JP2022174436A - 電気加熱式触媒システムの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気加熱式触媒の異常とセンサの異常とを判別できる電気加熱式触媒システムの異常診断装置を提供する。【解決手段】異常診断装置である制御装置１００は、電流センサ２２４で検出した電流値に基づいて電気加熱式触媒２１０に供給された電力の積算値である実通電量を算出し、算出した実通電量が閾値未満であるときに異常診断処理を実行する。制御装置１００は、異常診断処理において、電流センサ２２４で検出した電流値に基づいて、既定時間の通電における電気加熱式触媒２１０の電気抵抗の低下の度合いが、電流センサ２２４に異常が生じている場合の電気抵抗の低下の度合いよりも大きいか否かを判定する。そして、制御装置１００は、大きいと判定した場合に電流センサ２２４に異常が生じていると診断し、大きくないと判定した場合に電気加熱式触媒２１０に異常が生じていると診断する。【選択図】図２

Description

この発明は電気加熱式触媒システムの異常診断装置に関するものである。

内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒は、活性化温度において十分な能力を発揮するようになる。そのため、排気浄化触媒の温度が活性化温度未満の状態では、排気を十分に浄化できないおそれがある。そこで、電力を供給することによって触媒担体を発熱させる電気加熱式触媒が知られている。電気加熱式触媒であれば、内燃機関を始動する前に電力を供給して排気浄化触媒を暖機するプレヒート処理を実行できる。

なお、触媒担体は温度が高くなるほど電気抵抗が小さくなる。そのため、通電により触媒担体の温度が高くなると、電流が流れやすくなる。しかし、電気加熱式触媒に異常が発生していると通電しても温度が高くなりにくく、電気抵抗が低下しにくい。

特許文献１には、こうした特性を活用した電気加熱式触媒の異常診断装置が開示されている。特許文献１に開示されている電気加熱式触媒システムでは、センサで電気加熱式触媒における電流を検出し、通電開始からの電力の積算値である実通電量を算出している。そして、特許文献１の異常診断装置では、通電開始から既定期間経過した時点における実通電量が既定通電量より小さい場合に電気加熱式触媒に異常が発生していると判定している。すなわち、このときには通電を継続しても電気加熱式触媒の温度が高くなりにくく、電気抵抗が高いままになっていると考えられる。そこで、既定期間の通電による実通電量が、既定通電量未満であることに基づいて電気加熱式触媒に異常が発生していると判定している。

特開２０２０－１１５００６号公報

ところで、電流を検出するセンサに異常があり、センサの感度が低くなっている場合には、センサが出力する値が実際の電流や電圧よりも低い値になる。そのため、センサによる検出値に基づいて算出される実通電量は小さな値になる。そのため、この場合には、特許文献１に記載の異常診断装置は、電気加熱式触媒に異常が生じていなくても電気加熱式触媒に異常が生じていると誤って判定してしまう。

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。
上記課題を解決するための電気加熱式触媒システムの異常診断装置は、通電により発熱し、温度が高いときには低いときよりも電気抵抗が小さくなる触媒担体に触媒を担持した排気浄化触媒からなり、前記触媒担体に通電することにより前記触媒担体を発熱させる電気加熱式触媒を備えた電気加熱式触媒システムに適用される。

この異常診断装置は、センサで検出した電流値に基づいて前記電気加熱式触媒に供給された電力の積算値である実通電量を算出し、算出した実通電量が閾値未満であるときに異常診断処理を実行する。そして、この異常診断装置は、前記異常診断処理において、前記センサで検出した電流値に基づいて、既定時間の通電における前記電気加熱式触媒の電気抵抗の低下の度合いが、前記センサに異常が生じている場合の電気抵抗の低下の度合いよりも大きいか否かを判定する。そして、異常診断装置は、前記異常診断処理において、大きいと判定した場合に前記センサに異常が生じていると診断し、大きくないと判定した場合に前記電気加熱式触媒に異常が生じていると診断する。

