JP4819159B2 - 燃料組成の評価および燃料噴射の制御 - Google Patents

Description

本発明は、燃料の物理的特性を決定するためにエンジン中の燃料の組成を評価する方法に関し、および燃料の物理的特性に応じて燃料噴射システムを制御する方法にも関する。具体的には、本発明は、燃圧、温度および音伝達速度を使用して燃料パラメータを評価し、それに応じて燃料噴射タイミングを調整する方法および燃料噴射システムに関する。

ディーゼル駆動式エンジン用の燃料噴射システムでは、高圧の燃料が、燃料燃焼室の中に迅速におよび通常直接的に噴射される。燃焼室の内部で、燃料は空気と混合し、有効酸素を用いて燃焼して、車両を駆動するために使用されるパワーを発生させる。

現在の燃料噴射システムの利点の１つは、燃焼室に入る燃料の量が、エンジンの性能および排気を改善するように精密に制御できることである。例えば、よりよい排気は、エンジンの中へ流入する空気の量を示す信号に応じて燃焼室に入る燃料の量を適合させることによって実現できる。

エンジンの排気性能を最適化する（例えば、ＮＯ_ｘおよび微粒子を最小限に抑える）ために、広範な較正および試験が、典型的にはエンジン開発中に、制御された条件（例えば、知られた燃料組成および燃料温度）の下で、エンジンに関して行われる。したがって、典型的には、ターボ過給機からのある量の空気を適合するために必要な、またはディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）などの後処理システムの温度を制御するために必要な燃料の最適量などの情報は実験によって見出され、エンジン管理コンピュータまたはエンジン制御装置（ＥＣＵ）の中にプログラムされる。

しかし、燃料の物理的特性（例えば、粘性、等エントロピーの体積弾性率および密度）は、温度および燃料組成などの要因に従ってかなり相当変動し得ることが知られている。これらの特性は、燃料が燃料噴射システム中でどのように振る舞うのか、例えば、燃料がどれだけ速く流れるのか、燃料の圧力は何か、したがって燃料噴射イベント（行程）ごとにどのくらいの燃料が噴射されるのかに影響を及ぼす。この変動は、（ガソリンエンジンとは対照的に）ディーゼルエンジンについては特に重要であり得、というのもディーゼルエンジンは、バイオディーゼルおよびバイオディーゼル混合物を含む比較的幅広い種類の燃料組成でしばしば動くことができるからである。一例として、市販のディーゼル燃料が、両極端に異なる周囲温度で最適に性能を発揮するために冬と夏とで異なる組成を有することはよくあることである。

バイオディーゼルは、ディーゼルなどの伝統的な燃料に替わる環境に優しい代替物であると考えられる。バイオディーゼルは、植物性脂肪および動物性脂肪あるいは不要な調理用の油脂などの再生可能資源に由来し、さらに重要なことには、バイオディーゼルは、石油ベースのディーゼルと混ぜられてディーゼルエンジンに損傷を与えない混合物を生成できる。バイオディーゼルは、その幅広い種類の可能性がある組成により、エンジンの性能および排気の変化をもたらすことができる。例えば、Ｔａｔ，Ｍ．Ｅ．およびＶａｎ Ｇｅｒｐｅｎ，Ｊ．Ｈ．（ＡＳＡＥ ｐａｐｅｒ ｎｏ．０２６０８４，ＡＳＡＥ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ、米国、２００２年７月２８〜３１日）は、バイオディーゼル混合物の組成（すなわち、混合物中のバイオディーゼルとディーゼルとの比率）と、密度、等エントロピーの体積弾性率、および燃料内の音伝達速度に関する物理的特性との間の略線形の相関性を報告した。

燃料の物理的特性の変動は、ただ１回の燃料噴射イベントで燃焼室の中に噴射される実際の燃料量に大いに影響を与え得る。したがって、毎秒７０回を上回る噴射イベントがエンジンの中にあり得ると考えられるときには、任意の期間中に噴射される実際の燃料量は、実際の燃料需要よりかなり高いまたはかなり低いものであり得る。燃料の供給と需要の間のそうした差は、おそらくパワー出力、燃費およびエンジン排気のうちの１つまたは複数の観点から、結果として起こるエンジン性能の低下とともに、エンジンが最初に較正されたときに比べてエンジンをかなり異なるように動作させ得る。

従来技術の燃料噴射システムは、燃料温度を測定するために熱電対を使用する燃料温度センサを有する。しかし、燃料温度センサは、余分な費用でもあり、潜在的な障害点でもある。さらに、そのような温度センサは、そのセンサ付近の温度をただ測定し、燃料体の大部分にわたるものではない。ガソリン／エタノール混合物を測定する組成センサも存在する（前掲のＴａｔ，Ｍ．Ｅ．およびＶａｎ Ｇｅｒｐｅｎ，Ｊ．Ｈ．を参照せよ）。これら組成センサは、やはり別個の構成要素であり、これら別個の構成要素は、追加費用の問題および潜在的な障害点の問題をもたらす。

したがって、燃料噴射システムを正確に制御するために、燃料の挙動を任意設定の条件下で数学的にモデル化できることが有利なはずである。このような理由から、燃料噴射システムがエンジン／システム内の燃料の組成を評価し、次いで燃料の特定の物理的特性を補償して例えばエンジン始動時に燃料噴射イベントを最適化できることが有益なはずである。また、エンジン／システム内の燃料の温度を評価（または計算）し、次いでエンジンの使用中に、すなわち非周囲条件の下で燃料の温度が変化する際に燃料の物理的特性の任意の変化を補償することは有利なはずである。このシステムの方法は、追加の温度センサ／組成センサを必要とせずに、例えば既存の圧力センサを用いることによって動作することが有利である。

したがって、リアルタイムにならびに周囲条件および非周囲（すなわち動作）条件の両方の下でエンジン中の燃料の物理的特性を評価する方法が必要とされている。加えて、動作条件の下で特定の燃料需要（または燃料需要の変化）を正確に満たすように燃料の物理的特性の変化、エンジン条件の変化および／または燃料組成の変化に対応できる改善された燃料噴射システムが必要とされている。

本発明は、従来技術と関連するいくつかの問題を克服または軽減することを目的とする。

したがって、本発明の第１の態様によれば、エンジン内の燃料の組成を評価する方法であって、周囲条件の下で、（ａ’）燃料の周囲温度を決定するステップと、（ａ）エンジンの燃料レール内部の燃圧をある期間にわたってモニタするステップと、（ｂ）燃圧の変化の周波数成分少なくとも１つを計算するステップと、（ｃ）周波数成分少なくとも１つに基づいて音伝達速度ｃを計算するステップと、（ｄ）上記周囲温度での計算された音伝達速度に基づいて燃料の組成を評価するステップとを含む方法が提供される。

好適には、燃料の周囲温度を決定するステップは、大気の周囲温度を測定するステップ、エンジンの周囲温度を測定するステップ、および燃料の周囲温度を直接的に測定するステップのうちの１つまたは複数を含む。

典型的には、エンジンの燃料レール内部の燃圧をある期間にわたってモニタするステップは、例えば圧力センサを用いて、エンジン中の燃料レール内部の燃圧を反復して測定する構成を与えることによって行われる。有利には、本発明の態様のいずれかにおいて、圧力センサは、燃料レールの一端または略一端で設置され、最も好適には、圧力センサは、燃料レールのハイドロリック端部で設置される。本発明の方法では、有益には、燃圧がモニタ／測定される期間は、エンジンの動作がその期間中に燃料の温度を大きく変化させないように、エンジンが動作される時間の長さと比較して比較的短いものである。したがって、ステップ（ａ）における燃圧をモニタするステップは、約１秒など、２秒未満であることが有利である。

好適には、ステップ（ｂ）において、燃料中の定常波の周波数ｆが、燃料レール内の燃料の燃圧の変化から計算される。有利には、この計算は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析を用いて実行される。

有益には、ステップ（ｃ）において、燃料中の音伝達速度ｃが、式、ｃ＝ｆλを用いて計算され、ここで、周波数ｆを有する定常波の波長λは２Ｌであり、ここで、Ｌは燃料レールの長さである。

本発明の適当な実施形態によれば、ステップ（ｄ）において実行される評価するステップがデータ比較手段に基づいてよく、データが燃料の周囲温度、計算された音伝達速度、および燃料レール内部の平均燃圧に関する。好適には、そのようなデータ比較手段は、較正曲線、参照表、データマップ、数学の式、またはデータをディジタル的に記憶および処理する他のシステム１つまたは複数を含んでよい。

本発明の本態様では、周囲温度の下で燃料に関する情報を得るように、上記方法がエンジン始動時に、すなわちエンジンの働きによってエンジンおよび内部の燃料を、周囲温度を超えるまで昇温させてしまう前に実行されることが有利である。

本発明のいくつかの実施形態では、上記方法は、非周囲条件の下でステップ（ａ）からステップ（ｃ）を実行するステップ（ｅ）と、周囲条件の下でステップ（ｄ）において評価された燃料組成、および非周囲条件の下でステップ（ｅ）において計算された音伝達速度に基づいて、非周囲条件の下で燃料の温度を評価するステップ（ｆ）とをさらに含む。

