(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載された内燃機関の排気通路に排気浄化用触媒が設けられるとともに、該内燃機関の回転速度又は車速が所定の上限値に到達すると、該内燃機関の回転速度又は該車速を該所定の上限値以下に制限する該内燃機関の燃料制御装置において、
該内燃機関の所定行程数における燃料カットを行う行程数の割合である燃料カット率を、該内燃機関の排気の平均空燃比が理論空燃比近傍となる該燃料カット率の上限値及び下限値で規定される熱劣化領域にならないように制御する制御装置をそなえ、
該制御装置は、該内燃機関の回転速度又は車速が所定の上限値に到達すると、該燃料カット率を、該熱劣化領域から小さい方に外れる第１燃料カット率と該熱劣化領域から大きい方に外れる第２燃料カット率とで交互に選択して変化させるとともに、
該燃料カット率を該第１燃料カット率とする時間と該燃料カット率を該第２燃料カット率とする時間との比率を調整する
ことを特徴とする、内燃機関の燃料制御装置。
【請求項２】
該内燃機関は吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを有し、
該制御装置は、該燃料カット率を制御する際には、該燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、該内燃機関の吸気弁が閉じた後に該吸気弁に到達するように、或いは、該燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、該吸気弁の開弁中に該吸気弁に到達するように該燃料噴射の時期を制御する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載され排気通路に排気浄化用触媒が設けられた内燃機関の燃料制御装置であって、内燃機関の回転速度又は車速が所定の上限値に到達すると、燃料カットと燃料噴射とを繰り返して内燃機関の回転速度又は車速を所定の上限値以下に制限する、内燃機関の燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン回転速度又は車速が所定の上限値に達すると燃料カットを行なうことでエンジン回転速度又は車速を上限値以下に制限する技術（例えば、特開平０５−０４４５５１号公報に記載の技術）が一般的に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術では、排気通路に排気浄化用触媒（以下、単に触媒ともいう）を介装されている場合、触媒温度が高温となって触媒が熱劣化したり、溶損したりする虞がある。
つまり、このような燃料カットによるエンジン回転速度制御又は車速制御では、エンジン回転速度又は車速が所定の上限値を越えると燃料カットが行なわれ、燃料カット直前や、燃料カットによりエンジン回転速度又は車速が所定の上限値以下になり燃料噴射が再開される時には、通常、空燃比がリッチとされる。
【０００４】
この際、燃料カット時には、燃料を殆ど含まない空気が触媒に流入し、一方、燃料カットの前後には、燃料過多のリッチな空燃比下で未燃分を多く含んだ排気が触媒に流入するので、触媒に未燃物と多量の酸素とが交互に供給されることとなって、未燃物が触媒上で繰り返し酸化反応（燃焼）して触媒を昇温させて、触媒を熱劣化させたり溶損させたりしてしまうのである。
【０００５】
特に、このような触媒の昇温は、燃料カット制御中の排気空燃比の平均値がストイキ近傍になった時に最も顕著なものとなって、触媒が、早期に熱劣化したり、溶損したりしてしまう虞が生じる。
つまり、燃料カットと燃料噴射との切り換え（燃料カット制御）は、短い周期で繰り返して行なわれ、且つ、排気は触媒に到達するまでに混合されるので、触媒上について着目すると、燃料カット制御中の排気空燃比は平均化され、その平均値（平均排気空燃比）で略一定しているものとして考えることができる。そして、このような燃料カット制御中の平均排気空燃比がストイキ近傍にある場合、未燃分（燃料）と空気（酸素）とのバランスがこれらを互いに反応させる上で最も好適なものとなり、これにより、触媒温度上昇傾向が顕著になって、触媒が早期に熱劣化したり、溶損したりしてしまうのである。
【０００６】
ここで、図７（Ａ），（Ｂ）を参照しながら、燃料カット制御中の平均排気空燃比がストイキ近傍になると触媒温度上昇傾向が顕著になる理由について説明する。
図７（Ａ）の縦軸は、排気中の未燃成分（可燃成分）の当量又は酸素の当量を示し、横軸は燃料カット率（所定のエンジン行程数に対して燃料カットを行なう行程数の比率）を示し、また、図７（Ａ）中の破線は排気中の未燃成分の特性を、一点鎖線は排気中の酸素の特性を、それぞれ模式的に示す。また、図７（Ｂ）の縦軸は、触媒温度又は触媒上で未燃成分が酸化することにより発生する熱量ΔＱを示し、横軸は燃料カット率を示し、図７（Ｂ）中の実線は触媒温度の特性を、破線は熱量ΔＱの特性をそれぞれ模式的に示す。
【０００７】