例えば、触媒担体にひびが入っていると、電気抵抗が高くなる。すなわち、電気加熱式触媒に異常が発生している場合には、電流が小さくなり、発熱量も少ない。そのため、この場合には、通電を継続しても電気抵抗が低くなりにくい。

一方で、センサに異常が発生している場合には、検出される電流値が実際の電流よりも小さな値になる。そのため、検出される電流値に基づいて推定される電気抵抗は高くなる。しかし、この場合には、実際には、検出される電流値よりも大きな電流が流れている。そのため、電気加熱式触媒に異常が発生している場合とは異なり、発熱量は少なくなっていない。そのため、この場合には、通電の継続に伴って電気抵抗が低くなる。

このように、センサに異常が発生している場合と、電気加熱式触媒に異常が発生している場合とでは、通電に伴う電気抵抗の低下の度合いに違いが生じる。
具体的には、センサに異常が生じている場合には、通電の継続に伴って触媒担体の温度が上昇し、それに伴って電気抵抗が低下する。一方で、電気加熱式触媒に異常が生じている場合には、通電を継続しても触媒担体が発熱しにくいため、温度が上昇しにくい。その結果、電気加熱式触媒に異常が発生している場合には、通電を継続していても、電気抵抗は低下しにくい。

このように、センサに異常が生じている場合と、電気加熱式触媒に異常が生じている場合とでは、通電に伴う触媒担体の温度の上昇の仕方に違いが生じるため、電気抵抗の低下の度合いに違いが現れる。

そこで、この異常診断装置では、既定時間の通電における電気抵抗の低下の度合いに基づいて異常の種類を判別する。具体的には、既定時間の通電における電気加熱式触媒の電気抵抗の低下の度合いが、センサに異常が生じている場合の電気抵抗の低下の度合いよりも大きいか否かを判定する。そして、大きいと判定した場合にセンサに異常が生じていると診断し、大きくないと判定した場合に電気加熱式触媒に異常が生じていると診断する。

こうした構成によれば、通電に伴う電気抵抗の低下の度合いの違いに基づいて電気加熱式触媒の異常とセンサの異常とを判別できる。

電気加熱式触媒システムの異常診断装置の一実施形態である制御装置と、同制御装置が制御するパワートレーンを備えた車両との関係を示す模式図。 同実施形態にかかる車両に搭載された電気加熱式触媒システムの概略構成を示す模式図。 同実施形態にかかる制御装置が実行するプレヒート処理にかかるルーチンにおける処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態にかかる制御装置が実行する異常診断処理にかかるルーチンにおける処理の流れを示すフローチャート。 通電開始からの電気抵抗の推移を示すグラフ。 通電開始からの電力の推移を示すグラフ。

以下、電気加熱式触媒システムの異常診断装置の一実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
＜車両の構成＞
まず、図１を参照して本実施形態の異常診断装置である制御装置１００が搭載された車両１０の構成を説明する。

図１に示すように車両１０は、内燃機関２０及び第２モータジェネレータ３２を動力源として備えている。すなわち車両１０は、ハイブリッド車両である。なお、車両１０は、ハイブリッド車両の中でも、外部電源６０に接続してバッテリ５０を充電することができるプラグインハイブリッド車両である。そのため、バッテリ５０には、外部充電用の充電器５１が接続されている。なお、バッテリ５０は、例えば４００Ｖの高圧バッテリである。また、第２モータジェネレータ３２は、例えば三相交流型のモータジェネレータである。

内燃機関２０の排気通路２１には、触媒コンバータ２９が設置されている。触媒コンバータ２９には通電に応じて発熱する電気加熱式触媒２１０が搭載されている。電気加熱式触媒２１０は、電源装置２２０を介してバッテリ５０と接続されている。電気加熱式触媒２１０を含む電気加熱式触媒システム２００の詳しい構成については、図２を参照して後述する。

第２モータジェネレータ３２は、パワーコントロールユニット３５を介してバッテリ５０と接続されている。第２モータジェネレータ３２は、減速機構３４を介して駆動輪４０に連結されている。

