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WO2011061851A1 - 内燃機関の燃料種類判別装置及び燃料噴射制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料種類判別装置及び燃料噴射制御装置 Download PDF

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Publication number
WO2011061851A1
WO2011061851A1 PCT/JP2009/069703 JP2009069703W WO2011061851A1 WO 2011061851 A1 WO2011061851 A1 WO 2011061851A1 JP 2009069703 W JP2009069703 W JP 2009069703W WO 2011061851 A1 WO2011061851 A1 WO 2011061851A1
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WO
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fuel
injection
fuel injection
amount
injection amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/069703
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
昌宏 南
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to PCT/JP2009/069703 priority Critical patent/WO2011061851A1/ja
Priority to JP2011541771A priority patent/JP5131396B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel type discrimination device and a fuel injection control device for an internal combustion engine represented by a diesel engine or the like.
  • the present invention relates to measures for realizing accurate determination of the type of fuel used in an internal combustion engine and fuel injection control using the determination result.
  • Patent Document 1 for example, in an automobile diesel engine, a very small amount of fuel is put into a cylinder prior to main injection for the purpose of reducing combustion noise and NOx emission. Pilot injection and pre-injection for injecting are performed. Even if the fuel injection start timing and the fuel injection amount are the same, if the physical property value of the fuel injected into the combustion chamber is different, the preheating effect in the combustion chamber will be different, and the preheating in the combustion chamber will be insufficient. If this happens, the ignition timing in the main injection may deviate from the appropriate timing, which may adversely affect exhaust emissions and engine performance. This is mainly due to the difference in cetane number and lower heating value depending on the fuel type.
  • Patent Document 2 discloses an apparatus for discriminating fuel types.
  • the fuel type is determined based on the amount by which the relationship between the engine torque and the accelerator opening deviates from the basic characteristics.
  • the present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to utilize a fuel type discriminating apparatus capable of accurately discriminating the type of fuel used in an internal combustion engine, and a result of the discrimination.
  • An object of the present invention is to provide a fuel injection control device that realizes fuel injection control.
  • the solution principle of the present invention taken to achieve the above object is to discriminate the fuel type based on the relationship between the actual fuel injection amount injected into the combustion chamber and the torque generated therewith. . Further, the fuel injection in a form suitable for the determined physical property value of the fuel can improve the exhaust emission and the engine performance.
  • the present invention is premised on a fuel type discriminating device for discriminating the type of fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber.
  • This fuel type discriminating device is provided with actual injection amount recognizing means, torque recognizing means, and fuel type discriminating means.
  • the actual injection amount recognizing means measures or estimates the actual injection amount of the fuel injected from the fuel injection valve.
  • the torque recognition means measures or estimates the output torque of the internal combustion engine accompanying the fuel injection from the fuel injection valve. Based on the actual fuel injection amount measured or estimated by the actual injection amount recognizing unit and the output torque of the internal combustion engine measured or estimated by the torque recognizing unit, the fuel type determining unit is connected to the combustion chamber from the fuel injection valve. The type of fuel injected into the engine is determined.
  • Fuels that can be used for internal combustion engines have different physical property values.
  • the amount of fuel injected into the combustion chamber is the same, if the fuel type is different, the magnitude of the torque generated with the fuel injection is significantly different. That is, the magnitude of the output torque with respect to the actual fuel injection amount and the fuel type have a unique relationship.
  • the solution means determines the type of fuel currently in use based on the relationship between the actual injection amount obtained by the actual injection amount recognition means and the output torque obtained by the torque recognition means. I try to identify. For this reason, it becomes possible to discriminate the fuel type with high accuracy that could not be obtained by the prior art.
  • Preferred configurations for measuring or estimating the actual fuel injection amount include the following.
  • the fuel injection valve is configured such that fuel is supplied from a pressure accumulating container that accumulates and holds high-pressure fuel, and fuel pressure detecting means for detecting fuel pressure is disposed downstream of the fuel outlet of the pressure accumulating container. Has been. Then, based on the fuel pressure detected by the fuel pressure detecting means and the injection period of the fuel injection executed at the fuel pressure, the actual injection amount recognizing means recognizes the actual fuel injected from the fuel injection valve. The injection amount is measured or estimated.
  • the fuel pressure on the downstream side of the fuel outlet of the pressure accumulating vessel better reflects the pressure fluctuation caused by the fuel injection of the fuel injection valve.
  • the pressure fluctuation caused by the fuel injection from the fuel injection valve is attenuated until it propagates from the nozzle hole to the pressure accumulating vessel. It is difficult to accurately detect the fuel injection pressure (a value necessary for accurately calculating the actual injection amount).
  • the fuel pressure downstream of the fuel outlet of the pressure accumulating vessel it is possible to detect this before the pressure fluctuation caused by fuel injection is attenuated.
  • the fuel pressure suitable for the measurement or estimation of the actual injection amount can be detected by the fuel pressure detecting means, and the measurement or estimation of the actual injection amount can be performed with high accuracy.
  • the type of fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber can be determined with high accuracy.
  • Preferred operations for estimating the actual injection amount when the fuel pressure detecting means is provided include the following. First, the fuel pressure detecting means is provided in the vicinity of the fuel inlet of the fuel injection valve. Then, the fuel pressure detected by the fuel pressure detecting means is corrected in consideration of the delay time from the start of fuel injection from the fuel injection valve until the fuel pressure in the vicinity of the fuel inlet starts to drop, The actual injection amount recognition means estimates the actual fuel injection amount based on the corrected fuel pressure.
  • the said torque recognition means measures or estimates the output torque of the internal combustion engine obtained by performing the fuel injection according to the instruction
  • the torque recognizing means measures or estimates the output torque of the internal combustion engine with respect to the command injection period. That is, when such a fuel injection amount learning operation is executed, it is difficult to specify the output torque of the internal combustion engine with respect to the actual injection amount.
  • the actual injection amount of fuel is measured or estimated by the actual injection amount recognition means.
  • the output torque of the internal combustion engine relative to the actual injection amount can be specified from the relationship between the output torque obtained by the torque recognition unit and the actual injection amount of the fuel obtained by the actual injection amount recognition unit. This makes it possible to determine the type of fuel.
  • the fuel injection operation from the fuel injection valve is premised on a fuel injection control device for a compression auto-ignition internal combustion engine capable of executing at least main injection and sub-injection performed prior to the main injection.
  • the fuel injection control device includes sub-injection control means for adjusting at least one of the injection amount and the injection timing of the sub-injection according to the type of fuel determined by the fuel type determination means in the fuel type determination device. I am letting.
  • Fuel injection control means capable of executing a high-efficiency fuel injection control operation for controlling the injection timing and the injection amount of each fuel injection so that the timing of reaching the dead point coincides with each other.
  • the injection mode of the sub-injection and the main injection so as to be at such timing, when the combustion of the fuel injected by the main injection is started, the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the sub-injection is maximized.
  • the combustion of the fuel injected by the main injection can be started by making the maximum use of the amount of heat generated by the sub-injection.
  • the temperature drop due to the endothermic reaction at the start of the main injection is suppressed, and the ignition delay of the fuel injected by the main injection is suppressed. For this reason, it is possible to lead the combustion in the main injection to stable diffusion combustion without ignition delay while suppressing the amount of fuel injected in the sub-injection to the minimum necessary, and to improve the fuel consumption rate.
  • the fuel injection control means is arranged so that the fuel injected by the main injection does not overlap with the fuel injected by the sub injection and flowing along the swirl flow in the cylinder.
  • the injection execution timing is set.
  • the fuel type is determined based on the relationship between the actual fuel injection amount injected into the combustion chamber and the torque generated therewith. Further, fuel injection is performed in a form suitable for the determined physical property value of the fuel. For this reason, the fuel type can be discriminated with high accuracy, and as a result, exhaust emission and engine performance can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine and its control system according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing a change state of the heat generation rate when main injection is executed.
  • FIG. 3A is a waveform diagram showing a change state of an ideal heat generation rate during execution of pre-injection and main injection
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of injection patterns of pre-injection and main injection. It is.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fuel type determination map.
  • FIG. 5 is a diagram showing physical property values of biodiesel fuel, light oil, and rapeseed oil.
  • 6A is a fuel oil fuel injection start timing setting map
  • FIG. 6B is a biodiesel fuel fuel injection start timing setting map
  • FIG. 6A is a fuel oil fuel injection start timing setting map
  • FIG. 6B is a biodiesel fuel fuel injection start timing setting map
  • FIG. 6C is a rapeseed oil fuel injection start timing setting map.
  • FIG. 7A is a diagram showing a fuel injection amount setting map for light oil
  • FIG. 7B is a diagram showing a fuel injection amount setting map for biodiesel fuel
  • FIG. 7C is a diagram showing a fuel injection amount setting map for rapeseed oil. is there.
  • FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 3 when light oil, biodiesel fuel, and rapeseed oil are used.
  • FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 3 when another alternative fuel and light oil are used.
  • FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 3 when another alternative fuel and light oil are used.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 and its control system according to the present embodiment.
  • An intake passage 4 is connected to the combustion chamber 3 formed between the cylinder 1a and the piston 1b in the engine 1 via an intake valve 4a as an intake system.
  • An air cleaner 6 for filtering intake air from the upstream side, an intake air amount sensor (air flow meter) 8 for detecting the intake air amount, and an intake air temperature sensor 10 for detecting the intake air temperature are provided in the intake passage 4.
  • a throttle valve (intake throttle valve) 14 is provided, which is an electronically controlled on-off valve that can adjust the opening degree steplessly.
  • the throttle valve 14 is opened and closed by a drive mechanism 16.
  • the drive mechanism 16 includes a step motor 18 and a gear group that drives and connects the step motor 18 and the throttle valve 14.
  • the step motor 18 is driven and controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20 for performing various controls of the engine 1.
  • ECU electronice control unit
  • the drive mechanism 16 is provided with a fully open switch 22 that is turned on when the throttle valve 14 is in the fully open position.
  • an exhaust passage 24 is connected to the combustion chamber 3 through an exhaust valve 24a as an exhaust system.
  • An EGR (exhaust gas recirculation) passage 26 branches from the exhaust passage 24.
  • the EGR passage 26 is connected to the downstream side of the throttle valve 14 in the intake passage 4.
  • the EGR passage 26 is provided with an EGR valve 30 that is opened and closed by an actuator 28 controlled by the ECU 20.
  • the engine 1 is provided with a plurality of cylinders (four cylinders in the present embodiment, but only one cylinder is illustrated) # 1, # 2, # 3, and # 4.
  • An injector (fuel injection valve) 32 is provided for each of the combustion chambers 1 to # 4.
  • the injector 32 includes a piezoelectric element (piezo element) therein, and is configured by a piezo injector that is appropriately opened to inject fuel into the combustion chambers 3 of the cylinders # 1 to # 4. The details of the fuel injection control of the injector 32 will be described later.
  • the injector 32 is connected to a common rail 34 as a pressure accumulating container common to each cylinder, and the fuel in the common rail 34 burns from the injector 32 while the injection control electromagnetic valve 32a is open (injector opening period). It is injected into the chamber 3. A relatively high pressure corresponding to the fuel injection pressure is accumulated in the common rail 34.
  • the common rail 34 is connected to the discharge port 36 a of the supply pump 36 via the supply pipe 35.
  • a check valve 37 is provided in the middle of the supply pipe 35. Due to the presence of the check valve 37, the supply of fuel from the supply pump 36 to the common rail 34 is allowed, and the backflow of fuel from the common rail 34 to the supply pump 36 is restricted.
  • the supply pump 36 is connected to a fuel tank 38 via a suction port 36b, and a filter 39 is provided in the middle thereof.
  • the supply pump 36 sucks fuel from the fuel tank 38 through the filter 39.
  • the supply pump 36 receives the rotational driving force from the crankshaft, which is the output shaft of the engine 1, and reciprocates the plunger to increase the fuel pressure to the required pressure, thereby supplying the high-pressure fuel to the common rail 34. To supply.
  • a pressure control valve 40 is provided in the vicinity of the discharge port 36 a of the supply pump 36.
  • the pressure control valve 40 is for controlling the fuel pressure (ie, injection pressure) discharged from the discharge port 36a to the common rail 34. By opening the pressure control valve 40, surplus fuel that is not discharged from the discharge port 36a is returned from the return port 36c provided in the supply pump 36 to the fuel tank 38 via the return pipe (return flow path) 41. It is like that.
  • the fuel supply system of the engine 1 is configured with the fuel tank 38, the supply pump 36, the common rail 34, and the injector 32 as main components.
  • a glow plug 42 is disposed in the combustion chamber 3 of the engine 1.
  • the glow plug 42 is a start assist device that is heated red when a current is passed through the glow relay 42a immediately before the engine 1 is started, and a part of the fuel spray is blown onto the glow plug 42a to promote ignition and combustion. .
  • crankshaft of the engine 1 is provided with a rotor that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft, and a convex signal formed on the outer peripheral surface of the rotor is detected and a pulse signal corresponding to the rotational speed is generated.
  • a crank position sensor 44 comprising an electromagnetic pickup for output is provided. The output of the crank position sensor 44 is taken into the ECU 20 as a signal that contributes to the calculation of the rotational speed of the engine 1.
  • the ECU (Electronic Control Unit) 20 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a backup RAM, a timer, a counter, and the like, and A / D (Analog).
  • An external input circuit including a digital converter and an external output circuit are connected by a bidirectional bus.
