JP2022036487A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】電気加熱式触媒２００の制御装置１０は、電気加熱式触媒２００に発熱用電力を供給する電力供給部１１と、電気加熱式触媒２００の温度を取得する温度取得部１２と、を備える。電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒２００の温度変化に基づいて、目標電力量を設定し、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。【選択図】図１

Description

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

電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒の温度変化は、電気加熱式触媒に付着した水分の量に応じたものとなる。そこで、上記構成の制御装置では、電気加熱式触媒に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒の温度変化に基づいて、電力供給部が目標電力量を設定することとしている。電気加熱式触媒に供給される発熱用電力の電力量の目標値、である目標電力量が、電気加熱式触媒に付着した水分の量に応じて適切に設定されるので、電気加熱式触媒の温度を適切に制御し、確実に活性温度に到達させることが可能となる。

本開示によれば、電気加熱式触媒の温度を適切に制御することのできる制御装置、が提供される。

図１は、本実施形態に係る制御装置の構成、及び、当該制御装置が搭載される車両の構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示される電気加熱式触媒の構成を示す断面図である。 図３は、図１に示される電気加熱式触媒の構成を示す断面図である。 図４は、電気加熱式触媒の温度と抵抗値との関係を示す図である。 図５は、電気加熱式触媒の温度制御について説明するための図である。 図６は、電気加熱式触媒の温度制御について説明するための図である。 図７は、図１に示される制御装置、により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、目標電力量を設定する方法について説明するための図である。 図９は、電気加熱式触媒の温度変化の勾配と、目標電力量と、の対応関係の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る制御装置１０は、電気加熱式触媒２００を制御するための装置であって、電気加熱式触媒２００と共に車両ＭＶに搭載されるものである。制御装置１０の説明に先立ち、図１を参照しながら、車両ＭＶの構成について先ず説明する。

図１に示されるように、車両ＭＶは、内燃機関１００と、排気配管２０と、を備えている。内燃機関１００は所謂エンジンであって、燃料を燃焼させることにより、車両ＭＶの走行用の駆動力を発生させる装置である。排気配管２０は、内燃機関１００で生じた排ガスを、車両ＭＶの外部へと導き排出するための配管である。尚、図１においては、車両ＭＶの構成の一部のみが模式的に示されており、車両ＭＶが備える他の構成、例えば吸気配管や車輪などについては図示が省略されている。

排気配管２０の途中となる位置には、制御装置１０の制御対象である電気加熱式触媒２００が設けられている。電気加熱式触媒２００は、排ガスに含まれる窒素酸化物などの有害物質を浄化するための装置である。図２及び図３を参照しながら、電気加熱式触媒２００の構成について説明する。図２には、電気加熱式触媒２００を、排ガスの流れる方向に対し平行な面で切断した場合の断面が模式的に描かれている。図３には、電気加熱式触媒２００を、排ガスの流れる方向に対し垂直な面で切断した場合の断面が模式的に描かれている。両図に示されるように、電気加熱式触媒２００は、外筒２１０と、基材２２０と、電極２３０と、保持部材２４０と、を備えている。

外筒２１０は、後述の基材２２０等を内部に収容し保持するための部材である。外筒２１０の形状は概ね円筒形状となっている。図２に示されるように、排気配管２０のうち外筒２１０の近傍の部分は、外筒２１０の内径に合わせて拡径されており、このように拡径された排気配管２０が外筒２１０へと接続されている。このため、外筒２１０は、排ガスを外部へと導く排気配管２０の一部となっている。

基材２２０は、導電性のセラミックスにより形成された円柱形状の部材である。基材２２０には、複数の流路２２１がハニカム状に形成されている。それぞれの流路２２１は、基材２２０の中心軸に沿った方向に沿って延びるように形成されている。当該方向は、図２における左右方向であり、図３における紙面奥行き方向である。基材２２０には、不図示の触媒が担持させてある。このような構成により、基材２２０の導電性が確保されている。排ガスは、基材２２０の各流路２２１を流れる際に、流路２２１の表面に露出した触媒に触れながら流れることとなる。触媒としては、例えば三元触媒のような、排ガスを浄化するための金属触媒として知られている種々の材料を用いることができる。

