(57)【要約】【課題】この発明は、燃料性状判定装置、およびそれを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、バイオ燃料の酸化劣化を正確に判定することを目的とする。【解決手段】バイオ燃料の粘度を検出するための粘度センサ２０を備える。粘度センサ２０により検出された粘度に基づいて、燃料の酸化劣化の有無および酸化劣化の度合いを判定する。【選択図】図３
2009228534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともバイオ燃料を含む燃料の酸化劣化を判定する燃料性状判定装置であって、
燃料の粘度を取得する燃料粘度取得手段と、
前記燃料粘度取得手段により取得された粘度に基づいて、燃料の酸化劣化を判定する酸化劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
燃料の温度を取得する燃料温度取得手段を更に備え、
前記酸化劣化判定手段は、前記燃料温度取得手段により取得された燃料の温度にも基づいて、燃料の酸化劣化を判定することを特徴とする請求項１記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記酸化劣化判定手段は、燃料の酸化劣化度合いを判定する劣化度合判定手段を含み、
燃料の酸化劣化度合いに基づいて、燃料噴射の態様を変更する燃料噴射態様変更手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の燃料性状判定装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記酸化劣化判定手段は、燃料の酸化劣化度合いを判定する劣化度合判定手段を含み、
燃料の酸化劣化度合いが所定レベルよりも高い場合に、現在の使用燃料が規定外の燃料であると判定する燃料異常判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の燃料性状判定装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記酸化劣化判定手段は、内燃機関の停止中に酸化劣化の前記判定を実行することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載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、燃料性状判定装置、およびそれを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、植物由来もしくは動物由来の油より生成したバイオ燃料を軽油の代替燃料として用いるディーゼルエンジンのシステムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９２０６３号公報
【特許文献２】特開平８−２６１９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バイオ燃料は、軽油などの化石燃料と比べて酸化安定性が低く、酸化劣化し易いという特性を有している。具体的には、バイオ燃料は、高温下で長時間（数ヶ月程度）放置されると酸化して、燃料性状が変化してしまう。また、そのように燃料性状が変化すると、予め適合された量で燃料噴射を行っても、狙い通りの量の燃料を噴くことができなくなり、内燃機関の燃焼が不安定となってしまう可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バイオ燃料の酸化劣化を正確に判定し得る燃料性状判定装置、およびそれを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、燃料性状判定装置であって、
少なくともバイオ燃料を含む燃料の酸化劣化を判定する燃料性状判定装置であって、
燃料の粘度を取得する燃料粘度取得手段と、
前記燃料粘度取得手段により取得された粘度に基づいて、燃料の酸化劣化を判定する酸化劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
燃料の温度を取得する燃料温度取得手段を更に備え、
前記酸化劣化判定手段は、前記燃料温度取得手段により取得された燃料の温度にも基づいて、燃料の酸化劣化を判定することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明における燃料性状判定装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記酸化劣化判定手段は、燃料の酸化劣化度合いを判定する劣化度合判定手段を含み、
燃料の酸化劣化度合いに基づいて、燃料噴射の態様を変更する燃料噴射態様変更手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおける燃料性状判定装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記酸化劣化判定手段は、燃料の酸化劣化度合いを判定する劣化度合判定手段を含み、