  • the ECU 20 configured as described above inputs detection signals of various sensors via an external input circuit, and based on these signals, various controls relating to the operating state of the engine 1, such as basic control for fuel injection of the engine 1 and the like.
  • the ECU 20 includes an accelerator opening amount detected by the accelerator opening sensor 46, including the intake air amount information detected by the intake air amount sensor 8 and the intake air temperature information detected by the intake air temperature sensor 10.
  • Degree information (accelerator pedal depression amount information), IG (ignition) switch 48 on / off information, starter switch 50 on / off information, and cooling water temperature detected by a cooling water temperature sensor 52 provided in the water jacket 2a.
  • Fuel temperature information litter above Fuel temperature information detected by a fuel temperature sensor 59 provided near the port 36c, fuel pressure (injection pressure PC) detected by a fuel pressure sensor (fuel pressure detection means) 60 provided near the fuel inlet of the injector 32 ) Information is taken in, and various controls relating to the operating state of the engine 1 are executed based on the information.
  • the ECU 20 executes fuel injection control of the injector 32.
  • fuel injection control of the injector 32 in this embodiment, pilot injection, pre-injection, main injection (main injection), after injection, and post injection, which will be described later, are executed.
  • the total fuel injection amount in the main injection is a fuel injection amount necessary for obtaining a required torque that is determined according to operating conditions such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and environmental conditions. Is set. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 44), the greater the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 46). The higher the required accelerator torque of the engine 1, the higher the accelerator opening.
  • the fuel injection pressure when executing these fuel injections is determined by the fuel pressure supplied from the common rail 34 to the injector 32.
  • the target value of the fuel pressure becomes higher as the engine load (engine load) becomes higher and as the engine speed (engine speed) becomes higher. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 3 is large, so that a large amount of fuel must be injected from the injector 32 into the combustion chamber 3. The pressure needs to be high. Also, when the engine speed is high, the injection period is short, so the amount of fuel injected per unit time must be increased, and therefore the injection pressure from the injector 32 must be increased. .
  • the target fuel pressure is set based on the engine load and the engine speed.
  • This target fuel pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the ROM, for example. That is, in a state in which the fuel pressure is adjusted according to this fuel pressure setting map, the valve opening period (injection rate waveform) of the injector 32 is controlled, thereby making it possible to define the fuel injection amount during the valve opening period.
  • the fuel pressure is adjusted between 30 MPa and 200 MPa according to the engine load and the like.
  • the ECU 20 makes the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 60 equal to a target fuel pressure (target fuel pressure obtained from the fuel pressure setting map) set based on the engine operating state, that is, fuel injection.
  • the fuel discharge amount of the supply pump 36 is adjusted (feedback control of the fuel discharge amount) so that the pressure matches the target injection pressure.
  • the ECU 20 determines the fuel injection amount and the fuel injection form based on the engine operating state. Specifically, the ECU 20 calculates the engine speed (engine speed) based on the detection value of the crank position sensor 44 and also determines the depression amount of the accelerator pedal (accelerator opening) based on the detection value of the accelerator opening sensor 46. The total fuel injection amount (the sum of the injection amount in the pre-injection and the injection amount in the main injection, which will be described later) is determined based on the engine speed, the accelerator opening, and the like as described above.
  • the pilot injection is an injection operation that injects a small amount of fuel in advance prior to the main injection (main injection) from the injector 32.
  • the fuel injection is temporarily interrupted, and the compressed gas temperature (in-cylinder temperature) is sufficiently increased to reach the fuel self-ignition temperature until the main injection is started.
  • the pilot injection function in this embodiment is specialized for preheating in the cylinder.
  • the pilot injection in the present embodiment is an injection operation (preheating fuel supply operation) for preheating the gas in the combustion chamber 3.
  • the injection amount per one pilot injection is set to the minimum limit injection amount (for example, 1.5 mm 3 ) of the injector 32, and the injection is performed.
  • the required total pilot injection amount is secured by setting the number of times. More specifically, the number of pilot injections is determined by the following equation (1).
  • N ⁇ (Ca ⁇ ⁇ T) ⁇ Kc ⁇ Kv ⁇ / (J ⁇ ⁇ ) (1)
  • N number of pilot injections
  • Ca heat capacity of air introduced into the cylinder
  • ⁇ T unsatisfactory temperature with respect to auto-ignition temperature
  • Kc heat capacity correction coefficient based on EGR rate
  • Kv target space for combustion contribution
  • J theoretical calorific value of 1.5 mm 3
  • ⁇ fuel efficiency
  • the unsatisfactory temperature ⁇ T with respect to the self-ignition temperature refers to the compressed gas temperature at the target ignition timing of the fuel at the time of main injection (for example, the timing when the piston 1b reaches the compression top dead center), and the self-ignition of the fuel.
  • the above formula (1) sets the pilot injection amount per time to a fixed value (for example, 1.5 mm 3 ), and secures the necessary total pilot injection amount by setting the number of injections. .
  • the fixed value of the pilot injection amount per one time is not limited to the above value.
  • a fuel injection amount setting map for pilot injection is stored in advance in the ROM, and the total pilot injection amount is set according to the fuel injection amount setting map. Good.
  • the interval of the pilot injection dividedly injected in this way is determined by the responsiveness of the injector 32 (speed of opening / closing operation). In the present embodiment, it is set to 200 ⁇ s, for example.
  • the pilot injection interval is not limited to this value.
  • the angle said below means the value converted into the rotation angle of the crankshaft.
  • injection start timing of this pilot injection is set by the following equation (2), for example, after crank top angle and before compression top dead center (BTDC) 80 ° of the piston 1b.
  • Pilot injection start angle Pilot combustion end angle + Pilot injection period working angle + (Crank angle converted value of required combustion time in one pilot injection ⁇ N + Crank angle converted value of ignition delay time ⁇ Crank angle converted value of overlap time) (2)
  • the pilot combustion end angle is an angle set in order to complete combustion by pilot injection before the start of pre-injection.
  • the ignition delay time is a time delay from when the pilot injection is executed until the fuel is ignited.
  • the overlap time is the overlap time between the fuel combustion period by the pilot injection executed in advance and the fuel combustion period by the pilot injection executed subsequently (two combustions are performed simultaneously). Time) and the combustion period of the fuel by the final pilot injection and the combustion period of the fuel by the subsequent pre-injection.
  • a fuel injection start timing setting map for pilot injection is stored in advance in the ROM, and the injection start timing of the pilot injection is set according to the fuel injection start timing setting map. You may make it set.
  • the pre-injection is an injection operation for injecting a small amount of fuel in advance prior to the main injection from the injector 32.
  • This pre-injection is an injection operation (suppression operation of supplying torque generating fuel) for suppressing the initial combustion speed due to the main injection and leading to stable diffusion combustion, and is also called sub-injection.
  • the pre-injection in the present embodiment has not only a function of suppressing the initial combustion speed by the main injection described above, but also a preheating function of increasing the in-cylinder temperature.
  • the total injection amount (the injection amount in the pre-injection and the total injection amount for obtaining the required torque determined according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the coolant temperature, the intake air temperature, etc.
  • the pre-injection amount is set to 10% (for example, when the fuel is light oil) with respect to the sum of the main injection amount).
  • the ratio of the pre-injection amount to the total injection amount is set according to the amount of heat (required pre-heating amount) required when pre-heating the cylinder.
  • the injection amount in the pre-injection is less than the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the injector 32, and therefore the pre-injection is not executed. become.
  • the fuel injection in the pre-injection may be performed by the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the injector 32.
  • the total injection amount of the pre-injection is required to be twice or more (for example, 3 mm 3 or more) of the minimum limit injection amount of the injector 32, a plurality of pre-injections are executed, which is necessary for this pre-injection.
  • the total injection amount is secured. Thereby, the ignition delay of the pre-injection can be suppressed, the initial combustion speed by the main injection can be surely suppressed, and the stable diffusion combustion can be led.
  • a pre-injection fuel injection amount setting map is stored in advance in the ROM, and the pre-injection total injection amount is set according to the fuel injection amount setting map. Also good.
  • the injection start angle of this pre-injection is set by the following equation (3).
  • Pre-injection start angle Pre-combustion end angle + Pre-injection period working angle + (Crank angle converted value of required combustion time in pre-injection + Crank angle converted value of ignition delay time ⁇ Crank angle converted value of overlap time) (3) )
  • the ignition delay time is a time delay from when the pre-injection is executed until the fuel is ignited.
  • the overlap time is an overlap between the fuel combustion period by the pre-injection executed in advance and the fuel combustion period by the pre-injection executed subsequently in the case where a plurality of pre-injections are performed.
  • Time time in which two combustions are performed simultaneously
  • the overlap time of the combustion period of the fuel by the final pre-injection, and the combustion period of the fuel by the subsequent main injection, and the final is the overlap time between the fuel combustion period by pilot injection and the fuel combustion period by pre-injection.
  • crank angle conversion value ignition delay angle
  • combustion start angle combustion start angle
  • a fuel injection start timing setting map for pre-injection is stored in advance in the ROM, and the pre-injection is performed according to the fuel injection start timing setting map.
  • the injection start angle may be set.
  • the main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the engine 1.
  • the pre-injection from the total combustion injection amount for obtaining the required torque determined according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the cooling water temperature, the intake air temperature and the like. It is set as an injection amount obtained by subtracting the injection amount.
  • the injection start angle (crank angle position) of this main injection is set by the following equation (4).
  • Main injection start angle Main ignition timing + Main injection period working angle + (Crank angle conversion value of combustion required time in main injection + Crank angle conversion value of ignition delay time ⁇ Crank angle conversion value of overlap time) (4)
  • the ignition delay time is a time delay from when the main injection is executed until the fuel is ignited.
  • the overlap time is defined as the overlap time between the fuel combustion period by the pre-injection and the fuel combustion period by the main injection, and the overlap between the fuel combustion period by the main injection and the fuel combustion period by the after injection. Lap time.
  • the injection start angle of the main injection may be set according to the crank angle conversion value (ignition delay angle) of the ignition delay time of the main injection, not limited to the above equation (4).
  • a fuel injection start timing setting map for main injection is stored in advance in the ROM, and the main injection is performed according to the fuel injection start timing setting map.
  • the injection start angle may be set.
  • After injection is an injection operation for increasing the exhaust gas temperature. Specifically, in the present embodiment, after-injection is executed at a timing at which most of the combustion energy of the fuel supplied by this after-injection is obtained as exhaust heat energy without being converted into torque of the engine 1. I am doing so. Also in this after injection, as in the case of the pilot injection described above, it is necessary to set the number of injections by setting the injection amount per injection to the minimum limit injection amount (for example, 1.5 mm 3 ) of the injector 32. The total after injection amount is ensured.
  • the minimum limit injection amount for example, 1.5 mm 3
  • Post injection is an injection operation for directly introducing fuel into an exhaust system to increase the temperature of a catalyst (not shown). For example, when the accumulated amount of PM collected in the DPNR catalyst provided in the exhaust system exceeds a predetermined amount (for example, detected by detecting a differential pressure before and after the catalyst), post injection is performed. It has become.
  • FIG. 2 shows an ideal heat generation rate waveform (composition of heat generation rate obtained only by fuel in main injection) with the crank angle on the horizontal axis and the heat generation rate on the vertical axis. Waveform). TDC in the figure indicates the crank angle position corresponding to the compression top dead center of the piston 1b.
  • this heat generation rate waveform for example, combustion of fuel injected by main injection is started from the compression top dead center (TDC) of the piston 1b, and a predetermined piston position after the compression top dead center (for example, compression top dead center).
  • the heat generation rate reaches a maximum value (peak value) at 10 ° (at the time of ATDC 10 °), and a predetermined piston position after compression top dead center (for example, 25 ° after compression top dead center (ATDC 25 °)).
  • the combustion of the fuel injected in the main injection ends at the time). In order to end the combustion by this time, in the present embodiment, the fuel injection in the main injection is ended by 22 ° (ATDC 22 °) after the compression top dead center.
  • combustion of the air-fuel mixture is performed in such a state of change in heat generation rate, for example, 50% of the air-fuel mixture in the cylinder burns at 10 ° (ATDC 10 °) after compression top dead center. Completed status. That is, about 50% of the total heat generation amount in the expansion stroke is generated by ATDC 10 °, and the engine 1 can be operated with high thermal efficiency.
  • the injection timing and the injection amount for obtaining an ideal combustion mode when performing the pre-injection prior to the main injection include the following. That is, as injection forms of the pre-injection and the main injection, the timing at which the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the pre-injection becomes maximum, the combustion start timing of the fuel injected by the main injection, and the reciprocation in the cylinder 1a.
  • the injection timing and the injection amount of the pre-injection and the main injection are controlled so that the timing at which the moving piston 1b reaches the compression top dead center substantially coincides with each other.
  • the timing at which the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the pre-injection becomes maximum coincides with the combustion start timing of the fuel injected by the main injection, and this timing is compressed by the piston 1b. It almost matches the timing when the top dead center is reached.
  • the fuel injection control in the pre-injection and main injection modes is referred to as a high-efficiency fuel injection control operation.
  • FIG. 3 shows a heat generation rate waveform (FIG. 3A) at the time of executing this high-efficiency fuel injection control operation, and each injection pattern of pre-injection and main injection (FIG. 3B).
  • this FIG.3 (b) is each injection pattern at the time of using light oil as a fuel.
  • the pre-injection is executed on the advance side of the compression top dead center (TDC) of the piston 1b (the start timing and end of the pre-injection on the advance side of the compression top dead center of the piston 1b).
