WO2022044745A1 - 制御装置 - Google Patents

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WO2022044745A1
WO2022044745A1 PCT/JP2021/029017 JP2021029017W WO2022044745A1 WO 2022044745 A1 WO2022044745 A1 WO 2022044745A1 JP 2021029017 W JP2021029017 W JP 2021029017W WO 2022044745 A1 WO2022044745 A1 WO 2022044745A1
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WO
WIPO (PCT)
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electric heating
catalyst
temperature
heating type
electrically heated
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/029017
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English (en)
French (fr)
Inventor
遼太 曽根
康弘 松村
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device for an electrically heated catalyst.
  • the vehicle is equipped with a catalyst device for purifying exhaust gas.
  • the catalyst device is a device that purifies harmful substances such as nitrogen oxides contained in exhaust gas by passing them through a high-temperature catalyst. In order for the catalyst device to function, it is necessary to keep the temperature of the catalyst above a predetermined active temperature.
  • Patent Document 1 describes the configuration and the like of such an electrically heated catalyst.
  • the target electric energy is set in advance as the target value of the electric energy for heat generation in order to bring the temperature of the electric heating type catalyst to the active temperature.
  • the electric energy for heat generation supplied to the electric heating type catalyst reaches the target electric energy, the supply of the electric power for heat generation is stopped.
  • water may adhere to the inside of the electrically heated catalyst.
  • moisture is, for example, condensation of the exhaust gas or the moisture contained in the air and adhering to the wall surface of the flow path through which the exhaust gas passes in the electric heating type catalyst.
  • the control device is a control device for an electric heating type catalyst, and includes a power supply unit for supplying electric power for heat generation to the electric heating type catalyst and a temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the electric heating type catalyst. Be prepared.
  • the power supply unit sets a target electric energy amount based on the temperature change of the electric heating type catalyst during the period until the water adhering to the electric heating type catalyst starts to boil, and is supplied to the electric heating type catalyst for heat generation. When the integrated value of electric power reaches the target electric energy, the supply of electric power for heat generation to the electric heating type catalyst is stopped.
  • the temperature change of the electric heating type catalyst in the period until the water adhering to the electric heating type catalyst starts to boil depends on the amount of water adhering to the electric heating type catalyst. Therefore, in the control device having the above configuration, the power supply unit sets the target electric energy amount based on the temperature change of the electric heating type catalyst in the period until the water adhering to the electric heating type catalyst starts to boil. .. Since the target electric energy, which is the target value of the electric power for heat generation supplied to the electric heating type catalyst, is appropriately set according to the amount of water adhering to the electric heating type catalyst, the electric heating type catalyst can be used. It is possible to appropriately control the temperature and surely reach the active temperature.
  • a control device capable of appropriately controlling the temperature of an electrically heated catalyst is provided.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a control device according to the present embodiment and a configuration of a vehicle on which the control device is mounted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrically heated catalyst shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrically heated catalyst shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the temperature and the resistance value of the electrically heated catalyst.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining temperature control of the electrically heated catalyst.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining temperature control of the electrically heated catalyst.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method of setting a target electric energy amount.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the correspondence between the gradient of the temperature change of the electrically heated catalyst and the target electric energy.
  • the control device 10 is a device for controlling the electric heating type catalyst 200, and is mounted on the vehicle MV together with the electric heating type catalyst 200. Prior to the description of the control device 10, the configuration of the vehicle MV will be described first with reference to FIG.
  • the vehicle MV includes an internal combustion engine 100 and an exhaust pipe 20.
  • the internal combustion engine 100 is a so-called engine, which is a device that generates a driving force for traveling of a vehicle MV by burning fuel.
  • the exhaust pipe 20 is a pipe for guiding the exhaust gas generated by the internal combustion engine 100 to the outside of the vehicle MV and discharging it. Note that, in FIG. 1, only a part of the configuration of the vehicle MV is schematically shown, and the illustration of other configurations included in the vehicle MV, such as intake pipes and wheels, is omitted.
  • An electric heating type catalyst 200 which is a control target of the control device 10, is provided at a position in the middle of the exhaust pipe 20.
  • the electric heating catalyst 200 is a device for purifying harmful substances such as nitrogen oxides contained in exhaust gas.
  • FIGS. 2 and 3 schematically shows a cross section of the electrically heated catalyst 200 when it is cut in a plane parallel to the direction in which the exhaust gas flows.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of the electrically heated catalyst 200 when it is cut in a plane perpendicular to the direction in which the exhaust gas flows.
  • the electrically heated catalyst 200 includes an outer cylinder 210, a base material 220, an electrode 230, and a holding member 240.
  • the outer cylinder 210 is a member for accommodating and holding the base material 220 and the like, which will be described later, inside.
  • the shape of the outer cylinder 210 is generally a cylindrical shape. As shown in FIG. 2, the portion of the exhaust pipe 20 in the vicinity of the outer cylinder 210 is expanded in diameter according to the inner diameter of the outer cylinder 210, and the exhaust pipe 20 having the diameter expanded in this way is the outer cylinder 210. Is connected to. Therefore, the outer cylinder 210 is a part of the exhaust pipe 20 that guides the exhaust gas to the outside.
  • the base material 220 is a cylindrical member formed of conductive ceramics.
  • a plurality of flow paths 221 are formed in a honeycomb shape on the base material 220. Each flow path 221 is formed so as to extend along the direction along the central axis of the base material 220. The direction is the left-right direction in FIG. 2 and the paper depth direction in FIG.
  • a catalyst (not shown) is supported on the base material 220. With such a configuration, the conductivity of the base material 220 is ensured.
  • the catalyst various materials known as metal catalysts for purifying exhaust gas, such as a three-way catalyst, can be used.
  • the electrode 230 is a pair of electrodes for supplying electric power from the outside to the base material 220 that functions as a catalyst.
  • a voltage is applied between the electrodes 230, a current flows through the base material 220 made of conductive ceramics, and the generated Joule heat raises the temperature of the base material 220. Therefore, when the temperature of the exhaust gas is relatively low, for example, at the time of cold start, the temperature of the base material 220 is raised by supplying electric power from the electrode 230, and the base material 220 is set to the active temperature in a short time. Can be reached.
  • the "active temperature” is the temperature of the base material 220 that can sufficiently exert the purification performance of the exhaust gas.
  • the temperature of the base material 220 is also referred to as “the temperature of the electrically heated catalyst 200" below. Further, since the electric power supplied from the pair of electrodes 230 to the base material 220 is the electric power for causing the electric heating type catalyst 200 to generate heat and raising the temperature thereof, the electric power is referred to as “heat generation electric power” below. It is also written as ".
  • the electrode 230 has a surface electrode portion 231, a protruding portion 232, and a terminal portion 233.
  • the surface electrode portion 231 is an electrode formed so as to cover a part of the surface of the base material 220.
  • the surface electrode portions 231 are formed on the surface of the base material 220 at two locations facing each other with the central axis of the base material 220 interposed therebetween.
  • the protruding portion 232 is a member formed so as to protrude outward from the surface of each surface electrode portion 231.
  • a conductive metal or the like is used as in the surface electrode portion 231.
  • One end of the protrusion 232 is joined to the surface electrode portion 231.
  • One protrusion 232 is provided for each surface electrode portion 231.
  • the terminal portion 233 is a rod-shaped member formed so as to project further outward from the end portion of the protruding portion 232 opposite to the surface electrode portion 231. As the material of the terminal portion 233, a metal member having conductivity is also used. One end of the terminal portion 233 is joined to the protruding portion 232. One terminal portion 233 is provided for each protruding portion 232.
