触媒通電制御装置
【課題】大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることを、触媒の早期活性を損なわせることなく実現可能にした触媒通電制御装置を提供する。
【解決手段】触媒を基材に担持させて構成された触媒装置（ＥＨＣ）に適用され、前記基材が、温度上昇に伴い自身の電気抵抗値が低下していく特性（ＮＴＣ特性）を有する場合において、基材への供給電力を目標電力とするようデューティ制御するデューティ制御手段と、基材への通電を開始してから、目標電力を投入可能な抵抗値となる温度に触媒温度が上昇するまでの電力不足期間Ｂ１における、目標電力総量に対する供給電力総量の不足分Ｓ１を算出する電力不足量算出手段と、を備え、電力不足期間Ｂ１が経過してから前記不足分Ｓ１が補充されるまでの期間（補充期間Ｂ２）に、目標電力よりも高い電力を供給するようデューティ制御する補充制御を実施する。
【解決手段】触媒を基材に担持させて構成された触媒装置（ＥＨＣ）に適用され、前記基材が、温度上昇に伴い自身の電気抵抗値が低下していく特性（ＮＴＣ特性）を有する場合において、基材への供給電力を目標電力とするようデューティ制御するデューティ制御手段と、基材への通電を開始してから、目標電力を投入可能な抵抗値となる温度に触媒温度が上昇するまでの電力不足期間Ｂ１における、目標電力総量に対する供給電力総量の不足分Ｓ１を算出する電力不足量算出手段と、を備え、電力不足期間Ｂ１が経過してから前記不足分Ｓ１が補充されるまでの期間（補充期間Ｂ２）に、目標電力よりも高い電力を供給するようデューティ制御する補充制御を実施する。
【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装置であって、触媒を担持する基材に通電して基材自身を発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用された、触媒通電制御装置に関する。
【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装置が備えられているのが一般的であるが、内燃機関の冷間始動時等、触媒の温度が活性化温度に達していない場合には、早期に触媒装置を加熱して活性化させることが要求される。
【０００３】
その加熱手法としては、特許文献１記載の如く電気ヒータを用いることが一般的であったが、近年では特許文献２記載の如く、触媒を担持する基材に直接電流を流して基材自体を発熱させる、電気加熱式の触媒装置（以下、ＥＨＣと記載）が開発されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４０５８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１８９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基材への供給電力を目標電力とするよう、通電オン期間とオフ期間とのデューティ比を制御（デューティ制御）するにあたり、上記ＥＨＣの場合には以下の問題が生じることを本発明者らは見出した。
【０００６】
すなわち、基材がＮＴＣ特性（自身の温度上昇に伴い、自身の電気抵抗値が減少する特性）を有するものである場合には、低温時に基材の抵抗値が高すぎて目標電力を投入できないことが懸念される。そこで本発明者らは、低温時であっても目標電力を投入できるように、抵抗値が低い材質の基材を選定することを検討した。
【０００７】
しかしながら、このように低抵抗の材質を選定すると、基材への通電を開始してから時間経過とともに温度が上昇して抵抗値が低下していった時に、今度は抵抗値が低すぎてしまい、デューティ制御により供給電力が目標電力になっていたとしても、デューティ制御の通電オン期間Ｔｏｎに流れる電流Ｉｍａｘ（図３参照）が大電流になることは避けられない。そのため、各種電気部品を大電流対応の規格のものにしなければならなくなり、コストアップを招くことになる。
【０００８】
要するに、低温時であっても目標電力を投入可能にすべく低抵抗の基材を選定すると、その背反として大電流が流れることになりコストアップを招く。なお、大電流を回避すべく目標電力を下げたのでは、触媒の早期活性が損なわれてしまう。
【０００９】
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、大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることを、触媒の早期活性を損なわせることなく実現可能にした触媒通電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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を基材に担持させて構成された触媒装置であって、前記基材に通電して基材自身を発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用され、前記基材が、温度上昇に伴い自身の電気抵抗値が低下していく特性（ＮＴＣ特性）を有する場合であることを前提とする。
【００１２】
そして、前記基材への供給電力を目標電力とするよう、前記基材への通電をデューティ制御するデューティ制御手段と、前記基材への通電を開始してから、前記目標電力を投入可能な抵抗値となる温度に触媒温度が上昇するまでの電力不足期間における、目標電力総量に対する供給電力総量の不足分を算出する電力不足量算出手段と、を備え、前記デューティ制御手段は、前記目標電力よりも高い電力を供給するようデューティ制御する補充制御を、前記電力不足期間が経過してから前記不足分が補充されるまでの期間に実施することを特徴とする。
【００１３】
要するに上記発明は、冷間時においては基材への通電初期に目標電力を投入させることを諦めて、目標電力が投入可能な温度にまで上昇した以降にその不足分を電力投入することを着想としたものである。
【００１４】
すなわち、上記発明では、目標電力を投入可能な抵抗値となる温度にまで触媒温度が上昇した以降に、電力不足期間における供給電力総量の不足分を補充制御により補充させる。そのため、低温時であっても目標電力を投入可能な低抵抗の基材を選定することを不要にしつつ、それにより生じた供給電力総量の不足分は補充制御により補充することで触媒の早期活性を実現できる。よって、デューティ制御の通電オン期間に大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることと、触媒の早期活性との両立を図ることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、前記補充制御では、前記基材への供給電力が予め設定しておいた上限値を超えないように制限してデューティ制御することを特徴とする。また、請求項３記載の発明では、前記補充制御では、前記基材への通電割合を１００％とするようにデューティ制御することを特徴とする。
【００１６】
ところで、本発明に反してデューティ制御を廃止して、触媒温度が活性化温度に達するまで１００％通電を継続させようとすると、触媒温度を高精度で管理することは困難であり、過剰に電力供給して触媒装置を熱損傷させてしまうことが懸念される。これに対し、本発明にかかるデューティ制御によれば、目標期間内に触媒温度を活性化温度にまで上昇させるのに十分な値に目標電力を設定しておけば、触媒温度を精度良く管理できて上記熱損傷の懸念を解消できる。
【００１７】