また、内燃機関２０は、動力分割機構３０及び減速機構３４を介して駆動輪４０に連結されている。なお、動力分割機構３０には、第１モータジェネレータ３１も連結されている。第１モータジェネレータ３１は、例えば三相交流型のモータジェネレータである。動力分割機構３０は、遊星歯車機構であり、内燃機関２０の駆動力を第１モータジェネレータ３１と駆動輪４０とに分割することができる。

第１モータジェネレータ３１は、内燃機関２０の駆動力や駆動輪４０からの駆動力を受けて発電を行う。また、第１モータジェネレータ３１は、内燃機関２０を始動する際に、内燃機関２０の回転軸を駆動するスタータとしての役割も担う。その際には、第１モータジェネレータ３１は、バッテリ５０からの電力の供給に応じて駆動力を発生するモータとして機能する。

第１モータジェネレータ３１及び第２モータジェネレータ３２は、パワーコントロールユニット３５を介してバッテリ５０に接続されている。第１モータジェネレータ３１によって発電された交流電力は、パワーコントロールユニット３５により直流に変換されてバッテリ５０に充電される。すなわち、パワーコントロールユニット３５はインバータとして機能する。

また、バッテリ５０の直流電力は、パワーコントロールユニット３５により交流に変換されて、第２モータジェネレータ３２に供給される。なお、車両１０を減速させる際には、駆動輪４０からの駆動力を利用して第２モータジェネレータ３２で発電を行う。そして、発電した電力はバッテリ５０に充電される。すなわち、この車両１０では回生充電を行う。この際には、第２モータジェネレータ３２は、ジェネレータとして機能する。このときには、第２モータジェネレータ３２によって発電された交流電力は、パワーコントロールユニット３５により直流に変換されてバッテリ５０に充電される。

なお、第１モータジェネレータ３１をスタータとして機能させるときは、パワーコントロールユニット３５は、バッテリ５０の直流電力を交流に変換して第１モータジェネレータ３１に供給する。

＜制御装置＞
制御装置１００は、内燃機関２０、第１モータジェネレータ３１及び第２モータジェネレータ３２を制御する。すなわち、制御装置１００は、プラグインハイブリッド車両である車両１０のパワートレーンを制御する制御装置である。そのため、制御装置１００は、電気加熱式触媒システム２００を含む内燃機関２０を制御する。要するに、制御装置１００は、内燃機関２０を制御する制御装置でもある。また、後述するように、制御装置１００は、電気加熱式触媒システム２００の異常を診断する。要するに、制御装置１００は、電気加熱式触媒システム２００の異常を診断する異常診断装置でもある。

制御装置１００は、車両１０の各部に設けられたセンサの検出信号が入力されている。制御装置１００に入力される検出信号には、車速、アクセルペダル開度、バッテリ５０の残容量に応じた充電状態ＳＯＣが含まれる。また、制御装置１００には、内燃機関２０の冷却水の温度である水温Ｔｗを検出する水温センサ１０１が接続されている。また、制御装置１００には、車両１０の運転者が車両１０のシステムの起動及び停止を行うためのパワースイッチ１０２も接続されている。そのため、制御装置１００は、パワースイッチ１０２からの入力信号に基づいて、車両１０のシステムの起動状態を把握する。

上記のように構成された車両１０は、バッテリ５０に蓄えられている電力を利用して第２モータジェネレータ３２を駆動することにより、第２モータジェネレータ３２のみを利用して駆動輪４０を駆動するＥＶ走行を行うことができる。また、内燃機関２０と第２モータジェネレータ３２を利用して駆動輪４０を駆動するハイブリッド走行を行うこともできる。

＜電気加熱式触媒システムの構成＞
次に図２を参照して電気加熱式触媒システム２００の構成を説明する。
図２に示すように、触媒コンバータ２９には、電気加熱式触媒２１０を構成する第１排気浄化触媒２６に加えて、第２排気浄化触媒２７が搭載されている。第１排気浄化触媒２６及び第２排気浄化触媒２７は、いずれも排気の流れる方向に延びる複数の通路が区画されたハニカム構造の触媒担体に、三元触媒を担持させたものである。

