燃料性状判定装置
【課題】燃料比重によることなく燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【解決手段】内燃機関の排気通路にパティキュレートを捕集する捕集装置を設ける。所定時間の間に捕集装置に堆積したパティキュレート堆積量を検出する。使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する。推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する。検出されたパティキュレート堆積量と、算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【解決手段】内燃機関の排気通路にパティキュレートを捕集する捕集装置を設ける。所定時間の間に捕集装置に堆積したパティキュレート堆積量を検出する。使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する。推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する。検出されたパティキュレート堆積量と、算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料性状判定装置に係り、特にディーゼルエンジンにおいて用いられているディーゼル燃料（軽油等）のアロマティクス濃度を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジンの分野では、石油枯渇および地球環境問題の観点から様々な使用燃料が検討されている。そしてパティキュレート（粒子状物質、以下「ＰＭ」ともいう）発生量低減のため、燃料の軽質化が検討されているが、実際に使用される燃料はユーザによってまちまちである。そこで多種多様な燃料に対応できるよう、エンジン側或いは車両側で燃料性状を判定することが求められている。
【０００３】
特に、燃料に含まれるアロマティクス（芳香族炭化水素、以下「アロマ分」ともいう）がＰＭ発生量に大きく影響し、前者の濃度が高いと後者は増加する傾向にある。よって大気へのＰＭ排出量を低減すべく、アロマ分濃度をオンボードで常時把握できるのが便利且つ有効である。
【０００４】
例えば特許文献１には、燃料中のアロマ分含有量の相関値である燃料比重を検出し、この燃料比重に基づいてパティキュレート発生量を予測することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８１７号公報
【特許文献２】特開２００９−３０５３１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７４３８３号公報
【特許文献４】特開平１１−１２５１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特定国ないし地域で使われている燃料の中には、アロマ分含有量の変化に対し燃料比重の変化が小さいものがある。よって仮に特許文献１に記載の技術を利用して、燃料比重からアロマ分含有量を推定することとしても、推定誤差が大きくなるか、あるいは高精度の燃料比重計を車両に搭載しなければならない欠点がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、燃料比重によることなく燃料のアロマティクス濃度を推定可能な燃料性状判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集する捕集装置と、
所定時間の間に前記捕集装置に堆積したパティキュレート堆積量を検出する検出手段と、
使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する算出手段と、
前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記濃度推定手段は、前記パティキュレート堆積量から前記各パティキュレート発生量を減じることにより、前記所定時間の間に発生したアロマティクスに対応するパティキュレート発生量を算出し、該アロマティクスに対応するパティキュレート発生量に基づき使用燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【００１０】
好ましくは、前記燃料性状判定装置は、前記内燃機関の筒内状態を取得する取得手段をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、前記算出手段は、前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値に加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、セタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応した各パティキュレート発生量を算出する。
【００１２】
好ましくは、前記濃度推定手段は、前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【００１３】
好ましくは、前記取得手段は、前記内燃機関の排気弁開弁時における筒内状態を取得する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料比重によることなく燃料のアロマティクス濃度を推定することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】蒸留性状値を推定するためのマップである。
【図３】セタン価に対応したＰＭ発生量を算出するためのマップである。
【図４】動粘度に対応したＰＭ発生量を算出するためのマップである。
【図５】蒸留性状値に対応したＰＭ発生量を算出するためのマップである。
【図６】アロマ分濃度を推定するためのマップである。
【図７】筒内圧力の変化を示すグラフである。
【図８】筒内温度の変化を示すグラフである。
【図９】アロマ分濃度推定ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１７】
図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。１は自動車用の多気筒圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、２は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、３は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、４は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ５に供給された燃料が、高圧ポンプ５によりコモンレール６に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール６内の高圧燃料がインジェクタ７から燃焼室４内に直接噴射供給される。
【００１８】
エンジン１からの排気ガスは、排気マニフォルド３からターボチャージャ８を経た後にその下流の排気通路９に流され、後述の装置により浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。
【００１９】
