(57)【要約】【課題】内燃機関で実際に使用される燃料の燃料性状をオンボードで判定する。【解決手段】本発明に係る内燃機関の燃料性状判定装置は、取得手段と、加熱手段と、蒸留割合検出手段と、判定手段とを備えている。取得手段は、内燃機関に供給される燃料の一部をサンプル燃料として取得する。加熱手段は、取得したサンプル燃料を１３０℃〜１７０℃の範囲の任意の蒸留温度に加熱する。蒸留割合検出手段は、任意の蒸留温度に加熱されたサンプル燃料の蒸留割合を検出する。判定手段は、蒸留割合が、任意の蒸留温度に応じた蒸留割合の閾値未満である場合に、燃料が重質燃料であると判定する。【選択図】図２
2018115614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される燃料の一部をサンプル燃料として取得する手段と、
取得した前記サンプル燃料を１３０℃〜１７０℃の範囲の任意の蒸留温度に加熱する加熱手段と、
前記任意の蒸留温度に加熱された前記サンプル燃料の蒸留割合を検出する蒸留割合検出手段と、
前記蒸留割合が、前記任意の蒸留温度に応じた蒸留割合の閾値未満である場合に、前記燃料が重質燃料であると判定する判定手段と、
を備える内燃機関の燃料性状判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃料性状判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン等の内燃機関用の液体燃料は、多くの炭化水素の混合物であり、燃料規格で設定されている燃料性状項目の物性値が同一であっても、含まれる炭化水素組成によって生成されるＰＭ（即ち、粒子状物質、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）やその数であるＰＮ（即ち粒子数、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）の排出量が異なる場合がある。一般的に、アロマ分の含有量が多い燃料ほど、排出されるＰＭ・ＰＮは増加する傾向にあるが、アロマ分含有量が少ない燃料でも、特に、Ｃ数の多い多環アロマ分など、炭化水素組成によっては、ＰＭ・ＰＮの排出量が多くなる場合がある。
【０００３】
近年、ガソリン中の炭化水素組成に着目したＰＭ生成のポテンシャル指標として、ＰＭ−Ｉｎｄｅｘが注目されている。今後、ガソリン車のＰＭ・ＰＮ規制強化に対応するため、ガソリン品質の要求水準を議論する上で、ＰＭ−Ｉｎｄｅｘは適切な燃料指標として認識されつつある。たとえば、特開２０１１−２４１２８０号公報には、ＰＭ排出数に関する指標ＰＭ−Ｉｎｄｅｘを小さくするガソリンの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４１２８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０２６９７６号公報
【特許文献３】特開２００１−２１４７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＭ−Ｉｎｄｅｘは、燃料中の各炭化水素成分の４４３Ｋにおける蒸気圧、不飽和度（即ち、二重結合数と環数の和）および重量割合で表される数値であり、ＰＭ−Ｉｎｄｅｘ値が大きいほど、ＰＭ・ＰＮ排出量が大きい。しかしＰＭ−Ｉｎｄｅｘの算出には、燃料中の炭化水素成分の分析が必要となる。一般に規定されている燃料規格の測定項目に、炭化水素成分分析は入っていないため、ＰＭ−Ｉｎｄｅｘを算出するためには、炭化水素成分分析を行って、燃料の組成および含有成分の構造を特定する必要がある。したがって、実市場で車両に給油された燃料のＰＭ−Ｉｎｄｅｘを算出することは困難であり、ＰＭ−Ｉｎｄｅｘによって、使用中の燃料がＰＭ・ＰＮ排出量を増加させる可能性がある重質燃料であるか否かを直ちに確認することはできない。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両に給油され内燃機関で実際に使用される燃料が重質であるか否かを判断することができる内燃機関の燃料性状判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の燃料性状判定装置は、上記目的を達成するため、以下の構成を備えている。即ち、本発明の内燃機関の燃料性状判定装置は、取得手段と、加熱手段と、蒸留割合検出手段と、判定手段とを備えている。取得手段は、内燃機関に供給される燃料の一部をサンプル燃料として取得する。