JP2011231710A - 触媒通電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック担体が用いられた電気加熱式の触媒装置に通電するにあたり、突沸現象によるセラミック担体の損傷のおそれを低減した触媒通電制御装置を提供する。
【解決手段】触媒を担持するセラミック担体に通電して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であって、セラミック担体の内部に水分が含まれているか否かを判定する水分判定手段Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２と、セラミック担体への供給電力量を制御する電力制御手段と、を備え、水分有りと判定されている時のセラミック担体へ供給する電力量を、水分無しと判定されている時の電力量に比べて低くする低電力制御を実施する。これによれば、水分有りの場合には低電力で加熱することにより、セラミック担体内部の水分を外部に逃がしながら蒸発させていくことができるので、前記水分が逃げ場のない状態で熱膨張（突沸）してセラミック担体を損傷させるといったおそれを低減できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する触媒をセラミック担体に担持させて構成され、そのセラミック担体に通電して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。

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、内燃機関の始動時等、触媒装置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。その加熱手法として特許文献１には、触媒を担持する金属担体に電流を流して、その金属担体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。

特許第３６０２６１４号公報

ここで、上記金属担体に替えて、耐熱性に優れたセラミック担体をＥＨＣに採用することを本発明者らが検討したところ、以下に説明する問題が新たに生じるようになることが分かった。

すなわち、セラミックは、無数の微少孔を内部に有する多孔性であるため、その微少孔に水分が含まれた状態で急激に加熱すると、前記水分がセラミック担体内部において逃げ場のない状態で熱膨張（図４中の符号２１ｘ参照）するといった「突沸現象」が生じて、セラミック担体を損傷させることが懸念される。

特にＥＨＣの場合、内燃機関を始動させる前に通電して触媒温度を予め上昇させておくことができる反面、セラミック内部に存在する水分が排ガスで吹き飛ばされることなく加熱されることとなるので、加熱量が大きいと上記突沸が生じ易い。

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、セラミック担体が用いられた電気加熱式の触媒装置に通電するにあたり、突沸現象によるセラミック担体の損傷のおそれを低減した触媒通電制御装置を提供することにある。

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。

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セラミック担体に担持させて構成され、前記セラミック担体に通電して発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用され、前記セラミック担体の内部に水分が含まれているか否かを判定する水分判定手段と、前記セラミック担体への供給電力量を制御する電力制御手段と、を備え、前記電力制御手段は、前記水分判定手段により水分有りと判定されている時の前記セラミック担体へ供給する電力量を、水分無しと判定されている時の電力量に比べて低くする低電力制御を実施することを特徴とする。

これによれば、セラミック担体の内部に水分が含まれている時には、含まれていない時に比べて低電力で加熱するので、セラミック担体内部の水分をゆっくりと徐々に蒸発させていくことができる。その結果、図４中の符号２１ｙに例示されるように、セラミック担体内部の水分を外部に逃がしながら蒸発させることを促進できる。そのため、前記水分が逃げ場のない状態で熱膨張（突沸）してセラミック担体を損傷させる（図４中の符号２１ｘ参照）、といったおそれを低減できる。

請求項２記載の発明では、前記水分判定手段は、前記セラミック担体へ通電を開始してから所定時間が経過するまでの通電初期期間であることを条件として、水分有りと判定することを特徴とする。

通電開始時にいきなり大電力を供給すると上述した突沸が生じ易い。一方、通電開始から所定時間が経過すれば、通電開始時に付着していた水分は加熱されて蒸発している可能性が高い。この点を鑑みた上記発明によれば、通電初期期間には水分有りと判定して低電力制御を実施するので、突沸回避の確実性を向上できる。

なお、セラミック担体へ通電を開始した時のセラミック担体の温度（触媒温度）が低いほど、通電開始時に付着していた水分が完全に蒸発するのに要する時間が長くなる。そこで、通電開始時の触媒温度が低いほど、上記「所定時間」を長く設定することが望ましい。

請求項３記載の発明では、前記水分判定手段は、前記内燃機関を前回運転させている最中に燃焼に伴い発生した水蒸気が、前記セラミック担体に付着して残存しているか否かを判定する残存判定手段を有するとともに、前記残存判定手段により水分が残存していると判定されたことを条件として、水分有りと判定することを特徴とする。

