WO2022044747A1 - 制御装置 - Google Patents

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WO2022044747A1
WO2022044747A1 PCT/JP2021/029019 JP2021029019W WO2022044747A1 WO 2022044747 A1 WO2022044747 A1 WO 2022044747A1 JP 2021029019 W JP2021029019 W JP 2021029019W WO 2022044747 A1 WO2022044747 A1 WO 2022044747A1
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WO
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catalyst
electric heating
power
temperature
electrically heated
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Application number
PCT/JP2021/029019
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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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • 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 electrically heated catalyst.
  • the electrically heated catalyst to be controlled is mounted on a vehicle having an internal combustion engine.
  • This control device includes a power supply unit that supplies electric power for heat generation to the electric heating type catalyst, and an outside air temperature acquisition unit that acquires the temperature around the vehicle.
  • the power supply unit sets the target electric energy amount based on the length of the period during which the internal combustion engine was stopped, the soak time, and the temperature acquired by the outside temperature acquisition unit, and supplies it to the electric heating type catalyst.
  • the integrated value of the heat generation power to be generated reaches the target electric energy amount, the supply of the heat generation power to the electric heating type catalyst is stopped.
  • the power supply unit sets the target electric energy amount based on the soak time and the temperature acquired by the outside air temperature acquisition unit. Since the target electric energy, which is the target value of the electric power for heat generation supplied to the electric heating catalyst, is appropriately set according to the amount of water presumed to have adhered to the electric heating catalyst, electricity is used. It is possible to appropriately control the temperature of the heating type catalyst 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 for explaining temperature control of the electrically heated catalyst.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining temperature control of the electrically heated catalyst.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device shown in FIG.
  • 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, an outside air temperature acquisition unit 12, and a drive circuit 13 as block elements representing its functions.
  • 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 13 described later. The specific contents of the processing performed by the power supply unit 11 will be described later.
  • the outside air temperature acquisition unit 12 is a part that performs a process of acquiring the ambient air temperature of the vehicle MV, that is, the outside air temperature.
  • the outside air temperature acquisition unit 12 acquires the outside air temperature based on a signal from an outside air temperature sensor (not shown) provided in the vehicle MV.
  • an outside air temperature sensor for example, a thermistor provided in the middle of an intake pipe (not shown) for supplying air to the internal combustion engine 100 can be used.
  • the outside air temperature acquisition unit 12 acquires, for example, weather information provided from an external server by wireless communication, and acquires the outside air temperature at the position of the vehicle MV based on the weather information. It may be that.
  • the drive circuit 13 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 13 includes a cutoff circuit 131, a switching circuit 132, and a battery 133.
  • the cutoff circuit 131 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 131 is closed. The operation of the cutoff circuit 131 is controlled by the power supply unit 11.
  • the switching circuit 132 is a circuit configured by a switching element (not shown), and switches the opening and closing of the power path connecting the battery 133 and the electrically heated catalyst 200.
  • the operation of the switching circuit 132 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 132.
  • the battery 133 is a power storage device that is a source of heat generation power, and is, for example, a lithium ion battery.
  • a battery for auxiliary equipment mounted on the vehicle MV is used.
  • the battery 133 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 13 of this embodiment is built in the control device 10.
  • the drive circuit 13 may be configured as a device separate from the control device 10 and may be arranged outside the control device 10.
  • FIG. 4A 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 132, thereby adjusting the magnitude of the heat generation power.
  • the switching operation of the switching circuit 132 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. 4B shows an example of the time change of the temperature of the electrically heated catalyst 200.
  • 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. 4C 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 at least the above-mentioned target temperature T10.
  • the line L40 in FIG. 4C 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. 4C 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 target electric energy having a different value 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. 4B 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. 4C should be set as a target electric energy amount in order to bring the temperature of the electric heating type catalyst 200 to T10 in a state where the water content inside the electric heating type catalyst 200 is 0. This is the ideal value.
  • the amount of electric power supplied to the electric heating type catalyst 200 reaches the target electric energy amount E10 at time t13, it is shown by the line L20 of FIG. 4A. At this point, the supply of power for power generation is stopped.
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10 at a timing substantially equal to this time t13.
  • E10 is the minimum amount of electric power for heat generation required to reach T10 at the temperature of the electric heating type catalyst 200 in a state where moisture is not attached.