第１排気浄化触媒２６及び第２排気浄化触媒２７は、ケース２４に収容されている。ケース２４は、金属、例えばステンレス鋼によって形成された筒である。ケース２４は、排気通路２１の一部を構成する。ケース２４内において、第１排気浄化触媒２６及び第２排気浄化触媒２７と、ケース２４との間には、マット２８が介在している。マット２８は、絶縁体であり、例えば、アルミナを主成分とする無機繊維によって形成されている。

マット２８は、圧縮された状態で第１排気浄化触媒２６及び第２排気浄化触媒２７とケース２４との間に介在している。そのため、第１排気浄化触媒２６及び第２排気浄化触媒２７は、圧縮されたマット２８の復元力によってケース２４内に保持されている。

ケース２４の上流側の部分には、上流側ほど径が小さくなっている上流側接続管２３が外側から被せられて固定されている。また、ケース２４の下流側の部分には、下流側ほど径が小さくなっている下流側接続管２５が外側から被せられて固定されている。

図２に示すように、上流側接続管２３は、ケース２４よりも直径の小さな上流側排気管２２とケース２４とを接続する。同様に、下流側接続管２５は、ケース２４よりも直径の小さな下流側の排気管とケース２４とを接続する。このように、第１排気浄化触媒２６及び第２排気浄化触媒２７を収容したケース２４と上流側接続管２３と下流側接続管２５とは、排気通路２１の一部を構成する触媒コンバータ２９を構成している。

なお、ケース２４の上流側の端部は、上流側排気管２２に近づくにつれて径が小さくなっており、最も上流側排気管２２に近い部分の直径は、上流側排気管２２の直径とほぼ等しくなっている。

第１排気浄化触媒２６は、第２排気浄化触媒２７よりも上流側に位置している。第１排気浄化触媒２６の触媒担体は、通電されると電気抵抗となって発熱する素材によって形成されている。例えば、こうした素材としては、炭化ケイ素を用いることができる。なお、触媒担体は、温度が高いときには温度が低いときよりも電気抵抗が小さくなる特性を持っている。

第１排気浄化触媒２６には、第１電極２１１及び第２電極２１２が取り付けられている。第１電極２１１は正電極であり、第２電極２１２は負電極である。第１電極２１１と第２電極２１２の間に電圧をかけることによって第１排気浄化触媒２６に電流が流れる。第１排気浄化触媒２６に電流が流れると、触媒担体の電気抵抗によって触媒担体が発熱する。

触媒担体の全体に対して均一に電流を流すために、第１電極２１１及び第２電極２１２は、触媒担体の外周面に沿って周方向及び軸方向に延びている。また、第１電極２１１及び第２電極２１２は、それぞれケース２４を貫通している。

第１電極２１１及び第２電極２１２のそれぞれとケース２４との間には、アルミナなどの絶縁材料で構成された絶縁碍子２１３が嵌め込まれている。また、ケース２４の内周面には、絶縁材料を塗布して絶縁コートが施されている。絶縁コートとしては、例えば、ガラスコートを用いることができる。これにより、第１排気浄化触媒２６は、ケース２４に対して電気的に絶縁されている。

上記のように、第１排気浄化触媒２６には、第１電極２１１及び第２電極２１２が取り付けられている。これにより、第１排気浄化触媒２６は、電力を供給することによって発熱する電気加熱式触媒２１０になっている。以下では、電気加熱式触媒２１０をＥＨＣ２１０と称する。通電によって触媒担体が発熱することで第１排気浄化触媒２６が加熱され、活性化が促進される。

また、内燃機関２０が稼働して排気が流れるようになると、ＥＨＣ２１０を通過して温められた排気によって、熱が第２排気浄化触媒２７にも移動する。これにより、第２排気浄化触媒２７の暖機も促進される。