ここで、内燃機関により燃料を燃焼させると、燃料中の炭化水素ＨＣが吸気中の酸素Ｏ２に酸化されて水蒸気Ｈ２Ｏが発生する。よって、内燃機関の前回運転時に発生した水蒸気がセラミック担体に付着して残存していると、次回の内燃機関の運転開始に先立ち通電開始する際には突沸が懸念される。この点を鑑みた上記発明によれば、このような燃焼に伴い発生した水蒸気が残存しているか否かを判定する残存判定手段を有するので、水分判定手段による水分有無の判定を容易に実現できる。

請求項４記載の発明では、前記残存判定手段は、前記内燃機関を前回停止させた時の前記セラミック担体の温度が所定温度未満であったことを条件として、水分が残存していると判定することを特徴とする。

内燃機関を前回停止させた時のセラミック担体の温度（触媒温度）が所定温度未満であれば、燃焼に伴い発生した水蒸気がセラミック担体に付着して、蒸発せずに残存している可能性が高い。この点を鑑みた上記発明によれば、前回停止時の触媒温度が所定温度未満であったことを条件として水分が残存していると判定するので、残存判定手段による残存有無の判定を容易に実現できる。

請求項５記載の発明では、前記水分判定手段は、前記セラミック担体に結露が生じているか否かを判定する結露判定手段を有するとともに、前記結露判定手段により結露が生じていると判定されたことを条件として、水分有りと判定することを特徴とする。

内燃機関の停止時には水蒸気の付着が懸念されることは上述した通りであるが、内燃機関の停止時でなくとも、セラミック担体の雰囲気中に含まれている水分が結露してセラミック担体に付着する場合がある。この点を鑑みた上記発明によれば、セラミック担体に結露が生じているか否かを判定する結露判定手段を有するので、水分判定手段による水分有無の判定を容易に実現できる。

請求項６記載の発明では、前記結露判定手段は、前記内燃機関を駆動させている最中であり、かつ、前記セラミック担体の温度が所定温度未満であることを条件として、結露が生じていると判定することを特徴とする。

内燃機関を駆動させている最中には、先述の如く水蒸気が発生しているので、セラミック担体の雰囲気中に含まれる水分量が多くなっている。よって、露点（結露が生じる温度）が高くなるので、結露が生じ易くなる。この点を鑑みた上記発明によれば、内燃機関の駆動中かつ触媒温度が所定温度未満であることを条件として結露が生じていると判定するので、結露判定手段による結露有無の判定を容易に実現できる。

請求項７記載の発明では、前記水分判定手段は、前記セラミック担体の温度の変化率又は当該温度と相関のある物理量の変化率の絶対値が、前記触媒装置へ通電しているにも拘わらず所定値未満となっていることを条件として、水分有りと判定することを特徴とする。

セラミック担体に水分が含まれていると、通電によりセラミック担体で生じた発熱エネルギの一部は、前記水分の気化潜熱として水分に奪われることとなるので、供給した電力量に対する触媒温度の上昇速度（温度変化率）は小さくなる。この点を鑑みた上記発明によれば、触媒温度の変化率等の値が通電しているにも拘わらず所定値未満となっていることを条件として、水分有りと判定するので、水分判定手段による水分有無の判定を容易に実現できる。

なお、触媒温度と相関のある物理量としては、触媒の電気抵抗値又は供給電力の電流値等が挙げられる。例えば、セラミック担体が、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）を有している場合には、触媒温度と電気抵抗値との相関性が高いので、温度上昇に伴い電気抵抗値が下降していく時の下降速度（抵抗変化率）の絶対値が所定値未満となっていることを条件として、水分有りと判定すればよい。同様にして、電気抵抗値が低下するほど電流値が高くなるので、温度上昇に伴い電流値が上昇していく時の上昇速度（電流変化率）が所定値未満となっていることを条件として、水分有りと判定すればよい。

請求項８記載の発明では、前記水分判定手段は、前記セラミック担体の温度が所定の蒸発温度以上になっていることを条件として、水分無しと判定することを特徴とする。

仮に、内燃機関の前回運転停止時にセラミック担体に水分が残存していたとしても、現時点でのセラミック担体の温度が所定の蒸発温度以上になっていれば、残存していた水分は蒸発して無くなっている筈である。この点を鑑みた上記発明によれば、セラミック担体の温度が所定の蒸発温度以上になっていることを条件として、水分無しと判定するので、水分判定手段による水分有無の判定を容易に実現できる。