  • each terminal portion 233 functions as an electrode terminal for receiving heat generation power from the outside.
  • the entire surface of the conductive member composed of the surface electrode portion 231 and the protruding portion 232 and the base material 220 is covered with the insulating layer 250. As a result, electrical insulation between these conductive members and the outer cylinder 210 is ensured.
  • the holding member 240 is a member for holding the base material 220 inside the outer cylinder 210.
  • As the holding member 240 for example, fibrous alumina is used.
  • the holding member 240 is arranged so as to fill the entire gap formed between the inner peripheral surface of the outer cylinder 210 and the outer peripheral surface of the base material 220.
  • control device 10 is a device for controlling the electrically heated catalyst 200.
  • the control device 10 is configured as a computer device having a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the control device 10 includes a power supply unit 11, a temperature acquisition unit 12, a storage unit 13, and a drive circuit 14 as block elements representing the functions thereof.
  • the electric power supply unit 11 is a portion that performs a process of supplying electric power for heat generation to the electric heating type catalyst 200.
  • the power supply unit 11 adjusts the magnitude of the heat generation power supplied to the electric heating type catalyst 200 by controlling the operation of the drive circuit 14 described later. The specific contents of the processing performed by the power supply unit 11 will be described later.
  • the temperature acquisition unit 12 is a unit that performs a process of acquiring the temperature of the electrically heated catalyst 200.
  • the temperature acquisition unit 12 of the present embodiment acquires the resistance value of the base material 220 to which the power for heat generation is supplied, and acquires the temperature of the base material 220, that is, the temperature of the electric heating type catalyst 200 based on the resistance value. ..
  • the line L10 in FIG. 4 shows an example of the correspondence between the temperature of the base material 220 (horizontal axis) and the resistance value of the base material 220 (vertical axis).
  • the base material 220 according to the present embodiment has a so-called PTC characteristic in which the resistance value increases as the temperature increases.
  • the counter relationship shown by the line L10 is stored in advance in the storage unit 13 as a map.
  • the temperature acquisition unit 12 acquires the voltage and current values of the heat generation power supplied to the electrically heated catalyst 200 by sensors (not shown), and calculates the resistance value of the base material 220 based on these values. .. After that, the temperature of the base material 220 is acquired based on the correspondence between the resistance value and the line L10 stored in the storage unit 13.
  • the base material 220 may be configured to have a so-called NTC characteristic in which the resistance value decreases as the temperature increases.
  • NTC characteristic in which the resistance value decreases as the temperature increases.
  • the temperature acquisition unit 12 may directly acquire the temperature of the electric heating type catalyst 200 based on the signal from the temperature sensor provided in the electric heating type catalyst 200. ..
  • the storage unit 13 is a non-volatile storage device provided in the control device 10, and is, for example, an SSD or an HDD. As described above, the storage unit 13 stores the correspondence between the temperature and the resistance value of the electrically heated catalyst 200. Information other than the correspondence is also stored in the storage unit 13, which will be described later.
  • the drive circuit 14 is a circuit provided for supplying electric power for heat generation to the electric heating type catalyst 200. As shown in FIG. 2, the drive circuit 14 includes a cutoff circuit 141, a switching circuit 142, and a battery 143.
  • the cutoff circuit 141 is a circuit for cutting off the supply of heat generation power to the electric heating type catalyst 200. When the electric power for heat generation is supplied to the electric heating type catalyst 200, the cutoff circuit 141 is closed. The operation of the cutoff circuit 141 is controlled by the power supply unit 11.
  • the switching circuit 142 is a circuit configured by a switching element (not shown), and switches the opening and closing of the power path connecting the battery 143 and the electrically heated catalyst 200.
  • the operation of the switching circuit 142 is controlled by the power supply unit 11.
  • the power supply unit 11 adjusts the magnitude of the heat generation power supplied to the electric heating type catalyst 200 by adjusting the duty in the opening / closing operation of the switching circuit 142.
  • the battery 143 is a power storage device that is a source of heat generation power, and is, for example, a lithium ion battery.
  • a battery 143 an auxiliary battery mounted on the vehicle MV is used.
  • a battery 143 may be provided as a dedicated power storage device for supplying electric power for heat generation to the electric heating type catalyst 200.
  • the drive circuit 14 of this embodiment is built in the control device 10.
  • the drive circuit 14 may be configured as a device separate from the control device 10 and may be arranged outside the control device 10.
  • FIG. 5A shows an example of a time change of the voltage value of the heat generating power supplied to the electrically heated catalyst 200.
  • the power supply unit 11 adjusts the duty in the opening / closing operation of the switching circuit 142, thereby adjusting the magnitude of the heat generation power.
  • the switching operation of the switching circuit 142 is repeated during the period from time t10 to time t13, and the electric heating type catalyst 200 is supplied with heat generation power.
  • FIG. 5B shows an example of a time change of the temperature of the electrically heated catalyst 200 acquired by the temperature acquisition unit 12.
  • the temperature of the electric heating type catalyst 200 gradually rises as shown by the line L30 and the line L31.
  • the target temperature T10 is set as a temperature equal to or higher than the active temperature of the electrically heated catalyst 200.
  • the supply of heat generation power to the electric heating type catalyst 200 is basically continued until the temperature of the electric heating type catalyst 200 reaches the target temperature T10.
  • FIG. 5C shows an example of the integrated value of the heat generation power supplied to the electrically heated catalyst 200, that is, the time change of the electric energy.
  • the amount of electric power gradually increases as shown by the line L40 and the line L41. This amount of electric power can also be said to be an integrated value of the energy supplied to the electrically heated catalyst 200.
  • a target value for the amount of heat generation power supplied to the electrically heated catalyst 200 is set.
  • the target value will also be referred to as "target electric energy” below.
  • the target electric energy amount is preset as a value of energy required to bring the temperature of the electrically heated catalyst 200 to reach the above-mentioned target temperature T10.
  • the line L40 in FIG. 5C is an example of the time change of the electric energy when E10 is set as the target electric energy.
  • the line L41 in FIG. 5C is an example of the time change of the electric energy when E11 is set as the target electric energy.
  • a constant value is not always set as the target electric energy, but a different value of the target electric energy is set each time depending on the situation.
  • water may adhere to the inside of the electrically heated catalyst 200.
  • moisture is, for example, dew condensation of the exhaust gas or the moisture contained in the air and adheres to the inner wall surface of the flow path 221 through which the exhaust gas passes in the electric heating type catalyst 200.
  • the amount of water adhering to the inside of the electrically heated catalyst 200 varies depending on the length of time (soak time) elapsed until the internal combustion engine 100 is started, the temperature and humidity at that time, and the like.
  • the line L30 shown in FIG. 5B is an example of the temperature change of the electric heating type catalyst 200 when the supply of the electric power for heat generation is started in the state where the water content inside the electric heating type catalyst 200 is 0. Is shown. In this case, almost all of the energy of the electric power for power generation supplied to the electrically heated catalyst 200 is used for raising the temperature of the base material 220. Therefore, as shown by the line L30, the temperature of the electrically heated catalyst 200 rises at a relatively high rate after the time t10 when the supply of the power for heat generation is started.
  • E10 shown in FIG. 5 (C) is set as the target electric energy.
  • the line L40 of FIG. 5 (C) when the amount of electric power supplied to the electric heating type catalyst 200 reaches the target electric energy E10 at time t13, it is shown by the line L20 of FIG. 5 (A). At this point, the supply of power for power generation is stopped. Further, as shown by the line L30 in FIG. 5B, the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10 at a timing substantially equal to this time t13.