そして、上記発明にかかる補充制御では、上述の如く設定された目標電力よりも高い電力を供給することとなるが、「補充制御の実施期間は一時的であるため熱損傷の懸念は解消できる」との思想に基づくのが上記請求項３記載の発明であり、補充制御では通電割合を１００％とするので、目標期間内に触媒温度を活性化温度にまで上昇させることを確実にできる。一方、上記請求項２記載の発明では、供給電力が上限値を超えないように制限して補充制御を実施するので、触媒装置が熱損傷することの懸念を確実に解消できる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、前記基材は円柱形状であり、前記基材の外周面には１対の電極が取り付けられており、前記１対の電極は、前記基材の径方向に並べて配置されていることを特徴とする。
【００１９】
ここで、円柱形状の基材の外周面に電極を径方向に並べて配置した場合（図１参照）には、基材の中心部分Ｐ１よりも外周面に近い部分（外周部分Ｐ２）の方が低抵抗であるので、中心部分Ｐ１よりも外周部分Ｐ２に電流が流れやすくなる。しかも、ＮＴＣ特性に起因して、電流が流れ易い外周部分Ｐ２にて温度上昇が促進されていくため、基材の温度分布にバラツキが生じ易くなる。そのため、デューティ制御により触媒温度を精度良く管理することの必要性が高い。但し、デューティ制御により供給電力が目標電力になっていたとしても、デューティ制御にかかる通電オン期間に流れる電流Ｉｍａｘ（図３参照）が大電流になることは避けられない。
【００２０】
したがって、１対の電極を径方向に並べて配置した上記発明にかかるＥＨＣの場合には、デューティ制御が必須となり、「デューティ制御にかかる通電オン期間において大電流が流れることを抑制する」といった本発明の効果が好適に発揮される。
【００２１】
ちなみに、この種の電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ）には、セラミック製または金属製の基材に触媒を担持させた構成が具体例として挙げられるが、セラミック製の基材を採用した場合には、金属製に比べて先述した熱損傷のおそれが高くなる。したがって、セラミック製の基材を採用した場合に、「大電流が流れることを抑制する」といった本発明の効果が好適に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す触媒通電制御装置が適用される触媒装置と、その触媒装置の内燃機関に対する取付け位置を示す図である。
【図２】第１実施形態において、バッテリとＥＨＣとの通電オン、オフを制御するためのハード構成を説明するブロック図である。
【図３】ＥＨＣ２０への投入電流がデューティ制御により変化する様子を表した図である。
【図４】セラミック基材のＲ−Ｔ特性を説明する図である。
【図５】第１実施形態による制御を実施した場合において、触媒温度が上昇していく際の抵抗値、供給電力、デューティ比の変化をそれぞれ示す図である。
【図６】図５の如くデューティ比を設定して供給電力を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態による制御を実施した場合において、触媒温度が上昇していく際の抵抗値、供給電力、デューティ比の変化をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、触媒通電制御装置の適用対象となる触媒装置の、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。
【００２５】
内燃機関１０の排気管１１には、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、電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ２０(Electrically Heated Catalyst)）が取り付けられている。このＥＨＣ２０は、セラミック基材２１に触媒を担持させて構成されている。セラミック基材２１には導電性を有した材質（例えばシリコンとカーボンを主成分とした材質）が採用されており、セラミック基材２１には一対の電極２２，２３が取り付けられている。そして、バッテリ４０（図２参照）から電極２２，２３へ電力供給すると、プラス電極２２からセラミック基材２１を通じてマイナス電極２３へ電流が流れる。これによりセラミック基材２１自体が発熱して温度上昇する。
【００２６】
また、セラミック基材２１は円柱形状に形成されており、円柱の中心軸方向（図１の左右方向）が排気流れ方向と一致する向きに配置されている。また、円柱の内部には複数の排気通路が形成されるよう、図１のＡ矢視においてセラミック基材２１は格子状に仕切られている。
【００２７】
一対の電極２２，２３はセラミック基材２１の外周面に取り付けられている。なお、図１の例では一対の電極２２，２３がセラミック基材２１の径方向に並べて配置されているが、これらの電極２２，２３を、セラミック基材２１の外周面に沿って周方向に延びるリング状に形成し、セラミック基材２１の中心軸方向に並べて配置してもよい。
【００２８】
次に、図２を用いてバッテリ４０とＥＨＣ２０との通電オン、オフを制御するためのハード構成を説明する。
【００２９】
バッテリ４０は、ＥＨＣ２０への電力供給の他に、車両に搭載された走行用モータへも電力供給するものであるため、例えばリチウム蓄電池等の、鉛蓄電池に比べてエネルギ密度が高く、かつ、鉛蓄電池に比べて高電圧（例えば充電状態により下限値１２０Ｖ〜上限値１９２Ｖ）のバッテリが採用されている。
【００３０】
バッテリ４０からＥＨＣ２０への通電オン、オフは、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチ５０により切り替えられる。半導体スイッチ５０へ印加されるゲート電圧は、駆動回路５１（デューティ制御手段）により制御され、駆動回路５１は、制御装置（ＥＣＵ５２）から出力される駆動信号に基づき作動する。なお、駆動回路５１は高電圧（例えば１２０Ｖ）で作動する各種電子部品で構成されているのに対し、ＥＣＵ５２（デューティ制御手段）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを有して構成され、低電圧（例えば５Ｖ）で作動するものである。
【００３１】
そして、ＥＣＵ５２および駆動回路５１は、通電制御を実施している期間に対する通電オン期間Ｔｏｎ（図３参照）の割合（通電割合）であるデューティ比を制御して、ＥＨＣ２０へ供給される電力が目標電力となるようデューティ制御する。図３の縦軸は、ＥＨＣ２０へ入力される電流を示す図であり、デューティ制御により間欠的に入力された電流値の平均を表した平均電流Ｉａｖｅに、ＥＨＣ２０へ印加される電圧（図２の例では１２０Ｖ）を乗算して得られた値が供給電力を示すこととなる。つまり、供給電力が目標電力（例えば６ｋＷ）となるような平均電流Ｉａｖｅとなるよう、ＥＣＵ５２はデューティ比を設定する。
【００３２】
目標電力は、目標期間内に触媒温度を活性化温度にまで上昇させるのに十分な値となるよう設定されている。具体的には、触媒温度が想定される最低温度になっている状態から活性化温度にまで上昇させるのに必要な熱量を発生させるために、ＥＨＣ２０へ投入する必要な電力量（必要供給電力総量）を「必要量」とした場合において、目標期間内に必要量を投入するのに要する電力を目標電力として設定している。
【００３３】
