触媒温度算出装置
【課題】電気加熱式の触媒の温度を高精度で算出可能な触媒温度算出装置を提供する。
【解決手段】通電している時の触媒抵抗値Ｒｅｈｃを検出し、その検出値に基づき中央Ｒ−Ｔ特性を用いて触媒温度Ｔｅｈｃを算出する触媒温度算出装置において、触媒（ＥＨＣ）への通電を停止している通電停止期間中の触媒温度を、触媒抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度Ｔｇとして推定する温度推定手段Ｓ１６と、その通電停止期間中に瞬時通電させ、その時の触媒抵抗の検出値を学習用抵抗値Ｒｇとして取得する抵抗取得手段Ｓ１７とを備える。そして、学習用温度Ｔｇ及び学習用抵抗値Ｒｇに基づき補正した中央Ｒ−Ｔ特性を用いて、通電発熱時に検出した触媒抵抗値Ｒｅｈｃに基づき通電発熱時の触媒温度Ｔｅｈｃを算出する。
【解決手段】通電している時の触媒抵抗値Ｒｅｈｃを検出し、その検出値に基づき中央Ｒ−Ｔ特性を用いて触媒温度Ｔｅｈｃを算出する触媒温度算出装置において、触媒（ＥＨＣ）への通電を停止している通電停止期間中の触媒温度を、触媒抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度Ｔｇとして推定する温度推定手段Ｓ１６と、その通電停止期間中に瞬時通電させ、その時の触媒抵抗の検出値を学習用抵抗値Ｒｇとして取得する抵抗取得手段Ｓ１７とを備える。そして、学習用温度Ｔｇ及び学習用抵抗値Ｒｇに基づき補正した中央Ｒ−Ｔ特性を用いて、通電発熱時に検出した触媒抵抗値Ｒｅｈｃに基づき通電発熱時の触媒温度Ｔｅｈｃを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する触媒であって、通電されて発熱する電気加熱式の触媒に適用された、触媒温度算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管には、排気中の有害物質を浄化する触媒が備えられているのが一般的であるが、内燃機関の始動時等、触媒の温度が活性化温度に達していない場合には、早期に触媒を加熱して活性化させることが要求される。その加熱手法として特許文献１には、触媒に電流を流して触媒自体を発熱させる電気加熱式触媒（以下、ＥＨＣと記載）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６０２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＨＣが活性化温度にまで上昇したか否かの判定や、ＥＨＣが損傷するほどに過剰に昇温しているかを判定するには、触媒温度Ｔを取得することが必要となる。そして、ＥＨＣへ通電している時の触媒抵抗値Ｒと触媒温度Ｔとは相関（図４に示すＲ−Ｔ特性参照）があるため、通電時の抵抗値Ｒを検出すれば触媒温度Ｔを算出することができ、温度センサを不要にできる。
【０００５】
但し、ＥＨＣの個体差ばらつきや経年劣化によりＲ−Ｔ特性は異なってくるので、Ｒ−Ｔ特性を定期的に学習する必要がある。しかしながら、ＥＨＣに、部分的に抵抗が低くなっている箇所が存在していると、その箇所に集中して電流が流れることとなる。すると、その箇所だけ温度が高くなるとともに、検出される触媒抵抗値ＲはＲ−Ｔ特性よりも低い値になるため、この場合にはＲ−Ｔ特性を誤学習してしまう。よって、検出した触媒抵抗値Ｒに基づきＲ−Ｔ特性を用いて触媒温度Ｔを算出するにあたり、その算出精度が低下する。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電気加熱式の触媒の温度を高精度で算出可能な触媒温度算出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、内燃機関の排気を浄化する触媒のうち、通電されて発熱する電気加熱式の触媒に適用され、前記触媒への通電を停止している通電停止期間中の前記触媒の温度を、前記触媒の電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定する温度推定手段と、前記温度推定手段による推定時に前記触媒へ瞬時通電させ、その時に検出された前記触媒の電気抵抗値を学習用抵抗値として取得する抵抗取得手段と、通電して発熱させている時の前記触媒の電気抵抗値を検出し、その検出値と、前記学習用温度及び前記学習用抵抗値とに基づき、通電発熱時の触媒温度を算出する触媒温度算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば要するに、通電停止期間中の学習用温度及び学習用抵抗値を推定又は取得し、これらの学習値を用いて、通電発熱時の触媒抵抗値に基づき通電発熱時の触媒温度を算出する。そのため、低抵抗の箇所に集中して電流が流れることのない状況下（低抵抗の箇所だけ温度が高くなっていることのない状況下）での触媒温度及び触媒抵抗値に基づき、例えば相関特性を補正し、その補正した相関特性を用いて触媒抵抗値に基づき通電発熱時の触媒温度を算出することができる。よって、通電発熱時の触媒温度を高精度で算出できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を停止させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする。
【００１１】
温度推定手段は、通電停止期間中の触媒温度を、前記電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定しなければならないが、内燃機関が停止中であり十分に冷やされた状態であれば、例えば外気温度や機関冷却水温度等が触媒温度と同一温度になっているとみなすことができる。よって、上記発明によれば、通電停止期間中の触媒温度（学習用温度）を高精度で推定できる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする。
【００１３】
温度推定手段は、通電停止期間中の触媒温度を、前記電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定しなければならないが、内燃機関を定常運転させている時であれば、例えば排気温度や吸気温度、外気温度、機関冷却水温度、排気流量等に基づき触媒温度を高精度で推定できる。よって、上記発明によれば、通電停止期間中の触媒温度（学習用温度）を高精度で推定できる。
【００１４】
ちなみに、上記「定常運転」とは、内燃機関の負荷が一定である状態が所定時間以上継続した運転の状態であり、例えば、排気温度を検出し、その検出値の振れ幅が所定温度以内であれば定常運転であるとみなしてもよい。
【００１５】
請求項４記載の発明では、前記温度推定手段は、前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を推定するにあたり、前記触媒にて排気を浄化させる時に生じる反応熱による触媒温度上昇分を加味して推定することを特徴とする。
【００１６】
内燃機関を運転させている時には、触媒は排気を浄化するよう作用しているため、酸化反応又は還元反応が触媒上で発生している。この点を考慮した上記発明では、反応熱による触媒温度上昇分を加味して触媒温度（学習用温度）を推定するので、その推定精度を向上できる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、前記温度推定手段が推定に用いる前記物理量とは、外気温度センサ、機関冷却水温度センサ、吸気温度センサ、及び排気温度センサによる検出値の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１８】
これらのセンサによる検出値は、例えば内燃機関を停止させている時や定常運転させている時には触媒温度と相関が高いので、これらの検出値を用いれば容易に触媒温度を推定でき、好適である。
【００１９】
請求項６記載の発明では、前記触媒には、導電性のセラミック触媒が適用されていることを特徴とする。
【００２０】