加熱手段は、取得したサンプル燃料を１３０℃〜１７０℃の範囲の任意の蒸留温度に加熱する。蒸留割合検出手段は、任意の蒸留温度に加熱されたサンプル燃料の蒸留割合を検出する。判定手段は、蒸留割合が、任意の蒸留温度に応じた蒸留割合の閾値未満である場合に、燃料が重質燃料であると判定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の内燃機関の燃料性状判定装置によれば、実際に使用中の燃料の蒸留特性から、燃料が重質であるか否かをオンボードで判定することができる。それにより重質と判断された場合には、運転者に警告を促す等を行うことができ、ＰＭ・ＰＮの増加を抑制し、エミッションの低減を図ることができる。また、燃料性状判定装置は、ＰＭ・ＰＮ排出量と特に相関高い１３０℃〜１７０℃における蒸留割合を用いることで、高い精度で燃料性状の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態における内燃機関の燃料性状判定装置の構成について説明するための模式図である。
【図２】実施の形態における制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図３】実施の形態における制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図４】評価したガソリンの組成成分又は蒸留温度ごとの蒸留割合と、試験車両におけるＰＮ排出量との相関関係について説明するための図である。
【図５】蒸留温度相互間の相関係数について説明するための図である。
【図６】簡易版ＰＭ−Ｉｎｄｅｘと、ガソリン車のＰＮ排出量との関係を説明するための図である。
【図７】市場ガソリンの蒸留温度特性とＰＭ−Ｉｎｄｅｘとの関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の実施の形態における内燃機関の燃料性状判定装置の構成について説明するための模式図である。この内燃機関の燃料性状判定装置は車両に搭載されて用いられる。内燃機関本体２の各気筒には、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁４が配置されている。吸気ポートには吸気マニホールドを含む吸気通路６が接続され、排気ポートには排気マニホールドを含む排気通路８が接続されている。
【００１１】
吸気通路６には吸気の上流側から順にエアクリーナー１１、吸気温度センサ１２、電子制御式のスロットルバルブ１３、およびサージタンク１４が設置されている。サージタンク１４には吸気圧センサ１５が設けられている。排気通路８には、Ｏ２センサ１６が設置され、Ｏ２センサ１６の設置位置より下流には、三元触媒１７が設置されている。
【００１２】
この内燃機関は、ＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路２０は一端が排気通路８のＯ２センサ１６設置位置より上流側の部分に接続され、他端が吸気通路６のサージタンク１４に接続されている。ＥＧＲ装置は排気ガスの一部を吸気側に再循環させる装置である。ＥＧＲ通路２０にはＥＧＲバルブ２２が設置されている。
【００１３】
この内燃機関はガソリンを燃料とする。車両の燃料供給口には燃料フィラーキャップ３０が備えられている。燃料給油口は、ガソリンタンク３１に接続されている。ガソリンタンク３１内には、燃料ポンプ３２が配置されている。燃料ポンプ３２にはメイン燃料パイプ３３の一端が接続している。メイン燃料パイプ３３の他端は、燃料噴射弁４への燃料を供する高圧燃料ポンプ３４に接続している。メイン燃料パイプ３３には、燃料フィルタ３５が設置されている。ガソリンタンク３１内の燃料は、燃料ポンプ３２によりメイン燃料パイプ３３を介して高圧燃料ポンプ３４に導入され、高圧燃料ポンプ３４により燃料噴射弁４に供給され、各気筒に噴射される。
【００１４】
図１の内燃機関の燃料性状判定装置は、蒸留割合検出器３６を有している。蒸留割合検出器３６は通電により内部に導入された燃料（以下、「サンプル燃料」とも称する）を任意の温度に加熱する機能を有するとともに、その任意の温度におけるサンプル燃料の蒸発レベル（即ち、蒸留割合検出器３６内の残油レベル）を検知して、それに応じた信号を出力する。この信号に基づき、任意の加熱温度における燃料の蒸留割合が検出される。
【００１５】
