JP5287234B2 - ディーゼル機関用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル機関用の制御技術に関し、特に、燃料噴射弁が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路に、低圧側燃料通路から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプを備えたディーゼル機関の制御技術に関する。

ディーゼル式の内燃機関（以下、ディーゼル機関と記す）は、通常、気筒ごとに燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）と、当該燃料噴射弁が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路に、低圧側燃料通路から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプを備えている。高圧側燃料通路には、各燃料噴射弁が接続される共通の燃料分配管内に形成された燃料室等がある。

また、ディーゼル機関においては、菜種油等の植物油を原料として作られたディーゼル燃料、いわゆる「バイオディーゼル燃料」が用いられることがある。バイオディーゼル燃料は、主に、含酸素化合物、詳細には、脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）で主に構成されており、鉱物油である原油を分留して作られたディーゼル燃料（以下、軽油と記す）に比べて、酸化劣化しやすいことが知られている。

なお、下記の特許文献１には、アルコール（エタノール）を混合したガソリン、いわゆる「バイオガソリン」を内燃機関に用いる技術が開示されている。なお、エタノールは、含酸素化合物である。また、下記の特許文献２には、アルコールとガソリンが混合された混合燃料中におけるアルコール濃度、すなわち含酸素化合物の濃度を推定する手法について開示されている。なお、特許文献２に記載の手法は、含酸素化合物である脂肪酸メチルエステルを主成分とするバイオディーゼル燃料の濃度の推定にも適用可能なものである。

特開２００６−１４４７３６号公報 特開２００８−１０７０９８号公報

ところで、上述のようなディーゼル機関は、その運転状態（機関負荷及び機関回転速度）によっては、高圧燃料供給ポンプの内部において、燃料の流れの速度と圧力が場所により大きく変化することがある。例えば、高圧燃料供給ポンプが、絞り作用により昇圧室に吸入される燃料の流量を制御する吸入調量弁を備えている場合、吸入調量弁の下流側において圧力が大きく低下することがある。

高圧燃料供給ポンプ内にある燃料流路の圧力が、飽和蒸気圧以下に低下すると、その部位において燃料の気泡の発生と崩壊、いわゆるキャビテーションが生じることがある。上述のような高圧燃料供給ポンプにおいて、燃料として上述の軽油が供給されている場合、キャビテーションが生じると、局所的に燃料としての軽油が高温となるものの、軽油の性質が変化することは、ほとんどない。

しかし、バイオディーゼル燃料は、軽油に比べて酸化劣化し易いため、高圧燃料供給ポンプにバイオディーゼル燃料（ニート燃料）や、バイオディーゼル燃料が高い濃度で混合された軽油が供給された場合、高圧燃料供給ポンプ内の燃料流路においてキャビテーションが生じると、混合燃料中のバイオディーゼル燃料成分が、酸化劣化する虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高圧燃料供給ポンプにおけるキャビテーションの発生を抑制して、キャビテーションに起因するバイオディーゼル燃料の酸化劣化を抑制することが可能な、ディーゼル機関用の制御技術を提供することを目的とする。

本発明に係るディーゼル機関用制御装置は、燃料噴射装置が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路に、低圧側燃料通路から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプを備えたディーゼル機関に用いられ、高圧側燃料通路における燃料圧力である高圧側燃圧を制御可能な制御装置であって、ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にあり、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が判定濃度以上である場合には、当該判定濃度を下回る場合に比べて高圧側燃圧が高くなるよう制御し、ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にはなく、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が前記判定濃度以上である場合には、前記判定濃度を下回る場合に比べて高圧側燃圧が低くなるよう制御する。

上記のディーゼル機関用制御装置において、高圧燃料供給ポンプは、絞り作用により昇圧室に吸入される燃料流量を調整する吸入調量弁を備えるものであり、ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にあり、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が判定濃度以上である場合には、当該判定濃度を下回る場合に比べて吸入調量弁の開度が大きくなるよう制御するものとすることができる。

本発明によれば、運転状態が低負荷側領域にある場合に、高圧燃料供給ポンプ１００内の燃料流路において燃料圧力が低い部位が生じてキャビテーションが生じることを抑制することで、キャビテーションに起因するバイオディーゼル燃料の酸化劣化を抑制することができる。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施の形態（以下、実施形態と記す）により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

まず、本実施形態に係るディーゼル機関及び車両の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るディーゼル機関を含む車両の概略構成を示す模式図である。なお、図１においては、ディーゼル機関及び車両について本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

本実施形態に係るディーゼル機関は、圧縮されて高温となった燃焼室内の雰囲気に、燃料を供給することで、燃料を自然着火させる圧縮着火式の内燃機関である。図１に示すように、ディーゼル機関１０は、原動機として車両１に搭載されるものであり、当該車両１には、給油された燃料を貯蔵する燃料タンク２２０が設けられている。また、車両１には、ディーゼル機関１０を含む車両１全体を制御する制御手段として、ディーゼル機関用電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）２００が設けられている。ＥＣＵ２００は、各種の制御定数を記憶する記憶手段としてＲＯＭ（図示せず）を有している。

ディーゼル機関１０は、複数の気筒を有し、気筒ごとに燃料噴射弁（インジェクタ）８０を備え、各燃料噴射弁８０は、燃料分配管８２内に形成された共通の燃料室（燃料レール）から燃料の供給を受ける、いわゆる「コモンレール式」のディーゼル機関１０である。ディーゼル機関１０に燃料を供給する燃料供給システム５には、燃料タンク２２０から燃料を吸入し、当該燃料を昇圧して、燃料分配管８２内に形成された共通の燃料室に供給する高圧燃料供給ポンプ（高圧サプライポンプ）１００を有している。高圧燃料供給ポンプ１００を含む燃料供給システム５の詳細な構成については、後述する。

ディーゼル機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、図示しないシリンダブロック、ピストン、コンロッド、クランクシャフト、カムシャフト、及びシリンダヘッド２０が設けられている。シリンダブロックには、シリンダボアが形成されており、ピストンが、シリンダボア内を往復運動する。シリンダブロックには、ピストンの頂面に対向して、シリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。これらシリンダボア、ピストン、及びシリンダヘッド２０により囲まれた空間が「気筒」となる。なお、気筒を後述する図２に符号１２で示す。