ここで、金属触媒の場合には、触媒温度が変化しても電気抵抗値は大きく変化しないので、電気抵抗値に基づき触媒温度を高精度で算出することは困難である。これに対し上記発明の如く導電性のセラミック触媒を適用した場合には、触媒温度の変化に対する電気抵抗値の変化が大きく現れるので、電気抵抗値に基づき触媒温度を高精度で算出することができる。しかも、セラミック触媒は金属触媒に比べて耐熱性が高いので、触媒が熱損傷する懸念を低減できる。また、セラミック触媒は金属触媒に比べて電気抵抗値が高いので、僅かな電流を流すだけで所望の発熱量を得ることができる。よって、電力供給手段を構成する各種電気部品に安価な部品を選定できる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、前記セラミック触媒は、温度が上昇するほど電気抵抗値が低下する特性（ＮＴＣ(Negative Temperature Coefficient)特性）を有するものであることを特徴とする。
【００２２】
このようなＮＴＣ特性を有したセラミック触媒の場合、低抵抗箇所に集中して電流が流れると、その箇所の温度が上昇し、その温度上昇に伴いその箇所の電気抵抗値がさらに低くなる。そのため、低抵抗箇所での電流が増大していき、温度が急上昇して温度分布のばらつきが顕著となる。よって、「通電停止期間中の学習用温度及び学習用抵抗値を用いて、通電発熱時の触媒温度を算出する」といった要旨の請求項１〜６のいずれか１つに記載の発明を、このようなＮＴＣ特性のセラミック触媒に適用すれば、低抵抗の箇所に集中して電流が流れることのない状況下での触媒温度及び触媒抵抗値を用いて、通電発熱時の触媒温度を高精度で算出できるといった先述の効果が好適に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示す触媒温度算出装置が適用される触媒と、その触媒の内燃機関に対する取付け位置を示す図。
【図２】図１に示す触媒の構成を示す斜視図。
【図３】図１及び図２の等価回路図。
【図４】図１〜図３に示すセラミック担体の温度（触媒温度Ｔ）と、触媒抵抗値Ｒとの相関特性（Ｒ−Ｔ特性）を示すグラフ。
【図５】図１の制御装置により実行される学習処理の手順を示すフローチャート。
【図６】図５の処理で学習される各々の学習ポイントを示す図。
【図７】触媒温度、ＥＨＣ通電状態、及び触媒温度安定状態についての変化を示すタイムチャート。
【図８】図１の制御装置により実行される触媒温度Ｔｅｈｃの算出処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、触媒温度算出装置の適用対象となる触媒の内燃機関に対する取付け位置を示す図である。この内燃機関１０は、火花点火式のガソリンエンジンを想定したものであり、車両に搭載されて走行駆動源として機能する。また、本実施形態の車両は、走行用モータ（図示せず）を備えており、内燃機関１０及び走行用モータを駆動源として走行する。
【００２６】
内燃機関１０の排気管１１には、電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ２０(Electrically Heated Catalyst)）と、ＥＨＣ２０の下流側に位置して通電されることのない三元触媒３０とが取り付けられている。これらＥＨＣ２０及び三元触媒３０は、排気中のＨＣを酸化させるとともに、ＣＯ、ＮＯｘを還元させて浄化するものである。なお、ＥＨＣ２０は三元触媒３０よりも浄化量が少ない小型である。このように小型にすることで、ＥＨＣ２０が活性化温度にまで上昇するのに要する時間の短縮を図っている。
【００２７】
図２は、ＥＨＣ２０の構成を示す斜視図であり、ＥＨＣ２０は、導電性のセラミック担体２１に触媒を担持させて構成されている。また、セラミック担体２１には一対の電極２２，２３が取り付けられている。電源装置２４から電極２２，２３へ電力供給すると、プラス電極２２からセラミック担体２１を通じてマイナス電極２３へ電流が流れる（符号Ｉ１〜Ｉ５参照）。これによりセラミック担体２１自体が発熱して温度上昇する。
【００２８】
制御装置２５は、ＥＨＣ２０への通電オンと通電オフを切り替えるよう電源装置２４のスイッチ２４ａ（図３参照）の作動を制御する装置である。なお、本実施形態にかかる車両は、走行用モータへ電力供給する走行モータ用バッテリ２４ｂ（例えば図３に示すリチウム蓄電池）を備えており、電源装置２４は、走行モータ用バッテリ２４ｂの高電圧（例えば４００Ｖ）を電極２２，２３へ印加するよう構成されている。
【００２９】
図３は、図１及び図２の等価回路である。セラミック担体２１は、その部位によって電気抵抗値（電流の流れ易さ）が異なる。つまり、異なる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した回路と等価である。なお、図２中の符号Ｉ１〜Ｉ５の各々は抵抗Ｒ１〜Ｒ５を流れる電流を表している。そして、例えば抵抗Ｒ１の抵抗値が最も低い場合には、抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉ１が他の電流Ｉ２〜Ｉ５に比べて多くなる（図中の矢印参照）。すると、セラミック担体２１のうち抵抗Ｒ１に相当する箇所（低抵抗箇所２１ｐ）の温度が、他の箇所よりも高くなる。しかも、本実施形態にかかるＥＨＣ２０はＮＴＣ特性を有するので、低抵抗箇所２１ｐは温度上昇してさらに抵抗が低くなり、低抵抗箇所の温度上昇が促進されていくといった、局所加熱の状態に陥る場合がある。
【００３０】
また、電源装置２４は、セラミック担体２１へ供給する電流を検出する電流検出回路２４ｃを有している。そして、検出した電流値は制御装置２５へ出力される。また、走行モータ用バッテリ２４ｂの蓄電量を制御する図示しないバッテリ制御装置は、走行モータ用バッテリ２４ｂの端子電圧を検出し、検出した電圧は制御装置２５へ出力される。そして、制御装置２５は、入力されてくる電流値及びバッテリ端子電圧に基づき、セラミック担体２１の抵抗値（触媒抵抗値Ｒ）を算出する。この触媒抵抗値Ｒは、Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値に相当する。
【００３１】
図４は、セラミック担体２１の温度（触媒温度Ｔ）と、触媒抵抗値Ｒとの相関特性（Ｒ−Ｔ特性）を示すグラフである。このように触媒温度Ｔと触媒抵抗値Ｒとは相関がある。よって、予め試験により取得したＲ−Ｔ特性を、制御装置２５が有するメモリに記憶させておけば、上述の如く算出した触媒抵抗値Ｒに基づきＲ−Ｔ特性を参照して触媒温度Ｔを算出することができる。なお、本実施形態にかかるセラミック担体２１のＲ−Ｔ特性は、図４に示すように温度Ｔが上昇するほど抵抗値Ｒが低下するＮＴＣ特性である。
【００３２】
但し、ＥＨＣ２０の個体差ばらつきや経年劣化により、Ｒ−Ｔ特性は異なってくる。例えば図４中の一点鎖線は、個体差ばらつきや経年劣化が生じていない時の中央Ｒ−Ｔ特性を示す。これに対し図４中の実線は、実際のＲ−Ｔ特性を示すものであり、個体差ばらつき及び経年劣化により、中央Ｒ−Ｔ特性に対してずれが生じている。したがって、検出した触媒抵抗Ｒ及びその時の実際の温度Ｔと、中央Ｒ−Ｔ特性とのずれ（差分）を定期的に学習し、その学習結果を加味して触媒温度を算出することが必要となる。
【００３３】
しかしながら、図３中の矢印を用いて先述したように、実際にはＲ１〜Ｒ５にばらつきが存在するので、セラミック担体２１上の部位によって温度が異なる。つまり温度分布にばらつきが生じている。特に先述した局所加熱に陥っている場合には温度分布ばらつきが大きくなる。そのため、電流検出回路２４ｃで検出した電流値に基づき算出した抵抗値（検出抵抗値）を用いて、Ｒ−Ｔ特性を参照して触媒温度Ｔを算出すると、その触媒温度Ｔは実際の温度と異なる値となる。よって、このような温度分布ばらつきが生じている状態で上記学習を実施すると、Ｒ−Ｔ特性を誤学習してしまい、触媒温度Ｔを算出するにあたりその算出精度が低下する。
【００３４】
