JP2013209924A - セタン価判定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関で用いられる燃料のセタン価を判定する従来の方法は、複雑な処理を必要とするためにドライバビリティが悪化しやすい。
【解決手段】本発明によるセタン価判定方法は、酸化機能を有する排気浄化装置２６よりも上流側の排気通路２３ａに燃料を添加するための燃料添加弁２７を有するエンジン１０が対象である。この方法は、燃料添加弁２７から排気通路２３ａに燃料を添加し、排気浄化装置２６の酸化触媒２６ａを通過した排気の温度である第１排気温Ｔ₁を検出し、排気通路２３ａへの燃料の添加に伴う第１排気温Ｔ₁の変化に基づいて燃料のセタン価を求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気浄化装置よりも上流側の排気通路からこの排気通路に燃料を添加し、添加した燃料のセタン価を判定する方法およびその装置に関する。

近年、資源としての枯渇や市場への安定供給が懸念される化石燃料に代え、再生産可能な植物資源などを原料として製造されるバイオ燃料や、さらにこのバイオ燃料から製造可能なＤＭＥ（ジメチルエーテル:Dimethyl ether）などを用いることが試みられている。現時点においては、これらＤＭＥやアルコールを化石燃料に対して完全に置換するのではなく、化石燃料に対して一定の割合のアルコールやＤＭＥなどを加えた混合燃料としての利用が一般的である。このような混合燃料を使用する場合、それらの混合割合を知ることは、機関の負荷に応じた適正な量の混合燃料を機関に供給し、この混合燃料の燃焼を適正に行って円滑な機関の運転を制御する上で極めて重要である。

例えば、圧縮点火方式の内燃機関における燃料のセタン価は、例えば特許文献１に記載された方法で求めることが可能である。特許文献１においては、エンジンブレーキ作動中のように筒内への燃料の供給が停止される運転状態において、少量の燃料を筒内に噴射し、その着火状態を燃焼圧センサー（筒内圧センサー）からの検出信号に基づいて把握している。そして、筒内での燃料の着火遅れの変化やこの時の燃料の噴射量などに基づいてセタン価を判定している。

特開２００８−３０９０８０号公報

特許文献１に開示された従来のセタン価の判定方法において、着火の有無を検出しようとすると、機関の駆動トルクが比較的大きく変化するため、実際には失火させずに着火遅れの変化で着火の有無を検出する必要がある。しかしながら、セタン価の影響で着火性が変化する運転条件を設定するために外乱となる温度，圧力，酸素濃度などを一定に調整しにくく、特に着火性を大きく左右する圧縮上死点近傍での筒内の温度が困難であり、これを一定に保つことは非常に難しい。このため、セタン価を判定するための機会が得られにくいという欠点がある。

また、セタン価を判定しやすくするために燃料の噴射量を増量すると、駆動トルクや燃焼音が大きくなり、乗員の違和感が増大して乗員を不安にさせる可能性がある。このため、燃料の噴射量を少なくして駆動トルクや燃焼音の増大を抑えることが必要であり、結果として安価であるけれども感度が低い温度センサーを利用することができず、高価な燃焼圧センサーが必要となる。

本発明の目的は、従来のものよりもドライバビリティを悪化させることなく、容易にセタン価を判定することができる方法および装置を提供することにある。

本発明によるセタン価判定方法は、酸化機能を有する排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を添加するための燃料添加弁が配された内燃機関で用いられる燃料のセタン価を判定する方法であって、前記燃料添加弁から前記排気通路に燃料を添加するステップと、前記排気浄化装置を通過した排気の温度である第１排気温を検出するステップと、前記排気通路への燃料の添加に伴う前記第１排気温の変化に基づいて燃料のセタン価を求めるステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明において、燃料添加弁から排気通路に燃料を添加した場合、排気浄化装置を通過する第１排気温が排気浄化装置の酸化機能により昇温する。この場合、検出される第１排気温の変化は、排気通路に添加された燃料のセタン価に応じた特定の昇温特性を示すこととなる。