クランクシャフトが回転すると、ピストンが往復運動し、気筒には、空気が吸入される。さらに、気筒には、燃料噴射弁８０により燃料が供給される。供給された燃料は、気筒内に高温の雰囲気に曝されて着火する。燃料の着火・燃焼により生じるピストンの往復運動は、コンロッドを介して回転運動に変換されてクランクシャフトから出力される。クランクシャフトの近傍には、クランクシャフトの回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサ（図示せず）が設けられており、検出したクランク角に係る信号をＥＣＵ２００に送出している。ディーゼル機関１０が、クランクシャフトから出力するトルク（以下、機関負荷と記す）は、ＥＣＵ２００により制御される。

シリンダヘッド２０には、シリンダボアの軸心を挟んで、一方の側には、後述する吸気通路からの吸入空気を気筒に導く吸気ポート２４が形成されており、他方の側には、気筒からの排出ガスを排出する排気ポート２６が形成されている。シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４及び排気ポート２６の気筒側の開口に対応して、図示しない吸気弁及び排気弁が設けられている。これら吸気弁及び排気弁は、図示しないカムシャフトからの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁及び排気弁は、クランク角に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。

本実施形態に係るディーゼル機関１０には、気筒から排出される排出ガスの運動エネルギにより吸入空気を圧縮するターボ過給機６０が設けられている。加えて、ディーゼル機関１０には、外気から気筒に空気を導く吸気系の部品として、外気から空気を導入する外気ダクト４１と、吸入した空気（以下、吸入空気と記す）から塵芥を除去するエアクリーナ４２と、吸入空気の流量を計測するエアフロメータ（図示せず）と、ターボ過給機６０により圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５と、吸入空気の流量を調整するスロットル弁４６と、吸入空気を各気筒に分配する分配管である吸気マニホールド４８が設けられている。

吸気マニホールド４８は、その下流側がシリンダヘッド２０に接続されており、吸気マニホールド４８に形成されたブランチ通路４９が吸気ポート２４に連通している。ブランチ通路４９より上流側には、これに連通するサージ室が形成されている。一方、吸気マニホールド４８の上流側には、スロットル弁４６が設けられている。スロットル弁４６は、気筒に吸入される吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記す）を調整する。スロットル弁４６の開度、すなわち吸入空気量は、ＥＣＵ２００により制御される。

また、スロットル弁４６の上流側には、吸気配管４７が接続されている。吸気配管４７内の通路は、吸気マニホールド４８内のサージ室に連通している。吸気配管４７の上流側には、インタークーラ４５が接続されている。インタークーラ４５は、熱交換器として構成されており、後述するターボ過給機６０のコンプレッサ６２により圧縮されて高温となった吸入空気（給気）を冷却する。

インタークーラ４５の上流側には、吸気配管４４が接続されている。吸気配管４４内の通路は、インタークーラ４５内の通路を介して、吸気配管４７内の通路に連通している。吸気配管４４の上流側には、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２が接続されている。吸気配管４４内の通路は、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。

ターボ過給機６０のコンプレッサ６２の上流側には、吸気配管４３が接続されている。吸気配管４３内の通路は、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。吸気配管４３の上流側には、エアクリーナ４２が接続されており、エアクリーナ４２の上流側には、外気ダクト４１が設けられている。吸気配管４３内の通路は、エアクリーナ４２を介して外気ダクト４１内に連通している。

エアクリーナ４２のエレメントより下流側には、図示しないエアフロメータが設けられている。エアフロメータは、外気ダクト４１から導入された吸入空気量を検出する。エアフロメータは、検出した吸入空気量に係る信号を、ＥＣＵ２００に送出している。

外気ダクト４１から導入された新気は、エアクリーナ４２を通過し、エアフロメータで流量が検出されて、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２で圧縮される。圧縮されて高温となった吸入空気は、インタークーラ４５で冷却されて、スロットル弁４６に流れる。スロットル弁４６で流量が調整された吸入空気は、吸気マニホールド４８内のサージ室に流入し、ブランチ通路４９から各気筒に分配され、吸気ポート２４を経て気筒に流入する。

また、ディーゼル機関１０には、気筒からの排出ガスを外気に排出する排気系の部品として、各気筒からの排出ガスを合流させてターボ過給機６０に導く排気マニホールド５２と、排出ガス中の窒素酸化物及び粒子状物質（ＰＭ）を処理する排気後処理装置５５と、排気後処理装置５５からの排出ガスを酸化反応により浄化する酸化触媒５８と、酸化触媒５８と排気後処理装置５５との間における排出ガスの酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ９８が設けられている。

排気マニホールド５２内のうち上流側には、各気筒に対応してブランチ通路５１が形成されており、各気筒の排気ポート２６に連通している。また、排気マニホールド５２内の通路のうち下流側には、各気筒からの排出ガスが合流する合流部が形成されている。排気マニホールド５２は、ディーゼル機関１０が有する複数の気筒の吸気ポート２６から排出された排出ガスを、合流部で合流させて後述するターボ過給機６０のタービン６４に導く。

ターボ過給機６０は、吸気配管４３と吸気配管４４との間に介在して設けられたコンプレッサ６２と、排気マニホールド５２と排気管５４との間に介在して設けられたタービン６４とを有している。コンプレッサ６２のハウジング内には、回転することで空気を圧縮するコンプレッサホイールが収容されており、タービン６４のハウジング内には、排出ガスの流れにより回転駆動されるタービンホイールが収容されている。コンプレッサホイールとタービンホイールは一体に結合されている。

ターボ過給機６０は、排気マニホールド５２内の排気通路の合流部からタービン６４内に流入する排出ガス流の運動エネルギによりタービンホイール及びコンプレッサホイールが回転駆動され、コンプレッサ６２内にある空気を圧縮してインタークーラ４５に給送する。タービン６４内の排出ガスは、排気管５４内の通路を下流側に流れ、後述する排気後処理装置５５に流入する。

排気後処理装置５５の前段（上流側）には、排出ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、窒素に還元する排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａが設けられている。一方、後段（下流側）には、フィルタ機構付き排気浄化触媒であり、ＰＭ（粒子状物質）と窒素酸化物を同時に浄化するＤＰＮＲ触媒システム５５ｃが設けられている。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａは、これを流れる排出ガスが、酸素を多く含む酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）となっている場合、排出ガス中の窒素酸化物を硝酸塩の形で吸蔵する。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａを流れる排出ガスが、未燃の炭化水素（以下、単に「ＨＣ」と記す）を多く含む還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのＨＣにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する。このようにして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａは、排出ガス中の窒素酸化物を浄化する。