電極２３０は、触媒として機能する基材２２０に対し、外部から電力を供給するための一対の電極である。電極２３０間に電圧が印加されると、導電性のセラミックスからなる基材２２０には電流が流れて、生じたジュール熱によって基材２２０の温度が上昇する。このため、例えば冷間始動時のように、排ガスの温度が比較的低いときには、電極２３０から電力を供給することで基材２２０の温度を上昇させ、短時間のうちに基材２２０を活性温度に到達させることができる。「活性温度」とは、排ガスの浄化性能を十分に発揮し得るような基材２２０の温度のことである。

基材２２０の温度のことを、以下では「電気加熱式触媒２００の温度」のようにも表記する。また、一対の電極２３０から基材２２０に供給される上記電力は、電気加熱式触媒２００を発熱させてその温度を上昇させるための電力であるから、当該電力のことを以下では「発熱用電力」とも表記する。

図３に示されるように、電極２３０は、表面電極部２３１と、突出部２３２と、端子部２３３と、を有している。表面電極部２３１は、基材２２０の表面の一部を覆うように形成された電極である。表面電極部２３１は、基材２２０の表面のうち、基材２２０の中心軸を挟んで互いに対向する２カ所に形成されている。表面電極部２３１の材料としては、導電性を有する金属等が用いられる。

突出部２３２は、それぞれの表面電極部２３１の表面から、外側に向けて突出するように形成された部材である。突出部２３２の材料としては、表面電極部２３１と同様に、導電性を有する金属等が用いられる。突出部２３２は、その一端が表面電極部２３１に対して接合されている。突出部２３２は、それぞれの表面電極部２３１に対し一つずつ設けられている。

端子部２３３は、突出部２３２のうち表面電極部２３１とは反対側の端部から、更に外側に向けて突出するように形成された棒状の部材である。端子部２３３の材料としては、やはり導電性を有する金属部材が用いられる。端子部２３３は、その一端が突出部２３２に対して接合されている。端子部２３３は、それぞれの突出部２３２に対し一つずつ設けられている。

端子部２３３のうち、突出部２３２とは反対側の部分は、絶縁性の保持部材２１１を介して、外筒２１０の外側へと突出している。端子部２３３のうち外筒２１０の外側には、発熱用電力を供給するための配線が接続される。つまり、それぞれの端子部２３３は、外部から発熱用電力の供給を受けるための電極端子として機能する。

図３に示されるように、表面電極部２３１、突出部２３２、及び基材２２０からなる導電性部材の表面全体は、絶縁層２５０により覆われている。これにより、これら導電性部材と外筒２１０との電気的な絶縁が確保されている。

保持部材２４０は、外筒２１０の内側において基材２２０を保持するための部材である。保持部材２４０としては、例えば、繊維状のアルミナが用いられる。保持部材２４０は、外筒２１０の内周面と、基材２２０の外周面との間に形成された隙間の全体を埋めるように配置されている。

図１を再び参照しながら、制御装置１０の構成について説明する。先に述べたように、制御装置１０は、電気加熱式触媒２００を制御するための装置である。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータ装置として構成されている。制御装置１０は、その機能を表すブロック要素として、電力供給部１１と、温度取得部１２と、記憶部１３と、駆動回路１４と、を備えている。

電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に発熱用電力を供給する処理を行う部分である。電力供給部１１は、後述の駆動回路１４の動作を制御することにより、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の大きさ等を調整する。電力供給部１１によって行われる処理の具体的な内容については後に説明する。

温度取得部１２は、電気加熱式触媒２００の温度を取得する処理を行う部分である。本実施形態の温度取得部１２は、発熱用電力が供給される基材２２０の抵抗値を取得し、当該抵抗値に基づいて基材２２０の温度、すなわち電気加熱式触媒２００の温度を取得する。

図４の線Ｌ１０に示されるのは、基材２２０の温度（横軸）と、基材２２０の抵抗値（縦軸）との対応関係の一例である。本実施形態に係る基材２２０は、温度が高くなるにしたがってその抵抗値も高くなる、所謂ＰＴＣ特性を有している。線Ｌ１０に示される対抗関係は、予めマップとして記憶部１３に記憶されている。