請求項９記載の発明では、前記セラミック担体は、温度が上昇するほど電気抵抗値が低下する特性（ＮＴＣ特性）を有するものであることを特徴とする。

このようなＮＴＣ特性有する場合、部分的に抵抗が低くなっている箇所がセラミック担体に存在していると、その箇所に集中して電流が流れて局所加熱される（図３中の矢印参照）。すると、局所加熱された箇所は温度上昇によりさらに抵抗が低くなるので、局所加熱箇所の温度上昇が促進されていく。よって、急激な温度上昇による突沸が生じ易くなる。そこで、このように突沸が生じ易いＮＴＣ特性のセラミック担体を有する触媒装置を適用対象とする上記発明によれば、突沸によるセラミック担体の損傷のおそれを低減できるといった上記効果が好適に発揮される。

ちなみに、供給電力量が少なければ、局所加熱箇所から他の箇所へ熱伝導されていく量に対して、局所加熱による熱発生量はそれ程大きくないので、局所加熱箇所での著しい温度上昇は生じない。よって、水分有りと判定されている時には低電力制御を実施する上記発明によれば、局所加熱箇所での著しい温度上昇を回避でき、突沸を回避できる。

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。 図１に示す触媒装置の構成を示す斜視図。 図１及び図２の等価回路図。 図２のIV矢視図。 第１実施形態における、通電制御の処理手順を示すフローチャート。 図５の通電制御を実施した場合の触媒温度等の変化を示すタイムチャート。 本発明の第２実施形態における、通電制御の処理手順を示すフローチャート。 図７の通電制御を実施した場合の触媒温度変化率の変化を示すタイムチャート。 本発明の第３実施形態による通電制御を実施した場合の電流変化率の変化を示すタイムチャート。 本発明の第４実施形態による通電制御を実施した場合の抵抗変化率の変化を示すタイムチャート。

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。

（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。

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。

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。

制御装置２５（電力制御手段）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。

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。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（局所加熱箇所））の加熱量が、他の箇所よりも多くなる。但し、投入される電力量が少なければ、局所加熱箇所２１ｐから他の箇所へ熱伝導されていく量に対して、局所加熱による熱発生量はそれ程大きくないので、局所加熱箇所２１ｐでの著しい温度上昇は生じない。

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（抵抗値Ｒ）を算出する。この抵抗値Ｒは、Ｒ１〜Ｒ５の合成抵抗値に相当する。

セラミック担体２１の温度（温度Ｔ）と、触媒の抵抗値Ｒとは相関がある。よって、予め試験により取得した相関関係（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抵抗値Ｒに基づきＲ−Ｔ特性を参照して温度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、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４は、図２のIV矢視図であって、セラミック担体２１の端面を拡大した図である。セラミック担体２１の内部には、複数本の排気通路２１ａが形成されており、排気通路２１ａの内壁面には、担持されている触媒の層（触媒層２１ｂ）が形成されている。したがって、排気通路２１ａを流通する排気は、触媒層２１ｂにより酸化又は還元されて浄化された後、排気通路２１ａから流出する。

ここで、セラミック担体２１は、無数の微少孔を内部に有する多孔性であるため、その微少孔に水分が含まれた状態で急激に加熱すると、前記水分がセラミック担体内部において逃げ場のない状態で熱膨張（図４中の符号２１ｘ参照）するといった「突沸現象」が生じて、セラミック担体２１のうち排気通路２１ａを形成している壁体部２１ｃが破損する場合がある。

特にＥＨＣの場合、内燃機関を始動させる前に通電してセラミック担体２１の温度（以下、単に「触媒温度」と記載）を予め上昇させておくことができる反面、セラミック担体内部に存在する水分が排ガスで吹き飛ばされることなく加熱されることとなるので、加熱量が大きいと上記突沸が生じ易い。

そこで本実施形態では、セラミック担体２１へ通電するにあたり、セラミック担体内部に水分が含まれているか否かを判定し、水分有りと判定されている時の供給電力量を、水分無しと判定されている時の供給電力量に比べて低くする低電力制御を実施している。以下、水分有無の判定手法を中心に、上記低電力制御の手順について図５のフローチャートを用いて説明する。

図５の処理は、制御装置２５が有するマイコンにより繰り返し実施されるものであり、触媒温度が活性化温度未満であり触媒暖機が要求されている時に実施される。ちなみに、排気温度を上昇させて高温の排気により触媒暖機を実施する場合には、内燃機関の駆動中でなければ触媒暖機を実施できないのに対し、ＥＨＣ２０では内燃機関を始動させるに先立ち触媒暖機を実施させることができる。したがって、上述した触媒暖機の要求は、内燃機関の駆動状態に拘わらずに発生し得る。