図７（Ａ）に示すように、当然ながら、破線で示す排気中の未燃成分の当量は、燃料カット率が小さくなって燃料カット制御中の平均排ガス空燃比がリッチになる程多くなり、一方、一点鎖線で示す排気中の酸素の当量は、燃料カット率が大きくなって燃料カット制御中の平均排ガス空燃比がリーンになる程多くなる。そして、平均排気空燃比がリッチのときには、未燃成分の当量に対して、酸素の当量が不足するため、酸素の当量を示す一点鎖線の下の領域（斜線で示す領域）が触媒上での酸化反応量を示し、一方、排気空燃比がリーンのときには、酸素の当量に対して、未燃物の当量が不足するため、未燃物の当量を示す破線の下の領域（斜線で示す領域）が触媒上での酸化反応量を示す。そして、この酸化反応量は、図７（Ａ）に示すように酸素の当量と未燃成分の当量とが釣り合う点、即ち理論空燃比（ストイキ）下で最大となる。
【０００８】
そして、図７（Ｂ）に示すように、触媒温度（又は熱量ΔＱ）は、この酸化反応量に対応して増減し、このため、平均排ガス空燃比が理論空燃比近傍となる領域〔DANGEROUS ZONE，ここでは、燃料カット率がＸL（例えば４０％）よりも大きく且つＸH（例えば６０％）よりも小さくなる領域〕で、触媒温度が、触媒の溶損温度や熱劣化温度を越えてしまう虞があるのである。
【０００９】
特に、筒内噴射内燃機関（筒内噴射エンジン）では、燃焼室内に燃料を直接噴射するため、燃料カット制御に対する空燃比の応答性が高いため、このような現象による触媒の熱劣化や溶損を一層招きやすい。
また、吸気ポートに燃料噴射する吸気ポート噴射エンジンでは、燃料カット時に未燃燃料（未燃成分）が増加して触媒が熱劣化しやすくなる虞がある。このような現象は、所定のタイミングで噴射された燃料が２つの吸気行程にまたがって燃焼室内に吸入され、燃料カット中に比較的多量の燃料が吸入されることにより発生する。
【００１０】
例えば、燃料カット前に噴射された燃料のうち、前半に噴射された燃料は、かかる燃料噴射開始直後の吸気行程で燃焼室に吸入されるが、後半に噴射された燃料は、この吸気行程が終了するまで（吸入弁が閉じるまで）に吸入弁の開口部に到達せず、次の吸気行程（燃料カット制御開始後の吸気行程）で燃焼室に吸入され、この場合、この吸気行程で燃焼室内に吸入された燃料は、燃焼に必要な所定量に比べ大幅に少なくなる。燃料カット中においても一般的に点火プラグによる点火は行なわれるが、燃焼に必要な所定量に比べると燃料が大幅に少ないため、点火が行なわれても燃焼は不完全なものとなって、かかる燃料は殆どが未燃の状態で触媒に供給されることになる。そして、この未燃燃料が、燃料カット制御中に供給される多量の酸素を含んだ空気と酸化反応して、触媒を熱劣化させてしまうのである。
【００１１】
そして、このような問題は燃料カット中に吸入されてしまう燃料量が多い程、未燃の状態で触媒に供給される未燃燃料量が多くなって顕在化するため、燃料カット中に吸入されてしまう燃料量をできるだけ低減することが望まれる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、過昇温による触媒の熱劣化や溶損を防止できるようにした、内燃機関の燃料制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の内燃機関の燃料制御装置では、内燃機関の回転速度又は車速が所定の上限値に到達すると、内燃機関の回転速度又は車速を所定の上限値以下に制限するが、この際、内燃機関から排気通路に設けられた排気浄化用触媒に排出される排気の平均排気空燃比が理論空燃比近傍となる燃料カット率の上限値及び下限値で規定される熱劣化領域にならないように、燃料カットを行なう行程数と燃料噴射を行なう行程数との割合である燃料カット率を制御装置により制御する。
特に、また、制御装置は、内燃機関の回転速度又は車速が所定の上限値に到達すると、燃料カット率を、熱劣化領域から小さい方に外れる第１燃料カット率と熱劣化領域から大きい方に外れる第２燃料カット率とで交互に選択して変化させるとともに、燃料カット率を第１燃料カット率とする時間と燃料カット率を第２燃料カット率とする時間との比率を調整する。
【００１３】
また、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを有し、燃料カット率を制御する際には、燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、内燃機関の吸気弁が閉じた後に吸気弁に到達するように、或いは、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁が開弁中に吸気弁に到達するように燃料噴射の時期を制御することが好ましい（請求項２）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第１実施形態としての内燃機関の燃料制御装置について説明する。図１〜図３は本実施形態の内燃機関の燃料制御装置について示す図である。また、従来技術の説明として用いた図７（Ａ），（Ｂ）についても流用して説明する。
【００１５】