蒸留割合検出器３６の燃料導入口には、パイプ３７の一端が接続している。パイプ３７の他端は、メイン燃料パイプ３３の燃料フィルタ３５より上流（即ち、ガソリンタンク３１に近い側）に接続している。パイプ３７には電磁バルブ３８が設置されている。電磁バルブ３８が開弁されることで、パイプ３７が開かれる。これにより、ガソリンタンク３１から内燃機関本体２に供給されて使用される燃料の一部を、サンプル燃料として蒸留割合検出器３６に導入できる構成となっている。
【００１６】
蒸留割合検出器３６は、ドレーンパイプ４０を介してガソリンタンク３１に接続されている。ドレーンパイプ４０には電磁バルブ４２が設置されている。電磁バルブ４２が開弁されることで、ドレーンパイプ４０が開かれ、蒸留割合検出器３６内のサンプル燃料は、ガソリンタンク３１内に戻される構成となっている。
【００１７】
ガソリンタンク３１には、更に、燃料サクションチューブ５０の一端が接続している。燃料サクションチューブ５０の他端は、チャコールキャニスタ５１に接続している。燃料サクションチューブ５０には、電磁バルブ５２および切り替えバルブ５３が接続されている。切り替えバルブ５３にはパイプ５４の一端が接続し、パイプ５４の他端はサージタンク１４に接続している。チャコールキャニスタ５１は、パージ通路５５を介して、サージタンク１４に接続されている。パージ通路５５にはカットオフバルブ５６が設けられている。
【００１８】
燃料サクションチューブ５０の電磁バルブ５２と切り替えバルブ５３との間の部分には、パイプ５８の一端が接続し、パイプ５８の他端は蒸留割合検出器３６に接続している。蒸留割合検出器３６におけるサンプル燃料の加熱中に発生する燃料蒸発ガスは、パイプ５８及び燃料サクションチューブ５０を介して、内燃機関の吸気系に導入される構成となっている。また、内燃機関の停止時には、燃料はチャコールキャニスタ５１に導入されて吸着し、内燃機関の作動後チャコールキャニスタから脱離して、内燃機関本体２にて燃焼する構成となっている。
【００１９】
図１の内燃機関は、制御装置６０を備えている。上述した各種のセンサおよび電磁バルブ等のアクチュエータは、制御装置６０に電気的に接続されている。制御装置６０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置６０は、内燃機関のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する燃料性状判定のルーチンおよび警告灯ＯＮ/ＯＦＦ判定のサブルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置６０は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによって内燃機関を制御する。また、制御装置６０は、車両のインストルメントパネル６１の警告灯６２に接続され、警告灯６２の点灯および消灯（即ち、ＯＮ/ＯＦＦ）を制御する。
【００２０】
図２および図３は制御装置６０が実行する燃料性状判定の制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２を用いて、本実施の形態における燃料性状判定について説明する。図２のルーチンによる燃料性状判定は、ガソリンが給油された後、燃料ポンプにて給油されたガソリンが内燃機関本体２に送油されるタイミングで実行される。  
【００２１】
図２のルーチンでは、まず、ステップＳ１０２において、電磁バルブ３８が開かれる。電磁バルブ３８が開かれることで、ステップＳ１０４において、メイン燃料パイプ３３から、少量の燃料がサンプル燃料として取り出され、蒸留割合検出器３６に注入される。
【００２２】
次に、ステップＳ１０６において、蒸留割合検出器３６に供給された燃料の加熱が実行される。続く、ステップＳ１０８において、カットオフバルブ５６と、電磁バルブ３８とが閉弁される。燃料蒸留割合の検出環境を標準大気圧条件に保つために燃料加熱によって発生する燃料をチャコールキャニスタ５１に導入し、かつ、吸気系圧力の影響を受けないようにするためのである。
【００２３】
次に、ステップＳ１１０において、キャニスタパージがＯＦＦとなっているか否かが判別される。ステップＳ１１０における判別結果がＮＯである場合、即ち、キャニスタパージがＯＦＦになっていないと判別された場合、キャニスタパージが不十分な状態で燃料の蒸留割合の検出がスタートしていると判断される。
【００２４】
したがって、この場合、ステップＳ１１２に進み、燃料の加熱が停止され、ステップＳ１１４においてカットオフバルブ５６が開弁され、ステップＳ１１６において切り替えバルブ５３がＯＮとされる。これにより、サージタンク１４に接続されるパージ通路５５とパイプ５４とが開かれ、蒸留割合検出器３６内の蒸発燃料は直接吸気系に吸収される。次に、ステップＳ１１８において、今回の蒸留割合の検知がキャンセルされる。