本発明によるセタン価判定方法において、排気通路への燃料の添加に伴う第１排気温の変化に基づいて燃料のセタン価を判定するステップが、第１排気温の変化に関連したセタン価判定指標を取得するステップをさらに具えることができる。この場合、取得したセタン価判定指標に基づいて燃料のセタン価が判定されることとなる。セタン価判定指標は、以下の１）〜７）の何れかを含むことができる。すなわち、
１）排気通路への燃料の添加により昇温が始まる時点の第１排気温
２）排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温の昇温が始まる時点までの時間
３）排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温が昇温して安定するまでの時間
４）排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温が昇温して安定するまでの間の第１排気温の昇温量
５）排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温が昇温して安定するまでの間の第１排気温の昇温速度
６）排気通路への燃料の添加により第１排気温の昇温が始まる時点から、第１排気温が昇温して安定した後、昇温が始まる時点の温度へと低下する時点までの間の発熱エネルギー量
７）排気通路への燃料の添加により第１排気温の昇温が始まる時点から、第１排気温が昇温して安定した後、昇温が始まる時点の温度へと低下する時点までの間の発生熱エネルギー効率
燃料の添加開始時点から第１排気温の昇温が始まるまで、排気浄化装置に流入する排気を昇温させるステップをさらに具えることができる。

第１排気温の昇温が始まる時点は、排気通路への燃料の添加開始時点における第１排気温が所定温度上昇した時点であってよい。

燃料のセタン価を求めるステップは、排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温が昇温して安定するまでの時間を求めるステップを含むことができる。この場合、第１排気温が昇温して安定するとは、第１排気温の昇温速度が正の値から０に移行した時点であってよい。

排気浄化装置に流入する排気の温度である第２排気温を検出するステップと、第２排気温に基づいて前記第１排気温を補正するステップとをさらに具えることができる。

本発明によるセタン価判定装置は、酸化機能を有する排気浄化装置と、この排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を添加するための燃料添加弁とを有する内燃機関で用いられる燃料のセタン価を判定するための装置であって、前記排気浄化装置を通過した排気の温度である第１排気温を検出するための第１排気温センサーと、前記排気通路への燃料の添加に伴う前記第１排気温の変化に基づいて燃料のセタン価を求めるためのセタン価判定部とを具えたことを特徴とするものである。

本発明において、燃料添加弁から排気通路に燃料を添加すると、排気浄化装置を通過する第１排気温が排気浄化装置の酸化機能により昇温する。この第１排気温の変化は第１排気温センサーによって検出され、検出された第１排気温の変化に基づいてセタン価判定部が燃料のセタン価を判定する。

本発明によるセタン価判定装置において、セタン価判定部が、検出された第１排気温の変化に関連したセタン価判定指標を取得するセタン価判定指標取得部を含むことができる。この場合、セタン価判定部はセタン価判定指標取得部にて取得されたセタン価判定指標に基づき、燃料のセタン価を判定する。

燃料の添加開始時点から第１排気温の昇温が始まるまで、排気浄化装置に流入する排気を昇温させるための手段をさらに具えることができる。この場合、第１排気温の昇温が始まる時点は、排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温が所定温度上昇した時点であってよい。

セタン価判定部は、排気通路への燃料の添加開始時点から第１排気温が昇温して安定するまでの時間に基づき、燃料のセタン価を求めるものであってよい。この場合、第１排気温の昇温速度を求めるための手段さらに具えることができ、第１排気温が昇温して安定するとは、求められた第１排気温の昇温速度が正の値から０に移行した時点であってよい。

排気浄化装置に流入する排気の温度である第２排気温を検出するための第２排気温センサーと、第１排気温センサーによって検出される第１排気温を第２排気温センサーによって検出された第２排気温に基づいて補正する排気温補正部とをさらに具えることができる。

本発明によると、排気通路に燃料を添加して排気浄化装置を通過した排気の温度である第１排気温の変化に基づいてセタン価を判定するようにしたので、ドライバビリティを悪化させることなく、広範な運転状態の下で燃料のセタン価を判定することができる。

燃料の添加開始時点から第１排気温の昇温が始まるまで、排気浄化装置に流入する排気を昇温させた場合、燃焼開始温度が異なる燃料のセタン価を判定することができる。

排気通路への燃料の添加開始時点における第１排気温が所定温度上昇した時点を第１排気温の昇温が始まる時点とした場合、燃料のセタン価などに影響されることなく第１排気温の昇温が始まる時点を正確に規定することができる。

第１排気温の昇温速度が正の値から０の状態へ移行した時点を第１排気温が昇温して安定した時点と規定した場合、燃料のセタン価などに影響されることなく、第１排気温が昇温して安定した時点を正確に規定することができる。

排気浄化装置に流入する排気の温度である第２排気温を検出し、検出された第２排気温に基づいて第１排気温を補正するようにした場合、排気浄化装置の酸化作用による第１排気温の変化をより正確に把握することができる。