本実施形態の燃料制御装置がそなえられる内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射内燃機関（筒内噴射ガソリンエンジン，以下、単に筒内噴射エンジン又はエンジンとも言う）として構成されている。筒内噴射エンジンは、図１に示すように構成されており、燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって、それぞれ連通制御されるようになっている。また、吸気通路２には、エアクリーナ２ａ，吸入空気量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）２ｂ，吸入空気量を制御するスロットル弁２ｃ，スロットル弁２ｃの開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）２ｄが設けられている。また、排気通路３には、排気中のＯ2濃度を検出するＯ2センサ３ａ，吸蔵還元型ＮＯX触媒（排気浄化用触媒，単にＮＯX触媒又は触媒ともいう）６ａ，三元触媒（排気浄化用触媒、単に触媒とも言う）６ｂ，図示しないマフラが設けられている。また、燃焼室１には、インジェクタ８が燃焼室１へ燃料を直接噴射すべくその開口を燃焼室１に臨ませるように配置されている。
【００１６】
このような構成により、スロットル弁２ｃの開度に応じエアクリーナ２ａを通じて吸入された空気が、吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、燃焼室１内のピストン１ｂの上面に形成された半球状の凹部１ａにより縦渦（逆タンブル流）に生成されて、ＥＣＵ２０からの信号に基づいてインジェクタ８から噴射された燃料と混合されるようになっている。そして、燃焼室１内で点火プラグ７を適宜のタイミングで点火させることにより、この混合気を燃焼させてエンジントルクを発生させたのち、排気が燃焼室１内から排気通路３へ排出され、触媒６ａ，６ｂで浄化されてから、マフラで消音されて排出されるようになっている。
【００１７】
なお、このエンジンには、上述したＡＦＳ２ｂ，ＴＰＳ２ｄ，Ｏ2センサ３ａ，触媒温度センサ３ｂの他に、例えば、クランクシャフト９に付設されたクランク角検出装置９ａ等の種々のセンサが設けられており、これらのセンサからの検出情報がＥＣＵ２０へ送られるようになっている。
筒内噴射エンジンについてさらに説明すると、筒内噴射エンジンでは、燃焼室１内で吸入空気を逆タンブル流に生成することにより、点火プラグ７近傍に少量の燃料を集めて層状燃焼させ、混合気全体としては極めてリーンな空燃比での燃焼（希薄燃焼）が可能となっている。そして、筒内噴射エンジンは、燃料噴射の態様として、このようにリーンな空燃比下で運転を行なうリーン運転モードと、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍となるようにＯ2センサ３ａからの検出情報等に基づいてフィードバック制御を行なうストイキ運転モードと、リッチな空燃比で運転を行なうリッチ運転モードとが設けられている。
【００１８】
そして、このような運転モードの選択、即ち目標空燃比の設定は、ＥＣＵ２０により運転状態に応じて行なわれるようになっている。つまり、ＥＣＵ２０は、ＴＰＳ２ｄ及びクランク角検出手段９ａの検出情報に基づきエンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅを計算し、この運転状態に応じてエンジンの運転モードを設定するようになっており、エンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅが大きくなるほど、リーン運転モード，ストイキ運転モード，リッチ運転モードの順に運転モードを設定するようになっている。
【００１９】
さらに、ＥＣＵ２０は、設定された各運転モード毎に予め記憶されたマップを用いて、エンジン運転状態（エンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて具体的な目標空燃比を設定するか、又は、Ｏ2センサ３ａの出力に基づいて目標空燃比を設定するようになっているのである。
また、本実施形態では、ＥＣＵ２０内の機能として燃料制御装置２１をそなえており、燃料制御装置２１は、エンジン回転速度Ｎｅが許容回転速度の上限値（上限値）Ｎ0よりも高くなると、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0以下になるようにインジェクタ８の作動を制御して燃料カットすることによりエンジン回転速度制御を行なうようになっている。
【００２０】
従来技術の課題としても述べたように、燃料カット時には、触媒に未燃物と多量の酸素とが交互に供給されるため、未燃物が触媒上で繰り返し酸化して触媒が昇温するが、特に、燃料カット制御中の平均排気空燃比がストイキ近傍になると、かかる昇温が顕著なものとなって触媒が熱劣化し易い。