他方、エアクリーナ１０から吸気通路１１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ１２、ターボチャージャ８、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４を順に通過して吸気マニフォルド２に至る。エアフローメータ１２は単位時間当たりの吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ１４には電子制御式のものが採用されている。
【００２０】
エンジン１はＥＧＲ装置をも含む。ＥＧＲ装置は、排気マニフォルド３内の排気ガスを吸気通路１１に環流させるためのＥＧＲ通路１７と、ＥＧＲ通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１８と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１９とを備える。
【００２１】
排気通路９には、排気中の煤等のパティキュレート（以下「ＰＭ」ともいう）を捕集する捕集装置としてのパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）２０が設置されている。ＤＰＦ２０には貴金属からなる触媒が担持されており、捕集したＰＭを酸化、燃焼できるようになっている。なお、他の後処理装置として、排気中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒と、排気中のＮＯｘを還元除去するＮＯｘ触媒を設けてもよい。
【００２２】
排気通路９または排気マニフォルド３に設けられた燃料添加弁２１から適宜なタイミングで排ガス中に燃料が添加される。すると、ＤＰＦ２０に、ＨＣを多く含むリッチな排気ガスが供給され、このリッチガスがＤＰＦ２０の触媒を介して酸化、燃焼され、同時にＤＰＦに堆積されていたＰＭが燃焼する。これによりＤＰＦ２０は再生される。なお、燃料添加弁２１から燃料を添加する代わりに、インジェクタ７から燃焼室４内にポスト噴射またはアフタ噴射を行ってリッチな排気ガスを生成しても良い。
【００２３】
ＤＰＦ２０に捕集ないし堆積されたＰＭの量、すなわちＤＰＦ２０におけるＰＭ堆積量を検出するため、ＤＰＦ２０には、その前後の差圧を検出するための差圧センサ２２が併設されている。ＰＭ堆積量が増加するほど差圧が大きくなるため、差圧センサ２２によりＰＭ堆積量の検出が可能である。
【００２４】
なお、差圧センサ２２の代わりに、ＤＰＦ２０の重量を検出する重量計等を用いてＰＭ堆積量を検出してもよい。ＰＭ堆積量が増加するほどＤＰＦ２０の重量が増加するため、重量計によりＰＭ堆積量の検出が可能である。
【００２５】
またエンジンの筒内状態を取得すべく、各気筒に筒内圧センサ２４が設けられる。ここで筒内状態とは筒内圧力および筒内温度の少なくとも一方をいい、取得には検出および推定の両方が含まれる。筒内圧センサ２４は、筒内圧力を検出するセンサである。
【００２６】
なお、筒内圧センサ２４に代えてまたはこれに加えて、筒内温度を検出する筒内温センサを設けてもよい。また、これらセンサにより筒内状態を検出する代わりに、筒内状態を推定してもよい。この推定については後に述べる。
【００２７】
制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ７、高圧ポンプ５、スロットルバルブ１４、ＥＧＲ弁１９、燃料添加弁２１等を制御する。ＥＣＵ１００には、センサ類として、上述のエアフローメータ１２、差圧センサ２２、筒内圧センサ２４が接続されている。
【００２８】
またＥＣＵ１００には、クランク角センサ１５およびアクセル開度センサ１６が接続されている。クランク角センサ１５はクランクシャフトの回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１のクランク角を検出すると共に、エンジン１の回転速度を算出する。アクセル開度センサ１６は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００２９】
またＥＣＵ１００には、コモンレール圧センサ２５が接続されている。コモンレール圧センサ２５は、コモンレール６内の燃料圧力（コモンレール圧）に対応した信号をＥＣＵ１００に出力する。コモンレール圧は、インジェクタ７から噴射される燃料の圧力すなわち噴射圧力となる。コモンレール圧センサ２５によって検出された実際圧がエンジン運転状態に応じた目標圧に一致するよう、高圧ポンプ５が制御され、コモンレール圧はフィードバック制御される。
【００３０】
次に、使用燃料のアロマティクス（アロマ分）濃度の推定について説明する。当該推定は主にＥＣＵ１００によって実行される。
【００３１】
本実施形態に係るアロマ分濃度推定は概して次の第１〜第４ステップを経て行われる。
第１ステップ：所定時間の間にＤＰＦ２０に堆積したＰＭ堆積量を検出する。
第２ステップ：使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する。
第３ステップ：推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する。
第４ステップ：第１ステップで検出されたＰＭ堆積量と、第３ステップで算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマ分濃度を推定する。
【００３２】
第１ステップに関して、ＥＣＵ１００は、差圧センサ２２の出力に基づき、現時点でＤＰＦ２０に実際に堆積しているＰＭの量、言い換えれば瞬時的なＰＭ堆積量（「瞬時ＰＭ堆積量」という）ｄＰを所定のマップ（関数でもよい。以下同様）から算出する。そして前記所定時間の開始時および終了時における瞬時ＰＭ堆積量ｄＰの差から、所定時間の間に堆積したＰＭ堆積量を算出ないし検出する。
【００３３】
ここで、より具体的には、所定時間は、ＤＰＦ２０に所定の一定量のＰＭが堆積するような時間、言い換えれば所定時間の開始時および終了時の瞬時ＰＭ堆積量の差が所定の一定量となるような時間とされる。瞬時ＰＭ堆積量ｄＰが初期値から一定量増加するまで、瞬時ＰＭ堆積量の算出が継続的に実行され、その増加が終了した時点で瞬時ＰＭ堆積量の算出が終了される。そして、前記所定時間の間に、前記一定量のＰＭがＤＰＦ２０に堆積したことが検出される。
【００３４】
なお、所定時間を異なる態様で規定することも可能である。例えば所定時間を単純に時間で規定することも可能である。
【００３５】
次に、第２ステップにおける各推定は次の方法で行われる。まずセタン価推定については、特許文献２に記載の如く、フューエルカット時にあえてパイロット噴射を行い、着火が生じるパイロット噴射の回数に基づいて燃料のセタン価ＳＮを推定する。このほかパイロット噴射時の熱発生率、筒内の圧力および容積の変化、燃料比重等に基づいてセタン価ＳＮを推定してもよい。
【００３６】
動粘度推定については、特許文献３に記載の如く、コモンレール圧センサ２５により検出されたコモンレール圧の変化により燃料の動粘度νを推定する。このほか、特許文献４に記載の如く、インジェクタ７に設けられたニードルリフトセンサにより二―ドルリフト量を検出し、この二―ドルリフト量に基づき動粘度νを推定してもよい。
【００３７】
蒸留性状値推定について、ここでいう蒸留性状値とは、具体的にはＪＩＳ Ｋ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」に準拠して測定されるＴ９０をいう。Ｔ９０は、９０％留集温度もしくは９０％留出温度などとも称され、９０％蒸発する温度のことをいう。なおＴ９０を低下させることで、燃料は軽質化され、燃料は蒸発しやすくなる。よってエンジンの燃焼室内で燃料が微粒化し易くなり、結果、ＰＭ発生量が減少する。蒸留性状値はＴ９０の代わりにＴ５０、Ｔ１０、ＥＰ等を用いてもよい。
【００３８】
