特許 6032244 燃料性状判定装置、及び燃料性状判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6032244

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】燃料性状判定装置、及び燃料性状判定方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20161114BHJP

   F02M 65/00 20060101ALI20161114BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 364K

   F02D45/00 364D

   F02M65/00 302

   F02D45/00 362J

   F02M65/00 304

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-110801(P2014-110801)

(22)【出願日】2014年5月29日

(65)【公開番号】特開2015-224608(P2015-224608A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2016年1月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(72)【発明者】

【氏名】山田 直幸

(72)【発明者】

【氏名】三上 直己

【審査官】 立花 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１５１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１４７３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−３２１７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３９２２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ６５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（４２）と、前記燃料を噴射孔（１１ｂ）から噴射する燃料噴射弁（１０）と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路（４２ｂ、１１ａ）と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサ（２０）と、を備える燃料噴射システムに適用される燃料性状判定装置（３０）であって、
前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する波形取得部と、
前記波形取得部により取得される前記圧力波形の脈動周期及び前記燃料通路の長さに基づいて、前記圧力波形を形成する圧力波の速度を算出する速度算出部と、
前記速度算出部により算出される前記速度に基づいて、前記燃料の密度を算出する密度算出部と、
前記燃料のセタン価を算出するセタン価算出部と、
前記密度算出部により算出される前記密度及び前記セタン価算出部により算出される前記セタン価に基づいて、前記燃料の動粘度を算出する動粘度算出部と、
前記動粘度算出部により算出される前記動粘度に基づいて、前記燃料の性状を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする燃料性状判定装置。

【請求項2】

燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備える燃料噴射システムに適用される燃料性状判定装置であって、
前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する波形取得部と、
前記波形取得部により取得される前記圧力波形の脈動周期及び前記燃料通路の長さに基づいて、前記圧力波形を形成する圧力波の速度を算出する速度算出部と、
前記速度算出部により算出される前記速度に基づいて、前記燃料の密度を算出する密度算出部と、
前記燃料のセタン価を算出するセタン価算出部と、
前記密度算出部により算出される前記密度及び前記セタン価算出部により算出される前記セタン価に基づいて、前記燃料の性状を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする燃料性状判定装置。

【請求項3】

前記波形取得部により取得される前記圧力波形に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射量を算出する噴射量算出部を備え、
前記燃料噴射システムが搭載されるエンジンには、前記エンジンの回転速度を検出する回転速度センサ（２５）が設けられており、
前記セタン価算出部は、前記噴射量算出部により算出される前記噴射量が所定量となるように前記燃料噴射弁により前記燃料を噴射させた際に、前記回転速度センサにより検出される前記回転速度の変動量に基づいて、前記セタン価を算出する請求項1又は２に記載の燃料性状判定装置。

【請求項4】

前記波形取得部により取得される前記圧力波形に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射前後での燃料圧力の低下量を算出する低下量算出部と、
前記波形取得部により取得される前記圧力波形に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
を備え、
前記密度算出部は、前記速度算出部により算出される前記速度、前記低下量算出部により算出される前記低下量、前記噴射量算出部により算出される前記噴射量、及び前記燃料通路の容積に基づいて、前記燃料の密度を算出する請求項1〜３のいずれか１項に記載の燃料性状判定装置。

【請求項5】

前記動粘度算出部は、燃料の密度、動粘度、及びセタン価の予め求められた相関関係を用いて、前記密度算出部により算出される前記密度から前記動粘度を算出する請求項1に記載の燃料性状判定装置。

【請求項6】

前記動粘度算出部は、燃料の密度と動粘度との予め求められた相関関係を用いて、前記密度算出部により算出される前記密度から前記動粘度を算出し、前記セタン価算出部により算出される前記セタン価に応じて前記動粘度を補正する請求項1に記載の燃料性状判定装置。

【請求項7】

前記速度算出部は、前記燃料通路の長さの２倍の長さを、前記波形取得部により取得される前記圧力波形の脈動周期で割ることにより、前記速度を算出する請求項1〜６のいずれか１項に記載の燃料性状判定装置。

【請求項8】

前記動粘度算出部により算出される前記動粘度に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射状態を制御する制御部を備える請求項1、５，６のいずれか１項に記載の燃料性状判定装置。