そこで、燃料制御装置２１では、燃料カット制御中の平均排気空燃比がストイキ近傍にならないような燃料カット率〔ＸL以下又はＸH以上となる領域，図７（Ａ），（Ｂ）参照〕で燃料カットを行なうようになっている。具体的な方法について、図２を参照しながら説明する。図２は、縦軸が燃料カット率を示し、横軸はエンジンの出力トルクを示す。燃料カット制御中は、エンジン回転速度Ｎを上限値Ｎ0に保持するために、ドライバの出力要求（例えばアクセル開度）に応じたエンジンの出力トルクが得られるような燃料噴射により運転を行なうが、燃料カット率（所定行程数における燃料カット行程数の割合）はこのエンジン出力トルクに応じて図中に実線で示すラインにしたがって決定されるようになっている。
【００２１】
つまり、エンジン出力トルクが大きくなるにしたがって、燃料カット率は低下していくが、このまま、エンジン運転状態（エンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅ）に対応した空燃比（マップから設定される空燃比）で運転を行ないながら燃料カット率を下げていくと、図２中に▲１▼で示すように燃料カット率は、排気の平均空燃比がストイキ近傍となって触媒６ａ，６ｂが熱劣化する虞のあるDANGEROUS ZONE〔燃料カット率がＸL（例えば４０％）よりも大きく且つＸH（例えば６０％）よりも小さい熱劣化領域，図７（Ａ），（Ｂ）参照〕に入ってしまう。このため、燃料制御装置２１は、燃料カット率がこのような熱劣化領域に入るようなエンジン出力トルクを要求させた場合、燃料カット率を調整するのに代えて各気筒の空燃比をリッチ側にシフトすることによりエンジンの出力トルクを抑え、燃料カット率を下げて燃料カット率が熱劣化領域に入らないようにしている〔ここでは、燃料カット率をＸL（例えば４０％）に設定する〕。
【００２２】
すなわち、燃料カット制御中、エンジン回転速度Ｎｅは、上限値Ｎ0付近の高回転速度となっているので、燃料カット前後の燃料噴射時に着目すると、空燃比は出力を出すのに最適なリッチ空燃比とされているが、この燃料噴射時の空燃比をさらにリッチとして出力に対して最適となるポイントから外すことにより、燃料噴射時の燃焼により発生するトルクを敢えて低下させ、この分、燃料カット率を抑えながらエンジンが上限値の回転速度Ｎ0を保持できるようにしているのである。
【００２３】
なお、触媒の熱劣化防止を重視する場合には、熱劣化領域（ＸLよりも大きく且つＸHよりも小さくなる領域）に対して余裕α（α＞０）を持つように、通常の空燃比では、燃料カット率が（ＸL−α）よりも大きく且つ（ＸH＋α）よりも小さくなるような場合に、各気筒の空燃比をリッチ化するように構成しても良い。
【００２４】
本発明の第１実施形態としての内燃機関の燃料制御装置は上述のように構成されており、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0を越えるとエンジン回転速度Ｎｅを上限値Ｎ0以下に制限すべく燃料カット制御が行なわれるが、この燃料カット制御中に燃料カット率が熱劣化領域に入ると、燃料噴射時に各気筒の空燃比を最適空燃比よりもリッチ化させて燃焼により発生するエンジン１の出力トルクを低下させ、この分、燃料カット率を低下させて熱劣化領域（ＸLよりも大きく且つＸHよりも小さくなる領域）から外すことができる。したがって、燃料カット制御中に触媒６ａ，６ｂに交互に供給される未燃物と酸素との酸化反応を抑制することができるので、触媒６ａ，６ｂの熱劣化や溶損を防止することができるという利点がある。
【００２５】
なお、上述の実施形態では、本燃料制御装置を、筒内噴射エンジン（筒内噴射内燃機関）に適用した例を示しているが、本燃料制御装置は、燃料カットを行なう内燃機関であれば適用しうるもので、例えば、吸気ポート噴射内燃機関は勿論、ディーゼル内燃機関にも適用できる。
また、上述の実施形態では、燃料カット率が熱劣化領域に入った場合には、燃料カット率を、熱劣化領域から外れた設定値で一定制御するようにしているが、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、燃料カット率を熱劣化領域から小さい方に外れる燃料カット率（ＸL以下、ここではＸL）と熱劣化領域から大きい方に外れる燃料カット率（ＸH以上、ここではＸH）とで選択的に設定するようにしてもよい。
【００２６】
この場合、燃料カット率をＸH，ＸL間で変化させるときは、図３（Ａ），（Ｂ）に示すようにヒステリシスを持たせて燃料カット率を変化させる。つまり、エンジン出力トルクの要求がトルクＴMの場合、これに応じた燃料カット率は熱劣化領域に入ってしまうので、燃料カット率を、熱劣化領域から外れたＸHとＸLとで不連続に選択的に変化させる（燃料カット率をＸHとＸLとに交互に振る）。この時、エンジン出力トルクは、燃料カット率がＸLの時には要求されたトルクＴMよりも大きなトルクＴHとなり、燃料カット率がＸHの時には要求されたトルクＴMよりも小さなトルクＴLとなるが、燃料カット率をＸLとする時間とＸHとする時間との比率を調整することにより、ある程度の長い時間でのエンジン出力トルクの平均が、要求されたトルクＴMとなるようにしているのである。
