JP6032231B2 - 燃料性状検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮自着火式の内燃機関に使用される燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出装置に関する。

従来、圧縮自着火式の内燃機関に使用される燃料の燃料性状としてセタン価を検出する発明の提案がある（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１の発明では、主噴射の前後に実行される副噴射の一つを特定噴射として、その特定噴射における噴射量の変更分に対する発生トルクの変化量（トルク感度）からセタン価を検出している。

特開２００９−１４４５２８号公報

しかしながら、燃料性状をあらわす指標にはセタン価の他にも密度もあり、セタン価が同じ値を示したとしても密度が異なる燃料間では、燃焼の様子が変わってくる。そのため、最適な燃焼にするには、使用燃料のセタン価に加えて密度も考慮した燃焼制御をする必要があり、その燃焼制御のためには使用燃料のセタン価及び密度の両方を検出することは有益である。なお、燃料密度は、セタン価の検出とは別に、専用のセンサ（燃料密度センサ）を用いて検出することも考えられるが、この場合には、セタン価及び密度の検出に使用するセンサ数が増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃料性状の検出に使用するセンサ数の増加を抑制しつつ、セタン価が同じであっても密度の違いを区別する形で使用燃料のセタン価及び密度の両方を検出できる燃料性状検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の燃料性状検出装置は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて前記燃料噴射弁から噴射された燃料を圧縮自着火燃焼させるように構成された内燃機関に適用され、
セタン価及び密度が異なる燃料間で着火性に差異が生じる燃料の噴射条件を設定する設定手段と、
その設定手段で設定された噴射条件で燃料性状の検査用の燃料を前記燃料噴射弁に噴射させる噴射制御手段と、
前記検査用の燃料の着火性を検出する着火性検出手段と、
燃料性状をセタン価及び密度を２軸とした２次元マップ上の位置であらわしたときに、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の燃料性状が前記２次元マップ上のどの位置にあるかを、前記着火性検出手段が検出した着火性に基づいて特定する燃料性状特定手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明者の知見によると、セタン価及び密度が異なる燃料間では、特定の噴射条件で燃料噴射をすると、燃焼の際に燃料の分子構造的な違いが顕著にあらわれて、その分子構造的な違いにより着火性に差異が生じる。そこで、本発明では、その特定の噴射条件で燃料性状の検査用の燃料を噴射させて、その燃料の着火性を検出する。検出した着火性は、セタン価及び密度を反映したものとなっている。燃料性状特定手段は、その着火性に基づいて、使用燃料がセタン価及び密度を２軸とした２次元マップ上のどの位置にあるかを特定する。これにより、セタン価が同じであっても密度の違いを区別する形で使用燃料のセタン価及び密度の両方を検出できる。また、着火性に基づいて燃料密度を検出し、専用のセンサで燃料密度を検出しているわけではないので、燃料性状の検出に使用するセンサ数の増加を抑制できる。

ディーゼルエンジン及びＥＣＵを示す模式図である。 インジェクタによる燃料噴射のタイミング及び噴射量の様子を示した図である。 エンジンで使用対象となる燃料の分布を示す分布図である。 噴射タイミングと着火タイミングの関係を、標準燃料、軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料ごとに示した図である。 第１実施形態における燃料性状検出処理のフローチャートである。 燃料密度と失火限界噴射量との関係を、標準燃料、低セタン燃料ごとに示した図である。 第２実施形態における燃料性状検出処理のフローチャートである。 第３実施形態における燃料性状検出処理のフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態は、車両用のディーゼルエンジンに適用され、そのディーゼルエンジンの運転を制御する制御装置（ＥＣＵ）として具体化している。

はじめに、図１を参照して、ディーゼルエンジン１０の概要について説明する。ディーゼルエンジン１０（圧縮自着火式内燃機関）は、例えば直列４気筒エンジンであり、同図では１つの気筒（シリンダ）のみを示している。同図に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１１、ピストン１２、シリンダヘッド１３、吸気通路１４、排気通路１５、吸気弁１６、インジェクタ１７、排気弁１８、ＶＶＴ２１、ＥＧＲ装置２６等を備えている。

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

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

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

燃料ポンプ（図示略）により、コモンレール２０へ燃料（軽油）が圧送される。コモンレール２０（蓄圧容器）は燃料を蓄圧状態で保持する。インジェクタ１７（燃料噴射弁）は、コモンレール２０内に蓄圧状態で保持された燃料を、シリンダ１１ａ内に噴射する。

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

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

また、エンジン１０には、エンジン１０の運転制御に必要な各種センサが設けられている。具体的には、例えば、エンジン１０には、シリンダ１１ａ内の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ３１、ノッキングを検出するノックセンサ３２、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ３３、車両の運転者の要求トルクを車両側に知らせるためのアクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検知するアクセルペダルセンサ３４が設けられている。ノックセンサ３２は、例えばシリンダブロック１１に直接取り付けられて、そのシリンダブロック１１の振動を検出するセンサとすることができる。回転数センサ３３は、例えばクランク角を検出するセンサとすることができる。また、エンジン１０には、シリンダブロック１１内に形成された冷却水路（ウォータジャケット）内を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ３５等、エンジン１０内の各部の温度を検出する温度センサも設けられている。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）４０は、ＣＰＵ、メモリ４１（ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置等）、入出力インターフェース等を備える周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ４０は、上記各センサ３１〜３５等の各種センサの検出値に基づいて、インジェクタ１７、ＶＶＴ２１、ＥＧＲ装置２６等を制御する。詳しくは、予めエンジン１０の運転状態に応じてインジェクタ１７、ＶＶＴ２１、及びＥＧＲ装置２６の制御状態が適合化されており、各種センサの検出値に基づいて、適合化された制御状態となるように各装置を制御する。