温度取得部１２は、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の、電圧及び電流の値をそれぞれ不図示のセンサにより取得し、これらの値に基づいて基材２２０の抵抗値を算出する。その後、当該抵抗値と、記憶部１３に記憶されている線Ｌ１０の対応関係に基づいて、基材２２０の温度を取得する。

尚、基材２２０は、温度が高くなるにしたがってその抵抗値が低くなる、所謂ＮＴＣ特性を有するものとして構成されていてもよい。この場合、記憶部１３に記憶されている温度と抵抗値との対応関係は、図４の線Ｌ１１に示されるようなものとなる。

上記のような態様に替えて、温度取得部１２が、電気加熱式触媒２００に設けられた温度センサからの信号に基づいて、電気加熱式触媒２００の温度を直接的に取得することとしてもよい。

記憶部１３は、制御装置１０に設けられた不揮発性の記憶装置であり、例えばＳＳＤやＨＤＤである。記憶部１３には、上記のように、電気加熱式触媒２００の温度と抵抗値との対応関係が記憶されている。記憶部１３には、当該対応関係以外の情報も記憶されているのであるが、これについては後に説明する。

駆動回路１４は、電気加熱式触媒２００に発熱用電力を供給するために設けられた回路である。図２に示されるように、駆動回路１４は、遮断回路１４１と、スイッチング回路１４２と、バッテリ１４３と、を有している。

遮断回路１４１は、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給を遮断するための回路である。電気加熱式触媒２００に対し発熱用電力の供給が行われるときには、遮断回路１４１は閉状態とされる。遮断回路１４１の動作は電力供給部１１によって制御される。

スイッチング回路１４２は、不図示のスイッチング素子により構成された回路であって、バッテリ１４３と電気加熱式触媒２００との間を繋ぐ電力経路の開閉を切り換えるものである。スイッチング回路１４２の動作は電力供給部１１によって制御される。電力供給部１１は、スイッチング回路１４２の開閉動作におけるデューティを調整することで、電気加熱式触媒２００に対し供給される発熱用電力の大きさを調整する。

バッテリ１４３は、発熱用電力の供給源となる蓄電装置であって、例えばリチウムイオンバッテリである。バッテリ１４３としては、車両ＭＶに搭載された補機用のバッテリが用いられる。このような態様に替えて、電気加熱式触媒２００に対し発熱用電力を供給するための専用の蓄電装置として、バッテリ１４３が設けられていてもよい。

本実施形態の駆動回路１４は制御装置１０に内蔵されている。このような態様に替えて、駆動回路１４が、制御装置１０とは別の装置として構成され、制御装置１０の外側に配置されていてもよい。

制御装置１０によって行われる、電気加熱式触媒２００の温度制御の概要について説明する。図５（Ａ）に示されるのは、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の電圧値、の時間変化の例である。先に述べたように、電力供給部１１は、スイッチング回路１４２の開閉動作におけるデューティを調整し、これにより発熱用電力の大きさを調整する。図５（Ａ）の線Ｌ２０に示される例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までの期間において、スイッチング回路１４２の開閉動作が繰り返され、電気加熱式触媒２００に発熱用電力が供給される。

図５（Ｂ）に示されるのは、温度取得部１２によって取得される電気加熱式触媒２００の温度、の時間変化の例である。時刻ｔ１０において、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給が開始されると、線Ｌ３０や線Ｌ３１に示されるように、電気加熱式触媒２００の温度は次第に上昇して行く。本実施形態では、電気加熱式触媒２００の活性温度以上の温度として、目標温度Ｔ１０が設定されている。電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給は、基本的に、電気加熱式触媒２００の温度が目標温度Ｔ１０に到達するまでの間継続される。

図５（Ｃ）に示されるのは、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の積算値、すなわち電力量の時間変化の例である。時刻ｔ１０において、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給が開始されると、線Ｌ４０や線Ｌ４１に示されるように、当該電力量は次第に増加して行く。この電力量は、電気加熱式触媒２００に供給されたエネルギーの積算値ということもできる。