  • the line L21 of FIG. 5A, the line L31 of FIG. 5B, and the line L41 of FIG. 5C all have a relatively large amount of water adhering to the inside of the electrically heated catalyst 200.
  • An example is shown in the case where the heat generation power supply is started in the state.
  • a part of the energy of the electric power for power generation supplied to the electric heating type catalyst 200 is used for raising the temperature of the base material 220, while the other part is used for raising the temperature of the above-mentioned water and the temperature of the water. , Used as energy to evaporate water. Therefore, when the same E10 as in the previous example is set as the target electric energy, the temperature of the electrically heated catalyst 200 cannot reach the target temperature of T10.
  • the power supply unit 11 of the control device 10 sets E11, which is larger than E10, as the target electric energy when a relatively large amount of water adheres to the inside of the electrically heated catalyst 200. I'm supposed to do it.
  • This E11 is the energy required to bring the temperature of the electric heating type catalyst 200 to the target temperature T10 in a situation where water is attached to the inside of the electric heating type catalyst 200.
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 starts to rise.
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 rises to, for example, about 100 ° C.
  • the water adhering to the electrically heated catalyst 200 begins to boil.
  • most of the energy of the supplied power for power generation is consumed as latent heat for boiling water. Therefore, in the period from the time t11 to the time t12 when the water content is completely evaporated, the temperature of the electrically heated catalyst 200 hardly rises.
  • the supply of electric power for power generation is continued until the time t14 when the amount of electric power supplied to the electric heating type catalyst 200 reaches the target electric energy of E11.
  • the supply of electric power for power generation is stopped at this point as shown by the line L21 in FIG. 5 (A). .. Further, as shown by the line L31 in FIG. 5B, the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10 at a timing substantially equal to this time t14.
  • the target power amount is not set alternately between E10 and E11 in the example of FIG. 5, but is appropriately set according to the amount of water inside the electrically heated catalyst 200.
  • FIG. 6A shows an example of the time change of the temperature of the electrically heated catalyst 200 acquired by the temperature acquisition unit 12, as in FIG. 5B. Similar to FIG. 5C, FIG. 6B shows an integrated value of heat generation power supplied to the electrically heated catalyst 200, that is, an example of time change of the electric energy.
  • the wire L50 and the wire L60 show an example in which the power generation for heat generation is started in a state where moisture is not attached to the inside of the electric heating type catalyst 200.
  • the wire L51 and the wire L61 show an example in which the power generation for heat generation is started in a state where a relatively small amount of water is attached to the inside of the electric heating type catalyst 200.
  • the wire L52 and the wire L62 show an example in which the power generation for heat generation is started in a state where a relatively large amount of water is attached to the inside of the electric heating type catalyst 200.
  • E21 which is larger than E20
  • the integrated value of the power generation power reaches E21
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10.
  • E22 which is larger than E21
  • the integrated value of the power generation power reaches E22
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10.
  • the power supply unit 11 supplies power for power generation to the electric heating catalyst 200 after setting the target electric energy to an appropriate value each time according to the amount of water inside the electric heating catalyst 200. Is to be done.
  • the specific setting method of the target electric energy will be described later.
  • the flow of processing executed by the control device 10 in order to realize such temperature control will be described with reference to FIG. 7.
  • the series of processes shown in FIG. 7 is mainly executed by the power supply unit 11 of the control device 10.
  • the series of processes shown in FIG. 7 is started at a timing when the exhaust gas needs to be purified by the electric heating type catalyst 200, for example, the timing immediately after the internal combustion engine 100 is started.
  • the electric heating type catalyst 200 is energized, that is, whether or not the supply of heat generation power is started. For example, when the power supply unit 11 starts supplying the heat generation power by a command from a higher-level ECU (not shown), it is determined as Yes in step S01.
  • the control device 10 may start the supply of the heat generation power based on its own judgment without being based on the command from the host ECU.
  • step S01 if the electric heating catalyst 200 has not yet been energized, the series of processes shown in FIG. 7 is terminated. After that, the series of processes shown in FIG. 7 is executed again. When the energization of the electrically heated catalyst 200 is started, the process proceeds to step S02.
  • step S02 the process of sampling the temperature of the electrically heated catalyst 200 is started. After that, the temperature acquisition unit 12 repeatedly acquires the temperature at predetermined cycles, and the acquired temperature waveform is stored in the storage unit 13.
  • step S03 a process of updating the value of Ein, which is the electric energy of the heat generating electric power supplied to the electric heating type catalyst 200, is performed.
  • the initial value of E in is set to 0.
  • the value of Ein is updated based on the following equation (1).
  • E in E in + P in ⁇ t ... (1)
  • the second term “ Pin ” on the left side of the equation (1) is the value of the heat generation power supplied to the electrically heated catalyst 200 at present.
  • “ ⁇ t” in the same paragraph is the time elapsed from the time when the process of step S02 was performed last time to the time when the process is performed this time.
  • step S04 it is determined whether or not the water adhering to the electrically heated catalyst 200 has begun to boil. The determination is made based on the temperature waveform of the electrically heated catalyst 200 sampled in step S02 and subsequent steps.
  • the inclination of the electric heating catalyst 200 in the temperature waveform changes abruptly. ..
  • the amount of decrease in the differential value of the temperature waveform of the electric heating catalyst 200 exceeds a predetermined threshold value, it can be determined that the water adhering to the electric heating catalyst 200 has started to boil.
  • the temperature value acquired by the temperature acquisition unit 12 exceeds the threshold temperature set near the boiling point of water, the water adhering to the electrically heated catalyst 200 begins to boil. It may be determined that the temperature has increased.
  • step S04 if water is temporarily attached to the electrically heated catalyst 200, it may be determined as Yes when the water is presumed to start boiling. .. For example, when the temperature value acquired by the temperature acquisition unit 12 exceeds the threshold temperature set near the boiling point of water, it is determined that the water adhering to the electrically heated catalyst 200 has begun to boil. Just do it.
  • step S04 If it is determined in step S04 that boiling has begun, the process proceeds to step S05. In other cases, the processing after step S03 is performed again. In step S05, a process of calculating Etgt and setting the calculated value of Etgt as the target electric energy is performed.
  • FIG. 8 shows an example of the time change of the temperature of the electrically heated catalyst 200 acquired by the temperature acquisition unit 12, similar to the line L31 of FIG. 5 (B).
  • the period TM shown in FIG. 8 is a period from the time t10 when the power for heat generation is started to be supplied to the electric heating type catalyst 200 to the time t11 when the water adhering to the electric heating type catalyst 200 starts to boil. ..
  • the temperature change of the electric heating type catalyst 200 in this period TM differs depending on the amount of water initially attached to the electric heating type catalyst 200. For example, when the amount of the water is relatively small, the slope of the temperature change of the electrically heated catalyst 200 becomes large due to the small heat capacity of the water. On the other hand, when the amount of the water is relatively large, the slope of the temperature change of the electrically heated catalyst 200 becomes small due to the large heat capacity of the water.
  • the function "f ()" shown on the right side of the equation (2) describes the correspondence between (T1 - T 0 ) / TM, which is the slope of the temperature change, and Etgt , which should be set as the target electric energy. It is a function to represent. As such a function f (), for example, a downward-sloping function as shown in FIG. 9 is used.
  • the specific mathematical formula showing the function f () can be appropriately set, for example, by adapting to the experimental results.
  • the set f () is stored in the storage unit 13.