先ず、図５に示すステップＳ１０（水分判定手段）において、現時点での触媒温度Ｔｎｏｗが所定の蒸発温度Ｔ１（例えば１００℃）以上になっているか否かを判定する。なお、触媒温度Ｔｎｏｗは、先述した電流検出回路２４ｃによる電流検出値及びバッテリ端子電圧に基づき算出した抵抗値Ｒ（正確にはＲ１〜Ｒ５の合成抵抗値）に基づき、Ｒ−Ｔ特性を参照して算出すればよい。Ｔｎｏｗ≧Ｔ１であると判定（Ｓ１０：ＹＥＳ）されれば、セラミック担体２１に水分が含まれていたとしてもその水分は全て蒸発して無くなっているとみなし、次のステップＳ１３において、突沸する可能性は低いと判定して突沸判定フラグをオフに設定する。

一方、Ｔｎｏｗ≧Ｔ１でないと判定（Ｓ１０：ＮＯ）されれば、セラミック担体２１に水分が含まれている可能性があるとみなしてステップＳ１１に進む。ステップＳ１１（残存判定手段（水分判定手段））では、内燃機関１０の停止時にセラミック担体２１へ電力供給することを想定しており、内燃機関１０を前回運転させている最中に燃焼に伴い発生した水蒸気が、セラミック担体２１に付着して残存しているか否かを判定する。

具体的には、内燃機関１０を前回停止させた時点での触媒温度Ｔｓｔｏｐが所定の蒸発温度Ｔ１未満であるか否かを判定し、Ｔｓｔｏｐ＜Ｔ１であると判定（Ｓ１１：ＹＥＳ）されれば、現時点でもセラミック担体２１に水分が残存していると判定する。或いは、セラミック担体２１へ電力供給することが初回であるか否かを判定し、通電加熱が初回であると判定（Ｓ１１：ＹＥＳ）されれば、現時点でもセラミック担体２１に水分が残存していると判定する。

そして、水分が残存していると判定（Ｓ１１：ＹＥＳ）されれば、次のステップＳ１５において、突沸する可能性は高いと判定して突沸判定フラグをオンに設定する。一方、Ｔｓｔｏｐ＜Ｔ１でない、或いは通電加熱が初回でないと判定（Ｓ１１：ＮＯ）されればステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２（結露判定手段（水分判定手段））では、セラミック担体２１へ電力供給している期間中に内燃機関１０が駆動を開始したことを想定している。内燃機関１０が駆動を開始すれば燃焼に伴い発生する水蒸気が排気通路２１ａへ流入してくるので、セラミック担体２１の雰囲気中に含まれる水分量が多くなり、露点（結露が生じる温度）が高くなるため結露が生じ易くなる。しかも、当該ステップＳ１２の処理は、ステップＳ１０にてＴｎｏｗ＜Ｔ１と判定されていることを前提としているので、結露が生じ易い状況であると言える。そこで、ステップＳ１２では、内燃機関１０が駆動中であるか否かを判定し、駆動中であればセラミック担体２１に結露が生じていると判定する。

そして、結露が生じていると判定（Ｓ１２：ＹＥＳ）されれば、次のステップＳ１５において突沸判定フラグをオンに設定し、結露は生じていないと判定（Ｓ１２：ＮＯ）されれば、次のステップＳ１３において突沸判定フラグをオフに設定する。

ステップＳ１３により突沸判定フラグがオフに設定されている場合には、続くステップＳ１４において以下に説明する「通常電力制御」を実施する。すなわち、触媒温度を活性化温度にまで上昇させる時間（つまり触媒暖機に要する時間）を短くするには、供給電力量を増大させればよいが、過剰に増大させると、局所加熱箇所２１ｐでの熱発生量が、局所加熱箇所２１ｐから他の箇所へ熱伝導されていく量に比べて多くなり、局所加熱箇所２１ｐで著しい温度上昇が生じてセラミック担体２１が熱損傷することが懸念される。したがって、上記「通常電力制御」では、局所加熱による熱損傷が生じない程度にできるだけ大電流にするように設定された通常電力Ｐ０を、セラミック担体２１へ供給するよう制御している。これにより、触媒暖機に要する時間をできるだけ短くしつつ熱損傷の防止を図る。

