JP6361537B2

JP6361537B2 - 燃料性状判別装置

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Publication number: JP6361537B2
Application number: JP2015053262A
Authority: JP
Inventors: 宗尚堀部; 篤紀岡林; 英生成瀬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: JP2016173058A; DE102016102820A1; DE102016102820B4

Description

本発明は、燃料性状判別装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に使用される燃料は、国や地域によって組成が異なる。また、想定している燃料とは異なる組成の燃料が内燃機関に供給された場合には、燃焼状態が適正でなくなり、エミッションの低下や出力低下等を招くことがある。そこで従来、燃料噴射弁から内燃機関の燃焼室内に供給された燃料の性状を判別する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、燃料噴射弁から噴射された燃料の実噴射量と、燃料噴射弁からの燃料の噴射に伴う出力トルクとの関係から燃料性状を判別することが開示されている。

国際公開第２０１１／０６１８５１号

燃料の燃焼しやすさ（燃焼率）は燃料の組成に応じて異なり、例えば燃料中の芳香族成分が多くなると燃料が燃焼しにくくなる傾向にある。また、燃料の燃焼しやすさの影響を受けることで、燃料噴射弁からの燃料の噴射に伴う出力トルクが変動する。そのため、上記特許文献１の技術では、燃料性状を精度良く判別できないことが懸念される。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の気筒内に供給される燃料の性状を精度良く判別することができる燃料性状判別装置を提供することを一つの目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に供給される燃料の性状を判別する燃料性状判別装置に関する。請求項１に記載の発明は、前記内燃機関の１燃焼サイクル中の前記燃料噴射弁による燃料噴射として、主噴射と、前記主噴射の前に前記主噴射よりも少ない噴射量で前記燃料を噴射する第１噴射と、前記主噴射の後に前記主噴射よりも少ない噴射量で前記燃料を噴射する第２噴射とを実施する噴射制御手段と、前記第１噴射を開始してから前記第１噴射で噴射した前記燃料が着火するまでの時間である第１着火遅れ時間と、前記第２噴射を開始してから前記第２噴射で噴射した前記燃料が着火するまでの時間である第２着火遅れ時間とに基づいて前記燃料の性状を判別する性状判別手段と、を備えることを特徴とする。

燃料の着火遅れ時間は燃料の組成に応じてばらつき、そのばらつき度合いは、燃料の燃焼を行う環境温度に応じて異なる。また、燃料の着火遅れ時間は、例えばセンサや燃料噴射弁の性能の劣化の程度に応じてもばらつきがあり、センサや燃料噴射弁の性能劣化が進むほど燃料の着火遅れ時間が長くなる傾向にある。こうしたセンサ等の性能劣化に起因する着火遅れ時間のばらつきは、内燃機関の１燃焼サイクル中の各噴射において同じように現れる。

こうした点に着目し、上記構成では、気筒内の温度が十分に高くなる前に実施される第１噴射の着火遅れ時間と、気筒内の温度が十分に高い環境下で実施される第２噴射の着火遅れ時間とに基づいて燃料の性状を判別する。こうした構成によれば、燃料性状の違いを燃料の着火遅れ時間の違いとして正確に表すことができ、その結果、燃料性状を精度良く判別することができる。

エンジン制御システムの概略を示す構成図。エンジン運転状態と燃料の噴射パターンとの関係を表すマップ。燃料組成ごとの環境温度と着火遅れ時間との関係を示す図。燃料の熱発生率及び筒内温度の推移を示す図。燃料性状判別処理の処理手順を示すフローチャート。性状判定用マップの一例を示す図。他の実施形態の第２噴射切替制御の処理手順を示すフローチャート。他の実施形態の燃料性状判別処理の処理手順を示すフローチャート。燃料の軽質／重質度と判定値とを示す図。

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、圧縮着火式の内燃機関である車載多気筒のディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの各種制御を実施する。

まず、図１を参照してエンジン１０の概略について説明する。エンジン１０は、例えば直列４気筒のディーゼルエンジンであり、シリンダブロック１１に４つのシリンダ１１ａが形成されている。なお、同図では便宜上、１つの気筒のみを示している。シリンダ１１ａには、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が組み付けられており、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、吸気管１４及び排気管１５が接続されている。吸気管１４は、吸気マニホールド及びシリンダヘッド１３内に形成された通路１４ａを介して各シリンダ１１ａに接続されている。また、排気管１５は、排気マニホールド及びシリンダヘッド１３内の通路１５ａを介して各シリンダ１１ａに接続されている。