そこで本実施形態では、学習用の触媒温度Ｔｇ及び触媒抵抗値Ｒｇを、ＥＨＣへの通電を停止させている期間中に取得して、Ｒ−Ｔ特性を補正（学習）させる。以下、当該学習の手順を、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。図５は、制御装置２５が有するマイクロコンピュータによる上記学習の処理手順を示すフローチャートであり、所定周期で繰り返し実行される。
【００３５】
先ず、図５に示すステップＳ１０において、ＥＨＣ２０への電力供給を所定時間以上停止させるよう、スイッチ２４ａを通電オフさせているか否かを判定する。所定時間以上通電オフさせていると判定されれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、先述した温度分布むらが生じていない（温度均一）とみなすことができ、ステップＳ１１へ進む。一方、所定時間以上通電オフさせていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、次のステップＳ１４において、触媒温度が不均一の状態であると判定する。
【００３６】
ステップＳ１１では、内燃機関１０を所定時間以上停止させているか否かを判定する。肯定判定されれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、次のステップＳ１２において、実際の触媒温度Ｔは変動することなく安定した状態であると判定する。また、内燃機関１０が運転している最中であっても（Ｓ１１：ＮＯ）、定常運転している状態であれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進んで触媒温度Ｔは変動することなく安定した状態であると判定する。定常運転でないと判定（Ｓ１３：ＮＯ）されれば、次のステップＳ１５において、触媒温度Ｔは短時間で大きく変化する不安定な状態であると判定する。
【００３７】
なお、定常運転であるか否かの判定は、機関負荷が一定である状態が所定時間以上継続している場合に定常運転であると判定すればよい。或いは、排気温度センサにより検出される排気温度の変化が、所定温度範囲内での変化であれば定常運転であると判定すればよい。
【００３８】
要するに、上記学習を行うためには、温度分布ばらつきが生じていない時の触媒抵抗値Ｒと、その触媒抵抗値Ｒとは別の物理量に基づき推定される触媒温度Ｔとを、学習用抵抗値Ｒｇ及び学習用温度Ｔｇとして取得する必要がある。したがって、その取得条件として、触媒温度に分布ばらつきが生じていない温度均一状態であること、及び触媒温度Ｔを推定可能にすべく触媒温度が安定していることを、学習用抵抗値Ｒｇ及び学習用温度Ｔｇを取得する条件としている。
【００３９】
そして、これらの条件を満たしてステップＳ１２で温度均一かつ安定と判定された場合に、続くステップＳ１６（温度推定手段）では、その時の触媒温度を推定してその推定温度を学習用温度Ｔｇとして取得する。以下、触媒温度を推定する具体例を列挙する。
【００４０】
例えば、所定時間以上エンジン停止している場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、外気温度センサ（図示せず）により検出される外気温度と、触媒温度Ｔとは同じになっているとみなし、外気温度を触媒温度Ｔとして推定すればよい。或いは、機関冷却水温度センサ（図示せず）により検出される冷却水温度と、触媒温度Ｔとは同じになっているとみなしてもよい。或いは、吸気温度センサ又は排気温度センサ（図示せず）により検出される温度と触媒温度Ｔとは同じになっているとみなしてもよい。
【００４１】
例えば、定常運転している場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、エンジン運転状態に基づき触媒温度Ｔを推定できる。具体的には、エンジンの運転状態に応じて推定される排気温度に基づき触媒温度Ｔを推定する。この場合、ＥＨＣ２０の触媒上では酸化還元反応による反応熱が生じているので、その反応熱を排気温度に加算した値を触媒温度Ｔとして推定すればよい。
【００４２】
続くステップＳ１７（抵抗取得手段）では、その時の触媒抵抗値を学習用抵抗値Ｒｇとして検出する。具体的には、ＥＨＣ２０への通電オフ時にスイッチ２４ａを瞬時通電させ、その時の電流検出回路２４ｃで検出された電流値及びバッテリ端子電圧に基づき、触媒抵抗値（Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値）を算出し、その値を学習用抵抗値Ｒｇとする。
【００４３】
続くステップＳ１８では、ステップＳ１７で検出した学習用抵抗値Ｒｇに基づき、制御装置２５に予め記憶された中央Ｒ−Ｔ特性を参照して中央特性の触媒温度Ｔｂを算出する。
【００４４】
続くステップＳ１９では、ステップＳ１８で算出した中央特性触媒温度Ｔｂと、ステップＳ１６で取得した実際の触媒温度（学習用温度Ｔｇ）との偏差ΔＴを算出する。この偏差ΔＴが、先述したＥＨＣ２０の個体差ばらつき及び経年劣化によるずれ量に相当する。
【００４５】
続くステップＳ２０では、ステップＳ１９で算出した偏差ΔＴと、その時の学習用抵抗値Ｒｇとの組み合わせを、制御装置２５が有するメモリに学習値として記憶する。但し、この偏差ΔＴ（ずれ量）は、その時の抵抗値（学習用抵抗値Ｒｇ）又は温度（学習用温度Ｔｇ）に応じて異なる値となるため、複数のポイント毎に、学習用抵抗値Ｒｇの検出及び学習用温度Ｔｇの推定を実施して学習値として記憶させる。図４の例では、学習用抵抗値Ｒｇ１，Ｒｇ２，Ｒｇ３の各々について偏差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３を算出している。
【００４６】
図６は、各々の学習ポイント（Ｒｇ１，ΔＴ１）（Ｒｇ２，ΔＴ２）（Ｒｇ３，ΔＴ３）を示しており、各ポイント間の値については、図６に示すように線形補間される。以上により、図５の学習処理を終了する。
【００４７】
図７は、触媒温度、ＥＨＣ２０への通電状態、及び触媒温度安定状態についての変化を示すタイムチャートである。先ず、車両運転者がイグニッションスイッチをオン操作するｔ１時点から、ＥＨＣ２０への通電を開始するｔ２時点までの間は、電源装置２４からＥＨＣ２０への電力供給を実施していない状態であるため、ＥＨＣ２０への通電状態はオフになっている。また、前回通電オフさせてからｔ１時点までの間に十分な時間（所定時間）が経過しているため、ｔ１時点ではステップＳ１０にて肯定判定され、温度均一の状態であると判定される（Ｓ１２）。
【００４８】
また、前回エンジンを停止させてからｔ１時点までの間に十分な時間（所定時間）が経過しているため、ｔ１時点ではステップＳ１１にて肯定判定され、触媒温度は安定した状態であると判定される（Ｓ１２）。したがって、ｔ１時点からｔ２時点までの期間は、学習用温度Ｔｇ１の推定（Ｓ１６）及び学習用抵抗値Ｒｇ１の検出（Ｓ１７）が実施され、これらのＴｇ１，Ｒｇ１を学習値として記憶させる（Ｓ２０）。
【００４９】
次に、ｔ２時点において、エンジンを始動させるに先立ち、スイッチ２４ａを通電作動させてＥＨＣ２０へ電力供給する。これにより、触媒温度ＴはＴｇ１から上昇していく。そして、触媒温度Ｔが活性化温度Ｔｔｈにまで上昇したｔ３時点で、ＥＨＣ２０の暖機を終了させるべくスイッチ２４ａを通電オフにする。
【００５０】
ｔ３時点からｔ４時点までは高温の排ガスによりＥＨＣ２０は加熱されて、触媒温度は上昇していく。そして、ｔ４時点では定常運転により触媒温度はＴｇ２で安定している。したがって、ｔ２〜ｔ３の期間はステップＳ１０で否定判定され、ｔ３〜ｔ４の期間はステップＳ１３で否定判定される。よって、ｔ２〜ｔ４の期間において上記学習を実施しない。
【００５１】
その後、ＥＨＣ２０への通電がオフであり、かつ、定常運転しているｔ４時点以降では、ステップＳ１３で肯定判定される。よって、学習用温度Ｔｇ２の推定（Ｓ１６）及び学習用抵抗値Ｒｇ２の検出（Ｓ１７）が実施され、これらのＴｇ２，Ｒｇ２を学習値として記憶させる（Ｓ２０）。
【００５２】