一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、ＰＭを捕集し、捕集したＰＭを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと記す）の機能と、上述のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の機能を組み合わせたものであり、ＰＭと窒素酸化物とを同時に浄化することが可能となっている。詳細には、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、これを流れる排出ガス中のＰＭをフィルタに捕集すると共に、排出ガスが酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）となっている場合、窒素酸化物を硝酸塩に変化させて吸蔵し、このとき生じた活性酸素と、排出ガス中の酸素により、捕集したＰＭを酸化する。一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを流れる排出ガスが、還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのＨＣにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元すると共に、このとき生じた活性酸素によりＰＭを酸化する。このようにして、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、連続してＰＭを酸化・燃焼させて、ＰＭが捕集されたフィルタを再生することが可能となっている。

以上に説明した排気後処理装置５５の下流側には、排気管５６が接続されており、排気管５６内の排気通路には、排気後処理装置５５により窒素酸化物及びＰＭが低減された排出ガスが流れる。排気管５６には、この排気通路における排出ガスの酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ９８が装着されている。Ａ／Ｆセンサ９８は、排気後処理装置５５により窒素酸化物及びＰＭが低減されて、酸化触媒５８に流入する排出ガス中の酸素濃度に係る信号を、ＥＣＵ２００に送出している。

排気管５６の下流側には、酸化触媒５８が設けられている。酸化触媒５８は、排気後処理装置５５を通過した排出ガスに含まれている炭化水素や一酸化炭素を、酸化して浄化する。酸化触媒で浄化された排出ガスは、外気に放出されることとなる。

また、ディーゼル機関１０には、気筒から排出された排出ガスの一部を、排気通路から取り入れて吸気通路に流す、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。ＥＧＲ装置７０は、排気通路と吸気通路を連通させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を流れる排出ガス（以下、ＥＧＲガスと記す）の流量を調整するＥＧＲ弁７７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７４とを有している。

上述した排気マニホールド５２には、ＥＧＲガスの取入口７１が設けられており、取入口７１には、ＥＧＲ配管７２が接続されている。ＥＧＲ配管７２のうち、ＥＧＲガスの流動方向の下流側には、ＥＧＲクーラ７４が接続されている。ＥＧＲクーラ７４は、熱交換器で構成されており、流入したＥＧＲガスを冷却することが可能となっている。ＥＧＲクーラ７４の下流側には、ＥＧＲ配管７６が接続されている。

ＥＧＲ配管７６の下流側の端には、ＥＧＲ弁７７が配設されている。ＥＧＲ弁７７は、電磁式の流量制御弁で構成されている。ＥＧＲ弁７７の下流側には、ＥＧＲ配管７８が接続されている。ＥＧＲ配管７８は、吸気マニホールド４８に設けられたＥＧＲガスの流出口７９と、ＥＧＲ弁７７とを接続している。ＥＧＲ弁７７の開度、すなわちＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量は、ＥＣＵ２００により制御される。

また、ディーゼル機関１０には、気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁８０とは別に、排気通路に燃料を添加する排気燃料添加弁８９が設けられている。排気燃料添加弁８９は、電磁駆動式の燃料噴射弁で構成されており、高圧燃料供給ポンプ１００から燃料通路８７を介して、所定の燃料圧力（例えば、１ＭＰａ）で燃料の供給を受けている。排気燃料添加弁８９は、ディーゼル機関１０に複数ある気筒のうち、排気ポート２６からタービン６４までの排気経路が最も短い気筒の排気ポート２６近傍に設けられている。排気燃料添加弁８９は、排気ポート２６内に露出している噴孔から燃料を噴射することで、排気通路に燃料を添加することが可能となっている。

次に、本実施形態に係るディーゼル機関の燃料供給システムの構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る燃料供給システムの構成を示す模式図である。なお、図２においては、燃料供給システムの構成について、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

燃料供給システム５は、気筒ごとに設けられ、気筒内に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁８０と、各燃料噴射弁８０に燃料を分配し供給する燃料分配管８２と、燃料分配管８２内の燃料レール８８に、昇圧した燃料を供給する高圧燃料供給ポンプ１００と、給油された燃料を貯蔵する燃料タンク２２０とを有している。

燃料噴射弁８０は、開弁用のアクチュエータとしてピエゾ素子（圧電素子）が用いられた燃料噴射弁であり、１サイクル中に複数回の燃料噴射、いわゆる多段噴射を行うことが可能なものである。各サイクルにおける燃料噴射弁８０の噴射期間、すなわち噴射時期及び噴射時間長さ（開弁時間）は、図示しないドライバユニットを介して、ＥＣＵ２００により制御される。各燃料噴射弁８０は、共通の燃料レール８８から所定の燃料圧力（例えば、１２０ＭＰａ）で燃料の供給を受ける。

燃料分配管８２は、高圧の燃料を蓄えると共に、当該燃料の圧力変動を抑制可能な高圧燃料貯蔵室である燃料レール８８を有している。燃料分配管８２は、燃料レール８８から各燃料噴射弁８０に燃料を分配して供給する。なお、燃料レール８８における燃料圧力を、以下の説明において「レール圧」と記す。

燃料分配管８２の一端には、燃料レール８８における燃料圧力を検出する燃料圧力センサ８１が設けられている。燃料圧力センサ８１は、燃料レール８８すなわち高圧側燃料通路の燃料圧力に係る信号をＥＣＵ２００に送出している。燃料分配管８２の他端には、燃料レール８８の圧力を、最大許容圧力以下に制限する圧力制限弁（pressure limiter）８３が設けられている。圧力制限弁８３は、レール圧が最大許容圧力を超えると開弁して、燃料レール８８にある燃料を、リターン通路８６を通して燃料タンク２２０に戻す。燃料分配管８２内の燃料レール８８には、高圧燃料通路８４（高圧側燃料通路）を通して、高圧燃料供給ポンプ１００から、昇圧された燃料（高圧燃料）が供給される。

高圧燃料供給ポンプ１００は、ディーゼル機関１０のカムシャフトやクランクシャフト等からの機械的動力を受けて作動する。高圧燃料供給ポンプ１００は、燃料タンク２２０に貯蔵されている燃料を、低圧燃料通路２２２（低圧側燃料通路）から吸入する。低圧燃料通路２２２の途中には、燃料中の塵芥を除去する燃料フィルタ２２４が設けられている。高圧燃料供給ポンプ１００は、吸入した燃料タンク２２０からの燃料を昇圧して、高圧燃料通路８４（高圧側燃料通路）を通して、燃料レール８８に燃料を圧送して供給する。高圧燃料供給ポンプ１００において余剰となった燃料は、リターン通路１３０，２２６を通して、燃料タンク２２０内に戻される。このようにして、高圧燃料供給ポンプ１００は、低圧側燃料通路から吸入した燃料を昇圧して、燃料噴射弁８０が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路に燃料を供給することができる。