ステップＳ１５により突沸判定フラグがオンに設定されている場合には、続くステップＳ１６において以下に説明する「低電力制御」を実施する。セラミック担体内部に水分が含まれていたとしても、セラミック担体２１への電力供給量が少なければ、図４中の符号２１ｙに示すように、前記水分を排気通路２１ａへ逃がしながらゆっくりと徐々に蒸発させることができる。よって、前記水分が逃げ場のない状態で熱膨張（突沸）してセラミック担体２１を損傷させる（図４中の符号２１ｘ参照）、といったおそれを低減できる。したがって、上記「低電力制御」では、突沸による損傷が生じない程度にできるだけ大電流にするように設定された電力であって、かつ、前記通常電力Ｐ０よりも少ない低電力Ｐ１を、セラミック担体２１へ供給するよう制御している。これにより、触媒暖機に要する時間をできるだけ短くしつつ突沸による損傷の防止を図る。

図６は、図５の処理による突沸判定フラグの状態に応じた、触媒温度及び供給電力量の変化を示すタイムチャートである。突沸判定フラグがオフに設定された状態で触媒暖機要求が発生すると、図６（ｂ）中の点線に示すように通常電力Ｐ０でセラミック担体２１に通電する。すると、図６（ａ）中の点線に示すように触媒温度は上昇し、活性化温度Ｔ０に達したｔａ時点で触媒暖機が完了して通電停止させている。

一方、図６（ｃ）に示すように突沸判定フラグがオンに設定された状態で触媒暖機要求が発生すると、図６（ｂ）中の実線に示すように低電力Ｐ１でセラミック担体２１に通電する。すると、図６（ａ）中の実線に示すように、通常電力制御時に比べてゆっくりと触媒温度は上昇していく。そして、蒸発温度Ｔ１に達したｔｂ時点で突沸判定フラグがオフに切り替わったことに伴い、低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させる。その後、触媒温度が活性化温度Ｔ０に達したｔｃ時点で触媒暖機が完了して通電停止させている。

以上により、本実施形態によれば、セラミック担体内部に水分が含まれているか否かを判定する水分判定手段Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を備え、水分有りと判定されている時には、水分無しと判定されている時の通常電力Ｐ０に比べて低電力Ｐ１でセラミック担体２１を通電させる。よって、セラミック担体内部に水分が含まれていたとしても、図４中の符号２１ｙに示すように、前記水分を排気通路２１ａへ逃がしながらゆっくりと徐々に蒸発させることができる。よって、前記水分が逃げ場のない状態で熱膨張（突沸）してセラミック担体２１を損傷させる（図４中の符号２１ｘ参照）、といったおそれを低減できる。

また、本実施形態によれば、現時点での触媒温度Ｔｎｏｗが所定の蒸発温度Ｔ１（例えば１００℃）以上になっていれば、ステップＳ１１，Ｓ１２による判定を実施することなく水分無しと判定（突沸判定フラグをオフに設定）する。よって、水分有無を高精度で判定できる。

また、本実施形態では、内燃機関１０を前回運転させている最中に燃焼に伴い発生した水蒸気が、セラミック担体２１に付着して残存する場合があることに着目し、このような残存水分の有無を判定する残存判定手段Ｓ１１を有する。具体的には、内燃機関１０を前回停止させた時点での触媒温度Ｔｓｔｏｐが所定の蒸発温度Ｔ１未満であれば、或いは、セラミック担体２１へ電力供給することが初回であれば、前記残存水分が有るとみなして水分有りと判定（突沸判定フラグをオンに設定）する。よって、水分有無を高精度で判定できる。

また、本実施形態では、内燃機関１０が駆動を開始すればセラミック担体２１の雰囲気中に含まれる水分量が多くなり、露点（結露が生じる温度）が高くなるため結露が生じる場合があることに着目し、このような結露の有無を判定する結露判定手段Ｓ１２を有する。具体的には、現時点での触媒温度Ｔｎｏｗが蒸発温度Ｔ１未満であり、かつ、現時点で内燃機関１０が駆動中であれば、前記結露が生じているとみなして水分有りと判定（突沸判定フラグをオンに設定）する。よって、水分有無を高精度で判定できる。

（第２実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態にかかる図５の水分判定手段Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を、図７に示す水分判定手段Ｓ２０，Ｓ２３に変更している。なお、本実施形態にかかる触媒装置等のハード構成は、図１〜図４に示すハード構成と同じである。