好適には、ステップ（ｆ）における評価するステップがデータ比較手段に基づき、データが非周囲温度での燃料組成、燃圧および燃料中の音伝達速度に関する。
本発明のいくつかの実施形態では、本発明の方法は、燃料の温度および組成に基づいて上記周囲温度および／または上記非周囲温度での燃料の物理的特性少なくとも１つを評価するステップをさらに含む。好適には、燃料の物理的特性の少なくとも１つには、密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率のうち１つまたは複数が含まれていてもよい。

第２の態様では、エンジン始動時にエンジン中の燃料噴射システムを制御する方法であって、（ｉ）エンジン内の燃料の組成を評価するために本発明の方法いずれかのステップを実施するステップと、（ｉｉ）周囲温度での燃料の物理的特性少なくとも１つを決定するステップと、（ｉｉｉ）予め定められた燃料質量が周囲温度での燃料噴射イベント中に噴射されるように燃料噴射システムによって制御される燃料噴射イベントの開始時間および終了時間を較正するステップとを含む方法が提供される。

第３の態様では、本発明は、エンジン中の燃料噴射システムを制御する方法であって、（ｉ）非周囲条件の下でエンジン内の燃料の非周囲温度を評価するために本発明の方法いずれかのステップを実施するステップと、（ｉｉ）非周囲温度での燃料の物理的特性少なくとも１つを決定するステップと、（ｉｉｉ）予め定められた燃料質量が上記非周囲温度での燃料噴射イベント中に噴射されるように燃料噴射システムによって制御される燃料噴射イベントの開始時間および終了時間を較正するステップとを含む方法を提供する。

本発明のいくつかの実施形態では、エンジン内の燃料の非周囲温度は、温度センサ、例えば当技術分野で知られる温度センサを用いて測定または評価されてよい。好適には、そのような温度センサは、エンジンの燃料レール内の燃料の温度を測定するように配置される。

本発明の第２の態様および第３の態様では、ステップ（ｉｉ）において、燃料の物理的特性の少なくとも１つには、密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率のうち１つまたは複数が含まれていてもよい。

本発明の方法は、燃料がバイオディーゼルを含むときに特に適しており、例えば、燃料は、ディーゼル／バイオディーゼル混合物であってよい。
本発明の第４の態様では、エンジンシリンダ１つまたは複数を有するエンジン用の燃料噴射制御システムであって、周囲条件でのエンジン内の燃料の組成を評価する手段と、評価された燃料組成に基づいて周囲条件の下で燃料の物理的特性少なくとも１つを評価する手段と、周囲条件の下で燃料の質量流量を評価する手段と、予め定められた燃料質量が始動時に燃料噴射イベント中にエンジンシリンダ１つまたは複数の中に噴射されるように、燃料の質量流量に基づいて燃料噴射システムによって制御される上記燃料噴射イベントの始点および終点を調整する手段とを含む、燃料噴射制御システムが提供される。

好適には、本発明の燃料噴射制御システムは、非周囲条件の下でエンジン内の燃料の温度を評価する手段と、非周囲温度に基づいて非周囲条件の下で燃料の物理的特性少なくとも１つを評価する手段と、非周囲条件の下で燃料の質量流量を評価する手段と、予め定められた燃料質量が非周囲条件の下で燃料噴射イベント中にエンジンシリンダ１つまたは複数の中に噴射されるように、質量流量に基づいて燃料噴射システムによって制御される上記燃料噴射イベントの始点および終点を調整する手段とをさらに含む。

典型的には、本発明の燃料噴射制御システムでは、周囲条件でのエンジン内の燃料の組成を評価する手段が、本発明の方法に従って実施される。同様に、非周囲条件の下でのエンジン内の燃料の温度を評価する手段が、本発明の適当な方法に従って実施される。

本発明の本態様では、好適には、周囲条件および／または非周囲条件の下で燃料の物理的特性少なくとも１つを評価する手段がデータ比較手段を含み、データが以下のもの、すなわち燃料組成、燃圧、燃料温度、および音伝達速度１つまたは複数に関する。有益には、データ比較手段は、較正曲線、参照表、データマップ、数学の式またはデータをディジタル的に記憶および処理する他の形態１つまたは複数を含む。

好適には、燃料の質量流量を評価する手段がデータ比較手段を含んでよく、データが燃料の物理的特性１つまたは複数に関する。そうした燃料の物理的特性は、密度、粘性および等エントロピーの体積弾性率１つまたは複数を含むことが有利である。

いくつかの実施形態では、燃料噴射イベントの始点および終点を調整する手段が、周囲条件および／または非周囲条件の下で燃料の質量流量に従って応答する。

加圧された燃料レール中に装着された圧力センサの位置を示す車両エンジンの斜視図である。 本発明による燃料噴射制御システムの一実施形態に含まれる各ステップを示す流れ図である。 本発明による燃料噴射制御システムの別の実施形態の各ステップを示す流れ図である。 測定期間０．１秒にわたって取得された生のレール圧力の測定値（エンジンの燃料レール内部の燃圧）のグラフである。 図４の燃圧データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析を示す図である。

液体などの物質の物理的特性は、物質の組成および物質の温度に依存する。エンジンが活動中（すなわち、作動中／動作中）であると、エンジン内部の燃料を含むエンジンの構成要素は、とりわけエンジンが活動していた時間の長さおよび作動条件に依存している量だけ加熱される。したがって、エンジン内の燃料の物理的特性を決定するためには、物質の組成および物質の温度を任意の時点で（単に予測するのではなく）実際に決定できることが重要である。

場合によっては、エンジン内部の燃料の組成は、知られていないであろう。すなわち、エンジンが２つ以上の燃料組成を用いて動作できる場合、使用者がどんな燃料がエンジンの中に入れられているのか知っているかどうかにかかわらず、任意の時点でエンジン内部の燃料の厳密な組成を予測することは不可能であり得る。

しかし、有利なことに、エンジン内部の燃料の温度は、エンジン始動時、およびエンジンの活動がエンジンおよびエンジン内の燃料を著しく加熱させてしまう前に容易に決定できる。これらの条件の下では、燃料は、周囲温度であると考えることができる。「周囲」温度によって、気候、すなわち自然環境の温度以外の要因の影響の下にないときの燃料の温度が表される。したがって、燃料温度が冷却または加熱の非環境的な手段を受けるときには、温度は、「非周囲」であると考えることができる。言い換えれば、エンジンが動作中であるとき、エンジンは熱を発生し、次いでこの熱は、エンジン内部の燃料を加熱し得る。この加熱効果は、燃料を非周囲温度にさせる。長時間のエンジンの不活動（すなわち、不動作）の期間中、エンジンおよびエンジン内の燃料は、周囲条件でありまたは略周囲条件であり、したがって、エンジンと燃料は共に、周囲（すなわち、大気）温度であると仮定することができる。典型的には、エンジン停止後、燃料を非周囲温度に加熱したエンジンの活動の期間に続いて、エンジン中の燃料が周囲温度に戻るのにかかる期間は、エンジンが使用中であった期間と少なくとも同じ長さである。したがって、好適には、燃料は、エンジン停止後少なくとも５分で、エンジン停止後少なくとも１０分で、またはエンジン停止後少なくとも１５分で周囲温度に戻ると考えることができる。より好適には、エンジンの活動後、燃料が周囲温度に戻るのに要する期間は、エンジン停止後少なくとも３０分、またはさらにより好適にはエンジン停止後少なくとも６０分である。しかし、上述の長時間の不活動の期間は、エンジン、またはより重要なことにはエンジン内部の燃料が略周囲温度に戻るのに十分に長いものであれば十分であることが理解されよう。

したがって、有利には、本発明は、周囲条件の下でエンジン内の燃料の組成を評価する方法を提供する。具体的には、エンジン内の燃料の組成を評価する方法であって、周囲条件の下で、（ａ’）燃料の周囲温度を決定するステップと、（ａ）エンジンの燃料レール内部の燃圧をある期間にわたってモニタするステップと、（ｂ）燃圧の変化の周波数成分少なくとも１つを計算するステップと、（ｃ）周波数成分少なくとも１つに基づいて音伝達速度ｃを計算するステップと、（ｄ）上記周囲温度での計算された音伝達速度に基づいて燃料の組成を評価するステップとを含む方法が提供される。

エンジン内部の燃料の周囲温度はいくつかのやり方で決定できることが理解されよう。好適には、このステップは、大気の周囲温度を測定するステップ、エンジンの周囲温度を測定するステップ、および燃料の周囲温度を直接的に測定するステップのうちの１つまたは複数を含んでよい。好都合には、周囲温度は、車両上またはエンジン中の適当な位置に配置された温度計を用いて決定できる。多くの車両は、大気温度および／またはエンジン温度をモニタするための温度計がすでに装備されている。いくつかの実施形態では、例えば、燃料と直接接触する熱電対または他の変換器などの温度感知手段を用いて燃料温度を直接的に測定することも可能であり得るが、好適には、大気の周囲温度および／またはエンジンの周囲温度が、測定され、燃料温度の評価として使用されてよい。そのような評価は、測定が行われる前にしかるべき期間にわたってエンジンが非活動であったのであれば、大変正確であることになる。有利には、周囲温度は、エンジン中の（例えば、燃料タンクまたは燃料レール中の）燃料源と直接接触して設置された温度計によって測定される。最も好都合には、本発明の方法における周囲燃料温度を測定する手段は、エンジン製造工程の重大な変更が必要とされないように選択される。さらに、追加の温度センサの使用は、結果として生じるエンジン設計の中に望ましくない経済性の影響および信頼性の影響を作り出すことになる。