本実施形態では、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の電力量についての目標値が設定される。当該目標値のことを、以下では「目標電力量」とも称する。目標電力量は、電気加熱式触媒２００の温度を、上記の目標温度Ｔ１０に到達させるために必要なエネルギーの値として、予め設定される。図５（Ｃ）の線Ｌ４０は、目標電力量としてＥ１０が設定された場合における、電力量の時間変化の例である。図５（Ｃ）の線Ｌ４１は、目標電力量としてＥ１１が設定された場合における、電力量の時間変化の例である。このように、本実施形態では、目標電力量として常に一定の値が設定されるのではなく、状況に応じて異なる値の目標電力量が都度設定される。

ところで、車両ＭＶの冷間始動時などにおいては、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着している場合がある。このような水分は、例えば、排ガスもしくは空気の中に含まれる水分が結露して、電気加熱式触媒２００のうち排ガスの通る流路２２１の内壁面等に付着したものである。電気加熱式触媒２００の内部に付着する水分の量は、内燃機関１００が始動されるまでの間に経過した時間（ソーク時間）の長さや、当該時間における気温や湿度等によって異なる量となる。

図５（Ｂ）に示される線Ｌ３０は、電気加熱式触媒２００の内部における水分量が０の状態で、発熱用電力の供給が開始された場合における、電気加熱式触媒２００の温度変化の例を示している。この場合、電気加熱式触媒２００に供給された発電用電力のエネルギーは、概ねその全てが、基材２２０の温度上昇のために用いられる。このため、線Ｌ３０に示されるように、発熱用電力の供給が開始された時刻ｔ１０以降において、電気加熱式触媒２００の温度は比較的速い速度で上昇している。

この場合においては、目標電力量として、図５（Ｃ）に示されるＥ１０が設定される。図５（Ｃ）の線Ｌ４０に示されるように、電気加熱式触媒２００に供給された電力量が、時刻ｔ１３において目標電力量Ｅ１０に到達すると、図５（Ａ）の線Ｌ２０に示されるように、この時点で発電用電力の供給が停止される。また、図５（Ｂ）の線Ｌ３０に示されるように、この時刻ｔ１３と概ね等しいタイミングにおいて、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。

図５（Ａ）の線Ｌ２１、図５（Ｂ）の線Ｌ３１、及び図５（Ｃ）の線Ｌ４１は、いずれも、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。

この場合、電気加熱式触媒２００に供給された発電用電力のエネルギーは、その一部が基材２２０の温度上昇のために用いられる一方で、他の一部は、上記水分の温度上昇、及び、水分を蒸発させるためのエネルギーとして用いられる。従って、目標電力量として、先の例と同じＥ１０が設定された場合には、電気加熱式触媒２００の温度を目標温度であるＴ１０まで到達させることができない。

そこで、本実施形態に係る制御装置１０の電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している場合には、目標電力量としてＥ１０よりも大きなＥ１１を設定することとしている。このＥ１１は、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着している状況で、電気加熱式触媒２００の温度を目標温度Ｔ１０に到達させるのに必要なエネルギーである。

この場合、図５（Ｂ）の線Ｌ３１に示されるように、時刻ｔ１０において発電用電力の供給が開始されると、電気加熱式触媒２００の温度は上昇し始める。その後の時刻ｔ１１において、電気加熱式触媒２００の温度が例えば１００℃程度まで上昇すると、電気加熱式触媒２００に付着していた水分が沸騰し始める。時刻ｔ１１からしばらくの間は、供給された発電用電力のエネルギーの大部分が、水分を沸騰させるための潜熱として消費される。このため、時刻ｔ１１から、水分が蒸発し終える時刻ｔ１２までの期間においては、電気加熱式触媒２００の温度は殆ど上昇しない。

時刻ｔ１２以降においては、電気加熱式触媒２００の内部に水分が存在しない。このため、電気加熱式触媒２００に供給された発電用電力のエネルギーは、概ねその全てが、基材２２０の温度上昇のために用いられるようになる。

発電用電力の供給は、電気加熱式触媒２００に供給された電力量が、目標電力量であるＥ１１に到達する時刻ｔ１４まで継続される。電気加熱式触媒２００に供給された電力量が、時刻ｔ１４において目標電力量Ｅ１１に到達すると、図５（Ａ）の線Ｌ２１に示されるように、この時点で発電用電力の供給が停止される。また、図５（Ｂ）の線Ｌ３１に示されるように、この時刻ｔ１４と概ね等しいタイミングにおいて、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。