燃料の酸化劣化度合いが所定レベルよりも高い場合に、現在の使用燃料が規定外の燃料であると判定する燃料異常判定手段を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記酸化劣化判定手段は、内燃機関の停止中に酸化劣化の前記判定を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、燃料の粘度に基づいて、燃料の酸化劣化が判定される。このため、酸化劣化の初期段階において、酸価の変化に対して粘度が大きく変化するという特性を利用して、燃料の酸化劣化を正確に判定することが可能となる。
【００１２】
第２の発明によれば、燃料の温度の影響をも考慮して、燃料の酸化劣化をより正確に行うことが可能となる。
【００１３】
第３の発明によれば、燃料の酸化劣化に伴う燃料性状の変化（粘度増大）に関わらず、内燃機関に要求された適量の燃料を噴射することができるようになる。これにより、燃料の酸化劣化によって、内燃機関の燃焼が不安定となるのを良好に回避することが可能となる。
【００１４】
第４の発明によれば、燃料の酸化劣化度合いが所定レベル以上よりも高い場合に、現在の使用燃料が規定外の異常燃料であると判定することにより、例えば、その状況の発生を警告灯の点灯等により車両のユーザーに知らせて、燃料の交換を促すことができるようになる。
【００１５】
第５の発明によれば、燃料の粘度を取得する際に、内燃機関の振動が外乱として影響するのを回避して、精度良く粘度を取得できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジン１０を備えている。また、本実施形態のシステムは、ディーゼルエンジン１０の燃料を貯留するための燃料タンク１２を備えている。燃料タンク１２には、例えば菜種メチルエステル（Rapeseed Methyl Esther）といったバイオ燃料１００％の燃料、或いは、そのようなバイオ燃料と軽油とが所定の割合で混合された混合燃料が給油されるものとする。
【００１７】
燃料タンク１２内の燃料は、燃料ポンプ１４によって汲み上げられ、燃料パイプ１６を通ってディーゼルエンジン１０側へ移送される。燃料ポンプ１４によって加圧された高圧の燃料は、各気筒に設けられたインジェクタ１８に供給される。
【００１８】
燃料パイプ１６の途中には、粘度センサ２０が設置されている。粘度センサ２０は、燃料パイプ１６内を通る燃料の粘度を検出可能なセンサである。尚、粘度センサ２０の設置場所は、図１に示される場所に限られるものではなく、燃料供給系における燃料タンク１２からインジェクタ１８付近までの区間であればよい。
【００１９】
図２は、図１に示す粘度センサ２０の構成を説明するための図である。図２に示すように、粘度センサ２０は、燃料中に突き出た振動体２０ａと、当該振動体２０ａを振動させるための振動子２０ｂとを備えている。この振動子２０ｂは、圧電素子であり、駆動回路２０ｃによって駆動されるようになっている。また、振動子２０ｂの近傍には、振動子２０ｂの変位量を検出するための変位量検出素子２０ｄが配置されている。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２２を備えている。ＥＣＵ２２には、インジェクタ１８や粘度センサ２０のほか、車両の運転者が視認可能な場所（例えば、インストルメントパネル）に設置された警告灯２４が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ２２には、ディーゼルエンジン１０を制御するための各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。
【００２１】
［実施の形態１の特徴部分］
ところで、バイオ燃料は、軽油などの化石燃料と比べて酸化安定性が低く、酸化劣化し易いという特性を有している。具体的には、バイオ燃料は、高温下で長時間（数ヶ月程度）放置されると酸化して、燃料性状が変化してしまう。また、そのように燃料性状が変化すると、予め適合された量で燃料噴射を行っても、狙い通りの量の燃料を噴くことができなくなり、ディーゼルエンジン１０の燃焼が不安定となってしまう可能性がある。
【００２２】
図３は、バイオ燃料の粘度と全酸価（酸化度合い）との関係を表した図である。尚、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中に丸で囲んだ部分を拡大して表した図である。また、図３に示す曲線は、燃料の温度が所定温度の場合のデータである。
図３に示すように、バイオ燃料は、全酸価が大きくなるにつれ、すなわち、燃料の酸化度合いが大きくなるにつれ、粘度が高くなるという特性を有している。
【００２３】
ここで、全酸価が十分に小さい段階（燃料の使用初期段階）における全酸価の上昇（酸化の進行）に対する粘度の変化に着目する。そうすると、図３（Ｂ）に示すように、全酸価が十分に小さい段階での粘度と全酸価との間には、全酸価が比較的大きくなった段階（酸化が比較的進行した段階）よりも、全酸価の変化に対する粘度の変化が大きくなるという関係があることが判る。
【００２４】
本実施形態では、バイオ燃料における上記のような粘度と全酸価との関係に着目し、粘度センサ２０により検出される燃料の粘度に基づいて、バイオ燃料の酸化劣化の有無および酸化劣化度合いを判定するようにした。
【００２５】
図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ２４が実行するルーチンのフローチャートである。