  • step S05 the power supply unit 11 first calculates the above slope (T 1 ⁇ T 0 ) / TM based on the waveform of the temperature change sampled in step S02 and subsequent steps. After that, the power supply unit 11 calculates the value of Etgt corresponding to the slope by using the correspondence relationship stored in the storage unit 13, that is, the function f () represented by the equation (2). The value of the Etgt is set as the target power.
  • the correspondence stored in the storage unit 13 may be stored as a mathematical formula indicating the function f () as described above, but may be stored in advance as a map. That is, for each value of the gradient (T 1 to T 0 ) / TM, the value of Etgt to be set as the target electric energy is obtained in advance by an experiment or the like, and a plurality of data consisting of a combination of both values are obtained. , May be stored in the storage unit 13 as a map.
  • step S06 following step S05, the value of Ein is updated based on the equation (1) as in step S03.
  • step S07 it is determined whether or not the value of E in is equal to or greater than the value of Etgt set in step S05. If the value of E in is less than the value of Etgt , the processes after step S06 are executed again. When the value of E in is equal to or greater than the value of Etgt , the process proceeds to step S08.
  • step S08 means that the electric energy (E in ) of the heat generation electric power supplied to the electric heating catalyst 200 has reached the target electric energy ( Etgt ). Therefore, in step S08, a process of stopping the supply of heat generation power to the electrically heated catalyst 200 is performed. At this point, the temperature of the electrically heated catalyst 200 has almost reached the target temperature.
  • the power supply unit 11 is based on the temperature change of the electric heating type catalyst 200 in the period until the water adhering to the electric heating type catalyst 200 starts to boil. , Set the target power amount, Etgt .
  • the temperature change depends on the amount of water adhering to the electrically heated catalyst 200. Therefore, the value of the target electric energy Etgt can be set to an appropriate value according to the amount of water.
  • the above-mentioned "period until the water adhering to the electrically heated catalyst 200 starts to boil” is the period TM in FIG. 8 in the present embodiment. That is, in the present embodiment, in order to set the target electric energy amount, Etgt , the water content is reduced from the time t10 when the heat generation electric power supply is started as the period during which the temperature change of the electric heating type catalyst 200 is acquired. The period TM until the time t11 when boiling starts is set.
  • the "period until the water adhering to the electrically heated catalyst 200 starts to boil” may be set as a period different from the above. For example, a time after the time t10 may be set as the start of the period. Further, a time before the time t11 may be set as the end of the period.
  • the "period until the water adhering to the electric heating catalyst 200 starts to boil” does not necessarily mean that the water has adhered to the electric heating catalyst 200.
  • the "period until the water attached to the electric heating catalyst 200 starts to boil” means that if the water has adhered to the electric heating catalyst 200, it is assumed. , The period until the water starts to boil.
  • the electric power supply unit 11 determines that when the integrated value of the heat generation electric power supplied to the electric heating type catalyst 200 reaches the target electric energy amount, the electric heating type catalyst It is configured to stop the supply of heat generation power to the 200. As a result, the temperature of the electrically heated catalyst 200 can be substantially reached at the target temperature.
  • the "integrated value" in the above is an integrated value from the time when the supply of the electric power for heat generation to the electric heating type catalyst 200 is started (time t10 in the example of FIG. 5).
  • the integration of the heat generation power may be performed from another time point.
  • it may be an integrated value from the time when the water has finished evaporating, as at time t12 in the example of FIG.
  • Etgt which is the target electric energy
  • the power supply unit 11 of the present embodiment has a gradient of the temperature change of the electric heating type catalyst 200 in the period until the water adhering to the electric heating type catalyst 200 starts to boil, that is, (T 1- ) in the formula (2). Based on the value of T 0 ) / TM, the target electric energy, Etgt , is set.