ちなみに、図２中の電圧センサ５３は、一対の電極２２，２３間の電位差を検出するものであり、電流センサ５４は、ＥＨＣ２０を流れる電流を検出する。そして、これらのセンサ５３，５４により検出された電圧検出値および電流検出値はＥＣＵ５２へ入力される。なお、電流センサ５４による電流検出は、パワー半導体（半導体スイッチ５０）が有する電流検出機能を利用してもよいし、シャント抵抗を用いた電流検出であってもよい。
【００３４】
ところで、図４は、セラミック基材２１の温度（触媒温度Ｔ）と触媒抵抗値Ｒとの相関（Ｒ−Ｔ特性）を示すグラフであり、図示されるように、本実施形態にかかるセラミック基材２１のＲ−Ｔ特性は、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。図中の一点鎖線は基準となるＲ−Ｔ特性を示しているが、ＥＨＣ２０には機差バラツキ（例えば±３０％）を考慮すると、実際のＲ−Ｔ特性は実線に示す範囲内で異なる値になっていることが想定される。なお、図４（ｂ）は本実施形態に係るＥＨＣ２０のＲ−Ｔ特性であり、図４（ａ）は本実施形態の比較対象となるＥＨＣのＲ−Ｔ特性であり、図４（ｂ）に比べて抵抗値の低いセラミック基材２１を採用した場合の例である。
【００３５】
先ず、図４（ａ）を用いて本実施形態が解決する課題について説明する。
【００３６】
セラミック基材２１がＮＴＣ特性であるため低温であるほど抵抗値は高くなるが、セラミック基材２１の材質に抵抗値の高いものを選定すると、低温Ｔａの時にはデューティ比を１００％にしても平均電流Ｉａｖｅが十分に高くならないため供給電力が目標電力に達しないことが懸念される。そのため、図４（ａ）では、低温Ｔａの時であっても目標電力を投入できる程度に抵抗値（図４（ａ）の例では２．４Ω）が低いものを選定している。例えば、バッテリ電圧が下限値の１２０Ｖであり低温Ｔａ時の抵抗が２．４Ωであれば、デューティ比１００％時の供給電力は６ｋＷになる（１２０Ｖ×１２０Ｖ／２．４Ω＝６ｋＷ）。
【００３７】
しかしながら、このように低抵抗の材質を選定すると、ＥＨＣ２０への通電を開始してから時間経過とともに温度が上昇して抵抗値が低下していった時に、今度は抵抗値が低すぎてしまい、デューティ制御により供給電力が目標電力になっていたとしても、デューティ制御にかかる通電オン期間Ｔｏｎに流れる電流（図３に示す最大電流Ｉｍａｘ）が大電流になることは避けられない。例えば、触媒温度が目標温度（６００℃）に達した時の抵抗が０．６５Ωであり、その時のバッテリ電圧が上限値の１９２Ｖであれば、最大電流Ｉｍａｘは３２０Ａとなる（１９２Ｖ／０．６５Ω＝３２０Ａ）。そのため、半導体スイッチ５０や駆動回路５１、図示しない電気配線等の各種電気部品を、大電流対応の規格のものにしなければならなくなり、コストアップを招くことになる。
【００３８】
そこで本実施形態では、図４（ｂ）に示す如く抵抗値の高い材質を選定して、低温Ｔａの時には、先述した機差バラツキ（±３０％）によって生じる２．４Ωから３．２Ωのセラミック基材２１に対して、目標電力を投入させることを諦めている。例えば、バッテリ電圧が下限値の１２０Ｖであり低温Ｔａ時の抵抗が３．２Ωであれば、デューティ比を１００％にしても供給電力は４．５ｋＷ（１２０Ｖ×１２０Ｖ／３．２Ω＝４．５ｋＷ）にしかならず、目標電力（６ｋＷ）に対して不足している。但し、その不足分は、目標電力が投入可能な温度にまで上昇した以降に補充させることで、触媒の早期活性化を補償している。
【００３９】
その一方で、上述の如く低抵抗の材質を選定したことで、触媒温度が目標温度（６００℃）に達した時の抵抗を０．９Ωにまで高めることができ、その時のバッテリ電圧が上限値の１９２Ｖであっても、最大電流Ｉｍａｘは約２１３Ａとなる（１９２Ｖ／０．９Ω≒２１３Ａ）。よって、最大電流Ｉｍａｘを低下させることができ、ひいては各種電気部品のコストアップを抑制できる。
【００４０】
以下、目標電力よりも低い電力を供給している期間（電力不足期間Ｂ１）と、その不足分を供給する補充期間Ｂ２と、先述したように目標電力となるようデューティ制御している通常制御期間Ｂ３とについて、図５を用いて説明する。
【００４１】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、触媒温度が０℃の時にＥＨＣ２０への電力供給を開始した場合において、時間が経過して触媒温度が上昇していく際の抵抗値、供給電力、デューティ比の変化をそれぞれ示す。
【００４２】
電力不足期間Ｂ１においては、低温Ｔａ時に２．４Ω〜３．２Ωの間で分布するセラミック基材２１の場合、デューティ比を１００％で通電しているにも拘わらず、供給電力は目標電力に対して不足した状態である。そして、電力供給開始から時間経過とともに触媒温度が上昇していくと、抵抗値が低下していくことに伴い、ｔ１時点で供給電力が目標電力に達する。このｔ１時点で補充期間Ｂ２が開始され、供給電力を目標電力よりも高くするようデューティ比を設定してデューティ制御（補充制御）する。図５の例では、補充期間Ｂ２中のデューティ比を１００％に設定している。
【００４３】
図５（ｂ）中の斜線を付した面積Ｓ１は、電力不足期間Ｂ１における目標電力総量に対する供給電力総量の不足分を示す。また、面積Ｓ２は、補充期間Ｂ２における目標電力総量に対する供給電力総量の過剰分（補充分）を示す。そして、補充分Ｓ２が不足分Ｓ１に達したｔ２時点で、供給電力を目標電力よりも高くすることを終了して補充期間Ｂ２を終了させる。このｔ２時点から、触媒温度が目標温度に達するｔ３時点までの通常制御期間Ｂ３においては、供給電力が目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。
【００４４】
図６は、図５の如くデューティ比を設定して供給電力を制御する処理手順を示すフローチャートであり、イグニッションスイッチをオン操作した時点で触媒暖機が要求された場合に、ＥＣＵ５２のマイコンにより所定周期で繰り返し実行される。
【００４５】
先ず、図６のステップＳ１０において、ＥＨＣ２０への通電開始から現時点までに供給してきた電力の総量（供給電力総量）が、先述した必要量未満であるか否かを判定する。供給電力総量が必要量に達していると判定されれば（Ｓ１０：ＮＯ）、触媒温度が目標温度に達しているとみなして、続くステップＳ１８にて通電を停止させる。
【００４６】
一方、供給電力総量が必要量に達していないと判定されれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１において現時点における駆動信号（つまり指令しているデューティ比）を取得する。また、次のステップＳ１２において電圧センサ５３および電流センサ５４の検出値を取得して、現時点でＥＨＣ２０を流れる電流および電圧を取得するとともに、取得したこれらの検出値に基づき、現時点での供給電力を算出する。
【００４７】
なお、ステップＳ１１，Ｓ１２で取得したデューティ比および供給電力は、ステップＳ１８にて通電停止させるまでの間は記憶させておく。つまり、デューティ比および供給電力の履歴を記憶させておく。
【００４８】
続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で取得した現時点での供給電力が、予め設定しておいた目標電力より少なくなっているか否かを判定する。供給電力＜目標電力と判定されれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、図５に示す電力不足期間Ｂ１であるとみなして次のステップＳ１４（電力不足量算出手段）へ進み、ステップＳ１２で取得した供給電力の履歴に基づき、先述した不足分Ｓ１（目標電力総量に対する供給電力総量の不足分）を算出する。そして、続くステップＳ１５において、供給電力＝目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。但し、ステップＳ１３にて供給電力＜目標電力と判定されている場合には、デューティ比を１００％に設定することとなる。