図８は、上述の如く学習したＲ−Ｔ特性を用いて、検出した触媒抵抗Ｒｅｈｃに基づき触媒温度Ｔｅｈｃを算出する処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置２５が有するマイクロコンピュータにより、所定周期で繰り返し実行される。
【００５３】
なお、図７を用いて先述したように、ＥＨＣ２０への通電を開始したｔ２時点から、触媒温度が活性化温度Ｔｔｈに達するｔ３時点までの期間に、ＥＨＣ２０へ電力供給して加熱させることにより、ＥＨＣ２０の早期活性化を図る。そして、この電力供給期間中に、図８の処理により触媒温度Ｔｅｈｃを算出する。そして、算出した触媒温度Ｔｅｈｃは、活性化温度Ｔｔｈに達したか否かの判定に用いられる。
【００５４】
また、電力供給期間中でない場合においても、スイッチ２４ａを瞬時通電させて触媒抵抗値Ｒｅｈｃを検出して、その時の触媒温度Ｔｅｈｃを図８の処理により算出する。そして、触媒温度Ｔｅｈｃが上限温度にまで上昇している場合には、ＥＨＣ２０の熱損傷を回避すべく、排気温度を低下させるようにエンジン運転状態を制御する。
【００５５】
先ず、図８に示すステップＳ３０において、図５の処理による学習点数が２点以上であるか否かを判定する。２点以上でないと判定されれば（Ｓ３０：ＮＯ）、図６に示す線形補間が実施できないため、触媒温度Ｔｅｈｃを算出することなく図８の処理を一旦終了させる。
【００５６】
２点以上学習されていると判定されれば（Ｓ３０：ＹＥＳ）、続くステップＳ３１では、図５のステップＳ１７と同様にして、その時の電流検出回路２４ｃで検出された電流値及びバッテリ端子電圧に基づき、触媒抵抗値Ｒｅｈｃ（Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値）を算出する。
【００５７】
続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で検出した触媒抵抗値Ｒｅｈｃに基づき、中央Ｒ−Ｔ特性に対応する触媒温度Ｔｂを算出する。続くステップＳ３３（補正手段）では、図５のステップＳ２０で記憶した学習値に基づき作成された、図６に示す線形補間演算式、つまり補正量Ｔｃと触媒抵抗Ｒｅｈｃとの関係式に基づき、触媒抵抗値Ｒｅｈｃに対応する温度補正量Ｔｃを算出する。続くステップＳ３４（触媒温度算出手段）では、ステップＳ３２で算出した中央特性の触媒温度Ｔｂに、ステップＳ３３で算出した温度補正量Ｔｃを加算することで、触媒温度Ｔｅｈｃを算出する。
【００５８】
以上詳述した本実施形態によれば、要するに、学習用抵抗値Ｒｇ及び学習用温度Ｔｇを、ＥＨＣ２０への通電停止期間中に取得するとともに、触媒温度Ｔｅｈｃの算出に用いる中央Ｒ−Ｔ特性を取得したＲｇ及びＴｇに基づき補正していると言える。
【００５９】
したがって、低抵抗箇所２１ｐに集中して電流が流れることのない状況下（低抵抗箇所２１ｐだけ温度が高くなっていることのない状況下）での触媒温度及び触媒抵抗値に基づき中央Ｒ−Ｔ特性を補正できる。よって、前記補正を高精度で実施することができるので、このような補正を加味して得られた通電時の触媒抵抗値Ｒｅｈｃに基づき触媒温度Ｔｅｈｃを算出する本実施形態によれば、高精度で触媒温度Ｔｅｈｃを算出できる。
【００６０】
また、図５の学習処理では、通電停止期間中の触媒温度を、抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度Ｔｇとして推定しなければならないが、エンジン停止期間中であれば、例えば外気温度や機関冷却水温度等が触媒温度Ｔｇと同一温度になっているとみなすことができるので、触媒温度を高精度で推定できる。この点を鑑みた本実施形態によれば、所定時間以上エンジンを停止させている時の学習用温度Ｔｇ１及び学習用抵抗値Ｒｇ１を用いて中央Ｒ−Ｔ特性を補正していると言えるので、その補正を高精度にできる。
【００６１】
また、エンジンの定常運転時であれば、例えば排気温度や吸気温度、外気温度、機関冷却水温度等に基づき触媒温度を高精度で推定できる。この点を鑑みた本実施形態によれば、定常運転時の学習用温度Ｔｇ２（つまり高精度で推定されている触媒温度）及び学習用抵抗値Ｒｇ２を用いて相関特性を補正していると言えるので、その補正を高精度にできる。
【００６２】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００６３】
・上述した図５のステップＳ１６（温度推定手段）では、エンジンの運転状態に応じて排気温度を推定し、その推定した排気温度に基づき触媒温度Ｔ（学習用温度Ｔｇ）を推定しているが、排気温度センサにより排気温度を直接検出し、その検出した排気温度に基づき触媒温度Ｔを推定するようにしてもよい。
【００６４】
・図８の触媒温度算出処理では、学習点数が２点以上であることを条件（Ｓ３０：ＹＥＳ）として触媒温度Ｔｅｈｃの算出を実施しているが、例えば触媒温度を複数の領域に分割し、２つ以上の領域において学習が完了していることを条件として触媒温度Ｔｅｈｃの算出を実施するようにしてもよい。
【００６５】
・図２に例示するセラミック担体２１を用いたＥＨＣ２０に本発明を適用させているが、金属製の担体を用いたＥＨＣに本発明を適用させてもよい。
【００６６】
・図２に例示するセラミック担体２１には、温度Ｔが上昇するほど抵抗値Ｒが低下するＮＴＣ特性を有する担体を適用させているが、温度Ｔの上昇に伴い抵抗値Ｒも上昇する特性を有する担体を適用させてもよい。
【００６７】
・図５のステップＳ２０では、中央特性触媒温度Ｔｂと学習用温度Ｔｇとの偏差ΔＴを学習値として記憶させているが、学習用温度Ｔｇをそのまま記憶させてもよい。具体的には、各々の学習ポイント（Ｒｇ１，Ｔｇ１）（Ｒｇ２，Ｔｇ２）（Ｒｇ３，Ｔｇ３）を記憶させる。
【００６８】
・図８のステップＳ３２〜Ｓ３４では、中央特性の触媒温度Ｔｂを算出し、その算出値を学習値に基づき補正して触媒温度Ｔｅｈｃを算出しているが、中央Ｒ−Ｔ特性を学習値に基づき補正して、その補正後のＲ−Ｔ特性に基づき触媒温度Ｔｅｈｃを算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
２０…ＥＨＣ（セラミック触媒）、２５…制御装置（抵抗検出手段）、Ｓ１６…温度推定手段、Ｓ１７…抵抗取得手段、Ｓ３３…補正手段、Ｓ３４…触媒温度算出手段、Ｒｇ…学習用抵抗値、Ｔｇ…学習用温度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する触媒であって、通電されて発熱する電気加熱式の触媒に適用された、触媒温度算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管には、排気中の有害物質を浄化する触媒が備えられているのが一般的であるが、内燃機関の始動時等、触媒の温度が活性化温度に達していない場合には、早期に触媒を加熱して活性化させることが要求される。その加熱手法として特許文献１には、触媒に電流を流して触媒自体を発熱させる電気加熱式触媒（以下、ＥＨＣと記載）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６０２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＨＣが活性化温度にまで上昇したか否かの判定や、ＥＨＣが損傷するほどに過剰に昇温しているかを判定するには、触媒温度Ｔを取得することが必要となる。そして、ＥＨＣへ通電している時の触媒抵抗値Ｒと触媒温度Ｔとは相関（図４に示すＲ−Ｔ特性参照）があるため、通電時の抵抗値Ｒを検出すれば触媒温度Ｔを算出することができ、温度センサを不要にできる。
【０００５】