本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関に応用した一実施形態の概念図である。 図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。 燃料のセタン価に応じた第１排気温の変化を模式的に表すグラフである。 燃料のセタン価と第１排気温の昇温量との関係を模式的に表すグラフである。 図１に示した実施形態において、燃料のセタン価の判定手順を表すフローチャートである。 燃料のセタン価と昇温開始前後における第１排気温の変化との関係を模式的に表すグラフである。 燃料のセタン価と昇温が始まる時点における第１排気温との関係を模式的に表すグラフである。 燃料のセタン価と燃料の添加開始時点から第１の排気温の昇温が始まる時点までの時間との関係を模式的に表すグラフである。 燃料のセタン価と第１排気温の昇温速度との関係を模式的に表すグラフである。

本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の適用対象となるものに要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。

本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを概略的に図２に示す。なお、図１にはエンジン１０の吸排気のための動弁機構や消音器の他に、エンジン１０の円滑な運転のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。

本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関である。しかしながら、単気筒の内燃機関であっても本発明を適用し得ることは言うまでもない。

燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂが形成されたシリンダーヘッド１２には、吸気ポート１２ａを開閉する吸気弁１３ａおよび排気ポート１２ｂを開閉する排気弁１３ｂを含む図示しない動弁機構が組み込まれている。燃焼室１０ａの上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１もまた、これら吸気弁１３ａおよび排気弁１３ｂに挟まれるようにシリンダーヘッド１２に組み付けられている。燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射時期は、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量を含む車両の運転状態および燃料のセタン価に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１５により制御される。アクセルペダル１４の踏み込み量は、アクセル開度センサー１６により検出され、その検出情報がＥＣＵ１５に出力される。

ＥＣＵ１５は、運転状態判定部１５ａと、燃料のセタン価を判定するための後述するセタン価判定部１５ｂと、燃料噴射設定部１５ｃと、燃料噴射弁駆動部１５ｄとを有する。運転状態判定部１５ａは、アクセル開度センサー１６や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する。燃料噴射設定部１５ｃは、運転状態判定部１５ａでの判定結果およびセタン価判定部１５ｂでの燃料のセタン価に基づいて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１５ｄは、燃料噴射設定部１５ｃにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１の作動を制御する。

吸気ポート１２ａに連通するようにシリンダーヘッド１２に連結されて吸気ポート１２ａと共に吸気通路１７ａを画成する吸気管１７の途中には、サージタンク１７ｂが形成されている。このサージタンク１７ｂよりも上流側の吸気管１７には、スロットルアクチュエーター１８を介して吸気通路１７ａの開度を調整するためのスロットル弁１９が組み込まれている。また、スロットル弁１９よりも上流側の吸気管１７には、吸気通路１７ａを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵ１５に出力するエアーフローメーター２０が取り付けられている。

先のＥＣＵ１５は、スロットル開度設定部１５ｅと、アクチュエーター駆動部１５ｆとをさらに有する。スロットル開度設定部１５ｅは、アクセルペダル１４の踏み込み量に加え、先の運転状態判定部１５ａおよびセタン価判定部１５ｂでの判定結果に基づいてスロットル弁１９の開度を設定する。アクチュエーター駆動部１５ｆは、スロットル弁１９がスロットル開度設定部１５ｅにて設定された開度となるように、スロットルアクチュエーター１８の作動を制御する。

ピストン２１ａが往復動するシリンダーブロック２１には、連接棒２１ｂを介してピストン２１ａが連結されるクランク軸２１ｃの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１５に出力するクランク角センサー２２が取り付けられている。ＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａは、このクランク角センサー２２からの情報に基づき、クランク軸２１ｃの回転位相やエンジン回転数の他に車両の走行速度などを実時間で把握する。

排気ポート１２ｂに連通するようにシリンダーヘッド１２に連結される排気管２３は、排気ポート１２ｂと共に排気通路２３ａを画成する。エンジン１０には、排気通路２３ａ内を流れる排気の一部を吸気通路１７ａに導くＥＧＲ装置２４と、排気タービン式過給機２５と、排気浄化装置２６と、燃料添加弁２７とが組み付けられている。