エンジン１０の吸気ポートには吸気バルブ１６が設けられ、排気ポートには排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６の開動作により空気が燃焼室内に導入され、排気バルブ１７の開動作により燃焼後の排気が燃焼室内から排気管１５に排出される。

シリンダヘッド１３には、燃料である軽油をシリンダ１１ａ内に直接噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁１８が気筒毎に取り付けられている。燃料噴射弁１８は、燃料配管１９を介して、蓄圧容器としてのコモンレール２０及び燃料タンク（図示略）に接続されている。燃料タンク内に貯留された燃料は、図示しない高圧ポンプで高圧化されてコモンレール２０に圧送され、コモンレール２０内に高圧状態で蓄えられた後、燃料噴射弁１８から噴射される。燃料噴射弁１８には、コモンレール２０から燃料噴射弁１８の噴射孔までの燃料通路内の燃料圧力を気筒ごとに逐次検出する圧力センサ３３が設けられている。燃料タンクには、タンク内の燃料の量を検出する燃料量センサ３４が設けられている。

エンジン１０には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路内に還流するＥＧＲ装置２６が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、吸気管１４と排気管１５とを接続するＥＧＲ配管２７と、ＥＧＲ配管２７内を流れる排気（ＥＧＲガス）の還流量を調節する電磁駆動式のＥＧＲ弁２８とを備えている。

その他、エンジン１０には、シリンダ１１ａ内の圧力を検出する筒内圧センサ３１や、燃料噴射弁１８に供給される燃料の密度を検出する燃料密度センサ３２、シリンダ１１ａ内の温度を検出する筒内温度センサ３５、吸気管１４内の圧力を検出する吸気圧センサ（図示略）、吸気管１４内の温度を検出する吸気温度センサ（図示略）などが設けられている。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、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、前述した各種センサや、クランク角センサ、冷却水温センサ、アクセル開度センサ等から各々検出信号を入力するとともに、入力した検出信号に基づいて各種アクチュエータの駆動を制御する。燃料噴射制御について詳しくは、基準とする性状の燃料（基準燃料）がシリンダ１１ａ内に供給されていることを想定して燃料の燃焼状態が最適となるように、エンジン１０の運転状態に応じて燃料の噴射態様及び噴射量が適合されている。ＥＣＵ４０は、各種センサの検出値に基づいて、適合された所定制御となるように燃料噴射弁１８を駆動する。

図２に、エンジン運転状態と燃料の噴射パターンとの関係を表すマップの一例を示す。本実施形態では、エンジン運転状態（エンジン回転速度及びトルク）に応じて、エンジン１０の１燃焼サイクル（吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程）中の燃料の噴射パターンが設定されている。具体的には、図２に示すように、燃費及びエミッションを優先するモード走行域Ｚのうち、低トルク側の領域Ｘではパイロット噴射及びメイン噴射を実施し、中・高トルク側の領域Ｙではパイロット噴射、メイン噴射及びアフター噴射を実施する。なお、メイン噴射は、エンジン出力軸に伝達する動力を主に生成するための燃料噴射であり、多段噴射の各噴射のうち噴射量が最も多い噴射である。パイロット噴射は、メイン噴射の前に少量の噴射量にて行う噴射であり、アフター噴射は、メイン噴射の後にメイン噴射に近接した時期に少量の噴射量にて行う噴射である。図中、線Ｌは出力上限を表す。

ここで、エンジンに使用される燃料は、国や地域によって組成が異なり、燃料中に含まれる鎖状炭化水素や環式炭化水素（芳香族やナフテン等）などの炭化水素成分の配合比率が異なる。また、燃料は、炭化水素成分の配合比率に応じて燃焼しやすさ（燃焼率）が異なる。具体的には、環式炭化水素成分の含有割合が多いほど、つまり重質成分の含有割合が多いほど燃料が燃焼しにくく、エミッション悪化や出力低下を招く傾向にある。一方、鎖状炭化水素成分の含有割合が多い場合、つまり軽質成分の含有割合が多い場合には、燃料は燃焼しやすいもののトルクが出にくく、出力低下を招くことが考えられる。