【請求項9】

前記判定部は、前記密度算出部により算出される前記密度が所定密度よりも高い場合に、前記セタン価算出部により前記セタン価を算出することなく、前記燃料の性状が良好であると判定する請求項1〜８のいずれか１項に記載の燃料性状判定装置。

【請求項10】

前記判定部は、前記セタン価算出部により算出される前記セタン価が所定セタン価よりも高い場合に、前記密度算出部により前記密度を算出することなく、前記燃料の性状が良好であると判定する請求項1〜９のいずれか１項に記載の燃料性状判定装置。

【請求項11】

燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備える燃料噴射システムにおいて、前記燃料の性状を判定する方法であって、
前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する工程と、
取得した前記圧力波形の脈動周期及び前記燃料通路の長さに基づいて、前記圧力波形を形成する圧力波の速度を算出する工程と、
算出した前記速度に基づいて、前記燃料の密度を算出する工程と、
前記燃料のセタン価を算出する工程と、
算出した前記密度及び算出したセタン価に基づいて、前記燃料の動粘度を算出する工程と、
算出した前記動粘度に基づいて、前記燃料の性状を判定する工程と、
を備えることを特徴とする燃料性状判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料噴射システムに供給される燃料の性状を判定する燃料性状判定装置、及び燃料性状判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料供給ポンプの内部を流れる燃料の温度が所定以上の上昇をした時に、燃料供給ポンプが異常であると判定するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、粗悪燃料の使用により燃料供給ポンプの内部で摺動不良等の異常が発生すると、潤滑油である燃料の温度が上昇するため、その燃料の温度を基にポンプの異常を検出することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１９４２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、燃料の温度変化は緩やかであるため、燃料供給ポンプの異常を検出するまでに、ポンプの駆動や燃料噴射弁による燃料噴射等に悪影響を及ぼすおそれがある。また、燃料の温度を正確に検出するためには、高精度の温度センサが必要となる。

【0005】

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、迅速に燃料性状を判定することのできる燃料性状判定装置、及び燃料性状判定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

【0007】

請求項１に記載の発明は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備える燃料噴射システムに適用される燃料性状判定装置であって、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する波形取得部と、前記波形取得部により取得される前記圧力波形の脈動周期及び前記燃料通路の長さに基づいて、前記圧力波形を形成する圧力波の速度を算出する速度算出部と、前記速度算出部により算出される前記速度に基づいて、前記燃料の密度を算出する密度算出部と、前記燃料のセタン価を算出するセタン価算出部と、前記密度算出部により算出される前記密度及び前記セタン価算出部により算出される前記セタン価に基づいて、前記燃料の動粘度を算出する動粘度算出部と、前記動粘度算出部により算出される前記動粘度に基づいて、前記燃料の性状を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

【0008】

上記構成によれば、蓄圧容器に燃料が蓄圧保持され、燃料通路を通じて蓄圧容器から燃料噴射弁の噴射孔まで燃料が流通させられる。燃料通路内の燃料圧力が燃圧センサにより検出される。また、燃料のセタン価が算出される。なお、セタン価の算出方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。

【0009】

ここで、燃料噴射弁による燃料の噴射時に燃圧センサにより検出される燃料圧力に基づいて、燃料圧力の変化を示す圧力波形が取得される。取得された圧力波形の脈動周期及び燃料通路の長さに基づいて、圧力波形を形成する圧力波の速度が算出される。すなわち、燃料の噴射後に燃料通路内に残留する圧力波は、燃料通路内を往復して定常波を形成する。このため、圧力波形の脈動周期（定常波の振動周期）と燃料通路の長さとに基づいて、圧力波の速度を算出することができる。なお、定常波においては、燃圧センサが燃料通路内の燃料圧力を検出する位置は任意である。そして、算出された圧力波の速度に基づいて、燃料の密度が算出される。すなわち、圧力波の速度と燃料の密度との物理的関係に基づいて、燃料の密度を算出することができる。

【0010】

そして、算出された燃料の密度及び算出されたセタン価に基づいて、燃料の動粘度が算出される。すなわち、燃料の密度と燃料の動粘度とは相関関係がある。さらに、セタン価を考慮することで、燃料の密度と燃料の動粘度との相関がより強くなることが、本願発明者によって確認された。したがって、これらの相関関係を用いて、燃料の密度から燃料の動粘度を算出することができる。なお、燃料の密度、燃料の動粘度、及びセタン価の相関関係は、予め実験等により求めておくことができる。