図２に、インジェクタ１７による燃料噴射のタイミング及び噴射量の様子を示す。図２において、凸部Ｆ１〜Ｆ３が燃料噴射の様子を示しており、その凸部Ｆ１〜Ｆ３における位置（左右方向における位置）は噴射タイミングを示し、凸部Ｆ１〜Ｆ３の高さは噴射量を示している。ＥＣＵ４０は、図２に示すように、インジェクタ１７により、主噴射Ｆ１及び副噴射Ｆ２（パイロット噴射、プレ噴射）を実行させる。主噴射Ｆ１は、圧縮上死点付近にて実行され、エンジン１０の出力（ピストン１２の駆動）を得るための噴射である。副噴射Ｆ２は、主噴射Ｆ１よりも早いタイミングで実行され、例えば吸入気体と使用燃料との混合気を生成することを目的としたり、騒音、振動及びＮＯｘの低減を目的としたりする噴射である。さらに、ＥＣＵ４０は、本発明の「燃料性状検出装置」に相当し、主噴射Ｆ１、副噴射Ｆ２とは別に、使用燃料の燃料性状を検出するための噴射Ｆ３（検出用噴射）を実行させる。検出用噴射Ｆ３の詳細は後述する。

図３は、エンジン１０で使用対象となる燃料の分布を示す分布図である。詳しくは、図３の分布図は、横軸を密度、縦軸をセタン価とした２次元マップ１００上に、各燃料の点をあらわした図である。エンジン１０に用いられる燃料は、JIS K2204規格により２号に分類されるＪＩＳ２号軽油付近の領域１０１を中心として、大きくは灯油側の領域１０２とＡ重油側の領域１０３へ分布している。灯油に近付くほどパラフィン系の化合物等の軽質成分を多く含む軽質燃料となり、Ａ重油に近付くほど芳香族化合物等の重質成分を多く含む重質燃料となる。軽質成分を多く含むほど燃料密度が小さくなり、重質成分を多く含むほど燃料密度が大きくなっている。また、灯油に近付くほどセタン価が低くなり、Ａ重油に近付くほどセタン価が低くなっている。

すなわち、領域１０１を標準セタン価領域、領域１０２を軽質領域、領域１０３を重質領域というと、軽質領域１０２及び重質領域１０３は、標準セタン価領域１０１よりもセタン価が低くなっている。また、軽質領域１０２と重質領域１０３とは互いに同等のセタン価を示しているが、軽質領域１０２の密度は重質領域１０３の密度よりも低くなっている。また、軽質領域１０２と重質領域１０３の間には、燃料分布が少ない領域１０４が存在する。

このように、使用対象となる燃料は、図３の２次元マップ１００上の広い範囲に分布しており、２次元マップ１００上の位置に応じて燃焼の様子が変わってくる。具体的には、例えば、標準セタン価領域１０１に位置する燃料は、低セタン価領域１０２、１０３に位置する燃料に比べて、セタン価が高くなっているので、着火性が良い。これを言い換えると、低セタン価領域１０２、１０３に位置する燃料は、標準セタン価領域１０１に位置する燃料（標準燃料）に比べて、着火性が悪い。

また、軽質領域１０２に位置する軽質低セタン燃料は、軽質成分としてのパラフィン系の化合物が多く、そのパラフィン系の化合物は鎖式化合物（非環式化合物）である。なお、鎖式化合物には、分岐が無い化合物（直鎖化合物）と、分岐（側鎖）が有る化合物があり、軽質領域１０２に位置する軽質低セタン燃料には、分岐化合物が多い。他方、重質領域１０３に位置する重質低セタン燃料は、重質成分としての芳香族化合物が多く、その芳香族化合物の分子構造は環状構造である。よって、軽質低セタン燃料は、標準燃料に比べて、分岐化合物を多く含んでいるので、着火に至るまでの反応性が劣るので着火遅れが長くなる。重質低セタン燃料は、標準燃料に比べて、環状構造の化合物を多く含んでいるので、着火に至るまでの反応性が劣るので着火遅れが長くなる。しかしながら、同じ低セタンであっても、軽質低セタン燃料は、蒸散性が良いために微小量の燃料ではリーンになり過ぎて失火しやすく、他方、重質低セタン燃料は、燃焼時に環状構造が分解しにくく、燃焼期間が長くなり、スモーク（すす）も発生しやすい。このため、セタン価に応じて、燃料の噴射量や、吸気弁１６の開閉タイミング、ＥＧＲ量（排気再循環量）を制御したとしても、密度（軽質か重質か）も考慮しなければ、燃料の燃焼を適切に制御できないおそれがある。