【００４９】
一方、供給電力＜目標電力でないと判定されれば（Ｓ１３：ＮＯ）、次のステップＳ１６において、ステップＳ１４で算出した不足分Ｓ１が解消されているか否かを判定する。解消されていないと判定されれば（Ｓ１６：ＮＯ）、図５に示す補充期間Ｂ２であるとみなしてステップＳ１７へ進み、デューティ比を強制的に１００％に設定する。一方、不足分Ｓ１が解消されていると判定されれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、図５に示す通常制御期間Ｂ３であるとみなしてステップＳ１５へ進み、供給電力＝目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。
【００５０】
以上により、図６の処理を実施すれば、図５（ａ）に示す抵抗値変化に合わせて図５（ｂ）の如く供給電力が推移することとなるよう、図５（ｃ）の如くデューティ比が設定されることとなる。
【００５１】
以上詳述した本実施形態によれば、目標電力を投入可能な抵抗値となる温度にまで触媒温度が上昇した以降の補充期間Ｂ２に、デューティ比を強制的に１００％にすることで、電力不足期間Ｂ１における供給電力総量の不足分Ｓ１を補充させる。そのため、低温Ｔａの時であっても目標電力を投入可能な低抵抗のセラミック基材２１を選定することを不要にしつつ、それにより生じた前記不足分Ｓ１は補充期間Ｂ２に補充することで、ＥＨＣ２０の早期活性を実現できる。よって、デューティ制御の通電オン期間Ｔｏｎに大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることと、ＥＨＣ２０の早期活性との両立を図ることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、補充期間Ｂ２でのデューティ比を１００％に維持させているのに対し、図７に示す本実施形態では、供給電力が予め設定しておいた上限値Ｐｍａｘ（図７（ｂ）参照）を超えないように制限してデューティ制御する。つまり、供給電力が目標電力に達したｔ１時点からデューティ比を１００％に維持させていると、触媒温度上昇に伴い抵抗値が低下してくるので供給電力が上昇していき、図７の例ではｔ４時点で供給電力が上限値Ｐｍａｘに達している。このように、補充期間Ｂ２中に供給電力が上限値Ｐｍａｘに達した場合、ｔ４時点以降において供給電力が上限値Ｐｍａｘに維持されるようにデューティ比を低下させていく（図７（ｃ）中のｔ４〜ｔ５参照）。
【００５３】
その後、補充分Ｓ２が不足分Ｓ１に達したｔ５時点で、供給電力を目標電力よりも高くすることを終了して補充期間Ｂ２を終了させる。このｔ５時点から、触媒温度が目標温度に達するｔ６時点までの通常制御期間Ｂ３においては、供給電力が目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。
【００５４】
図７の如くデューティ比を設定して供給電力を制御する場合には、図６のフローチャートに係るステップＳ１７を、図６中の一点鎖線に示すステップＳ１７ａに変更すればよい。すなわち、ステップＳ１６にて不足分Ｓ１が解消されていないと判定された場合（Ｓ１６：ＮＯ）、図７に示す補充期間Ｂ２であるとみなしてステップＳ１７ａへ進み、供給電力が上限値Ｐｍａｘを超えないよう制限しつつ、デューティ比を最大の値に設定してデューティ制御（補充制御）する。
【００５５】
以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、次の効果が発揮される。すなわち、補充期間Ｂ２において供給電力が上限値Ｐｍａｘを超えないように制限するので、セラミック基材２１および触媒が熱損傷する懸念を確実に解消できる。
【００５６】
（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。
【００５７】
・上記各実施形態では、図６のステップＳ１０において、供給電力総量が必要量に達しているか否かに基づき、触媒温度が目標温度に達しているか否かを判定しているが、触媒温度を温度センサで検出し、その温度検出値に基づいて触媒温度が目標温度に達しているか否かを判定するようにしてもよい。或いは、電流検出値および電圧検出値に基づきセラミック基材２１の抵抗値を算出し、その抵抗値から触媒温度を推定し、その推定温度に基づいて触媒温度が目標温度に達しているか否かを判定するようにしてもよい。
【００５８】
・上記各実施形態では、図６の処理をＥＣＵ５２のマイコンに実施させているが、電力量を監視させる回路（例えばコンデンサーをタイマーとして機能させる回路等）を駆動回路５１に設け、図６の処理を駆動回路５１で実施させるようにしてもよい。
【００５９】
・上記各実施形態にかかる電圧センサ５３および電流センサ５４は、図２に示すように、ＥＨＣ２０の電極２２，２３の近傍での電圧および電流を検出している。これに対し、駆動回路５１および半導体スイッチ５０を筐体に収容して構成される駆動回路ユニットの内部に電圧センサおよび電流センサを配置して、駆動回路ユニットの内部における電圧および電流を検出するようにしてもよい。
【００６０】
・上記各実施形態では、一対の電極２２，２３がセラミック基材２１の径方向に並べて配置されているが、これらの電極２２，２３を、セラミック基材２１の外周面に沿って周方向に延びるリング状に形成し、セラミック基材２１の中心軸方向に並べて配置してもよい。
【００６１】
・上記各実施形態では、ＥＨＣ２０の基材にセラミック基材２１を採用しているが、金属製の基材を採用するようにしてもよい。また、図２に示す例では半導体スイッチ５０を、ＥＨＣ２０に対して低電圧側（負極側）に配置しているが、ＥＨＣ２０に対して高電圧側（正極側）に配置してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
２０…ＥＨＣ（触媒装置）、２１…基材、２２，２３…１対の電極、Ｂ１…電力不足期間、Ｓ１４…電力不足量算出手段、Ｐｍａｘ…上限値、５１…駆動回路（デューティ制御手段）、５２…ＥＣＵ（デューティ制御手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する触媒装置であって、触媒を担持する基材に通電して基材自身を発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用された、触媒通電制御装置に関する。
【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装置が備えられているのが一般的であるが、内燃機関の冷間始動時等、触媒の温度が活性化温度に達していない場合には、早期に触媒装置を加熱して活性化させることが要求される。
【０００３】
その加熱手法としては、特許文献１記載の如く電気ヒータを用いることが一般的であったが、近年では特許文献２記載の如く、触媒を担持する基材に直接電流を流して基材自体を発熱させる、電気加熱式の触媒装置（以下、ＥＨＣと記載）が開発されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４０５８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１８９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基材への供給電力を目標電力とするよう、通電オン期間とオフ期間とのデューティ比を制御（デューティ制御）するにあたり、上記ＥＨＣの場合には以下の問題が生じることを本発明者らは見出した。