第１電極２１１及び第２電極２１２は、電源装置２２０の電源回路２２１を介してバッテリ５０に接続されている。電源装置２２０は、絶縁トランジスタ及びパワースイッチング素子を含む電源回路２２１と、電源回路２２１を制御する電源用マイコン２２２を備えている。電源回路２２１には、電流センサ２２４と、電圧センサ２２５とが設けられている。電流センサ２２４及び電圧センサ２２５は電源用マイコン２２２に接続されている。電源用マイコン２２２は、電流センサ２２４が出力する信号に基づいてＥＨＣ２１０に供給されている電流を検出する。また、電源用マイコン２２２は、電圧センサ２２５が出力する信号に基づいてＥＨＣ２１０に印加している電圧を検出する。なお、電源装置２２０には、補機バッテリ５５が接続されている。

また、電源装置２２０には、電源回路２２１に接続されていてＥＨＣ２１０の絶縁抵抗を検出して漏電を検知するための漏電検知回路２２３が設けられている。例えば、漏電検知回路２２３は、基準抵抗を備えている。補機バッテリ５５から漏電検知回路２２３を含む電源回路２２１に電力を供給する。電源用マイコン２２２は、このときに電流センサ２２４及び電圧センサ２２５によって検出される電流値及び電圧値に基づいてＥＨＣ２１０の絶縁抵抗値Ｒｔを算出する。

電源装置２２０は、制御装置１００と相互に通信可能に接続されており、電源用マイコン２２２によって算出された絶縁抵抗値Ｒｔは制御装置１００に出力される。また、制御装置１００は、電源装置２２０に指令を出力し、電源装置２２０を介してＥＨＣ２１０への通電を制御する。

＜プレヒート処理について＞
プラグインハイブリッド車両である車両１０では、バッテリ５０の充電状態ＳＯＣに十分な余裕がある場合には、第２モータジェネレータ３２のみを走行用の動力源として用いるＥＶ走行モードで走行する。このときの制御装置１００は、内燃機関２０を停止した状態に維持している。そして、制御装置１００は、第２モータジェネレータ３２が要求駆動力分の駆動力が得られるトルクを発生するようにパワーコントロールユニット３５を制御する。

また、制御装置１００は、ＥＶ走行モードでの走行中に、バッテリ５０の充電状態ＳＯＣが一定の値を下回ると、車両１０の走行モードをＥＶ走行モードからハイブリッド走行モードに切り替える。ハイブリッド走行モードは、内燃機関２０及び第２モータジェネレータ３２の双方を走行用の動力源として用いる走行モードである。

ハイブリッド走行モードへの切り替え直後から十分な排気浄化能力を発揮できるようにするためには、ハイブリッド走行モードに移行して内燃機関２０を始動する前にＥＨＣ２１０に通電して、第１排気浄化触媒２６を暖機しておくことが望ましい。

そのため、制御装置１００は、内燃機関２０の始動前にＥＨＣ２１０に通電して第１排気浄化触媒２６を暖機するプレヒート処理を実行する。
＜プレヒート処理にかかるルーチン＞
次に図３を参照してプレヒート処理にかかるルーチンについて説明する。このルーチンは、パワースイッチ１０２がＯＮになっており、車両１０のシステムが稼働しているときに制御装置１００によって繰り返し実行される。

図３に示すように、このルーチンを開始すると、制御装置１００は、まずステップＳ１００の処理において、ＥＨＣ通電要求がＯＮであるか否かを判定する。ＥＨＣ通電要求とはＥＨＣ２１０への通電要求のことである。具体的には、制御装置１００は、次の２つの条件のいずれもが成立しているときに、ＥＨＣ通電要求がＯＮであると判定する。

・充電状態ＳＯＣがハイブリッド走行モードへの切替閾値を下回っている。
・第１排気浄化触媒２６の温度が活性化温度よりも低い既定温度以下である。
なお、制御装置１００は、水温センサ１０１によって検出される水温Ｔｗに基づいて第１排気浄化触媒２６の温度を推定している。例えば、制御装置１００は、水温センサ１０１によって検出される水温Ｔｗを第１排気浄化触媒２６の温度とみなしてステップＳ１００における判定を行う。

ステップＳ１００の処理において、ＥＨＣ通電要求がