラフはバイオディーゼル油を示し、破線のグラフは標準の石油系ディーゼル油を示す。バイオディーゼル油（例えばＲＭＥ等）は、標準の石油系ディーゼル油と比較して粘度と濃度が遥かに高く、そのため、ポンプ動作期間は、より短い必要がある。ＲＭＥの混合の程度が高ければ、高いほど、当該「デューティサイクル」、すなわちポンプ動作期間は短くなる。
図７は、石油系ディーゼル油と、石油系ディーゼル油より粘度及び濃度が高い燃料との噴射圧力ｐ＿ｉｎｊの比較を示す。一方、図８は、ポンプエレメントの動作とリフト量ＣＲをクランク角度位置ＰＯＳの関数として示している。図８において、ポンプエレメントの動作は、（図のリフト距離［ｍｍ］で示すグラフで）Ａ＿ｌｉｆｔと称し、中間部が略直線の勾配になっている約３００°と４２０°のＰＯＳの間でポンプエレメントのリフト距離の増加を示す。そしてカムレートは、Ａ＿ｌｉｆｔの直線状の勾配に対応する約３４０°と３９０°のＰＯＳの間で幅広の最大量のピークがあるグラフＣＲで示され、（図８の左手縦座標を参照、図のｍｍ／°Ｃａｍ表示のグラフで）ポンプエレメントのリフト量を、ＣＡＤ（クランク角度の度数）表示のクランク角度位置ＰＯＳの関数として示されている。
単体燃料噴射方式では、ポンプ作業は、燃料が燃焼室１８に噴射される前に開始される。噴射が開始される時点は、ＳＯＩ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ：噴射の開始）とも呼ばれる。図７を参照。ポンプ動作は、噴射期間が終了すると同時に終了する。噴射が終了する時点はＥＯＩとも呼ばれる。噴射開始前の蓄圧段階の期間は、ＮＯＰ（ニードル開放圧力、すなわちＳＯＩでの圧力）角度と定義される。畜圧段階時（ＮＯＰ角度）の圧力上昇は、相対的に直線状である。蓄圧段階での圧力上昇勾配は、カムリフト量（図８のＡ＿ｌｉｆｔ）、エンジン速度、プランジャー直径及び燃料特性の関数である。同じ噴射圧力ｐ＿ｉｎｊに対し、バイオディーゼル油がより急勾配である。石油系ディーゼル油のポンプ動作とバイオディーゼル油のポンプ動作との蓄圧段階での圧力勾配の差は、実際の燃料の品質に対する尺度である。
比較のため、制御弁２４（図６）のタイミング信号Ｓ＿ｒｅｆ及びＳ＿２４は、図７において、それぞれ石油系ディーゼル油及びバイオディーゼル油用を示している。
噴射期間（噴射の継続時間）中の噴射圧力ｐ＿ｉｎｊの挙動は、蓄圧段階での圧力勾配と同じパラメータのみでなく、ノズル流の数にも左右され、これはインジェクター４０のノズル穴の寸法と数の結果である。ＥＯＩで、（ニードル弁３４の）ニードル制御とスピル弁２４は作動しなくなり、そして（ポンプ２２での）ポンプ室２２ａに残留の燃料は、押し出されて低圧系路に、すなわち低圧燃料タンク１２に入る。
装置が起動すると、制御ユニット６０（図６）にマッピングされたパラメータに従って噴射圧力ｐ＿ｉｎｊが設定される。蓄圧段階の圧力勾配は、燃料の品質に左右されるので、数サイクル後に蓄圧段階特性の圧力勾配は、システムで実際に使用する燃料の種類に従って設定される。燃料品質は、圧力センサー３６（図６）で監視した圧力値から取り出すことが可能である。
本システムの燃料品質の検出は、蓄圧段階中の、及び／又は任意のＮＯＰに対するスピル弁タイミングによって、圧力ｐ＿ｉｎｊの上昇勾配から可能である。
本発明による方法は、有利なことに、バイオディーゼル油と標準のディーゼル油のどのような混合物でも特定することが可能であり、そのためエンジンと車両の安全運転が可能となる。

Claims (19)

  1. 燃焼機関（１０）用、特にディーゼルエンジン用の燃料が低圧燃料タンク（１２）から高圧容器（２２ａ、３０）に運ばれ、燃焼機関（１０）の少なくとも一つのシリンダー（１８）に噴射され、前記少なくとも一つのシリンダー（１８）への燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために制御弁（２４）が設けられる、前記燃料の燃料品質を判定する方法であって、
    前記制御弁（２４）のタイミング信号の実際値（Ｓ＿２４）は、前記制御弁（２４）タイミング信号の基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）と比較され、前記制御弁（２４）タイミング信号の前記実際値（Ｓ＿２４）と前記基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）との差（ΔＳ）から燃料品質パラメータを得ること、
    及び／又は、
    前記高圧容器（２２ａ）の圧力上昇勾配の基準値（ｐ＿ｒｅｆ）と比較して、前記高圧容器（２２ａ）の圧力（ｐ＿ｉｎｊ）の蓄圧段階時の圧力上昇の勾配から燃料品質パラメータを得ること、
    を特徴とする方法。
  2. 前記燃料は、最初の圧力の前記低圧燃料タンク（１２）から、前記最初の圧力より高い圧力の前記高圧容器（２２ａ、３０）に運ばれ、前記高圧容器（２２ａ、３０）の前記燃料圧力（ｐ＿ｒａｉｌ、ｐ＿ｉｎｊ）を制限するために前記制御弁（２４）が設けられる前記燃焼機関（１０）の少なくとも一つのシリンダー（１８）に噴射されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記制御弁（２４）タイミング信号の前記実際値（Ｓ＿２４）及び／又はその作動継続時間を調整することで、前記高圧容器（２２ａ、３０）の必要圧力（ｐ＿ｒａｉｌ、ｐ＿ｉｎｊ）の閉ループ制御により前記高圧容器（２２ａ、３０）の必要圧力（ｐ＿ｒａｉｌ、ｐ＿ｉｎｊ）が設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. − 単体噴射方式において、噴射弁（４０）のニードル開放圧力（ＮＯＰ）を調整すること、
    又は、
    − 前記制御弁（２４）タイミング信号の前記実際値（Ｓ＿２４）及び／又はその作動継続時間を調整することで、
    閉ループ制御によって、前記高圧容器（２２ａ）の必要圧力（ｐ＿ｉｎｊ）が設定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記高圧容器（２２ａ、３０）の前記圧力（ｐ＿ｉｎｊ、ｐ＿ｒａｉｌ）の前記実際値は、一定のエンジントルクで測定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
  6. 前記高圧容器（２２ａ、３０）の前記圧力（ｐ＿ｉｎｊ、ｐ＿ｒａｉｌ）は、前記燃料の実温度でさらに緻密化されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
  7. 前記制御弁（２４）タイミング信号は、前記燃料の実温度でさらに緻密化されること、
    及び／又は、
    前記制御弁（２４）タイミング信号は、前記燃料を前記燃料タンク（１２）から前記燃焼機関（１０）に運ぶ燃料ポンプ（２２）のポンプ動作期間の実際値でさらに緻密化されること、
    を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
  8. 前記高圧容器（２２ａ、３０）の前記圧力（ｐ＿ｒａｉｌ、ｐ＿ｉｎｊ）の基準値（ｐ＿ｒｅｆ）は、基準燃料の特性曲線一式から得ること、又は、
    前記制御弁（２４）タイミング信号の前記基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）は、基準燃料の特性曲線一式から得ること、
    を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
  9. 燃焼機関（１０）用、特にディーゼルエンジン用の燃料が低圧燃料タンク（１２）から高圧容器（２２ａ、３０）に運ばれて前記燃焼機関（１０）の少なくとも一つのシリンダー（１８）に噴射され、
    制御弁（２４）は少なくとも前記一つのシリンダー（１８）への燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために設けられる、
    前記燃料の燃料品質を判定する請求項１乃至８のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、
    制御弁（２４）のタイミング信号の実際値（Ｓ＿２４）を、前記制御弁（２４）タイミング信号の基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）と比較するため、及び
    前記制御弁（２４）タイミング信号の前記実際値（Ｓ＿２４）と前記基準値（Ｓ＿ｒｅｆ）との差（ΔＳ）から燃料品質パラメータを得るために、
    及び／又は、
    前記高圧容器（２２ａ）の圧力上昇勾配の基準値（ｐ＿ｒｅｆ）と比較して、前記高圧容器（２２ａ）の圧力（ｐ＿ｉｎｊ）の蓄圧段階時の圧力上昇の勾配から、燃料品質パラメータを得るために、制御ユニット（６０）が設けられることを特徴とする装置。
  10. 前記制御弁（２４）は、コモンレール噴射方式の前記高圧容器（２２ａ、３０）の燃料圧力（ｐ＿ｒａｉｌ）を制限するためのスピル弁（２４）であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 温度センサー（３８）が、前記燃料の実温度を測定するために設けられることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
  12. 前記高圧容器（２２ａ、３０）の前記圧力（ｐ＿ｒａｉｌ、ｐ＿ｉｎｊ）の実際値及び／又は前記高圧容器（２２ａ、３０）の前記圧力（ｐ＿ｉｎｊ）に関わる圧力勾配を測定するために、圧力センサー（３８）が設けられることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の装置。
  13. 前記燃料の実温度を測定するため、温度センサー（３８）が設けられことを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれかに記載の装置。
  14. 前記高圧容器（３０）は、コモンレール噴射方式のレールであることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の装置。
  15. 前記高圧容器（２２ａ）は、単体噴射方式の燃料ポンプ（２２）のポンプ室であることを特徴とする、請求項９乃至１３のいずれかに記載の装置。
  16. 燃料は、燃料タンク（１２）から高圧容器（３０，２２ａ）に運ばれ、燃焼機関（１０）の少なくとも一つのシリンダー（１８）に噴射され、
    前記少なくとも一つのシリンダー（１８）への燃料噴射量を直接又は間接的に制御するために、制御弁（２４）が設けられる、
    燃焼機関（１０）用、特にディーゼルエンジン用の燃料の燃料品質を判定する方法を実施するための、請求項１乃至８のいずれかに記載の装置を備える車両。
  17. コンピュータプログラムがプログラム可能なマイクロコンピュータ上で運用される場合、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法を実行するようにした、又はその方法で使用するためのコンピュータプログラムコードを備える前記コンピュータプログラム。
  18. インターネットに接続されたコンピュータで運用する場合、制御ユニット（６０）又はその構成部品の内の一つにダウンロード可能であるようにした請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
  19. コンピュータ上で、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法で使用するプログラムコードを備える、コンピュータ読取り可能な媒体に格納したコンピュータプログラム製品。
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