音を伝達する能力は物質の重要な特性であり、音波は、燃料弁の開閉、燃料ポンプおよび燃料噴射器の動作などのいくつかのイベントによって、および不特定のエンジン振動によって、エンジン内の燃料を通って伝播させられ得る。液体を通っての音伝達速度は、液体の物理的特性にやはり依存する。したがって、液体の温度と音が液体を通って伝達される速度との間に関係がある。言い換えれば、液体中の音伝達速度を計算することによって、その時点での液体の温度を決定することが可能であり得る。

燃料レール内の燃料中の音伝達速度は、当業者に知られている可能性のある任意の適当な公式を用いて、利用できるデータから計算できる。最も好適には、媒体を通っての音速ｃは、以下の式を用いて計算できる。
ｃ＝ｆλ
ここで、ｆは、関係する媒体中の音波の周波数であり、λは、音波の波長である。したがって、音波の周波数ｆおよび波長λが決定できるのであれば、音速は、容易に得ることができる。好都合には、定常波の波長は２Ｌであり、ここでＬは燃料レールの長さである。

エンジン内部の燃料を通って伝播する音波の周波数ｆは、以下さらに説明するように、その燃料の圧力の変化をある期間にわたってモニタし、次いで変化する燃圧の周波数成分を解析することによって決定できる。

エンジン内の燃圧は、任意の適当な手段を用いて、例えば圧力センサを用いて測定できる。好都合には、エンジン内の燃圧を測定する手段は、燃料レール内部の燃圧を測定するようにエンジンの燃料レール上に装着され、またはエンジンの燃料レール中に装着される。典型的には、燃料レールは、細長いパイプ状のレール（「レールレングス（ｒａｉｌ ｌｅｎｇｔｈ）」）または球状のレールであってよい。しかし、内部で燃圧を測定する燃料レールは、球状のレールではなく例えば細長いパイプに形成されるレールレングスであることが好ましく、というのも球状のレールの内部では波動活動が概して少ないからである。レールが球状のレールのときは、圧力センサは、（燃料ポンプがある場合には）燃料ポンプの反対側の端部にあることが有利である。より好適には、圧力を測定する手段は、燃料レールの本体内に設置（例えば、燃料レールの本体上に装着または燃料レールの本体中に装着）される。燃圧は、細長い燃料レールの端部で、または細長い燃料レールの端部付近で測定されることが有益であり、燃圧は、燃料レールのハイドロリック端部（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｅｎｄ）（例えば、エンジンの燃料ポンプから最も遠い端部）で測定されることが有利である。

液体燃料駆動のエンジンでは、圧力センサが、レール圧力の閉ループ制御を可能にするとともに燃料系統における漏れについてモニタするために、標準仕様としてエンジンの燃料レールに嵌めることになる。したがって、本発明の方法を実施するためには、燃圧をモニタするために標準的なエンジンに特別に適合することが必要ですらないかもしれない。エンジン中の燃圧を測定する手段は、以前から存在する圧力センサであり、圧力センサの位置は、既存のセンサの位置であることが有利である。

本発明のこれら実施形態では、周囲燃料温度（すなわち、エンジン始動時の温度）が、音伝達速度が計算される時の燃料の温度と同じであるように、必要な燃圧の測定値が、比較的迅速に得られることが有利である。したがって、本発明の方法は、圧力データの収集中の期間（すなわち、測定期間）にわたって燃料温度が増大しない（または少なくとも大いに増大しない）ように、短期間にわたって十分なデータを生成して音伝達速度を計算することが有益である。

燃料温度の変化を防ぐために短期間にわたって圧力測定値を取得する必要性はさておき、圧力測定値の周波数などの他の要因が考慮に入れられることが有利である。これに関して、音波（または衝撃波）は、とりわけ弁開閉によって、燃料レール内部などのエンジン内部の燃料体の中で伝播される。燃料レールに隣接するさまざまな弁のさまざまな開閉周波数は、さまざまな周波数成分を有する定常波が引き起こされることを意味する。

エンジン中の燃料体内で伝播する音波の記録を生成し、それによって音波の周波数を決定するためには、十分に高い周波数で圧力測定値を取得することが必要である。波情報が「エイリアス（ａｌｉａｓｅｄ）」を生じないように、圧力を測定する手段は、音波自体の最大予想周波数の２倍より上で圧力読取値を取得できなければならない。圧力センサは、長さ７００ｍｍのレールについては、少なくとも毎秒２０００個の読取値（２ＫＨｚ）を取得できることが好ましい。より小さいレールについては、３０ＫＨｚまでの標本化周波数が必要とされ得る。

燃圧を「モニタ」するために、圧力感知手段は、燃圧を（同じ箇所で）ある期間にわたって反復して測定することが好ましい。したがって、上述の圧力を記録する手段は、反復して圧力測定値を取得できるべきであり、すなわち、上述の圧力を記録する手段は、ある周波数で（またはいくつかの特定の周波数で）離散的な圧力読取値を取得できる。そのようなデバイスは、測定周波数で反復してまたは「半連続的」に圧力を測定すると考えられてよい。有益には、圧力読取値を取得する周波数は、音波の周波数の２倍より高い。有利な実施形態では、圧力感知デバイスは、連続的に圧力を測定できる。さらに、このセンサは有利には、圧力波の最大振幅に単位ラジアン／秒の最大周波数を乗じたものより速いスルーレートを有してよい。すなわち、圧力を測定する手段は、必要とされる周波数まで圧力の任意の変化に忠実に従うことができる。

有利には、関連する期間にわたって取得された圧力測定値は、さらなる解析のために記録／記憶される。
燃圧は波として変化することにより、ただ１個の圧力読取値では、波成分を決定するための十分な情報を与えることにならない。したがって、一連（すなわち複数）の離散的な圧力読取値がある期間にわたって取得されてから、波成分を解読するために読取値が次いで解析される。したがって、すでに示されたように、圧力測定値を取得する周波数に加えて、波成分が解析される前に圧力読取値が取得される期間が、やはり重要であり得る。好適には、圧力測定値が取得される期間は、適切な音波の時間周期より長い。例えば、好ましくは、圧力測定値は、少なくとも０．１秒の期間にわたって反復して（連続的または半連続的に）取得される。より好ましくは、測定値は、少なくとも０．２５秒、少なくとも０．５０秒または少なくとも０．７５秒の期間にわたって取得される。一実施形態では、圧力測定値が取得される期間は、約１秒である。好都合には、さらなるデータ解析の前に圧力測定値が取得される期間は、「測定期間」と呼ばれ得る。

圧力測定期間中に、（ｉ）各時点の燃料での実際の圧力と、（ｉｉ）その期間にわたっての離散的な圧力読取値それぞれの間の圧力の変化のどちらかをモニタすることで十分である。いずれの場合にも、読取値は、同じ周波数成分を有する波を生成することになる。しかし、上記（ｉｉ）の場合は、最終的には、平均圧力を用いて（以下に述べるように）燃料温度および／または燃料組成を評価できる。したがって、本発明の方法は、反復して（すなわち周波数に依存して連続的または半連続的に）エンジン中の燃料レール内部の燃圧を測定および／またはエンジン中の燃料レール内部の燃圧の変化を測定する手段を与えるステップを含んでもよい。

有利には、本発明の方法では、（単に圧力の変化ではなく）実際の圧力がモニタされる。
エンジン中の燃圧が適切な期間（測定期間）にわたってモニタ（および／または記録）された後に、圧力データを解析して波情報を解明し、データの周波数成分を計算できる。これにより複数の周波数成分、例えば２つ以上の周波数成分を明らかにすることができる。典型的には、活動中のエンジンの燃料レール内部には、２つの主な周波数成分、すなわち、燃料噴射イベントの周波数を反映する比較的に低い周波数成分と、燃料レール内部の燃料の定常波（基本波）による比較的に高い周波数成分とがあることが見出されている。定常波の周波数は、ｆ、すなわち燃料レール内部の燃料を通って伝達される音波の周波数を表すと考えられる。一方、燃料体（例えば、燃料レール内の燃料）中の定常波の波長は、関連した燃料体の長さに依存し、すなわち、その波長は、燃料を収容する配管の長さに依存する。したがって、この方法が、長さＬの燃料レール内部の燃圧を測定することを含む場合には、定常波の波長は２Ｌである。もちろん、任意の特定のエンジン中の燃料レールの長さは、容易に決定できる。したがって、すでに述べたように、式ｃ＝ｆλを参照すると、燃料中の音伝達速度ｃは、定常波の周波数ｆに波長２Ｌを乗じたもの等しい。

圧力測定デバイスがアナログのレール圧力信号を生成する場合には、第１のステップが、圧力読取値をディジタル信号に変換することが有益である。典型的には、アナログ／ディジタル変換器（すなわちＡＤＣ）を使用して、例えばソフトウェアを用いて、下流処理用のディジタル出力を生成する。