なお、「高圧側燃料通路」とは、高圧燃料供給ポンプ１００により昇圧された高圧燃料が流れる燃料流路を意味している。本実施形態において高圧側燃料通路には、高圧燃料通路８４に加えて、燃料分配管８２内の燃料室（燃料レール）８８等が含まれる。これら高圧側燃料通路における燃料圧力を、以下の説明において「高圧側燃圧」と記す。つまり、本実施形態において上述のレール圧が「高圧側燃圧」となる。

これに対して、「低圧側燃料通路」とは、高圧燃料供給ポンプ１００が吸入する低圧燃料が流れる燃料流路を意味しており、本実施形態において、低圧側燃料通路には、低圧燃料通路２２２に加えて、リターン通路１３０，２２６等が含まれている。

次に、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの構成について、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの構成を示す模式図である。図４は、高圧燃料供給ポンプの吸入調量弁の構造を示す断面図である。なお、図３においては、高圧燃料供給ポンプについて本発明に関連する要部のみを模式的に示している。なお、以下の説明において、燃料の流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、燃料の流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。

図３に示すように、高圧燃料供給ポンプ１００は、低圧側燃料通路から吸入した燃料を、予圧して送出するフィードポンプ１０２と、フィードポンプ１０２から送出された燃料を吸入し、昇圧して高圧側燃料通路に送出する高圧ポンプ１１０と、フィードポンプ１０２から送出されて高圧ポンプ１１０に吸入される燃料の流量を調整する吸入調量弁１０５を有している。なお、高圧ポンプ１１０及びフィードポンプ１０２から余剰燃料を燃料タンク２２０に戻すリターン通路については、説明を省略する。

フィードポンプ１０２は、回転軸の異なる２つの歯車が内接かみ合いをする形式の内接歯車ポンプである。フィードポンプ１０２は、ディーゼル機関１０のカムシャフト等からの機械的動力により回転駆動される。フィードポンプ１０２は、低圧燃料通路２２２内にある低圧側燃料通路から燃料を吸入し、吸入調量弁１０５に向かう燃料通路１０３に燃料を送出する。

高圧ポンプ１１０は、容積式ポンプであり、詳細には、ロータリ／偏心アウタカム方式の燃料ポンプである。高圧ポンプ１１０は、シリンダ１１４，１１５内をそれぞれ往復運動するプランジャ１１６，１１７と、回転中心軸（図３に点Ｃで示す）を中心に回転する偏心カム１１２と、プランジャ１１６及びプランジャ１１７との間に設けられ、偏心カム１１２に従動することで、偏心カム１１２の回転運動をプランジャ１１６，１１７の往復運動に変換するリングカム１１３とを有している。偏心カム１１２は、ディーゼル機関１０のカムシャフト等からの機械的動力により回転駆動される。リングカム１１３と、プランジャ１１６，１１７のうちリングカム１１３に接する部分は、ハウジング１１１に収容されている。ハウジング１１１には、互いに対向してシリンダ１１４とシリンダ１１５が延設されており、シリンダ１１４及びシリンダ１１５の内側には、それぞれプランジャ１１６及びシリンダ１１７の往復運動により、燃料を吸入し、昇圧させる燃料室（以下、昇圧室と記す）１２０，１２１が構成される。昇圧室１２０と、昇圧室１２１は、プランジャ１１６及びプランジャ１１７の内部に形成された燃料通路（図示せず）と、ハウジング１１１内とを介して連通している。

シリンダ１１４内には、プランジャ１１６の往復運動により容積が変化して、吸入した燃料を昇圧させることが可能な燃料室（以下、昇圧室と記す）１２０が形成されている。昇圧室１２０の上流側には、調量された燃料を高圧ポンプ１１０に導く通路１０７が接続されており、昇圧室１２０の下流側には、昇圧して燃料を燃料レール８８に向けて導く通路１２６が接続されている。昇圧室１２０と通路１０７の間には、通路１０７から昇圧室１２０に向かう燃料の流れのみを許す逆止弁１２２が設けられている。昇圧室１２０と通路１２６の間には、通路１２６に対する昇圧室１２０の圧力差が、所定値を越える場合に開弁して、昇圧室１２０から通路１２６に向かう燃料の流れのみを許す逆止弁１２４が設けられている。

同様に、シリンダ１１５内には、プランジャ１１６の往復運動により容積が変化する昇圧室１２１が形成されている。昇圧室１２１の上流側には、調量された燃料を高圧ポンプ１１０に導く通路１０８が接続されており、昇圧室１２１の下流側には、昇圧して燃料を燃料レール８８に向けて導く通路１２７が接続されている。昇圧室１２１と通路１０８の間には、通路１０８から昇圧室１２１に向かう燃料の流れのみを許す逆止弁１２３が設けられている。昇圧室１２１と通路１２７の間には、通路１２７に対する昇圧室１２１の圧力差が、所定値を越える場合に開弁して、昇圧室１２１から通路１２７に向かう燃料の流れのみを許す逆止弁１２５が設けられている。

以上のように構成された高圧ポンプ１１０は、偏心カム１１２が回転して、リングカム１１３、プランジャ１１６，１１７が、図に矢印Ａで示す方向に移動すると、昇圧室１２０の容積が減少して圧力が上昇すると共に、昇圧室１２１の容積が増大して圧力が低下する。高圧ポンプ１１０は、通路１０８にある燃料を、昇圧室１２１に吸入すると共に、昇圧室１２１にある燃料を昇圧して、逆止弁１２４から通路１２６に送出する。

その後、昇圧室１２１に吸入された燃料は、プランジャ１１６，１１７の内部に形成された燃料通路を介して昇圧室１２０に導かれる。リングカム１１３、プランジャ１１６，１１７が、図に矢印Ｂで示す方向に移動すると、昇圧室１２１の容積が減少して圧力が上昇すると共に、昇圧室１２０の容積が増大して圧力が低下する。高圧ポンプ１１０は、通路１０７にある燃料を、昇圧室１２０に吸入すると共に、昇圧室１２０にある燃料を昇圧して、逆止弁１２５から通路１２７に送出する。

以上のようにして高圧ポンプ１１０は、偏心カム１１２が回転駆動されることで、フィードポンプ１０２から送出され、後述する吸入調量弁１０５により流量を調整された燃料を、通路１０６から昇圧室１２０又は昇圧室１２１に吸入し、昇圧して燃料レール８８に向かう高圧側燃料通路８４に送出することが可能となっている。偏心カム１１２は、ディーゼル機関１０の機関回転速度に比例した回転速度で回転するため、昇圧室１２０，１２１は、機関回転速度に比例した周波数で容積が周期的に変化する。高圧ポンプ１１０が、高圧側燃料通路８４に送出する燃料流量、すなわちフィードポンプ１０２から高圧ポンプ１１０に向かう燃料流量は、吸入調量弁１０５により調整される。