  • the timing at which the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the pre-injection is maximized is set to be the timing at which the piston 1b reaches the compression top dead center (FIG. 3 (a)). ) (Refer to the change waveform of the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the pre-injection indicated by the one-dot chain line)
  • the combustion start timing of the injected fuel is set to be the timing at which the piston 1b reaches the compression top dead center (heat generation due to the combustion of the fuel injected by the main injection indicated by the broken line in FIG. 3A) See the rate change waveform).
  • the heat generation rate by the combustion of the fuel injected by the pre-injection and the heat generation rate by the combustion of the fuel injected by the main injection Is a continuous waveform (a waveform forming an envelope).
  • the flow of air flowing into the cylinder from the intake port during the intake stroke of the engine 1 is a swirl flow with the cylinder center line as the center of rotation, and this swirl flow continues in the compression stroke. Is occurring within.
  • the fuel injected by the pre-injection flows in the circumferential direction in the cylinder by this swirl flow. That is, with the passage of time in the compression stroke, the fuel (spray lump) injected in the pre-injection is flowed in the circumferential direction along the swirl flow from the position facing the injection hole of the injector 32 (position immediately after injection). It will follow.
  • the fuel that has been injected in the preceding pre-injection is already flowing in the cylinder in the circumferential direction, and the same injection hole
  • the fuels of the two injections injected from (the pre-injection and the main injection) do not overlap (the fuel masses of both injections do not merge).
  • the injection timing of the subsequent main injection since the pre-injected fuel injected from the upstream nozzle hole in the swirl flow direction flows toward the position facing the downstream nozzle hole in the swirl flow direction, the injection timing of the subsequent main injection. In other words, by adjusting the interval between the pre-injection and the main injection, the fuel injected by the pre-injection and the fuel injected by the main injection can be prevented from being combined. .
  • the fuel injected by the pre-injection and the fuel injected by the main injection overlap. It can be made not to match.
  • Pre-injection can be a preheating term. For this reason, it becomes possible to start the combustion of the fuel injected by the main injection by making the maximum use of the amount of heat generated by the combustion of the fuel injected by the pre-injection.
  • Variations in fuel injection amount (individual variation) due to individual differences in the fuel supply system and changes in fuel injection amount over time that is, individual differences in injectors 32 (injection amount variation) and individual differences in sensors (sensor output Variations) and changes in the characteristics of the injector 32 over time (deterioration of the injector 32) are caused by the target injection amount (for example, the target pre-injection amount) calculated by the ECU 20 and the actual injection amount (for example, the actual pre-injection amount). A deviation from the injection amount). If such a deviation occurs, an appropriate injection amount cannot be obtained.
  • the target injection amount for example, the target pre-injection amount
  • the actual injection amount for example, the actual pre-injection amount
  • the fuel injection at the target pre-injection amount is executed by appropriately setting the valve opening time of the injector 32 according to the fuel injection pressure. Therefore, in the ROM of the ECU 20, the pre-injection amount and the energization time (valve opening time) to the injector 32 for each of a plurality of (eg, four) fuel pressures (eg, 30 MPa, 60 MPa, 90 MPa, and 120 MPa).
  • a pre-injection amount setting map in which the relationship is stored for each cylinder (for each injector) is stored.
  • the fuel pressure (the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 60) is applied to the injector 32 according to the pre-injection amount setting map so that the target pre-injection amount determined according to the engine speed or the like is obtained.
  • Energizing time is required.
  • 16 learning values are stored in the pre-injection amount setting map.
  • the pre-injection amount learning operation is performed by appropriately correcting the learning value on the pre-injection amount setting map, so that proper pre-injection can be achieved even if individual variations of the fuel injection system or changes in the injection amount occur over time. This is to enable pre-injection in a quantity.
  • this learning operation a very small amount of fuel equivalent to the pre-injection amount is specified when there is no injection when the command injection amount to the injector 32 becomes zero or less (when the execution condition of the fuel injection amount learning operation is satisfied).
  • this fuel injection is referred to as “single injection”
  • the amount of change in the engine speed associated with this single injection etc. (engine operation) Recognize the amount of state change.
  • the change amount data (target change amount data) of the engine operation state when the single injection of a predetermined amount is accurately executed is compared with the change amount of the engine operation state when the single injection is actually performed,
  • the learning value of the pre-injection amount setting map is corrected according to the deviation amount (deviation of the actual fuel injection amount with respect to the target fuel injection amount).
  • Such an operation is executed for each fuel pressure and each cylinder on the pre-injection amount setting map so that pre-injection can be performed with an appropriate pre-injection amount regardless of the fuel pressure for all cylinders. I have to.
  • the learning value of the pre-injection amount setting map is corrected so that the target change amount (the target increase amount of engine speed, etc.) is achieved. For this reason, if the fuel type is different, the fuel injection amount required to achieve the target change amount is also different. For example, the fuel with which the engine torque with respect to the actual fuel injection amount can be obtained becomes smaller as the fuel injection amount required to achieve the target change amount.
  • This determination operation is performed by “torque measurement operation”, “actual injection amount measurement operation”, and “fuel type determination operation”. Hereinafter, each operation will be described.
  • This fuel type determination operation is performed at the time of fuel injection from the injector 32, and may be performed at the time of performing the single injection described above, or during normal operation of the engine 1 (the fuel injection is performed at an injection amount corresponding to the load). May be performed during driving).
  • a predetermined command injection amount signal (command signal for the valve opening period of the injector 32) is given from the ECU 20 to the injector 32, and the torque output from the engine 1 when fuel is injected from the injector 32 accordingly.
  • a measurement or estimation operation For example, when the torque measurement operation is performed during the execution of the single injection described above, the torque generated with the execution of the single injection is measured or estimated. Specifically, the torque may be measured using a known torque sensor or the like, or the torque may be estimated from the operating state (engine speed, etc.) of the engine 1.
  • the required torque is calculated according to the amount of depression of the accelerator pedal, etc., and fuel injection is performed so as to obtain this required torque.
  • This required torque becomes the torque obtained by the torque measurement operation (output torque measurement or estimation operation by the torque recognition means).
  • the actual injection amount measurement operation measures or estimates the fuel injection amount actually injected from the injector 32 when a predetermined command injection amount signal (command signal for the valve opening period of the injector 32) is given from the ECU 20 to the injector 32. It is an operation to do. Specifically, the actual injection is based on the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 60 provided in the vicinity of the fuel inlet of the injector 32 and the valve opening period of the injector 32 indicated by the indicated injection amount signal. A quantity is calculated. That is, based on the fuel pressure information detected by the fuel pressure sensor 60, the fuel injection amount per unit time when the injector 32 is opened is calculated, and the injector 32 instructed by the command injection amount signal is calculated. The actual injection amount is calculated by multiplying the valve opening period (measurement or estimation operation of the actual injection amount by the actual injection amount recognition means).
  • the fuel pressure sensor 60 is provided in the vicinity of the fuel inlet of the injector 32, there is a slight difference from the fuel pressure in the vicinity of the injection hole of the injector 32.
  • the fuel pressure starts to drop in the vicinity of the injection hole of the injector 32 simultaneously with the start of the fuel injection, whereas the fuel introduction of the injector 32 provided with the fuel pressure sensor 60 is introduced.
  • the fuel pressure begins to drop with a slight delay (delay in the drop in detected fuel pressure). For this reason, taking into account this difference (the delay in the drop in fuel pressure in the vicinity of the fuel inlet of the injector 32), the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 60 is multiplied by a predetermined correction coefficient, An accurate actual injection amount can be calculated.
  • the fuel pressure sensor 60 is disposed in the vicinity of the injection hole of the injector 32, there is almost no delay in the drop of the detected fuel pressure. In this configuration, the fuel pressure is corrected by the correction coefficient. Is no longer needed.
  • the fuel pressure sensor 60 is not limited to the position near the fuel inlet of the injector 32 or the nozzle hole of the injector 32, but may be located downstream of the fuel outlet of the common rail 34. In this case, as the fuel pressure sensor 60 is located closer to the fuel outlet of the common rail 34, the delay in the drop in the detected fuel pressure increases, so the correction coefficient is set larger.
  • the fuel type determination operation is an operation for determining the type of fuel based on the torque of the engine 1 obtained by the torque measurement operation and the actual fuel injection amount obtained by the actual injection amount measurement operation.
  • the ROM of the ECU 20 stores in advance a map (hereinafter referred to as a fuel type determination map) regarding the correlation between the actual fuel injection amount, the engine torque, and the fuel type.
  • the fuel type is determined by applying the obtained engine torque and the actual fuel injection amount obtained by the actual injection amount measuring operation to the fuel type determination map (by the fuel type determination means). Fuel type discrimination operation).
  • FIG. 4 shows an example of the fuel type discrimination map.
  • this fuel type discrimination map six types of fuels A to F can be discriminated based on the engine torque and the actual fuel injection amount.
  • the fuel type that can obtain a large engine torque even if the actual fuel injection amount is relatively small is defined as fuel A, and the fuel torque increases from the fuel B as the increasing rate of the engine torque with respect to the actual fuel injection amount decreases.
  • F is assigned in order.
  • the broken line ⁇ in FIG. 4 shows the relationship between the actual fuel injection amount and the engine torque in the cetane number 58 fuel, and the broken line ⁇ shows the relationship between the actual fuel injection amount and the engine torque in the cetane number 45 fuel. (Both are the relationship between the actual fuel injection amount and the engine torque in a low temperature state).
  • FIG. 5 shows physical property values of biodiesel fuel (for example, derived from vegetable oil), light oil, and rapeseed oil as examples of diesel fuel.
  • biodiesel fuel for example, derived from vegetable oil
  • light oil for example, derived from vegetable oil
  • rapeseed oil as examples of diesel fuel.
  • the flash point becomes higher in the order of light oil, biodiesel fuel, and rapeseed oil.
  • the cetane number increases in the order of rapeseed oil, biodiesel fuel, and light oil. These serve as indices indicating the ease of fuel ignition.
  • the relationship between the actual fuel injection amount of these diesel fuels and the engine torque on the fuel type discrimination map shown in FIG. 4 is that light oil (cetane number 57) corresponds to fuel B, and biodiesel fuel (cetane number 55.3) It corresponds to fuel C, and rapeseed oil (cetane number 37.6) corresponds to fuel E.
  • these are obtained by fitting the torque obtained by the torque measurement operation and the actual fuel injection amount obtained by the actual injection amount measurement operation to the fuel type determination map. It is determined which of the fuel A to fuel F the relationship between the torque and the actual fuel injection amount corresponds to. For example, when the fuel is light oil, the relationship between the torque and the actual fuel injection amount corresponds to the fuel B in FIG. 4, and when the fuel is biodiesel fuel, the torque and the actual fuel are The relationship with the injection amount corresponds to the fuel C in FIG. 4, and when the fuel is rapeseed oil, the relationship between the torque and the actual fuel injection amount corresponds to the fuel E in FIG. .
  • the type of fuel currently used by the engine 1 can be determined from the relationship between the actual fuel injection amount and the engine torque.
  • the ignitability and the magnitude of the engine torque with respect to the actual fuel injection amount differ depending on the fuel type. For example, light oil has higher ignitability than the other two fuels (biodiesel fuel and rapeseed oil), and a large engine torque with respect to the actual fuel injection amount. In contrast, rapeseed oil has lower ignitability than the other two fuels (light oil and biodiesel fuel), and the engine torque relative to the actual fuel injection amount is small.
  • the fuel injection start timing and the fuel injection amount (fuel injection period) are changed to those suitable for the fuel type.
  • the fuel injection start timing is set later for the fuel with higher ignitability (shifted to the retarded angle side), and the fuel injection amount is decreased as the engine torque with respect to the actual fuel injection amount is increased (the fuel injection period). (Short). That is, in the case of the above three types of fuels, when the same preheat amount is obtained by pre-injection, the fuel injection start timing is set to a more retarded side in the order of rapeseed oil, biodiesel fuel, and light oil, and the fuel injection amount is The number is set to be smaller (adjustment operation of the injection amount and injection timing of the sub injection by the sub injection control means).
  • FIG. 6 is a fuel injection start timing setting map for setting the fuel injection start timing.
  • FIG. 6A is a fuel injection start timing setting map selected when the fuel being used is light oil.
  • FIG. 6B is a fuel injection start timing setting map selected when the fuel being used is biodiesel fuel.
  • FIG. 6C is a fuel injection start timing setting map that is selected when the fuel being used is rapeseed oil.
  • the fuel injection start timing is set later for the fuel with higher ignitability (shifted to the retarded angle side). Further, the lower the in-cylinder temperature before execution of pre-injection (for example, estimated from the cooling water temperature detected by the cooling water temperature sensor 52), the longer the time from when pre-injection starts until the fuel ignites. Since it takes a long time, even with the same type of fuel, the lower the in-cylinder temperature, the earlier the fuel injection start timing is set (shifted to the advance side).
  • FIG. 7 is a fuel injection amount setting map for setting the fuel injection amount from the injector 32.
  • FIG. 7A is a fuel injection amount setting map that is selected when the fuel being used is light oil.
  • FIG. 7B is a fuel injection amount setting map selected when the fuel being used is biodiesel fuel.
  • FIG. 7C is a fuel injection amount setting map selected when the fuel being used is rapeseed oil.
  • the fuel injection amount is set to be smaller as the engine torque is larger than the actual fuel injection amount (the fuel injection period is shortened). Further, the larger the required preheating amount in the pre-injection, the larger the fuel injection amount is set for the same type of fuel.