目標電力量の設定は、図５の例におけるＥ１０とＥ１１との間で択一的に行われるのではなく、電気加熱式触媒２００の内部における水分量に応じて適宜行われる。

図６（Ａ）には、図５（Ｂ）と同様に、温度取得部１２によって取得される電気加熱式触媒２００の温度の時間変化の例が示されている。図６（Ｂ）には、図５（Ｃ）と同様に、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の積算値、すなわち電力量の時間変化の例が示されている。線Ｌ５０及び線Ｌ６０は、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着していない状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。線Ｌ５１及び線Ｌ６１は、電気加熱式触媒２００の内部に比較的少量の水分が付着している状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。線Ｌ５２及び線Ｌ６２は、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している状態で、発熱用電力の供給が開始された場合の例を示している。

線Ｌ６０に示されるように、電気加熱式触媒２００の内部に水分が付着していない場合には、目標電力量として比較的小さなＥ２０が設定される。この場合、比較的速い時刻ｔ２１において、発電用電力の積算値はＥ２０に到達し、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。

線Ｌ６１に示されるように、電気加熱式触媒２００の内部に比較的少量の水分が付着している場合には、目標電力量として、Ｅ２０よりも大きなＥ２１が設定される。この場合、時刻ｔ２１よりも後の時刻ｔ２２において、発電用電力の積算値はＥ２１に到達し、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。

線Ｌ６２に示されるように、電気加熱式触媒２００の内部に比較的多量の水分が付着している場合には、目標電力量として、Ｅ２１よりも大きなＥ２２が設定される。この場合、時刻ｔ２２よりも後の時刻ｔ２３において、発電用電力の積算値はＥ２２に到達し、電気加熱式触媒２００の温度は目標温度Ｔ１０に到達する。

以上のように、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の内部における水分量に応じて、目標電力量を適切な値に都度設定した上で、電気加熱式触媒２００に対する発電用電力の供給を行うこととしている。目標電力量の具体的な設定方法については後に説明する。

このような温度制御を実現するために、制御装置１０によって実行される処理の流れについて、図７を参照しながら説明する。図７に示される一連の処理は、制御装置１０のうち主に電力供給部１１によって実行される。尚、図７に示される一連の処理が開始されるのは、例えば、内燃機関１００が始動された直後のタイミング等、電気加熱式触媒２００による排ガスの浄化が必要となるタイミングである。

当該処理の最初のステップＳ０１では、電気加熱式触媒２００への通電、すなわち、発熱用電力の供給が開始されたか否かが判定される。例えば、不図示の上位ＥＣＵからの指令により、電力供給部１１による発熱用電力の供給が開始されると、ステップＳ０１ではＹｅｓとの判定がなされる。発熱用電力の供給開始を、上位ＥＣＵからの指令に基づくことなく、制御装置１０が独自の判断に基づいて行うこととしてもよい。

ステップＳ０１において、電気加熱式触媒２００への通電が未だ行われていない場合には、図７に示される一連の処理を終了する。その後、図７に示される一連の処理が再度実行される。電気加熱式触媒２００への通電が開始されるとステップＳ０２に移行する。

ステップＳ０２では、電気加熱式触媒２００の温度をサンプリングする処理が開始される。以降においては、温度取得部１２による温度の取得が所定の周期毎に繰り返し行われ、取得された温度の波形が記憶部１３へと記憶される。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の電力量、であるＥ_ｉｎの値を更新する処理が行われる。図７の処理が開始されるよりも前の時点においては、Ｅ_ｉｎ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Ｅ_ｉｎの値が更新される。
Ｅ_ｉｎ＝Ｅ_ｉｎ＋Ｐ_ｉｎΔｔ・・・（１）

式（１）の左辺第２項の「Ｐ_ｉｎ」は、現時点において電気加熱式触媒２００に供給されている発熱用電力の値である。同項の「Δｔ」は、ステップＳ０２の処理が前回行われた時点から、今回行われるまでの間に経過した時間である。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたか否かが判定される。当該判定は、ステップＳ０２以降においてサンプリングされている電気加熱式触媒２００の温度の波形に基づいて行われる。