吸入調量弁１０５は、通過する燃料流量を調整する流量制御弁であり、絞り作用によって流量を調整する絞り弁である。吸入調量弁１０５は、内部において流路断面積を変化させることにより、通過する燃料流量を調整する。吸入調量弁１０５は、リニアソレノイド式の電磁駆動弁であり、図４に示すように、ハウジング３００内をスライド移動可能な弁体３１０を有している。当該ハウジング３００には、高圧ポンプ１１０に向かう通路１０６（図３参照）と、ハウジング３００内とを連通させる貫通穴３０２が形成されている。一方、弁体３１０には、通路１０３と連通する内部通路３１１と、当該内部通路３１１と貫通穴３０２とを連通させることが可能な貫通穴３１２が形成されている。内部通路３１１は、図に矢印Ｆ１で示すように、フィードポンプ１０２から送出された燃料を受ける。

吸入調量弁１０５は、弁体３１０が、ハウジング３００に対してスライド移動することで、弁体３１０側の貫通穴３０２と、ハウジング３００側の貫通穴３１２が重なる面積、すなわち、図に矢印Ｆ２で示す燃料流路の断面積（以下、単に「流路断面積」と記す）を変化させることが可能となっている。ハウジング３００に対する弁体３１０の位置は、ＥＣＵ２００により制御される。

吸入調量弁１０５は、貫通穴３０２と貫通穴３１２との間において、流路断面積を減少させる、すなわち「絞り」を形成することで、燃料の流れに流路抵抗を生じさせる。「絞り」を強くする通路１０６から高圧ポンプ１１０に向けて流れる燃料流量を調整することが可能となっている。吸入調量弁１０５は、貫通穴３０２と貫通穴３１２との間における流路断面積を小さくする、すなわち絞りを強くすることで、高圧ポンプ１１０に供給される燃料流量を低減させることができる。一方、流路断面積を大きくする、すなわち絞りを弱くすることで、高圧ポンプ１１０に向けて送出される燃料流量を増大させることができる。つまり、吸入調量弁１０５は、絞り作用により、高圧ポンプ１１０に向けて送出される燃料流量を調整することが可能となっている。

なお、以下の説明において、吸入調量弁１０５において、流路断面積を小さくする（すなわち絞りを強くする）ことを「開度を大きくする」と記す。これに対して流路断面積を大きくする（すなわち絞りを弱くする）ことを「開度を小さくする」と記す。つまり、吸入調量弁１０５の開度を増大させるに従って、高圧ポンプ１１０に向けて送出される燃料流量が増大し、高圧側燃料通路の圧力すなわち高圧側燃圧が高くなる。吸入調量弁１０５の開度、すなわち高圧側燃圧は、ＥＣＵ２００により制御される。

以上のように構成された燃料供給システム５を備えた車両１において、ＥＣＵ２００は、図示しないクランク角センサからのクランク角に係る信号と、エアフロメータからの吸入空気量（新気量）に係る信号と、燃料圧力センサ８１からレール圧（高圧側燃圧）に係る信号とを検出している。また、ＥＣＵ２００は、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ９６からアクセル操作量に係る信号と、Ａ／Ｆセンサ９８からの、排気後処理装置５５と酸化触媒５８との間における排出ガス中の酸素濃度に係る信号とを検出している。

これら検出信号に基づいて、ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態である機関回転速度及び機関負荷を制御変数として推定している。また、ＥＣＵ２００は、排気後処理装置５５を通過後の排出ガス中の酸素濃度を制御変数として推定している。加えて、ＥＣＵ２００は、高圧燃料供給ポンプ１００に供給される燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度を検出し、制御変数として推定する機能である「バイオ濃度推定手段」を有しており、以下に詳細を説明する。

図１及び図２に示すように、燃料タンク２２０には、鉱物油である原油を分留して作られたディーゼル燃料（以下、軽油と記す）だけでなく、菜種油等の植物油をメタノール等と反応させてエステル化した脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）で主に構成されたディーゼル燃料（以下、「バイオディーゼル燃料」と記す）が、所望の濃度で混合されて給油される。燃料タンク２２０内において、軽油とバイオディーゼル燃料が混合された燃料を、以下に「混合燃料」と記す。

燃料タンク２２０には、燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度を推定するために、燃料タンク２２０内にある混合燃料の燃料性状に係る情報を検出可能な燃料性状検出センサ２２８が設けられている。燃料性状に係る情報には、例えば、混合燃料の光透過率や光屈折率、誘電率等がある。燃料性状検出センサ２２８は、検出した燃料性状の情報に係る信号を、ＥＣＵ２００に送出している。

ＥＣＵ２００は、燃料性状検出センサ２２８からの燃料性状の情報に係る信号を検出しており、光透過率や誘電率等の燃料性状に係る情報を、制御変数として推定している。これら制御変数に基づいて、ＥＣＵ２００は、燃料タンク２２０内に貯蔵されている混合燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度を推定することが可能に構成されている。

燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度を検出、推定する具体的な手法としては、例えば、本願出願人の特開２００８−１０７０９８号公報の第００３４段落から第００９６段落に開示されている。当該公報においては、デリバリパイプ（燃料分配管）に燃料の光透過率及び屈折率を検出可能な燃料性状センサが設けられており、光透過率及び屈折率に係る信号を、電子制御装置（ＥＣＵ）に送出している。燃料の光透過率と、燃料中のアルコール濃度との間には、相関関係がある。このＥＣＵは、予め求められた光透過率とアルコール濃度との相関関係と、検出された光透過率に基づいて燃料中のアルコール濃度、すなわち含酸素化合物の濃度を推定する。バイオディーゼル燃料の主成分である脂肪酸メチルエステルと、いわゆるバイオガソリンに含まれるアルコールは、同じく含酸素化合物であり、混合燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度は、アルコールの濃度と略同一の原理で検出、推定することが可能である。ここに、本明細書の一部を構成するものとして特開２００８−１０７０９８号公報の内容を援用する。

なお、バイオディーゼル燃料の濃度を推定する手法は、上述のものに限定されるものではない。例えば、燃料性状検出センサ２２８が、燃料タンク２２０内に給油された燃料の粘度や温度等を検出し、これら検出された信号に基づいて、ＥＣＵ２００が、燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度を推定するものとしても良い。