  • the pre-injection operation according to the fuel type described above is not limited to that performed according to the fuel injection start timing setting map or the fuel injection amount setting map for each fuel, but the fuel injection start timing (the above formula (3) is calculated by calculation).
  • the fuel injection start timing (the above formula (3) is calculated by calculation).
  • the fuel injection start timing is set later for fuel with higher ignitability, and the fuel injection amount is set lower for fuel that can obtain a larger engine torque relative to the actual fuel injection amount.
  • the fuel injection start timing is set to the more retarded side in the order of rapeseed oil, biodiesel fuel, and light oil, and the fuel injection amount is I try to set it less.
  • the main injection is performed according to the fuel injection start timing setting map for main injection and the fuel injection amount setting map for main injection for each fuel type.
  • the fuel injection is set.
  • the fuel injection start timing is not limited to that performed according to the fuel injection start timing setting map or the fuel injection amount setting map for each fuel, but by calculation (when the fuel injection start timing is calculated using the above equation (4)).
  • the correction coefficient used for the calculation may be changed according to the fuel type to perform the main injection according to the fuel type.
  • FIG. 8B shows fuel injection patterns of pre-injection and main injection when the above three types of fuel are used.
  • description will be made assuming that substantially the entire amount of fuel injected by the pre-injection contributes to preheating in the cylinder.
  • FIG. 8 (b) is a fuel injection pattern in the case where the fuel is rapeseed oil.
  • a broken line is a fuel injection pattern when the fuel is biodiesel fuel.
  • the solid line shows the fuel injection pattern when the fuel is light oil (FIG. 8 (b) shows the case where the fuel injection end timings coincide with each other). In this way, the fuel injection start timing is set later for fuel with higher ignitability, and the fuel injection amount is set lower for fuel that provides a larger engine torque with respect to the actual fuel injection amount.
  • the fuel injected by the pre-injection is utilized to the maximum extent regardless of the fuel type, generating the necessary and sufficient amount of heat generation, and the cylinder is preheated appropriately. Will be. That is, the combustion of the fuel injected by the main injection can be started by making the maximum use of the amount of heat generated by the combustion of the fuel injected by the pre-injection.
  • the fuel injection timing of the pre-injection is set at a timing of 10 ° before the compression top dead center (BTDC) of the piston 1b in the case of rapeseed oil, and before the compression top dead center of the piston 1b in the case of biodiesel fuel ( (BTDC) is set at a timing of 9 °, and in the case of light oil, it is set at a timing of 8 ° before compression top dead center (BTDC) of the piston 1b.
  • BTDC compression top dead center
  • BTDC biodiesel fuel
  • the pre-injection In order to execute the pre-injection at such timing, the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the pre-injection using the engine speed, the accelerator opening (engine load), the coolant temperature, etc. as parameters in advance through experiments or the like
  • the execution timing of the pre-injection is mapped so that the timing at which becomes the maximum substantially coincides with the timing at which the piston 1b reaches the compression top dead center, and the above-described fuel injection start timing setting map is stored in the ROM. And when performing pre-injection, the execution timing is set with reference to this map, and pre-injection is executed.
  • the timing at which the heat generation rate due to the combustion of the fuel injected by the pre-injection is maximized substantially coincides with the timing at which the piston 1b reaches the compression top dead center.
  • the in-cylinder preheating amount by the pre-injection can be obtained equally, and as a result, the combustion start timing of the main injection can be set optimally.
  • the combustion start timing of the fuel injected in the main injection is determined by the piston 1b using the engine speed, the accelerator opening (engine load), the coolant temperature, the fuel injection amount in the pre-injection, and the like as parameters.
  • the execution timing of the main injection that substantially coincides with the timing at which the compression top dead center is reached is mapped, and the above-described fuel injection amount setting map is stored in the ROM.
  • the fuel injection timing of the main injection is set to 4 ° before the compression top dead center (BTDC) of the piston 1b in the case of rapeseed oil, and before the compression top dead center of the piston 1b in the case of biodiesel fuel ( (BTDC) is set to a timing of 3 °, and in the case of light oil, it is set to a timing of 2 ° before the compression top dead center (BTDC) of the piston 1b.
  • the execution timing is set with reference to this map, and main injection is performed. Thereby, the combustion start timing of the fuel injected by the main injection substantially coincides with the timing at which the piston 1b reaches the compression top dead center.
  • the preheating amount in the cylinder can be adjusted by executing the pre-injection according to the fuel type as described above, even if the combustion start timing in the main injection coincides with each fuel (the main injection in any fuel). Even if the combustion start timings in FIG. 8 are matched, it is possible to obtain the same heat release rate waveform as in FIG. 8A by appropriately adjusting the fuel injection mode of the pre-injection according to the fuel type. is there.
  • the pre-injection end timings of the respective fuels coincide with each other. Further, the injection end timings of the main injection are also coincident with each other.
  • the present invention is not limited to this, and the injection end timing may be different from each other in order to obtain a necessary fuel injection amount for each fuel.
  • FIG. 9B shows fuel injection patterns of pre-injection and main injection in this case.
  • the solid line in FIG. 9B is a fuel injection pattern when the fuel is light oil, and the alternate long and short dash line is lower in ignitability than light oil and the engine torque obtained for the actual fuel injection amount is significantly larger than that of light oil.
  • This is a fuel injection pattern of a very small fuel (alternative fuel I in the figure).
  • FIG. 10B shows fuel injection patterns of pre-injection and main injection in this case.
  • the solid line in FIG. 10B is a fuel injection pattern when the fuel is light oil, and the alternate long and short dash line is lower in ignitability than light oil and the engine torque obtained for the actual fuel injection amount is larger than that in light oil. It is a fuel injection pattern of fuel (alternative fuel II in the figure).
  • the type of fuel currently used can be determined with high accuracy, and the determined fuel Can be realized. For this reason, it becomes possible to improve exhaust emission and improve engine performance regardless of the type of fuel. It is also possible to reduce combustion noise, improve drivability, prevent the generation of white smoke in the exhaust, and improve the fuel consumption rate.
  • the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (4-cylinder) diesel engine has been described.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to a diesel engine having any number of cylinders such as a six-cylinder diesel engine.
  • the present invention is not limited to a diesel engine but can be applied to other internal combustion engines such as a gasoline engine.
  • the engine to which the present invention is applicable is not limited to an automobile engine.
  • the fuel injection start timing and the fuel injection amount (fuel injection period) of the pre-injection and main injection are changed according to the fuel type.
  • the present invention is not limited to this, and the fuel injection start timing and the fuel injection amount (fuel injection period) may be changed according to the fuel type for the pilot injection, the after injection, and the post injection.