ディジタル圧力データは、適当なソフトウェアを用いてさらに解析されてよい。例えば、ディジタル化された圧力データに関して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことができるソフトウェアは適当な手段であり、それによって燃料中の音波の周波数成分が決定できる。しかし、代替として、当業者に知られている任意の他の適当な解析手段が使用されてよい。例えば、標本化された圧力データを解析するそうした代替の手段の１つは、離散コサイン変換（ＤＣＴ）によるものである。最も有利な実施形態によれば、圧力データは、ＦＦＴによって解析される。

典型的には、ＦＦＴによる圧力データの解析の後に、一連のデータのピークが、音波の成分周波数に対応する周波数で生成されることになる。そのようなＦＦＴ解析では、規則的な周波数成分（例えば周期性）を示す測定値は強化されて、原信号の周波数に対応する位置でＦＦＴデータにおけるピークを生成する。したがって、圧力データ中の主な成分周波数は、ＦＦＴデータ中に同数の主なピークを生成することになる。概して、ＦＦＴデータは、２つ以上の周波数成分を分解し、例えば、少なくとも２つの主なピークが分解され、これらピークは、（１）（エンジン速度に関連し得る）燃料噴射イベントの周波数と、（２）（関連した燃料体を収容するチャンバ内で前後に通過する波である）燃料中の定常波の周波数とに対応する。ＦＦＴデータ中のさらなるピークは、例えば関連した燃料体に接続する通路に起因して、定常波の反射によって引き起こされ得る。

概して、燃料噴射に関連した波は、定常波よりずっと低い周波数であり、したがって、周波数データの成分は、容易に分離できる。例えば、燃料噴射に関連した波を全ＦＦＴデータ（または他の規定通りに生成したデータ）から除去（例えばフィルタリング）することによって、定常波の周波数データだけが残る。エンジン内の燃料中の定常波の周波数ｆは、燃料を通って伝達される音波の周波数に対応する。

圧力波の周波数成分を分解するときは、取得される標本（すなわち圧力測定値）の個数ｎおよび（それらの標本が取得される）周波数Ｆが、検出可能である周波数の最大、最小および分解能を決定する。これに関しては、分解可能な最大周波数はＦ／２であり、検出可能な最小周波数はＦ／ｎであり、分解能はＦ／ｎである。データのＦＦＴ解析が使用されることになる場合は特に、取得される標本の個数が２^ＮであるときにＦＦＴアルゴリズムが最も効率的に作動することはやはり考慮に値するものであり、ここで、Ｎは（すなわち、１、２、３、４、５などの）整数である。したがって、有利な一実施形態では、圧力を測定する手段は、燃料中の音波の周波数特性を分解するために、十分な周波数で十分な圧力読取値を得るように測定値を約２ＫＨｚで約１秒間得る。好ましくは、圧力測定値は、２ＫＨｚで１．０２４秒間取得されて２０４８（すなわち、２^１１）個の標本を獲得する。この数字は以下の理由から選択されるものであり、すなわち、（ｉ）標本化周波数２ＫＨｚは、音波を分解することを可能にし、（ｉｉ）標本の個数２^Ｎは、効率的なＦＦＴ解析を可能にし、（ｉｉｉ）測定（標本化）周期約１秒は、燃料温度変化に対して迅速な応答を可能にするからである。このシステムでは、分解可能な最大波周波数は、約２０００／２、すなわち１０００Ｈｚであり、検出可能な最小周波数および周波数分解能は、２０００／２０４８、すなわち約１Ｈｚである。

好ましくは、圧力データの標本化は、温度測定の更新時間（例えば１０秒）が、燃料温度が十分変動しそれにより性能が許容範囲外となるのに必要な時間より短くなるように、短い時間周期、例えば１０秒以内で反復される（これは、エンジン管理コンピュータの利用可能な計算能力に依存し得る）。より好ましくは、燃料温度の更新は、温度変化に対する応答時間を増大させるために、１．０２４秒ごとに起こることになる。

したがって、測定期間は、好ましくは２．０秒未満または１．５秒未満、より好ましくは１．２５秒未満、および最も好ましくは１．１秒未満である。
上記の好ましい特徴を考慮に入れると、好ましくは、測定期間は、０．５〜２．０秒、０．７５〜１．５秒、１．０〜１．２５秒、または１．０〜１．１秒である。より好ましくは、測定期間は、１．０〜１．０５秒または１．０〜１．０２５秒である。最も好ましくは、測定期間は、１．０２４秒である。

本発明によれば、音伝達速度は、適当なデータ比較手段を用いてエンジン内の燃料の組成を決定するために使用される。好適には、ステップ（ｄ）における燃料組成の評価は、予め定められた周囲温度での燃料中の音伝達速度に対する燃料組成の較正曲線１つまたは複数に基づく。しかし、エンジン燃料などの液体媒体を通じての音伝達速度は、その液体の圧力にも依存し得る。したがって、燃料レール内部の平均燃圧が、音速データおよび周囲燃料温度とともに計算および使用されてもよい。平均燃圧は、例えば、圧力測定期間中に取得された圧力測定値を平均することによって容易に決定できる。

好適には、未知の燃料の組成は、適切なデータ比較手段を用いて音伝達速度について計算された値から決定され（または逆も同様であり）、ここで好都合には、このデータは、周囲温度および／または計算された音伝達速度および／または燃料レール内部の平均燃圧に関する。

データ比較手段は、グラフ、表、および（例えば、ソフトウェアによって実行できる、参照表、データマップ、または数学の式によって）そのようなデータをディジタル的に記憶および処理するために特に適している手段などの任意のデータ比較手段を含んでよく、それにより音速測定値を燃料組成読取値に変換する手段を与える。好都合なデータ比較の形態には、１つまたは複数の較正曲線、参照表、データマップ、数学の式、またはデータをディジタル的に記憶および処理する他のシステムが含まれる。好適には、データ比較手段は、例えば、ある温度で入力された音速測定値に対して燃料組成読取測定値を与える数学の式である。代替として、適当な補間法を用いる参照表（例えば補償テーブル）またはデータマップが、音伝達速度と燃料組成を関係付けるために使用できる。

有利には、適切なデータ比較手段が、前もって（例えばエンジン開発／試験中に）生成されており、したがって、適切なデータ比較手段により即時参照を与えることができる。より有利には、データ比較手段は、２つ以上の較正曲線、数学の式、参照表、またはデータマップ等などの複数の個々のデータ比較を含む。いずれの場合にも、これらの参照データソースは、前もって生成されていることが有利である。最も好適には、複数の個々のデータ比較（すなわち、複数の較正曲線）それぞれは、複数の異なる燃料組成それぞれについて生成される。一例としては、一連の選択された「周囲」温度についての音伝達速度および燃料の温度を関係付ける一連の（標準）較正曲線を作成することが有益であり得る。これは、燃料がバイオディーゼルであり得る場合において特に好ましい。同様に、ある特定の燃料組成についての音伝達速度と平均燃圧および／または他の物理的特性などの要因を関係付けるいくつかの較正曲線を有することが有利であり得る。

エンジン内部の燃料温度は、長時間の激しいエンジンの活動の期間に続き、速度状態／負荷状態を緩和した後に直ちに著しく１００℃以上に上昇する可能性がある。しかし、典型的には、そのような高い燃料温度は、例えば、エンジンが活動中でないときに、または少なくとも長時間のエンジン不活動の期間の後に、周囲条件の下で到達されることはない。したがって、（例えば、標準曲線／較正曲線についての）適切なデータ比較手段の生成のために選択される燃料温度は、潜在的な周囲温度（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であることが有利である。したがって、較正曲線などのデータ比較手段１つまたは複数についての温度の選択は、エンジンおよび燃料が露出され得るありそうな周囲条件によって決められることが有益である。潜在的な周囲温度は、−４０〜５０℃、−３０〜４５℃、または−２０〜４０℃であると考えることができる。より好適には、この周囲温度は、−１０〜３５℃、または０〜３０℃である。さらにより好適には、この周囲温度は、１０〜３０℃または１５〜２５℃である。最も好ましくは、この周囲温度は、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５℃である。有利には、上記潜在的な温度の範囲を使用して燃料の音速および温度を燃料の組成と比較する手段を与える標準的なデータ比較手段を生成してよい。例えば、データ比較手段の生成に使用される燃料組成ごとに、燃料中の音速が、一対のデータ点、例えば音速および温度を、ある特定の燃料組成と相関させる手段を与えるために、潜在的な「周囲」温度それぞれで測定されてよい。したがって、データ比較手段それぞれは、複数の燃料温度に基づくことが有利であり、例えば２〜５０個、３〜３０個、４〜２０個または５〜１０個のさまざまな燃料温度が選択され、対応する音速測定値が計算される。好都合には、標準的な較正曲線それぞれは、あり得る周囲温度の範囲にわたって、例えば、２°、５°または１０°のステップなどの１°〜１０°のステップで生成されることになり、その結果、適当なデータの広がりが生成される。より好適には、データ比較手段は、２°〜５°のステップ、３°〜５°のステップで、または５°の間隔で与えられる。使用時に、実際の周囲温度が較正に使用される温度と温度の中間にあるときは、データの補間を使用して、実際の燃料組成および他の関連したパラメータを評価できる。