また、バイオディーゼル燃料の濃度を推定する手法は、燃料性状検出センサ２２８により、燃料から直接、検出・推定する手法に限定されるものではない。例えば、ディーゼル機関１０の所定の運転状態において、軽油のみが給油された場合と同様に、燃料噴射弁８０等を作動させ、このとき、排気後処理装置５５と酸化触媒５８との間における排出ガスの酸素濃度の挙動（時間履歴）を、軽油のみが給油された場合の酸素濃度の挙動と比較することで、燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度を推定することも可能である。

ＥＣＵ２００は、上述のように推定された燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度と、ディーゼル機関１０の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に応じて、燃料噴射弁８０の噴射特性、詳細には、高圧側燃料通路における燃料圧力である高圧側燃圧（レール圧）、すなわち吸入調量弁１０５の開度を制御することが可能となっている。

以上のように構成されたディーゼル機関１０において、運転状態すなわち機関負荷及び機関回転速度によっては、高圧燃料供給ポンプ１００内において、局所的に燃料の圧力が大きく低下することがあり、特に、絞り作用により燃料流量を調整する吸入調量弁１０５において燃料の流速が上昇して圧力が低下することがある。このとき圧力が飽和蒸気圧まで低下すると、キャビテーションが生じることがある。

燃料タンク２２０からの燃料中に高い濃度のバイオディーゼル燃料が含まれている場合、高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが生じると、燃料中のバイオディーゼル燃料成分が酸化劣化して、燃料中に汚染物質が生じる虞がある。

特に、ディーゼル機関１０の運転状態が低負荷側の運転領域にある場合、各気筒の１サイクルあたりの吸入空気量が少なく、燃料噴射弁８０が１サイクルあたりに噴射する燃料量も少なくなる。このため、低負荷側の運転領域においては、高圧燃料供給ポンプ１００が、燃料レール８８に向けて１サイクルあたりに送出すべき燃料量も少なく、吸入調量弁１０５の開度を小さくする（絞りを強くする）必要がある。吸入調量弁１０５の開度を小さくすると、絞りの近傍において燃料圧力が低下して、キャビテーションが生じ易くなるという問題がある。

そこで、本実施形態においては、ディーゼル機関の運転状態が、所定の低負荷側領域にある場合において、燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が、所定の判定濃度以上である場合には、当該判定濃度を下回る場合に比べて、高圧側燃圧が高くなるよう制御しており、以下に図２、図５〜図７を用いて説明する。

図５は、本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）が実行する目標高圧側燃圧設定制御を示すフローチャートである。図６は、本実施形態に係るディーゼル機関の運転領域と、高圧側燃圧の目標値との関係を示す図である。図７は、本実施形態に係るディーゼル機関に供給される燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度と、高圧側燃圧の目標値との関係を示す表である。

図２及び図５に示すように、ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態、すなわち機関回転速度及び機関負荷に応じて、高圧側燃圧の目標値（以下、目標高圧側燃圧と記す）を設定する「目標高圧側燃圧設定制御」を実行する。目標高圧側燃圧設定制御は、ディーゼル機関１０の作動時において、ＥＣＵ２００により繰り返し実行される。

図５に示すように、まず、ＥＣＵ２００は、ステップＳ１００において、各種の制御変数を取得する。制御変数には、ディーゼル機関１０の運転状態を示す機関回転速度及び機関負荷と、バイオディーゼル燃料の濃度（以下、単に「バイオ濃度」と記す）が含まれている。

そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２００は、バイオ濃度が、所定の判定濃度以上であるか否かを判定する。判定濃度は、キャビテーションが生じた場合にバイオディーゼル燃料の酸化劣化が問題となるか否かを判定するバイオ濃度の閾値であり、本実施形態では、５０％に設定されている。判定濃度は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ２００のＲＯＭに記憶されている。

バイオ濃度が判定濃度を下回る場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ２００は、バイオ濃度が比較的「低濃度」であり、たとえキャビテーションが生じても、バイオディーゼル燃料の酸化劣化がさほど問題にならないと判定し、目標高圧側燃圧を「通常目標高圧側燃圧」に設定し、当該「通常目標高圧側燃圧」に従って高圧燃料供給ポンプ１００の吸入調量弁１０５の開度を調整することで、高圧側燃圧（レール圧）を制御する（Ｓ１０４）。

この「通常目標高圧側燃圧」は、図６及び図７に示すように、ディーゼル機関１０の運転状態がいずれの運転領域にあるかに応じて、以下のように設定されている。
「低回転低負荷領域」＝「低圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、機関回転速度が所定の判定回転速度より低く、且つ機関負荷が所定の判定濃度より低い運転領域（以下、低回転低負荷領域と記す）にある場合、目標高圧側燃圧を比較的「低圧」に設定する。
「低回転高負荷領域」＝「中圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、機関回転速度が所定の判定回転速度より低く、且つ機関負荷が所定の判定濃度より高い運転領域（以下、低回転高負荷領域と記す）にある場合、目標高圧側燃圧を比較的「中圧」に設定する。
「高回転低負荷領域」＝「中圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、機関回転速度が所定の判定回転速度より高く、且つ機関負荷が所定の判定濃度より低い運転領域（以下、高回転低負荷領域と記す）にある場合、目標高圧側燃圧を比較的「中圧」に設定する。
「高回転高負荷領域」＝「高圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、機関回転速度が所定の判定回転速度より高く、且つ機関負荷が所定の判定濃度より高い運転領域（以下、高回転高負荷領域と記す）にある場合、目標高圧側燃圧を比較的「高圧」に設定する。
このように設定された目標高圧側燃圧に従って、ＥＣＵ２００は、高圧燃料供給ポンプ１００の吸入調量弁１０５の開度を制御する。

一方、バイオ濃度が判定濃度以上である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２００は、バイオ濃度が比較的「高濃度」であり、仮にキャビテーションが生じた場合、バイオディーゼル燃料の酸化劣化が問題になると判定して、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）が、所定の低負荷側領域にあるか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の機関負荷が、各機関回転速度に対応して予め設定された判定負荷以上であるか否かを判定している。当該低負荷側領域は、燃料噴射弁８０の１サイクルあたりの燃料噴射量が比較的少なく、高圧燃料供給ポンプ１００の吸入調量弁１０５の開度が小さくなる（絞りが強くなる）運転領域に設定されている。すなわち、低負荷側領域は、高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが比較的発生し易い運転領域に設定されている。低負荷側領域は、予め適合実験等により求められており、制御定数（各機関回転速度に対する判定負荷）として、ＥＣＵ２００のＲＯＭに記憶されている。