排気中の窒素酸化物の低減を企図したＥＧＲ装置２４は、ＥＧＲ通路２８ａを画成するＥＧＲ管２８と、このＥＧＲ管２８に設けられるＥＧＲ制御弁２９とを具えている。ＥＧＲ管２８は、排気ポート１２ｂと共に排気通路２３ａを画成する排気管２３に一端が連通すると共に他端が上述したスロットル弁１９とこのスロットル弁１９よりも下流側に配されたサージタンク１７ｂとの間の吸気管１７内に連通している。ＥＧＲ管２８の途中に配されてＥＣＵ１５によりその作動が制御されるＥＧＲ制御弁２９は、車両の運転状態および燃料のセタン価に基づき、ＥＧＲ通路２８ａから吸気通路１７ａへと還流される排気の流量を制御する。このため、ＥＣＵ１５のＥＧＲ量設定部１５ｇは、車両の運転状態に基づき、燃焼室１０ａ内に還流すべきＥＧＲ量、つまりＥＧＲ制御弁２９の開度を設定する。ＥＧＲ弁駆動部１５ｈは、ＥＧＲ量設定部１５ｇにて設定された開度にＥＧＲ制御弁２９を制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路２８ａを塞ぐように閉じた状態に保持する。

従って、ＥＧＲ通路２８ａを介して吸気通路１７ａ内に還流される排気と共に燃焼室１０ａ内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａ内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン２１ａの圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置２６を通って排気管２３から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ₂濃度の増加に伴う吸気温度の低下によって燃焼ガス温度が低下するため、燃焼に伴って生成する窒素酸化物の量が抑制されることとなる。

排気タービン式過給機（以下、単に過給機と記述する）２５は、排気通路２３ａを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１０ａへの過給を行い、吸気密度を高め、吸気流量を増加させるためのものである。この過給機２５は、吸気タービン２５ａとこの吸気タービン２５ａと一体に回転する排気タービン２５ｂとで主要部が構成されている。吸気タービン２５ａは、スロットル弁１９よりも上流側に位置する吸気管１７の途中に組み込まれている。排気タービン２５ｂは、排気ポート１２ｂに連通するようにシリンダーヘッド１２に連結された排気管２３の途中に組み込まれている。

なお、高温の排気にさらされる排気タービン２５ｂ側からの伝熱により吸気タービン２５ａを介して加熱される吸気温度を低下させるため、吸気タービン２５ａとサージタンク１７ｂとの間の吸気通路１７ａの途中には、インタークーラー３０が組み込まれている。また、先のエアーフローメーター２０は、過給器の吸気タービン２５ａよりも上流側の吸気管１７に配されている。

燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置２６は、過給機２５の排気タービン２５ｂと、図示しない消音器との間の排気管２３の途中に取り付けられている。本発明における排気浄化装置２６には、燃料のセタン価を判定するため、排気浄化装置２６を通過する排気に含まれる成分に対する酸化機能を持った触媒コンバーターを組み込む必要がある。このため、本実施形態では周知の酸化触媒２６ａを組み込んでいるが、セタン価を判定するために酸化機能を有する他の触媒コンバーターを利用できることに注意されたい。また、本実施形態の排気浄化装置２６は、この酸化触媒２６ａよりも排気通路２３ａの下流側にＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)２６ｂを組み込んでいるが、ＮＯ_X触媒などの他の触媒コンバーターをさらに追加することも可能である。酸化触媒２６ａは、主として排気に含まれる未燃ガスを酸化、つまり燃焼させるためのものである。この酸化触媒２６ａとＤＰＦ２６ｂとの間には、酸化触媒２６ａを通過した排気の温度（以下、これを第１排気温と記述する）Ｔ₁を検出してこれをＥＣＵ１５に出力する第１排気温センサー３１が組み込まれている。

過給機２５の排気タービン２５ｂと排気浄化装置２６の間の排気通路２３ａの途中には、燃料添加弁２７が組み込まれている。この燃料添加弁２７は、燃料のセタン価を判定する場合に所定量の燃料を排気通路２３ａに添加するためのものである。

なお、この燃料添加弁２７として、特開２００９−１５６１６４号公報や特開２０１１−０８０３９９号公報などに開示された排気加熱装置における燃料添加弁を流用することも可能である。

燃料添加弁２７は、基本的な構成が通常の燃料噴射弁１１と同じものであり、通電時間を制御することによって、任意の量の燃料を任意の時間間隔で排気通路２３ａへとパルス状に噴射することができるようになっている。燃料添加弁２７から排気通路２３ａに供給される１回あたりの燃料の量は、エアーフローメーター２０によって検出される吸入空気量および空燃比を含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１５の燃料添加設定部１５ｉにより設定される。

ＥＣＵ１５の燃料添加弁駆動部１５ｊは、燃料添加設定部１５ｉにて設定された量の燃料が設定された周期で燃料添加弁２７から噴射されるように、燃料添加弁２７の作動を制御する。