Ｔ９０は、推定された動粘度νに基づき、図２に示すような所定のマップを用いて推定する。なおセンサ等により蒸留性状値を直接検出してもよい。
【００３９】
第３ステップに関しては、推定されたセタン価ＳＮ、動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０のそれぞれに対応した各パティキュレート（ＰＭ）発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90を算出する。各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90は、前記所定時間の間に全気筒の燃焼室４から発生した各ＰＭ発生量である。より具体的には、ＤＰＦ２０に所定の一定量のＰＭが堆積する間に全気筒の燃焼室４から発生した各ＰＭ発生量である。
【００４０】
セタン価ＳＮに対応したＰＭ発生量ＰSNは、推定されたセタン価ＳＮに基づき、図３に示すような所定のマップを用いて算出する。同様に、動粘度νに対応したＰＭ発生量Ｐνは、推定された動粘度νに基づき、図４に示すような所定のマップを用いて算出する。また蒸留性状値Ｔ９０に対応したＰＭ発生量ＰT90は、推定された蒸留性状値Ｔ９０に基づき、図５に示すような所定のマップを用いて算出する。
【００４１】
第４ステップに関しては、まず、第１ステップで検出されたＰＭ堆積量Ｐから、第３ステップで算出された各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90を減じることにより、前記所定時間の間に発生したアロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROを算出する。すなわちアロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROは式：ＰARO＝Ｐ−（ＰSN＋Ｐν＋ＰT90）から求められる。前記同様、アロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROは、ＤＰＦ２０に一定量のＰＭが堆積する間に全気筒の燃焼室４から発生したＰＭ発生量である。
【００４２】
次いで、アロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROに基づき、図６に示すような所定のマップを用いて、使用燃料のアロマ分濃度ＣAROを算出ないし推定する。
【００４３】
以上から分かるように、本実施形態においては、前記所定時間の間に全気筒の燃焼室４から発生したＰＭが全てＤＰＦ２０に堆積したものとする。そしてこの発生ないし堆積したＰＭを、燃料のセタン価ＳＮに起因するもの（ＰSN）と、燃料の動粘度νに起因するもの（Ｐν）と、燃料の蒸留性状値Ｔ９０に起因するもの（ＰT90）と、燃料のアロマ分に起因するもの（ＰARO）とに分けて考える。前３者の量を推定し、これを実際のＰＭ堆積量から減じる。これによって燃料のアロマ分に起因するもの（ＰARO）の量を把握し、この量に基づいてアロマ分濃度を推定する。
【００４４】
本実施形態に係る燃料性状判定装置によれば、燃料比重によることなく燃料のアロマ分濃度を推定可能である。従って、アロマ分の含有量ないし濃度の変化に対し燃料比重の変化が小さいような燃料の場合でも、アロマ分濃度を正確に推定することができ、高い推定精度を確保することができる。そして高精度の燃料比重計を車両に搭載する必要もなく低コスト化が図れる。
【００４５】
ところで例えばセタン価ＳＮについて、図３に示すようなセタン価ＳＮとこれに対応するＰＭ発生量ＰSNとの関係は、エンジンの筒内状態に応じて変化する。そこで本実施形態では、エンジンの筒内状態を取得し、推定されたセタン価ＳＮのみならず取得された筒内状態にも基づいてＰＭ発生量ＰSNを算出する。これにより推定精度を高めることが可能となる。他の動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０についても同様である（図４，図５参照）。
【００４６】
また同様に、図６に示すようなアロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROとアロマ分濃度ＣAROとの関係も、エンジンの筒内状態に応じて変化する。そこで本実施形態では、算出されたＰＭ発生量ＰAROのみならず取得された筒内状態にも基づいてアロマ分濃度ＣAROを推定する。これにより推定精度を一層高めることが可能となる。
【００４７】
ここでセタン価ＳＮを代表例にとって説明する。前述したように、筒内状態とは筒内圧力および筒内温度の少なくとも一方をいう。本実施形態では筒内圧センサ２４が設けられているので、筒内圧センサ２４により検出された筒内圧力Ｐｃを筒内状態、すなわち筒内状態を表す筒内状態パラメータＸとすることができる。図３に示すように、筒内状態パラメータＸが大きいほど、すなわち筒内圧力Ｐｃが高いほど、同一のセタン価ＳＮに対するＰＭ発生量ＰSNは大きい。その理由は、筒内圧力Ｐｃが高いほど燃料噴射量が多くなりＰＭが多く発生するからである。他の動粘度ν、蒸留性状値Ｔ９０およびアロマ分濃度ＣAROについても同様の傾向がある（図４，図５，図６参照）。
【００４８】
他方、筒内圧センサ２４の代わりに筒内温センサを設け、筒内温センサにより検出された筒内温度Ｔｃを筒内状態すなわち筒内状態パラメータＸとしてもよい。このときにも前記同様、筒内状態パラメータＸが大きいほど、すなわち筒内温度Ｔｃが高いほど、同一のセタン価ＳＮに対するＰＭ発生量ＰSNは大きくなる。
【００４９】
ところで、筒内圧力Ｐｃおよび筒内温度Ｔｃは図７および図８に示すようにクランク角に応じて時々刻々と変化する。そこで本実施形態では、所定タイミングである排気弁開弁時ＥＶＯにおける筒内圧力Ｐｃおよび筒内温度Ｔｃの少なくとも一方の値を、筒内状態すなわち筒内状態パラメータＸとする。もっとも、他のタイミングの値とすることも可能である。
【００５０】
他方、筒内状態をセンサで検出するのではなくＥＣＵで推定する場合、次の推定方法を採用することができる。
【００５１】
筒内状態は、エンジンの回転状態、吸気状態および燃料噴射状態の関数とみなすことができる。回転状態を表すパラメータとしては回転速度（または単位時間当たりの回転数）Ｎｅを例示することができる。吸気状態を表すパラメータとしては吸入空気量Ｇａ、ＥＧＲ率、吸気マニフォルド内温度および吸気マニフォルド内圧力を例示することができる。燃料噴射状態を表すパラメータとしては燃料噴射量Ｑ、燃料噴射時期、１燃焼当たりの燃料噴射回数および燃料噴射圧力を例示することができる。
【００５２】
従って、回転状態、吸気状態および燃料噴射状態をそれぞれ表す少なくとも一つずつのパラメータに基づき、所定のマップを利用して、筒内状態を推定することが可能である。本実施形態では例えば、クランク角センサ１５により検出されるエンジン回転速度と、エアフローメータ１２により検出される吸入空気量Ｇａと、ＥＣＵ１００の内部値である目標ＥＧＲ率、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射回数と、コモンレール圧センサ２５により検出されるコモンレール圧とにより、筒内状態を推定する。本実施形態において、この推定された筒内状態は排気弁開弁時ＥＶＯの値である。
【００５３】
次に、図９を参照して、本実施形態に係るアロマ分濃度推定ルーチンを説明する。当該ルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。演算周期はここでは１ｓｅｃであるが、クランクシャフトの１回転等、他の周期としても良い。後述する開始処理フラグの初期状態はオフである。ここでは筒内状態を推定する方法を採用する。