但し、ＥＨＣの個体差ばらつきや経年劣化によりＲ−Ｔ特性は異なってくるので、Ｒ−Ｔ特性を定期的に学習する必要がある。しかしながら、ＥＨＣに、部分的に抵抗が低くなっている箇所が存在していると、その箇所に集中して電流が流れることとなる。すると、その箇所だけ温度が高くなるとともに、検出される触媒抵抗値ＲはＲ−Ｔ特性よりも低い値になるため、この場合にはＲ−Ｔ特性を誤学習してしまう。よって、検出した触媒抵抗値Ｒに基づきＲ−Ｔ特性を用いて触媒温度Ｔを算出するにあたり、その算出精度が低下する。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電気加熱式の触媒の温度を高精度で算出可能な触媒温度算出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、内燃機関の排気を浄化する触媒のうち、通電されて発熱する電気加熱式の触媒に適用され、前記触媒への通電を停止している通電停止期間中の前記触媒の温度を、前記触媒の電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定する温度推定手段と、前記温度推定手段による推定時に前記触媒へ瞬時通電させ、その時に検出された前記触媒の電気抵抗値を学習用抵抗値として取得する抵抗取得手段と、通電して発熱させている時の前記触媒の電気抵抗値を検出し、その検出値と、前記学習用温度及び前記学習用抵抗値とに基づき、通電発熱時の触媒温度を算出する触媒温度算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば要するに、通電停止期間中の学習用温度及び学習用抵抗値を推定又は取得し、これらの学習値を用いて、通電発熱時の触媒抵抗値に基づき通電発熱時の触媒温度を算出する。そのため、低抵抗の箇所に集中して電流が流れることのない状況下（低抵抗の箇所だけ温度が高くなっていることのない状況下）での触媒温度及び触媒抵抗値に基づき、例えば相関特性を補正し、その補正した相関特性を用いて触媒抵抗値に基づき通電発熱時の触媒温度を算出することができる。よって、通電発熱時の触媒温度を高精度で算出できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を停止させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする。
【００１１】
温度推定手段は、通電停止期間中の触媒温度を、前記電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定しなければならないが、内燃機関が停止中であり十分に冷やされた状態であれば、例えば外気温度や機関冷却水温度等が触媒温度と同一温度になっているとみなすことができる。よって、上記発明によれば、通電停止期間中の触媒温度（学習用温度）を高精度で推定できる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする。
【００１３】
温度推定手段は、通電停止期間中の触媒温度を、前記電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定しなければならないが、内燃機関を定常運転させている時であれば、例えば排気温度や吸気温度、外気温度、機関冷却水温度、排気流量等に基づき触媒温度を高精度で推定できる。よって、上記発明によれば、通電停止期間中の触媒温度（学習用温度）を高精度で推定できる。
【００１４】
ちなみに、上記「定常運転」とは、内燃機関の負荷が一定である状態が所定時間以上継続した運転の状態であり、例えば、排気温度を検出し、その検出値の振れ幅が所定温度以内であれば定常運転であるとみなしてもよい。
【００１５】
請求項４記載の発明では、前記温度推定手段は、前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を推定するにあたり、前記触媒にて排気を浄化させる時に生じる反応熱による触媒温度上昇分を加味して推定することを特徴とする。
【００１６】
内燃機関を運転させている時には、触媒は排気を浄化するよう作用しているため、酸化反応又は還元反応が触媒上で発生している。この点を考慮した上記発明では、反応熱による触媒温度上昇分を加味して触媒温度（学習用温度）を推定するので、その推定精度を向上できる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、前記温度推定手段が推定に用いる前記物理量とは、外気温度センサ、機関冷却水温度センサ、吸気温度センサ、及び排気温度センサによる検出値の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１８】
これらのセンサによる検出値は、例えば内燃機関を停止させている時や定常運転させている時には触媒温度と相関が高いので、これらの検出値を用いれば容易に触媒温度を推定でき、好適である。
【００１９】
請求項６記載の発明では、前記触媒には、導電性のセラミック触媒が適用されていることを特徴とする。
【００２０】
ここで、金属触媒の場合には、触媒温度が変化しても電気抵抗値は大きく変化しないので、電気抵抗値に基づき触媒温度を高精度で算出することは困難である。これに対し上記発明の如く導電性のセラミック触媒を適用した場合には、触媒温度の変化に対する電気抵抗値の変化が大きく現れるので、電気抵抗値に基づき触媒温度を高精度で算出することができる。しかも、セラミック触媒は金属触媒に比べて耐熱性が高いので、触媒が熱損傷する懸念を低減できる。また、セラミック触媒は金属触媒に比べて電気抵抗値が高いので、僅かな電流を流すだけで所望の発熱量を得ることができる。よって、電力供給手段を構成する各種電気部品に安価な部品を選定できる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、前記セラミック触媒は、温度が上昇するほど電気抵抗値が低下する特性（ＮＴＣ(Negative Temperature Coefficient)特性）を有するものであることを特徴とする。
【００２２】
このようなＮＴＣ特性を有したセラミック触媒の場合、低抵抗箇所に集中して電流が流れると、その箇所の温度が上昇し、その温度上昇に伴いその箇所の電気抵抗値がさらに低くなる。そのため、低抵抗箇所での電流が増大していき、温度が急上昇して温度分布のばらつきが顕著となる。よって、「通電停止期間中の学習用温度及び学習用抵抗値を用いて、通電発熱時の触媒温度を算出する」といった要旨の請求項１〜６のいずれか１つに記載の発明を、このようなＮＴＣ特性のセラミック触媒に適用すれば、低抵抗の箇所に集中して電流が流れることのない状況下での触媒温度及び触媒抵抗値を用いて、通電発熱時の触媒温度を高精度で算出できるといった先述の効果が好適に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示す触媒温度算出装置が適用される触媒と、その触媒の内燃機関に対する取付け位置を示す図。
【図２】図１に示す触媒の構成を示す斜視図。
【図３】図１及び図２の等価回路図。
【図４】図１〜図３に示すセラミック担体の温度（触媒温度Ｔ）と、触媒抵抗値Ｒとの相関特性（Ｒ−Ｔ特性）を示すグラフ。
【図５】図１の制御装置により実行される学習処理の手順を示すフローチャート。
【図６】図５の処理で学習される各々の学習ポイントを示す図。
【図７】触媒温度、ＥＨＣ通電状態、及び触媒温度安定状態についての変化を示すタイムチャート。
【図８】図１の制御装置により実行される触媒温度Ｔｅｈｃの算出処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、触媒温度算出装置の適用対象となる触媒の内燃機関に対する取付け位置を示す図である。この内燃機関１０は、火花点火式のガソリンエンジンを想定したものであり、車両に搭載されて走行駆動源として機能する。また、本実施形態の車両は、走行用モータ（図示せず）を備えており、内燃機関１０及び走行用モータを駆動源として走行する。
【００２６】
内燃機関１０の排気管１１には、電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ２０(Electrically Heated Catalyst)）と、ＥＨＣ２０の下流側に位置して通電されることのない三元触媒３０とが取り付けられている。これらＥＨＣ２０及び三元触媒３０は、排気中のＨＣを酸化させるとともに、ＣＯ、ＮＯｘを還元させて浄化するものである。なお、ＥＨＣ２０は三元触媒３０よりも浄化量が少ない小型である。このように小型にすることで、ＥＨＣ２０が活性化温度にまで上昇するのに要する時間の短縮を図っている。