【００２７】
このような方法を用いることにより、各気筒でのエンジン出力を平均的には変化させることなく、燃料カット率を熱劣化領域から外すことができる。
また、この際に、燃料カット率は所定時間（例えば３秒）以上の周期で変化させるのが好ましい。つまり、燃料カット率を短い周期で変化させると（即ち、空燃比を短い周期で変化させると）、触媒６ａ，６ｂに到達するまでに空燃比の異なる排気が混合してしまい、さらに、酸素貯蔵能力を有する触媒６ａ，６ｂから酸素が放出されて排気空燃比の差異が弱められてしまうので、排気空燃比は、触媒６ａ，６ｂ上ではストイキ近傍になってしまう虞がある。このため、燃料カット率の変化周期を所定時間以上確保する必要があるのである。また、同じ理由により、触媒６ａ，６ｂは酸素貯蔵能力が小さい方が好ましい。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態としての内燃機関の燃料制御装置について説明する。図４〜図６は本実施形態の内燃機関の燃料制御装置について示す図である。なお、第１実施形態で説明した構成部と同一の構成部については、同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態の制御装置がそなえられる内燃機関は、図４に示すように吸気通路２の燃焼室１の入口付近（吸気ポート）にインジェクタ８をそなえ、吸気ポートで燃料噴射を行なう吸気ポート噴射内燃機関（吸気ポート噴射ガソリンエンジン，以下、単に吸気ポート噴射エンジン又はエンジンとも言う）として構成される。吸気ポート噴射エンジンでは、燃料カット制御中、筒内噴射エンジンと同様に平均排気空燃比がストイキ近傍になると触媒が熱劣化する虞がある他、従来技術の課題として説明したように、噴射燃料が２つの吸気行程にまたがって燃焼室内に吸入されると、燃料カット時に排気温度が上昇して触媒が熱劣化しやすくなる虞がある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、ＥＣＵ２０内の機能として燃料制御装置２１ａをそなえている。燃料制御装置２１ａは、エンジン回転速度Ｎｅが許容回転速度（上限値）Ｎ0よりも高くなると、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0以下になるようにインジェクタ８の作動を制御して燃料カットすることによりエンジン回転速度制御を行なうようになっているが、この際、第１実施形態の燃料制御装置（図１中の符号２１）と同様に、燃料カット制御中の平均排気空燃比がストイキ近傍にならないような燃料カット率〔ＸL以下又はＸH以上となる領域，図７（Ａ），（Ｂ）参照〕で燃料カットを行なうとともに、燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、吸気弁４が閉じた後に吸気弁４に到達し、且つ、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁４が次に閉じる前（ここでは、開弁中）に吸気弁４に到達するように燃料噴射の時期を制御（燃料噴射時期制御）するようになっている。
【００３０】
燃料制御装置２１ａによる燃料噴射時期制御について、図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながらさらに説明する。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）において、破線は燃料噴射が行なわれる時期を、一点鎖線は、破線で示す時期に噴射された燃料が吸気弁４の開閉部分に到達する時期を示す。なお、ここでは、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0の近傍の高負荷／高回転域にあることを想定しており、したがって、エンジン回転速度Ｎｅが高く且つ燃料噴射量が多い状態なので、燃料噴射期間が非常に長くなっている。
【００３１】
通常時（燃料カット制御中でないとき）の燃料噴射は、図５（Ａ）に示すように従来の一般的なエンジンと同様に行なわれる。つまり、燃料噴射は、エンジンのピストン１ｂが最下点（BDC）を過ぎた排気行程中に開始されるようになっている。そして、この噴射された燃料は、図５（Ａ）中に一点鎖線で示す時期に吸気弁４に到達するが、この一点鎖線で示す期間のうち期間Ａ（斜線で示す範囲）に燃料弁４に到達した燃料ついては、燃料噴射開始直後の吸気行程〔図５（Ａ）中に▲１▼で示す〕で燃焼室内に吸入されるが、それ以降の期間Ｂに吸気弁４に到達した燃料は、▲１▼で示す吸気行程が終了しているため（吸気弁４が閉じているため）、図５（Ａ）中に▲２▼で示す次回の吸気行程で燃焼室１内に吸入されることになる。
【００３２】
通常制御中は、このような燃料吸入状態が連続して行なわれるため、各吸気行程では、この吸気行程の直前に噴射を開始された燃料のうち期間Ａにおいて吸気弁４に到達した燃料が吸入されるとともに、前サイクルで噴射された燃料のうち期間Ｂにおいて吸気弁４に到達した燃料が吸入される。したがって、各吸気行程では、結果的に一回の燃料噴射により供給される所定の燃料量が供給されるようになっている。