本発明は、多くのエンジン、特にディーゼルエンジンがディーゼル／バイオディーゼル混合物などの広範囲のさまざまな燃料組成で動作できることを理解することに関連している。しかし、ディーゼルおよびバイオディーゼルを用いることに関連する環境に優しい利点は、最適なエンジン燃料、例えばエンジン開発および試験中に使用できた燃料に比べて、燃料組成の変化から生じる効率的なエンジンの低下および望ましくないエンジン排気の増大によって失われる可能性がある。

バイオディーゼルは、その源に応じて特に変わりやすい組成を有してよい。例えば、バイオディーゼルは、動物性脂肪、植物油および廃棄された飲食店の食用油などの不要な油脂の生産物に由来し得る。したがって、本明細書で使用するように、「バイオディーゼル」という語は、バイオディーゼルのある特定の種類または源を指すものではなく、「ディーゼル／バイオディーゼル混合物」という語は、（別段の定めのない限り）任意の比率の石油ベースのディーゼルとバイオディーゼルの混合物を指す。

ディーゼルエンジンは一般的に、バイオディーゼルとディーゼルのさまざまな混合物を用いて動作できることが知られている。例えば、所与のディーゼルエンジンは、１００％ディーゼル燃料を用いて、または１００％までのバイオディーゼルを含有するディーゼルとバイオディーゼルの混合物によって動作可能であり得る。バイオディーゼルは、任意の比率で石油ベースのディーゼル燃料と混合できる。したがって、ディーゼル／バイオディーゼル混合物は、５％まで、１０％まで、１５％まで、または２０％まで、３０％まで、４０％まで、５０％まで、６０％まで、７０％まで、８０％まで、９０％まで、または１００％までのバイオディーゼルを含有してよい。したがって、音伝達速度に対する温度のデータ比較（例えば、標準曲線／較正曲線）が、１つまたは複数のデータ比較手段を与えるように、２つ以上のバイオディーゼル混合物について、例えば上記比率の混合物２つ以上について生成されることが有益である。そのような較正曲線は、上述のそれら組成などの２、３、４、５、６、７、８、９、１０個以上のディーゼル／バイオディーゼル混合物について生成されることが好ましい。較正のために使用するためのその混合の組成の選択は、ある特定のエンジンが最も使用しそうな燃料の種類によって決まり、または利用できそうな燃料源によって決まることが有利である。したがって、エンジンがある特定の混合物／組成で最適に性能を発揮する場合には、較正のための燃料の選択は、その最適な組成あたりに基づいてよい。

有利なことに、本発明によれば、複数の標準的なデータセット（例えば、較正曲線）が生成されており、そのデータセットの中で燃料温度が、さまざまなディーゼルおよび／またはバイオディーゼルおよび／またはディーゼル／バイオディーゼル混合物ついて音伝達速度と相関性がある。次いで、使用時に、ある特定の周囲燃料温度が測定され、音伝達速度が計算されると、使用されている燃料の組成が、標準的なデータを参照することによって容易に決定できる。使用される燃料が試験された「標準的な」燃料のうちの１つと必ずしも同じ組成でない場合、それでもなお燃料の組成は、利用できるデータ比較手段の単純な補間によって評価できる。

エンジンの活動の期間中、エンジンおよびエンジン内の燃料の両方は、非周囲条件の下であるとともに非周囲温度であるとであると考えることができる。通常のエンジン使用の条件の下では、例えば、国内車両の使用においては、エンジン燃料は好都合には、連続的なエンジンの使用の少なくとも２、３または４分後に、好適にはエンジン使用の少なくとも５分後に、より好適にはエンジン使用の少なくとも１０または１５分後に、および最も好適にはエンジン使用の少なくとも３０分後に非周囲温度に到達したと考えることができる。

さらに、使用時には、燃料の温度はエンジンの温度と同じではない可能性があり、燃料の温度が大気温度ではないのは確かである。したがって、大気（さらにエンジン）の温度をモニタする標準はめあいの温度計（ｓｔａｎｄａｒｄ−ｆｉｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇａｕｇｅ）は、エンジン動作中の燃料温度をモニタするのに適していない。これらの状況において、本発明は、燃料の非周囲温度を評価する方法をさらに提供する。

したがって、一実施形態では、上述の本発明の方法は、非周囲条件の下でステップ（ａ）からステップ（ｃ）を実行するステップ（ｅ）と、ステップ（ｄ）において評価された燃料組成、および非周囲条件の下でステップ（ｅ）において計算された（非周囲温度での）音伝達速度に基づいて、非周囲条件で燃料の温度を評価するステップ（ｆ）とをさらに含む。

したがって、好都合には、上述のデータ比較手段の生成に使用される温度は、すでに説明した潜在的な「周囲」温度から潜在的な「非周囲」温度もまた含むように拡張される。これに関して、潜在的な非周囲温度は、０℃〜３５０℃、または５０℃〜３５０℃などの−４０℃〜３５０℃の範囲内であってよい。より好適には、非周囲温度の範囲は、５０℃〜１５０℃、または５０℃〜１００℃などの５０℃〜２００℃であってよい。前述同様に、標準的なデータ（例えば、較正曲線）が、潜在的な周囲温度および非周囲温度の範囲に対応する適当な温度間隔内のさまざまな温度で、ある特定の燃料組成中の音伝達速度の測定値を取得することによって作成されてよい。すでに示されたように、適当な温度間隔は、１°〜２０°から、例えば２°、５°または１０℃の間隔で、より好適には５°または１０℃の間隔で、例えば１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃または３５０℃の最大温度まで選択されてよい。

このように、非周囲条件の下での（すなわち、エンジンの活動中の）エンジン内の燃料の温度は、すでに前に述べた（使用される燃料の組成を決定するための）ものと同様のやり方を用いて、およびすでに決定された燃料の組成の知識を用いて決定できる。燃料の非周囲温度が決定されており、燃料の組成をすでに評価したならば、次いで、（粘性、密度、および等エントロピーの体積弾性率などの）計算された非周囲温度での燃料の他の物理的パラメータを決定し、燃料噴射イベントなどのエンジン動作を制御および／または調整するためにこの情報のいずれかを使用することが可能であり得る。本発明の方法は、その方法を使用して燃料噴射器のすぐ上流、例えば燃料レール中で燃料の非周囲温度を決定できるという点で特に有利である。したがって、有益なことに、燃料噴射イベントに必要であり得る任意の調整は、燃料噴射間近である燃料の温度および他の物理的特性に基づくことができる。

従来技術を上回るさらに有利な特徴および改良は、本発明の本実施形態および関連した実施形態によってやはり実現できる。例えば、既存の温度感知技術と比較して、本発明は、典型的には１秒を超える周期にわたって温度変化に反応する熱電対および抵抗温度計デバイスなどの多くの温度測定デバイスより速く燃料温度の計算および温度変化のモニタリングを可能にする。加えて、本発明の方法は、（例えば）燃料の温度変化に対して異なる速度（例えば、よりゆっくり）応答し得る燃料レール本体ではなく、燃料体の温度の測定を行うことができる。

しかし、適当な温度センサが利用できる場合などのいくつかの実施形態では、代替として温度センサを使用して非周囲条件の下でエンジン中の燃料の温度を測定または評価できる。そのような実施形態では、温度センサは、当技術分野で知られる任意の適当な温度センサであってよく、温度センサは、燃料の温度を直接的に測定するように配置されるのが好都合であり、例えば、温度センサは、エンジンの燃料レール中の燃料と接することが好適である。

有益なことに、本発明の方法は、燃料の物理的特性の迅速な決定を実現することができ、その結果、使用時に、燃料需要の任意の変化は、迅速および正確に満たされ得る。この利益または他の利益は、典型的にはエンジンが燃料需要の変化に応答するために必要な期間と比べて適当に短い測定期間（すなわち、周波数成分が決定され音速が計算される前の燃圧が測定される時間周期）の使用によって実現することができる。したがって、本発明のある実施形態では、これにより、任意の瞬時の燃料需要の変化が、（本明細書中の他の箇所で説明したように）燃料噴射イベントを制御するシステムの適切な調整によって迅速に満たされることが可能になる。

当業者が理解するように、本発明の上述の実施形態は、燃料の組成が当初未知だったときでも、使用時に燃料の物理的パラメータ（または特性）を決定する方法を提供できる。
温度とともに変化し得る（エンジン燃料などの）液体の関連した物理的特性には、密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率が含まれる。これら物理的特性は、液体の物理的特性の限定されない例であり、当業者に知られている他の物理的特性が、本発明の性能についての有用な基準点を与えることもできる。したがって、燃料の組成および温度が決定されたら、次いでその温度での燃料の関連した物理的特性を決定することができる。したがって、有利には、本発明の実施形態は、計算された非周囲温度、すなわち燃料の使用温度での燃料の物理的特性少なくとも１つを評価／決定するステップをさらに含んでよい。本発明の特に適している方法によれば、エンジン中の燃料の組成および温度が決定されたら、次いで密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率から選択される燃料の物理的特性１つまたは複数が評価または決定される。