こうした燃料組成の相違に伴うエンジン性能の低下を抑制するべく、本システムでは、燃料噴射弁１８からシリンダ１１ａ内に供給される燃料の性状を判別する燃料性状判別処理を実施している。特に本実施形態では、燃料の噴射を開始してから燃料が着火するまでの時間である着火遅れ時間が、燃料の燃焼を行う環境温度に応じて異なる点に着目した。具体的には、筒内温度が比較的低い環境下で燃料を燃焼させた場合には、燃料の組成間で着火遅れ時間に違いが現れるのに対し、筒内温度が十分に高い環境下で燃料を燃焼させた場合には、燃料の組成間で着火遅れ時間の違いがさほど現れないことに着目した。そして、この現象を利用して燃料性状判別処理を実施することとしている。

図３は、燃料の組成が異なる３種類の燃料をそれぞれエンジン１０で燃焼させた場合の筒内温度（環境温度）と着火遅れ時間との関係を示す図である。図３には、３種類の燃料として、基準燃料、基準燃料よりも重質の燃料、及び基準燃料よりも軽質の燃料について示している。図３に示すように、筒内温度が比較的低温の環境下では、燃料間での着火遅れ時間の差が大きい。例えば、比較的低温の温度Ｔｌｏでは、軽質の燃料の着火遅れ時間が最も短く、重質の燃料の着火遅れ時間が最も長くなる。ところが、筒内温度が高温になるほど、燃料間での着火遅れ時間の差が小さくなり、温度Ｔｈｉよりも高温では、燃料の組成に関わらず着火遅れ時間が略一定となる。

また、燃料の着火遅れ時間は、筒内圧センサ３１や燃料噴射弁１８の性能の劣化の程度に応じてもばらつきがあり、センサや燃料噴射弁１８の性能劣化が進むほど燃料の着火遅れ時間が長くなる傾向にある。こうした各種部品の性能劣化に起因する着火遅れ時間のばらつきは、エンジン１０の１燃焼サイクル中の各噴射において同じように現れる。

そこで本実施形態では、筒内温度が十分に高くなる前に実施されるパイロット噴射の着火遅れ時間（第１着火遅れ時間Ｔｐｉ）と、筒内温度が十分に高い環境下で実施されるアフター噴射の着火遅れ時間（第２着火遅れ時間Ｔａｆ）とに基づいて、燃料の性状を判別することとしている。具体的には、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴ（＝Ｔａｆ−Ｔｐｉ）に基づいて燃料性状を判別する。つまり、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴを取ることで、着火遅れ時間の中から燃料性状に起因する成分を抽出し、この抽出した成分に基づき燃料性状を判別する。なお、パイロット噴射が「第１噴射」に相当し、アフター噴射が「第２噴射」に相当する。

図４に、燃料噴射弁１８から噴射した燃料の燃焼に伴う熱発生率［Ｊ／ｄｅｇ．］及び筒内温度［Ｋ］の時間推移を示す。なお、熱発生率は、燃料が燃焼して発生する単位クランク角度あたりの熱量である。同図では、エンジン１０の１燃焼サイクル中の噴射パターンが、パイロット噴射、メイン噴射及びアフター噴射を実施するパターンである場合を示している。図中の「ＴＤＣ」は圧縮上死点を表す。

メイン噴射の前後では筒内温度が異なる。具体的には、メイン噴射の前では筒内温度が温度Ｔｈｉよりも低く、メイン噴射の後では筒内温度が温度Ｔｈｉよりも高くなる（図４（ｃ）参照）。この場合、パイロット噴射の着火遅れ時間である第１着火遅れ時間Ｔｐｉには燃料性状に起因する成分が含まれるのに対し、アフター噴射の着火遅れ時間である第２着火遅れ時間Ｔａｆには燃料性状に起因する成分が含まれないか、あるいは含まれても僅かである。一方、着火遅れ時間のうち各部品の性能劣化に起因する成分は、パイロット噴射及びアフター噴射で同様に現れる。よって、第１着火遅れ時間Ｔｐｉから第２着火遅れ時間Ｔａｆを差し引いて求めた差分ΔＴが、燃料性状に起因する着火遅れ時間となる。

次に、本実施形態の燃料性状判別処理の処理手順について図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ４０により所定周期毎に実行される。