  • the engine 1 to which the piezo injector 32 that changes the fuel injection rate by changing to the fully opened valve state only during the energization period has been described.
  • the present invention applies the variable injection rate injector.
  • Application to engines is also possible.
  • the fuel pressure sensor 60 may be applied to all the injectors 32 or may be applied to only one injector 32.
  • a flow sensor is provided in the middle of the pipe connecting the common rail 34 and the injector 32, and the fuel flow detected by the flow sensor is measured. You may make it do.
  • the means for measuring or estimating the output torque of the engine 1 may be configured to detect the in-cylinder pressure, and the output torque may be estimated from the in-cylinder pressure.
  • both the fuel injection start timing and the fuel injection amount (fuel injection period) are changed according to the fuel type.
  • the present invention is not limited to this, and changing only one of the fuel injection start timing and the fuel injection amount is also within the scope of the technical idea of the present invention.
  • the present invention is applicable to accurate determination of the type of fuel used in a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile and fuel injection control using the determination result.

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Abstract

　燃焼室内に噴射される実燃料噴射量とそれに伴って発生するトルクとの関係に基づいて燃料種類を判別する。また、その判別された燃料の物性値に適した燃焼形態でプレ噴射を実行し、筒内予熱量の適正化を図る。着火性の高い燃料ほどプレ噴射の開始タイミングを遅角側に設定し、実燃料噴射量に対するエンジントルクが大きく得られる燃料ほどプレ噴射の燃料噴射量を少なく（燃料噴射期間を短く）設定する。これにより、排気エミッションの改善やエンジン性能の向上が図れる。

Description

内燃機関の燃料種類判別装置及び燃料噴射制御装置
　本発明は、ディーゼルエンジン等に代表される内燃機関の燃料種類判別装置及び燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関に使用されている燃料の種類の正確な判別と、その判別結果を利用した燃料噴射制御とを実現するための対策に関する。
　近年、石油枯渇や地球環境問題等の観点から、内燃機関に対してバイオ燃料等の代替燃料を使用する必要性が高まってきている。そのため、多種多様な燃料に対応可能な内燃機関の開発が進められている。そして、このような多種多様な燃料に対応するためには、使用中の燃料種類を正確に判別し、その物性値（セタン価等）に応じた燃料噴射制御（燃料噴射開始時期や燃料噴射量の制御）を行うことが望ましい。これにより、燃料種類に関わりなく排気エミッションの改善やエンジン性能の向上を図ることが可能になる。
　具体的には、例えば特許文献１に開示されているように、自動車用ディーゼルエンジンでは、燃焼騒音の低減やＮＯｘ排出量の削減を目的として、メイン噴射に先立って極少量の燃料を気筒内に向けて噴射するパイロット噴射やプレ噴射が行われている。そして、燃料噴射開始時期や燃料噴射量が同じであっても、燃焼室内に噴射される燃料の物性値が異なれば、燃焼室内の予熱効果も異なることになり、燃焼室内の予熱が不十分になったり逆に過剰になったりして、メイン噴射での着火時期が適正時期からずれてしまって排気エミッションやエンジン性能に悪影響を与えてしまう可能性がある。これは、主に燃料種類によってセタン価や低位発熱量が異なることに起因する。
　このような場合に、燃料種類を正確に判別し、その物性値に応じた燃料噴射制御を行うようにすれば排気エミッションの改善やエンジン性能の向上を図ることができる。
　尚、燃料種類を正確に判別することは、上述した燃焼室内の予熱の適正化ばかりでなく様々な燃料噴射制御（例えばメイン噴射の制御等）の適正化に大きく貢献することができる。
　燃料種類を判別するための装置を開示したものとして特許文献２がある。この特許文献２では、エンジントルクとアクセル開度との関係が基本特性に対してずれている量に基づき燃料種類を判別している。
特開２００２－１９５０８４号公報 特開２００９－４６０８１号公報
　しかしながら、アクセル開度と燃料噴射量との関係は必ずしも一義的ではなく、冷却水温度や外気温度等に応じて、同一アクセル開度であっても実際の燃料噴射量は異なっている可能性がある。このため、上記特許文献２に開示されている技術では、上記基本特性に対するずれ量が必ずしも燃料種類を適正に反映したものとはならない可能性があり、燃料種類の判別精度としては未だ不十分であって、更なる改良を必要としていた。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関に使用されている燃料の種類を正確に判別できる燃料種類判別装置、及び、その判別結果を利用した燃料噴射制御を実現する燃料噴射制御装置を提供することにある。
　－課題の解決原理－
　上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼室内に噴射される実燃料噴射量とそれに伴って発生するトルクとの関係に基づいて燃料種類を判別するようにしている。また、その判別された燃料の物性値に適した形態での燃料噴射により、排気エミッションの改善やエンジン性能の向上が図れるようにしている。
　－解決手段－
　具体的に、本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料の種類を判別するための燃料種類判別装置を前提とする。この燃料種類判別装置に対し、実噴射量認識手段、トルク認識手段、燃料種類判別手段を備えさせている。上記実噴射量認識手段は、上記燃料噴射弁から噴射された燃料の実噴射量を測定または推定する。トルク認識手段は、上記燃料噴射弁からの燃料の噴射に伴う内燃機関の出力トルクを測定または推定する。燃料種類判別手段は、上記実噴射量認識手段によって測定または推定された燃料の実噴射量及び上記トルク認識手段によって測定または推定された内燃機関の出力トルクに基づいて、上記燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料の種類を判別する。
　内燃機関に使用可能な燃料（例えば、ディーゼルエンジンの場合には軽油や各種のバイオディーゼル燃料等）はそれぞれ物性値が異なっている。特に、燃焼室内への噴射量が同じであっても、燃料種類が異なれば、その燃料噴射に伴って発生するトルクの大きさは顕著な差異を生じる。つまり、この実燃料噴射量に対する出力トルクの大きさと、燃料種類とは一義的な関係を有している。この点に着目し、上記解決手段では、上記実噴射量認識手段によって得られた実噴射量とトルク認識手段によって得られた出力トルクとの関係に基づいて、現在使用している燃料の種類を特定するようにしている。このため、従来技術では得られなかった高い精度で燃料種類を判別することが可能になる。
　上記燃料の実噴射量を測定または推定するための好ましい構成としては以下のものが挙げられる。上記燃料噴射弁は高圧燃料を蓄圧保持する蓄圧容器から燃料が供給されるようになっていると共に、上記蓄圧容器の燃料出口よりも下流側には燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段が配設されている。そして、上記燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力と、その燃料圧力で実行される燃料噴射の噴射期間とに基づいて、上記実噴射量認識手段が、燃料噴射弁から噴射された燃料の実噴射量を測定または推定する構成としている。
　上記蓄圧容器の燃料出口よりも下流側の燃料圧力は、燃料噴射弁の燃料噴射に伴って生じる圧力変動をより良く反映したものとなる。つまり、蓄圧容器内における燃料圧力（レール圧）を検出する従来構成の場合には、燃料噴射弁からの燃料噴射に伴って生じる圧力変動が噴孔から蓄圧容器に伝播するまでに減衰してしまい燃料噴射圧力（実噴射量を正確に算出するために必要となる値）を正確に検出することが難しい。これに対し、蓄圧容器の燃料出口よりも下流側の燃料圧力を検出する場合には、燃料噴射に伴って生じる圧力変動が減衰する前にこれを検出することが可能となる。従って、実噴射量の測定または推定に適した燃料圧力を燃料圧力検出手段によって検出することが可能になり、この実噴射量の測定または推定を高い精度で行うことができる。その結果、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料の種類を高い精度で判別することが可能になる。
　上記燃料圧力検出手段を備えさせた場合における好ましい実噴射量の推定動作としては以下のものが挙げられる。先ず、上記燃料圧力検出手段を、上記燃料噴射弁の燃料導入口近傍に設ける。そして、上記燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に対し、燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されてから燃料導入口近傍の燃料圧力が降下し始めるまでの遅延時間を考慮した補正を行い、その補正後の燃料圧力に基づいて上記実噴射量認識手段が燃料の実噴射量を推定する構成としている。
　これによれば、燃料圧力検出手段が燃料噴射弁の燃料導入口近傍に設けられたことに起因する検出燃料圧力の遅延（噴孔周辺の燃料圧力よりも高い圧力として検出してしまうこと）による検出誤差を解消することができる。このため、噴孔周辺の燃料圧力に即した燃料圧力に基づいて実噴射量を推定することが可能になって、実噴射量をよりいっそう高い精度で推定することができる。その結果、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料の種類を高い精度で判別することが可能になる。
　また、より好ましくは、燃料噴射量学習動作の実行条件が成立した場合に、特定の気筒内に燃料噴射弁から指示噴射期間に従った燃料噴射を行い、その燃料噴射に伴う内燃機関の運転状態の変化から目標燃料噴射量に対する実燃料噴射量の偏差に基づく学習値を取得する燃料噴射量学習動作を実行する。そして、上記トルク認識手段が、上記燃料噴射量学習動作によって得られた学習値に基づいて指示噴射期間に応じた燃料噴射を実行することにより得られた内燃機関の出力トルクを測定または推定する構成としている。
　上記燃料噴射量学習動作が実行されることにより上記学習値が更新されていく場合、トルク認識手段は、指示噴射期間に対する内燃機関の出力トルクを測定または推定することになる。つまり、このような燃料噴射量学習動作が実行された場合、実噴射量に対する内燃機関の出力トルクを特定することは困難となる。この場合に、上記実噴射量認識手段によって燃料の実噴射量が測定または推定される。その結果、上記トルク認識手段によって得られた出力トルクと、上記実噴射量認識手段によって得られた燃料の実噴射量との関係から、実噴射量に対する内燃機関の出力トルクを特定できることになり、これにより燃料の種類を判別することが可能になる。
　上述の如く判別した燃料種類に応じて燃料噴射形態を制御する装置の構成としては以下のものが挙げられる。先ず、燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この燃料噴射制御装置に対し、上記燃料種類判別装置における燃料種類判別手段によって判別された燃料の種類に応じて上記副噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一方を調整する副噴射制御手段を備えさせている。
　これにより、燃料種類に適した副噴射の噴射量や噴射時期を得ることができ、この副噴射による予熱効果を燃料種類に関わりなく適切に調整することができる。つまり、副噴射による予熱が不十分になったり逆に過剰になったりして、メイン噴射での着火時期が適正時期からずれてしまうといった状況を回避することができる。その結果、排気エミッションやエンジン性能の改善を図ることが可能になる。
　より好ましい構成として、上記副噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングと、シリンダ内で往復移動するピストンが圧縮上死点に達するタイミングとが互いに一致するように上記各燃料噴射の噴射タイミング及び噴射量を制御する高効率燃料噴射制御動作を実行可能な燃料噴射制御手段を備えさせている。
　このようなタイミングとなるように副噴射および主噴射の噴射形態を設定することにより、主噴射で噴射された燃料の燃焼開始時には、副噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となっており、この副噴射による熱発生量を最大限に利用して、主噴射で噴射された燃料の燃焼を開始させることができる。これにより、主噴射開始時の吸熱反応による温度低下が抑制され、主噴射で噴射された燃料の着火遅れが抑制される。このため、副噴射で噴射する燃料量を必要最小限に抑えながらも主噴射での燃焼を着火遅れの無い安定した拡散燃焼に導くことができ、燃料消費率の改善を図ることができる。また、主噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングはピストンの圧縮上死点に略一致しているため、逆進トルク（クランクシャフトの回転方向に対して逆方向に作用するトルク）が発生することはなく、また、燃焼室が略最小となっている状態からトルク発生のための燃焼が開始されるため、この燃焼により発生するトルクも最大限に確保することができる。
　より好ましくは、副噴射で噴射され且つ気筒内のスワール流に沿って流れる燃料に対して主噴射で噴射された燃料が重畳しないように、上記燃料噴射制御手段が、副噴射の実行タイミングと主噴射の実行タイミングとをそれぞれ設定する構成としている。
　このようにして副噴射で噴射された燃料と主噴射で噴射された燃料とを重畳させないことで、副噴射で噴射された燃料の大部分を気筒内予熱に寄与させることができる。このため、副噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生量を最大限に利用して、主噴射で噴射された燃料の燃焼を開始させることが可能になる。
　本発明では、燃焼室内に噴射される実燃料噴射量とそれに伴って発生するトルクとの関係に基づいて燃料種類を判別するようにしている。また、その判別された燃料の物性値に適した形態で燃料噴射を行うようにしている。このため、燃料種類を高い精度で判別でき、その結果、排気エミッションの改善及びエンジン性能の向上を図ることができる。
図１は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成図である。 図２は、メイン噴射実行時における熱発生率の変化状態を示す波形図である。 図３（ａ）はプレ噴射及びメイン噴射の実行時における理想的な熱発生率の変化状態を示す波形図であり、図３（ｂ）はプレ噴射及びメイン噴射の噴射パターンの一例を示す図である。 図４は、燃料種類判別マップの一例を示す図である。 図５は、バイオディーゼル燃料、軽油、菜種油それぞれの物性値を示す図である。 図６（ａ）は軽油の燃料噴射開始タイミング設定マップを、図６（ｂ）はバイオディーゼル燃料の燃料噴射開始タイミング設定マップを、図６（ｃ）は菜種油の燃料噴射開始タイミング設定マップをそれぞれ示す図である。 図７（ａ）は軽油の燃料噴射量設定マップを、図７（ｂ）はバイオディーゼル燃料の燃料噴射量設定マップを、図７（ｃ）は菜種油の燃料噴射量設定マップをそれぞれ示す図である。 図８は、軽油、バイオディーゼル燃料、菜種油それぞれを使用した場合の図３相当図である。 図９は、他の代替燃料及び軽油をそれぞれ使用した場合の図３相当図である。 図１０は、更に他の代替燃料及び軽油をそれぞれ使用した場合の図３相当図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば４気筒）ディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
　－エンジンの構成説明－
　先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。
　このエンジン１におけるシリンダ１ａとピストン１ｂとの間で形成される燃焼室３には、吸気系として、吸気バルブ４ａを介して吸気通路４が接続されている。この吸気通路４には、上流側より、吸入空気を濾過するエアクリーナ６、吸入空気量を検出するための吸入空気量センサ（エアフローメータ）８、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ１０、開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁で成るスロットルバルブ（吸気絞り弁）１４がそれぞれ設けられている。
　スロットルバルブ１４は駆動機構１６によって開閉駆動される。この駆動機構１６は、ステップモータ１８、及び、このステップモータ１８とスロットルバルブ１４とを駆動連結するギア群を備えて構成されている。尚、ステップモータ１８は、エンジン１の各種制御を行うための電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０によって駆動制御される。また駆動機構１６には、スロットルバルブ１４が全開位置となることでオン状態となる全開スイッチ２２が設けられている。