【0011】

燃料の動粘度は、燃料の潤滑油としての特性等を示すため、燃料の動粘度に基づいて燃料性状の良否を判定することができる。このように、燃料の噴射時に燃圧センサにより燃料圧力を検出することによって、燃料の性状を判定することができる。したがって、迅速に燃料性状を判定することができる。

【0012】

請求項２に記載の発明は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備える燃料噴射システムに適用される燃料性状判定装置であって、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する波形取得部と、前記波形取得部により取得される前記圧力波形の脈動周期及び前記燃料通路の長さに基づいて、前記圧力波形を形成する圧力波の速度を算出する速度算出部と、前記速度算出部により算出される前記速度に基づいて、前記燃料の密度を算出する密度算出部と、前記燃料のセタン価を算出するセタン価算出部と、前記密度算出部により算出される前記密度及び前記セタン価算出部により算出される前記セタン価に基づいて、前記燃料の性状を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

【0013】

上述したように、燃料の密度、燃料の動粘度、及びセタン価は、相関関係がある。したがって、請求項２に記載の発明のように、算出された密度及びセタン価に基づいて、燃料の性状を判定することもできる。

【0014】

請求項１１に記載の発明は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備える燃料噴射システムにおいて、前記燃料の性状を判定する方法であって、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する工程と、取得した前記圧力波形の脈動周期及び前記燃料通路の長さに基づいて、前記圧力波形を形成する圧力波の速度を算出する工程と、算出した前記速度に基づいて、前記燃料の密度を算出する工程と、前記燃料のセタン価を算出する工程と、算出した前記密度及び算出したセタン価に基づいて、前記燃料の動粘度を算出する工程と、算出した前記動粘度に基づいて、前記燃料の性状を判定する工程と、を備えることを特徴とする。

【0015】

上記工程によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】燃料噴射システムの概略を示す模式図。

【図2】噴射指令信号に対応する噴射率及び燃圧の変化を示すタイムチャート。

【図3】燃料性状判定の処理手順を示すフローチャート。

【図4】判定用噴射時におけるセタン価とエンジン回転速度との関係を示すグラフ。

【図5】低セタン価燃料の密度と動粘度との相関関係を示すグラフ。

【図6】高セタン価燃料の密度と動粘度との相関関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、車載ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ディーゼルエンジン（内燃機関）は、４つの気筒＃１〜＃４を備えており、気筒内に高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させる。

【0018】

図１は、燃料噴射システムの概略を示す模式図である。まず、燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射システムについて説明する。

【0019】

燃料タンク４０内の燃料は、燃料ポンプ４１によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧保持される。コモンレール４２には、各燃料配管４２ｂを介して、各気筒の燃料噴射弁１０（#1〜#4）が接続されている。コモンレール４２内の燃料は、各燃料配管４２ｂを通じて、燃料噴射弁１０（#1〜#4）へ分配供給される。複数の燃料噴射弁１０（#1〜#4）は、所定の順序で燃料の噴射を行う。本実施形態では、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で繰り返し噴射することを想定している。

【0020】

なお、燃料ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられており、プランジャの往復動に同期して燃料が圧送される。そして、燃料ポンプ４１は、エンジン出力を駆動源としてクランク軸により駆動され、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で噴射される期間中に、決められた回数だけ燃料を圧送する。

【0021】

燃料噴射弁１０は、ボデー１１、ニードル形状の弁体１２及び電動アクチュエータ１３等を備えている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴射孔１１ｂを形成している。弁体１２は、ボデー１１内に収容されて噴射孔１１ｂを開閉する。なお、上記燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａによって、コモンレール４２から噴射孔１１ｂまで燃料を流通させる燃料通路が構成されている。

【0022】

ボデー１１内には弁体１２に背圧を付与する背圧室１１ｃが形成されており、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄは背圧室１１ｃと接続されている。電動アクチュエータ１３は、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態を切り換えるように、制御弁１４を作動させる。電動アクチュエータ１３の駆動は、ＥＣＵ３０により制御される。

【0023】

背圧室１１ｃが低圧通路１１ｄと連通するよう制御弁１４を作動させると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下して弁体１２はリフトアップ（開弁作動）し、噴射孔１１ｂが開かれる。その結果、コモンレール４２から高圧通路１１ａへ供給された高圧燃料は、噴射孔１１ｂから燃焼室へ噴射される。一方、背圧室１１ｃが高圧通路１１ａと連通するよう制御弁１４を作動させると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁作動）し、噴射孔１１ｂが閉じられて燃料噴射が停止される。