【００２５】
一方、ステップＳ１１０における判別結果がＹＥＳである場合、即ち、キャニスタパージがＯＦＦとなっていると判別された場合、次に、ステップ１２０において、蒸留割合検出器３６におけるサンプル燃料の温度が任意の加熱温度である１３０℃となっているか否かを判別する。後に詳細に説明するが、ここで１３０℃としたのは、ＰＭ・ＰＮ排出量と蒸留割合との高い相関が得られる温度であり、かつ、加熱に要するエネルギーを抑制するため、および判定制度を確保するためである。なお、ここでは加熱温度が１３０℃であるか否かを判別しているが、サンプル燃料の温度と任意の加熱温度（ここでは１３０℃）との差が許容範囲内であるか否かを判別するようにしてもよい。
【００２６】
ステップＳ１２０における判定結果がＮＯである場合、即ち、サンプル燃料の温度が１３０℃でないと判別された場合、処理は再びステップＳ１０８に戻される。一方、ステップＳ１２０における判別結果がＹＥＳである場合、即ち、サンプル燃料の温度が１３０℃であると判別された場合、次に、ステップＳ１２２において、サンプル燃料の蒸留割合が検出される。蒸留割合は、蒸留割合検出器３６の出力に基づき検出される。なお、サンプル燃料の蒸留割合は、サンプル燃料が１３０℃に加熱された後、蒸留割合が安定する任意の時間経過後に検出するようにしてもよい。
【００２７】
次に、ステップＳ１２４において、検出された蒸留割合が７０％未満であるか否かが判別される。閾値を７０％とする理由については後述する。ステップＳ１２４における判別結果がＹＥＳである場合、即ち、蒸留割合が７０％未満であると判別された場合、ステップＳ１２６において燃料は重質燃料であると判定される。その後、ステップＳ１２８において警告灯６２がＯＮとされる。
【００２８】
一方、ステップＳ１２４における判別結果がＮＯである場合、即ち、蒸留割合が７０％以上であると判別された場合、次に、ステップＳ１３０において、燃料は軽質燃料であると判定される。
【００２９】
ステップＳ１２８又はステップＳ１３０の処理の後、次に、ステップＳ１３２において、蒸留割合検出器３６における燃料の加熱が停止される。次に、ステップＳ１３４において、ステップＳ１２６又はステップＳ１３０における燃料の判定結果、即ち重質燃料であるか軽質燃料であるかが制御装置６０に入力され、メモリに記録される。制御装置６０は、記録された判定結果を、任意の燃料給油回数分だけメモリに保存し、その保存したデータを出力する機能を有する。次に、ステップＳ１３６において今回の判定はキャンセルされる。
【００３０】
ステップＳ１３６又はステップＳ１１８の処理の後、ステップＳ１３８において電磁バルブ４２が開かれることにより蒸留割合検出器３６のドレーンパイプ４０が開かれ、５秒後、電磁バルブ４２が閉じられる。これにより蒸留割合検出器３６内のサンプル燃料がガソリンタンク３１に戻される。
【００３１】
次に、ステップＳ１４０において蒸留割合検出器３６の電源がＯＦＦとされる。その後、警告灯ＯＮ/ＯＦＦ判定のサブルーチンが実行される。
【００３２】
図３により警告灯ＯＮ/ＯＦＦ判定のサブルーチンについて説明する。図３のルーチンでは、まず、ステップＳ２０２において警告灯６２がＯＮとなっているか否かが判別される。ステップＳ２０２において、警告灯６２がＯＮとなっていないと判別された場合、今回のサブルーチンは終了する。
【００３３】
一方、ステップＳ２０２において、警告灯がＯＮとなっていると判別されると、次に、ステップＳ２０４において、燃料フィラーキャップ３０が開いているか否かが判別される。燃料フィラーキャップ３０が開いていないと判別された場合には、処理はステップＳ２０２に戻される。一方、ステップＳ２０４において燃料フィラーキャップ３０が開いていると判別された場合、ステップＳ２０６において、警告灯６２がＯＦＦとされ今回の処理は終了する。
【００３４】
図３のサブルーチンの処理により、警告灯６２が点灯した場合、次回の燃料供給動作のタイミング、より具体的には燃料フィラーキャップ３０が開くまで、警告灯６２が点灯した状態が維持される。これにより運転者に適切な（即ち、重質ではない）燃料への交換や適切な燃料の使用を促すことができる。
【００３５】
図４は、評価したガソリンの性状項目又は蒸留温度ごとの蒸留割合と、試験車両におけるＰＮ排出量との相関関係について説明するための図である。図４には、評価したガソリンの組成成分又は蒸留温度ごとの蒸留割合と、試験車両のＰＮ排出量との関係を重回帰分析した結果が示されている。図４から、蒸留温度１３０℃〜１７０℃における蒸留割合（Ｅ１３０〜Ｅ１７０）と、ＰＮ排出量との間には高い相関関係があり、その相関関係は蒸留温度１５０℃（Ｅ１５０）で最も高いことがわかる。