本実施形態における燃料のセタン価判定処理は、排気浄化装置２６の酸化触媒２６ａが活性状態にあって、第１排気温Ｔ₁が２００℃から３００℃の範囲にある場合、必要に応じて実行される。すなわち、基本的にエンジン１０がどのような運転状態であっても第１排気温Ｔ₁が２００℃から３００℃の範囲にありさえすれば、燃料添加弁２７を利用して燃料のセタン価を判定することが可能である。基本的には、イグニッションキースイッチ３２がオンになる度に燃料のセタン価判定処理が実行される。より具体的には、エンジン１０の始動後、できるだけ早い時期に燃料のセタン価判定処理を行い、これに基づいて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射時期や噴射量およびスロットル弁１９やＥＧＲ制御弁２９の開度などを予め設定されたプログラムに従って補正する。そして、セタン価の判定後は、イグニッションキースイッチ３２がオフになって再びオンになるまでセタン価判定処理は実行されない。なお、排気浄化装置２６に流入する排気の温度（以下、これを第２排気温と記述する）Ｔ₂が昇降すると、第１排気温Ｔ₁も影響を受けることとなる。このため、第２排気温Ｔ₂の変化を常に考慮に入れて第１排気温Ｔ₁を補正、具体的には第１排気温Ｔ₁から第２排気温Ｔ₂を減算した補正第１排気温Ｔ_Oを求める必要がある。本実施形態では、上述した第２排気温Ｔ₂を検出してこれをＥＣＵ１５に出力する第２排気温センサー３３が排気浄化装置２６と排気加熱装置２７との間の排気通路２３ａに組み込まれている。

ＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａには、補正第１排気温Ｔ_Oを算出するための図示しない排気温補正部が組み込まれている。また、この運転状態判定部１５ａは、第２排気温センサー３３および上述した第１排気温センサー３１の少なくとも一方からの情報に基づき、酸化触媒２６ａが活性状態にあるか否かも把握する。

ＥＣＵ１５は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インタフェースなどを含むマイクロコンピュータを含む。本実施形態におけるＥＣＵ１５は、アクセル開度センサー１６，クランク角センサー２２，エアーフローメーター２０，第１および第２排気温センサー３１，３３などからの検出情報に基づき、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，スロットル弁１９，ＥＧＲ制御弁２９，燃料添加弁２７などの作動を制御する。

燃料添加弁２７から排気通路２３ａに燃料を添加した場合における補正第１排気温Ｔ_Oの変化を模式的に図３に示す。実線は高セタン価の燃料の場合を模式的に示し、破線は低セタン価の燃料の場合を模式的に示す。ｔ₁は燃料の添加開始時点であり、ｔ₂，ｔ₂'は補正第１排気温Ｔ_O（＝Ｔ₁−Ｔ₂）の昇温が始まる時点である。また、ｔ₃，ｔ₃'は補正第１排気温Ｔ_OがＴ_OH，Ｔ_OH'まで上昇して安定する時点であり、ｔ₄は燃料の添加終了時点であり、ｔ₅，ｔ₅'は補正第１排気温Ｔ_Oの昇温が始まる時点ｔ₂，ｔ₂'における温度へと補正第１排気温Ｔ_Oが低下した時点（以下、排気温戻り時点と記述する）である。補正第１排気温Ｔ_Oの昇温が始まる時点ｔ₂，ｔ₂'は、排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点ｔ₁における補正第１排気温Ｔ_O，Ｔ_O'に対し、これが所定温度、例えば５度上昇した時点である。また、補正第１排気温Ｔ_OがＴ_OH，Ｔ_OH'まで昇温して安定する時点ｔ₃，ｔ₃'は、補正第１排気温Ｔ_Oの昇温速度が正の値から０に移行した時点である。燃料のセタン価に応じた補正第１排気温Ｔ_Oの温度変化は、排気浄化装置２６の酸化触媒２６ａが活性化して状態において確実となる。しかしながら、酸化触媒２６ａの温度が高すぎる場合、例えば３００℃を越えると、図３に示した実線のグラフと破線のグラフとが近似状態となってしまう。このため、燃料のセタン価を判定する場合、補正第１排気温Ｔ_Oが２００℃から３００℃の範囲にあることを確認する必要がある。

本実施形態におけるセタン価判定部１５ｂは、第１および第２排気温センサー３１，３３からの情報に基づき、使用中の燃料のセタン価を判定する。より具体的には、排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点ｔ₁における補正第１排気温Ｔ_OSがＴ_OHに上昇して安定する時点ｔ₃までの間の補正第１排気温の昇温量ΔＴ_O（＝Ｔ_OH−Ｔ_OS）を判定する。つまり、補正第１排気温Ｔ_Oの昇温量ΔＴ_Oが本実施形態におけるセタン価判定指標に相当する。セタン価判定部１５ｂには、図４に示すような燃料のセタン価と補正第１排気温Ｔ_Oの昇温量ΔＴ_Oとを対応付けたマップが記憶されており、判定した補正第１排気温Ｔ_Oの昇温量ΔＴ_Oから、このマップに基づいて燃料のセタン価を読み出す。