そこで、ＥＣＵ４０は、燃焼を適正に制御するために、使用燃料が、図３の２次元マップ１００上のどの領域１０１〜１０３に位置する燃料かを検出する燃料性状検出処理を実行する。ここで、図４は、本実施形態における燃料性状の検出方法の考え方を説明する図である。詳細には、図４は、燃料の噴射タイミングと噴射された燃料の着火タイミング（噴射されてから着火するまでの着火遅れ期間）の関係を、標準燃料、軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料ごとに示した図である。図４に示すように、標準燃料、軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料のいずれも、噴射タイミングが早くにつれて、着火タイミングは遅くなっていく。これは、噴射タイミングが早くなると、圧縮上死点から離れていき、気筒内の温度、圧力が低い状態で噴射されることになるので、着火性が低下するためである。

また、標準燃料と低セタン燃料（軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料）とを比べると、低セタン燃料は、標準燃料に比べて着火タイミングが遅い。これは、上述したように、低セタン燃料は、標準燃料よりもセタン価が低いためである。

さらに、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料とを比べると、噴射タイミングが遅いうちは、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料の間で着火タイミングの差は小さい。これは、噴射タイミングが遅いと、気筒内の温度、圧力が高い状態で噴射されることになるので、芳香族化合物等の分解しにくい重質成分を多く含んだ重質低セタン燃料であっても空気との反応が促進され、結果として、軽質低セタン燃料と同等の反応速度になるためである。これに対して、噴射タイミングが早くなると、気筒内の温度、圧力が低い状態（燃焼しにくい雰囲気）で噴射されることになるので、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料との間の分子構造的な違いによる空気（酸素）との反応速度の違いが顕著にあらわれる。すなわち、軽質低セタン燃料は、燃焼しにくい雰囲気では環状構造と軽質成分（鎖式化合物）の反応性の違いがあらわれ、同じ低セタンの重質低セタン燃料に比べて、低温酸化反応における反応速度が速いため、結果、着火タイミングが早くなる。言い換えると、重質低セタン燃料は、分解しにくい重質成分（環状構造）を多く含んでいるので、同じ低セタンの軽質低セタン燃料に比べて、低温酸化反応における反応速度が遅くなり、結果、着火タイミングが遅くなる。よって、図４に示すように、噴射タイミングが早くなるほど、重質低セタン燃料と軽質低セタン燃料との間の着火タイミングの差が大きくなっていく。

ＥＣＵ４０は、標準燃料、軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料間における図４の特性の違いを利用して、燃料性状検出処理を実行する。図５は、この燃料性状検出処理のフローチャートである。図５の処理は、ＥＣＵ４０により、所定の周期（例えばインジェクタ１７による１噴射毎）で繰り返し実行される。

図５の処理を開始すると、先ず、エンジン１０の運転条件として、燃料性状検出に適した予め定めた第１条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１１）。具体的には、例えば、エンジン１０が安定状態（例えば暖機完了したうえでエンジン回転数や負荷の変動が少ない状態）にある安定運転条件を上記第１条件に設定する。そして、その安定運転条件が成立したか否かとして、例えば、水温センサ３５で検出される冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ、回転数センサ３３で検出されるエンジン回転数が所定範囲内にあり、かつ、エンジン１０の負荷が所定範囲内にあるか否かを判断する。なお、エンジン１０の負荷は、エンジン回転数とアクセルペダルセンサ３４の検出値とに基づいて定まる燃料噴射量の指令値とすれば良い。

第１条件が成立しない場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、図５のフローチャートの処理を終了する。この場合には、今回の処理実行時では燃料性状の検出は行われないことになる。第１条件が成立した場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、エンジン１０の運転条件を、燃料性状検出に適した予め定められた第２条件に設定する（Ｓ１２）。具体的には、例えば、後述のＳ１４で検査用の燃料噴射を行うが、この燃料噴射によりエンジン１０の運転に支障をきたさないように、具体的には例えばエンジン１０からのスモーク発生が増加しないように、エンジン１０の運転条件を設定する。具体的には、シリンダ１１ａに吸入される空気量（吸入空気量）やＯ２濃度（酸素濃度）を、スモーク発生を抑制できる所定範囲内となるように調整する。この場合、吸入空気量、Ｏ２濃度が所定範囲内となる運転条件が上記第２条件である。吸入空気量は、例えば、ＶＶＴ２１により吸気弁１６の開閉タイミングを変更することで、調整できる。ＶＶＴ２１により吸気弁１６の閉タイミングを吸気下死点に近づけることで、吸入空気量を増加させることができる。また、Ｏ２濃度は、例えば、ＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ量を変更することで、調整できる。ＥＧＲバルブ２８の開度を縮小することで、ＥＧＲ量を減少させることができるので、Ｏ２濃度を増加させることができる。また、スモーク発生が少ない主噴射と副噴射をしない条件で、Ｏ２濃度を減少させることも可能である。したがって、第２条件はエンジン１０の運転に支障をきたさない範囲で、燃料性状検出可能な条件であれば良い。