【００２７】
図２は、ＥＨＣ２０の構成を示す斜視図であり、ＥＨＣ２０は、導電性のセラミック担体２１に触媒を担持させて構成されている。また、セラミック担体２１には一対の電極２２，２３が取り付けられている。電源装置２４から電極２２，２３へ電力供給すると、プラス電極２２からセラミック担体２１を通じてマイナス電極２３へ電流が流れる（符号Ｉ１〜Ｉ５参照）。これによりセラミック担体２１自体が発熱して温度上昇する。
【００２８】
制御装置２５は、ＥＨＣ２０への通電オンと通電オフを切り替えるよう電源装置２４のスイッチ２４ａ（図３参照）の作動を制御する装置である。なお、本実施形態にかかる車両は、走行用モータへ電力供給する走行モータ用バッテリ２４ｂ（例えば図３に示すリチウム蓄電池）を備えており、電源装置２４は、走行モータ用バッテリ２４ｂの高電圧（例えば４００Ｖ）を電極２２，２３へ印加するよう構成されている。
【００２９】
図３は、図１及び図２の等価回路である。セラミック担体２１は、その部位によって電気抵抗値（電流の流れ易さ）が異なる。つまり、異なる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した回路と等価である。なお、図２中の符号Ｉ１〜Ｉ５の各々は抵抗Ｒ１〜Ｒ５を流れる電流を表している。そして、例えば抵抗Ｒ１の抵抗値が最も低い場合には、抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉ１が他の電流Ｉ２〜Ｉ５に比べて多くなる（図中の矢印参照）。すると、セラミック担体２１のうち抵抗Ｒ１に相当する箇所（低抵抗箇所２１ｐ）の温度が、他の箇所よりも高くなる。しかも、本実施形態にかかるＥＨＣ２０はＮＴＣ特性を有するので、低抵抗箇所２１ｐは温度上昇してさらに抵抗が低くなり、低抵抗箇所の温度上昇が促進されていくといった、局所加熱の状態に陥る場合がある。
【００３０】
また、電源装置２４は、セラミック担体２１へ供給する電流を検出する電流検出回路２４ｃを有している。そして、検出した電流値は制御装置２５へ出力される。また、走行モータ用バッテリ２４ｂの蓄電量を制御する図示しないバッテリ制御装置は、走行モータ用バッテリ２４ｂの端子電圧を検出し、検出した電圧は制御装置２５へ出力される。そして、制御装置２５は、入力されてくる電流値及びバッテリ端子電圧に基づき、セラミック担体２１の抵抗値（触媒抵抗値Ｒ）を算出する。この触媒抵抗値Ｒは、Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値に相当する。
【００３１】
図４は、セラミック担体２１の温度（触媒温度Ｔ）と、触媒抵抗値Ｒとの相関特性（Ｒ−Ｔ特性）を示すグラフである。このように触媒温度Ｔと触媒抵抗値Ｒとは相関がある。よって、予め試験により取得したＲ−Ｔ特性を、制御装置２５が有するメモリに記憶させておけば、上述の如く算出した触媒抵抗値Ｒに基づきＲ−Ｔ特性を参照して触媒温度Ｔを算出することができる。なお、本実施形態にかかるセラミック担体２１のＲ−Ｔ特性は、図４に示すように温度Ｔが上昇するほど抵抗値Ｒが低下するＮＴＣ特性である。
【００３２】
但し、ＥＨＣ２０の個体差ばらつきや経年劣化により、Ｒ−Ｔ特性は異なってくる。例えば図４中の一点鎖線は、個体差ばらつきや経年劣化が生じていない時の中央Ｒ−Ｔ特性を示す。これに対し図４中の実線は、実際のＲ−Ｔ特性を示すものであり、個体差ばらつき及び経年劣化により、中央Ｒ−Ｔ特性に対してずれが生じている。したがって、検出した触媒抵抗Ｒ及びその時の実際の温度Ｔと、中央Ｒ−Ｔ特性とのずれ（差分）を定期的に学習し、その学習結果を加味して触媒温度を算出することが必要となる。
【００３３】
しかしながら、図３中の矢印を用いて先述したように、実際にはＲ１〜Ｒ５にばらつきが存在するので、セラミック担体２１上の部位によって温度が異なる。つまり温度分布にばらつきが生じている。特に先述した局所加熱に陥っている場合には温度分布ばらつきが大きくなる。そのため、電流検出回路２４ｃで検出した電流値に基づき算出した抵抗値（検出抵抗値）を用いて、Ｒ−Ｔ特性を参照して触媒温度Ｔを算出すると、その触媒温度Ｔは実際の温度と異なる値となる。よって、このような温度分布ばらつきが生じている状態で上記学習を実施すると、Ｒ−Ｔ特性を誤学習してしまい、触媒温度Ｔを算出するにあたりその算出精度が低下する。
【００３４】
そこで本実施形態では、学習用の触媒温度Ｔｇ及び触媒抵抗値Ｒｇを、ＥＨＣへの通電を停止させている期間中に取得して、Ｒ−Ｔ特性を補正（学習）させる。以下、当該学習の手順を、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。図５は、制御装置２５が有するマイクロコンピュータによる上記学習の処理手順を示すフローチャートであり、所定周期で繰り返し実行される。
【００３５】
先ず、図５に示すステップＳ１０において、ＥＨＣ２０への電力供給を所定時間以上停止させるよう、スイッチ２４ａを通電オフさせているか否かを判定する。所定時間以上通電オフさせていると判定されれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、先述した温度分布むらが生じていない（温度均一）とみなすことができ、ステップＳ１１へ進む。一方、所定時間以上通電オフさせていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、次のステップＳ１４において、触媒温度が不均一の状態であると判定する。
【００３６】
ステップＳ１１では、内燃機関１０を所定時間以上停止させているか否かを判定する。肯定判定されれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、次のステップＳ１２において、実際の触媒温度Ｔは変動することなく安定した状態であると判定する。また、内燃機関１０が運転している最中であっても（Ｓ１１：ＮＯ）、定常運転している状態であれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進んで触媒温度Ｔは変動することなく安定した状態であると判定する。定常運転でないと判定（Ｓ１３：ＮＯ）されれば、次のステップＳ１５において、触媒温度Ｔは短時間で大きく変化する不安定な状態であると判定する。
【００３７】
なお、定常運転であるか否かの判定は、機関負荷が一定である状態が所定時間以上継続している場合に定常運転であると判定すればよい。或いは、排気温度センサにより検出される排気温度の変化が、所定温度範囲内での変化であれば定常運転であると判定すればよい。
【００３８】
要するに、上記学習を行うためには、温度分布ばらつきが生じていない時の触媒抵抗値Ｒと、その触媒抵抗値Ｒとは別の物理量に基づき推定される触媒温度Ｔとを、学習用抵抗値Ｒｇ及び学習用温度Ｔｇとして取得する必要がある。したがって、その取得条件として、触媒温度に分布ばらつきが生じていない温度均一状態であること、及び触媒温度Ｔを推定可能にすべく触媒温度が安定していることを、学習用抵抗値Ｒｇ及び学習用温度Ｔｇを取得する条件としている。
【００３９】
そして、これらの条件を満たしてステップＳ１２で温度均一かつ安定と判定された場合に、続くステップＳ１６（温度推定手段）では、その時の触媒温度を推定してその推定温度を学習用温度Ｔｇとして取得する。以下、触媒温度を推定する具体例を列挙する。
【００４０】
例えば、所定時間以上エンジン停止している場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、外気温度センサ（図示せず）により検出される外気温度と、触媒温度Ｔとは同じになっているとみなし、外気温度を触媒温度Ｔとして推定すればよい。或いは、機関冷却水温度センサ（図示せず）により検出される冷却水温度と、触媒温度Ｔとは同じになっているとみなしてもよい。或いは、吸気温度センサ又は排気温度センサ（図示せず）により検出される温度と触媒温度Ｔとは同じになっているとみなしてもよい。
