JP6406081B2 - 燃料性状判別装置 - Google Patents

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。第１の構成は、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、第１噴射と、前記第１噴射の後に前記第１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２噴射で噴射された燃料の熱発生量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。

気筒内の温度が十分に高い環境では、燃料の性状に寄らずに燃料の燃焼率が略一定となることに着目し、第１噴射によって気筒内の温度が十分に高くなった後に実施される第２噴射を燃料性状の判別対象の噴射とし、第２噴射で噴射された燃料の熱発生量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、燃料性状の相違を燃料の熱発生量の相違として正確に反映させることができ、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。 燃料組成ごとの筒内温度と燃焼率との関係を示す図。 燃料の熱発生率及び筒内温度の推移を示す図。 燃料性状判別処理における１燃焼サイクル中の噴射パターンを示す図。 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。 燃料の軽質／重質度と判定値とを示す図。 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。

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、つまり燃焼率が異なる。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。具体的には、シリンダ１１ａ内で燃料を実際に燃焼させることにより燃料の熱発生量を求め、その求めた熱発生量から燃料の炭素と水素との比率（Ｃ／Ｈ比）を推定する。特に本実施形態では、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、燃料の組成が異なっていても燃料の燃焼率が略同じになることに着目し、高温環境下での燃焼により得られた燃料の熱発生量に基づいて燃料性状を判別する処理を実施することとしている。

図３は、重質成分と軽質成分との含有割合が異なる３種類の燃料Ａ〜燃料Ｃ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）と燃焼率との関係を示す図である。燃料Ａ〜燃料Ｃのうち、燃料Ａは重質成分の含有割合が最も多い燃料であり、燃料Ｃは重質成分の含有割合が最も少ない燃料である。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Ａ〜燃料Ｃ間で燃焼率の差が大きい。ところが、筒内温度が高温になるほど、燃料間での燃焼率の差が小さくなり、温度Ｔｈｉよりも高温では、燃料の組成に関わらず燃料の燃焼率が略一定となる。

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燃焼サイクル中にパイロット噴射とメイン噴射とを実施する場合について示している。図中の「ＴＤＣ」は圧縮上死点を表す。図４に示すように、パイロット噴射の実施後では、燃料の噴射量が少なく筒内温度はさほど上昇しないが、メイン噴射の実施後では筒内温度が十分に上昇し、燃料組成に寄らず燃焼率が略一定となる温度Ｔｈｉよりも高くなる。

そこで本実施形態では、メイン噴射（第１噴射）の後に実施される噴射（第２噴射）に伴う熱発生量に基づいて、燃料の性状を判別することとしている。本実施形態では特に、第２噴射として、燃料の性状判別専用の燃料噴射としての検定用噴射をメイン噴射の後に実施し、その検定用噴射に伴う熱発生量に基づいて、燃料性状を判別する処理を実施することとしている。検定用噴射について具体的には、４つの気筒のうちの１つを検定気筒として選択し、検定気筒のみに対して少量の燃料を噴射する。また、メイン噴射の後にアフター噴射を実施する運転領域では、アフター噴射を禁止して検定用噴射を実施する。

図５に、燃料性状判別処理における１燃焼サイクル中の噴射パターンを示す。燃料性状の判別要求が生じた場合には、第１噴射としてのメイン噴射を実施した後に、第２噴射として、メイン噴射よりも少ない噴射量の燃料を噴射する。具体的には、熱発生量を検出可能な程度の噴射量の燃料を噴射する。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。こうした検定用噴射により噴射された燃料の燃焼により熱発生量Ｑが得られ、得られた熱発生量Ｑから燃料の軽質／重質度αを推定する。

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６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６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、（ａ）給油が行われた直後であること、及び（ｂ）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、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を含む。判定温度Ｔｔｈとしては、燃料性状の相違に起因する燃焼率のばらつきが所定量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、メイン噴射後のタイミングで検定用噴射を実施する。具体的には、４つの気筒から１つの気筒（例えば第１気筒）を検定気筒として選択し、該選択した検定気筒に対して、メイン噴射の直後に少量の燃料を噴射する。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）である場合には、全ての気筒についてアフター噴射を禁止し、検定気筒に対してのみ、メイン噴射の後に検定用噴射として燃料噴射を実施する。