【００３３】
しかし、このような燃料吸入状態で燃料カット制御を行なうと（燃料カットと燃料噴射とを交互に繰り返すと）、燃料カット開始直前に噴射された燃料のうち期間Ｂにおいて吸気弁４に到達した燃料が、燃料カット開始後の次の吸気行程で燃焼室１内に吸入されるが、このとき、燃料カット制御中であるため、次のサイクルで燃料噴射は行なわれず、したがって、本来ならば期間Ａにおいて吸気弁４に到達する分の燃料が吸入されないことになる。燃料カット中においても点火は行なわれるが、燃料カット開始後に吸入された燃料は、所定の燃料量よりも少ないため、燃焼室１内で十分に燃焼しなかったり、或いは点火後に失火したりして、未燃或いはそれに近い状態で燃焼室１から排出されて触媒に供給されることになってしまう。
【００３４】
そこで、本燃料制御装置２１ａでは、上述したが、図５（Ｂ）中に一点鎖線で示すように、燃料噴射の開始時に噴射された燃料は、吸気弁４が閉じた後に吸気弁４に到達し、且つ、燃料噴射の終了時に噴射された燃料は、吸気弁４が次に閉じる前（ここでは、開弁中）に吸気弁４に到達するように、図５（Ｂ）中に破線で示すように、吸気行程中において、従来よりも燃料噴射時期を遅らして行なうようになっている〔この場合、ATDC０〜９０゜の範囲（ピストン１ｂが上死点通過してからクランクシャフトが０〜９０゜進角する期間）に燃料噴射を開始することが好ましい〕。
【００３５】
つまり、図５（Ｂ）中に一点鎖線で示す時期に燃料が吸気弁４に到達するようにすることで、一回の噴射により噴射された燃料が、▲１▼で示す吸気行程で吸入されずに▲２▼で示す次の吸気行程で全量吸入されるようになっている。これにより、燃料カット制御中は、吸気行程中に燃焼室１内に、燃料が全く吸入されないか、又は、所定量の燃料が吸入されて安定して燃焼が行なわれるかの何れかになるので、未燃燃料が触媒に供給されてしまうことを防止できるようになっているのである。
【００３６】
なお、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）よりも燃料噴射時期を遅らした場合を示し、図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）よりもさらに燃料噴射時期を遅らし、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁４が閉じる直前に吸気弁４に到達するようにした場合を示す（この場合、燃料噴射は、例えば吸気行程中、好ましくはATDC９０〜１８０゜の範囲で開始する）。また、図６は燃料噴射時期に対して燃料カット制御を行なった場合に触媒温度が所定温度（例えば１１００℃）に到達するまでの時間を示す図であり、横軸のＡ〜Ｄは、図５（Ａ）〜（Ｄ）の燃料噴射パターンに対応している。つまり、図５（Ａ）に示す燃料噴射パターン（通常の燃料噴射パターン）で燃料カット制御を行なった場合（即ち、従来のような燃料カット制御を行なった場合）、触媒温度が所定温度に到達するまで時間ｔAかかり、図５（Ｂ）に示す燃料噴射パターンで燃料カット制御を行なった場合（即ち、本願の燃料カット制御を行なった場合）、触媒温度が所定温度に到達するまでの時間ｔBかかり、同様に図５（Ｃ），（Ｄ）に示す燃料噴射パターンで燃料カット制御を行なった場合、触媒温度が所定温度に到達するまでそれぞれ時間ｔC，ｔDかかる。
【００３７】
したがって、図６に示すように、図５（Ｂ）に示す燃料噴射パターンで燃料カット制御を行なった場合（即ち、本願の燃料カット制御を行なった場合）は、図５（Ａ）に示す燃料噴射パターン（通常の燃料噴射パターン）で燃料カット制御を行なった場合（即ち、従来のような燃料カット制御を行なった場合）に比べ、触媒の昇温速度を遅くして触媒の劣化を抑制することができるようになっているのである。
【００３８】
なお、吸気ポート噴射では、インジェクタ８から噴射された燃料の一部は、一旦、吸気管（吸気通路）２の壁面に付着し、その後吸気行程が開始されると、この燃料は蒸発するようにして壁面から燃焼室１内に吸入される。このため、図５（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す燃料噴射パターンでは、破線で示す期間内に噴射された燃料の殆どは、一点鎖線で示す期間内に吸気弁４に到達するが、吸気管２の壁面に一度付着した一部の微少量の燃料は、二点鎖線で示すように遅れて吸気弁４に到達する。
【００３９】
そして、図５（Ｃ），（Ｄ）で示す燃料噴射パターンでは、二点鎖線で示す時期に吸気弁４に到達する燃料の一部は、吸気行程が終了するまで（吸気弁４が閉じるまで）に吸気弁４に到達できず、次回の吸気行程で燃焼室１内に吸入されることになるが、図５（Ｂ）に示す燃料噴射パターンで燃料カット制御を行なった場合（本願の燃料カット制御を行なった場合）、この二点鎖線で示す時期に吸気弁４に到達する燃料も含めて、全ての燃料が１度の吸気行程で燃焼室１内に吸入される。