【００４１】
例えば、定常運転している場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、エンジン運転状態に基づき触媒温度Ｔを推定できる。具体的には、エンジンの運転状態に応じて推定される排気温度に基づき触媒温度Ｔを推定する。この場合、ＥＨＣ２０の触媒上では酸化還元反応による反応熱が生じているので、その反応熱を排気温度に加算した値を触媒温度Ｔとして推定すればよい。
【００４２】
続くステップＳ１７（抵抗取得手段）では、その時の触媒抵抗値を学習用抵抗値Ｒｇとして検出する。具体的には、ＥＨＣ２０への通電オフ時にスイッチ２４ａを瞬時通電させ、その時の電流検出回路２４ｃで検出された電流値及びバッテリ端子電圧に基づき、触媒抵抗値（Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値）を算出し、その値を学習用抵抗値Ｒｇとする。
【００４３】
続くステップＳ１８では、ステップＳ１７で検出した学習用抵抗値Ｒｇに基づき、制御装置２５に予め記憶された中央Ｒ−Ｔ特性を参照して中央特性の触媒温度Ｔｂを算出する。
【００４４】
続くステップＳ１９では、ステップＳ１８で算出した中央特性触媒温度Ｔｂと、ステップＳ１６で取得した実際の触媒温度（学習用温度Ｔｇ）との偏差ΔＴを算出する。この偏差ΔＴが、先述したＥＨＣ２０の個体差ばらつき及び経年劣化によるずれ量に相当する。
【００４５】
続くステップＳ２０では、ステップＳ１９で算出した偏差ΔＴと、その時の学習用抵抗値Ｒｇとの組み合わせを、制御装置２５が有するメモリに学習値として記憶する。但し、この偏差ΔＴ（ずれ量）は、その時の抵抗値（学習用抵抗値Ｒｇ）又は温度（学習用温度Ｔｇ）に応じて異なる値となるため、複数のポイント毎に、学習用抵抗値Ｒｇの検出及び学習用温度Ｔｇの推定を実施して学習値として記憶させる。図４の例では、学習用抵抗値Ｒｇ１，Ｒｇ２，Ｒｇ３の各々について偏差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３を算出している。
【００４６】
図６は、各々の学習ポイント（Ｒｇ１，ΔＴ１）（Ｒｇ２，ΔＴ２）（Ｒｇ３，ΔＴ３）を示しており、各ポイント間の値については、図６に示すように線形補間される。以上により、図５の学習処理を終了する。
【００４７】
図７は、触媒温度、ＥＨＣ２０への通電状態、及び触媒温度安定状態についての変化を示すタイムチャートである。先ず、車両運転者がイグニッションスイッチをオン操作するｔ１時点から、ＥＨＣ２０への通電を開始するｔ２時点までの間は、電源装置２４からＥＨＣ２０への電力供給を実施していない状態であるため、ＥＨＣ２０への通電状態はオフになっている。また、前回通電オフさせてからｔ１時点までの間に十分な時間（所定時間）が経過しているため、ｔ１時点ではステップＳ１０にて肯定判定され、温度均一の状態であると判定される（Ｓ１２）。
【００４８】
また、前回エンジンを停止させてからｔ１時点までの間に十分な時間（所定時間）が経過しているため、ｔ１時点ではステップＳ１１にて肯定判定され、触媒温度は安定した状態であると判定される（Ｓ１２）。したがって、ｔ１時点からｔ２時点までの期間は、学習用温度Ｔｇ１の推定（Ｓ１６）及び学習用抵抗値Ｒｇ１の検出（Ｓ１７）が実施され、これらのＴｇ１，Ｒｇ１を学習値として記憶させる（Ｓ２０）。
【００４９】
次に、ｔ２時点において、エンジンを始動させるに先立ち、スイッチ２４ａを通電作動させてＥＨＣ２０へ電力供給する。これにより、触媒温度ＴはＴｇ１から上昇していく。そして、触媒温度Ｔが活性化温度Ｔｔｈにまで上昇したｔ３時点で、ＥＨＣ２０の暖機を終了させるべくスイッチ２４ａを通電オフにする。
【００５０】
ｔ３時点からｔ４時点までは高温の排ガスによりＥＨＣ２０は加熱されて、触媒温度は上昇していく。そして、ｔ４時点では定常運転により触媒温度はＴｇ２で安定している。したがって、ｔ２〜ｔ３の期間はステップＳ１０で否定判定され、ｔ３〜ｔ４の期間はステップＳ１３で否定判定される。よって、ｔ２〜ｔ４の期間において上記学習を実施しない。
【００５１】
その後、ＥＨＣ２０への通電がオフであり、かつ、定常運転しているｔ４時点以降では、ステップＳ１３で肯定判定される。よって、学習用温度Ｔｇ２の推定（Ｓ１６）及び学習用抵抗値Ｒｇ２の検出（Ｓ１７）が実施され、これらのＴｇ２，Ｒｇ２を学習値として記憶させる（Ｓ２０）。
【００５２】
図８は、上述の如く学習したＲ−Ｔ特性を用いて、検出した触媒抵抗Ｒｅｈｃに基づき触媒温度Ｔｅｈｃを算出する処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置２５が有するマイクロコンピュータにより、所定周期で繰り返し実行される。
【００５３】
なお、図７を用いて先述したように、ＥＨＣ２０への通電を開始したｔ２時点から、触媒温度が活性化温度Ｔｔｈに達するｔ３時点までの期間に、ＥＨＣ２０へ電力供給して加熱させることにより、ＥＨＣ２０の早期活性化を図る。そして、この電力供給期間中に、図８の処理により触媒温度Ｔｅｈｃを算出する。そして、算出した触媒温度Ｔｅｈｃは、活性化温度Ｔｔｈに達したか否かの判定に用いられる。
【００５４】
また、電力供給期間中でない場合においても、スイッチ２４ａを瞬時通電させて触媒抵抗値Ｒｅｈｃを検出して、その時の触媒温度Ｔｅｈｃを図８の処理により算出する。そして、触媒温度Ｔｅｈｃが上限温度にまで上昇している場合には、ＥＨＣ２０の熱損傷を回避すべく、排気温度を低下させるようにエンジン運転状態を制御する。
【００５５】
先ず、図８に示すステップＳ３０において、図５の処理による学習点数が２点以上であるか否かを判定する。２点以上でないと判定されれば（Ｓ３０：ＮＯ）、図６に示す線形補間が実施できないため、触媒温度Ｔｅｈｃを算出することなく図８の処理を一旦終了させる。
【００５６】
２点以上学習されていると判定されれば（Ｓ３０：ＹＥＳ）、続くステップＳ３１では、図５のステップＳ１７と同様にして、その時の電流検出回路２４ｃで検出された電流値及びバッテリ端子電圧に基づき、触媒抵抗値Ｒｅｈｃ（Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値）を算出する。
【００５７】
続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で検出した触媒抵抗値Ｒｅｈｃに基づき、中央Ｒ−Ｔ特性に対応する触媒温度Ｔｂを算出する。続くステップＳ３３（補正手段）では、図５のステップＳ２０で記憶した学習値に基づき作成された、図６に示す線形補間演算式、つまり補正量Ｔｃと触媒抵抗Ｒｅｈｃとの関係式に基づき、触媒抵抗値Ｒｅｈｃに対応する温度補正量Ｔｃを算出する。続くステップＳ３４（触媒温度算出手段）では、ステップＳ３２で算出した中央特性の触媒温度Ｔｂに、ステップＳ３３で算出した温度補正量Ｔｃを加算することで、触媒温度Ｔｅｈｃを算出する。
【００５８】
以上詳述した本実施形態によれば、要するに、学習用抵抗値Ｒｇ及び学習用温度Ｔｇを、ＥＨＣ２０への通電停止期間中に取得するとともに、触媒温度Ｔｅｈｃの算出に用いる中央Ｒ−Ｔ特性を取得したＲｇ及びＴｇに基づき補正していると言える。
【００５９】
したがって、低抵抗箇所２１ｐに集中して電流が流れることのない状況下（低抵抗箇所２１ｐだけ温度が高くなっていることのない状況下）での触媒温度及び触媒抵抗値に基づき中央Ｒ−Ｔ特性を補正できる。よって、前記補正を高精度で実施することができるので、このような補正を加味して得られた通電時の触媒抵抗値Ｒｅｈｃに基づき触媒温度Ｔｅｈｃを算出する本実施形態によれば、高精度で触媒温度Ｔｅｈｃを算出できる。
【００６０】
また、図５の学習処理では、通電停止期間中の触媒温度を、抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度Ｔｇとして推定しなければならないが、エンジン停止期間中であれば、例えば外気温度や機関冷却水温度等が触媒温度Ｔｇと同一温度になっているとみなすことができるので、触媒温度を高精度で推定できる。この点を鑑みた本実施形態によれば、所定時間以上エンジンを停止させている時の学習用温度Ｔｇ１及び学習用抵抗値Ｒｇ１を用いて中央Ｒ−Ｔ特性を補正していると言えるので、その補正を高精度にできる。