【０００６】
すなわち、基材がＮＴＣ特性（自身の温度上昇に伴い、自身の電気抵抗値が減少する特性）を有するものである場合には、低温時に基材の抵抗値が高すぎて目標電力を投入できないことが懸念される。そこで本発明者らは、低温時であっても目標電力を投入できるように、抵抗値が低い材質の基材を選定することを検討した。
【０００７】
しかしながら、このように低抵抗の材質を選定すると、基材への通電を開始してから時間経過とともに温度が上昇して抵抗値が低下していった時に、今度は抵抗値が低すぎてしまい、デューティ制御により供給電力が目標電力になっていたとしても、デューティ制御の通電オン期間Ｔｏｎに流れる電流Ｉｍａｘ（図３参照）が大電流になることは避けられない。そのため、各種電気部品を大電流対応の規格のものにしなければならなくなり、コストアップを招くことになる。
【０００８】
要するに、低温時であっても目標電力を投入可能にすべく低抵抗の基材を選定すると、その背反として大電流が流れることになりコストアップを招く。なお、大電流を回避すべく目標電力を下げたのでは、触媒の早期活性が損なわれてしまう。
【０００９】
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、大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることを、触媒の早期活性を損なわせることなく実現可能にした触媒通電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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を基材に担持させて構成された触媒装置であって、前記基材に通電して基材自身を発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用され、前記基材が、温度上昇に伴い自身の電気抵抗値が低下していく特性（ＮＴＣ特性）を有する場合であることを前提とする。
【００１２】
そして、前記基材への供給電力を目標電力とするよう、前記基材への通電をデューティ制御するデューティ制御手段と、前記基材への通電を開始してから、前記目標電力を投入可能な抵抗値となる温度に触媒温度が上昇するまでの電力不足期間における、目標電力総量に対する供給電力総量の不足分を算出する電力不足量算出手段と、を備え、前記デューティ制御手段は、前記目標電力よりも高い電力を供給するようデューティ制御する補充制御を、前記電力不足期間が経過してから前記不足分が補充されるまでの期間に実施することを特徴とする。
【００１３】
要するに上記発明は、冷間時においては基材への通電初期に目標電力を投入させることを諦めて、目標電力が投入可能な温度にまで上昇した以降にその不足分を電力投入することを着想としたものである。
【００１４】
すなわち、上記発明では、目標電力を投入可能な抵抗値となる温度にまで触媒温度が上昇した以降に、電力不足期間における供給電力総量の不足分を補充制御により補充させる。そのため、低温時であっても目標電力を投入可能な低抵抗の基材を選定することを不要にしつつ、それにより生じた供給電力総量の不足分は補充制御により補充することで触媒の早期活性を実現できる。よって、デューティ制御の通電オン期間に大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることと、触媒の早期活性との両立を図ることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、前記補充制御では、前記基材への供給電力が予め設定しておいた上限値を超えないように制限してデューティ制御することを特徴とする。また、請求項３記載の発明では、前記補充制御では、前記基材への通電割合を１００％とするようにデューティ制御することを特徴とする。
【００１６】
ところで、本発明に反してデューティ制御を廃止して、触媒温度が活性化温度に達するまで１００％通電を継続させようとすると、触媒温度を高精度で管理することは困難であり、過剰に電力供給して触媒装置を熱損傷させてしまうことが懸念される。これに対し、本発明にかかるデューティ制御によれば、目標期間内に触媒温度を活性化温度にまで上昇させるのに十分な値に目標電力を設定しておけば、触媒温度を精度良く管理できて上記熱損傷の懸念を解消できる。
【００１７】
そして、上記発明にかかる補充制御では、上述の如く設定された目標電力よりも高い電力を供給することとなるが、「補充制御の実施期間は一時的であるため熱損傷の懸念は解消できる」との思想に基づくのが上記請求項３記載の発明であり、補充制御では通電割合を１００％とするので、目標期間内に触媒温度を活性化温度にまで上昇させることを確実にできる。一方、上記請求項２記載の発明では、供給電力が上限値を超えないように制限して補充制御を実施するので、触媒装置が熱損傷することの懸念を確実に解消できる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、前記基材は円柱形状であり、前記基材の外周面には１対の電極が取り付けられており、前記１対の電極は、前記基材の径方向に並べて配置されていることを特徴とする。
【００１９】
ここで、円柱形状の基材の外周面に電極を径方向に並べて配置した場合（図１参照）には、基材の中心部分Ｐ１よりも外周面に近い部分（外周部分Ｐ２）の方が低抵抗であるので、中心部分Ｐ１よりも外周部分Ｐ２に電流が流れやすくなる。しかも、ＮＴＣ特性に起因して、電流が流れ易い外周部分Ｐ２にて温度上昇が促進されていくため、基材の温度分布にバラツキが生じ易くなる。そのため、デューティ制御により触媒温度を精度良く管理することの必要性が高い。但し、デューティ制御により供給電力が目標電力になっていたとしても、デューティ制御にかかる通電オン期間に流れる電流Ｉｍａｘ（図３参照）が大電流になることは避けられない。
【００２０】
したがって、１対の電極を径方向に並べて配置した上記発明にかかるＥＨＣの場合には、デューティ制御が必須となり、「デューティ制御にかかる通電オン期間において大電流が流れることを抑制する」といった本発明の効果が好適に発揮される。
【００２１】
ちなみに、この種の電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ）には、セラミック製または金属製の基材に触媒を担持させた構成が具体例として挙げられるが、セラミック製の基材を採用した場合には、金属製に比べて先述した熱損傷のおそれが高くなる。したがって、セラミック製の基材を採用した場合に、「大電流が流れることを抑制する」といった本発明の効果が好適に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す触媒通電制御装置が適用される触媒装置と、その触媒装置の内燃機関に対する取付け位置を示す図である。
【図２】第１実施形態において、バッテリとＥＨＣとの通電オン、オフを制御するためのハード構成を説明するブロック図である。
【図３】ＥＨＣ２０への投入電流がデューティ制御により変化する様子を表した図である。
【図４】セラミック基材のＲ−Ｔ特性を説明する図である。