  • the temperature (unit: ° C.) of the electrically heated catalyst 200 may be used, but other physical quantities indicating the temperature may be used. May be good.
  • the resistance value (unit: ⁇ ) of the base material 220 may be used.
  • the temperature acquisition unit 12 acquires the resistance value of the base material 220 as it is as the temperature of the electrically heated catalyst 200.
  • the power supply unit 11 sets the target electric energy, Etgt (vertical axis), to a smaller value as the gradient (horizontal axis) of the temperature change of the electric heating catalyst 200 becomes larger. ..
  • the correspondence between the gradient of temperature change and the target electric energy is set so that the target electric energy is set in this way.
  • the control device 10 further includes a storage unit 13 that previously stores the correspondence between the gradient of the temperature change of the electrically heated catalyst 200 and the target electric energy amount, Etgt .
  • the power supply unit 11 sets the target electric energy amount based on the corresponding relationship as shown in FIG. Thereby, the target electric energy can be set easily and appropriately.
  • the controls and methods described in this disclosure are dedicated to one or more provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized by a computer.
  • the control device and control method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor including one or more dedicated hardware logic circuits.
  • the control device and control method described in the present disclosure comprises a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor including one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers.
  • the computer program may be stored on a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
  • the dedicated hardware logic circuit and the hardware logic circuit may be realized by a digital circuit including a plurality of logic circuits or an analog circuit.

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Abstract

電気加熱式触媒（２００）の制御装置（１０）は、前記電気加熱式触媒に発熱用電力を供給する電力供給部（１１）と、前記電気加熱式触媒の温度を取得する温度取得部（１２）と、を備える。前記電力供給部は、前記電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、前記電気加熱式触媒の温度変化に基づいて、目標電力量を設定し、前記電気加熱式触媒に供給される発熱用電力の積算値が、前記目標電力量に到達すると、前記電気加熱式触媒に対する発熱用電力の供給を停止する。

Description

制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、2020年8月24日に出願された日本国特許出願2020-140718号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、電気加熱式触媒の制御装置に関する。
　車両には、排ガスを浄化するための触媒装置が設けられる。触媒装置は、排ガスに含まれる窒素酸化物などの有害物質を、高温の触媒を通過させることにより浄化する装置である。触媒装置を機能させるためには、触媒の温度を所定の活性温度以上に保つ必要がある。
　近年、例えば冷間始動時の早い段階から排ガスを浄化することを目的として、車両に電気加熱式触媒を搭載することについて検討が進められている。電気加熱式触媒では、外部から供給される発熱用電力により触媒を加熱し、触媒の温度を活性温度まで迅速に到達させることができる。このため、排ガスの温度が比較的低い冷間始動時においても、短時間のうちに排ガスの浄化を開始することが可能となる。下記特許文献１には、このような電気加熱式触媒の構成等について記載されている。
特開２０２０－３３９８０号公報
　電気加熱式触媒の温度を活性温度まで到達させるための、発熱用電力の電力量の目標値として、目標電力量が予め設定される。電気加熱式触媒に供給された発熱用電力の電力量が、当該目標電力量に到達すると、発熱用電力の供給が停止される。
　ところで、車両の冷間始動時などにおいては、電気加熱式触媒の内部に水分が付着している場合がある。このような水分は、例えば、排ガスもしくは空気の中に含まれる水分が結露して、電気加熱式触媒のうち排ガスの通る流路の壁面等に付着したものである。
　電気加熱式触媒の内部に水分が存在している状態で、電気加熱式触媒への発熱用電力の供給が開始された場合には、発生した熱の一部が、上記水分の温度上昇や蒸発のための熱として用いられてしまうこととなる。その結果、電気加熱式触媒に供給された発熱用電力の電力量が上記の目標電力量に到達しても、電気加熱式触媒の温度が依然として活性温度に到達しない事態が生じ得る。
　本開示は、電気加熱式触媒の温度を適切に制御することのできる制御装置、を提供することを目的とする。
　本開示に係る制御装置は、電気加熱式触媒の制御装置であって、電気加熱式触媒に発熱用電力を供給する電力供給部と、電気加熱式触媒の温度を取得する温度取得部と、を備える。電力供給部は、電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒の温度変化に基づいて、目標電力量を設定し、電気加熱式触媒に供給される発熱用電力の積算値が、目標電力量に到達すると、電気加熱式触媒に対する発熱用電力の供給を停止する。
　電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒の温度変化は、電気加熱式触媒に付着した水分の量に応じたものとなる。そこで、上記構成の制御装置では、電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒の温度変化に基づいて、電力供給部が目標電力量を設定することとしている。電気加熱式触媒に供給される発熱用電力の電力量の目標値、である目標電力量が、電気加熱式触媒に付着した水分の量に応じて適切に設定されるので、電気加熱式触媒の温度を適切に制御し、確実に活性温度に到達させることが可能となる。
　本開示によれば、電気加熱式触媒の温度を適切に制御することのできる制御装置、が提供される。
図１は、本実施形態に係る制御装置の構成、及び、当該制御装置が搭載される車両の構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示される電気加熱式触媒の構成を示す断面図である。 図３は、図１に示される電気加熱式触媒の構成を示す断面図である。 図４は、電気加熱式触媒の温度と抵抗値との関係を示す図である。 図５は、電気加熱式触媒の温度制御について説明するための図である。 図６は、電気加熱式触媒の温度制御について説明するための図である。 図７は、図１に示される制御装置、により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、目標電力量を設定する方法について説明するための図である。 図９は、電気加熱式触媒の温度変化の勾配と、目標電力量と、の対応関係の例を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　本実施形態に係る制御装置１０は、電気加熱式触媒２００を制御するための装置であって、電気加熱式触媒２００と共に車両ＭＶに搭載されるものである。制御装置１０の説明に先立ち、図１を参照しながら、車両ＭＶの構成について先ず説明する。
　図１に示されるように、車両ＭＶは、内燃機関１００と、排気配管２０と、を備えている。内燃機関１００は所謂エンジンであって、燃料を燃焼させることにより、車両ＭＶの走行用の駆動力を発生させる装置である。排気配管２０は、内燃機関１００で生じた排ガスを、車両ＭＶの外部へと導き排出するための配管である。尚、図１においては、車両ＭＶの構成の一部のみが模式的に示されており、車両ＭＶが備える他の構成、例えば吸気配管や車輪などについては図示が省略されている。