【００６１】
また、エンジンの定常運転時であれば、例えば排気温度や吸気温度、外気温度、機関冷却水温度等に基づき触媒温度を高精度で推定できる。この点を鑑みた本実施形態によれば、定常運転時の学習用温度Ｔｇ２（つまり高精度で推定されている触媒温度）及び学習用抵抗値Ｒｇ２を用いて相関特性を補正していると言えるので、その補正を高精度にできる。
【００６２】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００６３】
・上述した図５のステップＳ１６（温度推定手段）では、エンジンの運転状態に応じて排気温度を推定し、その推定した排気温度に基づき触媒温度Ｔ（学習用温度Ｔｇ）を推定しているが、排気温度センサにより排気温度を直接検出し、その検出した排気温度に基づき触媒温度Ｔを推定するようにしてもよい。
【００６４】
・図８の触媒温度算出処理では、学習点数が２点以上であることを条件（Ｓ３０：ＹＥＳ）として触媒温度Ｔｅｈｃの算出を実施しているが、例えば触媒温度を複数の領域に分割し、２つ以上の領域において学習が完了していることを条件として触媒温度Ｔｅｈｃの算出を実施するようにしてもよい。
【００６５】
・図２に例示するセラミック担体２１を用いたＥＨＣ２０に本発明を適用させているが、金属製の担体を用いたＥＨＣに本発明を適用させてもよい。
【００６６】
・図２に例示するセラミック担体２１には、温度Ｔが上昇するほど抵抗値Ｒが低下するＮＴＣ特性を有する担体を適用させているが、温度Ｔの上昇に伴い抵抗値Ｒも上昇する特性を有する担体を適用させてもよい。
【００６７】
・図５のステップＳ２０では、中央特性触媒温度Ｔｂと学習用温度Ｔｇとの偏差ΔＴを学習値として記憶させているが、学習用温度Ｔｇをそのまま記憶させてもよい。具体的には、各々の学習ポイント（Ｒｇ１，Ｔｇ１）（Ｒｇ２，Ｔｇ２）（Ｒｇ３，Ｔｇ３）を記憶させる。
【００６８】
・図８のステップＳ３２〜Ｓ３４では、中央特性の触媒温度Ｔｂを算出し、その算出値を学習値に基づき補正して触媒温度Ｔｅｈｃを算出しているが、中央Ｒ−Ｔ特性を学習値に基づき補正して、その補正後のＲ−Ｔ特性に基づき触媒温度Ｔｅｈｃを算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
２０…ＥＨＣ（セラミック触媒）、２５…制御装置（抵抗検出手段）、Ｓ１６…温度推定手段、Ｓ１７…抵抗取得手段、Ｓ３３…補正手段、Ｓ３４…触媒温度算出手段、Ｒｇ…学習用抵抗値、Ｔｇ…学習用温度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する触媒のうち、通電されて発熱する電気加熱式の触媒に適用され、
前記触媒への通電を停止している通電停止期間中の前記触媒の温度を、前記触媒の電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段による推定時に前記触媒へ瞬時通電させ、その時に検出された前記触媒の電気抵抗値を学習用抵抗値として取得する抵抗取得手段と、
通電して発熱させている時の前記触媒の電気抵抗値を検出し、その検出値と、前記学習用温度及び前記学習用抵抗値とに基づき、通電発熱時の触媒温度を算出する触媒温度算出手段と、
を備えることを特徴とする触媒温度算出装置。
【請求項２】
前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を停止させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする請求項１に記載の触媒温度算出装置。
【請求項３】
前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒温度算出装置。
【請求項４】
前記温度推定手段は、前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を推定するにあたり、前記触媒にて排気を浄化させる時に生じる反応熱による触媒温度上昇分を加味して推定することを特徴とする請求項３に記載の触媒温度算出装置。
【請求項５】
前記温度推定手段が推定に用いる前記物理量とは、外気温度センサ、機関冷却水温度センサ、吸気温度センサ、及び排気温度センサによる検出値の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の触媒温度算出装置。
【請求項６】
前記触媒には、導電性のセラミック触媒が適用されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の触媒温度算出装置。
【請求項７】
前記セラミック触媒は、温度が上昇するほど電気抵抗値が低下する特性を有するものであることを特徴とする請求項６に記載の触媒温度算出装置。
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する触媒のうち、通電されて発熱する電気加熱式の触媒に適用され、
前記触媒への通電を停止している通電停止期間中の前記触媒の温度を、前記触媒の電気抵抗値とは別の物理量に基づき学習用温度として推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段による推定時に前記触媒へ瞬時通電させ、その時に検出された前記触媒の電気抵抗値を学習用抵抗値として取得する抵抗取得手段と、
通電して発熱させている時の前記触媒の電気抵抗値を検出し、その検出値と、前記学習用温度及び前記学習用抵抗値とに基づき、通電発熱時の触媒温度を算出する触媒温度算出手段と、
を備えることを特徴とする触媒温度算出装置。
【請求項２】
前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を停止させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする請求項１に記載の触媒温度算出装置。
【請求項３】
前記温度推定手段は、前記通電停止期間中のうち前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を前記学習用温度の１つとして推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒温度算出装置。
【請求項４】
前記温度推定手段は、前記内燃機関を定常運転させている時の触媒温度を推定するにあたり、前記触媒にて排気を浄化させる時に生じる反応熱による触媒温度上昇分を加味して推定することを特徴とする請求項３に記載の触媒温度算出装置。
【請求項５】
前記温度推定手段が推定に用いる前記物理量とは、外気温度センサ、機関冷却水温度センサ、吸気温度センサ、及び排気温度センサによる検出値の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の触媒温度算出装置。
【請求項６】
前記触媒には、導電性のセラミック触媒が適用されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の触媒温度算出装置。
【請求項７】
前記セラミック触媒は、温度が上昇するほど電気抵抗値が低下する特性を有するものであることを特徴とする請求項６に記載の触媒温度算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３１７０９（Ｐ２０１１−２３１７０９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０３５７４（Ｐ２０１０−１０３５７４）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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