【図５】第１実施形態による制御を実施した場合において、触媒温度が上昇していく際の抵抗値、供給電力、デューティ比の変化をそれぞれ示す図である。
【図６】図５の如くデューティ比を設定して供給電力を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態による制御を実施した場合において、触媒温度が上昇していく際の抵抗値、供給電力、デューティ比の変化をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、触媒通電制御装置の適用対象となる触媒装置の、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。
【００２５】
内燃機関１０の排気管１１には、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、電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ２０(Electrically Heated Catalyst)）が取り付けられている。このＥＨＣ２０は、セラミック基材２１に触媒を担持させて構成されている。セラミック基材２１には導電性を有した材質（例えばシリコンとカーボンを主成分とした材質）が採用されており、セラミック基材２１には一対の電極２２，２３が取り付けられている。そして、バッテリ４０（図２参照）から電極２２，２３へ電力供給すると、プラス電極２２からセラミック基材２１を通じてマイナス電極２３へ電流が流れる。これによりセラミック基材２１自体が発熱して温度上昇する。
【００２６】
また、セラミック基材２１は円柱形状に形成されており、円柱の中心軸方向（図１の左右方向）が排気流れ方向と一致する向きに配置されている。また、円柱の内部には複数の排気通路が形成されるよう、図１のＡ矢視においてセラミック基材２１は格子状に仕切られている。
【００２７】
一対の電極２２，２３はセラミック基材２１の外周面に取り付けられている。なお、図１の例では一対の電極２２，２３がセラミック基材２１の径方向に並べて配置されているが、これらの電極２２，２３を、セラミック基材２１の外周面に沿って周方向に延びるリング状に形成し、セラミック基材２１の中心軸方向に並べて配置してもよい。
【００２８】
次に、図２を用いてバッテリ４０とＥＨＣ２０との通電オン、オフを制御するためのハード構成を説明する。
【００２９】
バッテリ４０は、ＥＨＣ２０への電力供給の他に、車両に搭載された走行用モータへも電力供給するものであるため、例えばリチウム蓄電池等の、鉛蓄電池に比べてエネルギ密度が高く、かつ、鉛蓄電池に比べて高電圧（例えば充電状態により下限値１２０Ｖ〜上限値１９２Ｖ）のバッテリが採用されている。
【００３０】
バッテリ４０からＥＨＣ２０への通電オン、オフは、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチ５０により切り替えられる。半導体スイッチ５０へ印加されるゲート電圧は、駆動回路５１（デューティ制御手段）により制御され、駆動回路５１は、制御装置（ＥＣＵ５２）から出力される駆動信号に基づき作動する。なお、駆動回路５１は高電圧（例えば１２０Ｖ）で作動する各種電子部品で構成されているのに対し、ＥＣＵ５２（デューティ制御手段）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを有して構成され、低電圧（例えば５Ｖ）で作動するものである。
【００３１】
そして、ＥＣＵ５２および駆動回路５１は、通電制御を実施している期間に対する通電オン期間Ｔｏｎ（図３参照）の割合（通電割合）であるデューティ比を制御して、ＥＨＣ２０へ供給される電力が目標電力となるようデューティ制御する。図３の縦軸は、ＥＨＣ２０へ入力される電流を示す図であり、デューティ制御により間欠的に入力された電流値の平均を表した平均電流Ｉａｖｅに、ＥＨＣ２０へ印加される電圧（図２の例では１２０Ｖ）を乗算して得られた値が供給電力を示すこととなる。つまり、供給電力が目標電力（例えば６ｋＷ）となるような平均電流Ｉａｖｅとなるよう、ＥＣＵ５２はデューティ比を設定する。
【００３２】
目標電力は、目標期間内に触媒温度を活性化温度にまで上昇させるのに十分な値となるよう設定されている。具体的には、触媒温度が想定される最低温度になっている状態から活性化温度にまで上昇させるのに必要な熱量を発生させるために、ＥＨＣ２０へ投入する必要な電力量（必要供給電力総量）を「必要量」とした場合において、目標期間内に必要量を投入するのに要する電力を目標電力として設定している。
【００３３】
ちなみに、図２中の電圧センサ５３は、一対の電極２２，２３間の電位差を検出するものであり、電流センサ５４は、ＥＨＣ２０を流れる電流を検出する。そして、これらのセンサ５３，５４により検出された電圧検出値および電流検出値はＥＣＵ５２へ入力される。なお、電流センサ５４による電流検出は、パワー半導体（半導体スイッチ５０）が有する電流検出機能を利用してもよいし、シャント抵抗を用いた電流検出であってもよい。
【００３４】
ところで、図４は、セラミック基材２１の温度（触媒温度Ｔ）と触媒抵抗値Ｒとの相関（Ｒ−Ｔ特性）を示すグラフであり、図示されるように、本実施形態にかかるセラミック基材２１のＲ−Ｔ特性は、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。図中の一点鎖線は基準となるＲ−Ｔ特性を示しているが、ＥＨＣ２０には機差バラツキ（例えば±３０％）を考慮すると、実際のＲ−Ｔ特性は実線に示す範囲内で異なる値になっていることが想定される。なお、図４（ｂ）は本実施形態に係るＥＨＣ２０のＲ−Ｔ特性であり、図４（ａ）は本実施形態の比較対象となるＥＨＣのＲ−Ｔ特性であり、図４（ｂ）に比べて抵抗値の低いセラミック基材２１を採用した場合の例である。
【００３５】
先ず、図４（ａ）を用いて本実施形態が解決する課題について説明する。
【００３６】
セラミック基材２１がＮＴＣ特性であるため低温であるほど抵抗値は高くなるが、セラミック基材２１の材質に抵抗値の高いものを選定すると、低温Ｔａの時にはデューティ比を１００％にしても平均電流Ｉａｖｅが十分に高くならないため供給電力が目標電力に達しないことが懸念される。そのため、図４（ａ）では、低温Ｔａの時であっても目標電力を投入できる程度に抵抗値（図４（ａ）の例では２．４Ω）が低いものを選定している。例えば、バッテリ電圧が下限値の１２０Ｖであり低温Ｔａ時の抵抗が２．４Ωであれば、デューティ比１００％時の供給電力は６ｋＷになる（１２０Ｖ×１２０Ｖ／２．４Ω＝６ｋＷ）。
【００３７】
しかしながら、このように低抵抗の材質を選定すると、ＥＨＣ２０への通電を開始してから時間経過とともに温度が上昇して抵抗値が低下していった時に、今度は抵抗値が低すぎてしまい、デューティ制御により供給電力が目標電力になっていたとしても、デューティ制御にかかる通電オン期間Ｔｏｎに流れる電流（図３に示す最大電流Ｉｍａｘ）が大電流になることは避けられない。例えば、触媒温度が目標温度（６００℃）に達した時の抵抗が０．６５Ωであり、その時のバッテリ電圧が上限値の１９２Ｖであれば、最大電流Ｉｍａｘは３２０Ａとなる（１９２Ｖ／０．６５Ω＝３２０Ａ）。そのため、半導体スイッチ５０や駆動回路５１、図示しない電気配線等の各種電気部品を、大電流対応の規格のものにしなければならなくなり、コストアップを招くことになる。
【００３８】