先ず、図７のステップＳ２０（水分判定手段）において、セラミック担体２１への通電を開始してから所定時間Ａが経過していない通電初期期間であるか否かを判定する。通電時間＜Ａであると判定（Ｓ２０：ＹＥＳ）されれば、次のステップＳ２１において、突沸する可能性は高いと判定して突沸判定フラグをオンに設定し、続くステップＳ２２において、図５のステップＳ１６と同様の低電力制御を実施する。

一方、通電時間＜Ａでないと判定（Ｓ２０：ＮＯ）されれば次のステップＳ２３に進む。ステップＳ２３（結露判定手段（水分判定手段））では、通電初期期間での低電力制御の実施により、セラミック担体内部の水分が蒸発して無くなった状態であるか否かを判定する。

具体的には、図５のステップＳ１０と同様にして、現時点での触媒温度Ｔｎｏｗが蒸発温度Ｔ１（例えば１００℃）未満であると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）には、前記水分が完全に蒸発しておらずセラミック担体内部に残っている可能性が高いとみなして、水分有りと判定する。

或いは、触媒温度の変化率ΔＴｎｏｗが所定の判定値ΔＴ２未満であると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）には、以下の理由によりセラミック担体内部に水分が残っている可能性が高いとみなして、水分有りと判定する。すなわち、セラミック担体２１に水分が含まれた状態で通電している場合には、通電によりセラミック担体２１で生じた発熱エネルギの一部は、前記水分の気化潜熱として水分に奪われることとなるので、供給した電力量に対する触媒温度の上昇速度（温度変化率ΔＴｎｏｗ）は小さくなる。この点を鑑み、ΔＴｎｏｗ＜ΔＴ２である場合には水分有りと判定する。

なお、ステップＳ２３における水分有無の判定では、Ｔｎｏｗ＜Ｔ１との条件及びΔＴｎｏｗ＜ΔＴ２との条件のいずれか一方が成立した場合に水分有りと判定してもよいし、両条件が成立した場合に水分有りと判定してもよい。そして、水分無しと判定された場合（Ｓ２３：ＮＯ）には、次のステップＳ２４において突沸判定フラグをオフに設定し、続くステップＳ２５において、図５のステップＳ１４と同様の通常力制御を実施する。

要するに本実施形態では、通電初期期間であれば、図５の水分判定手段Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２による判定を実施することなく通常電力制御を禁止して、低電力制御を実施する。そして、通電初期期間の後においても、水分判定手段Ｓ２３により水分無しと判定されるまでは低電力制御を継続させ、水分無しと判定された以降は通常電力制御を実施する。

図８は、図７の処理による突沸判定フラグの状態に応じた、触媒温度、触媒温度変化率ΔＴｎｏｗ及び供給電力量の変化を示すタイムチャートである。先ず、通電を開始してから所定時間Ａが経過するｔｄ時点までの通電初期期間では、強制的に突沸判定フラグをオンに設定している（図８（ｃ）（ｄ）参照）。この通電初期期間に、セラミック担体内部に水分が存在していなければ、水分が存在していた場合に比べて触媒温度の上昇は速くなる（図８（ａ）参照）。つまり、水分無しの場合の温度変化率ΔＴｎｏｗは水分有りの場合に比べて大きくなっている（図８（ｂ）参照）。

図８（ｂ）中の点線に示す例では、水分が存在していないことに起因してΔＴｎｏｗ≧ΔＴ２となっているので、ｔｄ時点で低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させている。一方、図８（ｂ）中の実線に示す例では、水分が存在していることに起因して、ｔｄ時点でΔＴｎｏｗ＜ΔＴ２となっているので、通電初期期間が経過した以降も低電力制御を継続させている。その後、触媒温度Ｔが蒸発温度Ｔ１に達したｔｅ時点で突沸判定フラグがオフに切り替わったことに伴い、低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させている。

以上により、本実施形態によれば、通電初期期間は低電力制御を実施するので、通電開始時にいきなり通常電力Ｐ０を供給することによる突沸発生を確実に回避できる。

また、本実施形態によれば、現時点での触媒温度Ｔｎｏｗが蒸発温度Ｔ１未満である場合には、セラミック担体内部に水分が残っている可能性が高いとみなして通電初期期間の経過後も低電力制御を継続させるので、突沸発生を確実に回避できる。また、触媒温度の変化率ΔＴｎｏｗが判定値ΔＴ２未満である場合には、セラミック担体内部に水分が残っている可能性が高いとみなして通電初期期間の経過後も低電力制御を継続させるので、突沸発生を確実に回避できる。