次に、検出用噴射Ｆ３（図２参照）の噴射条件を設定する（Ｓ１３）。ここでは、先ず、使用燃料が標準燃料と低セタン燃料のどちらかであるかを特定するための噴射条件を設定する。具体的には、噴射条件として、図４の「Ａ」で示す噴射タイミングを設定する。その噴射タイミングは、標準燃料と低セタン燃料の間では着火タイミングに差異が生じるが、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料の間ではその差異が小さいタイミング（図４の横軸において遅めのタイミング）である。Ｓ１３で設定する噴射タイミングは、図４の「Ａ」のタイミングで示される特徴を有したタイミングであればいつでも良いが、例えば、図２のＦ３で示すように、副噴射Ｆ２よりも早いタイミングに設定される。これによって、検査用噴射Ｆ３は主噴射Ｆ１、副噴射Ｆ２とずれることになるので、検査用噴射Ｆ３による燃料性状の検出を精度よく行うことができる。また、主噴射Ｆ１、副噴射Ｆ２の役割が損なわれることを防止できる。また、検査用噴射Ｆ３における噴射量は、着火可能な噴射量であれば燃料性状の検出という観点では特に限定はないが、主噴射Ｆ１、副噴射Ｆ２の役割を損なわない程度に少ない量に設定する。なお、Ｓ１３の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「設定手段」に相当する。

次に、Ｓ１３で設定した噴射条件（噴射タイミング、噴射量）で、インジェクタ１７により検査用噴射Ｆ３を開始する（Ｓ１４）。なお、Ｓ１４の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「噴射制御手段」に相当する。次に、筒内圧センサ３１の検出値に基づいて、検査用噴射Ｆ３で噴射された燃料の着火タイミングを検出する（Ｓ１５）。具体的には、Ｓ１４の検査用噴射Ｆ３の開始から、燃料の燃焼による筒内圧の上昇が筒内圧センサ３１により検出されるまでの期間を検出する。なお、着火の前後ではシリンダブロック１１の振動の様子が変わってくるので、ノックセンサ３２の検出値（シリンダブロック１１の振動の様子）に基づいて着火タイミングを検出しても良い。なお、Ｓ１５の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「着火性検出手段」に相当する。

次に、Ｓ１５で検出した着火タイミングが予め定められた閾値より遅いか否かを判断する（Ｓ１６）。この閾値は、図４のライン２００の位置、つまり図４の標準燃料の特性と、低セタン燃料（軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料）の特性の間の位置に設定される。着火タイミングが閾値より早い場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、使用燃料は、図３の標準セタン価領域１０１に位置する燃料（標準燃料）であると特定する（Ｓ１７）。その後、図５のフローチャートの処理を終了する。

これに対し、着火タイミングが閾値より遅い場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、使用燃料は、図３の軽質領域１０２又は重質領域１０３に位置する低セタン燃料であると特定する（Ｓ１８）。次に、Ｓ１４で開始した検査用噴射Ｆ３における噴射タイミングを、Ｓ１４の開始時のそれから進角させる（Ｓ１９）。つまり、Ｓ１９では、Ｓ１４で設定した噴射タイミングから進角させた噴射タイミングを再設定し、再設定した噴射タイミングで検査用噴射Ｆ３を行う。なお、図２にはＳ１９における噴射タイミングの変更（進角）を（１）「タイミング変更」における矢印３０１で示している。どの程度進角させるかは、例えば、図４の「Ｂ」のタイミングのように、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料の間における着火タイミングの差異が大きくなる噴射タイミングまで進角させる。具体的には、燃料の分子構造に起因した反応速度の影響が顕著にあらわれるように、シリンダ１１ａ内の温度、圧力が十分に低いタイミングまで進角させる。進角後の噴射タイミング（図４の「Ｂ」の噴射タイミング）は、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料の間で着火タイミングに差異が生じる程度に圧縮上死点から進角させた噴射タイミングである。なお、Ｓ１９の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「設定手段」及び「噴射制御手段」に相当する。

次に、噴射タイミングの進角後の検査用噴射Ｆ３で噴射された燃料の着火タイミングをＳ１５と同様の方法で検出する（Ｓ２０）。なお、Ｓ２０の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「着火性検出手段」に相当する。次に、Ｓ１５で検出した着火タイミングとＳ１９で検出した着火タイミングの間の変化率を算出する（Ｓ２１）。この変化率は、Ｓ１５で検出し着火タイミングとＳ１９で検出した着火タイミングの差分（変化量）を、Ｓ１９の進角量（図４のＡとＢの間隔）で割った値となる。そして、算出した変化率が予め定められた閾値より大きいか否かを判断する（Ｓ２１）。つまり、Ｓ２１では、噴射タイミングに対する着火タイミングの変化を示したライン（図４参照）の傾きを算出して、その傾きが閾値より大きいか否かを判断することを意味する。

なお、Ｓ２１では、着火タイミングの変化率に代えて、Ｓ１９の進角前後における着火タイミングの変化量が閾値より大きいか否かを判断しても良いし、Ｓ１９の進角後の着火タイミングの絶対値（図４の「Ｂ」における着火タイミング）が閾値より大きいか否かを判断しても良い。図４に示すように、重質低セタン燃料の着火タイミングの変化率、変化量又は絶対値は、軽質低セタン燃料のそれらよりも大きくなっている。