図４に示すルーチンでは、先ず、車両のキースイッチがＯＮとされたか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、キースイッチがＯＮとされたことが確認された場合、すなわち、ディーゼルエンジン１０の始動直前状態であると判断できる場合には、粘度センサ２０が駆動される（ステップ１０２）。
【００２６】
次に、燃料の粘度が検出される（ステップ１０４）。より具体的には、本ステップ１０４では、振動子２０ｂの変位量が所定値となるように振動子２０ｂを駆動させた時の電圧値もしくは電流値に基づき、燃料の粘度が算出される。
【００２７】
次に、上記ステップ１０４において検出された燃料の粘度に基づいて、燃料の酸化劣化の有無、および酸化劣化度合いが判定される（ステップ１０６）。ＥＣＵ２２は、上記図３に示すような燃料の粘度と全酸価との関係をマップとして記憶しており、本ステップ１０６では、そのようなマップを参照して、現在の燃料の粘度に応じた全酸価が算出される。既述したように、燃料が酸化劣化し始める劣化初期段階においては、全酸価の増加に対して粘度が大きく増加する。本ステップ１０６では、そのような全酸価の変化に対する粘度の変化が現れた場合に、燃料が酸化劣化し始めたと判定するとともに、算出された全酸価の大きさに基づき、燃料の酸化劣化度合いを判定する。
【００２８】
次に、上記ステップ１０６において燃料の酸化劣化がありと判定されたか否かが判別され（ステップ１０８）、酸化劣化ありと判定されている場合には、次いで、当該酸化劣化の度合いが所定レベル以上であるか否かが判別される（ステップ１１０）。具体的には、本ステップ１１０では、上記ステップ１０６において算出された全酸価が所定値以上であるか否かが判断される。また、当該所定値は、現在の燃料がディーゼルエンジン１０に使用する燃料の規定から外れた異常燃料となるまで酸化が進行している燃料であるか否かを判断するためのしきい値である。
【００２９】
上記ステップ１１０において、燃料の酸化劣化度合いが所定レベル以上でないと判定された場合、つまり、現在の燃料が使用可能な燃料であると判断できる場合には、燃料の酸化度合い（全酸価の大きさ）に応じて、燃料噴射量の補正量が算出される（ステップ１１２）。より具体的には、本ステップ１１２では、酸化度合いが大きくなるほど、インジェクタ１８の開弁時間を長くしたり、或いは燃料噴射開始タイミングを早めたりする等の手法によって、燃料噴射量が多くなるように補正される。これにより、燃料の酸化度合いに応じて、必要な燃料噴射量が確保されるようになる。
【００３０】
一方、上記ステップ１１０において、燃料の酸化劣化度合いが所定レベル以上であると判定された場合には、現在の燃料が規定から外れた異常燃料になってしまっていると判断され（ステップ１１４）、車両の運転者に警告を促すべく、警告灯２４が点灯される（ステップ１１６）。
【００３１】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、燃料の粘度に基づいて、燃料の酸化劣化の有無および酸化劣化度合いが判定される。このような手法によれば、酸化劣化の初期段階における燃料の粘度と全酸価との関係（全酸価の変化に対して粘度が大きく変化するという関係）を利用して、全酸価が大きく上昇し始める前に（つまり、実害が発生する前に）、燃料の酸化劣化を正確に判定することが可能となる。
【００３２】
また、上記ルーチンによれば、燃料の酸化劣化の発生が認められた場合には、当該酸化劣化の度合いに応じて、燃料噴射量が補正される。このため、燃料の酸化劣化に伴う燃料性状の変化（粘度増大）に関わらず、ディーゼルエンジン１０に要求された適量の燃料を噴射することができるようになる。これにより、燃料の酸化劣化によって、ディーゼルエンジン１０の燃焼が不安定となるのを良好に回避することが可能となる。
【００３３】
また、上記ルーチンによれば、燃料の酸化劣化度合いが所定レベル以上よりも高い場合に、現在の使用燃料が規定外の異常燃料であると判定し、警告灯２４を点灯させることにより、その状況の発生を車両のユーザーに知らせて、燃料の交換を促すことができる。
【００３４】
また、上記ルーチンによれば、ディーゼルエンジン１０の始動直前段階において、上述した燃料の酸化劣化判定が行われることとなる。これに対し、ディーゼルエンジン１０の運転中は、エンジン振動が粘度センサ２０の振動子２０ｂに外乱として入力されてしまう。従って、本実施形態のように、ディーゼルエンジン１０が停止しているタイミングで判定を行うことで、燃料の酸化劣化の有無および酸化劣化度合いを精度良く判定することが可能となる。
【００３５】
ところで、上述した実施の形態１においては、ディーゼルエンジン１０の始動直前段階において、燃料の酸化劣化判定を行うようにしている。しかしながら、当該酸化劣化の判定を精度良く行うためのタイミングは、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、ＥＣＵ２２によって車両のキースイッチがＯＦＦとされたタイミングを検出するようにし、ディーゼルエンジン１０の運転停止直後段階において、上述した燃料の酸化劣化判定を行うようにしてもよい。尚、燃料の酸化は、急激に進行するものではないため、１日１回程度の検出でよい。
【００３６】
また、上述した実施の形態１においては、バイオ燃料として、菜種から生産される菜種メチルエステルを使用する場合について説明したが、メチルエステルは菜種から生産されるものに限らず、いかなるバイオマスから生産されるものでもよい。更に、バイオ燃料としては、メチルエステルに限らず、他の種類の燃料でもよい。混合される炭化水素燃料（化石燃料）についても、軽油に限らず、他の種類の燃料でもよい。