そこで本実施形態では、図４（ｂ）に示す如く抵抗値の高い材質を選定して、低温Ｔａの時には、先述した機差バラツキ（±３０％）によって生じる２．４Ωから３．２Ωのセラミック基材２１に対して、目標電力を投入させることを諦めている。例えば、バッテリ電圧が下限値の１２０Ｖであり低温Ｔａ時の抵抗が３．２Ωであれば、デューティ比を１００％にしても供給電力は４．５ｋＷ（１２０Ｖ×１２０Ｖ／３．２Ω＝４．５ｋＷ）にしかならず、目標電力（６ｋＷ）に対して不足している。但し、その不足分は、目標電力が投入可能な温度にまで上昇した以降に補充させることで、触媒の早期活性化を補償している。
【００３９】
その一方で、上述の如く低抵抗の材質を選定したことで、触媒温度が目標温度（６００℃）に達した時の抵抗を０．９Ωにまで高めることができ、その時のバッテリ電圧が上限値の１９２Ｖであっても、最大電流Ｉｍａｘは約２１３Ａとなる（１９２Ｖ／０．９Ω≒２１３Ａ）。よって、最大電流Ｉｍａｘを低下させることができ、ひいては各種電気部品のコストアップを抑制できる。
【００４０】
以下、目標電力よりも低い電力を供給している期間（電力不足期間Ｂ１）と、その不足分を供給する補充期間Ｂ２と、先述したように目標電力となるようデューティ制御している通常制御期間Ｂ３とについて、図５を用いて説明する。
【００４１】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、触媒温度が０℃の時にＥＨＣ２０への電力供給を開始した場合において、時間が経過して触媒温度が上昇していく際の抵抗値、供給電力、デューティ比の変化をそれぞれ示す。
【００４２】
電力不足期間Ｂ１においては、低温Ｔａ時に２．４Ω〜３．２Ωの間で分布するセラミック基材２１の場合、デューティ比を１００％で通電しているにも拘わらず、供給電力は目標電力に対して不足した状態である。そして、電力供給開始から時間経過とともに触媒温度が上昇していくと、抵抗値が低下していくことに伴い、ｔ１時点で供給電力が目標電力に達する。このｔ１時点で補充期間Ｂ２が開始され、供給電力を目標電力よりも高くするようデューティ比を設定してデューティ制御（補充制御）する。図５の例では、補充期間Ｂ２中のデューティ比を１００％に設定している。
【００４３】
図５（ｂ）中の斜線を付した面積Ｓ１は、電力不足期間Ｂ１における目標電力総量に対する供給電力総量の不足分を示す。また、面積Ｓ２は、補充期間Ｂ２における目標電力総量に対する供給電力総量の過剰分（補充分）を示す。そして、補充分Ｓ２が不足分Ｓ１に達したｔ２時点で、供給電力を目標電力よりも高くすることを終了して補充期間Ｂ２を終了させる。このｔ２時点から、触媒温度が目標温度に達するｔ３時点までの通常制御期間Ｂ３においては、供給電力が目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。
【００４４】
図６は、図５の如くデューティ比を設定して供給電力を制御する処理手順を示すフローチャートであり、イグニッションスイッチをオン操作した時点で触媒暖機が要求された場合に、ＥＣＵ５２のマイコンにより所定周期で繰り返し実行される。
【００４５】
先ず、図６のステップＳ１０において、ＥＨＣ２０への通電開始から現時点までに供給してきた電力の総量（供給電力総量）が、先述した必要量未満であるか否かを判定する。供給電力総量が必要量に達していると判定されれば（Ｓ１０：ＮＯ）、触媒温度が目標温度に達しているとみなして、続くステップＳ１８にて通電を停止させる。
【００４６】
一方、供給電力総量が必要量に達していないと判定されれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１において現時点における駆動信号（つまり指令しているデューティ比）を取得する。また、次のステップＳ１２において電圧センサ５３および電流センサ５４の検出値を取得して、現時点でＥＨＣ２０を流れる電流および電圧を取得するとともに、取得したこれらの検出値に基づき、現時点での供給電力を算出する。
【００４７】
なお、ステップＳ１１，Ｓ１２で取得したデューティ比および供給電力は、ステップＳ１８にて通電停止させるまでの間は記憶させておく。つまり、デューティ比および供給電力の履歴を記憶させておく。
【００４８】
続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で取得した現時点での供給電力が、予め設定しておいた目標電力より少なくなっているか否かを判定する。供給電力＜目標電力と判定されれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、図５に示す電力不足期間Ｂ１であるとみなして次のステップＳ１４（電力不足量算出手段）へ進み、ステップＳ１２で取得した供給電力の履歴に基づき、先述した不足分Ｓ１（目標電力総量に対する供給電力総量の不足分）を算出する。そして、続くステップＳ１５において、供給電力＝目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。但し、ステップＳ１３にて供給電力＜目標電力と判定されている場合には、デューティ比を１００％に設定することとなる。
【００４９】
一方、供給電力＜目標電力でないと判定されれば（Ｓ１３：ＮＯ）、次のステップＳ１６において、ステップＳ１４で算出した不足分Ｓ１が解消されているか否かを判定する。解消されていないと判定されれば（Ｓ１６：ＮＯ）、図５に示す補充期間Ｂ２であるとみなしてステップＳ１７へ進み、デューティ比を強制的に１００％に設定する。一方、不足分Ｓ１が解消されていると判定されれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、図５に示す通常制御期間Ｂ３であるとみなしてステップＳ１５へ進み、供給電力＝目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。
【００５０】
以上により、図６の処理を実施すれば、図５（ａ）に示す抵抗値変化に合わせて図５（ｂ）の如く供給電力が推移することとなるよう、図５（ｃ）の如くデューティ比が設定されることとなる。
【００５１】
以上詳述した本実施形態によれば、目標電力を投入可能な抵抗値となる温度にまで触媒温度が上昇した以降の補充期間Ｂ２に、デューティ比を強制的に１００％にすることで、電力不足期間Ｂ１における供給電力総量の不足分Ｓ１を補充させる。そのため、低温Ｔａの時であっても目標電力を投入可能な低抵抗のセラミック基材２１を選定することを不要にしつつ、それにより生じた前記不足分Ｓ１は補充期間Ｂ２に補充することで、ＥＨＣ２０の早期活性を実現できる。よって、デューティ制御の通電オン期間Ｔｏｎに大電流が流れることを抑制してコストダウンを図ることと、ＥＨＣ２０の早期活性との両立を図ることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、補充期間Ｂ２でのデューティ比を１００％に維持させているのに対し、図７に示す本実施形態では、供給電力が予め設定しておいた上限値Ｐｍａｘ（図７（ｂ）参照）を超えないように制限してデューティ制御する。つまり、供給電力が目標電力に達したｔ１時点からデューティ比を１００％に維持させていると、触媒温度上昇に伴い抵抗値が低下してくるので供給電力が上昇していき、図７の例ではｔ４時点で供給電力が上限値Ｐｍａｘに達している。このように、補充期間Ｂ２中に供給電力が上限値Ｐｍａｘに達した場合、ｔ４時点以降において供給電力が上限値Ｐｍａｘに維持されるようにデューティ比を低下させていく（図７（ｃ）中のｔ４〜ｔ５参照）。
【００５３】