図５において、ステップＳ１０１では、燃料性状の判別要求が生じたか否かを判定する。具体的には、（ａ１）給油が行われた直後であること、及び（ｂ１）燃料性状判別処理の前回の実行から所定時間が経過したこと、の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、燃料性状の判別要求有りと判定する。なお、給油が行われた直後であることは、燃料量センサ３４により検出される燃料量に基づいて判定する。燃料性状の判別要求は、上記のほか、例えば車両が所定距離以上走行したこと等を含んでいてもよい。

燃料性状の判別要求有りと判定されると、ステップＳ１０２へ進み、今現在のエンジン運転条件を取得する。ここでは、エンジン運転条件として、例えばエンジン回転速度、エンジン負荷、筒内温度、筒内圧力等を取得する。続くステップＳ１０３では、燃料性状判別処理の実行条件が成立しているか否かを判定する。

実行条件として本実施形態では、（ａ２）メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高温であること、及び（ｂ２）今現在のエンジン運転領域が、メイン噴射の後にアフター噴射を実施する運転領域（領域Ｙ）であること、を含む。これら２つの条件が成立した場合に実行条件が成立しているものと判定される。

判定温度Ｔｔｈとしては、燃料性状の相違に起因する燃料の着火遅れ時間のばらつきが所定値以下となる温度範囲の下限値が設定されている。本実施形態では、温度Ｔｈｉに基づき判定温度Ｔｔｈが設定されており、例えば１，０００Ｋ又はその近傍の値が設定されている。なお、上記の温度条件については、燃料性状の判別要求が生じた時点で、メイン噴射の直後に筒内温度センサ３５により検出される筒内温度と判定温度Ｔｔｈとを比較することにより判定する。

燃料性状判別処理の実行条件が成立していない場合には、ステップＳ１０３で否定判定され、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０３で肯定判定された場合にはステップＳ１０４へ進み、第１着火遅れ時間Ｔｐｉを取得する。具体的には、まず、パイロット噴射により噴射された燃料の燃焼時において筒内圧センサ３１の検出値を取得し、該取得した筒内圧の検出値から燃料の熱発生率を算出する。次いで、燃料発生率の波形中（図４（ｂ）参照）、パイロット噴射の噴射タイミング近傍で熱発生率が正側に急変するタイミングをパイロット着火時期θｐ２とする。そして、パイロット噴射の開始時期θｐ１とパイロット着火時期θｐ２との差分から第１着火遅れ時間Ｔｐｉを算出する。ステップＳ１０４では、こうして算出した第１着火遅れ時間Ｔｐｉを取得する。

続くステップＳ１０５では、第２着火遅れ時間Ｔａｆを取得する。具体的には、まず、アフター噴射により噴射された燃料の燃焼時において筒内圧センサ３１の検出値を取得し、該取得した筒内圧の検出値から燃料の熱発生率を算出する。次いで、燃料発生率の波形中（図４（ｂ）参照）、アフター噴射の噴射タイミング近傍で熱発生率が正側に急変するタイミングをアフター着火時期θａ２とする。そして、アフター噴射の開始時期θａ１とアフター着火時期θａ２とから第２着火遅れ時間Ｔａｆを算出する。ステップＳ１０５では、こうして算出した第２着火遅れ時間Ｔａｆを取得する。

続くステップＳ１０６では、第１着火遅れ時間Ｔｐｉ及び第２着火遅れ時間Ｔａｆに基づいて、基準燃料からの組成ずれを表すパラメータとして軽質／重質度αを演算する。軽質／重質度αについて本実施形態では、基準燃料を基準値αｏ（例えば１）とし、基準燃料に対して重質である場合に基準値αｏよりも大きい値が設定され、基準燃料に対して軽質である場合に基準値αｏよりも小さい値が設定される値としている。また、本実施形態では、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴと、軽質／重質度αとの関係が、例えば性状判定用マップとして予め記憶されている。ステップＳ１０６では、第１着火遅れ時間Ｔｐｉから第２着火遅れ時間Ｔａｆを差し引くことにより差分ΔＴを算出するとともに、性状判定用マップを用いて、今回求めた差分ΔＴから燃料の軽質／重質度αを算出する。