【0024】

燃圧センサ２０は、以下に説明するステム２１（起歪体）及び圧力センサ素子２２等を備えている。ステム２１はボデー１１に取り付けられており、ステム２１に形成されたダイヤフラム部２１ａが高圧通路１１ａを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。圧力センサ素子２２はダイヤフラム部２１ａに取り付けられており、ダイヤフラム部２１ａで生じた弾性変形量に応じて圧力検出信号をＥＣＵ３０へ出力する。

【0025】

燃圧センサ２０は、全ての燃料噴射弁１０に搭載されている。以下の説明では、気筒＃１に搭載されている燃料噴射弁１０を噴射弁１０(#1)、噴射弁１０(#1)に搭載されている燃圧センサ２０をセンサ２０(#1)と記載する。同様に、気筒＃２〜＃４に搭載されている燃料噴射弁１０および燃圧センサ２０を、噴射弁１０(#2〜#4)、センサ２０(#2〜#4)と記載する。

【0026】

ＥＣＵ３０（電子制御装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、及び入出力インターフェイス等を備える周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３０は、車両のアクセルペダルの操作量やエンジン負荷、エンジン回転速度ＮＥ等に基づき目標噴射状態（噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等）を算出する。例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度に対応する最適噴射状態を、噴射状態マップにして記憶させておく。そして、現状のエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づき、噴射状態マップを参照して目標噴射状態を算出する。なお、エンジン回転速度ＮＥは、エンジンに設けられた回転速度センサ２５により検出される。

【0027】

算出した目標噴射状態に対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、ｔｑ（図２（ａ）参照）は、後に詳述する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒｍａｘに基づき設定される。そして、これらの噴射率パラメータの学習値は、燃圧センサ２０の検出値の変化（圧力波形）により検出される。

【0028】

次に、噴射率パラメータを検出して学習する手法について、図２を用いて以下に説明する。なお、以下の説明では、噴射弁１０(#1)で燃料噴射した時のセンサ２０(#1)の検出値に基づく学習についての説明であるが、他の噴射弁で噴射している時についても同様であり、噴射している燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０の検出値に基づき噴射率パラメータを学習する。

【0029】

例えば噴射弁１０(#1)で燃料噴射した時には、センサ２０(#1)の検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を燃圧波形（図２（ｃ）参照）として検出する。検出した燃圧波形に基づき単位時間当たりの燃料噴射量の変化を表した噴射率波形（図２（ｂ）参照）を演算して、噴射状態を検出する。検出した噴射率波形（噴射状態）を特定する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒｍａｘを学習して、噴射弁１０(#1)の噴射制御に用いる。

【0030】

図２（ｃ）の燃圧波形に示されるセンサ２０(#1)の検出値は、噴射開始に伴い変化点Ｐ１から降下を開始し、最大噴射率に達したことに伴い変化点Ｐ２にて降下が終了する。その後、弁体１２のリフトダウンを開始したことに伴い変化点Ｐ３で上昇を開始し、弁体１２が閉弁して噴射終了したことに伴い変化点Ｐ４で上昇が終了する。その後、上昇と下降を繰り返すよう脈動しながら減衰していく（一点鎖線枠Ｗｃ内参照）。すなわち、燃料の噴射後に燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａ内に残留する圧力波は、燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａ内を往復して定常波を形成する。

【0031】

燃料を噴射した直後は、その噴射分だけ噴射システム内全体の燃料圧力が低下する。詳しくは、図２（ｃ）に示すように、噴射開始前の基準圧力Ｐｓから噴射終了後の圧力Ｐｅまで、燃料圧力が低下量ΔＰｃだけ低下する。

【0032】

この燃圧波形は、図２（ｂ）に示す噴射率波形と相関がある。具体的には、変化点Ｐ１の出現時期と噴射開始時期Ｒ１とは相関があり、変化点Ｐ３の出現時期と噴射終了時期Ｒ４とは相関があり、変化点Ｐ１からＰ２までの圧力降下量ΔＰと最大噴射率（噴射率パラメータＲｍａｘ）とは相関がある。