【００４０】
上述したように、燃焼室１内に微少量だけ吸入された燃料は、殆ど未燃の状態のまま触媒６ａ,６ｂに供給されてしまうため、図６に示すように、図５（Ｃ），（Ｄ）で示す燃料噴射パターンで燃料カット制御を行なった場合は、その分だけ、触媒の昇温を抑えにくい（図６の到達時間が短くなる）ので、図５（Ｂ）に示す燃料噴射パターンで燃焼室１内に、壁面に付着した微少量の燃料が吸入されないように燃料カット制御（本燃料カット制御）を行なった場合が、触媒昇温抑制には最も効果的である。
【００４１】
もちろん、図５（Ｃ），（Ｄ）に示すパターンにより燃料噴射を行なっても、殆どの燃料は、一回の吸気行程で吸入されるので、図５（Ａ）に示す燃料噴射パターンで燃料カット制御を行なう従来に比べ、触媒６ａ，６ｂの熱劣化を十分に抑制できるので、このような図５（Ｃ），（Ｄ）に示す燃料噴射パターンを燃料カット時に採用しても良い。
【００４２】
本発明の第２実施形態としての内燃機関の燃料制御装置は上述のように構成されており、燃料カット制御中に燃料カット率が熱劣化領域に入ると、第１実施形態と同様に排気空燃比をリッチ化して（最適空燃比からずらして）各燃焼により発生するエンジントルクを低下させるとともに、燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、吸気弁４が閉じた後に吸気弁４に到達し、且つ、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁４が次に閉じる前（ここでは、開弁中）に吸気弁４に到達するように燃料噴射時期制御を行なうようになっているので、第１実施形態の利点に加え、以下のような利点がある。
【００４３】
つまり、一回の燃料噴射により噴射された燃料は、全量が１回の吸気行程で燃焼室１内に吸入されるので、かかる燃料が２つの吸気行程に跨って燃焼室１内に吸入されることがない。したがって、所定量に満たない燃料が不完全燃焼して多量の未燃物が触媒６ａ，６ｂに供給されることを防止して、かかる未燃物が触媒６ａ，６ｂ上で燃焼することにより触媒６ａ，６ｂを熱劣化させてしまうことを防止できるという利点がある。
【００４４】
また、燃料カット制御を、従来のように、一回の燃料噴射により噴射された燃料が２つの吸気行程に跨って燃焼室１内に吸入される燃料噴射パターンにおいて行なうと、上述したように所定量に満たない燃料が燃料カット直後に燃焼室１内に供給される虞があるが、かかる燃料カット直後の燃料供給は、意図しない燃料供給に他ならず、燃料カット率の熱劣化領域を拡大する結果に繋がる虞がある。したがって、このような意図しない燃料供給を防止することにより、熱劣化領域が不用に拡大してしまうことがなくなるので、燃料カット中の平均排気空燃比をストイキ近傍から外れるように精度良く制御し、第１実施形態よりも一層触媒６ａ，６ｂの熱劣化を抑制することができるという利点がある。
【００４５】
なお、本第２実施形態では、第１実施形態と同様に燃料カット制御中の平均排気空燃比がストイキ近傍にならないような燃料カット率で燃料カットを行なうとともに、燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、吸気弁４が閉じた後に吸気弁４に到達し、且つ、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁４が次に閉じる前に吸気弁４に到達するように燃料噴射の時期を制御（燃料噴射時期制御）するようにしているが、単に燃料噴射時期制御だけ行なうように構成しても良い。
【００４６】
また、上述の実施形態では、燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、吸気弁４が閉じた後に吸気弁４に到達し（条件１）、且つ、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁４が開弁中に吸気弁４に到達するように（条件２）、燃料噴射の時期を制御しているが、これらの条件１，２の何れかのみを満たすように燃料噴射の時期を制御しても良い。例えば、燃料噴射開始時の噴射燃料が吸気弁４の閉鎖後に吸気弁４に到達し、燃料噴射終了時の噴射燃料が吸気弁４の次の開弁前に到達するような制御や、燃料噴射開始時の噴射燃料が吸気弁４の閉鎖前に吸気弁４に到達し、燃料噴射終了時の噴射燃料が吸気弁４の次の開弁中に吸気弁４に到達するような制御でもよい。後者の場合、吸気弁４の次の開弁中〔図５の▲２▼参照〕に供給される燃料量〔図５（Ａ）の期間Ｂに相当する燃料量〕を増量することができ、燃料カット移行時に中途半端な量の燃料供給を抑制して燃焼がより可能な量の燃料を供給できることになり、未燃焼量の排出を抑制することができ、上述の実施形態に比べると効果は低くなるが、従来よりも触媒６ａ，６ｂの熱劣化を抑制することができる。
【００４７】
また、上述の実施形態では、本燃料制御装置を、筒内噴射ガソリンエンジンや吸気ポート噴射ガソリンエンジンに適用した例を示しているが、本燃料制御装置は、燃料カットを行なう内燃機関であれば適用しうるもので、例えば、ディーゼル内燃機関にも適用できる。