  • the line L21 of FIG. 4A, the line L31 of FIG. 4B, and the line L41 of FIG. 4C 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 power for heat generation is started to be supplied 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.
  • E11 shown in FIG. 4C is set as a target electric energy amount in order to bring the temperature of the electric heating type catalyst 200 to T10 in a state where water is attached to the inside of the electric heating type catalyst 200. It is the ideal value of the power value.
  • 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 amount of electric power supplied to the electric heating type catalyst 200 reaches the target electric energy amount E11 at time t14
  • the supply of electric power for power generation is stopped at this point as shown by the line L21 in FIG. 4 (A). ..
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10 at a timing substantially equal to this time t14.
  • E11 is the minimum amount of electric power for heat generation required to bring the temperature of the electric heating type catalyst 200 in a state where water is attached to reach T10.
  • FIG. 5 (A) shows an example of the time change of the temperature of the electrically heated catalyst 200, as in FIG. 4 (B). Similar to FIG. 4C, FIG. 5B shows an example of an integrated value of heat-generating electric power supplied to the electrically heated catalyst 200, that is, a 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.
  • the wire L60 when water does not adhere to the inside of the electrically heated catalyst 200, it is preferable to set a relatively small E20 as the target electric energy. In this case, at a relatively fast time t21, the integrated value of the electric power for power generation reaches E20, and the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10.
  • E22 which is larger than E21, as the target electric energy.
  • the integrated value of the power generation power reaches E22, and the temperature of the electrically heated catalyst 200 reaches the target temperature T10.
  • E20, E21, and E22 are ideal values of values that should be set as the target electric energy in order to bring the temperature of the electrically heated catalyst 200 to T10, respectively. If the target electric power amount is appropriately set according to the amount of water contained in the electric heating type catalyst 200, as shown in FIG. 5A, in any case, the electric heating type catalyst 200 The temperature can reach T10.
  • the power supply unit 11 of the control device 10 has a target power amount required to bring the temperature of the electrically heated catalyst 200 to at least T10 based on a parameter that can affect the amount of water. Is to be set. That is, the power supply unit 11 does not set the target electric energy for accurately matching the temperature of the electric heating type catalyst 200 with the target temperature T10, but sets the temperature of the electric heating type catalyst 200 to at least the target temperature T10 or higher. It is decided to set a target electric energy that can be increased to.
  • the flow of processing executed by the control device 10 in order to realize such temperature control will be described with reference to FIG.
  • the series of processes shown in FIG. 6 is mainly executed by the power supply unit 11 of the control device 10.
  • the series of processes shown in FIG. 6 is started at an arbitrary timing during the period in which the internal combustion engine 100 is operating.
  • step S01 of the process it is determined whether or not the internal combustion engine 100 has stopped.
  • the operating state of the internal combustion engine 100 can be acquired by communication from, for example, a higher-level ECU (not shown) that controls the internal combustion engine 100.
  • the process of step S01 is executed again.
  • the process proceeds to step S02.
  • step S02 the soak time ts is updated.
  • the soak time t s is the length of the period during which the internal combustion engine 100 has been stopped.
  • the initial value of ts is set to 0 .
  • ⁇ t in the second term on the left side of the equation (1) 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 S03 it is determined whether or not 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-generating power by a command from a higher-level ECU (not shown), it is determined as Yes in step S03.
  • 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 S03 If the electric heating catalyst 200 has not yet been energized in step S03, the processes after step S02 are executed again, and the value of the soak time ts is updated. When the energization of the electrically heated catalyst 200 is started, the process proceeds to step S04. At the time of shifting to step S04 , the value of the soak time ts is fixed. From this point in time, electric power for heat generation is supplied to the electric heating type catalyst 200, but the value of the target electric energy amount is undecided at this point.
  • step S04 the process of acquiring the Tamb , which is the outside air temperature, is performed by the outside air temperature acquisition unit 14.
  • This Tamb is the temperature around the vehicle MV at the time when the electric heating type catalyst 200 is started to be energized.
  • step S05 the power supply unit 11 performs a process of calculating E max , which is a target electric energy amount, based on the outside air temperature Tamb and the soak time ts .