このような本実施形態における燃料のセタン価の判定手順は、図５に示すフローチャートに従って行われる。すなわち、まずＳ１１のステップにて始動フラグがセットされているか否かを判定する。最初は始動フラグがセットされていないので、Ｓ１２のステップに移行してイグニッションキースイッチ３２がオン状態にあるか否かを判定する。ここでイグニッションキースイッチ３２がオフ状態である、すなわちエンジン１０が始動していないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。

一方、Ｓ１２のステップにてイグニッションキースイッチ３２がオン状態である、すなわちエンジン１０が始動していると判断した場合には、Ｓ１３のステップにて始動フラグをセットした後、Ｓ１４のステップにて暖機フラグがセットされているか否かを判定する。最初は暖機フラグがセットされていないので、Ｓ１５のステップに移行して補正第１排気温Ｔ_Oが触媒暖機終了指標温度Ｔ_R以上であるか否かを判定する。ここで補正第１排気温Ｔ_Oが触媒暖機終了指標温度Ｔ_R未満である、すなわち酸化触媒２６ａが活性状態となる最低温度にまで達していないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。

Ｓ１５のステップにて補正第１排気温Ｔ_Oが触媒暖機終了指標温度Ｔ_R以上である、すなわち酸化触媒２６ａが活性状態となってその暖機が終了したと判断した場合には、Ｓ１６のステップにて暖機フラグをセットする。そして、Ｓ１７のステップに移行して補正第１排気温Ｔ_Oが２００℃以上であるか否かを判定する。ここで補正第１排気温Ｔ_Oが２００℃未満である、すなわち燃料のセタン価を判定することができる温度に補正第１排気温Ｔ_Oが達していないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って補正第１排気温Ｔ_Oが２００℃以上になるまで上述した処理を繰り返す。Ｓ１７のステップにて補正第１排気温Ｔ_Oが２００℃以上である、すなわち燃料のセタン価を判定するための最低温度に達していると判断した場合には、今度はＳ１８のステップにて補正第１排気温Ｔ_Oが３００℃以下であるか否かを判定する。ここで、補正第１排気温Ｔ_Oが３００℃を越えている、すなわち燃料のセタン価を判定するには好ましくない状態であると判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って補正第１排気温Ｔ_Oが２００℃から３００℃の範囲に収まるまで上述した処理を繰り返す。

Ｓ１８のステップにて補正第１排気温Ｔ_Oが３００℃以下である、すなわち燃料のセタン価を判定するのに好ましい状態であると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行して第１および第２排気温Ｔ₁，Ｔ₂を取得する。次いでＳ２０のステップにて燃料添加弁２７からセタン価を判定するための所定量の燃料を排気通路２３ａに供給し、燃料が添加された排気を排気浄化装置２６の酸化触媒２６ａへと導き、酸化触媒２６ａを通過させる。そして、この時の第１および第２排気温Ｔ₁，Ｔ₂をＳ２１のステップにて連続的に取得した後、Ｓ２２のステップにて補正第１排気温Ｔ_Oの昇温量ΔＴ_Oを算出し、これに基づいて燃料のセタン価をＳ２３のステップにて取得する。本実施形態ではＳ１９，Ｓ２１のステップにて排気浄化装置２６に流入する第２排気温Ｔ₂をそれぞれ検出し、これに基づいて第１排気温Ｔ₁を補正しているので、排気浄化装置２６に流入する第２排気温Ｔ₂の変動よる悪影響を回避することができる。このようにして、燃料のセタン価を取得した後、Ｓ２４のステップにて始動フラグおよび暖機フラグをリセットする。

以上の処理はイグニッションキースイッチ３２がオンとなる度に実行される。そして、Ｓ２３のステップにて取得された燃料のセタン価に基づき、エンジン１０の運転状態に応じて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期や、スロットル弁１９およびＥＧＲ制御弁２９の開度などが最適に制御される。