【００５４】
まずステップＳ１０１において、開始処理フラグがオフか否かが判断される。１回目のルーチン実行時はオフなのでステップＳ１０２に進む。他方、２回目以降のルーチン実行時は、後述するステップＳ１０４により開始処理フラグが既にオンされているので、ステップＳ１０１からステップＳ１０５に進む。
【００５５】
ステップＳ１０２では、上述の方法により使用燃料のセタン価ＳＮ、動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０が推定される。
【００５６】
ステップＳ１０３では、１回目のルーチン実行時におけるＤＰＦ２０の瞬時ＰＭ堆積量ｄＰが差圧センサ２２により検出され、この検出値がＰＭ堆積量初期値Ｐ０としてＥＣＵ１００に読み込まれ、記憶される。
【００５７】
ステップＳ１０４では開始処理フラグがオンされる。
【００５８】
ステップＳ１０５では、筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値が前述の方法により推定され、記憶される。ｎはルーチン実行回を表す。なお推定ではなく検出する場合は、検出された筒内状態パラメータＸの値がそのまま記憶される。
【００５９】
ステップＳ１０６では、今回のルーチン実行時におけるＤＰＦ２０の瞬時ＰＭ堆積量ｄＰが差圧センサ２２により検出され、この検出値が今回ＰＭ堆積量Ｐ１としてＥＣＵ１００に読み込まれ、記憶される
ステップＳ１０７では、１回目のルーチン実行時から今回のルーチン実行時までの間にＤＰＦ２０に堆積したＰＭ堆積量Ｐが、式：Ｐ＝Ｐ１−Ｐ０から算出される。
【００６０】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出されたＰＭ堆積量Ｐが所定の一定量Ｐｓ（例えば０．５ｇ）以上となったか否かが判断される。一定量Ｐｓ以上となってなければルーチンが終了され、一定量Ｐｓ以上となった場合にはステップＳ１０９に進む。このようにＰＭ堆積量Ｐが一定量Ｐｓに達するまで堆積等を続ける理由は、ＰＭ堆積量Ｐがあまりに少ないと推定精度が低下する虞があるからである。逆に言えば、一定量Ｐｓは、所望の推定精度を確保するのに十分な量とされる。
【００６１】
このように、ＤＰＦ２０に一定量ＰｓのＰＭが堆積されるまで、筒内状態パラメータＸの推定および記憶と、ＰＭ堆積量Ｐの算出とが繰り返し実行される。
【００６２】
次いで、ステップＳ１０９では、セタン価ＳＮ、動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０のそれぞれに対応した各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90が算出される。
【００６３】
この際、既に記憶されている各回の筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値が読み出されると共に、これら各回の筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値に対応した各回の各ＰＭ発生量ｄＰSN（ｎ），ｄＰν（ｎ），ｄＰT90（ｎ）が算出される。そして、各回の各ＰＭ発生量ＰSN（ｎ），Ｐν（ｎ），ＰT90（ｎ）がサンプル数分積算され、最終的な各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90が算出される。
【００６４】
例えばセタン価ＳＮについて述べると、１回目の筒内状態パラメータＸ（１）とステップＳ１０２で推定されたセタン価ＳＮとの値に基づき、図３のマップから、１回目のＰＭ発生量ｄＰSN（１）が算出される。これを式で表すとｄＰSN（１）＝ｆ｛ＳＮ，Ｘ（１）｝となる。このとき１回目の筒内状態パラメータＸ（１）の値に対応したマップ中のデータが利用される。２回目も同様に式で表すとｄＰSN（２）＝ｆ｛ＳＮ，Ｘ（２）｝となる。これをサンプル数分積算するので、結局、最終的なＰＭ発生量ＰSNは式：ＰSN＝ΣｄＰSN（ｎ）で表されることとなる。他の動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０についても同様の算出方法が適用される。
【００６５】
つまり、各回の各ＰＭ発生量ｄＰSN（ｎ），ｄＰν（ｎ），ｄＰT90（ｎ）は、１演算周期内で発生した瞬時的なＰＭ発生量を表す。各回の各ＰＭ発生量を筒内状態も加味して算出するので、ＰＭ堆積量Ｐが一定量Ｐｓとなるまでの間の筒内状態の変化を反映させて最終的な各ＰＭ発生量を算出することができ、算出精度を向上できる。
【００６６】
次に、ステップＳ１１０において、読み出された各回の筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値が単純平均化され、筒内状態パラメータ平均値Ｘａｖｅとして記憶される。
【００６７】
ステップＳ１１１においては、アロマ分に対応したＰＭ発生量ＰAROが式：ＰARO＝Ｐ−（ＰSN＋Ｐν＋ＰT90）から算出される。
【００６８】
そしてステップＳ１１２において、この算出されたＰＭ発生量ＰAROと既に記憶されている筒内状態パラメータ平均値Ｘａｖｅとに基づき、図６のマップから、現在使用されている燃料のアロマ分濃度ＣAROが算出ないし推定される。この際、筒内状態パラメータ平均値Ｘａｖｅの値に対応したマップ中のデータが利用される。アロマ分濃度ＣAROは式：ＣARO＝ｆ｛ＰARO，Ｘａｖｅ｝で表される。この推定時においても、ＰＭ堆積量Ｐが一定量Ｐｓとなるまでの間の平均的な筒内状態を反映させてアロマ分濃度ＣAROを推定するので、推定精度を向上できる。
【００６９】
以上、本発明の好適実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば筒内状態を考慮しないより単純な実施形態も可能である。
【００７０】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内燃機関
４ 燃焼室
７ インジェクタ
９ 排気通路
２０ ＤＰＦ
２２ 差圧センサ
２４ 筒内圧センサ
２５ コモンレール圧センサ
１００ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料性状判定装置に係り、特にディーゼルエンジンにおいて用いられているディーゼル燃料（軽油等）のアロマティクス濃度を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジンの分野では、石油枯渇および地球環境問題の観点から様々な使用燃料が検討されている。そしてパティキュレート（粒子状物質、以下「ＰＭ」ともいう）発生量低減のため、燃料の軽質化が検討されているが、実際に使用される燃料はユーザによってまちまちである。そこで多種多様な燃料に対応できるよう、エンジン側或いは車両側で燃料性状を判定することが求められている。
【０００３】
特に、燃料に含まれるアロマティクス（芳香族炭化水素、以下「アロマ分」ともいう）がＰＭ発生量に大きく影響し、前者の濃度が高いと後者は増加する傾向にある。よって大気へのＰＭ排出量を低減すべく、アロマ分濃度をオンボードで常時把握できるのが便利且つ有効である。
【０００４】
例えば特許文献１には、燃料中のアロマ分含有量の相関値である燃料比重を検出し、この燃料比重に基づいてパティキュレート発生量を予測することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８１７号公報
【特許文献２】特開２００９−３０５３１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７４３８３号公報