  • E max sets the temperature of the electric heating catalyst 200 to a predetermined target temperature T10 when the amount of water adhering to the inside of the electric heating catalyst 200 is the largest. It is the target amount of power required to reach the target. "When the amount of water adhering to the inside of the electric heating catalyst 200 is the largest" is, for example, when the soak time ts has elapsed while the humidity of the electric heating catalyst 200 is 100%. That is.
  • step S05 the humidity around the electrically heated catalyst 200 is 100%, and the temperature around the vehicle MV is Tamb , and the soak time is t s .
  • the amount of water expected to be accumulated in the electric heating catalyst 200 is present inside the electric heating type catalyst 200, it is necessary for the electric heating type catalyst 200 in such a state to reach the target temperature T10.
  • the amount of electric power is set as the target electric energy E max .
  • E max f (T amb , t s ) ...
  • step S05 After the value of the target electric energy E max is set in step S05, the process proceeds to step S06.
  • step S06 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.
  • step S06 the value of Ein is updated based on the following equation (3).
  • E in E in + P in ⁇ t ... (3)
  • the second term “ Pin ” on the left side of the equation (3) 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 S06 was performed last time to the time when the process is performed this time.
  • step S07 it is determined whether or not the value of E in is equal to or greater than the value of the target electric energy E max set in step S05. If the value of E in is less than the value of E max , the processing after step S06 is executed again. When the value of E in is equal to or greater than the value of E max , the process proceeds to step S08. In step S08, a process of stopping the supply of heat generation power to the electrically heated catalyst 200 is performed. As a result, the power supply process is completed.
  • the temperature of the electrically heated catalyst 200 should be at least the target temperature T10 or higher.
  • the reason is that the actual amount of water adhering to the inside of the electrically heated catalyst 200 is equal to or equal to the amount of water in a situation where the target power amount should be set to at least E max (humidity 100% in this example). It should be less than that.
  • the power supply unit 11 has the soak time, which is the length of the period during which the internal combustion engine 100 has been stopped, and the temperature acquired by the outside temperature acquisition unit 12.
  • the target power amount is set based on the above, and when the integrated value of the heat generation power supplied to the electric heating type catalyst 200 reaches the target power amount, the supply of the heat generation power to the electric heating type catalyst 200 is stopped. It is configured as follows.
  • the soak time and the outside air temperature are parameters that affect the amount of water adhering to the electrically heated catalyst 200.
  • the target electric energy which is the target value of the electric power for heat generation supplied to the electric heating type catalyst 200, is appropriate according to the amount of water presumed to have adhered to the electric heating type catalyst 200. Since it is set to, it is possible to appropriately control the temperature of the electric heating type catalyst 200 and surely reach the active temperature.
  • the electric power supply unit 11 of the control device 10 targets the electric heating type catalyst 200 in a state of containing a predetermined amount of water as the amount of electric power required to reach a predetermined target temperature (T10).
  • predetermined amount is a value ( Tamb ) in which the humidity around the electrically heated catalyst 200 is 100% and the air temperature around the vehicle MV is acquired by the outside air temperature acquisition unit 12. In the state, it is the amount of water accumulated inside the electrically heated catalyst 200 during the soak time ( ts ).
  • the water content can be said to be the maximum amount of water that is expected to be accumulated inside the electrically heated catalyst 200 during the soak time ts . Since the actual amount of water is less than that, when E max is input as the target electric power amount, the temperature of the electrically heated catalyst 200 will surely rise to at least the target temperature T10 or more.
  • the power supply unit 11 surely raises the temperature of the electrically heated catalyst 200 to the target temperature T10 or more without accurately calculating the water content by, for example, measuring the actual humidity. , It is possible to bring the purification performance of the electrically heated catalyst 200 into a state where it can be exhibited.
  • the above-mentioned "predetermined amount" when setting the target electric energy amount E max means that the humidity around the electric heating type catalyst 200 is 100% and the air temperature around the vehicle MV is 100%.
  • the quantity E max is set.
  • the above humidity may be a value different from 100%.
  • the humidity around the electric heating catalyst 200 is a predetermined value or more (for example, 95% or more)
  • the amount of water accumulated in the electric heating catalyst 200 is set, and on the premise of the setting, the amount of water is set.