　一方、上記燃焼室３には、排気系として、排気バルブ２４ａを介して排気通路２４が接続されている。この排気通路２４からはＥＧＲ（排気還流）通路２６が分岐している。このＥＧＲ通路２６は、吸気通路４におけるスロットルバルブ１４の下流側に接続されている。ＥＧＲ通路２６には、ＥＣＵ２０によって制御されるアクチュエータ２８により開閉駆動されるＥＧＲバルブ３０が設けられている。このＥＧＲバルブ３０によってＥＧＲ量を調整することで、燃焼室３内に導入される吸入空気量に対するＥＧＲ量の割合を自在に設定することが可能となっている。これによりエンジン１の全運転領域に亘って適切なＥＧＲ率が得られるようになっている。
　エンジン１には、複数の気筒（本実施形態のものは４気筒であるが、１気筒のみを図示している）♯１，♯２，♯３，♯４が設けられており、各気筒♯１～♯４の燃焼室３に対してインジェクタ（燃料噴射弁）３２がそれぞれ配設されている。このインジェクタ３２は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して各気筒♯１～♯４の燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。尚、このインジェクタ３２の燃料噴射制御の詳細については後述する。
　上記インジェクタ３２は、各気筒共通の蓄圧容器としてのコモンレール３４に接続されており、上記噴射制御用電磁弁３２ａが開いている間（インジェクタ開弁期間）、コモンレール３４内の燃料がインジェクタ３２より燃焼室３内へ噴射されるようになっている。上記コモンレール３４には、燃料噴射圧に相当する比較的高い圧力が蓄積されている。この蓄圧を実現するために、コモンレール３４は、供給配管３５を介してサプライポンプ３６の吐出ポート３６ａに接続されている。また、供給配管３５の途中には、逆止弁３７が設けられている。この逆止弁３７の存在により、サプライポンプ３６からコモンレール３４への燃料の供給が許容され、且つ、コモンレール３４からサプライポンプ３６への燃料の逆流が規制されている。
　上記サプライポンプ３６は、吸入ポート３６ｂを介して燃料タンク３８に接続されており、その途中にはフィルタ３９が設けられている。サプライポンプ３６は、燃料タンク３８からフィルタ３９を介して燃料を吸入する。また、これとともに、サプライポンプ３６は、エンジン１の出力軸であるクランク軸からの回転駆動力を受けてプランジャを往復運動させ、燃料圧力を、要求される圧力にまで高め、高圧燃料をコモンレール３４に供給している。
　更に、サプライポンプ３６の吐出ポート３６ａ近傍には、圧力制御弁４０が設けられている。この圧力制御弁４０は、吐出ポート３６ａからコモンレール３４へ吐出される燃料圧力（即ち噴射圧力）を制御するためのものである。この圧力制御弁４０が開かれることにより、吐出ポート３６ａから吐出されない分の余剰燃料が、サプライポンプ３６に設けられたリターンポート３６ｃからリターン配管（戻し流路）４１を経て燃料タンク３８へ戻されるようになっている。
　以上の如く、燃料タンク３８、サプライポンプ３６、コモンレール３４、インジェクタ３２を主要構成部材としてエンジン１の燃料供給系が構成されている。
　また、上記エンジン１の燃焼室３には、グロープラグ４２が配設されている。このグロープラグ４２は、エンジン１の始動直前にグローリレー４２ａに電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置である。
　尚、エンジン１のクランク軸には、このクランク軸の回転に同期して回転するロータが設けられ、このロータの外周面に形成された凸部を検出してその回転速度に対応したパルス信号を出力する電磁ピックアップからなるクランクポジションセンサ４４が設けられている。このクランクポジションセンサ４４の出力は、エンジン１の回転数の算出に寄与する信号としてＥＣＵ２０に取り込まれる。
　上記ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びバックアップＲＡＭ、タイマーやカウンタ等を備え、これらと、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を含む外部入力回路及び外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される。
　このように構成されたＥＣＵ２０は、各種センサの検出信号を、外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１の燃料噴射等についての基本制御等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０には、上述した吸入空気量センサ８によって検出される吸入空気量情報や吸気温センサ１０によって検出される吸気温度情報をはじめ、アクセル開度センサ４６によって検出されるアクセル開度情報（アクセルペダルの踏み込み量情報）やＩＧ（イグニッション）スイッチ４８のオン・オフ情報、スタータスイッチ５０のオン・オフ情報、ウォータジャケット２ａに設けられた冷却水温センサ５２によって検出される冷却水温度情報、トランスミッションに設けられたシフトポジションセンサ５４によって検出されるシフトポジション情報、車速センサ５６の信号により検出されている車速情報、インジェクタ３２から延びるリターン配管４１に設けられた燃温センサ５８により検出される燃料温度情報、上記リターンポート３６ｃ付近に設けられた燃温センサ５９により検出される燃料温度情報、インジェクタ３２の燃料導入口近傍に設けられた燃圧センサ（燃料圧力検出手段）６０により検出される燃料の圧力（噴射圧力ＰＣ）情報等が取り込まれ、これら情報に基づいてエンジン１の運転状態に関する各種制御を実行するようになっている。
　例えば、ＥＣＵ２０は、上記インジェクタ３２の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ３２の燃料噴射制御として、本実施形態では、後述するパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射（主噴射）、アフタ噴射、ポスト噴射を実行する。
　上記メイン噴射での総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４４の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４６により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られる。
　これらの燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、上記コモンレール３４からインジェクタ３２に供給される燃料圧力により決定される。この燃料圧力の目標値は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ３２から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ３２からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ３２からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標燃料圧力はエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。この目標燃料圧力は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を調整した状態において、インジェクタ３２の開弁期間（噴射率波形）が制御され、これによって開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ～２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
　例えば、上記ＥＣＵ２０は、上記燃圧センサ６０によって検出される燃料圧力がエンジン運転状態に基づいて設定される目標燃料圧力（上記燃圧設定マップから求められる目標燃料圧力）と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ３６の燃料吐出量を調量（燃料吐出量のフィードバック制御）する。
　また、ＥＣＵ２０はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ４４の検出値に基づいてエンジン回転数（エンジン回転速度）を算出するとともに、アクセル開度センサ４６の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を求め、上述した如くエンジン回転数やアクセル開度等に基づいて総燃料噴射量（後述するプレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）を決定する。
　－燃料噴射形態－
　以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。
　（パイロット噴射）
　パイロット噴射は、インジェクタ３２からのメイン噴射（主噴射）に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度（気筒内温度）を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。即ち、本実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。つまり、本実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室３内でのガスの予熱を行うための噴射動作（予熱用燃料の供給動作）である。
　具体的に、本実施形態では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、パイロット噴射の１回当たりの噴射量をインジェクタ３２の最小限界噴射量（例えば１．５ｍｍ3）とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。より具体的に、パイロット噴射回数としては以下の式（１）により決定される。
　Ｎ＝｛（Ｃａ・ΔＴ）・Ｋｃ・Ｋｖ｝／（Ｊ・η）　　　…（１）
　（Ｎ：パイロット噴射の噴射回数、Ｃａ：気筒内に導入された空気の熱容量、ΔＴ：自着火温度に対する未達分の温度、Ｋｃ：ＥＧＲ率による熱容量補正係数、Ｋｖ：燃焼寄与の対象空間、Ｊ：１．５ｍｍ3の理論発熱量、η：燃料効率）
　ここで、自着火温度に対する未達分の温度ΔＴとは、メイン噴射時における燃料の目標着火時期（例えばピストン１ｂが圧縮上死点に達した時期）での圧縮ガス温度と、燃料の自着火温度との差であって、この目標着火時期での圧縮ガス温度を燃料の自着火温度に到達させるのに必要な熱量に相当する。この式（１）によって求められた噴射回数でパイロット噴射を実行することにより、上記総パイロット噴射量が確保されることになる。
　尚、上記式（１）は、１回当たりのパイロット噴射量を固定値（例えば１．５ｍｍ3）とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしたものである。上記１回当たりのパイロット噴射量の固定値は上記値に限定されるものではない。
　また、上記総パイロット噴射量の設定手法としては、上記ＲＯＭにパイロット噴射用の燃料噴射量設定マップを予め記憶させておき、この燃料噴射量設定マップに従って総パイロット噴射量を設定するようにしてもよい。
　また、このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ３２の応答性（開閉動作の速さ）によって決定される。本実施形態のものでは、例えば２００μｓに設定される。このパイロット噴射のインターバルは、この値に限定されるものではない。尚、以下で言う角度とは、クランクシャフトの回転角度に換算した値を意味している。
　更に、このパイロット噴射の噴射開始タイミングとしては、例えばクランク角度で、ピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８０°以降であって、以下の式（２）によって設定される。
　パイロット噴射開始角度＝パイロット燃焼終了角度＋パイロット噴射期間作用角＋（１回のパイロット噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値×Ｎ＋着火遅れ時間のクランク角度換算値－オーバラップ時間のクランク角度換算値）　　　　…（２）
　ここで、パイロット燃焼終了角度は、プレ噴射の開始前にパイロット噴射による燃焼を完了するために設定される角度である。また、着火遅れ時間は、パイロット噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、先行して実行されるパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるパイロット噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間（２つの燃焼が同時に行われている時間）及び最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。
　尚、このパイロット噴射の噴射開始タイミングの設定手法としては、上記ＲＯＭにパイロット噴射用の燃料噴射開始タイミング設定マップを予め記憶させておき、この燃料噴射開始タイミング設定マップに従ってパイロット噴射の噴射開始タイミングを設定するようにしてもよい。
　（プレ噴射）
　プレ噴射は、インジェクタ３２からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。このプレ噴射は、メイン噴射による初期燃焼速度を抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）であって副噴射とも呼ばれる。また、本実施形態におけるプレ噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。
　具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総噴射量（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）に対して例えば１０％（例えば燃料が軽油の場合）としてプレ噴射量が設定される。この総噴射量に対するプレ噴射量の比率は、気筒内を予熱する際に必要となる熱量（要求予熱量）等に応じて設定される。
　この場合、上記総噴射量が１５ｍｍ3未満であった場合には、プレ噴射での噴射量が、インジェクタ３２の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）未満となるため、プレ噴射は実行しないことになる。尚、この場合、インジェクタ３２の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）だけプレ噴射での燃料噴射を行うようにしてもよい。一方、プレ噴射の噴射総量としてインジェクタ３２の最小限界噴射量の２倍以上（例えば３ｍｍ3以上）が要求される場合には、複数回数のプレ噴射を実行することで、このプレ噴射で必要な総噴射量を確保するようにしている。これにより、プレ噴射の着火遅れを抑制し、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。
　尚、プレ噴射の噴射総量の設定手法としては、上記ＲＯＭにプレ噴射用の燃料噴射量設定マップを予め記憶させておき、この燃料噴射量設定マップに従ってプレ噴射の噴射総量を設定するようにしてもよい。
　また、このプレ噴射の噴射開始角度としては、以下の式（３）によって設定される。
　プレ噴射開始角度＝プレ燃焼終了角度＋プレ噴射期間作用角＋（プレ噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値＋着火遅れ時間のクランク角度換算値－オーバラップ時間のクランク角度換算値）　　　　…（３）
　ここで、着火遅れ時間は、プレ噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、複数回のプレ噴射が行われる場合において、先行して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間（２つの燃焼が同時に行われている時間）、及び、最終のプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、並びに、最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、プレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。
　また、上記の式（３）に限らず、プレ噴射の着火遅れ時間のクランク角度換算値（着火遅れ角）と、この着火遅れ時間の経過後、プレ噴射開始時の吸熱反応によって気筒内での熱発生量の収支が負になっている状態からこの熱発生量の収支が正に転じた状態になるまでの時間のクランク角度換算値（燃焼開始角）とに応じてプレ噴射の噴射開始角度を設定するようにしてもよい。
　更に、このプレ噴射の噴射開始角度（噴射開始タイミング）の設定手法としては、上記ＲＯＭにプレ噴射用の燃料噴射開始タイミング設定マップを予め記憶させておき、この燃料噴射開始タイミング設定マップに従ってプレ噴射の噴射開始角度を設定するようにしてもよい。
　（メイン噴射）
　メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総燃焼噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
　また、このメイン噴射の噴射開始角度（クランク角度位置）としては、以下の式（４）によって設定される。
　メイン噴射開始角度＝メイン着火時期＋メイン噴射期間作用角＋（メイン噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値＋着火遅れ時間のクランク角度換算値－オーバラップ時間のクランク角度換算値）　　　　…（４）
　ここで、着火遅れ時間は、メイン噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、上記プレ噴射による燃料の燃焼期間とメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、及び、メイン噴射による燃料の燃焼期間と、アフタ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。
　また、上記の式（４）に限らず、メイン噴射の着火遅れ時間のクランク角度換算値（着火遅れ角）に応じてメイン噴射の噴射開始角度を設定するようにしてもよい。
　更に、このメイン噴射の噴射開始角度（噴射開始タイミング）の設定手法としては、上記ＲＯＭにメイン噴射用の燃料噴射開始タイミング設定マップを予め記憶させておき、この燃料噴射開始タイミング設定マップに従ってメイン噴射の噴射開始角度を設定するようにしてもよい。
　尚、上述したようなプレ噴射及びメイン噴射の具体的な噴射形態、特に、クランク角度位置との関係の詳細については後述する。