ディーゼル機関１０の運転状態が、所定の低負荷側領域にはない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、ＥＣＵ２００は、高圧燃料供給ポンプ１００において、キャビテーションが発生する可能性がほとんどないものと判定して、「通常目標高圧側燃圧」に従って高圧燃料供給ポンプ１００の吸入調量弁１０５の開度を調整することで、高圧側燃圧（レール圧）を制御する。

一方、ディーゼル機関１０の運転状態が、所定の低負荷側領域にある場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２００は、高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが発生する可能性があるものと判定して、目標高圧側燃圧を、上述の「通常目標高圧側燃圧」に対して所定の倍数Ｋを乗じて補正した、新たな目標高圧側燃圧（以下、新目標高圧側燃圧と記す）に切替える。ＥＣＵ２００は、運転状態が低負荷側領域にある場合、当該「新目標高圧側燃圧」に従って高圧燃料供給ポンプ１００の吸入調量弁１０５の開度を調整することで、高圧側燃圧（レール圧）を制御する（Ｓ１０８）。

この「新目標高圧側燃圧」は、図６及び図７に示すように、ディーゼル機関１０の運転状態がいずれの運転領域にあるかに応じて、以下のように設定されている。なお、倍数Ｋは、以下の予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ２００のＲＯＭに記憶されている。

「低回転低負荷領域」＝「中圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、低回転低負荷領域にある場合、目標高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（低圧）に比べて高い値である「中圧」に変更する。これは、低負荷側領域であるため、高圧燃料供給ポンプ１００が燃料レール８８に向けて１サイクルあたりに送出すべき燃料量が少なく、通常目標高圧側燃圧と同じ値にしたのでは、高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが生じ、バイオディーゼル燃料の酸化劣化が生じる虞があるためである。ＥＣＵ２００は、運転状態が低回転低負荷領域にあり、且つバイオ濃度が高濃度である場合には、通常目標高圧側燃圧に比べて高圧側燃圧を上昇させる、すなわち吸入調量弁１０５の開度を増大させることで、高圧燃料供給ポンプ１００におけるキャビテーションの発生を抑制し、バイオディーゼル燃料の酸化劣化が生じることを抑制している。

「低回転高負荷領域」＝「中圧／低圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、低回転高負荷領域にある場合、目標高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（中圧）と同じ値である「中圧」に設定する。これは、高負荷領域であるため、高圧燃料供給ポンプ１００が燃料レール８８に向けて１サイクルあたりに送出すべき燃料量が比較的多く、高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが生じる可能性が小さいためである。なお、運転状態が低回転高負荷領域にあり、且つバイオ濃度が高濃度である場合、目標高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（中圧）よりも低い値である「低圧」に変更するものとしても良い。これは、バイオ濃度が高濃度である場合には、燃料中の含酸素化合物により燃料の燃焼が促進されるため、燃料の微粒化を図る必要性が比較的低く、燃料噴射弁８０の噴射圧力すなわち高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（中圧）に比べて低下させても、燃料噴射弁８０から噴射した噴射燃料を気筒内において十分に燃焼させることができるからである。

「高回転低負荷領域」＝「高圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、高回転低負荷領域にある場合、目標高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（中圧）に比べて高い値である「高圧」に変更する。これは、低負荷側領域であるため、高圧燃料供給ポンプ１００が燃料レール８８に向けて１サイクルあたりに送出すべき燃料量が少なく、加えて、高回転速度領域であるため、高圧ポンプ１１０の偏心カム１１２が比較的高速で回転駆動されて、昇圧室１２０，１２１の容積が比較的高い周波数で周期的に変化し、吸入調量弁１０５の下流側の通路１０６，１０７，１０８に生じる吸入負圧が大きく、特に高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが発生し易いためである。ＥＣＵ２００は、運転状態が高回転低負荷領域にあり、且つバイオ濃度が高濃度である場合、通常目標高圧側燃圧と同じ値の目標高圧側燃圧としたのでは、高圧燃料供給ポンプ１００におけるキャビテーションの発生により、バイオディーゼル燃料の酸化劣化が生じ易いと判断して、通常目標高圧側燃圧に比べて高圧側燃圧を上昇させ、すなわち吸入調量弁１０５の開度を増大させることで、キャビテーションの発生を抑制して、バイオディーゼル燃料の酸化劣化が生じることを抑制している。

「高回転高負荷領域」＝「高圧／中圧」
ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が、高回転高負荷領域にある場合、目標高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（高圧）と同じ値である「高圧」に設定する。これは、高負荷領域であるため、高圧燃料供給ポンプ１００が燃料レール８８に向けて１サイクルあたりに送出すべき燃料量が比較的多く、高圧燃料供給ポンプ１００においてキャビテーションが生じる可能性が小さいためである。なお、運転状態が高回転高負荷領域にあり、且つバイオ濃度が高濃度である場合、目標高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（高圧）よりも低い値である「中圧」に設定するものとしても良い。これは、バイオ濃度が高濃度である場合には、燃料中のバイオディーゼル燃料成分（含酸素化合物）により燃料の燃焼が促進されるため、燃料の微粒化を図る必要性が比較的低く、燃料噴射弁８０の噴射圧力すなわち高圧側燃圧を、通常目標高圧側燃圧（高圧）に比べて低下させても、燃料噴射弁８０から噴射した噴射燃料を気筒内において十分に燃焼させることができるからである。

以上、図２、図５〜図７に示したように、ＥＣＵ２００は、高圧燃料供給ポンプ１００に供給される燃料中のバイオ濃度が所定の判定濃度（例えば、５０％）以上の「高濃度」であり、且つディーゼル機関１０の運転状態が、所定の低負荷側領域（すなわち低回転低負荷領域及び高回転低負荷領域）にある場合には、判定濃度を下回る「低濃度」である場合に比べて高圧側燃圧が上昇するよう制御する。詳細には、高圧燃料供給ポンプ１００の吸入調量弁１０５の開度を増大させている。これにより、バイオ濃度が比較的高く、キャビテーションの発生によるバイオディーゼル燃料の酸化劣化が問題となる場合には、高圧燃料供給ポンプにおけるキャビテーションの発生を抑制することで、バイオディーゼル燃料の酸化劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ２００は、燃料中のバイオ濃度が所定の判定濃度以上であるか否かを判定し、判定濃度以上である「高濃度」と判定した場合において、ディーゼル機関１０の運転状態が所定の低負荷側領域にある場合に、判定濃度を下回る「低濃度」である場合に比べて高圧側燃圧を上昇させるよう制御するものとしたが、高圧側燃圧の制御態様は、これに限定されるものではない。