図６に、性状判定用マップの一例を示す。図６に示すように、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴは、軽質／重質度αの変化に対して直線的に変化する。具体的には、燃料が基準燃料に対して重質であるほど差分ΔＴは大きく、軽質であるほど差分ΔＴは小さくなる。例えば、今回求めた差分ΔＴが、基準燃料の差分ΔＴである基準値ΔＴｏよりも大きい側の値ΔＴ１であった場合、シリンダ１１ａ内に供給される燃料は基準燃料よりも重質であり、燃料の軽質／重質度αは、基準値αｏよりも重質側の値α１となる。

なお、軽質／重質度αは、いずれかの気筒における１回の燃焼サイクルから算出してもよいし、あるいは、いずれかの気筒における複数回の燃焼サイクルから算出してもよい。複数回の燃焼サイクルから軽質／重質度αを算出する場合、例えば、各燃焼サイクルのパイロット噴射及びアフター噴射における着火遅れ時間の差分ΔＴの平均値を求め、その平均値から燃料の軽質／重質度αを算出する。また、複数の気筒における１回又は複数回の燃焼サイクルの差分ΔＴを平均化することにより軽質／重質度αを算出してもよい。

本実施形態では、上記算出した燃料の軽質／重質度αに基づいて、エンジン１０の各種制御を補正する。例えば、燃料の軽質／重質度αに基づいて、シリンダ１１ａ内に供給される燃料が基準燃料よりも重質であると判断される場合には、燃料噴射弁１８の噴射圧を高圧側に補正する高圧噴射制御や、ＥＧＲガスの導入時において還流量を低減側に補正したり、あるいはＥＧＲの実施機会を低減したりする低ＥＧＲ化制御を実施する。これにより、粒子状物質（ＰＭ）の排出量の低減を図る。

また、シリンダ１１ａ内に供給される燃料が基準燃料よりも軽質であると判断される場合には、低負荷運転領域において低ペネトレーションを図るための噴射制御、具体的には、分割噴射の噴射回数を増やしたり、燃料噴射弁１８の噴射圧を低圧側に補正したりする。軽質燃料はトルクが得られにくいため、燃料の噴射期間が長くなり、燃料が飛散しやすくなる。かかる場合、ＨＣやＣＯが発生しやすく、エミッション低下を招くことが懸念される。こうした点を考慮し、燃料が軽質側にずれている場合には、低ペネトレーションを図ることにより、エミッション低下が抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

気筒内の温度が十分に高くなる前に実施される第１噴射の着火遅れ時間と、気筒内の温度が十分に高い環境下で実施される第２噴射の着火遅れ時間とに基づいて燃料の性状を判別する構成とした。こうした構成によれば、燃料性状の違いを燃料の着火遅れ時間の違いとして正確に表すことができ、その結果、燃料性状を精度良く判別することができる。

メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高いと判定されたことを条件に、第１着火遅れ時間Ｔｐｉ及び第２着火遅れ時間Ｔａｆに基づき燃料性状を判別する構成とした。こうした構成では、メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高いことを実際に確認した上で、着火遅れ時間に基づき燃料性状を判別することから、各種部品の性能劣化に起因する着火遅れ時間をより精度良く算出することができ、結果として燃料性状の判別精度をより高くできる。

第２噴射をアフター噴射とし、パイロット噴射の着火遅れ時間とアフター噴射の着火遅れ時間とに基づいて燃料性状を判別する構成とした。こうした構成によれば、アフター噴射を利用して燃料性状を判別することができることから、例えばメイン噴射の後に追加の燃料噴射を実施しなくて済む。

第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴを用いて、燃料の性状を判別する構成とした。第１着火遅れ時間Ｔｐｉには、センサや燃料噴射弁１８の性能劣化に起因する成分と、燃料性状に起因する成分とが含まれるのに対し、第２着火遅れ時間Ｔａｆには、上記２つの成分のうちセンサ等の性能劣化に起因する成分のみが含まれる。この点に着目し、上記構成とすることで、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴを算出する、といった比較的簡単な制御によって燃料性状を精度良く算出することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・第２噴射として、燃料の性状を判別するための専用の燃料噴射（以下、「検定用噴射」という。）を実施し、パイロット噴射の着火遅れ時期と、検定用噴射の着火遅れ時期とに基づいて燃料の性状を判別してもよい。こうした構成によれば、メイン噴射の後に多段噴射の各噴射（例えばアフター噴射）を実施しないエンジン運転領域でも、燃料性状の判別要求が生じたことに伴い、速やかに燃料性状の判別処理を実施することができる。