  • the target electric energy E max may be set. That is, the above-mentioned "predetermined amount" when setting the target electric energy amount E max means that the humidity around the electric heating type catalyst 200 is equal to or higher than a predetermined value, and the temperature around the vehicle MV is the outside air temperature acquisition. It may be the amount of water accumulated inside the electrically heated catalyst 200 during the soak time ( ts ) in the state of the value ( Tamb ) acquired in the part 14.
  • 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）は、内燃機関（１００）を有する車両（ＭＶ）に搭載されるものである。前記電気加熱式触媒の制御装置（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、前記車両の周囲の気温を取得する外気温取得部（１２）と、を備える。前記電力供給部は、前記内燃機関が停止していた期間の長さ、であるソーク時間と、前記外気温取得部により取得された気温と、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2020-140720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る。制御対象である電気加熱式触媒は、内燃機関を有する車両に搭載されるものである。この制御装置は、電気加熱式触媒に発熱用電力を供給する電力供給部と、車両の周囲の気温を取得する外気温取得部と、を備える。電力供給部は、内燃機関が停止していた期間の長さ、であるソーク時間と、外気温取得部により取得された気温と、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の量は常に一定とはならず、ソーク時間及び気温により変化する。そこで、上記構成の制御装置では、ソーク時間と、外気温取得部により取得された気温と、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と推測される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制御について説明するための図である。 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、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。
　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、外気温取得部１２と、駆動回路１３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１３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。
　外気温取得部１２は、車両ＭＶの周囲の気温、すなわち外気温を取得する処理を行う部分である。外気温取得部１２は、車両ＭＶに設けられた不図示の外気温センサからの信号に基づいて、外気温を取得する。このような外気温センサとしては、例えば、内燃機関１００に空気を供給するための吸気配管（不図示）の途中に設けられたサーミスタ等を用いることができる。このような態様に替えて、外気温取得部１２が、例えば、外部のサーバーから提供される気象情報を無線通信により取得し、当該気象情報に基づいて、車両ＭＶの位置における外気温を取得することとしてもよい。
　駆動回路１３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１３は、遮断回路１３１と、スイッチング回路１３２と、バッテリ１３３と、を有している。
　遮断回路１３１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１３１は閉状態とされる。遮断回路１３１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１３２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１３３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１３２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１３２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１３３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１３３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１３３が設けられていてもよい。
　本実施形態の駆動回路１３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１３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４（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１３２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４（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１３２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４（Ｂ）に示されるのは、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４（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、少なくとも上記の目標温度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４（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４（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。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４（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。