例えば、ＥＣＵ２００が、燃料中のバイオ濃度が、「低濃度」、「中濃度」及び「高濃度」のいずれかであるかを判定し、ディーゼル機関１０の運転状態が所定の低負荷側領域にある場合においてバイオ濃度が「中濃度」である場合には、「低濃度」である場合に比べて高圧側燃圧が高くなるよう制御し、バイオ濃度が「高濃度」である場合には、「中濃度」である場合に比べて更に高圧側燃圧が高くなるよう制御するものとしても良い。

また、ディーゼル機関１０の運転状態が所定の低負荷側領域にある場合においては、ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が同一であっても、燃料中のバイオ濃度が高くなるに従って、高圧側燃圧がより高くなるよう（すなわち吸入調量弁１０５の開度が大きくなるよう）制御するものとしても良い。

以上に説明したように本実施形態に係るディーゼル機関１０は、複数の気筒を有し、気筒ごとに燃料噴射弁８０を備え、各燃料噴射弁８０が燃料の供給を受ける共通の高圧側燃料通路である燃料レール８８に、低圧側燃料通路（例えば、低圧燃料通路２２２）から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプ１００を備えたものであり、ディーゼル機関用制御装置としてのＥＣＵ２００は、高圧側燃料通路における燃料圧力である高圧側燃圧（レール圧）を制御可能なものである。ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）が所定の低負荷側領域にあり、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度である「バイオ濃度」が所定の判定濃度以上である場合には、当該判定濃度を下回る場合に比べて高圧側燃圧（レール圧）が高くなるよう制御する。運転状態が低負荷側領域にある場合に、高圧燃料供給ポンプ１００内の燃料流路において燃料圧力が低い部位が生じて、当該部位においてキャビテーションが生じることを抑制することができ、キャビテーションに起因するバイオディーゼル燃料の酸化劣化を抑制することができる。

本実施形態において、高圧燃料供給ポンプ１００は、絞り作用により昇圧室に吸入される燃料流量を調整する吸入調量弁１０５を備えるものであり、ＥＣＵ２００は、ディーゼル機関１０の運転状態が所定の低負荷側領域にあり、且つバイオ濃度が判定濃度以上である場合には、当該判定濃度を下回る場合に比べて吸入調量弁１０５の開度が大きくなるよう制御するものとした。高圧燃料供給ポンプ１００が１サイクルあたりに高圧側燃料通路に送出すべき燃料量が少なくなる低負荷側領域において、且つ燃料中のバイオ濃度が高い場合には、判定濃度を下回る場合に比べて吸入調量弁１０５の開度を大きくすることで、吸入調量弁１０５の「絞り」による圧力低下を抑制してキャビテーションの発生を抑制することで、キャビテーションの発生に起因するバイオディーゼル燃料の酸化劣化を抑制することができる。

また本実施形態において、ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にはなく（すなわち高負荷側領域にあり）、且つ燃料中のバイオ濃度が判定濃度以上である場合には、判定濃度を下回る場合に比べて高圧側燃圧が低くなるよう制御するものとした、バイオ濃度が高濃度である場合、燃料中の含酸素化合物により気筒内における燃料の燃焼が促進されるため、燃料の微粒化を図る必要性が低く、燃料噴射弁８０の噴射圧力すなわち高圧側燃圧を低下させることができる。高圧側燃圧を低下させることで、高圧燃料供給ポンプ１００の駆動に用いられる機械的動力を低減することが可能となる。

なお、本実施形態において、ディーゼル機関１０は、ＥＧＲ装置７０やターボ過給機６０を備え、排気後処理装置としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを備えるものとしたが、本発明を適用可能なディーゼル機関の構成は、この態様に限定されるものではない。燃料噴射弁８０が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路（例えば、燃料レール８８）に、低圧側燃料通路（例えば、低圧燃料通路２２２）から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプ１００を備えたディーゼル機関であれば本発明を適用することができる。

以上のように、本発明に係るディーゼル機関の制御装置は、燃料噴射弁が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路に、低圧側燃料通路から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプを備えたディーゼル機関に有用である。

本実施形態に係るディーゼル機関を含む車両の概略構成を示す模式図である。 本実施形態に係る燃料供給システムの構成を示す模式図である。 本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの構成を示す模式図である。 本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの吸入調量弁の構造を示す断面図である。 本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）が実行する目標高圧側燃圧設定制御を示すフローチャートである。 本実施形態に係るディーゼル機関の運転領域と、高圧側燃圧の目標値との関係を示す図である。 本実施形態に係るディーゼル機関に供給される燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度と、高圧側燃圧の目標値との関係を示す図表である。

符号の説明

１ 車両
５ 燃料供給システム
１０ ディーゼル機関
８０ 燃料噴射弁
８２ 燃料分配管
８８ 燃料レール（燃料室、高圧側燃料通路）
９８ Ａ／Ｆセンサ
１００ 高圧燃料供給ポンプ（高圧サプライポンプ）
１０２ フィードポンプ
１０５ 高圧燃料供給ポンプの吸入調量弁
２００ ディーゼル機関用電子制御装置（ＥＣＵ、制御手段、記憶手段、バイオ濃度推定手段）
２２０ 燃料タンク
２２２ 低圧燃料通路（低圧側燃料通路）
２２８ 燃料性状検出センサ

Claims (2)

1. 燃料噴射装置が燃料の供給を受ける高圧側燃料通路に、低圧側燃料通路から吸入した燃料を昇圧して供給する高圧燃料供給ポンプを備えたディーゼル機関に用いられ、高圧側燃料通路における燃料圧力である高圧側燃圧を制御可能な制御装置であって、
   ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にあり、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が判定濃度以上である場合には、
   当該判定濃度を下回る場合に比べて高圧側燃圧が高くなるよう制御し、
   ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にはなく、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が前記判定濃度以上である場合には、
   前記判定濃度を下回る場合に比べて高圧側燃圧が低くなるよう制御する
   ディーゼル機関用制御装置。
2. 請求項１に記載のディーゼル機関用制御装置において、
   高圧燃料供給ポンプは、絞り作用により昇圧室に吸入される燃料流量を調整する吸入調量弁を備えるものであり、
   ディーゼル機関の運転状態が所定の低負荷側領域にあり、且つ燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が判定濃度以上である場合には、
   当該判定濃度を下回る場合に比べて吸入調量弁の開度が大きくなるよう制御する
   ディーゼル機関用制御装置。

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