【特許文献４】特開平１１−１２５１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特定国ないし地域で使われている燃料の中には、アロマ分含有量の変化に対し燃料比重の変化が小さいものがある。よって仮に特許文献１に記載の技術を利用して、燃料比重からアロマ分含有量を推定することとしても、推定誤差が大きくなるか、あるいは高精度の燃料比重計を車両に搭載しなければならない欠点がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、燃料比重によることなく燃料のアロマティクス濃度を推定可能な燃料性状判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集する捕集装置と、
所定時間の間に前記捕集装置に堆積したパティキュレート堆積量を検出する検出手段と、
使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する算出手段と、
前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記濃度推定手段は、前記パティキュレート堆積量から前記各パティキュレート発生量を減じることにより、前記所定時間の間に発生したアロマティクスに対応するパティキュレート発生量を算出し、該アロマティクスに対応するパティキュレート発生量に基づき使用燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【００１０】
好ましくは、前記燃料性状判定装置は、前記内燃機関の筒内状態を取得する取得手段をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、前記算出手段は、前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値に加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、セタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応した各パティキュレート発生量を算出する。
【００１２】
好ましくは、前記濃度推定手段は、前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する。
【００１３】
好ましくは、前記取得手段は、前記内燃機関の排気弁開弁時における筒内状態を取得する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料比重によることなく燃料のアロマティクス濃度を推定することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】蒸留性状値を推定するためのマップである。
【図３】セタン価に対応したＰＭ発生量を算出するためのマップである。
【図４】動粘度に対応したＰＭ発生量を算出するためのマップである。
【図５】蒸留性状値に対応したＰＭ発生量を算出するためのマップである。
【図６】アロマ分濃度を推定するためのマップである。
【図７】筒内圧力の変化を示すグラフである。
【図８】筒内温度の変化を示すグラフである。
【図９】アロマ分濃度推定ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１７】
図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。１は自動車用の多気筒圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、２は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、３は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、４は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ５に供給された燃料が、高圧ポンプ５によりコモンレール６に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール６内の高圧燃料がインジェクタ７から燃焼室４内に直接噴射供給される。
【００１８】
エンジン１からの排気ガスは、排気マニフォルド３からターボチャージャ８を経た後にその下流の排気通路９に流され、後述の装置により浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。
【００１９】
他方、エアクリーナ１０から吸気通路１１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ１２、ターボチャージャ８、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４を順に通過して吸気マニフォルド２に至る。エアフローメータ１２は単位時間当たりの吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ１４には電子制御式のものが採用されている。
【００２０】
エンジン１はＥＧＲ装置をも含む。ＥＧＲ装置は、排気マニフォルド３内の排気ガスを吸気通路１１に環流させるためのＥＧＲ通路１７と、ＥＧＲ通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１８と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１９とを備える。
【００２１】
排気通路９には、排気中の煤等のパティキュレート（以下「ＰＭ」ともいう）を捕集する捕集装置としてのパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）２０が設置されている。ＤＰＦ２０には貴金属からなる触媒が担持されており、捕集したＰＭを酸化、燃焼できるようになっている。なお、他の後処理装置として、排気中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒と、排気中のＮＯｘを還元除去するＮＯｘ触媒を設けてもよい。
【００２２】
排気通路９または排気マニフォルド３に設けられた燃料添加弁２１から適宜なタイミングで排ガス中に燃料が添加される。すると、ＤＰＦ２０に、ＨＣを多く含むリッチな排気ガスが供給され、このリッチガスがＤＰＦ２０の触媒を介して酸化、燃焼され、同時にＤＰＦに堆積されていたＰＭが燃焼する。これによりＤＰＦ２０は再生される。なお、燃料添加弁２１から燃料を添加する代わりに、インジェクタ７から燃焼室４内にポスト噴射またはアフタ噴射を行ってリッチな排気ガスを生成しても良い。
【００２３】
ＤＰＦ２０に捕集ないし堆積されたＰＭの量、すなわちＤＰＦ２０におけるＰＭ堆積量を検出するため、ＤＰＦ２０には、その前後の差圧を検出するための差圧センサ２２が併設されている。ＰＭ堆積量が増加するほど差圧が大きくなるため、差圧センサ２２によりＰＭ堆積量の検出が可能である。
【００２４】
なお、差圧センサ２２の代わりに、ＤＰＦ２０の重量を検出する重量計等を用いてＰＭ堆積量を検出してもよい。ＰＭ堆積量が増加するほどＤＰＦ２０の重量が増加するため、重量計によりＰＭ堆積量の検出が可能である。
【００２５】
またエンジンの筒内状態を取得すべく、各気筒に筒内圧センサ２４が設けられる。ここで筒内状態とは筒内圧力および筒内温度の少なくとも一方をいい、取得には検出および推定の両方が含まれる。筒内圧センサ２４は、筒内圧力を検出するセンサである。
【００２６】