【0033】

図２（ａ）は、噴射弁１０(#1)に出力した噴射指令信号を示しており、先述した噴射率パラメータｔｄは、噴射開始指令時期ｔ１に対する噴射開始時期Ｒ１の遅れ時間（噴射開始遅れ時間ｔｄ）である。噴射率パラメータｔｅは、噴射終了指令時期ｔ２に対する噴射終了時期Ｒ４の遅れ時間（噴射終了遅れ時間ｔｅ）である。

【0034】

したがって、先述した各種相関を表す相関係数を予め試験して取得しておき、これらの相関係数を用いて、センサ２０(#1)の燃圧波形から検出された変化点Ｐ１，Ｐ３の出現時期および圧力降下量ΔＰに基づき、噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒｍａｘを算出する。また、これらの噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒｍａｘに基づいて噴射率波形を推定することができ、推定した噴射率波形の面積（図２（ｂ）中の網点ハッチ参照）に基づき噴射量Ｑを算出する。

【0035】

以上により、燃圧センサ２０の検出値を用いれば、噴射指令信号に対する実際の噴射状態（噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒｍａｘおよび噴射量Ｑ等）を算出して学習することができる。そして、ＥＣＵ３０は、その学習値に基づき目標噴射状態に対応する噴射指令信号を設定する。

【0036】

次に、燃料噴射システムにおいて、現在使用されている燃料の性状を判定する燃料性状判定について説明する。図３は、燃料性状判定の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、ＥＣＵ３０（燃料性状判定装置）によって所定の周期で繰り返し実行される。

【0037】

まず、燃料性状判定用の噴射を実行する条件が成立しているか否か判定する（Ｓ１０）。具体的には、エンジンの暖機が完了しており、エンジンの燃料カット中である場合に、判定用の噴射条件が成立していると判定する。この判定において、燃料性状判定用の噴射を実行する条件が成立していないと判定した場合（Ｓ１０：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

【0038】

一方、Ｓ１０の判定において、燃料性状判定用の噴射を実行する条件が成立していると判定した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、燃料噴射弁１０により燃料を噴射させる（Ｓ１１）。詳しくは、エンジン回転速度ＮＥが所定の回転速度ＮＥｊになった時に、１つの燃料噴射弁１０に対して、噴射指令信号を出力して所定量Ｑｊの燃料を噴射させる。この燃料性状判定用の噴射は、１つの燃料噴射弁１０によって１回のみ実行される。このとき、後述するＳ１５の処理で算出される燃料の噴射量が所定量Ｑｊとなるように、燃料噴射弁１０の駆動を制御する。続いて、Ｓ１２〜Ｓ１６の燃料の密度ρを算出する処理と、Ｓ２１〜Ｓ２４の燃料の密度ρと動粘度νとの相関関係を選択する処理とが、並行して実行される。なお、Ｓ１２〜Ｓ１６の処理と、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理とは、互いに前後して実行されてもよい。

【0039】

燃料噴射弁１０による燃料噴射時に、噴射を行っている燃料噴射弁１０の燃圧センサ２０により検出される燃料圧力に基づいて、燃料圧力の変化を示す圧力波形を取得する（Ｓ１２）。例えば、噴射弁１０(#1)で燃料を噴射した時には、センサ２０(#1)の検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を圧力波形（図２（ｃ）参照）として取得する。

【0040】

続いて、取得した圧力波形の脈動周期Ｔ及び燃料通路の長さＬに基づいて、圧力波形を形成する圧力波の速度ｖを算出する（Ｓ１３）。詳しくは、図２（ｃ）の一点鎖線枠Ｗｃ内に示すように、圧力波形のうち、燃料の噴射終了後に生じる脈動部分の１周期分を計測して周期Ｔを算出する。そして、この周期Ｔで、燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａ（燃料通路）の長さＬの２倍の長さ２Ｌを割ることにより、圧力波の速度ｖを算出する。

【0041】

続いて、取得した圧力波形に基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射前後での燃料圧力の低下量ΔＰｃを算出する（Ｓ１４）。詳しくは、図２（ｃ）に示すように、噴射開始前の基準圧力Ｐｓから噴射終了後の圧力Ｐｅを引いて、燃料圧力の低下量ΔＰｃを算出する。

【0042】

続いて、取得した圧力波形に基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射量Ｑを算出する（Ｓ１５）。詳しくは、上述したように、噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒｍａｘに基づいて噴射率波形を推定し、推定した噴射率波形の面積（図２（ｂ）中の網点ハッチ参照）に基づき噴射量Ｑを算出する。なお、Ｓ１３〜Ｓ１５の処理順序は、任意に変更することができる。