そこで、着火タイミングの変化率、変化量又は絶対値が閾値より大きい場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、使用燃料は図３の重質領域１０３に位置する重質低セタン燃料であると特定する（Ｓ２３）。その後、図５のフローチャートの処理を終了する。これに対して、着火タイミングの変化率、変化量又は絶対値が閾値より小さい場合には（Ｓ２１：Ｎｏ）、使用燃料は図３の軽質領域１０２に位置する軽質低セタン燃料であると特定する（Ｓ２２）。その後、図５のフローチャートの処理を終了する。なお、Ｓ１６〜Ｓ１８、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「燃料性状特定手段」に相当する。また、Ｓ１６〜Ｓ１８の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「第１の特定手段」に相当する。また、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「第２の特定手段」に相当する。

図５の処理で使用燃料の燃料性状を特定した後、ＥＣＵ４０は、特定した燃料性状に応じた燃焼制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ４０は、使用燃料が標準燃料の場合には、各種センサの検出値に基づいて、予め適合化された制御状態となるように、インジェクタ１７による燃料の噴射量、ＶＶＴ２１による吸気弁１６の開閉タイミング、及びＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ弁の開度（ＥＧＲ量）を制御する。また、使用燃料が重質低セタン燃料の場合には、例えば、ＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ量を減少させて、シリンダ１１ａ内のＯ２濃度を上昇させる。これによって、燃料の酸化が促進されるため、燃料の着火タイミングを早めることができる。したがって、燃料の着火位置を燃焼室の内側に移動させることができ、ひいては燃焼重心を燃焼室の内側に移動させることができ、冷却損失を抑制することができる。また、重質成分が重合する前に燃焼・酸化することにより、スモークの発生を抑制することができる。

また、使用燃料が軽質低セタン燃料の場合には、例えば、ＶＶＴ２１により吸気弁１６の開閉タイミングを変更させて、シリンダ１１ａで吸気（気体）を圧縮する際の圧縮比を上昇させたり、パイロット噴射（図２の副噴射Ｆ２）の噴射量を増加させたりする。シリンダ１１ａでの吸気の圧縮比を上昇させると、噴射された燃料が着火までに過度に拡散することを抑制して燃焼を安定させることができ、燃料の着火性を向上させることができる。また、噴霧が着火前に燃焼室壁面に付着する量を抑えることにより、冷却損失やＨＣの発生を抑制することができる。また、インジェクタ１７により実行されるパイロット噴射の噴射量を増加させると、パイロット噴射による燃焼を安定させることができるとともに、シリンダ１１ａ内の温度をより上昇させることができる。その結果、パイロット噴射に続く主噴射による燃焼を安定させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、図５のＳ１６の処理により、使用燃料のセタン価の高低を特定できるとともに、低セタン価と特定した場合には、Ｓ１８以降の処理により、軽質か重質か（密度の高低）を特定できる。よって、使用燃料の燃料性状に応じた最適な燃焼制御を実行できる。また、軽質か重質かの特定の際に、燃料密度を検出するセンサ（燃料密度センサ）を用いていないので、センサ数の増加を抑えることができる。また、検査用噴射の噴射条件の設定を、Ｓ１３とＳ１９の２段階に分けて、先ず標準燃料か低セタン燃料かを特定し、低セタン燃料であると特定したことを条件に次に軽質か重質かを特定しているので、それら特定を精度よく行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心にして説明する。本実施形態の構成は図１の構成と同じである。ＥＣＵ４０が実行する燃料性状検出処理が第１実施形態と異なっている。ここで、図６は、本実施形態における燃料性状の検出方法の考え方を説明する図である。詳細には、図６は、燃料密度と、燃料の着火が可能な限界の噴射量（失火限界噴射量）との関係を、標準セタン価の燃料（標準燃料）、低セタン価の燃料（低セタン燃料）ごとに示した図である。図６において、ライン２０１は低セタン燃料の失火限界噴射量を示し、ライン２０２は標準燃料の失火限界噴射量を示している。なお、失火限界噴射量は、着火不能な噴射量と着火可能な噴射量の境界に位置する噴射量に相当する。低セタン燃料では、ライン２０１より上の領域で着火が可能であり、ライン２０１より下の領域では着火が不能、つまり失火する。標準燃料では、ライン２０２より上の領域で着火が可能であり、ライン２０２より下の領域では着火が不能、つまり失火する。

図６に示すように、低セタン燃料は標準燃料に比べて失火限界噴射量が多くなっている。これは、低セタン燃料は、標準燃料に比べてセタン価が低く、着火性が悪いためである。また、低セタン燃料、標準燃料のどちらも、密度が低いほど、失火限界噴射量が多い。これは、密度が低い軽質燃料は、沸点が低く蒸散性が高い。蒸散性が高いと、噴射タイミングが早く（気筒内の温度、圧力が低く）、噴射量が少ない条件では、気筒内に噴射された燃料噴霧は蒸散により消えてリーン（空気過剰）になり過ぎてしまい、その結果、失火しやすくなるためである。なお、図６のライン２０１では、高密度側のラインと低密度側のラインの中間を点線２０１ａで図示している。この点線２０１ａの領域は、図３の領域１０４に相当し、中間密度（標準燃料の密度付近）の低セタン燃料が存在しないことを意味する。