上述した実施形態においては、排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点ｔ₁から補正第１排気温Ｔ_OがＴ_OHに上昇して安定する時点ｔ₃までの間の補正第１排気温Ｔ_Oの昇温量ΔＴ_Oをセタン価判定指標として採用した。しかしながら、以下のａ〜ｆに列挙する他のセタン価判定指標を採用することも可能である。
ａ．排気通路２３ａへの燃料の添加により昇温が始まる時点ｔ₂の第１排気温
ｂ．排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点ｔ₁から第１排気温の昇温が始まる時点ｔ₂までの時間
ｃ．排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点ｔ₁から第１排気温が昇温して安定する時点ｔ₃までの時間
ｄ．排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点ｔ₁から第１排気温が昇温して安定する時点ｔ₃までの間の第１排気温の昇温速度
ｅ．排気通路２３ａへの燃料の添加により第１排気温の昇温が始まる時点ｔ₂から、排気温戻り時点ｔ₅までの間の発熱エネルギー量
ｆ．排気通路２３ａへの燃料の添加により第１排気温の昇温が始まる時点ｔ₂から排気温戻り時点ｔ₅までの間の発生熱エネルギー効率

ａの場合、セタン価が高い燃料ほど昇温が始まる時点における第１排気温が低くなることに着目したものであり、セタン価の異なる燃料と第１排気温との関係を図６に示し、燃料のセタン価と昇温が始まる時点での第１排気温との関係を図７に示す。これらの図６，図７から明らかなように、燃料のセタン価を判定する場合、燃料を添加してから第１排気温が昇温し始めるまで、第２排気温を低温側から高温側へと順次変更する必要がある。逆に、燃料を添加してから第２排気温を高温側から低温側へと順次変更することも可能であるが、その場合には昇温が始まらなくなるまで第２排気温を変更する必要がある。何れの場合においても、排気浄化装置２６に流入する排気の温度である第２排気温を昇温させるため、燃料噴射弁１１からエンジン１０の燃焼室１０ａに噴射される燃料の噴射量や噴射時期などを連続的に変化させる必要がある。

ｂの場合、セタン価が高い燃料ほど（ｔ₂−ｔ₁）の時間が短くなることに着目したものであり、燃料のセタン価と、燃料の添加開始時点から第１排気温の昇温が始まる時点までの時間との関係を模式的に図８に示す。

ｃの場合、セタン価が高い燃料ほど短時間で昇温して安定することに着目したものであるが、第１排気温が昇温して安定した時点は、第１排気温の昇温速度が正の値から０の状態へ移行した時点とする。燃料のセタン価と、燃料の添加開始時点から第１排気温が上昇して安定する時点までの時間との関係は図８に示すような傾向を持つ。添加開始時点ｔ₁から第１排気温が上昇して安定する時点ｔ₃までの時間は、ＥＣＵ１５に組み込まれた図示しないタイマーを用いてカウントされる。

ｄの場合、セタン価が高い燃料ほど第１排気温が上昇して安定する時点までの第１排気温の昇温速度が早いことに着目したものであり、燃料のセタン価と第１排気温の昇温速度との関係を図９に示す。

ｅの場合、発熱エネルギー量は、第１排気温をＴ_O，排気通路２３ａへの燃料の添加開始時点における第１排気温をＴ_OS，排気流量をＧ，排気の比熱をＣとすると、第１排気温の昇温が始まる時点ｔ₂から排気温戻り時点ｔ₅までの(Ｔ_O−Ｔ_OS)Ｇ・Ｃの時間積分値となる。排気温戻り時点ｔ₅は、前述したように、第１排気温の昇温が始まる時点の温度まで第１排気温が低下した時点であり、燃料のセタン価と発熱エネルギー量との関係は、先の図９に示した曲線と同じ傾向を持つ。