すでに述べた本発明の実施形態と同様に、好適には、さまざまな温度での燃料の物理的特性が、較正曲線、参照表、データマップ、数学の式、またはデータをディジタル的に記憶および処理する他のシステム１つまたは複数などのデータ比較手段の使用によって決定される。有利には、データ比較手段は、前もって生成されており、ある特定の（知られた、すなわち決定された）燃料タイプについての温度読取値を燃料の密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率１つまたは複数の適切な測定値に変換する手段を与えることができる。

当業者が理解するように、燃料の物理的特性は、燃料の挙動に影響を及ぼし、指定された期間中に噴射弁を通過できる燃料の量をとりわけ決定する。例えば、燃料が昇温するにつれて、燃料の密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率は、減少する傾向になる。液体の密度が減少するにつれて、単位体積中の液体の質量は減少する。したがって、液体が熱くなるほど、液体のある特定の体積の質量はより少なくなる。しかし、液体の粘性が減少するにつれて、噴射弁などの開口を通じての液体の流量は増加でき、その結果、液体がより熱くなれば、より大きい体積がある指定された時間周期中に噴射され得る。したがって、特定の燃料温度での変化する密度、粘性および体積弾性率の影響のバランスが決定できるように、上述の物理的特性のうちの２つ以上を考慮することが必要であり得る。

燃料の物理的特性を決定（または評価）したら、働いているエンジン内部の燃料の起こりそうな挙動を数学的にモデル化することが可能であり得る。したがって、これにより、エンジン内の条件が変化する際に燃料の物理的特性の変化に適合できるエンジン制御システムの創出を可能にし得る。有益なエンジン制御システムはエンジンの燃料噴射システムであり、このシステムは燃料の物理的特性の変化に対して特に敏感であり、したがって、本発明の方法は、決定された非周囲条件の下でただ１回の噴射イベント中に噴射されることになる燃料量の正確な評価（計算）を可能にし得る。

したがって、本発明の第２の態様によれば、エンジン始動時にエンジン中の燃料噴射システムを制御する方法であって、（ｉ）エンジン内の燃料の組成を評価するために本発明の第１の態様のステップを実施するステップと、（ｉｉ）周囲温度での燃料の物理的特性少なくとも１つを決定するステップと、（ｉｉｉ）予め定められた燃料質量が周囲温度での燃料噴射イベント中に噴射されるように燃料噴射システムによって制御される燃料噴射イベントの開始時間および終了時間を較正するステップとを含む方法が提供される。

しかし、エンジンが使用中であり、燃料が「非周囲」温度に到達してしまうのに十分な期間となっているときには、エンジン中の燃料噴射システムを制御する方法であって、（ｉ）非周囲条件の下でエンジン内の燃料の非周囲温度を評価するために本発明のステップを実施するステップと、（ｉｉ）非周囲温度での燃料の物理的特性少なくとも１つを決定するステップと、（ｉｉｉ）予め定められた燃料質量が上記非周囲温度での燃料噴射イベント中に噴射されるように燃料噴射システムによって制御される燃料噴射イベントの開始時間および終了時間を較正するステップとを含む方法が提供される。

燃料噴射イベントの開始時点および終了時点は、クランク軸角度の観点から測定することもでき、この場合、燃料噴射イベントの開始時間および終了時間は、「燃料の角度」とも呼ばれ得る。

典型的には、従来技術の燃料噴射システムは、所与の燃料需要に対して一定量の燃料が噴射イベントごとに燃焼室の中に噴射されることになるという仮定に基づいていることに留意することが重要である。このことが正しくないいずれの場合においても、エンジンは、別々の燃料温度または組成センサを必要とする。本発明の方法は、そのような従来技術の方法を上回る改良であり、というのも各噴射イベントの長さが、燃料の物理的特性および瞬時の燃料需要に従ってリアルタイムに調整できるからである。このように、このエンジンの燃料噴射システムは、必要とされる燃料量が噴射イベントごとに各燃焼シリンダの中に噴射されることを確実にすることができる。

噴射される燃料の「量」は、燃料の体積または質量から選択できる。有益には、考えられる量は、燃料噴射器を通じての質量流量が非周囲条件の下で計算できるように、燃料の質量である。マスフローは、燃料のストイキ燃焼に要する対応する空気の質量がより容易に計算できるので、特に適当な考えである。したがって、有益なことに、エンジン性能を最大にすることができ、および／またはエンジン排気を低減させることができる。

すでに前に述べたもののような任意の適当なデータ比較手段を使用して燃料の温度測定値を燃料の物理的特性についての値（上記参照）に、次いで質量流量データに変換できる。言い換えれば、単位時間に燃焼室の中に噴射される厳密な燃料質量を正確に制御するために、評価された燃料温度を使用して燃料の質量流量値を補正／調整する。

有利には、本発明の第２の態様および第３の態様のステップ（ｉｉｉ）において、燃料についての質量流量データを使用して燃料噴射イベントの適切な開始時間および終了時間を計算し、それにより、知られた量の燃料が、噴射イベントごとに燃焼室の中に噴射される。したがって、任意の期間にわたって、この方法は、その時間周期にわたって燃料需要に正確に適合するために、必要な量の燃料が燃焼室の中に噴射されることを可能にする。

当業者が理解するように、燃料組成、非周囲燃料温度、および燃料の物理的特性をその温度で評価または決定する上述の手段は、それら手段が本発明の第１の態様および各実施形態に適用されるように、本発明のこれらの態様に適用される。

エンジン性能を改善するように燃料噴射システムを制御する手段に関し得る本発明の方法に加えて、本発明の第４の態様によれば、エンジンシリンダ１つまたは複数を有するエンジン用の燃料噴射制御システムであって、周囲条件でのエンジン内の燃料の組成を評価する手段と、評価された燃料組成に基づいて周囲条件の下で燃料の物理的特性少なくとも１つを評価する手段と、周囲条件の下で燃料の質量流量を評価する手段と、予め定められた燃料質量が始動時に燃料噴射イベント中にエンジンシリンダ１つまたは複数の中に噴射されるように、燃料の質量流量に基づいて燃料噴射システムによって制御される上記燃料噴射イベントの始点および終点を調整する手段とを含む、燃料噴射制御システムが提供される。

しかし、燃料の組成がすでに知られている場合には、本発明の燃料噴射制御システムが、燃料の組成を評価する手段を含むまたは実装することは必要ではないかもしれないことが理解されよう。

燃料の組成を評価する手段は、上述の燃料の組成を決定する方法によって動作できることが有利であり、例えば、これは、すでに述べたように、周囲燃料温度を決定する手段と、燃料を通じての音伝達速度を計算する手段と、（音伝達速度、温度、および燃料組成の各測定値を相互に関係付けるやり方などの）データ比較手段とを含んでよいことがもちろん理解されよう。

好ましくは、非周囲条件の下でのエンジン内の燃料の温度を評価する上記手段は、前述の本発明の任意の適当な方法によって実施される。端的に言えば、（１）燃圧は、エンジンの燃料レール内部で反復して測定でき、（２）次いで圧力の周波数成分を決定して燃料体内の定常波の周波数を計算でき、次いで音速が計算でき、最終的に（３）音速を使用して燃料の非周囲（または周囲）温度を決定できる。

好ましくは、計算された非周囲温度での燃料の物理的特性を評価する上記手段は、例えば、較正曲線、参照表、データマップ、数学の式またはデータを例えばディジタル的に記憶および処理する他の形態１つまたは複数から選択されるデータ比較手段を含む。このように、非周囲条件の下での燃料の質量流量は、例えば上述のようにデータの比較曲線／較正曲線によってもやはり容易に得ることができる。

燃料噴射の始点および終点（例えば、燃料の角度）を調整する上記手段は、当業者に知られている任意の手段の使用を含むことができる。例えば、従来技術の燃料噴射制御システムは、さまざまなパワー需要に応じて燃料の角度を変化させる手段をすでに含み得る。加えて、本発明の方法およびデバイスは、燃料の特定の非周囲温度での燃料の質量流量に従って燃料の角度を調整する手段を含むことができる。

前述のように、計算された質量流量に従って燃料噴射の始点および終点を調整する燃料噴射制御システムではなく、本発明は、代替として、またはやはり、非周囲条件の下などで任意の温度で燃料の体積流量を計算することを含んでよい。

次いで、本発明を、図面を参照して説明する。
図１を参照すると、コモンレール型のエンジン１は、燃料ポンプ２を備え、燃料ポンプ２は、歯車駆動装置７および加圧された燃料レール３に接続される。示されるエンジンのようなコモンレールエンジンでは、加圧された燃料レール３は、燃料を対応する複数の接続パイプ５を介して複数の燃料噴射器４の中に供給する。燃料噴射器４は、示されるようにエンジンブロック６に沿って１列に装着されてよい。エンジン１の燃料レール３内部の燃圧を測定する手段は、圧力センサ８の形態で設けられ、圧力センサ８は、燃料ポンプ２から最も遠い燃料レール３の端部で（すなわち、燃料レールのハイドロリック端部で）据えられてよい。

動作中、歯車駆動装置７は、パワーを燃料ポンプ２に与え、次いで燃料ポンプ２は、加圧された燃料を燃料レール３の中に送り、その次に短い接続パイプ５を介して複数の燃料噴射器４の中に送る。燃料噴射器４は、燃料をエンジンブロック６内部のエンジンシリンダ（図示せず）の中に噴射し、このエンジンシリンダの中で燃料は燃焼してエンジン１のためのパワーを発生させる。