特に、給油が行われた直後は、通常、エンジン１０を始動させる状況であり、エンジン回転速度及びトルクが比較的小さい運転領域となる。そのため、燃料性状の判別要求があった後暫くの期間は、メイン噴射の後に燃料噴射を実施しない運転領域が継続することが考えられる。この点、メイン噴射の後に検定用噴射を実施し、パイロット噴射の着火遅れ時期と、検定用噴射の着火遅れ時期とに基づいて燃料の性状を判別する構成によれば、給油後速やかに燃料性状を判別することができる。これにより、燃料の軽質／重質度αに応じたエンジン制御を速やかに実施することができる。

・検定用噴射を実施するシステムでは、第２噴射として検定用噴射のみを実施してもよいし、あるいは、燃料性状の判別要求があった時のエンジン運転状態に応じて、第２噴射をアフター噴射とするか、それとも検定用噴射とするかを切り替える構成としてもよい。

図７は、第２噴射の切替制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、燃料性状の判別要求があった場合に、ＥＣＵ４０により所定周期毎に実行される。図７において、ステップＳ２０１では、燃料性状の判別要求があった時のエンジン運転領域が、メイン噴射の後にアフター噴射を実施する運転領域（領域Ｙ）であるか否かを判定する。領域Ｙである場合には、ステップＳ２０１で肯定判定されてステップＳ２０２へ進み、第２噴射をアフター噴射とする。この場合、ＥＣＵ４０は、パイロット噴射の着火遅れ時間Ｔｐｉと、アフター噴射の着火遅れ時間Ｔａｆとを用いて燃料の性状を判別する。一方、領域Ｙ以外のエンジン運転領域である場合には、ステップＳ２０３へ進み、第２噴射として、メイン噴射の後に検定用噴射を実施する。具体的には、特定の１気筒を検定気筒として選択し、検定気筒のみに対して、メイン噴射よりも少ない噴射量の燃料を噴射する。なお、検定用噴射の噴射タイミングはメイン噴射の後であればよく、本実施形態では、メイン噴射の直後、すなわち膨張行程で実施する。また、ＥＣＵ４０は、パイロット噴射の着火遅れ時間Ｔｐｉと、検定用噴射の着火遅れ時間Ｔｅｘとを用いて燃料の性状を判別する。

・上記実施形態では、燃料性状の判別要求があった時のエンジン運転領域が、アフター噴射を実施する運転領域（領域Ｙ）であることを条件に、第１着火遅れ時間Ｔｐｉ及び第２着火遅れ時間Ｔａｆに基づき燃料性状を判別したが、燃料性状の判別要求があった時のエンジン運転領域が、アフター噴射を実施する運転領域でない場合には、噴射パターンを変更してアフター噴射を実施するとともに、パイロット噴射の着火遅れ時間Ｔｐｉ及びアフター噴射の着火遅れ時間Ｔａｆに基づいて燃料性状を判別してもよい。こうした構成とすることにより、燃料性状を判別要求があった後、速やかに燃料性状を判別することができる。なお、領域Ｙ以外のエンジン運転領域で実施するアフター噴射は検定用噴射でもある。

・上記実施形態では、第１噴射をパイロット噴射としたが、メイン噴射の前にメイン噴射よりも少ない噴射量で実施される燃料噴射であればよく、例えば検定用噴射としてもよい。この場合の検定用噴射は、着火遅れ時間を取得可能な噴射タイミングで実施する。

・筒内圧センサ３１や燃料噴射弁１８の性能劣化が着火遅れ時間に及ぼす影響は、例えば筒内圧力やスワール強度等といった、燃料の燃焼を行う環境に応じて異なることがある。この点を考慮し、燃料の燃焼を行う環境に関するパラメータに応じて第２噴射の実着火遅れ時間を補正し、その補正後の値を第２着火遅れ時間として用いて燃料の性状を判別してもよい。具体的には、センサ等の性能劣化が着火遅れ時間に及ぼす影響が、燃焼を行う時の筒内圧力に応じて変動することを考慮し、筒内圧センサ３１で検出した筒内圧により第２噴射の実着火遅れ時間を補正し、その補正後の値を第２着火遅れ時間として燃料の性状を判別する。また、スワール強度を検出する手段を設け、検出したスワール強度により第２噴射の実着火遅れ時間を補正し、その補正後の値を第２着火遅れ時間として燃料の性状を判別する。