なお、筒内圧センサ２４に代えてまたはこれに加えて、筒内温度を検出する筒内温センサを設けてもよい。また、これらセンサにより筒内状態を検出する代わりに、筒内状態を推定してもよい。この推定については後に述べる。
【００２７】
制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ７、高圧ポンプ５、スロットルバルブ１４、ＥＧＲ弁１９、燃料添加弁２１等を制御する。ＥＣＵ１００には、センサ類として、上述のエアフローメータ１２、差圧センサ２２、筒内圧センサ２４が接続されている。
【００２８】
またＥＣＵ１００には、クランク角センサ１５およびアクセル開度センサ１６が接続されている。クランク角センサ１５はクランクシャフトの回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１のクランク角を検出すると共に、エンジン１の回転速度を算出する。アクセル開度センサ１６は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００２９】
またＥＣＵ１００には、コモンレール圧センサ２５が接続されている。コモンレール圧センサ２５は、コモンレール６内の燃料圧力（コモンレール圧）に対応した信号をＥＣＵ１００に出力する。コモンレール圧は、インジェクタ７から噴射される燃料の圧力すなわち噴射圧力となる。コモンレール圧センサ２５によって検出された実際圧がエンジン運転状態に応じた目標圧に一致するよう、高圧ポンプ５が制御され、コモンレール圧はフィードバック制御される。
【００３０】
次に、使用燃料のアロマティクス（アロマ分）濃度の推定について説明する。当該推定は主にＥＣＵ１００によって実行される。
【００３１】
本実施形態に係るアロマ分濃度推定は概して次の第１〜第４ステップを経て行われる。
第１ステップ：所定時間の間にＤＰＦ２０に堆積したＰＭ堆積量を検出する。
第２ステップ：使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する。
第３ステップ：推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する。
第４ステップ：第１ステップで検出されたＰＭ堆積量と、第３ステップで算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマ分濃度を推定する。
【００３２】
第１ステップに関して、ＥＣＵ１００は、差圧センサ２２の出力に基づき、現時点でＤＰＦ２０に実際に堆積しているＰＭの量、言い換えれば瞬時的なＰＭ堆積量（「瞬時ＰＭ堆積量」という）ｄＰを所定のマップ（関数でもよい。以下同様）から算出する。そして前記所定時間の開始時および終了時における瞬時ＰＭ堆積量ｄＰの差から、所定時間の間に堆積したＰＭ堆積量を算出ないし検出する。
【００３３】
ここで、より具体的には、所定時間は、ＤＰＦ２０に所定の一定量のＰＭが堆積するような時間、言い換えれば所定時間の開始時および終了時の瞬時ＰＭ堆積量の差が所定の一定量となるような時間とされる。瞬時ＰＭ堆積量ｄＰが初期値から一定量増加するまで、瞬時ＰＭ堆積量の算出が継続的に実行され、その増加が終了した時点で瞬時ＰＭ堆積量の算出が終了される。そして、前記所定時間の間に、前記一定量のＰＭがＤＰＦ２０に堆積したことが検出される。
【００３４】
なお、所定時間を異なる態様で規定することも可能である。例えば所定時間を単純に時間で規定することも可能である。
【００３５】
次に、第２ステップにおける各推定は次の方法で行われる。まずセタン価推定については、特許文献２に記載の如く、フューエルカット時にあえてパイロット噴射を行い、着火が生じるパイロット噴射の回数に基づいて燃料のセタン価ＳＮを推定する。このほかパイロット噴射時の熱発生率、筒内の圧力および容積の変化、燃料比重等に基づいてセタン価ＳＮを推定してもよい。
【００３６】
動粘度推定については、特許文献３に記載の如く、コモンレール圧センサ２５により検出されたコモンレール圧の変化により燃料の動粘度νを推定する。このほか、特許文献４に記載の如く、インジェクタ７に設けられたニードルリフトセンサにより二―ドルリフト量を検出し、この二―ドルリフト量に基づき動粘度νを推定してもよい。
【００３７】
蒸留性状値推定について、ここでいう蒸留性状値とは、具体的にはＪＩＳ Ｋ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」に準拠して測定されるＴ９０をいう。Ｔ９０は、９０％留集温度もしくは９０％留出温度などとも称され、９０％蒸発する温度のことをいう。なおＴ９０を低下させることで、燃料は軽質化され、燃料は蒸発しやすくなる。よってエンジンの燃焼室内で燃料が微粒化し易くなり、結果、ＰＭ発生量が減少する。蒸留性状値はＴ９０の代わりにＴ５０、Ｔ１０、ＥＰ等を用いてもよい。
【００３８】
Ｔ９０は、推定された動粘度νに基づき、図２に示すような所定のマップを用いて推定する。なおセンサ等により蒸留性状値を直接検出してもよい。
【００３９】
第３ステップに関しては、推定されたセタン価ＳＮ、動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０のそれぞれに対応した各パティキュレート（ＰＭ）発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90を算出する。各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90は、前記所定時間の間に全気筒の燃焼室４から発生した各ＰＭ発生量である。より具体的には、ＤＰＦ２０に所定の一定量のＰＭが堆積する間に全気筒の燃焼室４から発生した各ＰＭ発生量である。
【００４０】
セタン価ＳＮに対応したＰＭ発生量ＰSNは、推定されたセタン価ＳＮに基づき、図３に示すような所定のマップを用いて算出する。同様に、動粘度νに対応したＰＭ発生量Ｐνは、推定された動粘度νに基づき、図４に示すような所定のマップを用いて算出する。また蒸留性状値Ｔ９０に対応したＰＭ発生量ＰT90は、推定された蒸留性状値Ｔ９０に基づき、図５に示すような所定のマップを用いて算出する。
【００４１】
第４ステップに関しては、まず、第１ステップで検出されたＰＭ堆積量Ｐから、第３ステップで算出された各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90を減じることにより、前記所定時間の間に発生したアロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROを算出する。すなわちアロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROは式：ＰARO＝Ｐ−（ＰSN＋Ｐν＋ＰT90）から求められる。前記同様、アロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROは、ＤＰＦ２０に一定量のＰＭが堆積する間に全気筒の燃焼室４から発生したＰＭ発生量である。
【００４２】
次いで、アロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROに基づき、図６に示すような所定のマップを用いて、使用燃料のアロマ分濃度ＣAROを算出ないし推定する。
【００４３】
以上から分かるように、本実施形態においては、前記所定時間の間に全気筒の燃焼室４から発生したＰＭが全てＤＰＦ２０に堆積したものとする。そしてこの発生ないし堆積したＰＭを、燃料のセタン価ＳＮに起因するもの（ＰSN）と、燃料の動粘度νに起因するもの（Ｐν）と、燃料の蒸留性状値Ｔ９０に起因するもの（ＰT90）と、燃料のアロマ分に起因するもの（ＰARO）とに分けて考える。前３者の量を推定し、これを実際のＰＭ堆積量から減じる。これによって燃料のアロマ分に起因するもの（ＰARO）の量を把握し、この量に基づいてアロマ分濃度を推定する。