【００３６】
図５は蒸留温度相互の相関係数について説明するための図である。上述したように単一指標ではＰＮ排出量との蒸留割合との相関係数が最も高くなるのは、蒸留温度１５０℃（Ｅ１５０）である。しかし、ＰＮ影響の大きい重質燃料か否かを正確に判定するためには、複数の指標で特定する必要がある。２つの蒸留温度間で相関を見る場合、多重共線性を避けるために、最も相関の低い組み合わせとして、図５に示されるように、蒸留温度１３０℃（Ｅ１３０）と１７０℃（Ｅ１７０）とが選定される。
【００３７】
しかし、サンプル燃料の加熱温度が高いほど加熱に要するエネルギーが大きくなる。また加熱温度が高いほど、加熱後のサンプル燃料の残量が少なくなるため、判定精度が低下する。したがって、加熱温度は低いほうが好ましい。以上より、本実施の形態では、蒸留割合を検出する際の、サンプル燃料の任意の加熱温度を１３０℃としている。ただし、加熱温度を１７０℃としてもよい。蒸留割合を検出するためのサンプル燃料の加熱温度は、１３０℃又は１７０℃に限られるものでもなく、蒸留割合とＰＮ排出量とが高い相関を有する範囲、１３０℃〜１７０℃の範囲内の温度であれば、任意に設定することができる。
【００３８】
ところで、燃料の蒸留特性（たとえば、蒸留温度１３０℃及び１７０℃における蒸留割合）から、簡易的にＰＭ−Ｉｎｄｅｘを求めることができる。簡易版ＰＭ−Ｉｎｄｅｘは、以下（１）式にしたがって算出される。
簡易版PM-Index＝0.0324×Ｅ１３０＋0.0647×Ｅ１７０＋9.92405    ・・（１)
なお、式（１）において、Ｅ１３０とＥ１７０とは、それぞれ蒸留温度１３０℃、１７０℃における蒸留割合である。
【００３９】
図６は、簡易版ＰＭ−Ｉｎｄｅｘと、ガソリン車のＰＮ排出量との関係を説明するための図である。図６から、簡易版ＰＭ−ＩｎｄｅｘとＰＮ排出量との間に、強い相関があることがわかる。
【００４０】
図７は、市場ガソリンの蒸留温度特性とＰＭ−Ｉｎｄｅｘとの関係について説明するための図である。図７では、欧州ガソリン規格（ＥＮ２２８）を満足する、中国市場ガソリンの蒸留特性分布および欧州市場の重質ガソリンの蒸留特性例を示す。蒸留割合の検出に用いる蒸留温度１３０℃を基準に、市場ガソリンの蒸留割合の幅は、図７より、およそ６４％〜８１％である。市場ガソリンのうち欧州市場の重質ガソリン相当が許容できるガソリンの蒸留特性と考えられる。従って、この重質ガソリンの蒸留温度１３０℃における蒸留割合（約７０％）を、本実施の形態における重質燃料か否かを判別するための蒸留割合の閾値に設定している。ただし、この閾値は、変動するガソリン規格を満足するように、ＰＭ・ＰＮ排出量の許容量に応じて適宜設定することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、実車に給油された使用中の燃料のＰＭ−Ｉｎｄｅｘが不明であっても、使用中の燃料がＰＭ・ＰＮ排出量が多くなる可能性の高い燃料であるか否かを判定することができる。したがって、運転者に適正な品質の燃料の使用を促し、市場における排出ガス（Ｒｅａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の低減を図ることができる。
【００４２】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００４３】
２  内燃機関本体
４  燃料噴射弁
３０  燃料フィラーキャップ
３１  ガソリンタンク
３２  燃料ポンプ
３３  メイン燃料パイプ
３４  高圧燃料ポンプ
３５  燃料フィルタ
３６  蒸留割合検出器
３７  パイプ
３８  電磁バルブ
４０  ドレーンパイプ
４２  電磁バルブ
５０  燃料サクションチューブ
５１  チャコールキャニスタ
５２  電磁バルブ
５３  切り替えバルブ
５４  パイプ
５５  パージ通路
５６  カットオフバルブ
５８  パイプ
６０  制御装置
６１  インストルメントパネル
６２  警告灯
【図１】
2018115614.tif 000003
【図２】
2018115614.tif 000004
【図３】
2018115614.tif 000005
【図４】
2018115614.tif 000006
【図５】
2018115614.tif 000007
【図６】
2018115614.tif 000008
【図７】
2018115614.tif 000009