なお、検定用噴射は、燃料性状の判別要求後において検定気筒に対し、１回の燃焼サイクルのみで行ってもよいし、複数の燃焼サイクルで行ってもよい。

検定用噴射の実施後のステップＳ１０５では、筒内圧センサ３１で検出した筒内圧を取得する。また、ステップＳ１０６では、検定用噴射から実際に噴射された燃料量である実噴射量を取得する。実噴射量については、圧力センサ３３により検出した燃料圧力と噴射期間とに基づいて算出する。続くステップＳ１０７では燃料の密度を取得する。ここでは、燃料密度センサ３２の検出値を取得するが、基準密度を予め記憶装置に記憶しておき、これを読み出してもよい。

ステップＳ１０８では、検定用噴射により噴射した燃料の熱発生量Ｑを算出する。本実施形態では、検定用噴射を実施しない場合の所定期間θ１〜θ２における熱発生量Ｑ１を検定前発熱量として、メイン噴射量に応じて予め記憶しておく（図５参照）。なお、検定前発熱量は、メイン噴射量に応じた適合値であってもよいし、検定用噴射を実施しない運転時において検出した値であってもよい。そして、今回の検定用噴射における所定期間θ１〜θ２での熱発生率の積分値Ｑ２（Ｑ２＝Ｑ＋Ｑ１）から、検定前発熱量（Ｑ１）を差し引くことにより、検定用噴射により噴射された燃料に由来する熱発生量Ｑを算出する。

ステップＳ１０９では、シリンダ１１ａ内に供給される燃料の低位発熱量Ｗを算出する。具体的には、検定用噴射により噴射された燃料の熱発生量Ｑと、実噴射量と、燃料密度とから燃料の低位発熱量Ｗを算出する。続くステップＳ１１０では、燃料の軽質／重質度αを算出する。本実施形態では、基準燃料におけるＣ／Ｈ比及び低位発熱量が基準値として予め記憶されている。また、Ｃ／Ｈ比と低位発熱量との関係が、例えば性状判定用マップとして予め記憶されている。ここでは、性状判定用マップを用いて、検定用噴射により求めた低位発熱量Ｗから燃料のＣ／Ｈ比を推定し、その推定したＣ／Ｈ比の基準値からのずれ量により燃料の軽質／重質度αを算出する。

図７に、性状判定用マップの一例を示す。図７に示すように、低位発熱量は、燃料のＣ／Ｈ比の変化に対して直線的に変化する。具体的には、燃料が重質であるほど（Ｃ／Ｈ比が大きいほど）低位発熱量は小さく、軽質であるほど（Ｃ／Ｈ比が小さいほど）低位発熱量は大きくなる。検定用噴射により求めた燃料の低位発熱量Ｗが、基準値Ｗｏよりも低発熱量側の値Ｗ１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、基準燃料の値αｏ（例えば１）よりも重質側の値α１となる。

なお、検定気筒の複数の燃焼サイクルで検定用噴射を実施した場合には、例えば各噴射回の低位発熱量Ｗの平均値から燃料の軽質／重質度αを算出する。

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。

筒内温度が十分に高い環境では、燃料の性状に寄らずに燃料の燃焼率が略一定となる。この点に着目し、メイン噴射によってエンジン１０の筒内温度が十分に高くなった後に実施される第２噴射（検定用噴射）を燃料性状の判別対象の噴射とし、第２噴射で噴射された燃料の熱発生量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、燃料性状の相違を燃料の熱発生量の相違として正確に反映させることができる。これにより、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、検定用噴射で噴射された燃料の熱発生量Ｑ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燃料性状を判別することから、燃料の燃焼率の違いに起因する熱発生量Ｑの誤差を小さくでき、燃料性状の判別精度をより高くできる。