【００４４】
本実施形態に係る燃料性状判定装置によれば、燃料比重によることなく燃料のアロマ分濃度を推定可能である。従って、アロマ分の含有量ないし濃度の変化に対し燃料比重の変化が小さいような燃料の場合でも、アロマ分濃度を正確に推定することができ、高い推定精度を確保することができる。そして高精度の燃料比重計を車両に搭載する必要もなく低コスト化が図れる。
【００４５】
ところで例えばセタン価ＳＮについて、図３に示すようなセタン価ＳＮとこれに対応するＰＭ発生量ＰSNとの関係は、エンジンの筒内状態に応じて変化する。そこで本実施形態では、エンジンの筒内状態を取得し、推定されたセタン価ＳＮのみならず取得された筒内状態にも基づいてＰＭ発生量ＰSNを算出する。これにより推定精度を高めることが可能となる。他の動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０についても同様である（図４，図５参照）。
【００４６】
また同様に、図６に示すようなアロマ分に対応するＰＭ発生量ＰAROとアロマ分濃度ＣAROとの関係も、エンジンの筒内状態に応じて変化する。そこで本実施形態では、算出されたＰＭ発生量ＰAROのみならず取得された筒内状態にも基づいてアロマ分濃度ＣAROを推定する。これにより推定精度を一層高めることが可能となる。
【００４７】
ここでセタン価ＳＮを代表例にとって説明する。前述したように、筒内状態とは筒内圧力および筒内温度の少なくとも一方をいう。本実施形態では筒内圧センサ２４が設けられているので、筒内圧センサ２４により検出された筒内圧力Ｐｃを筒内状態、すなわち筒内状態を表す筒内状態パラメータＸとすることができる。図３に示すように、筒内状態パラメータＸが大きいほど、すなわち筒内圧力Ｐｃが高いほど、同一のセタン価ＳＮに対するＰＭ発生量ＰSNは大きい。その理由は、筒内圧力Ｐｃが高いほど燃料噴射量が多くなりＰＭが多く発生するからである。他の動粘度ν、蒸留性状値Ｔ９０およびアロマ分濃度ＣAROについても同様の傾向がある（図４，図５，図６参照）。
【００４８】
他方、筒内圧センサ２４の代わりに筒内温センサを設け、筒内温センサにより検出された筒内温度Ｔｃを筒内状態すなわち筒内状態パラメータＸとしてもよい。このときにも前記同様、筒内状態パラメータＸが大きいほど、すなわち筒内温度Ｔｃが高いほど、同一のセタン価ＳＮに対するＰＭ発生量ＰSNは大きくなる。
【００４９】
ところで、筒内圧力Ｐｃおよび筒内温度Ｔｃは図７および図８に示すようにクランク角に応じて時々刻々と変化する。そこで本実施形態では、所定タイミングである排気弁開弁時ＥＶＯにおける筒内圧力Ｐｃおよび筒内温度Ｔｃの少なくとも一方の値を、筒内状態すなわち筒内状態パラメータＸとする。もっとも、他のタイミングの値とすることも可能である。
【００５０】
他方、筒内状態をセンサで検出するのではなくＥＣＵで推定する場合、次の推定方法を採用することができる。
【００５１】
筒内状態は、エンジンの回転状態、吸気状態および燃料噴射状態の関数とみなすことができる。回転状態を表すパラメータとしては回転速度（または単位時間当たりの回転数）Ｎｅを例示することができる。吸気状態を表すパラメータとしては吸入空気量Ｇａ、ＥＧＲ率、吸気マニフォルド内温度および吸気マニフォルド内圧力を例示することができる。燃料噴射状態を表すパラメータとしては燃料噴射量Ｑ、燃料噴射時期、１燃焼当たりの燃料噴射回数および燃料噴射圧力を例示することができる。
【００５２】
従って、回転状態、吸気状態および燃料噴射状態をそれぞれ表す少なくとも一つずつのパラメータに基づき、所定のマップを利用して、筒内状態を推定することが可能である。本実施形態では例えば、クランク角センサ１５により検出されるエンジン回転速度と、エアフローメータ１２により検出される吸入空気量Ｇａと、ＥＣＵ１００の内部値である目標ＥＧＲ率、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射回数と、コモンレール圧センサ２５により検出されるコモンレール圧とにより、筒内状態を推定する。本実施形態において、この推定された筒内状態は排気弁開弁時ＥＶＯの値である。
【００５３】
次に、図９を参照して、本実施形態に係るアロマ分濃度推定ルーチンを説明する。当該ルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。演算周期はここでは１ｓｅｃであるが、クランクシャフトの１回転等、他の周期としても良い。後述する開始処理フラグの初期状態はオフである。ここでは筒内状態を推定する方法を採用する。
【００５４】
まずステップＳ１０１において、開始処理フラグがオフか否かが判断される。１回目のルーチン実行時はオフなのでステップＳ１０２に進む。他方、２回目以降のルーチン実行時は、後述するステップＳ１０４により開始処理フラグが既にオンされているので、ステップＳ１０１からステップＳ１０５に進む。
【００５５】
ステップＳ１０２では、上述の方法により使用燃料のセタン価ＳＮ、動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０が推定される。
【００５６】
ステップＳ１０３では、１回目のルーチン実行時におけるＤＰＦ２０の瞬時ＰＭ堆積量ｄＰが差圧センサ２２により検出され、この検出値がＰＭ堆積量初期値Ｐ０としてＥＣＵ１００に読み込まれ、記憶される。
【００５７】
ステップＳ１０４では開始処理フラグがオンされる。
【００５８】
ステップＳ１０５では、筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値が前述の方法により推定され、記憶される。ｎはルーチン実行回を表す。なお推定ではなく検出する場合は、検出された筒内状態パラメータＸの値がそのまま記憶される。
【００５９】
ステップＳ１０６では、今回のルーチン実行時におけるＤＰＦ２０の瞬時ＰＭ堆積量ｄＰが差圧センサ２２により検出され、この検出値が今回ＰＭ堆積量Ｐ１としてＥＣＵ１００に読み込まれ、記憶される
ステップＳ１０７では、１回目のルーチン実行時から今回のルーチン実行時までの間にＤＰＦ２０に堆積したＰＭ堆積量Ｐが、式：Ｐ＝Ｐ１−Ｐ０から算出される。
【００６０】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出されたＰＭ堆積量Ｐが所定の一定量Ｐｓ（例えば０．５ｇ）以上となったか否かが判断される。一定量Ｐｓ以上となってなければルーチンが終了され、一定量Ｐｓ以上となった場合にはステップＳ１０９に進む。このようにＰＭ堆積量Ｐが一定量Ｐｓに達するまで堆積等を続ける理由は、ＰＭ堆積量Ｐがあまりに少ないと推定精度が低下する虞があるからである。逆に言えば、一定量Ｐｓは、所望の推定精度を確保するのに十分な量とされる。
【００６１】
このように、ＤＰＦ２０に一定量ＰｓのＰＭが堆積されるまで、筒内状態パラメータＸの推定および記憶と、ＰＭ堆積量Ｐの算出とが繰り返し実行される。
【００６２】
次いで、ステップＳ１０９では、セタン価ＳＮ、動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０のそれぞれに対応した各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90が算出される。
【００６３】