（第３実施形態）
上記第２実施形態にかかる図７中のステップＳ２３では、通電初期期間以降において、触媒温度の変化率ΔＴｎｏｗが判定値ΔＴ２未満である場合に水分有り（突沸の可能性有り）と判定している。これに対し本実施形態では、電流検出回路２４ｃにより検出される電流の変化率ΔＩｎｏｗは触媒温度変化率ΔＴｎｏｗと相関があることに着目し、上記ステップＳ２３において、電流変化率ΔＩｎｏｗが判定値ΔＩ３未満である場合に水分有りと判定する。

図９は、本実施形態において、突沸判定フラグの状態に応じた、触媒温度、電流変化率ΔＩｎｏｗ、触媒温度変化率ΔＴｎｏｗ及び供給電力量の変化を示すタイムチャートである。先ず、通電を開始してから所定時間Ａが経過するｔｄ時点までの通電初期期間では、強制的に突沸判定フラグをオンに設定している（図９（ｃ）（ｄ）参照）。この通電初期期間に、セラミック担体内部に水分が存在していない場合の温度変化率ΔＴｎｏｗは、水分有りの場合に比べて大きくなる（図９（ｃ）参照）。

ここで、ＮＴＣ特性であることに起因して温度が上昇すれば抵抗値は降下し、その結果電流値は上昇する。つまり、図９（ｂ）（ｃ）に示すように温度変化率ΔＴｎｏｗと電流変化率ΔＩｎｏｗとは相関があり、セラミック担体内部に水分が存在していない場合の電流変化率ΔＩｎｏｗは、水分有りの場合に比べて大きくなる（図９（ｂ）参照）。

図９（ｂ）中の点線に示す例では、水分が存在していないことに起因してΔＩｎｏｗ≧ΔＩ３（判定値）となっているので、ｔｄ時点で低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させている。一方、図９（ｂ）中の実線に示す例では、水分が存在していることに起因して、ｔｄ時点でΔＩｎｏｗ＜ΔＩ３となっているので、通電初期期間が経過した以降も低電力制御を継続させている。その後、触媒温度Ｔが蒸発温度Ｔ１に達したｔｅ時点で突沸判定フラグがオフに切り替わったことに伴い、低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させている。

以上により、通電初期期間以降において電流変化率ΔＩｎｏｗに基づき水分有無を判定する本実施形態によっても、温度変化率ΔＴｎｏｗに基づき水分有無を判定する上記第２実施形態と同様の効果が発揮される。

（第４実施形態）
本実施形態では、セラミック担体２１の抵抗変化率ΔＲｎｏｗは触媒温度変化率ΔＴｎｏｗと相関があることに着目し、上記第２実施形態にかかる図７中のステップＳ２３において、抵抗変化率ΔＲｎｏｗが判定値ΔＲ３以上である場合に水分有り（突沸の可能性有り）と判定する。

図１０は、本実施形態において、突沸判定フラグの状態に応じた、触媒温度、抵抗変化率ΔＲｎｏｗ、触媒温度変化率ΔＴｎｏｗ及び供給電力量の変化を示すタイムチャートである。先ず、通電を開始してから所定時間Ａが経過するｔｄ時点までの通電初期期間では、強制的に突沸判定フラグをオンに設定している（図１０（ｃ）（ｄ）参照）。この通電初期期間に、セラミック担体内部に水分が存在していない場合の温度変化率ΔＴｎｏｗは、水分有りの場合に比べて大きくなる（図１０（ｃ）参照）。

ここで、ＮＴＣ特性であることに起因して温度が上昇すれば抵抗値は降下する。つまり、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように温度変化率ΔＴｎｏｗと抵抗変化率ΔＲｎｏｗとは相関があり、セラミック担体内部に水分が存在していない場合の抵抗変化率ΔＲｎｏｗは、水分有りの場合に比べて小さくなる（図１０（ｂ）参照）。

図１０（ｂ）中の点線に示す例では、水分が存在していないことに起因してΔＲｎｏｗ＜ΔＲ３（判定値）となっているので、ｔｄ時点で低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させている。一方、図１０（ｂ）中の実線に示す例では、水分が存在していることに起因して、ｔｄ時点でΔＲｎｏｗ≧ΔＲ３となっているので、通電初期期間が経過した以降も低電力制御を継続させている。その後、触媒温度Ｔが蒸発温度Ｔ１に達したｔｅ時点で突沸判定フラグがオフに切り替わったことに伴い、低電力Ｐ１から通常電力Ｐ０に増大させている。