（例えば、エンジン始動時に）周囲温度での燃料レール３中の燃料組成を決定するために、または燃料レール３内部の非周囲燃料温度を決定するために、燃料レール３中の燃料を通っての音伝達速度が、評価／計算される。まず、圧力センサ８は、燃料レール３内部の燃料の圧力を反復して測定する。典型的には、経時的に記録された圧力測定値（または代替として圧力の変化の測定値）は、エンジン内部の弁（例えば、燃料噴射器４）の開閉による低い周波数成分、および燃料レール３内部の定常波による高い周波数成分などの２つ以上の周波数成分を明らかにする。燃料レール３内部の定常波の波長は２Ｌであり、ここでＬは燃料レール３の長さである。

図２は、本発明による燃料制御システムが、例えばエンジン始動時に周囲エンジン条件（および周囲温度）の下でエンジンの燃料レール内部の燃料の組成をまず決定することによって、エンジンの各燃料噴射イベントの始点および終点（例えば、クランク軸角度または「燃料の角度」）を制御および調整／修正するためにどのように動作し得るかを示す。このシステムは、例えばエンジンが、以前にそのエンジン中で使用された燃料とは異なった燃料で充填されているとの理由で燃料組成が知られていない場合の状況において特に適している。そのような状況は典型的には、ディーゼルおよび／またはバイオディーゼルがエンジン中で使用される場合に起こり得る。

例示したシステムでは、燃料温度は、例えばエンジン始動時（ステップ図示せず）に燃料の周囲温度を測定することによって、例えば大気および／またはエンジンおよび／またはエンジン内部の燃料の温度を測定することによって初めに決定される。

次のステップは、周囲条件の下で、すなわちエンジン内部の燃料がエンジンの動作によって加熱されてしまう前に、燃料中の音伝達速度を測定することである。示される第１のステップでは、生のレール圧力（すなわち、燃料レール内部の燃圧）が、反復して測定される。離散的な燃圧測定値が、変化する燃圧の周波数成分をモニタすることを可能にするために、十分な周波数を用いておよび十分に長い期間（例えば約１秒）にわたって取得されなければならない。したがって、圧力読取値は、燃料中の音波の周波数より高い周波数で取得されなければならず、音波の時間周期より長い期間にわたって取得されなければならない。

圧力がアナログで読み取られた場合には、次のステップにおいて、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）を用いてアナログ読取値をディジタル信号に変換することが必要である。次いで、ディジタル信号は、以下に説明するように適切なソフトウェアを用いて処理できる。

次に、ディジタル圧力信号を処理して燃圧の変化の周波数成分を決定する。任意の適当なデータ処理の手段が使用でき、とはいえ好都合には、示すように、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析が使用される。ＦＦＴ解析は、燃圧の変化の主な周波数成分を識別し、それにより次のステップにおいて、さまざまな周波数成分を分離可能にする。典型的には、最も高い周波数成分が、エンジンの燃料レール内の燃料内部の定常（または基本）波の周波数を表す。この周波数は、燃料中の音波の周波数ｆを表す。

次に、燃料中の音伝達速度が計算される。例えば、音速は、式ｃ＝ｆλを用いて計算でき、ここで、周波数ｆを有する定常波の波長は２Ｌであり、ここで、Ｌは燃料レールの長さである。

音伝達速度、周囲燃料温度および平均燃圧を決定したら、データ比較手段を使用して燃料の組成を決定可能であり、例えば、バイオディーゼル（混合物）の組成（％バイオディーゼル）は、データ比較および解析のための適当な手段（例えば、１つまたは複数の較正曲線、参照表、データマップ、グラフおよび数学の式）を用いて決定できる。好都合には、較正曲線などのデータ比較手段は、燃料の組成との関連で周囲温度と燃料中で伝達される音速との間の関係に関する。好適には、燃料の圧力、特に燃料の平均圧力が考えられてもよい。圧力測定期間中の燃料レール内部の平均燃圧は、燃圧の測定値が取得される時間周期にわたってのアベレージ燃圧であると考えることができる。

燃料組成を決定したら、燃料の物理的特性が、補償テーブル（例えば、参照表または較正曲線）などの適切なデータ比較手段を直接参照することにより決定できる。代替として、示すように、計算されたエンジン中の燃料の組成とエンジン較正用に使用される燃料組成との間の比率の差が計算されてよく、次いでこの比率の差を使用して燃料のおおよその物理的特性を決定できる。関心のあり得る物理的特性には密度、粘性および体積弾性率が含まれる。

次のステップにおいて、燃料の物理的特性を使用して測定された周囲温度でのエンジン中の燃料の質量流量を計算する。次いで、質量流量データを使用して、その特定の燃料での使用について適切な燃料の角度を再計算できる。

代替実施形態では、燃料噴射制御システムは燃料の角度を調整でき、その結果、燃料のある特定の質量ではなく、燃料のある特定の体積が燃料噴射イベントごとに噴射される。
図２に例示した燃料組成（例えば、％バイオディーゼル）を決定するシステムは、下記図３に例示されるシステムと容易に組み合わせることができることも留意されたい。このように、本発明の燃料噴射制御システムは、エンジン内部の燃料が非周囲温度であるときには、エンジン始動時に、およびエンジン活動期間中も、適切な燃料の角度を計算できる。

図３を参照すると、非周囲エンジン条件の下では、例えばエンジン動作期間中は、本発明による燃料制御システムは、燃料の温度が変化するにつれて燃料の物理的パラメータを変化させることによって、燃料噴射イベントそれぞれの始点および終点（例えば、クランク軸角度または「燃料の角度」）を制御および調整／修正するように動作する。

燃料中の音伝達速度が測定されるプロセスは、図２の上段に沿って示されるものと同じであってよい。同様に、燃料の平均圧力は、任意の適当なやり方で決定できる。
（図２の方法によって計算された）燃料組成、平均燃圧、および燃料中の音伝達速度を考慮すると、示すように、燃料温度（Ｔ_燃料）は、適当なデータ比較手段を用いて計算できる。好適には、Ｔ_燃料は、１つまたは複数の較正曲線を参照することによって計算されてよく、これらの較正曲線は、決定された燃料組成についての、例えば圧力、音伝達速度および温度の物理的パラメータに相互に関係する。例えば、有利には、音伝達速度に対する燃料温度についての複数の較正曲線があってよく、複数の較正曲線のそれぞれは、さまざまな燃料組成および／または平均燃圧に基づく。代替として、例えば、音伝達速度に対する燃料温度の較正曲線が、ある特定の燃圧での燃料温度の変化と音伝達速度の変化を関係付ける数学の式とともに使用されてよい。

したがって、燃料の非周囲温度を決定したら、次いで燃料の物理的特性が決定できるいくつかのやり方がある。例えば、すでに上述したもの（すなわち１つまたは複数の較正曲線）と同様のデータ比較手段を使用して燃料の知られた温度と個々の物理的特性を関係付けることができる。代替として、図３に示すように、計算された（または評価された）燃料温度（Ｔ_燃料）は、エンジン較正中に使用される燃料温度と比較されて、燃料温度の変化率を与えることができる。次いで、この燃料温度の変化率を用いて、補償テーブル（参照表）などのデータ比較のための適当な手段を用いて、非周囲温度の下での燃料の物理的特性を決定できる。

計算された温度での燃料の物理的特性が決定されたら、次のステップは、図２に関して述べたように、燃料の質量流量を計算することである。
燃料の質量流量を知ることは、エンジン内部の燃料の挙動をモデル化することができることを意味する。例えば、好都合には、燃料の質量流量の変化率（すなわち、関連した計算された温度Ｔ_燃料での質量流量とエンジン較正中の燃料の質量流量との間の差）を使用して燃料噴射イベントごとに適切な始点および終点ならびに開始時間および終了時間を計算できる。したがって、Ｔ_燃料での質量流量が分かると、燃料の角度が調整でき、その結果、所望される量（質量）の燃料が、燃料噴射イベントごとにエンジンシリンダへ送られる。すでに示唆したように、代替として体積流量が、適切な燃料の角度の較正のために使用されてよい。

図４および図５は、動作中のエンジン内部の非周囲燃料温度が本発明によって計算されるときに得られるデータのいくつかを示す。
図４は、エンジンの燃料レール内部の燃圧の変化を示す。

生のレール圧力が、図１に示すように配置された圧力センサを用いてエンジン内部で測定された。レール圧力読取値は、開ループ定常状態動作中のエンジン（すなわち固定長燃料充填パルス）に関して取得された。このエンジンは、約１４００ｒｐｍで作動された。

図４を考慮すると、燃料レール内部の燃圧は、約±６０バールだけ変動すると理解できる。記録された平均燃圧は、約２８０バールである。
圧力測定値は概して、２つの周波数成分、すなわち、比較的尖った線（０．０１秒ごとに約７個のピーク）を生成する高い周波数成分と、よりうねっている波形（０．０３秒に約２個のピーク）を生成するより低い周波数成分とを含むと理解できる。