　排気配管２０の途中となる位置には、制御装置１０の制御対象である電気加熱式触媒２００が設けられている。電気加熱式触媒２００は、排ガスに含まれる窒素酸化物などの有害物質を浄化するための装置である。図２及び図３を参照しながら、電気加熱式触媒２００の構成について説明する。図２には、電気加熱式触媒２００を、排ガスの流れる方向に対し平行な面で切断した場合の断面が模式的に描かれている。図３には、電気加熱式触媒２００を、排ガスの流れる方向に対し垂直な面で切断した場合の断面が模式的に描かれている。両図に示されるように、電気加熱式触媒２００は、外筒２１０と、基材２２０と、電極２３０と、保持部材２４０と、を備えている。
　外筒２１０は、後述の基材２２０等を内部に収容し保持するための部材である。外筒２１０の形状は概ね円筒形状となっている。図２に示されるように、排気配管２０のうち外筒２１０の近傍の部分は、外筒２１０の内径に合わせて拡径されており、このように拡径された排気配管２０が外筒２１０へと接続されている。このため、外筒２１０は、排ガスを外部へと導く排気配管２０の一部となっている。
　基材２２０は、導電性のセラミックスにより形成された円柱形状の部材である。基材２２０には、複数の流路２２１がハニカム状に形成されている。それぞれの流路２２１は、基材２２０の中心軸に沿った方向に沿って延びるように形成されている。当該方向は、図２における左右方向であり、図３における紙面奥行き方向である。基材２２０には、不図示の触媒が担持させてある。このような構成により、基材２２０の導電性が確保されている。排ガスは、基材２２０の各流路２２１を流れる際に、流路２２１の表面に露出した触媒に触れながら流れることとなる。触媒としては、例えば三元触媒のような、排ガスを浄化するための金属触媒として知られている種々の材料を用いることができる。
　電極２３０は、触媒として機能する基材２２０に対し、外部から電力を供給するための一対の電極である。電極２３０間に電圧が印加されると、導電性のセラミックスからなる基材２２０には電流が流れて、生じたジュール熱によって基材２２０の温度が上昇する。このため、例えば冷間始動時のように、排ガスの温度が比較的低いときには、電極２３０から電力を供給することで基材２２０の温度を上昇させ、短時間のうちに基材２２０を活性温度に到達させることができる。「活性温度」とは、排ガスの浄化性能を十分に発揮し得るような基材２２０の温度のことである。
　基材２２０の温度のことを、以下では「電気加熱式触媒２００の温度」のようにも表記する。また、一対の電極２３０から基材２２０に供給される上記電力は、電気加熱式触媒２００を発熱させてその温度を上昇させるための電力であるから、当該電力のことを以下では「発熱用電力」とも表記する。
　図３に示されるように、電極２３０は、表面電極部２３１と、突出部２３２と、端子部２３３と、を有している。表面電極部２３１は、基材２２０の表面の一部を覆うように形成された電極である。表面電極部２３１は、基材２２０の表面のうち、基材２２０の中心軸を挟んで互いに対向する２カ所に形成されている。表面電極部２３１の材料としては、導電性を有する金属等が用いられる。
　突出部２３２は、それぞれの表面電極部２３１の表面から、外側に向けて突出するように形成された部材である。突出部２３２の材料としては、表面電極部２３１と同様に、導電性を有する金属等が用いられる。突出部２３２は、その一端が表面電極部２３１に対して接合されている。突出部２３２は、それぞれの表面電極部２３１に対し一つずつ設けられている。
　端子部２３３は、突出部２３２のうち表面電極部２３１とは反対側の端部から、更に外側に向けて突出するように形成された棒状の部材である。端子部２３３の材料としては、やはり導電性を有する金属部材が用いられる。端子部２３３は、その一端が突出部２３２に対して接合されている。端子部２３３は、それぞれの突出部２３２に対し一つずつ設けられている。
　端子部２３３のうち、突出部２３２とは反対側の部分は、絶縁性の保持部材２１１を介して、外筒２１０の外側へと突出している。端子部２３３のうち外筒２１０の外側には、発熱用電力を供給するための配線が接続される。つまり、それぞれの端子部２３３は、外部から発熱用電力の供給を受けるための電極端子として機能する。
　図３に示されるように、表面電極部２３１、突出部２３２、及び基材２２０からなる導電性部材の表面全体は、絶縁層２５０により覆われている。これにより、これら導電性部材と外筒２１０との電気的な絶縁が確保されている。
　保持部材２４０は、外筒２１０の内側において基材２２０を保持するための部材である。保持部材２４０としては、例えば、繊維状のアルミナが用いられる。保持部材２４０は、外筒２１０の内周面と、基材２２０の外周面との間に形成された隙間の全体を埋めるように配置されている。
　図１を再び参照しながら、制御装置１０の構成について説明する。先に述べたように、制御装置１０は、電気加熱式触媒２００を制御するための装置である。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータ装置として構成されている。制御装置１０は、その機能を表すブロック要素として、電力供給部１１と、温度取得部１２と、記憶部１３と、駆動回路１４と、を備えている。
　電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に発熱用電力を供給する処理を行う部分である。電力供給部１１は、後述の駆動回路１４の動作を制御することにより、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の大きさ等を調整する。電力供給部１１によって行われる処理の具体的な内容については後に説明する。
　温度取得部１２は、電気加熱式触媒２００の温度を取得する処理を行う部分である。本実施形態の温度取得部１２は、発熱用電力が供給される基材２２０の抵抗値を取得し、当該抵抗値に基づいて基材２２０の温度、すなわち電気加熱式触媒２００の温度を取得する。
　図４の線Ｌ１０に示されるのは、基材２２０の温度（横軸）と、基材２２０の抵抗値（縦軸）との対応関係の一例である。本実施形態に係る基材２２０は、温度が高くなるにしたがってその抵抗値も高くなる、所謂ＰＴＣ特性を有している。線Ｌ１０に示される対抗関係は、予めマップとして記憶部１３に記憶されている。
　温度取得部１２は、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の、電圧及び電流の値をそれぞれ不図示のセンサにより取得し、これらの値に基づいて基材２２０の抵抗値を算出する。その後、当該抵抗値と、記憶部１３に記憶されている線Ｌ１０の対応関係に基づいて、基材２２０の温度を取得する。
　尚、基材２２０は、温度が高くなるにしたがってその抵抗値が低くなる、所謂ＮＴＣ特性を有するものとして構成されていてもよい。この場合、記憶部１３に記憶されている温度と抵抗値との対応関係は、図４の線Ｌ１１に示されるようなものとなる。
　上記のような態様に替えて、温度取得部１２が、電気加熱式触媒２００に設けられた温度センサからの信号に基づいて、電気加熱式触媒２００の温度を直接的に取得することとしてもよい。
　記憶部１３は、制御装置１０に設けられた不揮発性の記憶装置であり、例えばＳＳＤやＨＤＤである。記憶部１３には、上記のように、電気加熱式触媒２００の温度と抵抗値との対応関係が記憶されている。記憶部１３には、当該対応関係以外の情報も記憶されているのであるが、これについては後に説明する。
　駆動回路１４は、電気加熱式触媒２００に発熱用電力を供給するために設けられた回路である。図２に示されるように、駆動回路１４は、遮断回路１４１と、スイッチング回路１４２と、バッテリ１４３と、を有している。
　遮断回路１４１は、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給を遮断するための回路である。電気加熱式触媒２００に対し発熱用電力の供給が行われるときには、遮断回路１４１は閉状態とされる。遮断回路１４１の動作は電力供給部１１によって制御される。
　スイッチング回路１４２は、不図示のスイッチング素子により構成された回路であって、バッテリ１４３と電気加熱式触媒２００との間を繋ぐ電力経路の開閉を切り換えるものである。スイッチング回路１４２の動作は電力供給部１１によって制御される。電力供給部１１は、スイッチング回路１４２の開閉動作におけるデューティを調整することで、電気加熱式触媒２００に対し供給される発熱用電力の大きさを調整する。
　バッテリ１４３は、発熱用電力の供給源となる蓄電装置であって、例えばリチウムイオンバッテリである。バッテリ１４３としては、車両ＭＶに搭載された補機用のバッテリが用いられる。このような態様に替えて、電気加熱式触媒２００に対し発熱用電力を供給するための専用の蓄電装置として、バッテリ１４３が設けられていてもよい。
　本実施形態の駆動回路１４は制御装置１０に内蔵されている。このような態様に替えて、駆動回路１４が、制御装置１０とは別の装置として構成され、制御装置１０の外側に配置されていてもよい。
　制御装置１０によって行われる、電気加熱式触媒２００の温度制御の概要について説明する。図５（Ａ）に示されるのは、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の電圧値、の時間変化の例である。先に述べたように、電力供給部１１は、スイッチング回路１４２の開閉動作におけるデューティを調整し、これにより発熱用電力の大きさを調整する。図５（Ａ）の線Ｌ２０に示される例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までの期間において、スイッチング回路１４２の開閉動作が繰り返され、電気加熱式触媒２００に発熱用電力が供給される。
　図５（Ｂ）に示されるのは、温度取得部１２によって取得される電気加熱式触媒２００の温度、の時間変化の例である。時刻ｔ１０において、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給が開始されると、線Ｌ３０や線Ｌ３１に示されるように、電気加熱式触媒２００の温度は次第に上昇して行く。本実施形態では、電気加熱式触媒２００の活性温度以上の温度として、目標温度Ｔ１０が設定されている。電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給は、基本的に、電気加熱式触媒２００の温度が目標温度Ｔ１０に到達するまでの間継続される。
　図５（Ｃ）に示されるのは、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の積算値、すなわち電力量の時間変化の例である。時刻ｔ１０において、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給が開始されると、線Ｌ４０や線Ｌ４１に示されるように、当該電力量は次第に増加して行く。この電力量は、電気加熱式触媒２００に供給されたエネルギーの積算値ということもできる。