以上により、通電初期期間以降において抵抗変化率ΔＲｎｏｗに基づき水分有無を判定する本実施形態によっても、温度変化率ΔＴｎｏｗに基づき水分有無を判定する上記第２実施形態と同様の効果が発揮される。

（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。

・上述した図５のステップＳ１０及び図７のステップＳ２３では、触媒温度Ｔｎｏｗが蒸発温度Ｔ１以上になっていれば、セラミック担体内部の水分は蒸発して無くなっていると判定しているが、通電開始から所定時間が経過した場合に、水分は蒸発して無くなっていると判定してもよい。またこの場合の前記所定時間は、通電開始時点での触媒温度が高いほど短くなるように可変設定することが望ましい。

・上記各実施形態では、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ２３の判定に用いる触媒温度Ｔとして、抵抗値Ｒに基づきＲ−Ｔ特性を参照して算出した温度を用いているが、セラミック担体２１に温度センサ（図示せず）を設けて、当該温度センサにより検出された温度を上記判定に用いるようにしてもよい。或いは、エンジン停止かつ非通電時であって、ＥＨＣ２０が十分に冷やされた状態であれば、触媒温度は、外気温度やエンジン冷却水温度、吸気温度等と同一とみなすことができるため、これらの温度を触媒温度として上記判定に用いるようにしてもよい。

・図５における水分有無判定Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２及び図７の水分有無判定Ｓ２３を任意に組み合わせて、図５及び図７の水分有無判定に適用させてもよい。

・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。

２０…ＥＨＣ（触媒装置）、２１…セラミック担体、２５…電力制御手段、Ｓ１０…水分判定手段、Ｓ１１…残存判定手段（水分判定手段）、Ｓ１２，Ｓ２３…結露判定手段（水分判定手段）、Ｓ２０…水分判定手段。

Claims (9)

1. 内燃機関の排気を浄化する触媒をセラミック担体に担持させて構成され、前記セラミック担体に通電して発熱させる電気加熱式の触媒装置に適用され、
   前記セラミック担体の内部に水分が含まれているか否かを判定する水分判定手段と、
   前記セラミック担体への供給電力量を制御する電力制御手段と、
   を備え、
   前記電力制御手段は、前記水分判定手段により水分有りと判定されている時の前記セラミック担体へ供給する電力量を、水分無しと判定されている時の電力量に比べて低くする低電力制御を実施することを特徴とする触媒通電制御装置。
2. 前記水分判定手段は、前記セラミック担体へ通電を開始してから所定時間が経過するまでの通電初期期間であることを条件として、水分有りと判定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。
3. 前記水分判定手段は、
   前記内燃機関を前回運転させている最中に燃焼に伴い発生した水蒸気が、前記セラミック担体に付着して残存しているか否かを判定する残存判定手段を有するとともに、
   前記残存判定手段により水分が残存していると判定されたことを条件として、水分有りと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒通電制御装置。
4. 前記残存判定手段は、前記内燃機関を前回停止させた時の前記セラミック担体の温度が所定温度未満であったことを条件として、水分が残存していると判定することを特徴とする請求項３に記載の触媒通電制御装置。
5. 前記水分判定手段は、
   前記セラミック担体に結露が生じているか否かを判定する結露判定手段を有するとともに、
   前記結露判定手段により結露が生じていると判定されたことを条件として、水分有りと判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の触媒通電制御装置。
6. 前記結露判定手段は、前記内燃機関を駆動させている最中であり、かつ、前記セラミック担体の温度が所定温度未満であることを条件として、結露が生じていると判定することを特徴とする請求項５に記載の触媒通電制御装置。
7. 前記水分判定手段は、前記セラミック担体の温度の変化率又は当該温度と相関のある物理量の変化率の絶対値が、前記触媒装置へ通電しているにも拘わらず所定値未満となっていることを条件として、水分有りと判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の触媒通電制御装置。
8. 前記水分判定手段は、前記セラミック担体の温度が所定の蒸発温度以上になっていることを条件として、水分無しと判定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の触媒通電制御装置。
9. 前記セラミック担体は、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１〜８のいずれか１つに記載の触媒通電制御装置。

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