【0043】

続いて、上記のように算出した速度ｖ、低下量ΔＰｃ、噴射量Ｑ、及び燃料通路の容積Ｖに基づいて、燃料の密度ρを算出する（Ｓ１６）。詳しくは、流体力学で規定される下式により、密度ρを算出する。燃料通路の容積Ｖは、燃料配管４２ｂの容積と高圧通路１１ａの容積の合計である。なお、「ｖ＾２」は、ｖの二乗を意味する。ρ＝ΔＰｃ×Ｖ／（Ｑ×ｖ＾２）。

【0044】

また、燃料噴射弁１０による燃料噴射後に、エンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥを検出する（Ｓ２１）。詳しくは、図４に示すように、エンジン回転速度ＮＥが所定の回転速度ＮＥｊになった時に、所定量Ｑｊの燃料が噴射されると、噴射された燃料の燃焼で発生するトルクＴｑによりエンジン回転速度ＮＥが上昇（変動）する。そこで、燃料の噴射によるエンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥを、回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥに基づいて検出する。

【0045】

続いて、検出された変動量ΔＮＥに基づいて、トルクＴｑの変動量ΔＴｑを算出する（Ｓ２２）。詳しくは、検出された変動量ΔＮＥを用いて、下式によりトルクＴｑを算出する。Ｔｑ＝ｋ×ＮＥ×ΔＮＥ。ｋは比例定数である。そして、トルクＴｑの変動量ΔＴｑを算出する。ここで、図４に示すように、所定量Ｑｊの燃料を噴射した際にエンジン回転速度ＮＥが上昇する量は、燃料のセタン価ＣＮに応じて異なる。具体的には、燃料のセタン価ＣＮが高いほど、エンジン回転速度ＮＥの上昇量は大きくなる。このため、エンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥに基づいて算出されたるトルクＴｑの変動量ΔＴｑも、燃料のセタン価ＣＮに応じて異なることとなる。

【0046】

続いて、算出されたトルクＴｑの変動量ΔＴｑに基づいて、燃料のセタン価ＣＮを算出する（Ｓ２３）。詳しくは、予め実験等に基づいて取得したトルクＴｑの変動量ΔＴｑと燃料のセタン価ＣＮとの関係に基づいて、燃料のセタン価ＣＮを算出する。なお、燃料の噴射によるエンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥに基づいて、燃料のセタン価ＣＮを算出することもできる。

【0047】

続いて、算出されたセタン価に基づいて、燃料の密度ρと動粘度νとの相関関係を選択する（Ｓ２４）。詳しくは、図５に「＋」で示すように、全ての燃料を対象とした場合、燃料の密度ρと動粘度νとは相関を有するものの、そのばらつきが比較的大きくなっている。これに対して、同図に「○」で示すように、対象を低セタン価の燃料に絞ると、燃料の密度ρと動粘度νとの相関が強くなり、そのばらつきが比較的小さくなっている。実線の直線は、低セタン価の燃料における密度ρと動粘度νとの相関関係を示すグラフである。破線の直線は、実線の直線からのばらつきが所定値よりも小さくなる範囲の上限と下限とを示している。

【0048】

同様にして、図６に「○」で示すように、対象を高セタン価の燃料に絞ると、燃料の密度ρと動粘度νとの相関が強くなり、そのばらつきが比較的小さくなっている。図５に実線で示す低セタン価の燃料のグラフに対して、図６に実線で示す高セタン価の燃料のグラフは、動粘度νが高い側にシフトすると共に傾きが大きくなっている。これらを踏まえて、算出されたセタン価に応じて、燃料の密度ρと動粘度νとの相関関係を示すグラフを選択する。

【0049】

続いて、選択した燃料の密度ρと動粘度νとの相関関係を示すグラフを用いて、密度ρから燃料の動粘度νを算出する（Ｓ１７）。すなわち、燃料の密度ρ、動粘度ν、及びセタン価ＣＮの予め求められた相関関係を用いて、算出された密度ρから燃料の動粘度νを算出する。