この際、既に記憶されている各回の筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値が読み出されると共に、これら各回の筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値に対応した各回の各ＰＭ発生量ｄＰSN（ｎ），ｄＰν（ｎ），ｄＰT90（ｎ）が算出される。そして、各回の各ＰＭ発生量ＰSN（ｎ），Ｐν（ｎ），ＰT90（ｎ）がサンプル数分積算され、最終的な各ＰＭ発生量ＰSN，Ｐν，ＰT90が算出される。
【００６４】
例えばセタン価ＳＮについて述べると、１回目の筒内状態パラメータＸ（１）とステップＳ１０２で推定されたセタン価ＳＮとの値に基づき、図３のマップから、１回目のＰＭ発生量ｄＰSN（１）が算出される。これを式で表すとｄＰSN（１）＝ｆ｛ＳＮ，Ｘ（１）｝となる。このとき１回目の筒内状態パラメータＸ（１）の値に対応したマップ中のデータが利用される。２回目も同様に式で表すとｄＰSN（２）＝ｆ｛ＳＮ，Ｘ（２）｝となる。これをサンプル数分積算するので、結局、最終的なＰＭ発生量ＰSNは式：ＰSN＝ΣｄＰSN（ｎ）で表されることとなる。他の動粘度νおよび蒸留性状値Ｔ９０についても同様の算出方法が適用される。
【００６５】
つまり、各回の各ＰＭ発生量ｄＰSN（ｎ），ｄＰν（ｎ），ｄＰT90（ｎ）は、１演算周期内で発生した瞬時的なＰＭ発生量を表す。各回の各ＰＭ発生量を筒内状態も加味して算出するので、ＰＭ堆積量Ｐが一定量Ｐｓとなるまでの間の筒内状態の変化を反映させて最終的な各ＰＭ発生量を算出することができ、算出精度を向上できる。
【００６６】
次に、ステップＳ１１０において、読み出された各回の筒内状態パラメータＸ（ｎ）の値が単純平均化され、筒内状態パラメータ平均値Ｘａｖｅとして記憶される。
【００６７】
ステップＳ１１１においては、アロマ分に対応したＰＭ発生量ＰAROが式：ＰARO＝Ｐ−（ＰSN＋Ｐν＋ＰT90）から算出される。
【００６８】
そしてステップＳ１１２において、この算出されたＰＭ発生量ＰAROと既に記憶されている筒内状態パラメータ平均値Ｘａｖｅとに基づき、図６のマップから、現在使用されている燃料のアロマ分濃度ＣAROが算出ないし推定される。この際、筒内状態パラメータ平均値Ｘａｖｅの値に対応したマップ中のデータが利用される。アロマ分濃度ＣAROは式：ＣARO＝ｆ｛ＰARO，Ｘａｖｅ｝で表される。この推定時においても、ＰＭ堆積量Ｐが一定量Ｐｓとなるまでの間の平均的な筒内状態を反映させてアロマ分濃度ＣAROを推定するので、推定精度を向上できる。
【００６９】
以上、本発明の好適実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば筒内状態を考慮しないより単純な実施形態も可能である。
【００７０】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内燃機関
４ 燃焼室
７ インジェクタ
９ 排気通路
２０ ＤＰＦ
２２ 差圧センサ
２４ 筒内圧センサ
２５ コモンレール圧センサ
１００ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集する捕集装置と、
所定時間の間に前記捕集装置に堆積したパティキュレート堆積量を検出する検出手段と、
使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する算出手段と、
前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記濃度推定手段は、前記パティキュレート堆積量から前記各パティキュレート発生量を減じることにより、前記所定時間の間に発生したアロマティクスに対応するパティキュレート発生量を算出し、該アロマティクスに対応するパティキュレート発生量に基づき使用燃料のアロマティクス濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記内燃機関の筒内状態を取得する取得手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記算出手段は、前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値に加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、セタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応した各パティキュレート発生量を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記濃度推定手段は、前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の燃料性状判定装置。
【請求項６】
前記取得手段は、前記内燃機関の排気弁開弁時における筒内状態を取得する
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集する捕集装置と、
所定時間の間に前記捕集装置に堆積したパティキュレート堆積量を検出する検出手段と、
使用燃料のセタン価、動粘度および蒸留性状値を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応し、前記所定時間の間に発生した各パティキュレート発生量を算出する算出手段と、
前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに基づき、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記濃度推定手段は、前記パティキュレート堆積量から前記各パティキュレート発生量を減じることにより、前記所定時間の間に発生したアロマティクスに対応するパティキュレート発生量を算出し、該アロマティクスに対応するパティキュレート発生量に基づき使用燃料のアロマティクス濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記内燃機関の筒内状態を取得する取得手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記算出手段は、前記推定手段により推定されたセタン価、動粘度および蒸留性状値に加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、セタン価、動粘度および蒸留性状値のそれぞれに対応した各パティキュレート発生量を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記濃度推定手段は、前記検出手段により検出されたパティキュレート堆積量と、前記算出手段により算出された各パティキュレート発生量とに加え、前記取得手段により取得された筒内状態にも基づいて、使用燃料のアロマティクス濃度を推定する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の燃料性状判定装置。
【請求項６】
前記取得手段は、前記内燃機関の排気弁開弁時における筒内状態を取得する
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６０８７１（Ｐ２０１３−６０８７１Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９４９０（Ｐ２０１１−１９９４９０）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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