　図４（Ｃ）に示されるＥ１０は、電気加熱式触媒２００の内部における水分量が０の状態において、電気加熱式触媒２００の温度をＴ１０に到達させるために、目標電力量として設定されるべき値の理想値である。図４（Ｃ）の線Ｌ４０に示される例では、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４（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。図４（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。Ｅ１０は、水分が付着していない状態の電気加熱式触媒２００の温度をＴ１０に到達させるために、最低限必要となる発熱用電力の電力量、ということもできる。
　図４（Ａ）の線Ｌ２１、図４（Ｂ）の線Ｌ３１、及び図４（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。
　図４（Ｃ）に示されるＥ１１は、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着している状態において、電気加熱式触媒２００の温度をＴ１０に到達させるために、目標電力量として設定されるべき値の理想値である。
　この場合、図４（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４（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４（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。Ｅ１１は、水分が付着した状態の電気加熱式触媒２００の温度をＴ１０に到達させるために、最低限必要となる発熱用電力の電力量、ということもできる。
　図５（Ａ）には、図４（Ｂ）と同様に、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５（Ｂ）には、図４（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が設定されるのが好ましい。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が設定されるのが好ましい。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が設定されるのが好ましい。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。
　以上のようなＥ２０、Ｅ２１、及び、Ｅ２２は、それぞれ、電気加熱式触媒２００の温度をＴ１０に到達させるために、目標電力量として設定されるべき値の理想値である。電気加熱式触媒２００の内部に含まれる水分の量に応じて、目標電力量が適切に設定されれば、図５（Ａ）に示されるように、いずれの場合にも電気加熱式触媒２００の温度をＴ１０に到達させることができる。
　しかしながら、電気加熱式触媒２００の内部に含まれる水分の量を正確に取得することは困難であるから、Ｅ２０等のような理想的な目標電力量を設定することは難しい。そこで、本実施形態に係る制御装置１０の電力供給部１１は、水分の量に影響を与え得るパラメータに基づいて、電気加熱式触媒２００の温度を少なくともＴ１０に到達させるために必要な目標電力量を設定することとしている。すなわち、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の温度を正確に目標温度Ｔ１０に一致させるための目標電力量を設定するのではなく、電気加熱式触媒２００の温度を、少なくとも目標温度Ｔ１０以上まで上昇させることのできる目標電力量を設定することとしている。
　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６を参照しながら説明する。図６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６に示される一連の処理が開始されるのは、内燃機関１００が動作している期間における任意のタイミングである。
　当該処理の最初のステップＳ０１では、内燃機関１００が停止したか否かが判定される。内燃機関１００の動作状態は、例えば、内燃機関１００を制御する不図示の上位ＥＣＵから、通信により取得することができる。内燃機関１００が停止しておらず動作中であるときには、ステップＳ０１の処理が再度実行される。内燃機関１００が停止すると、ステップＳ０２に移行する。
　ステップＳ０２では、ソーク時間ｔｓの更新が行われる。ソーク時間ｔｓとは、内燃機関１００が停止していた期間の長さのことである。図６の処理が開始されるよりも前の時点においては、ｔｓの初期値が０に設定される。ステップＳ０２では、以下の式（１）に基づいてソーク時間ｔｓの値が更新される。
ｔｓ＝ｔｓ＋Δｔ・・・（１）
　式（１）の左辺第２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Ｓ０２に続くステップＳ０３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Ｓ０３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Ｓ０３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、ステップＳ０２以降の処理が再度実行され、ソーク時間ｔｓの値が更新される。電気加熱式触媒２００への通電が開始されるとステップＳ０４に移行する。ステップＳ０４に移行した時点で、ソーク時間ｔｓの値は確定する。この時点から、電気加熱式触媒２００には発熱用電力が供給されるのであるが、この時点において目標電力量の値は未定である。
　ステップＳ０４では、外気温であるＴａｍｂを取得する処理が、外気温取得部１４によって行われる。このＴａｍｂは、電気加熱式触媒２００への通電が開始された時点における、車両ＭＶの周囲の気温ということになる。
　ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、外気温Ｔａｍｂと、ソーク時間ｔｓとに基づいて、目標電力量であるＥｍａｘを算出する処理が電力供給部１１によって行われる。このＥｍａｘは、図５の例におけるＥ２２と同様に、電気加熱式触媒２００の内部に付着している水分量が最も多くなる場合において、電気加熱式触媒２００の温度を所定の目標温度Ｔ１０に到達させるために必要となる目標電力量のことである。「電気加熱式触媒２００の内部に付着している水分量が最も多くなる場合」とは、例えば、電気加熱式触媒２００における湿度が１００％である状態で、ソーク時間ｔｓが経過した場合のことである。