なお、図３の標準セタン価領域１０１は、高密度側（重質領域１０３の密度側）に及んでいないので、図６のライン２０２では、高密度側には図示されていない。

ＥＣＵ４０は、使用燃料が標準燃料か低セタン燃料かは第１実施形態と同様にして特定する一方で、軽質低セタン燃料か重質低セタン燃料は図６のライン２０１で示す特性を利用して特定する。図７は、本実施形態における燃料性状検出処理のフローチャートである。図７において、図５の処理と同一の処理には同一の符号を付している。

図７において、先ず、第１実施形態と同様に、検査用噴射Ｆ３（図２参照）における着火タイミングが閾値より遅いか否かを判断する（Ｓ１１〜Ｓ１６）。ただし、Ｓ１３、Ｓ１４で実行する検査用噴射Ｆ３における噴射タイミングは、後述のＳ２４で噴射量を減少させた際に、軽質燃料を失火させることができる程度に、シリンダ１１ａ内の圧力、温度が低いタイミング（図２の副噴射Ｆ２より早いタイミング）に設定される。Ｓ１６において、着火タイミングが閾値よりも早い場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、使用燃料は標準燃料であると特定し（Ｓ１７）、遅い場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、使用燃料は低セタン燃料であると特定する（Ｓ１８）。

使用燃料は低セタン燃料であると特定した場合、次に、Ｓ１３で設定した噴射タイミングに固定したままで、検査用噴射Ｆ３における噴射量を、Ｓ１３で設定した噴射量から減少させる（Ｓ２４）。つまり、Ｓ２４では、Ｓ１３で設定した噴射量から減少させた噴射量を再設定し、その再設定した噴射量で検査用噴射Ｆ３を行う。なお、図２には、Ｓ２４における噴射量変更の様子を（２）「噴射量変更」における矢印３０２で示している。噴射量をどの程度減少させるかは、減少後の噴射量が、軽質低セタン燃料に対しては失火限界噴射量に達し、重質低セタン燃料に対しては失火限界噴射量に達しない噴射量となるように、その減少量を設定する。具体的には、例えば、減少後の噴射量が図６の点線２０１ａの領域に位置する失火限界噴射量Ｃ（以下、閾値噴射量という）となるように、検査用噴射Ｆ３の噴射量を減少させる。この場合、閾値噴射量Ｃでの密度Ｄより低密度側の軽質低セタン燃料では、失火限界噴射量は閾値噴射量Ｃよりも多いので、失火する（着火不能）。これに対し、密度Ｄより高密度側の重質低セタン燃料では、失火限界噴射量は閾値噴射量Ｃよりも少ないので、失火しない（着火可能）。なお、Ｓ２４の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「設定手段」、「噴射制御手段」に相当する。

次に、筒内圧センサ３１又はノックセンサ３２の検出値に基づいて噴射量減少後の検査用噴射Ｆ３で噴射された燃料の着火タイミングの検出を試みる（Ｓ２５）。なお、Ｓ２５の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「着火性検出手段」に相当する。次に、Ｓ２５の着火タイミングの検出結果に基づいて、Ｓ２４の検査用噴射Ｆ３による燃焼が失火したか否かを判断する（Ｓ２６）。具体的には、Ｓ２５の検出結果が着火タイミングを検出できなかった結果の場合には、着火しなかったと判断、つまり失火したと判断し、着火タイミングを検出できた結果の場合には着火したと判断、つまり失火しなかったと判断する。なお、Ｓ２５では、失火の検出を試み、Ｓ２６では、失火を検出できたか否かを判断することと同義である。

Ｓ２６において失火した場合には（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、使用燃料は軽質低セタン燃料であると特定する（Ｓ２７）。これに対して、失火しなかった場合には（Ｓ２６：Ｎｏ）、使用燃料は重質低セタン燃料であると特定する（Ｓ２８）。Ｓ２７、Ｓ２８の後、図７のフローチャートの処理を終了する。その後、ＥＣＵ４０は、第１実施形態と同様に、特定した燃料性状に応じた燃焼制御を実行する。このように、本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、Ｓ２６〜Ｓ２８の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「燃料性状特定手段」、「第２の特定手段」に相当する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態は、第２実施形態の変形例に位置づけられる実施形態である。すなわち、第２実施形態では、使用燃料が低セタン燃料の場合に、図６の特性を利用して軽質低セタン燃料か重質低セタン燃料かを特定したが、本実施形態では、図６の特性を利用して使用燃料の密度そのものを特定する。ここで、図８は、本実施形態におけるＥＣＵ４０が実行する燃料性状検出処理のフローチャートである。図８において、図７の処理と同一の処理には同一符号を付している。図８の処理では、Ｓ１１〜Ｓ１８が図７の処理と同じであり、Ｓ２９以下の処理が図７の処理と異なっている。