さらに、本発明の内燃機関の燃料制御装置は上述の各実施形態のものに限定されない。
【００４８】
例えば、上述の各実施形態では、触媒劣化の虞のある排気空燃比がストイキ近傍となる領域を、燃料カット率より推定しているが、排気通路３に例えばリニア空燃比センサを設けて、このリニア空燃比センサの検出結果に基づき、排気空燃比がストイキ近傍にあるか否かを判定するように構成しても良い。
また、上述の各実施形態では、燃料カット制御中に燃料カット率が熱劣化領域に入ると、空燃比をリッチ化して燃料カット率を熱劣化領域から外すようにしているが、燃焼に最適な空燃比から外して燃焼により発生するエンジントルクを低下させることができれば良く、したがって、燃料カット率が熱劣化領域に入った場合にはリーン化するように構成しても良いし、或いは、空燃比は変化させずに点火時期を通常時よりリタードする（燃焼に最適な点火時期から外す）ようにしてもよい。
【００４９】
また、上述の各実施形態では、燃料カット率が熱劣化領域に入った場合に、空燃比や燃料噴射時期を制御するようにしているが、触媒温度センサを設けて、燃料カット率が熱劣化領域に入り且つ触媒温度センサにより検出された触媒温度が所定温度を越えた場合に、かかる制御を行なうようにしてもよい。また、第２実施形態の制御の場合には、燃料カット率が熱劣化領域に入ったか否かにかかわらず、単に触媒温度が所定温度を越えたらかかる制御を行なうようにしてもよい。
【００５０】
また、上述の各実施形態では、燃料制御装置は、エンジン回転速度（内燃機関の回転速度）を所定の上限値以下に制限するように構成されているが、車速を上限値以下に制限するように構成してもよい。
また、上述の各実施形態では、本発明の燃料制御装置を、排気浄化用触媒として三元触媒及びＮＯX触媒をそなえた内燃機関に適用しているが、ＮＯX触媒又は三元触媒のみをそなえた内燃機関に適用してもよい。即ち、触媒はどのようなタイプのものでもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の内燃機関の燃料制御装置によれば、燃料カットと燃料噴射とを繰り返して内燃機関の回転速度又は車速を所定の上限値以下に制限する際、燃料カットを行なう行程数と燃料噴射を行なう行程数との比率を制御して排気浄化用触媒に排出される排気の排気空燃比が理論空燃比近傍にならないようにするので、触媒上での酸素と未燃燃料との酸化反応を抑制して過昇温による触媒の熱劣化や溶損を防止できる。
【００５２】
また、燃料カットと燃料噴射とを繰り返して内燃機関の回転速度又は車速を所定の上限値以下に制限する際、燃料噴射の開始時に噴射された燃料が、内燃機関の吸気弁が閉じた後に吸気弁に到達し、或いは、燃料噴射の終了時に噴射された燃料が、吸気弁の開弁中に吸気弁に到達するので、燃料カット中に吸入されてしまう燃料量を低減させることができ、これにより、触媒に供給されてしまう未燃燃料を低減して過昇温による触媒の熱劣化や溶損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態としての内燃機関の燃料制御装置の機能構成を内燃機関の全体構成とともに示す模式的な構成図である。
【図２】  本発明の第１実施形態としての内燃機関の燃料制御装置による制御を説明するためのエンジン出力トルクと燃料カット率との関係を示す模式図である。
【図３】  本発明の第１実施形態としての内燃機関の燃料制御装置の変形例による制御を説明するための模式図であり、（Ａ）は燃料カット率の変化周期を示す図、（Ｂ）はエンジン出力トルクと燃料カット率との関係を示す図である。
【図４】  本発明の第２実施形態としての内燃機関の燃料制御装置の機能構成を内燃機関の全体構成とともに示す模式的な構成図である。
【図５】  本発明の第２実施形態としての内燃機関の燃料制御装置による制御を説明するための図であり、（Ａ）〜（Ｄ）はいずれも燃料噴射時期のパターンを示すタイミングチャートである。
【図６】  本発明の第２実施形態としての内燃機関の燃料制御装置による作用を説明するための図であり、図５に示す各燃料噴射パターンにおいて燃料カット制御を行なった場合に所定の触媒温度にまで到達するのにかかる時間を示す図である。
【図７】  従来の内燃機関の燃料制御装置の課題を説明するための図であり、（Ａ）は燃料カット率と排気成分（未燃成分及び酸素）の当量との関係を示す図，（Ｂ）は燃料カット率と触媒温度及び発熱量との関係を示す図である。
【符号の説明】
３  排気通路
６ａ  吸蔵還元型ＮＯX触媒，ＮＯX触媒（排気浄化用触媒）
６ｂ  三元触媒（排気浄化用触媒）
２１，２１ａ  燃料制御装置
【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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【図７】
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