　具体的には、ステップＳ０５では、電気加熱式触媒２００の周囲における湿度が１００％となっており、且つ、車両ＭＶの周囲の気温がＴａｍｂとなっている状態で、ソーク時間ｔｓの間に蓄積されると予測される量の水分が電気加熱式触媒２００の内部に存在していると仮定した場合において、このような状態の電気加熱式触媒２００を目標温度Ｔ１０に到達させるために必要な電力量が、目標電力量Ｅｍａｘとして設定される。
　このような、Ｔａｍｂ及びｔｓの組み合わせと、設定されるＥｍａｘとの対応関係は、予め実験等で求めておき、制御装置１０の有する不図示の記憶装置に記憶しておけばよい。当該対応関係をｆ（）という関数で表すと、Ｅｍａｘは以下の式（２）に基づいて算出することができる。
Ｅｍａｘ＝ｆ（Ｔａｍｂ，ｔｓ）・・・（２）
　ステップＳ０５において目標電力量Ｅｍａｘの値が設定された後は、ステップＳ０６に移行する。ステップＳ０６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６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Ｓ０６では、以下の式（３）に基づいてＥｉｎの値が更新される。
Ｅｉｎ＝Ｅｉｎ＋ＰｉｎΔｔ・・・（３）
　式（３）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Ｓ０６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で設定された目標電力量Ｅｍａｘの値以上となったか否かが判定される。Ｅｉｎの値がＥｍａｘ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Ｅｍａｘ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。これにより、電力供給処理が終了する。
　ステップＳ０８の処理が実行された時点においては、電気加熱式触媒２００の温度は、少なくとも目標温度Ｔ１０以上となっているはずである。その理由は、電気加熱式触媒２００の内部に付着している実際の水分量は、目標電力量を少なくともＥｍａｘに設定すべき状況（この例では湿度１００％）における水分量に等しいか、もしくはそれよりも少ないはずだからである。
　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、内燃機関１００が停止していた期間の長さ、であるソーク時間と、外気温取得部１２により取得された気温と、に基づいて目標電力量を設定し、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。
　ソーク時間及び外気温は、電気加熱式触媒２００に付着した水分の量に影響を与えるパラメータである。本実施形態では、電気加熱式触媒２００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２００に付着したと推測される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２００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。
　本実施形態に係る制御装置１０の電力供給部１１は、所定量の水分を含んだ状態の電気加熱式触媒２００を、所定の目標温度（Ｔ１０）に到達させるまでに必要な電力量、として目標電力量（Ｅｍａｘ）を設定する。
　上記の「所定量」とは、電気加熱式触媒２００の周囲における湿度が１００％であり、且つ、車両ＭＶの周囲の気温が、外気温取得部１２で取得された値（Ｔａｍｂ）である状態で、ソーク時間（ｔｓ）の間に電気加熱式触媒２００の内部に蓄積される水分の量である。
　当該水分量は、ソーク時間ｔｓの間において、電気加熱式触媒２００の内部に蓄積されると予想される水分の最大量、ということができる。実際の水分量はそれ以下であるから、目標電力量としてＥｍａｘが投入されると、電気加熱式触媒２００の温度は少なくとも目標温度Ｔ１０以上まで確実に上昇することとなる。
　以上のような方法により、電力供給部１１は、例えば実際の湿度を計測するなどして水分量を正確に算出することなく、電気加熱式触媒２００の温度を確実に目標温度Ｔ１０以上まで上昇させ、電気加熱式触媒２００の浄化性能を発揮し得る状態とすることができる。
　先に述べたように、目標電力量Ｅｍａｘを設定する際における上記の「所定量」とは、電気加熱式触媒２００の周囲における湿度が１００％であり、且つ、車両ＭＶの周囲の気温が、外気温取得部１４で取得された値（Ｔａｍｂ）である状態で、ソーク時間（ｔｓ）の間に電気加熱式触媒２００の内部に蓄積される水分の量である。つまり、本実施形態では、電気加熱式触媒２００の周囲における湿度が１００％であるという仮定の下で、電気加熱式触媒２００に蓄積される水分量が設定され、当該設定を前提として、目標電力量Ｅｍａｘが設定される。
　ただし、上記の湿度は、１００％とは異なる値としてもよい。例えば、電気加熱式触媒２００の周囲における湿度が所定値以上（例えば９５％以上）であるという仮定の下で、電気加熱式触媒２００に蓄積される水分量が設定され、当該設定を前提として、目標電力量Ｅｍａｘが設定されることとしてもよい。つまり、目標電力量Ｅｍａｘを設定する際における上記の「所定量」とは、電気加熱式触媒２００の周囲における湿度が所定値以上であり、且つ、車両ＭＶの周囲の気温が、外気温取得部１４で取得された値（Ｔａｍｂ）である状態で、ソーク時間（ｔｓ）の間に電気加熱式触媒２００の内部に蓄積される水分の量であってもよい。
　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 (4)

  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は、内燃機関（１００）を有する車両（ＭＶ）に搭載されるものであり、
    　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、
    　前記車両の周囲の気温を取得する外気温取得部（１２）と、を備え、
    　前記電力供給部は、
    　前記内燃機関が停止していた期間の長さ、であるソーク時間と、前記外気温取得部により取得された気温と、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、
    　所定量の水分を含んだ状態の前記電気加熱式触媒を、所定の目標温度に到達させるまでに必要な電力量、として前記目標電力量を設定する、請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記所定量とは、
    　前記電気加熱式触媒の周囲における湿度が所定値以上であり、且つ、前記車両の周囲の気温が、前記外気温取得部で取得された値である状態で、前記ソーク時間の間に前記電気加熱式触媒の内部に蓄積される水分の量である、請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記所定値とは１００％である、請求項３に記載の制御装置。
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