すなわち、先ず、使用燃料が標準燃料か低セタン燃料かを上記実施形態と同様の方法で特定する（Ｓ１１〜Ｓ１８）。使用燃料が低セタン燃料であると特定した場合、次に、図７のＳ２４と同様に、Ｓ１３で設定した噴射タイミングに固定したままで、検査用噴射Ｆ３における噴射量を、Ｓ１３で設定した噴射量から減少させる（Ｓ２９）。つまり、Ｓ２９では、Ｓ１３で設定した噴射量から減少させた噴射量を再設定し、その再設定した噴射量で検査用噴射Ｆ３を行う。ただし、Ｓ２９では、噴射量の減少量がＳ２４と異なり、具体的には、使用燃料の失火限界噴射量を特定することを目的として、失火限界噴射量に至るまで噴射量を徐々に減少させていく。そのために、今回のＳ２９では、予め定められた微小減少量だけ噴射量を減少させる。なお、Ｓ２９の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「設定手段」、「噴射制御手段」に相当する。

次に、筒内圧センサ３１又はノックセンサ３２の検出値に基づいて噴射量減少後の検査用噴射Ｆ３で噴射された燃料の着火タイミングの検出を試みる（Ｓ３０）。次に、Ｓ３０の着火タイミングの検出結果に基づいて、Ｓ２９の検査用噴射Ｆ３による燃焼が失火したか否かを判断する（Ｓ３１）。失火しなかった場合には（Ｓ３１：Ｎｏ）、Ｓ２９に戻って、検査用噴射Ｆ３における噴射量をさらに予め定められた微小減少量だけ減少させる。このように、Ｓ３１で失火が検出されるまで、検査用噴射Ｆ３における噴射量が徐々に減少していく。

Ｓ３１で失火を検出した場合には（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、Ｓ２９で調整した最新の噴射量を使用燃料における失火限界噴射量として特定する（Ｓ３２）。なお、Ｓ３０〜Ｓ３２の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「着火性検出手段」に相当する。次に、Ｓ３２で特定した失火限界噴射量及び図６のライン２０１で示す特性に基づいて、使用燃料の密度（軽質か重質か）を特定する（Ｓ３３）。そのために、図６のライン２０１で示す特性を予め実験で求めておき、求めたその特性をメモリ４１（図１参照）に記憶させておく。Ｓ３３の後、図８のフローチャートの処理を終了する。なお、Ｓ３３の処理を実行するＥＣＵ４０が本発明の「燃料性状特定手段」、「第２の特定手段」に相当する。

以上説明したように、本実施形態では、使用燃料の低セタン価と特定した場合に、その使用燃料の密度そのものを特定することができる。よって、特定したセタン価及び密度に応じてよりきめ細かい燃焼制御を実行することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、図７のＳ１３では、図４の「Ａ」の噴射タイミングで検査用噴射を行っていたが、「Ｂ」の噴射タイミングで検査用噴射を行っても良い。この場合、Ｓ１６における閾値は、図４のライン２０３の位置に設定される。これによっても、標準燃料か低セタン燃料かを特定できる。また、「Ｂ」の噴射タイミングでは、軽質低セタン燃料と重質低セタン燃料との間でも着火タイミングの差異が大きくなっている。そこで、図７のＳ１８以降では、Ｓ２４〜Ｓ２６の噴射量減少による失火か否かの判断に加えて、Ｓ１５で検出される着火タイミングも考慮して、軽質低セタン燃料か重質低セタン燃料かを特定しても良い。これによって、軽質低セタン燃料か重質低セタン燃料かの特定精度を向上できる。

また、上記実施形態では、図５、図７、図８のＳ１６では着火タイミングが早いか遅いかに基づいて標準燃料か低セタン燃料かを特定、つまり使用燃料のセタン価の高低を特定していたが、図６の特性に基づいてその特定を行っても良い。具体的には、図６のライン２０１、２０２で示されるように、セタン価が高いほど失火限界噴射量が少なくなる。そこで、図８のＳ２９〜Ｓ３２と同様にして使用燃料の失火限界噴射量を求めて、その失火限界噴射量が閾値より多いか少ないかを判断する。そして、失火限界噴射量が閾値より多い場合に低セタン燃料と特定し、閾値より少ない場合に標準燃料と特定する。

また、上記実施形態では、使用燃料が、標準燃料、軽質低セタン燃料、重質低セタン燃料のどれであるかを特定していた。つまり、図３の３つの領域１０１〜１０３のどの位置の燃料かを特定していたが、図３の領域をさらに細かい領域に分けて、使用燃料がそれら領域のどれに位置するかを特定しても良い。具体的には、例えば、図３では低セタン領域として密度が高いか低いかで２つの領域１０２、１０３に分けていたが、密度に応じて３つ以上の領域に分けても良い。この場合、密度が高くなるほど（重質成分が多くなるほど）、図４の「Ｂ」のタイミングにおける着火タイミングが遅くなる。そこで、図５のＳ２１では異なる複数の閾値を設定する。そして、Ｓ２０で検出された着火タイミングの変化率、変化量又は絶対値が複数の閾値のうちのどの閾値間の位置にあるかに基づいて、低セタン燃料の密度をより細かく特定しても良い。これによって、より正確に使用燃料の燃料性状（セタン価、密度）を検出できる。