　（アフタ噴射）
　アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジン１のトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。また、このアフタ噴射においても、上述したパイロット噴射の場合と同様に、１回当たりの噴射量をインジェクタ３２の最小限界噴射量（例えば１．５ｍｍ3）とし、噴射回数を設定することで必要な総アフタ噴射量を確保するようにしている。
　（ポスト噴射）
　ポスト噴射は、排気系に燃料を直接的に導入して触媒（図示省略）の昇温を図るための噴射動作である。例えば、排気系に設けられたＤＰＮＲ触媒に捕集されているＰＭの堆積量が所定量を超えた場合（例えば触媒の前後の差圧を検出することにより検知）、ポスト噴射が実行されるようになっている。
　－理想的な燃焼形態について－
　ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。これら要求を連立するためには、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効である。
　図２は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形（メイン噴射での燃料のみで得られる熱発生率の波形）を示している。図中のＴＤＣはピストン１ｂの圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。
　この熱発生率波形としては、例えば、ピストン１ｂの圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５°（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。この時点までに燃焼を終了させるために、本実施形態では、圧縮上死点後２２°（ＡＴＤＣ２２°）までにメイン噴射での燃料噴射を終了させるようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。
　そして、より実用的な燃焼形態として、メイン噴射に先立ってプレ噴射を実行する場合における理想的な燃焼形態を得るための噴射タイミング及び噴射量は以下のものが挙げられる。つまり、プレ噴射及びメイン噴射の噴射形態として、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングと、シリンダ１ａ内で往復移動するピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングとが互いに略一致するように、プレ噴射及びメイン噴射の噴射タイミング及び噴射量を制御する。言い換えると、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングとが略一致するようにし、且つこのタイミングがピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングに略一致するようにしている。以下、このプレ噴射及びメイン噴射の噴射形態での燃料噴射制御を高効率燃料噴射制御動作と呼ぶ。
　図３は、この高効率燃料噴射制御動作実行時の熱発生率波形（図３（ａ））、及び、プレ噴射、メイン噴射の各噴射パターン（図３（ｂ））を示している。尚、この図３（ｂ）は燃料として軽油を使用した場合の各噴射パターンである。
　この図３に示すように、ピストン１ｂの圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側でプレ噴射を実行し（ピストン１ｂの圧縮上死点よりも進角側にプレ噴射の開始タイミングと終了タイミングとを設定し）、このプレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達したタイミングとなるように設定する（図３（ａ）中に一点鎖線で示すプレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率の変化波形を参照）。
　また、ピストン１ｂの圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも僅かに進角側でメイン噴射を開始すると共に、ピストン１ｂの圧縮上死点よりも遅角側でメイン噴射を終了させ、このメイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達したタイミングとなるように設定する（図３（ａ）中に破線で示すメイン噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率の変化波形を参照）。
　これにより、図３（ａ）中に実線で示す熱発生率波形のように、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率と、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率とは連続した波形（包絡線を形成する波形）を形成することになる。
　そして、このようなタイミングでプレ噴射を実行する場合、このプレ噴射で噴射され且つ気筒内のスワール流に沿って流れる燃料は、その後のメイン噴射で噴射される燃料と重畳しないことになる。
　具体的に、エンジン１の吸入行程で吸気ポートから気筒内に流入する空気の流れは、シリンダ中心線を回転中心とするスワール流となっており、このスワール流は圧縮行程においても継続して気筒内で生じている。
　このため、プレ噴射で噴射された燃料は、このスワール流によって気筒内を周方向に流れることになる。つまり、圧縮行程での時間の経過と共に、プレ噴射で噴射された燃料（噴霧の塊）はインジェクタ３２の噴孔に対面する位置（噴射直後の位置）からスワール流に沿った周方向に流されていくことになる。
　従って、プレ噴射の後に、後続するメイン噴射を実行する時点にあっては、上記先行して実行されたプレ噴射で噴射されていた燃料は既に気筒内を周方向に流れており、同一噴孔から噴射される２つの噴射同士（プレ噴射とメイン噴射）の燃料は重なり合うことはない（両噴射の燃料塊同士が合体することはない）。
　この場合、スワール流れ方向の上流側の噴孔から噴射されたプレ噴射の燃料が、スワール流れ方向の下流側の噴孔に対向する位置に向かって流れているので、後続するメイン噴射の噴射タイミングを調整することで、言い換えると、プレ噴射とメイン噴射との間のインターバルを調整することで、プレ噴射で噴射された燃料とメイン噴射で噴射された燃料とを合体させないようにすることができる。
　より具体的には、ピストン１ｂが下死点から上死点に達するまでの間に（クランク角度で１８０°移動するまでの間に）、スワール流が気筒内を周方向に１回転する場合を考える。つまり、スワール比が「２」の場合である。また、インジェクタ３２の噴孔数が「１０」である場合を考える。
　この場合、プレ噴射とメイン噴射とのインターバルを気筒内の周方向で３６°（クランク角度で１８°）未満とすれば、プレ噴射で噴射された燃料とメイン噴射で噴射された燃料とを重なり合わせないようにすることができる。
　このようにしてプレ噴射で噴射された燃料とメイン噴射で噴射された燃料とを重なり合わせないようにすることで、プレ噴射で噴射された燃料の大部分を気筒内予熱に寄与させることができる（プレ噴射を予熱項にできる）。このため、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生量を最大限に利用して、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を開始させることが可能になる。
　－燃料噴射量学習制御－
　次に、上記インジェクタ３２からの燃料噴射量を調整するための燃料噴射量学習制御について説明する。
　上記燃料供給系の個体差による燃料噴射量のばらつき（個体ばらつき）や経時的な燃料噴射量の変化、つまり、インジェクタ３２の個体差（噴射量のばらつき）及び各センサの個体差（センサ出力のばらつき）や、経時的なインジェクタ３２の特性の変化（インジェクタ３２の劣化）は、上記ＥＣＵ２０により算出された目標噴射量（例えば目標プレ噴射量）と実際に噴射される実噴射量（例えば実プレ噴射量）との間にずれを生じさせることになる。そして、このようなずれが生じると適正な噴射量が得られないことになる。
　例えば、実プレ噴射量が目標プレ噴射量から大幅にずれてしまう状況では、適正な予熱が行えないことからメイン噴射の実行時に、燃焼騒音の増大、ＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）排出量の増大、エンジンの失火等を引き起こしてしまう可能性がある。そればかりでなく、この燃料噴射量のずれに伴って、ドライバビリティの悪化や、排気中の白煙の発生や、燃料消費率の悪化なども懸念される状況になる。このため、以下に述べるような燃料噴射量学習動作が行われる。以下では、プレ噴射の燃料噴射量学習動作を代表して説明する。
　プレ噴射は、燃料噴射圧に応じてインジェクタ３２の開弁時間を適宜設定して目標プレ噴射量での燃料噴射が実行されるようにしている。そのため、上記ＥＣＵ２０のＲＯＭには、複数段階（例えば４段階）の燃料圧力（例えば３０ＭＰａ、６０ＭＰａ、９０ＭＰａ、１２０ＭＰａ）それぞれに対し、プレ噴射量とインジェクタ３２への通電時間（開弁時間）との関係が気筒別（インジェクタ別）にそれぞれ記憶されたプレ噴射量設定マップが格納されている。つまり、エンジン回転数等に応じて決定された目標プレ噴射量が得られるように、プレ噴射量設定マップに従い、燃料圧力（上記燃圧センサ６０によって検出された燃料圧力）に応じたインジェクタ３２への通電時間が求められるようになっている。例えば、４気筒エンジンにおいて、４段階の燃料圧力に対してそれぞれ学習が行われるものでは、プレ噴射量設定マップに１６個の学習値（マップ値）が記憶されている。
　上記プレ噴射量の学習動作は、上記プレ噴射量設定マップ上の学習値を適宜補正していくことにより、上記燃料噴射システムの個体ばらつきや噴射量の経時変化が生じていても適正なプレ噴射量でプレ噴射が行えるようにするためのものである。
　この学習動作として具体的には、インジェクタ３２への指令噴射量が零以下となる無噴射時（燃料噴射量学習動作の実行条件の成立時）にプレ噴射量と同等の極少量の燃料を特定の気筒（ピストン１ｂが圧縮上死点付近にある気筒）に向けて噴射し（以下、この燃料噴射を「単発噴射」と呼ぶ）、この単発噴射に伴うエンジン回転数の変化量など（エンジン運転状態の変化量）を認識する。そして、正確に所定量の単発噴射が実行された場合のエンジン運転状態の変化量データ（目標変化量データ）と、実際に単発噴射を行った場合のエンジン運転状態の変化量とを比較し、そのずれ量（目標燃料噴射量に対する実燃料噴射量の偏差）に応じて上記プレ噴射量設定マップの学習値を補正していく。このような動作を上記プレ噴射量設定マップ上の各燃料圧力毎に且つ各気筒毎に実行していき、全ての気筒に対して燃料圧力に関わりなく適正なプレ噴射量でプレ噴射が行えるようにしている。
　この燃料噴射量学習制御にあっては、上記目標変化量（目標とするエンジン回転数の上昇量等）が達成されるようにプレ噴射量設定マップの学習値を補正していく。このため、燃料種類が異なれば、上記目標変化量を達成するために必要となる燃料噴射量も異なることになる。例えば、実燃料噴射量に対するエンジントルクが大きく得られる燃料ほど上記目標変化量を達成するために必要となる燃料噴射量としては少なくなる。
　－燃料種類判別動作－
　次に、本実施形態において特徴とする動作として、エンジン１が現在使用している燃料の種類を判別するための動作について説明する。この判別動作は、「トルク測定動作」、「実噴射量測定動作」、「燃料種類決定動作」によって行われる。以下、各動作について説明する。この燃料種類判別動作は、インジェクタ３２からの燃料噴射時に行われるものであり、上述した単発噴射の実行時に行ってもよいし、エンジン１の通常運転時（負荷に応じた噴射量で燃料噴射が行われている運転時）に行ってもよい。
　（トルク測定動作）
　トルク測定動作は、ＥＣＵ２０から所定の指示噴射量信号（インジェクタ３２の開弁期間の指令信号）をインジェクタ３２に与え、それに従ってインジェクタ３２から燃料が噴射された際にエンジン１から出力されるトルクを測定または推定する動作である。例えば、上述した単発噴射の実行時にトルク測定動作を行う場合には、この単発噴射の実行に伴って発生するトルクを測定または推定する。具体的には、周知のトルクセンサ等を用いてトルクの測定を行うようにしてもよいし、エンジン１の運転状態（エンジン回転数等）からトルクを推定するようにしてもよい。また、エンジン１の通常運転時にトルク測定動作を行う場合には、アクセルペダルの踏み込み量等に応じて要求トルクが算出され、この要求トルクが得られるように燃料噴射が行われることになるため、この要求トルクがトルク測定動作によって得られたトルクとなる（トルク認識手段による出力トルクの測定または推定動作）。
　尚、このトルク測定動作にあっては、指示噴射量信号（インジェクタ３２の開弁期間の指令信号）とエンジン１から出力されるトルクとの関係が判るのみであって、実噴射量とトルクとの関係については特定できない。それは、上述した燃料噴射量学習制御によって指示噴射量信号と実噴射量との関係が変更（学習値が補正）されるためである。従って、このトルク測定動作において得られたトルクに対応する実際の燃料噴射量（実噴射量）を測定することが必要になる。これにより、実噴射量とトルクとの関係を特定することが可能になる。そのために、以下に述べる実噴射量測定動作が行われる。
　（実噴射量測定動作）
　実噴射量測定動作は、ＥＣＵ２０から所定の指示噴射量信号（インジェクタ３２の開弁期間の指令信号）をインジェクタ３２に与えた場合に、実際にインジェクタ３２から噴射される燃料噴射量を測定または推定する動作である。具体的には、上記インジェクタ３２の燃料導入口近傍に設けられた上記燃圧センサ６０により検出された燃料圧力と、上記指示噴射量信号により指示されたインジェクタ３２の開弁期間とに基づき、実噴射量が算出される。つまり、上記燃圧センサ６０により検出された燃料圧力の情報に基づき、インジェクタ３２が開弁した場合における単位時間当たりの燃料噴射量を算出し、これに上記指示噴射量信号により指示されたインジェクタ３２の開弁期間を乗算することによって実噴射量を算出するようにしている（実噴射量認識手段による実噴射量の測定または推定動作）。
　尚、上記燃圧センサ６０はインジェクタ３２の燃料導入口近傍に設けられているため、インジェクタ３２の噴孔付近での燃料圧力とは僅かな差異が生じている。例えば、燃料噴射が開始された場合には、その燃料噴射の開始と同時にインジェクタ３２の噴孔付近では燃料圧力が降下し始めるのに対し、燃圧センサ６０が配設されているインジェクタ３２の燃料導入口近傍にあっては、僅かな遅れをもって燃料圧力が降下し始めることになる（検出される燃料圧力の降下の遅延）。このため、この差異（インジェクタ３２の燃料導入口近傍における燃料圧力の降下の遅れ）を考慮し、燃圧センサ６０によって検出された燃料圧力に対して、所定の補正係数を乗算しておくことで、正確な実噴射量が算出できるようにしておく。
　また、上記燃圧センサ６０をインジェクタ３２の噴孔付近に配設した場合には、検出される燃料圧力の降下の遅れは殆ど生じないため、この構成の場合には上記補正係数による燃料圧力の補正は必要なくなる。
　尚、この燃圧センサ６０の配設位置としては、インジェクタ３２の燃料導入口近傍またはインジェクタ３２の噴孔付近に限らず、コモンレール３４の燃料出口よりも下流側であればよい。この場合、燃圧センサ６０の配設位置がコモンレール３４の燃料出口に近付くほど上記検出される燃料圧力の降下の遅れは大きくなるため、上記補正係数も大きく設定することになる。
　（燃料種類決定動作）
　燃料種類決定動作は、上記トルク測定動作によって得られたエンジン１のトルクと、上記実噴射量測定動作によって得られた実燃料噴射量とに基づいて燃料の種類を判別する動作である。
　具体的には、上記ＥＣＵ２０のＲＯＭに、実燃料噴射量とエンジントルクと燃料種類との相関関係についてのマップ（以下、燃料種類判別マップと呼ぶ）が予め記憶されており、上記トルク測定動作によって得られたエンジントルクと、上記実噴射量測定動作によって得られた実燃料噴射量とを、この燃料種類判別マップに適用することによって燃料の種類を判別するようにしている（燃料種類判別手段による燃料種類の判別動作）。
　図４は、燃料種類判別マップの一例を示している。この燃料種類判別マップでは、燃料Ａ～燃料Ｆの６種類の燃料を、エンジントルク及び実燃料噴射量に基づいて判別できるものとなっている。
　この燃料種類判別マップでは、実燃料噴射量が比較的少なくてもエンジントルクが大きく得られる燃料種を燃料Ａとし、実燃料噴射量に対するエンジントルクの増加割合が小さくなっていくに従って燃料Ｂから燃料Ｆが順に割り付けられている。尚、この図４における破線αはセタン価５８の燃料における実燃料噴射量とエンジントルクとの関係を示し、破線βはセタン価４５の燃料における実燃料噴射量とエンジントルクとの関係を示している（何れも低温状態における実燃料噴射量とエンジントルクとの関係）。
　また、図５は、ディーゼル燃料の例として、バイオディーゼル燃料（例えば植物油由来のもの）、軽油、菜種油それぞれの物性値を示している。この図５によれば、引火点は、軽油、バイオディーゼル燃料、菜種油の順で高くなっていく。また、セタン価は、菜種油、バイオディーゼル燃料、軽油の順で高くなっていく。これらは燃料の着火しやすさを示す指標となる。
　図４に示す燃料種類判別マップ上におけるこれらディーゼル燃料の実燃料噴射量とエンジントルクとの関係は、軽油（セタン価５７）が燃料Ｂに相当し、バイオディーゼル燃料（セタン価５５．３）が燃料Ｃに相当し、菜種油（セタン価３７．６）が燃料Ｅに相当している。
　具体的な燃料種類決定動作としては、上記トルク測定動作によって得られたトルクと、上記実噴射量測定動作によって求められた実燃料噴射量とを、上記燃料種類判別マップに当て嵌めることで、これらトルクと実燃料噴射量との関係が、燃料Ａ～燃料Ｆのうちの何れの燃料に相当するものであるかを判別する。例えば、燃料が軽油であった場合には、トルクと実燃料噴射量との関係が図４中の燃料Ｂに相当するものとなり、燃料がバイオディーゼル燃料であった場合には、トルクと実燃料噴射量との関係が図４中の燃料Ｃに相当するものとなり、燃料が菜種油であった場合には、トルクと実燃料噴射量との関係が図４中の燃料Ｅに相当するものとなる。
　このようにして、燃料種類決定動作では、実燃料噴射量とエンジントルクとの関係からエンジン１が現在使用している燃料の種類を判別することが可能である。
　－燃料種類に応じたプレ噴射動作－
　次に、上記燃料種類判別動作によって判別された燃料種類に応じたプレ噴射動作について説明する。
　上述した如く、燃料種類に応じて、その着火性や実燃料噴射量に対するエンジントルクの大きさが異なっている。例えば、軽油は他の２つの燃料（バイオディーゼル燃料及び菜種油）に比べて着火性が高く且つ実燃料噴射量に対するエンジントルクも大きく得られる。これに対し、菜種油は他の２つの燃料（軽油及びバイオディーゼル燃料）に比べて着火性が低く且つ実燃料噴射量に対するエンジントルクは小さいものとなっている。