【0050】

続いて、算出した燃料の動粘度νが閾値ｒよりも小さいか否か判定する（Ｓ１８）。ここで、燃料の動粘度νが小さいほど、燃料による潤滑性が低下し、燃料の潤滑油としての特性が低下することとなる。上記閾値ｒは、燃料ポンプ４１の駆動や燃料噴射弁１０による燃料の噴射に、現在使用している燃料が悪影響を及ぼすか否か判定することのできる値に設定されている。

【0051】

上記判定において、算出した燃料の動粘度νが閾値ｒよりも小さいと判定した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、燃料性状の悪化に対する処置を行う（Ｓ１９）。ここで、燃料の動粘度νに応じて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射特性が変化する。このため、算出した燃料の動粘度νに基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射状態を制御する。詳しくは、動粘度νに応じて、目標噴射状態（噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等）を補正する。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

【0052】

一方、上記判定において、算出した燃料の動粘度νが閾値ｒよりも小さくないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。すなわち、燃料性状が悪化していない（良好である）と判定して、燃料性状の悪化に対する処置は行わない。

【0053】

なお、Ｓ１２の処理が波形取得部としての処理に相当し、Ｓ１３の処理が速度算出部としての処理に相当し、Ｓ１４の処理が低下量算出部としての処理に相当し、Ｓ１５の処理が噴射量算出部としての処理に相当し、Ｓ１６の処理が密度算出部としての処理に相当し、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理がセタン価算出部としての処理に相当し、Ｓ１７の処理が動粘度算出部としての処理に相当し、Ｓ１８の処理が判定部としての処理に相当し、Ｓ１９の処理が制御部としての処理に相当する。

【0054】

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

【0055】

・燃料噴射弁１０による燃料の噴射時に燃圧センサ２０により検出される燃料圧力に基づいて、燃料圧力の変化を示す圧力波形が取得される。取得された圧力波形の脈動周期Ｔ及び燃料通路の長さＬに基づいて、圧力波形を形成する圧力波の速度ｖが算出される。すなわち、燃料の噴射後に燃料通路内に残留する圧力波は、燃料通路内を往復して定常波を形成する。このため、圧力波形の脈動周期Ｔ（定常波の振動周期）と燃料通路の長さＬとに基づいて、圧力波の速度ｖを算出することができる。なお、定常波においては、燃圧センサ２０が燃料通路内の燃料圧力を検出する位置は任意である。そして、算出された圧力波の速度ｖに基づいて、燃料の密度ρが算出される。すなわち、圧力波の速度ｖと燃料の密度ρとの物理的関係に基づいて、燃料の密度ρを算出することができる。

【0056】

・算出された燃料の密度ρ及び算出されたセタン価ＣＮに基づいて、燃料の動粘度νが算出される。すなわち、燃料の密度ρと燃料の動粘度νとは相関関係がある。さらに、セタン価ＣＮを考慮することで、燃料の密度ρと燃料の動粘度νとの相関がより強くなることが、本願発明者によって確認された。したがって、これらの相関関係を用いて、燃料の密度ρから燃料の動粘度νを算出することができる。

【0057】

・燃料の動粘度νは、燃料の潤滑油としての特性等を示すため、燃料の動粘度νに基づいて燃料性状の良否を判定することができる。このように、燃料の噴射時に燃圧センサ２０により燃料圧力を検出することによって、燃料の性状を判定することができる。したがって、迅速に燃料性状を判定することができる。

【0058】

・圧力波形に基づいて算出される燃料の噴射量Ｑが所定量Ｑｊとなるように、燃料噴射弁１０により燃料が噴射される。このため、燃料のセタン価ＣＮにかかわらず、正確に所定量Ｑｊの燃料を噴射した上で、エンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥを検出することができる。このため、変動量ΔＮＥに基づき算出されるトルクＴｑの変動量ΔＴｑ、ひいてはセタン価ＣＮを正確に算出することができる。

【0059】

・取得された圧力波形に基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射前後での燃料圧力の低下量ΔＰｃが算出される。また、取得された圧力波形に基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射量Ｑが算出される。そして、算出された圧力波の速度ｖ、算出された燃料圧力の低下量ΔＰｃ、算出された燃料の噴射量Ｑ、及び燃料通路の容積Ｖに基づいて、燃料の密度ρが算出される。すなわち、取得された圧力波形だけを用いて、これらの物理的関係に基づいて、燃料の密度ρを算出することができる。