図５（Ｂ）の線Ｌ３１の例のように、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めた時点（時刻ｔ１１）では、電気加熱式触媒２００の温度波形における傾きが急激に変化する。例えば、電気加熱式触媒２００の温度波形の微分値における減少量が、所定の閾値を超えた場合に、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたと判定することができる。このような態様に替えて、温度取得部１２により取得された温度の値が、水の沸点近くに設定された閾温度を超えた場合に、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたと判定することとしてもよい。

尚、電気加熱式触媒２００に水分が存在しない場合も考えらえる。この場合、ステップＳ０４では、電気加熱式触媒２００に水分が仮に付着していたとしたら、当該水分が沸騰し始めると推測される状況であるときに、Ｙｅｓとの判定がなされることとすればよい。例えば、温度取得部１２により取得された温度の値が、水の沸点近くに設定された閾温度を超えた場合に、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めたと判定することとすればよい。

ステップＳ０４において、沸騰し始めたと判定された場合には、ステップＳ０５に移行する。それ以外の場合には、ステップＳ０３以降の処理が再び行われる。ステップＳ０５では、Ｅ_ｔｇｔを算出し、算出されたＥ_ｔｇｔの値を目標電力量として設定する処理が行われる。

Ｅ_ｔｇｔの算出方法について説明する。図８には、図５（Ｂ）の線Ｌ３１と同様に、温度取得部１２によって取得される電気加熱式触媒２００の温度の時間変化の例が示されている。図８に示される期間ＴＭは、電気加熱式触媒２００に対し発熱用電力の供給が開始された時刻ｔ１０から、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めた時刻ｔ１１までの期間である。

この期間ＴＭにおける電気加熱式触媒２００の温度変化は、電気加熱式触媒２００に当初付着していた水分の量に応じて異なるものとなる。例えば、当該水分の量が比較的少ない場合には、水分の熱容量が小さいことに起因して、電気加熱式触媒２００の温度変化の傾きは大きくなる。一方、当該水分の量が比較的多い場合には、水分の熱容量が大きいことに起因して、電気加熱式触媒２００の温度変化の傾きは小さくなる。

そこで、本実施形態に係る電力供給部１１は、期間ＴＭにおける電気加熱式触媒２００の温度変化の傾きに応じて、Ｅ_ｔｇｔを算出することとしている。時刻ｔ１０における電気加熱式触媒２００の温度をＴ_０とし、時刻ｔ１１における電気加熱式触媒２００の温度をＴ_１とすると、Ｅ_ｔｇｔの値は、例えば以下の式（２）によって算出することができる。
Ｅ_ｔｇｔ＝ｆ（（Ｔ_１－Ｔ_０）／ＴＭ）・・・（２）

式（２）の右辺に示される関数「ｆ（）」は、温度変化の傾きである（Ｔ_１－Ｔ_０）／ＴＭと、目標電力量として設定されるべきＥ_ｔｇｔと、の対応関係を表す関数である。このような関数ｆ（）としては、例えば図９に示されるような右肩下がりの関数が用いられる。関数ｆ（）を示す具体的な数式は、例えば、実験結果に適合させることにより適宜設定することができる。設定されたｆ（）は、記憶部１３に記憶されている。

図７に戻って説明を続ける。ステップＳ０５において、電力供給部１１は、ステップＳ０２以降においてサンプリングされていた温度変化の波形に基づいて、上記の傾きである（Ｔ_１－Ｔ_０）／ＴＭを先ず算出する。その後、電力供給部１１は、記憶部１３に記憶されている上記対応関係、すなわち、式（２）に示される関数ｆ（）を用いることにより、傾きに対応したＥ_ｔｇｔの値を算出し、当該Ｅ_ｔｇｔの値を目標電力として設定する。

尚、記憶部１３に記憶されている対応関係は、上記のように関数ｆ（）を示す数式として記憶されていてもよいのであるが、予めマップとして記憶されていてもよい。つまり、傾きである（Ｔ_１－Ｔ_０）／ＴＭの値毎に、目標電力量として設定されるべきＥ_ｔｇｔの値を予め実験などにより求めておき、両値の組み合わせからなる複数のデータを、マップとして記憶部１３に記憶しておいてもよい。

ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、ステップＳ０３と同様に、式（１）に基づいてＥ_ｉｎの値が更新される。

ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、Ｅ_ｉｎの値が、ステップＳ０５で設定されたＥ_ｔｇｔの値以上となったか否かが判定される。Ｅ_ｉｎの値がＥ_ｔｇｔ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。Ｅ_ｉｎの値がＥ_ｔｇｔの値以上となった場合には、ステップＳ０８に移行する。

ステップＳ０８に移行したということは、電気加熱式触媒２００に供給された発熱用電力の電力量（Ｅ_ｉｎ）が、目標電力量（Ｅ_ｔｇｔ）に到達したということである。このため、ステップＳ０８では、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給を停止させる処理が行われる。この時点においては、電気加熱式触媒２００の温度は概ね目標温度に到達している。

以上のように、本実施形態に係る制御装置１０において、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒２００の温度変化に基づいて、目標電力量であるＥ_ｔｇｔを設定する。当該温度変化は、電気加熱式触媒２００に付着していた水分の量に応じたものとなる。このため、目標電力量Ｅ_ｔｇｔの値を、水分の量に応じて適切な値に設定することができる。

尚、上記における「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」とは、本実施形態では、図８の期間ＴＭのことである。つまり、本実施形態では、目標電力量であるＥ_ｔｇｔを設定するために、電気加熱式触媒２００の温度変化が取得される期間として、発熱用電力の供給が開始された時刻ｔ１０から、水分が沸騰し始める時刻ｔ１１までの期間ＴＭが設定される。しかしながら、「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」は、上記とは異なる期間として設定されてもよい。例えば、当該期間の始期として、時刻ｔ１０よりも後の時刻が設定されてもよい。また、当該期間の終期として、時刻ｔ１１よりも前の時刻が設定されてもよい。

また、「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」とは、電気加熱式触媒２００に水分が付着していたことを必ずしも必要とするものではない。電気加熱式触媒２００に水分が付着していない場合における、「電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間」とは、電気加熱式触媒２００に水分が仮に付着していたとしたら、当該水分が沸騰し始める状況となるまでの期間、のことである。

目標電力量であるＥ_ｔｇｔを上記のように設定した後、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に供給される発熱用電力の積算値が、目標電力量に到達すると、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給を停止するように構成されている。これにより、電気加熱式触媒２００の温度を概ね目標温度に到達させることができる。

上記における「積算値」とは、電気加熱式触媒２００に対する発熱用電力の供給が開始された時点（図５の例では時刻ｔ１０）からの積算値である。しかしながら、発熱用電力の積算は、他の時点から行われることとしてもよい。例えば、図５の例における時刻ｔ１２のように、水分が蒸発し終えた時点からの積算値としてもよい。積算の開始時刻を変更した場合には、それに合わせて、目標電力量であるＥ_ｔｇｔの値等も適宜変更すればよい。

本実施形態の電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００に付着した水分が沸騰し始めるまでの期間における、電気加熱式触媒２００の温度変化の勾配、すなわち、式（２）における（Ｔ_１－Ｔ_０）／ＴＭの値に基づいて、目標電力量であるＥ_ｔｇｔを設定する。

尚、式（２）におけるＴ_１やＴ_０の値としては、電気加熱式触媒２００の温度（単位：℃）が用いられてもよいのであるが、当該温度を示す他の物理量が用いられてもよい。例えば、基材２２０の抵抗値（単位：Ω）が用いられてもよい。この場合、温度取得部１２は、電気加熱式触媒２００の温度として、基材２２０の抵抗値をそのまま取得することとなる。

図９に示されるように、電力供給部１１は、電気加熱式触媒２００の温度変化の勾配（横軸）が大きくなる程、目標電力量であるＥ_ｔｇｔ（縦軸）を小さな値に設定する。換言すれば、目標電力量がこのように設定されるよう、温度変化の勾配と目標電力量との対応関係が設定されている。

制御装置１０は、電気加熱式触媒２００の温度変化の勾配と、目標電力量であるＥ_ｔｇｔと、の対応関係を予め記憶している記憶部１３を更に備えている。電力供給部１１は、図９に示されるような当該対応関係に基づいて目標電力量を設定する。これにより、目標電力量の設定を、容易に且つ適切に行うことができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。

１０：制御装置
１１：電力供給部
１２：温度取得部
２００：電気加熱式触媒

Claims (5)

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

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