第２噴射として、燃料性状の判別専用の燃料噴射である検定用噴射をメイン噴射の後に実施し、検定用噴射で噴射された燃料の熱発生量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、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、検定用噴射に伴う熱発生量Ｑに基づいて燃料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、例えば給油等により燃料性状が変化した場合にも、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。

燃料性状の判別要求時におけるエンジン運転状態が、アフター噴射を実施する運転領域である場合には、アフター噴射を禁止し、メイン噴射の後に検定用噴射を実施する構成とした。こうした構成によれば、燃料性状の判別処理を実施する機会を増やすことができることから、燃料性状の判別要求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。

燃料性状の判別要求が生じた場合には、複数の気筒のうち１気筒のみを対象として検定用噴射を実施し、その検定用噴射に伴う燃料の発発生量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、検定用噴射に伴うトルク変動を最小限に抑えつつ、燃料性状を判別することができる。また、検定用噴射を１気筒のみとすることで、検定用噴射による吸気条件のズレが生じにくく、熱発生率の演算時に誤差が生じにくくすることができる。

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検出する圧力センサ３３を設け、圧力センサ３３により検出した燃料圧力と、検定用噴射の噴射期間とに基づいて検定用噴射の実噴射量を算出するとともに、該算出した実噴射量を用いて燃料の低位発生量を算出した。こうした構成によれば、検定用噴射の実噴射量を精度良く算出することができ、更には低位発熱量を精度良く算出できることから、燃料性状の判別精度を高めることができる。

（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。

・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８（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８（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８（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８（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。

・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）である場合には、全ての気筒についてアフター噴射を禁止し、検定気筒に対してのみ検定用噴射を実施する構成とした。これを変更し、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ある場合には、検定用噴射を実施しない構成としてもよい。こうした構成とすることにより、アフター噴射による運転の適正化を維持しつつ、アフター噴射を実施しない運転領域において燃料性状を判別することができる。具体的には、上記図６のステップＳ１０３の燃料性状判別処理の実行条件として、今現在のエンジン運転領域が、アフター噴射を実施しない運転領域であることを含む構成とする。

・上記実施形態では、第２噴射として検定用噴射を実施する構成としたが、これに代えて、第２噴射をアフター噴射とし、アフター噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づいて燃料性状を判別する構成としてもよい。この構成によれば、アフター噴射を利用して燃料性状を判別することから、アフター噴射による運転の適正化を図りつつ、燃料性状判別処理の実施の機会を確保することができる。

図９に、アフター噴射を利用した燃料性状判別処理の処理手順を示す。なお、図９の説明では、上記図６と同じ処理については図６のステップ番号を付してその説明を省略する。図９において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３では、上記図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様の処理を実行する。続くステップＳ２０４では、今現在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）か否かを判定する。ステップＳ２０４で否定判定された場合には、ステップＳ２０５へ進み、メイン噴射の後に、第２噴射として検定用噴射を実施する。この場合、全気筒を対象にメイン噴射の後に検定用噴射を実施してもよいが、１つの気筒を対象に検定用噴射を実施することが望ましい。一方、ステップＳ２０４で肯定判定された場合には、ステップＳ２０６へ進み、全気筒を対象に、メイン噴射の後に第２噴射としてのアフター噴射を実施する。その後、ステップＳ２０７〜Ｓ２１２では、上記図６のステップＳ１０５〜Ｓ１１０と同様の処理を実行することにより、第２噴射（検定用噴射又はアフター噴射）に伴う熱発生量から燃料の軽質／重質度αを算出する。

・メイン噴射を分割して噴射するシステムに本発明を適用してもよい。この場合、先のメイン噴射よりも後のメイン噴射の噴射量を少なくし、後のメイン噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づいて燃料の性状を判別する。なお、先のメイン噴射が第１噴射に相当し、後のメイン噴射が第２噴射に相当する。

・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、検定用噴射で噴射された燃料の熱発生量Ｑに基づき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、メイン噴射後には検定用噴射を実施するとともに、検定用噴射で噴射された燃料の熱発生量Ｑに基づき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。