【００３７】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ２２が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料粘度取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸化劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ２２が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３または第４の発明における「劣化度合判定手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第３の発明における「燃料噴射態様変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ２２が上記ステップ１１０および１１４の処理を実行することにより前記第４の発明における「燃料異常判定手段」が実現されている。
【００３８】
実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図５は、本発明の実施の形態２において用いられる粘度センサ３０の構成を説明するための図である。尚、図５において、図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の参照番号を用いて、その詳細な説明を省略または簡略する。
【００３９】
図５に示す粘度センサ３０には、燃料パイプ１６を通る燃料の温度を検出するためのサーミスタ３２が組み込まれている。本実施形態のシステムは、サーミスタ３２が新たに備えられている点を除き、上述した実施の形態１と同様のハードウェア構成を備えているものとする。
【００４０】
燃料の粘度は、燃料の温度の影響を大きく受ける。このため、燃料の温度が変わると、図３に示す燃料の粘度と全酸価との関係も変化する。より具体的には、例えば燃料の温度が図３に示す曲線のデータ測定時の温度よりも高くなると、燃料の粘度が低くなるので、粘度と全酸価との関係を示す曲線は、図３に示す傾向（全酸価の小さいところで粘度が大きく変化するという傾向）はそのままで、図３における下方に下がったものとなる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、サーミスタ３２により検出された燃料の温度に基づいて、粘度センサ３０により検出された燃料の粘度を補正するようにした。
【００４２】
図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ２２が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４３】
図６に示すルーチンでは、ステップ１０２において粘度センサ３０が駆動された後に、サーミスタ３２により燃料の温度が検出される（ステップ２００）。次いで、燃料の温度を考慮して、燃料の粘度が算出される（ステップ２０２）。より具体的には、ＥＣＵ２２は、燃料の温度との関係で、粘度の補正量を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、そのようなマップを参照して、燃料の粘度が補正される。
【００４４】
以上説明した図６に示すルーチンによれば、燃料の温度を考慮して、燃料の酸化劣化の有無および酸化劣化度合いの判定を、上述した実施の形態１のシステムと比べ、より正確に行うことが可能となる。
【００４５】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ２２が上記ステップ１０２、２００、および２０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料粘度取得手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ２２が上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第２の発明における「燃料温度取得手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す粘度センサの構成を説明するための図である。
【図３】バイオ燃料の粘度と全酸価（酸化度合い）との関係を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において用いられる粘度センサの構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ディーゼルエンジン
１２  燃料タンク
１４  燃料ポンプ
１６  燃料パイプ
１８  インジェクタ
２０、３０  粘度センサ
２０ａ  振動体
２０ｂ  振動子
２０ｃ  駆動回路
２０ｄ  変位量検出素子
２２  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
２４  警告灯
３２  サーミスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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