・上記実施形態では、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分ΔＴに基づいて燃料の性状を判別したが、予め定めた標準遅れ時間Ｔｂｓと第２着火遅れ時間Ｔａｆとの差分（補正量ＫＴ）を用いて第１着火遅れ時間Ｔｐｉを補正し、その補正後の第１着火遅れ時間Ｔｐｉに基づいて燃料の性状を判別する構成としてもよい。

図８に、標準遅れ時間Ｔｂｓを用いた燃料性状判別処理の処理手順を示す。図８は、図５のステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理に代えて実行される処理である。図８において、ステップＳ３０１では、第２着火遅れ時間Ｔａｆ及び標準遅れ時間Ｔｂｓとから補正量ＫＴを算出する。ここでは、第２着火遅れ時間Ｔａｆから標準遅れ時間Ｔｂｓを差し引き、これを補正量ＫＴ（＝Ｔａｆ−Ｔｂｓ）とする。続くステップＳ３０２では、補正量ＫＴを用いて第１着火遅れ時間Ｔｐｉを補正する。例えば、第１着火遅れ時間Ｔｐｉから補正量ＫＴを差し引く。その後のステップＳ３０３では、補正後の第１着火遅れ時間Ｔｐｉを用いて、基準燃料からの組成ずれを表すパラメータとして軽質／重質度αを演算する。例えば、第１着火遅れ時間Ｔｐｉと軽質／重質度αとの関係を定めたマップを予め記憶しておき、そのマップを用いて、今回の第１着火遅れ時間Ｔｐｉに対応する軽質／重質度αを求める。

・上記実施形態では、メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高いことを条件に、第１着火遅れ時間Ｔｐｉ及び第２着火遅れ時間Ｔａｆに基づいて燃料性状を判別する構成とした。これを変更し、メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高いか否かの判定を実施せずに、メイン噴射の前後で燃料噴射を実施する場合には、第１着火遅れ時間Ｔｐｉ及び第２着火遅れ時間Ｔａｆに基づいて燃料性状を判別する構成としてもよい。

・メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高いか否かを判定する際に、上記実施形態では、筒内温度センサ３５により検出された値を用いたが、筒内温度を演算により求め、その求めた筒内温度（推定筒内温度）と判定温度Ｔｔｈとを比較する構成としてもよい。例えば、筒内圧センサ３１により検出された筒内圧力Ｐと、吸気圧センサにより検出された吸気圧力とを用いて、下記式（１）により筒内ガス温度Ｔを算出し、これを推定筒内温度とする。
Ｔ＝Ｐ＊Ｖ／（Ｗｇ＊Ｒ） …（１）
（式（１）中、Ｖは筒内容積であり、Ｗｇは筒内ガス質量であり、Ｒは気体定数である。）
なお、筒内容積Ｖは、クランク角から幾何学的に定まる値である。筒内ガス質量Ｗｇは、吸気圧センサにより検出される吸気圧力と、吸気温度センサにより検出される吸気温度と、吸気バルブ１６の閉弁時の容積とから推定した値である。こうした構成によれば、メイン噴射後の筒内温度が判定温度Ｔｔｈよりも高いか否かを判定する際に筒内温度センサ３５を必要とせずに、燃料性状の判別を安価にかつ精度を維持したまま実施することができる。また、筒内温度センサ３５と組み合わせることにより、筒内温度センサ３５が故障した場合にも燃料性状の判別処理を継続して実施することができる。

・検定用噴射により求めた燃料の軽質／重質度αと判定値との比較結果に応じて、燃料の軽質／重質度αに基づくエンジン１０の各種制御を補正するか否かを決定する構成としてもよい。具体的には、例えば図９（ａ）に示すように、検定用噴射により求めた燃料の軽質／重質度αが、基準値αｏに対して重質側に設定した判定値αｔｈよりも更に重質側の値であると判定されたことを条件に、燃料の軽質／重質度αに基づきエンジン１０の各種制御を補正する構成とする。例えば図９（ａ）のように、燃料の軽質／重質度αの検出値α１が、判定値αｔｈよりも重質側の範囲にある場合には、燃料の軽質／重質度αに基づく補正を実施する。