その後、補充分Ｓ２が不足分Ｓ１に達したｔ５時点で、供給電力を目標電力よりも高くすることを終了して補充期間Ｂ２を終了させる。このｔ５時点から、触媒温度が目標温度に達するｔ６時点までの通常制御期間Ｂ３においては、供給電力が目標電力となるよう通常のデューティ制御を実施する。
【００５４】
図７の如くデューティ比を設定して供給電力を制御する場合には、図６のフローチャートに係るステップＳ１７を、図６中の一点鎖線に示すステップＳ１７ａに変更すればよい。すなわち、ステップＳ１６にて不足分Ｓ１が解消されていないと判定された場合（Ｓ１６：ＮＯ）、図７に示す補充期間Ｂ２であるとみなしてステップＳ１７ａへ進み、供給電力が上限値Ｐｍａｘを超えないよう制限しつつ、デューティ比を最大の値に設定してデューティ制御（補充制御）する。
【００５５】
以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、次の効果が発揮される。すなわち、補充期間Ｂ２において供給電力が上限値Ｐｍａｘを超えないように制限するので、セラミック基材２１および触媒が熱損傷する懸念を確実に解消できる。
【００５６】
（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。
【００５７】
・上記各実施形態では、図６のステップＳ１０において、供給電力総量が必要量に達しているか否かに基づき、触媒温度が目標温度に達しているか否かを判定しているが、触媒温度を温度センサで検出し、その温度検出値に基づいて触媒温度が目標温度に達しているか否かを判定するようにしてもよい。或いは、電流検出値および電圧検出値に基づきセラミック基材２１の抵抗値を算出し、その抵抗値から触媒温度を推定し、その推定温度に基づいて触媒温度が目標温度に達しているか否かを判定するようにしてもよい。
【００５８】
・上記各実施形態では、図６の処理をＥＣＵ５２のマイコンに実施させているが、電力量を監視させる回路（例えばコンデンサーをタイマーとして機能させる回路等）を駆動回路５１に設け、図６の処理を駆動回路５１で実施させるようにしてもよい。
【００５９】
・上記各実施形態にかかる電圧センサ５３および電流センサ５４は、図２に示すように、ＥＨＣ２０の電極２２，２３の近傍での電圧および電流を検出している。これに対し、駆動回路５１および半導体スイッチ５０を筐体に収容して構成される駆動回路ユニットの内部に電圧センサおよび電流センサを配置して、駆動回路ユニットの内部における電圧および電流を検出するようにしてもよい。
【００６０】
・上記各実施形態では、一対の電極２２，２３がセラミック基材２１の径方向に並べて配置されているが、これらの電極２２，２３を、セラミック基材２１の外周面に沿って周方向に延びるリング状に形成し、セラミック基材２１の中心軸方向に並べて配置してもよい。
【００６１】
・上記各実施形態では、ＥＨＣ２０の基材にセラミック基材２１を採用しているが、金属製の基材を採用するようにしてもよい。また、図２に示す例では半導体スイッチ５０を、ＥＨＣ２０に対して低電圧側（負極側）に配置しているが、ＥＨＣ２０に対して高電圧側（正極側）に配置してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
２０…ＥＨＣ（触媒装置）、２１…基材、２２，２３…１対の電極、Ｂ１…電力不足期間、Ｓ１４…電力不足量算出手段、Ｐｍａｘ…上限値、５１…駆動回路（デューティ制御手段）、５２…ＥＣＵ（デューティ制御手段）。
【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を基材に担持させて構成された触媒装置であって、前記基材に通電して基材自身を発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用され、前記基材が、温度上昇に伴い自身の電気抵抗値が低下していく特性を有する場合において、
前記基材への供給電力を目標電力とするよう、前記基材への通電をデューティ制御するデューティ制御手段と、
前記基材への通電を開始してから、前記目標電力を投入可能な抵抗値となる温度に触媒温度が上昇するまでの電力不足期間における、目標電力総量に対する供給電力総量の不足分を算出する電力不足量算出手段と、
を備え、
前記デューティ制御手段は、前記目標電力よりも高い電力を供給するようデューティ制御する補充制御を、前記電力不足期間が経過してから前記不足分が補充されるまでの期間に実施することを特徴とする触媒通電制御装置。
【請求項２】
前記補充制御では、前記基材への供給電力が予め設定しておいた上限値を超えないように制限してデューティ制御することを特徴とする請求項１に記載の触媒通電制御装置。
【請求項３】
前記補充制御では、前記基材への通電割合を１００％とするようにデューティ制御することを特徴とする請求項１に記載の触媒通電制御装置。
【請求項４】
前記基材は円柱形状であり、
前記基材の外周面には１対の電極が取り付けられており、
前記１対の電極は、前記基材の径方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の触媒通電制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する触媒を基材に担持させて構成された触媒装置であって、前記基材に通電して基材自身を発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用され、前記基材が、温度上昇に伴い自身の電気抵抗値が低下していく特性を有する場合において、
前記基材への供給電力を目標電力とするよう、前記基材への通電をデューティ制御するデューティ制御手段と、
前記基材への通電を開始してから、前記目標電力を投入可能な抵抗値となる温度に触媒温度が上昇するまでの電力不足期間における、目標電力総量に対する供給電力総量の不足分を算出する電力不足量算出手段と、
を備え、
前記デューティ制御手段は、前記目標電力よりも高い電力を供給するようデューティ制御する補充制御を、前記電力不足期間が経過してから前記不足分が補充されるまでの期間に実施することを特徴とする触媒通電制御装置。
【請求項２】
前記補充制御では、前記基材への供給電力が予め設定しておいた上限値を超えないように制限してデューティ制御することを特徴とする請求項１に記載の触媒通電制御装置。
【請求項３】
前記補充制御では、前記基材への通電割合を１００％とするようにデューティ制御することを特徴とする請求項１に記載の触媒通電制御装置。
【請求項４】
前記基材は円柱形状であり、
前記基材の外周面には１対の電極が取り付けられており、
前記１対の電極は、前記基材の径方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の触媒通電制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１５１４５（Ｐ２０１２−２１５１４５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１６３３（Ｐ２０１１−８１６３３）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【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２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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