【0060】

・燃料の密度ρ、動粘度ν、及びセタン価ＣＮの予め求められた相関関係を用いて、算出された密度ρから動粘度νを算出している。したがって、算出された燃料の密度ρ及びセタン価ＣＮに基づいて、燃料の動粘度νを容易に算出することができる。

【0061】

・燃料通路の長さＬの２倍の長さ２Ｌを、取得された圧力波形の脈動周期Ｔで割ることにより、圧力波の速度ｖを算出している。したがって、圧力波形の脈動周期Ｔ及び燃料通路の長さＬに基づいて、圧力波の速度ｖを容易に算出することができる。

【0062】

・燃料の動粘度νに応じて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射特性が変化する。この点、算出された燃料の動粘度νに基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射状態が制御される。したがって、燃料の性状に応じて、適切に燃料を噴射することができる。

【0063】

なお、上記実施形態を以下のように変更して実施することもできる。

【0064】

・取得された圧力波形を周波数解析することにより、圧力波の脈動周期Ｔを算出することもできる。

【0065】

・燃料のセタン価ＣＮを算出する方法として、以下の方法を採用することもできる。すなわち、エンジンの気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを設け、筒内圧センサにより検出される筒内圧力に基づいて燃料の点火時期を算出する。そして、予め実験等に基づいて取得した燃料の点火時期とセタン価ＣＮとの関係に基づいて、算出された点火時期からセタン価ＣＮを算出することもできる。なお、その他にも、種々の方法により燃料のセタン価ＣＮを算出することができる。

【0066】

・下式により、燃料の密度ρを算出することもできる。すなわち、燃料の体積弾性率Ｋと、上述した圧力波の速度ｖとに基づいて、燃料の密度ρを算出することもできる。ρ＝Ｋ／ｖ＾２。

【0067】

体積弾性率Ｋは、実験等により予め求めておくことができる。また、下式により、体積弾性率Ｋを算出することもできる。すなわち、上述した燃料圧力の低下量ΔＰｃと、燃料の噴射量Ｑと、燃料通路の容積Ｖとに基づいて、体積弾性率Ｋを算出することもできる。燃料通路の容積Ｖは、燃料配管４２ｂの容積と高圧通路１１ａの容積の合計である。ΔＰｃ＝Ｋ×Ｑ／Ｖ。そして、ＥＣＵ３０は、算出された体積弾性率Ｋに応じて、燃料ポンプ４１による燃料の圧送量を制御（補正）してもよい。

【0068】

・上述したように、燃料の密度ρ、燃料の動粘度ν、及びセタン価ＣＮは、相関関係がある。したがって、算出された密度ρ及び算出されたセタン価ＣＮに基づいて、燃料の性状を判定することもできる。

【0069】

・図５，６において、全ての燃料を対象とした、燃料の密度ρと動粘度νとの相関関係を示す直線（グラフ）を設定しておき、その直線を用いて、算出された密度ρから動粘度νを算出する。そして、算出された動粘度νを、算出されたセタン価ＣＮに応じて補正してもよい。詳しくは、セタン価ＣＮが低いほど動粘度νを小さくするように補正し、セタン価ＣＮが高いほど動粘度νを大きくするように補正する。すなわち、セタン価ＣＮが低い場合に、セタン価ＣＮが高い場合よりも動粘度νを小さくするように補正する。こうした構成によっても、燃料の動粘度νを正確に算出することができる。

【0070】

・図６において、動粘度νが判定値νｒよりも高ければ、燃料の性状が悪化していない（良好である）と判定する場合がある。この場合、燃料の密度ρが判定値ρｒよりも大きければ、燃料の動粘度νが判定値νｒよりも大きくなる。このため、Ｓ１２〜Ｓ１６の処理により算出される密度ρが判定値ρｒ（所定密度）よりも高い場合に、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理を実行することなく、燃料の性状が悪化していないと判定することもできる。

【0071】

・同様にして、燃料のセタン価ＣＮが判定値ＣＮｒよりも高ければ、燃料の動粘度νが判定値νｒよりも大きくなる。このため、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理により算出されるセタン価ＣＮが判定値ＣＮｒ（所定セタン価）よりも高い場合に、Ｓ１２〜Ｓ１６の処理を実行することなく、燃料の性状が悪化していないと判定することもできる。

【符号の説明】

【0072】

１０…燃料噴射弁、１１ａ…高圧通路、１１ｂ…噴射孔、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ、４２…コモンレール、４２ｂ…燃料配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】