あるいは、図９（ｂ）に示すように、検定用噴射により求めた燃料の軽質／重質度αが、基準値αｏに対して軽質側に設定した第１判定値αｔｈ１よりも更に軽質側の値であると判定されたか、又は基準値αｏに対して重質側に設定した第２判定値αｔｈ２よりも更に重質側の値であると判定されたことを条件に、燃料の軽質／重質度αに基づきエンジン１０の各種制御を補正する構成とする。例えば図９（ｂ）では、燃料の軽質／重質度αの検出値α１は、第１判定値αｔｈ１と第２判定値αｔｈ２とに挟まれた標準範囲内にあり、この場合には、燃料の軽質／重質度αに基づく補正を実施しないものとする。

・排気の後処理として、触媒に燃料を供給して燃料中に含まれる炭化水素（ＨＣ）を還元剤として使用するＨＣ−ＳＣＲシステムに本発明を適用する場合に、燃料の軽質／重質度αの判定結果に応じて触媒性能を改善する制御を実施する構成としてもよい。具体的には、燃料の軽質／重質度αが重質側の値であるほど、触媒温度を上昇させる構成とする。

・排気の後処理として、排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒の低温吸温性能を向上させることを目的として、排気通路にオゾンを添加するシステムがある。こうしたシステムに本発明を適用する場合、燃料の軽質／重質度αの判定結果に応じてオゾンの添加量を設定する構成としてもよい。ＨＣ、ＣＯが増加すると、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸着性能が低下する。一方、オゾンはＨＣ、ＣＯとも反応するため、オゾンの添加量はＨＣ、ＣＯの排出量を考慮して決定される。したがって、燃料の軽質／重質度αに応じてオゾンの添加量を設定する構成とするとよい。この場合、燃料が軽質であるほど、オゾンの添加量を増量側に補正する。

・上記実施形態では、多段噴射の噴射パターンとしてパイロット噴射、メイン噴射及びアフター噴射をエンジン運転状態に応じて実施する構成としたが、更にプレ噴射やポスト噴射を実施する構成に本発明を適用してもよい。

１０…エンジン（内燃機関）、１４…吸気管、１５…排気管、１８…燃料噴射弁、２０…コモンレール（蓄圧容器）、３５…筒内温度センサ、４０…ＥＣＵ（燃料性状判別装置、噴射制御手段、性状判別手段、温度判定手段）。

Claims

燃料噴射弁（１８）から内燃機関（１０）の気筒（１１ａ）内に供給される燃料の性状を判別する燃料性状判別装置（４０）であって、
前記内燃機関の１燃焼サイクル中の前記燃料噴射弁による燃料噴射として、主噴射と、前記主噴射の前に前記主噴射よりも少ない噴射量で前記燃料を噴射する第１噴射と、前記主噴射の後に前記主噴射よりも少ない噴射量で前記燃料を噴射する第２噴射とを実施する噴射制御手段と、
前記第１噴射を開始してから前記第１噴射で噴射した前記燃料が着火するまでの時間である第１着火遅れ時間と、前記第２噴射を開始してから前記第２噴射で噴射した前記燃料が着火するまでの時間である第２着火遅れ時間とに基づいて前記燃料の性状を判別する性状判別手段と、
を備えることを特徴とする燃料性状判別装置。
前記主噴射の後の前記気筒内の温度が所定温度よりも高いか否かを判定する温度判定手段を備え、
前記性状判別手段は、前記温度判定手段により前記主噴射の後の前記気筒内の温度が前記所定温度よりも高いと判定された場合に、前記第１着火遅れ時間と前記第２着火遅れ時間とに基づき前記燃料の性状を判別する請求項１に記載の燃料性状判別装置。
前記噴射制御手段は、前記第２噴射としてアフター噴射を実施する請求項１又は２に記載の燃料性状判別装置。
前記噴射制御手段は、前記第２噴射として、前記燃料の性状の判別専用の燃料噴射を前記主噴射の後に実施する請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料性状判別装置。
前記性状判別手段は、前記第１着火遅れ時間と前記第２着火遅れ時間との差分に基づいて前記燃料の性状を判別する請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料性状判別装置。
前記性状判別手段は、予め定めた標準遅れ時間と前記第２着火遅れ時間との差分を用いて前記第１着火遅れ時間を補正し、該補正後の前記第１着火遅れ時間に基づいて前記燃料の性状を判別する請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料性状判別装置。