　本実施形態では、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の電力量についての目標値が設定される。当該目標値のことを、以下では「目標電力量」とも称する。目標電力量は、電気加熱式触媒２００の温度を、上記の目標温度Ｔ１０に到達させるために必要なエネルギーの値として、予め設定される。図５（Ｃ）の線Ｌ４０は、目標電力量としてＥ１０が設定された場合における、電力量の時間変化の例である。図５（Ｃ）の線Ｌ４１は、目標電力量としてＥ１１が設定された場合における、電力量の時間変化の例である。このように、本実施形態では、目標電力量として常に一定の値が設定されるのではなく、状況に応じて異なる値の目標電力量が都度設定される。
　ところで、車両ＭＶの冷間始動時などにおいては、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着している場合がある。このような水分は、例えば、排ガスもしくは空気の中に含まれる水分が結露して、電気加熱式触媒２００のうち排ガスの通る流路２２１の内壁面等に付着したものである。電気加熱式触媒２００の内部に付着する水分の量は、内燃機関１００が始動されるまでの間に経過した時間（ソーク時間）の長さや、当該時間における気温や湿度等によって異なる量となる。
　図５（Ｂ）に示される線Ｌ３０は、電気加熱式触媒２００の内部における水分量が０の状態で、発熱用電力の供給が開始された場合における、電気加熱式触媒２００の温度変化の例を示している。この場合、電気加熱式触媒２００に供給された発電用電力のエネルギーは、概ねその全てが、基材２２０の温度上昇のために用いられる。このため、線Ｌ３０に示されるように、発熱用電力の供給が開始された時刻ｔ１０以降において、電気加熱式触媒２００の温度は比較的速い速度で上昇している。
　この場合においては、目標電力量として、図５（Ｃ）に示されるＥ１０が設定される。図５（Ｃ）の線Ｌ４０に示されるように、電気加熱式触媒２００に供給された電力量が、時刻ｔ１３において目標電力量Ｅ１０に到達すると、図５（Ａ）の線Ｌ２０に示されるように、この時点で発電用電力の供給が停止される。また、図５（Ｂ）の線Ｌ３０に示されるように、この時刻ｔ１３と概ね等しいタイミングにおいて、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。
　図５（Ａ）の線Ｌ２１、図５（Ｂ）の線Ｌ３１、及び図５（Ｃ）の線Ｌ４１は、いずれも、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。
　この場合、電気加熱式触媒２００に供給された発電用電力のエネルギーは、その一部が基材２２０の温度上昇のために用いられる一方で、他の一部は、上記水分の温度上昇、及び、水分を蒸発させるためのエネルギーとして用いられる。従って、目標電力量として、先の例と同じＥ１０が設定された場合には、電気加熱式触媒２００の温度を目標温度であるＴ１０まで到達させることができない。
　そこで、本実施形態に係る制御装置１０の電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している場合には、目標電力量としてＥ１０よりも大きなＥ１１を設定することとしている。このＥ１１は、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着している状況で、電気加熱式触媒２００の温度を目標温度Ｔ１０に到達させるのに必要なエネルギーである。
　この場合、図５（Ｂ）の線Ｌ３１に示されるように、時刻ｔ１０において発電用電力の供給が開始されると、電気加熱式触媒２００の温度は上昇し始める。その後の時刻ｔ１１において、電気加熱式触媒２００の温度が例えば１００℃程度まで上昇すると、電気加熱式触媒２００に付着していた水分が沸騰し始める。時刻ｔ１１からしばらくの間は、供給された発電用電力のエネルギーの大部分が、水分を沸騰させるための潜熱として消費される。このため、時刻ｔ１１から、水分が蒸発し終える時刻ｔ１２までの期間においては、電気加熱式触媒２００の温度は殆ど上昇しない。
　時刻ｔ１２以降においては、電気加熱式触媒２００の内部に水分が存在しない。このため、電気加熱式触媒２００に供給された発電用電力のエネルギーは、概ねその全てが、基材２２０の温度上昇のために用いられるようになる。
　発電用電力の供給は、電気加熱式触媒２００に供給された電力量が、目標電力量であるＥ１１に到達する時刻ｔ１４まで継続される。電気加熱式触媒２００に供給された電力量が、時刻ｔ１４において目標電力量Ｅ１１に到達すると、図５（Ａ）の線Ｌ２１に示されるように、この時点で発電用電力の供給が停止される。また、図５（Ｂ）の線Ｌ３１に示されるように、この時刻ｔ１４と概ね等しいタイミングにおいて、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。
　目標電力量の設定は、図５の例におけるＥ１０とＥ１１との間で択一的に行われるのではなく、電気加熱式触媒２００の内部における水分量に応じて適宜行われる。
　図６（Ａ）には、図５（Ｂ）と同様に、温度取得部１２によって取得される電気加熱式触媒２００の温度の時間変化の例が示されている。図６（Ｂ）には、図５（Ｃ）と同様に、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の積算値、すなわち電力量の時間変化の例が示されている。線Ｌ５０及び線Ｌ６０は、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着していない状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。線Ｌ５１及び線Ｌ６１は、電気加熱式触媒２００の内部に比較的少量の水分が付着している状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。線Ｌ５２及び線Ｌ６２は、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。
　線Ｌ６０に示されるように、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着していない場合には、目標電力量として比較的小さなＥ２０が設定される。この場合、比較的速い時刻ｔ２１において、発電用電力の積算値はＥ２０に到達し、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。
　線Ｌ６１に示されるように、電気加熱式触媒２００の内部に比較的少量の水分が付着している場合には、目標電力量として、Ｅ２０よりも大きなＥ２１が設定される。この場合、時刻ｔ２１よりも後の時刻ｔ２２において、発電用電力の積算値はＥ２１に到達し、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。
　線Ｌ６２に示されるように、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している場合には、目標電力量として、Ｅ２１よりも大きなＥ２２が設定される。この場合、時刻ｔ２２よりも後の時刻ｔ２３において、発電用電力の積算値はＥ２２に到達し、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。
　以上のように、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の内部における水分量に応じて、目標電力量を適切な値に都度設定した上で、電気加熱式触媒２００に対する発電用電力の供給を行うこととしている。目標電力量の具体的な設定方法については後に説明する。
　このような温度制御を実現するために、制御装置１０によって実行される処理の流れについて、図７を参照しながら説明する。図７に示される一連の処理は、制御装置１０のうち主に電力供給部１１によって実行される。尚、図７に示される一連の処理が開始されるのは、例えば、内燃機関１００が始動された直後のタイミング等、電気加熱式触媒２００による排ガスの浄化が必要となるタイミングである。
　当該処理の最初のステップＳ０１では、電気加熱式触媒２００への通電、すなわち、発熱用電力の供給が開始されたか否かが判定される。例えば、不図示の上位ＥＣＵからの指令により、電力供給部１１による発熱用電力の供給が開始されると、ステップＳ０１ではＹｅｓとの判定がなされる。発熱用電力の供給開始を、上位ＥＣＵからの指令に基づくことなく、制御装置１０が独自の判断に基づいて行うこととしてもよい。
　ステップＳ０１において、電気加熱式触媒２００への通電が未だ行われていない場合には、図７に示される一連の処理を終了する。その後、図７に示される一連の処理が再度実行される。電気加熱式触媒２００への通電が開始されるとステップＳ０２に移行する。
　ステップＳ０２では、電気加熱式触媒２００の温度をサンプリングする処理が開始される。以降においては、温度取得部１２による温度の取得が所定の周期毎に繰り返し行われ、取得された温度の波形が記憶部１３へと記憶される。
　ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の電力量、であるＥｉｎの値を更新する処理が行われる。図７の処理が開始されるよりも前の時点においては、Ｅｉｎの初期値が０に設定される。ステップＳ０２では、以下の式（１）に基づいてＥｉｎの値が更新される。
Ｅｉｎ＝Ｅｉｎ＋ＰｉｎΔｔ・・・（１）
　式（１）の左辺第２項の「Ｐｉｎ」は、現時点において電気加熱式触媒２００に供給されている発熱用電力の値である。同項の「Δｔ」は、ステップＳ０２の処理が前回行われた時点から、今回行われるまでの間に経過した時間である。
　ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたか否かが判定される。当該判定は、ステップＳ０２以降においてサンプリングされている電気加熱式触媒２００の温度の波形に基づいて行われる。
　図５（Ｂ）の線Ｌ３１の例のように、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めた時点（時刻ｔ１１）では、電気加熱式触媒２００の温度波形における傾きが急激に変化する。例えば、電気加熱式触媒２００の温度波形の微分値における減少量が、所定の閾値を超えた場合に、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたと判定することができる。このような態様に替えて、温度取得部１２により取得された温度の値が、水の沸点近くに設定された閾温度を超えた場合に、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたと判定することとしてもよい。