また、図８のＳ２９以降では、検査用噴射の噴射量を多い状態から少ない状態に減少させていき、着火→失火を検出することで、失火限界噴射量を特定していた。反対に、検査用噴射の噴射量を少ない状態から多い状態に増加させていき、失火→着火を検出することで、失火限界噴射量を特定しても良い。

１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ａ シリンダ（気筒）
１７ インジェクタ（燃料噴射弁）
４０ ＥＣＵ（燃料性状検出装置）

Claims (6)

1. 気筒（１１ａ）内に燃料を噴射する燃料噴射弁（１７）を備えて前記燃料噴射弁から噴射された燃料を圧縮自着火燃焼させるように構成された内燃機関（１０）に適用され、
   セタン価及び密度が異なる燃料間で着火性に差異が生じる燃料の噴射条件を設定する設定手段（Ｓ１３、Ｓ１９、Ｓ２４、Ｓ２９）と、
   その設定手段で設定された噴射条件で燃料性状の検査用の燃料を前記燃料噴射弁に噴射させる噴射制御手段（Ｓ１４、Ｓ１９、Ｓ２４、Ｓ２９）と、
   前記検査用の燃料の着火性を検出する着火性検出手段（Ｓ１５、Ｓ２０、Ｓ２５、Ｓ３０〜Ｓ３２）と、
   燃料性状をセタン価及び密度を２軸とした２次元マップ（１００）上の位置であらわしたときに、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の燃料性状が前記２次元マップ上のどの位置にあるかを、前記着火性検出手段が検出した着火性に基づいて特定する燃料性状特定手段（Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ２１〜Ｓ２３、Ｓ２６〜Ｓ２８、Ｓ３３）と、
   を備えることを特徴とする燃料性状検出装置（４０）。
2. 前記設定手段（Ｓ１３、Ｓ１９）は、同じセタン価であっても密度が異なる燃料間で燃料の着火タイミングに差異が生じる程度に前記内燃機関の圧縮上死点から進角させた噴射タイミングを前記噴射条件として設定し、
   前記噴射制御手段（Ｓ１４、Ｓ１９）は、前記設定手段で設定された噴射タイミングで前記検査用の燃料を噴射させ、
   前記着火性検出手段（Ｓ１５、Ｓ２０）は、前記着火性として前記検査用の燃料の着火タイミングを検出し、
   前記燃料性状特定手段（Ｓ１６〜Ｓ１８、Ｓ２１〜Ｓ２３）は、前記着火性検出手段が検出した着火タイミングに基づいて燃料性状を特定することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状検出装置。
3. 前記設定手段（Ｓ２４）は、同じセタン価であっても密度が異なる燃料間で着火するかしないかが変わってくる程度に少量の噴射量を前記噴射条件として設定し、
   前記噴射制御手段（Ｓ２４）は、前記設定手段で設定された噴射量で前記検査用の燃料を噴射させ、
   前記着火性検出手段（Ｓ２５）は、前記着火性として前記検査用の燃料の着火を検出し、
   前記燃料性状特定手段（Ｓ２６〜Ｓ２８）は、前記着火性検出手段が着火を検出できた場合には高密度の燃料であると特定し、前記着火性検出手段が着火を検出できなかった場合には低密度の燃料であると特定することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状検出装置。
4. 前記設定手段（Ｓ２９）は、前記検査用の燃料の着火が可能な限界の噴射量まで、設定する噴射量を変化させていき、
   前記着火性検出手段（Ｓ３０〜Ｓ３２）は、前記設定手段が噴射量を変化させている間における前記検査用の燃料の着火状態の変化に基づいて前記着火性として前記限界の噴射量を検出し、
   前記燃料性状特定手段（Ｓ３３）は、前記限界の噴射量に基づいて燃料性状を特定することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状検出装置。
5. 前記燃料性状特定手段（Ｓ１７、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ３３）は、前記燃料噴射弁から噴射される燃料が、前記２次元マップ上において標準のセタン価となる標準セタン価領域（１０１）に位置する燃料か、前記標準セタン価領域よりも低いセタン価となる低セタン価領域のうち低密度側に設定される軽質領域（１０２）に位置する燃料か、前記低セタン価領域のうち高密度側に設定される重質領域（１０３）に位置する燃料かを特定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料性状検出装置。
6. 前記燃料性状特定手段は、
   前記検査用の燃料の着火タイミングに基づいて、前記標準セタン価領域に位置する燃料か前記低セタン価領域に位置する燃料かを特定する第１の特定手段（Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８）と、
   前記第１の特定手段により前記低セタン価領域に位置する燃料と特定された場合に、さらに、前記着火性検出手段が検出した着火性に基づいて前記軽質領域に位置する燃料か前記重質領域に位置する燃料かを特定する第２の特定手段（Ｓ２１〜Ｓ２３、Ｓ２６〜Ｓ２８、Ｓ３３）とを備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料性状検出装置。