　このことを考慮し、プレ噴射の実行時には、その燃料噴射開始タイミング及び燃料噴射量（燃料噴射期間）を燃料種類に適したものに変更するようにしている。
　具体的には、着火性の高い燃料ほど燃料噴射開始タイミングを遅く設定し（遅角側に移行させ）、実燃料噴射量に対するエンジントルクが大きく得られる燃料ほど燃料噴射量を少なく（燃料噴射期間を短く）設定するようにしている。つまり、上記３種類の燃料の場合、プレ噴射によって同一予熱量を得る場合には、菜種油、バイオディーゼル燃料、軽油の順で、燃料噴射開始タイミングをより遅角側に設定し、燃料噴射量をより少なく設定するようにしている（副噴射制御手段による副噴射の噴射量及び噴射時期の調整動作）。
　図６は、燃料噴射開始タイミングを設定するための燃料噴射開始タイミング設定マップである。図６（ａ）は使用している燃料が軽油である場合に選択される燃料噴射開始タイミング設定マップである。図６（ｂ）は使用している燃料がバイオディーゼル燃料である場合に選択される燃料噴射開始タイミング設定マップである。図６（ｃ）は使用している燃料が菜種油である場合に選択される燃料噴射開始タイミング設定マップである。
　これらの図からも判るように、着火性の高い燃料ほど燃料噴射開始タイミングを遅く設定している（遅角側に移行させている）。また、プレ噴射の実行前の筒内温度（例えば上記冷却水温センサ５２によって検出される冷却水温度から推定される）が低いほど、プレ噴射が開始されてからその燃料が着火するまでの時間を長く要するため、同一種類の燃料であっても、この筒内温度が低いほど燃料噴射開始タイミングを早く設定している（進角側に移行させている）。
　図７は、インジェクタ３２からの燃料噴射量を設定するための燃料噴射量設定マップである。図７（ａ）は使用している燃料が軽油である場合に選択される燃料噴射量設定マップである。図７（ｂ）は使用している燃料がバイオディーゼル燃料である場合に選択される燃料噴射量設定マップである。図７（ｃ）は使用している燃料が菜種油である場合に選択される燃料噴射量設定マップである。
　これらの図からも判るように、実燃料噴射量に対するエンジントルクが大きく得られる燃料ほど燃料噴射量を少なく設定している（燃料噴射期間を短くしている）。また、プレ噴射での要求予熱量が大きいほど、同一種類の燃料であっても、燃料噴射量が多くなるように設定している。
　尚、上述した燃料種類に応じたプレ噴射動作は、各燃料毎の燃料噴射開始タイミング設定マップや燃料噴射量設定マップに従って行うものに限らず、演算によって燃料噴射開始タイミング（上記式（３）を使用して燃料噴射開始タイミングを演算する場合）や燃料噴射量を設定する場合に、その演算に使用する補正係数を燃料種類に応じて変更して燃料種類に応じたプレ噴射を行うようにしてもよい。
　－燃料種類に応じたメイン噴射動作－
　メイン噴射においても、上述したプレ噴射動作の場合と同様に、着火性の高い燃料ほど燃料噴射開始タイミングを遅く設定し、実燃料噴射量に対するエンジントルクが大きく得られる燃料ほど燃料噴射量を少なく設定する。つまり、上記３種類の燃料の場合、メイン噴射によって同一トルク量を得る場合には、菜種油、バイオディーゼル燃料、軽油の順で、燃料噴射開始タイミングをより遅角側に設定し、燃料噴射量をより少なく設定するようにしている。
　この燃料種類に応じたメイン噴射動作においても上述したプレ噴射動作の場合と同様に、各燃料種類毎のメイン噴射用の燃料噴射開始タイミング設定マップ及びメイン噴射用の燃料噴射量設定マップに従ってメイン噴射の燃料噴射が設定される。また、各燃料毎の燃料噴射開始タイミング設定マップや燃料噴射量設定マップに従って行うものに限らず、演算によって燃料噴射開始タイミング（上記式（４）を使用して燃料噴射開始タイミングを演算する場合）や燃料噴射量を設定する場合に、その演算に使用する補正係数を燃料種類に応じて変更して燃料種類に応じたメイン噴射を行うようにしてもよい。
　図８（ｂ）は、上記３種類の燃料をそれぞれ使用した場合のプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射パターンを示している。ここでは、理解を容易にするために、プレ噴射で噴射された燃料の略全量が筒内の予熱に寄与するものとして説明する。
　図８（ｂ）中の一点鎖線は燃料が菜種油である場合の燃料噴射パターンである。破線は燃料がバイオディーゼル燃料である場合の燃料噴射パターンである。実線は燃料が軽油である場合の燃料噴射パターンである（この図８（ｂ）は、何れの燃料においても燃料噴射終了タイミングが一致する場合を示している）。このように、着火性の高い燃料ほど燃料噴射開始タイミングを遅く設定し、実燃料噴射量に対するエンジントルクが大きく得られる燃料ほど燃料噴射量を少なく設定している。
　このようにして燃料種類に応じてプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射パターンを変更することにより、何れの燃料を使用した場合であっても、図８（ａ）に示すような理想的な燃焼形態を得ることができる。つまり、上述した如く、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングと、シリンダ内で往復移動するピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングとを互いに略一致させることが可能になる。また、メイン噴射での熱発生率波形としては、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達している（燃料噴射制御手段による高効率燃料噴射制御動作）。
　このような燃料噴射パターンで燃料噴射を行うことにより、燃料種類に関わりなく、プレ噴射で噴射された燃料が最大限に利用されて必要十分な熱発生量を発生し、筒内が適切に予熱されることになる。つまり、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生量を最大限に利用して、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を開始させることができることになる。例えば、プレ噴射の燃料噴射タイミングとして、菜種油の場合にはピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１０°のタイミングに設定し、バイオディーゼル燃料の場合にはピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）９°のタイミングに設定し、軽油の場合にはピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８°のタイミングに設定するといったことが挙げられる。これにより、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングに略一致するようにしている。
　このようなタイミングでプレ噴射を実行するために、予め実験等によってエンジン回転数、アクセル開度（エンジン負荷）、冷却水温度等をパラメータとして、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングに略一致するようなプレ噴射の実行タイミングをマップ化し、上述した燃料噴射開始タイミング設定マップを上記ＲＯＭに記憶させておく。そして、プレ噴射を実行するに際して、このマップを参照してその実行タイミングを設定し、プレ噴射を実行させる。これにより、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングに略一致することになる。言い換えると、何れの燃料が使用された場合であってもプレ噴射による筒内の予熱量を等しく得ることができ、その結果、メイン噴射の燃焼開始タイミングを最適に設定することが可能になる。
　同様に、予め実験等によってエンジン回転数、アクセル開度（エンジン負荷）、冷却水温度、プレ噴射での燃料噴射量等をパラメータとして、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングに略一致するようなメイン噴射の実行タイミングをマップ化し、上述した燃料噴射量設定マップを上記ＲＯＭに記憶させておく。例えば、メイン噴射の燃料噴射タイミングとして、菜種油の場合にはピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）４°のタイミングに設定し、バイオディーゼル燃料の場合にはピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３°のタイミングに設定し、軽油の場合にはピストン１ｂの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）２°のタイミングに設定するといったことが挙げられる。そして、メイン噴射を実行するに際して、このマップを参照してその実行タイミングを設定し、メイン噴射を実行させる。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングが、ピストン１ｂが圧縮上死点に達するタイミングに略一致することになる。
　尚、上述した如く燃料種類に応じたプレ噴射の実行により筒内の予熱量を調整できるため、仮にメイン噴射での燃焼開始タイミングを各燃料で一致させたとしても（何れの燃料においてもメイン噴射での燃焼開始タイミングを一致させたとしても）、プレ噴射の燃料噴射形態を燃料種類に応じて適切に調整することにより、図８（ａ）と同様の熱発生率波形を得ることが可能である。
　尚、図８では、各燃料それぞれにおけるプレ噴射の噴射終了タイミングが互いに一致している。また、メイン噴射の噴射終了タイミングも互いに一致している。本発明は、これに限定されることなく、各燃料それぞれにおいて必要な燃料噴射量を得るために噴射終了タイミングは互いに異なる場合もある。
　例えば、軽油に比べて着火性が低い燃料であって、実燃料噴射量に対して得られるエンジントルクが軽油に比べて大幅に小さい燃料の場合には、プレ噴射の噴射終了タイミング及びメイン噴射の噴射終了タイミングが共に、軽油の場合のプレ噴射の噴射終了タイミング及びメイン噴射の噴射終了タイミングに対して遅角側に設定される。図９（ｂ）は、この場合におけるプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射パターンを示している。この図９（ｂ）の実線は燃料が軽油の場合の燃料噴射パターンであり、一点鎖線は軽油に比べて着火性が低く且つ実燃料噴射量に対して得られるエンジントルクが軽油に比べて大幅に小さい燃料（図中の代替燃料Ｉ）の燃料噴射パターンである。
　また、軽油に比べて着火性が低い燃料であって、実燃料噴射量に対して得られるエンジントルクが軽油に比べて大きい燃料の場合には、プレ噴射の噴射終了タイミング及びメイン噴射の噴射終了タイミングが共に、軽油の場合のプレ噴射の噴射終了タイミング及びメイン噴射の噴射終了タイミングに対して進角側に設定される。図１０（ｂ）は、この場合におけるプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射パターンを示している。この図１０（ｂ）の実線は燃料が軽油の場合の燃料噴射パターンであり、一点鎖線は軽油に比べて着火性が低く且つ実燃料噴射量に対して得られるエンジントルクが軽油に比べて大きい燃料（図中の代替燃料ＩＩ）の燃料噴射パターンである。
　以上説明してきたように、本実施形態によれば、実燃料噴射量とトルクとの関係に基づいて、現在使用している燃料の種類を高い精度で判別することができ、その判別された燃料に適した燃料噴射制御を実現することができる。このため、燃料種類に関わりなく排気エミッションの改善及びエンジン性能の向上を図ることが可能になる。また、燃焼騒音の低減、ドライバビリティの改善、排気中の白煙の発生防止、燃料消費率の改善などを図ることも可能である。
　－他の実施形態－
　以上説明した実施形態では、コモンレール式筒内直噴型多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも本発明は適用可能である。更には、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものでもない。
　また、上記実施形態ではプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始タイミング及び燃料噴射量（燃料噴射期間）を燃料種類に応じて変更する場合について説明した。本発明はこれに限らず、上記パイロット噴射、アフタ噴射、ポスト噴射に対しても、燃料噴射開始タイミング及び燃料噴射量（燃料噴射期間）を燃料種類に応じて変更するようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ３２を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
　また、上記燃圧センサ６０の配設箇所としては、全てのインジェクタ３２に対して適用してもよいし、１つのインジェクタ３２のみに対して適用してもよい。
　また、インジェクタ３２から噴射される燃料の実噴射量を測定する手段としては、コモンレール３４とインジェクタ３２を接続する配管の途中に流量センサを設けておき、その流量センサによって検出される燃料流量を測定するようにしてもよい。
　更に、エンジン１の出力トルクを測定または推定する手段としては、筒内圧力を検出可能な構成とし、この筒内圧力から出力トルクを推定するようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、燃料種類に応じて燃料噴射開始タイミング及び燃料噴射量（燃料噴射期間）の両方を変更するようにしていた。これに限らず、燃料噴射開始タイミング及び燃料噴射量のうちの一方のみを変更する場合も本発明の技術的思想の範疇である。
　本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて使用されている燃料の種類の正確な判別と、その判別結果を利用した燃料噴射制御とに適用可能である。
１　　　　エンジン（内燃機関）
１ａ　　　シリンダ
１ｂ　　　ピストン
３　　　　燃焼室
３２　　　インジェクタ（燃料噴射弁）
３４　　　コモンレール（蓄圧容器）
６０　　　燃圧センサ（燃料圧力検出手段）

Claims (7)

  1. 　燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料の種類を判別するための燃料種類判別装置であって、
    　上記燃料噴射弁から噴射された燃料の実噴射量を測定または推定する実噴射量認識手段と、
    　上記燃料噴射弁からの燃料の噴射に伴う内燃機関の出力トルクを測定または推定するトルク認識手段と、
    　上記実噴射量認識手段によって測定または推定された燃料の実噴射量及び上記トルク認識手段によって測定または推定された内燃機関の出力トルクに基づいて、上記燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料の種類を判別する燃料種類判別手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料種類判別装置。
  2. 　請求項１記載の内燃機関の燃料種類判別装置において、
    　上記燃料噴射弁は高圧燃料を蓄圧保持する蓄圧容器から燃料が供給されるようになっていると共に、上記蓄圧容器の燃料出口よりも下流側には燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段が配設されており、
    　上記実噴射量認識手段は、上記燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力と、その燃料圧力で実行される燃料噴射の噴射期間とに基づいて、燃料噴射弁から噴射された燃料の実噴射量を測定または推定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料種類判別装置。
  3. 　請求項２記載の内燃機関の燃料種類判別装置において、
    　上記燃料圧力検出手段は、上記燃料噴射弁の燃料導入口近傍に設けられており、
    　上記実噴射量認識手段は、上記燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に対し、燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されてから燃料導入口近傍の燃料圧力が降下し始めるまでの遅延時間を考慮した補正を行い、その補正後の燃料圧力に基づいて燃料の実噴射量を推定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料種類判別装置。
  4. 　請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料種類判別装置において、
    　燃料噴射量学習動作の実行条件が成立した場合に、特定の気筒内に燃料噴射弁から指示噴射期間に従った燃料噴射を行い、その燃料噴射に伴う内燃機関の運転状態の変化から目標燃料噴射量に対する実燃料噴射量の偏差に基づく学習値を取得する燃料噴射量学習動作を実行するようになっており、
    　上記トルク認識手段は、上記燃料噴射量学習動作によって得られた学習値に基づいて指示噴射期間に応じた燃料噴射を実行することにより得られた内燃機関の出力トルクを測定または推定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料種類判別装置。
  5. 　燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記請求項１記載の燃料種類判別装置における燃料種類判別手段によって判別された燃料の種類に応じて上記副噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一方を調整する副噴射制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  6. 　請求項５記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記副噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングと、シリンダ内で往復移動するピストンが圧縮上死点に達するタイミングとが互いに一致するように上記各燃料噴射の噴射タイミング及び噴射量を制御する高効率燃料噴射制御動作を実行可能な燃料噴射制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 　上記請求項５または６記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記燃料噴射制御手段は、副噴射で噴射され且つ気筒内のスワール流に沿って流れる燃料に対して主噴射で噴射された燃料が重畳しないように、副噴射の実行タイミングと主噴射の実行タイミングとをそれぞれ設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
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