・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、検定用噴射を１気筒のみを対象として実施したが、２つ以上の気筒に対して検定用噴射を実施する構成としてもよい。具体的には、例えば４気筒のうちの２気筒に対して実施する構成、あるいは全気筒に対して実施する構成などを採用することができる。

・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。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１８に圧力センサ３３を設け、該圧力センサ３３により検出した燃料圧力と、検定用噴射の噴射期間とから検定用噴射の実噴射量を算出するとともに、その算出した実噴射量と、検定用噴射に伴う熱発生量Ｑとを用いて、燃料の軽質／重質度αを算出する構成としたが、実噴射量の算出に際して、圧力センサ３３により検出した燃料圧力を用いない構成としてもよい。この場合、検定用噴射の噴射期間から検定用噴射の実噴射量を算出し、該算出した実噴射量と検定用噴射に伴う熱発生量Ｑとを用いて、燃料の軽質／重質度αを算出する。こうした構成は、圧力センサ３３を備えない燃料噴射システムを搭載する車両に好適である。

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）、３３…圧力センサ、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 (8)

1. 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、第１噴射と、前記第１噴射の後に前記第１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２噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づいて前記燃料の性状を判別する性状判別手段と、
   前記第１噴射後における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と、
   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第１噴射後における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２噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づき前記燃料の性状を判別することを特徴とする燃料性状判別装置。
2. 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第１噴射の後に実施し、
   前記性状判別手段は、前記判別専用の燃料噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づいて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。
3. 前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁による多段噴射の噴射パターンが予め定められており、
   前記第１噴射は、前記多段噴射のうちのメイン噴射であり、
   前記噴射制御手段は、前記多段噴射における前記メイン噴射の後の燃料噴射を禁止して前記判別専用の燃料噴射を実施する請求項２に記載の燃料性状判別装置。
4. 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、第１噴射と、前記第１噴射の後に前記第１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２噴射で噴射された燃料の熱発生量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、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁による多段噴射の噴射パターンが予め定められており、
   前記第１噴射は、前記多段噴射のうちのメイン噴射であり、
   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第１噴射の後に実施し、かつ、前記多段噴射における前記メイン噴射の後の燃料噴射を禁止して前記判別専用の燃料噴射を実施し、
   前記性状判別手段は、前記判別専用の燃料噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づいて前記燃料の性状を判別することを特徴とする燃料性状判別装置。
5. 前記内燃機関は前記気筒を複数有し、
   前記噴射制御手段は、前記燃料の性状の判別要求が生じた場合に、前記複数の気筒のうちの１つである特定気筒に対して前記第２噴射を実施し、
   前記性状判別手段は、前記特定気筒に対して実施された前記第２噴射での前記燃料の熱発生量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。
6. 前記燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（２０）と、前記蓄圧容器から前記燃料噴射弁の噴射孔までの燃料通路内の燃料圧力を検出する圧力センサ（３３）とを備える燃料噴射システムに適用され、
   前記性状判別手段は、前記圧力センサにより検出した燃料圧力と、前記第２噴射の噴射期間とに基づいて前記第２噴射の実噴射量を算出し、該算出した実噴射量と、前記第２噴射で噴射された燃料の熱発生量とに基づいて前記燃料の性状を判別する請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判別装置。
7. 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、
   前記燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（２０）と、前記蓄圧容器から前記燃料噴射弁の噴射孔までの燃料通路内の燃料圧力を検出する圧力センサ（３３）とを備える燃料噴射システムに適用され、
   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、第１噴射と、前記第１噴射の後に前記第１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２噴射で噴射された燃料の熱発生量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、
   前記性状判別手段は、前記圧力センサにより検出した燃料圧力と、前記第２噴射の噴射期間とに基づいて前記第２噴射の実噴射量を算出し、該算出した実噴射量と、前記第２噴射で噴射された燃料の熱発生量とに基づいて前記燃料の性状を判別することを特徴とする燃料性状判別装置。
8. 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し、
   前記性状判別手段は、前記アフター噴射で噴射された燃料の熱発生量に基づいて前記燃料の性状を判別する請求項１又は７に記載の燃料性状判別装置。

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