　尚、電気加熱式触媒２００に水分が存在しない場合も考えらえる。この場合、ステップＳ０４では、電気加熱式触媒２００に水分が仮に付着していたとしたら、当該水分が沸騰し始めると推測される状況であるときに、Ｙｅｓとの判定がなされることとすればよい。例えば、温度取得部１２により取得された温度の値が、水の沸点近くに設定された閾温度を超えた場合に、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたと判定することとすればよい。
　ステップＳ０４において、沸騰し始めたと判定された場合には、ステップＳ０５に移行する。それ以外の場合には、ステップＳ０３以降の処理が再び行われる。ステップＳ０５では、Ｅｔｇｔを算出し、算出されたＥｔｇｔの値を目標電力量として設定する処理が行われる。
　Ｅｔｇｔの算出方法について説明する。図８には、図５（Ｂ）の線Ｌ３１と同様に、温度取得部１２によって取得される電気加熱式触媒２００の温度の時間変化の例が示されている。図８に示される期間ＴＭは、電気加熱式触媒２００に対し発熱用電力の供給が開始された時刻ｔ１０から、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めた時刻ｔ１１までの期間である。
　この期間ＴＭにおける電気加熱式触媒２００の温度変化は、電気加熱式触媒２００に当初付着していた水分の量に応じて異なるものとなる。例えば、当該水分の量が比較的少ない場合には、水分の熱容量が小さいことに起因して、電気加熱式触媒２００の温度変化の傾きは大きくなる。一方、当該水分の量が比較的多い場合には、水分の熱容量が大きいことに起因して、電気加熱式触媒２００の温度変化の傾きは小さくなる。
　そこで、本実施形態に係る電力供給部１１は、期間ＴＭにおける電気加熱式触媒２００の温度変化の傾きに応じて、Ｅｔｇｔを算出することとしている。時刻ｔ１０における電気加熱式触媒２００の温度をＴ０とし、時刻ｔ１１における電気加熱式触媒２００の温度をＴ１とすると、Ｅｔｇｔの値は、例えば以下の式（２）によって算出することができる。
Ｅｔｇｔ＝ｆ（（Ｔ１－Ｔ０）／ＴＭ）・・・（２）
　式（２）の右辺に示される関数「ｆ（）」は、温度変化の傾きである（Ｔ１－Ｔ０）／ＴＭと、目標電力量として設定されるべきＥｔｇｔと、の対応関係を表す関数である。このような関数ｆ（）としては、例えば図９に示されるような右肩下がりの関数が用いられる。関数ｆ（）を示す具体的な数式は、例えば、実験結果に適合させることにより適宜設定することができる。設定されたｆ（）は、記憶部１３に記憶されている。
　図７に戻って説明を続ける。ステップＳ０５において、電力供給部１１は、ステップＳ０２以降においてサンプリングされていた温度変化の波形に基づいて、上記の傾きである（Ｔ１－Ｔ０）／ＴＭを先ず算出する。その後、電力供給部１１は、記憶部１３に記憶されている上記対応関係、すなわち、式（２）に示される関数ｆ（）を用いることにより、傾きに対応したＥｔｇｔの値を算出し、当該Ｅｔｇｔの値を目標電力として設定する。
　尚、記憶部１３に記憶されている対応関係は、上記のように関数ｆ（）を示す数式として記憶されていてもよいのであるが、予めマップとして記憶されていてもよい。つまり、傾きである（Ｔ１－Ｔ０）／ＴＭの値毎に、目標電力量として設定されるべきＥｔｇｔの値を予め実験などにより求めておき、両値の組み合わせからなる複数のデータを、マップとして記憶部１３に記憶しておいてもよい。
　ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、ステップＳ０３と同様に、式（１）に基づいてＥｉｎの値が更新される。
　ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、Ｅｉｎの値が、ステップＳ０５で設定されたＥｔｇｔの値以上となったか否かが判定される。Ｅｉｎの値がＥｔｇｔの値未満である場合には、ステップＳ０６以降の処理が再度実行される。Ｅｉｎの値がＥｔｇｔの値以上となった場合には、ステップＳ０８に移行する。
　ステップＳ０８に移行したということは、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の電力量（Ｅｉｎ）が、目標電力量（Ｅｔｇｔ）に到達したということである。このため、ステップＳ０８では、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給を停止させる処理が行われる。この時点においては、電気加熱式触媒２００の温度は概ね目標温度に到達している。
　以上のように、本実施形態に係る制御装置１０において、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒２００の温度変化に基づいて、目標電力量であるＥｔｇｔを設定する。当該温度変化は、電気加熱式触媒２００に付着していた水分の量に応じたものとなる。このため、目標電力量Ｅｔｇｔの値を、水分の量に応じて適切な値に設定することができる。
　尚、上記における「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」とは、本実施形態では、図８の期間ＴＭのことである。つまり、本実施形態では、目標電力量であるＥｔｇｔを設定するために、電気加熱式触媒２００の温度変化が取得される期間として、発熱用電力の供給が開始された時刻ｔ１０から、水分が沸騰し始める時刻ｔ１１までの期間ＴＭが設定される。しかしながら、「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」は、上記とは異なる期間として設定されてもよい。例えば、当該期間の始期として、時刻ｔ１０よりも後の時刻が設定されてもよい。また、当該期間の終期として、時刻ｔ１１よりも前の時刻が設定されてもよい。
　また、「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」とは、電気加熱式触媒２００に水分が付着していたことを必ずしも必要とするものではない。電気加熱式触媒２００に水分が付着していない場合における、「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」とは、電気加熱式触媒２００に水分が仮に付着していたとしたら、当該水分が沸騰し始める状況となるまでの期間、のことである。
　目標電力量であるＥｔｇｔを上記のように設定した後、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の積算値が、目標電力量に到達すると、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給を停止するように構成されている。これにより、電気加熱式触媒２００の温度を概ね目標温度に到達させることができる。
　上記における「積算値」とは、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給が開始された時点（図５の例では時刻ｔ１０）からの積算値である。しかしながら、発熱用電力の積算は、他の時点から行われることとしてもよい。例えば、図５の例における時刻ｔ１２のように、水分が蒸発し終えた時点からの積算値としてもよい。積算の開始時刻を変更した場合には、それに合わせて、目標電力量であるＥｔｇｔの値等も適宜変更すればよい。
　本実施形態の電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒２００の温度変化の勾配、すなわち、式（２）における（Ｔ１－Ｔ０）／ＴＭの値に基づいて、目標電力量であるＥｔｇｔを設定する。
　尚、式（２）におけるＴ１やＴ０の値としては、電気加熱式触媒２００の温度（単位：℃）が用いられてもよいのであるが、当該温度を示す他の物理量が用いられてもよい。例えば、基材２２０の抵抗値（単位：Ω）が用いられてもよい。この場合、温度取得部１２は、電気加熱式触媒２００の温度として、基材２２０の抵抗値をそのまま取得することとなる。
　図９に示されるように、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の温度変化の勾配（横軸）が大きくなる程、目標電力量であるＥｔｇｔ（縦軸）を小さな値に設定する。換言すれば、目標電力量がこのように設定されるよう、温度変化の勾配と目標電力量との対応関係が設定されている。
　制御装置１０は、電気加熱式触媒２００の温度変化の勾配と、目標電力量であるＥｔｇｔと、の対応関係を予め記憶している記憶部１３を更に備えている。電力供給部１１は、図９に示されるような当該対応関係に基づいて目標電力量を設定する。これにより、目標電力量の設定を、容易に且つ適切に行うことができる。
　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
　本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。

Claims (5)

  1. 　電気加熱式触媒（２００）の制御装置（１０）であって、
    　前記電気加熱式触媒に発熱用電力を供給する電力供給部（１１）と、
    　前記電気加熱式触媒の温度を取得する温度取得部（１２）と、を備え、
    　前記電力供給部は、
    　前記電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、前記電気加熱式触媒の温度変化に基づいて、目標電力量を設定し、
    　前記電気加熱式触媒に供給される発熱用電力の積算値が、前記目標電力量に到達すると、前記電気加熱式触媒に対する発熱用電力の供給を停止する制御装置。
  2. 　前記電力供給部は、
    　前記電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、前記電気加熱式触媒の温度変化の勾配に基づいて、目標電力量を設定する、請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記電力供給部は、
    　前記電気加熱式触媒の温度変化の勾配が大きくなる程、前記目標電力量を小さな値に設定する、請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記電気加熱式触媒の温度変化の勾配と、前記目標電力量と、の対応関係を予め記憶している記憶部（１３）を更に備え、
    　前記電力供給部は、前記対応関係に基づいて前記目標電力量を設定する、請求項２又は３に記載の制御装置。
  5. 　前記積算値とは、
    　前記電気加熱式触媒に対する発熱用電力の供給が開始された時点からの積算値である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
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