図４に示す燃圧の測定値の全体的なパターンは、図５に示すようにＦＦＴ解析を用いて周波数領域中の圧力データをプロットすることよって確認される。
図４中のデータのＦＦＴ解析（図５参照）は、圧力読取値中に存在する周波数成分に対応する周波数で一連のピークを生成する。ＦＦＴのピークの振幅は、周波数成分の規則性に関連している。したがって、燃圧データ中の主な周波数成分は、ＦＦＴの線中に最大のピークを生成する。

したがって、燃圧測定値中に２つの主な周波数成分、すなわち、図４に関して説明されるうねっている波に対応する約７０Ｈｚでの比較的に低い周波数成分と、図４に関して説明される高い周波数成分に対応する約７１３Ｈｚでの比較的に高い周波数成分とがあると理解できる。

圧力変動のより低い周波数成分は、エンジンの燃料噴射機器内部の噴射器弁の開閉によって引き起こされると考えられる。１４００ｒｐｍで、噴射弁は、約７０Ｈｚで動作し、この約７０Ｈｚは圧力データのより低い周波数成分に対応する。

７１３Ｈｚでの高い周波数成分は、エンジンの燃料レール内の燃料中の定常波（または基本波）によって引き起こされる。示される例では、燃料レールの長さは０．９３ｍである。したがって、定常波は波長１．８６ｍである。

したがって、音速は、例えばｃ＝ｆλを用いて計算できる。この場合は、７１３Ｈｚの共鳴周波数については、音速ｃは約１３３０ｍ／秒である。
平均燃圧２８０バールを考慮に入れ、燃料の物理的特性の適切な表を参照すると、燃料の温度は、約６５℃であると計算される。燃料温度のこの計算は、直接的に測定される燃料温度の±３℃以内である。

燃料温度計算の許容範囲±３℃は、音速測定における±４ｍ／秒および周波数測定における±２Ｈｚに対応する。
この例のエンジンは、開ループおよび定常状態で動作されたが、このことは、本発明の動作には必須ではない。例えば、閉ループまたは過渡的挙動においては、燃圧測定値の低い周波数成分は、開弁イベントのタイミングの変化により影響を及ぼされ得るが、燃料中の定常波（すなわち高い周波数成分）は、影響を及ぼされることはない。

理論に制約されることを望むものではないが、約７１３Ｈｚでの追加のＦＦＴのピークは、燃料レールと噴射器の間の短い相互接続パイプに起因するさまざまな経路長からの反射によるものであると考えられる。

Claims (19)

1. エンジン内の燃料の組成を評価する方法であって、
   燃料の温度が大気温度とほぼ同じである、周囲条件の下で、
   （ａ’）前記燃料の周囲温度を決定するステップと、
   （ａ）前記エンジンの燃料レール内部の燃圧をある期間にわたってモニタするステップと、
   （ｂ）燃圧の変化の周波数成分の少なくとも１つを計算するステップと、
   （ｃ）前記周波数成分の少なくとも１つに基づいて音伝達速度ｃを計算するステップと、
   （ｄ）前記周囲温度での計算された前記音伝達速度に基づいて前記燃料の前記組成を評価するステップと
   を含み、
   前記燃料が、バイオディーゼルを含む、方法。
2. ステップ（ａ’）において、前記燃料の前記周囲温度を前記決定するステップが、大気の周囲温度を測定するステップ、前記エンジンの周囲温度を測定するステップ、および前記燃料の前記周囲温度を直接的に測定するステップのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｂ）において、前記燃料中の定常波ｆの周波数が、燃圧の変化から計算される、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記燃料中の定常波ｆの周波数が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析を用いて計算される、請求項３に記載の方法。
5. ステップ（ｃ）において、前記燃料中の前記音伝達速度ｃが、式、
   ｃ＝ｆλ
   を用いて計算され、
   ここで、周波数ｆを有する前記定常波の前記波長λは２Ｌであり、ここで、Ｌは前記燃料レールの長さである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. ステップ（ｄ）における前記評価するステップがデータの比較手段に基づき、該データが前記燃料の前記周囲温度、計算された前記音伝達速度、および前記燃料レール内部の平均燃圧に関し、前記データ比較手段が、オプションで、較正曲線、参照表、データマップ、数学の式、またはデータをディジタル的に記憶および処理する他のシステム１つまたは複数を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. エンジン始動時に実行される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. ステップ（ａ）において、前記期間が約１秒または２秒未満である、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 燃料の温度が大気温度と同じでない、非周囲条件の下で、前記燃料の非周囲温度を測定するために温度センサを用いて前記燃料の温度を測定または評価するステップを含み、例えば、前記温度センサが、前記エンジンの燃料レール中の前記燃料の温度を測定または評価するために配置される、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. （ｅ）燃料の温度が大気温度と同じでない、非周囲条件の下でステップ（ａ）からステップ（ｃ）を実行するステップと、
    （ｆ）ステップ（ｄ）において評価された前記燃料組成、およびステップ（ｅ）において計算された音伝達速度に基づいて、前記非周囲条件の下で前記燃料の温度を評価するステップと
    をさらに含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. ステップ（ｆ）における前記評価するステップがデータの比較手段に基づき、該データが前記非周囲温度での燃料組成、燃圧および前記燃料中の音伝達速度に関する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記燃料の前記温度および組成に基づいて前記周囲温度および／または前記非周囲温度での前記燃料の物理的特性の少なくとも１つを評価するステップをさらに含み、例えば、前記燃料の前記物理的特性の少なくとも１つには、密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率１つまたは複数が含まれている、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
13. エンジン始動時にエンジン中の燃料噴射システムを制御する方法であって、
    （ｉ）前記エンジン内の前記燃料の前記組成を評価するために請求項１から９のいずれかに記載の前記ステップを実施するステップと、
    （ｉｉ）周囲温度での前記燃料の物理的特性の少なくとも１つを決定するステップと、
    （ｉｉｉ）予め定められた燃料質量が燃料噴射イベント中に噴射されるように前記燃料噴射システムによって制御される前記燃料噴射イベントの開始時間および終了時間を較正するステップと
    を含む方法。
14. エンジン中の燃料噴射システムを制御する方法であって、
    （ｉ）非周囲条件の下で前記エンジン内の前記燃料の前記非周囲温度を評価するために請求項１０から１２のいずれかに記載の前記ステップを実施するステップと、
    （ｉｉ）前記非周囲温度での前記燃料の物理的特性の少なくとも１つを決定するステップと、
    （ｉｉｉ）予め定められた燃料質量が燃料噴射イベント中に噴射されるように前記燃料噴射システムによって制御される前記燃料噴射イベントの開始時間および終了時間を較正するステップと、
    を含む方法。
15. ステップ（ｉｉ）において、前記燃料の前記物理的特性の少なくとも１つには、密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率１つまたは複数が含まれている、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
16. １つまたは複数のエンジンシリンダを有するエンジン用の燃料噴射制御システムであって、
    周囲条件でのエンジン内の燃料の組成を評価する手段と、
    評価された前記燃料組成に基づいて前記周囲条件の下で前記燃料の物理的特性の少なくとも１つを評価する手段と、
    前記周囲条件の下で前記燃料の質量流量を評価する手段と、
    予め定められた燃料質量が始動時に燃料噴射イベント中に前記１つまたは複数のエンジンシリンダ中に噴射されるように、前記燃料の前記質量流量に基づいて燃料噴射システムによって制御される前記燃料噴射イベントの始点および終点を調整する手段と
    を含み、オプションで、
    非周囲条件の下でエンジン内の前記燃料の温度を評価する手段と、
    前記非周囲温度に基づいて前記非周囲条件の下で前記燃料の物理的特性の少なくとも１つを評価する手段と、
    前記非周囲条件の下で前記燃料の質量流量を評価する手段と、
    予め定められた燃料質量が非周囲条件の下で燃料噴射イベント中に前記エンジンシリンダ１つまたは複数の中に噴射されるように、前記質量流量に基づいて燃料噴射システムによって制御される前記燃料噴射イベントの始点および終点を調整する手段と
    をさらに含み、
    前記周囲条件でのエンジン内の前記燃料の前記組成を前記評価する手段が、請求項１から９のいずれかに記載の前記方法に従って実施され、前記非周囲条件の下でのエンジン内の前記燃料の前記温度を評価する前記手段が、請求項１０から１２のいずれかに記載の前記方法に従って実施される、燃料噴射制御システム。
17. 前記周囲条件および／または前記非周囲条件の下で前記燃料の物理的特性の少なくとも１つを評価する前記手段がデータの比較手段を含み、該データが燃料組成、燃圧、燃料温度、および音伝達速度１つまたは複数に関し、前記データ比較手段が、オプションで、較正曲線、参照表、データマップ、数学の式またはデータをディジタル的に記憶および処理する他の形態１つまたは複数を含む、請求項１６に記載の燃料噴射制御システム。
18. 前記燃料の前記質量流量を評価する前記手段がデータの比較手段を含み、該データが前記燃料の１つまたは複数の物理的特性に関する、請求項１６または１７に記載の燃料噴射制御システム。
19. 前記燃料の前記１つまたは複数の物理的特性が、密度、粘性、および等エントロピーの体積弾性率のうち１つまたは複数を含む、請求項１６から１８のいずれかに記載の燃料噴射制御システム。

Images