ｆの場合、発生熱エネルギー効率は、投入熱量をＱとすると、第１排気温の昇温が始まる時点ｔ₂から排気温戻り時点ｔ₅までの{(Ｔ_O−Ｔ_OS)Ｇ・Ｃ}/Ｑの時間積分値となる。投入熱量Ｑは、燃料の低位発熱量ｑとｔ₂からｔ₅までの間の燃料の添加積算量Ｗとの積に相当し、燃料のセタン価と発熱エネルギー効率との関係は、先の図９に示した曲線と同じ傾向を持つ。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ エンジン
１０ａ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
１２ シリンダーヘッド
１２ａ 吸気ポート
１２ｂ 排気ポート
１３ａ 吸気弁
１３ｂ 排気弁
１４ アクセルペダル
１５ ＥＣＵ
１５ａ 運転状態判定部
１５ｂ セタン価判定部
１５ｃ 燃料噴射設定部
１５ｄ 燃料噴射弁駆動部
１５ｅ スロットル開度設定部
１５ｆ アクチュエーター駆動部
１５ｇ ＥＧＲ量設定部
１５ｈ ＥＧＲ弁駆動部
１５ｉ 燃料添加設定部
１５ｊ 燃料添加弁駆動部
１６ アクセル開度センサー
１７ 吸気管
１７ａ 吸気通路
１７ｂ サージタンク
１８ スロットルアクチュエーター
１９ スロットル弁
２０ エアーフローメーター
２１ シリンダーブロック
２１ａ ピストン
２１ｂ 連接棒
２１ｃ クランク軸
２２ クランク角センサー ２３ 排気管
２３ａ 排気通路
２４ ＥＧＲ装置
２５ 排気タービン式過給機
２５ａ 吸気タービン
２５ｂ 排気タービン
２６ 排気浄化装置
２６ａ 酸化触媒
２６ｂ ＤＰＦ
２７ 燃料添加弁
２８ ＥＧＲ管
２８ａ ＥＧＲ通路
２９ ＥＧＲ制御弁
３０ インタークーラー
３１ 第１排気温センサー
３２ イグニッションキースイッチ
３３ 第２排気温センサー
ΔＴ_O 補正第１排気温昇温量
Ｔ_O 補正第１排気温
Ｔ_OS 燃料添加開始時の補正第１排気温
Ｔ_OH 補正第１排気温の昇温安定温度
Ｔ_R 触媒暖機判定閾値

Claims (12)

1. 酸化機能を有する排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を添加するための燃料添加弁が配された内燃機関で用いられる燃料のセタン価を判定する方法であって、
   前記燃料添加弁から前記排気通路に燃料を添加するステップと、
   前記排気浄化装置を通過した排気の温度である第１排気温を検出するステップと、
   前記排気通路への燃料の添加に伴う前記第１排気温の変化に基づいて燃料のセタン価を求めるステップと
   を具えたことを特徴とするセタン価判定方法。
2. 前記燃料の添加開始時点から前記第１排気温の昇温が始まるまで、前記排気浄化装置に流入する排気を昇温させるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載のセタン価判定方法。
3. 前記第１排気温の昇温が始まる時点は、前記排気通路への燃料の添加開始時点における前記第１排気温が所定温度上昇した時点であることを特徴とする請求項２に記載のセタン価判定方法。
4. 燃料のセタン価を求める前記ステップは、前記排気通路への燃料の添加開始時点から前記第１排気温が昇温して安定するまでの時間を求めるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のセタン価判定方法。
5. 前記第１排気温が昇温して安定するとは、前記第１排気温の昇温速度が正の値から０に移行した時点であることを特徴とする請求項４に記載のセタン価判定方法。
6. 前記排気浄化装置に流入する排気の温度である第２排気温を検出するステップと、
   前記第２排気温に基づいて前記第１排気温を補正するステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のセタン価判定方法。
7. 酸化機能を有する排気浄化装置と、この排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を添加するための燃料添加弁とを有する内燃機関で用いられる燃料のセタン価を判定するための装置であって、
   前記排気浄化装置を通過した排気の温度である第１排気温を検出するための第１排気温センサーと、
   前記排気通路への燃料の添加に伴う前記第１排気温の変化に基づいて燃料のセタン価を求めるためのセタン価判定部と
   を具えたことを特徴とするセタン価判定装置。
8. 燃料の添加開始時点から前記第１排気温の昇温が始まるまで、前記排気浄化装置に流入する排気を昇温させるための手段をさらに具えたことを特徴とする請求項７に記載のセタン価判定装置。
9. 前記第１排気温の昇温が始まる時点は、前記排気通路への燃料の添加開始時点から前記第１排気温が所定温度上昇した時点であることを特徴とする請求項８に記載のセタン価判定装置。
10. 前記セタン価判定部は、前記排気通路への燃料の添加開始時点から前記第１排気温が昇温して安定するまでの時間に基づき、燃料のセタン価を求めることを特徴とする請求項７に記載のセタン価判定装置。
11. 前記第１排気温の昇温速度を求めるための手段さらに具え、前記第１排気温が昇温して安定するとは、求められた前記第１排気温の昇温速度が正の値から０に移行した時点であることを特徴とする請求項１０に記載のセタン価判定装置。
12. 前記排気浄化装置に流入する排気の温度である第２排気温を検出するための第２排気温センサーと、
    前記第１排気温センサーによって検出される第１排気温を前記第２排気温センサーによって検出された前記第２排気温に基づいて補正する排気温補正部と
    をさらに具えたことを特徴とする請求項７から請求項１１の何れかに記載のセタン価判定装置。

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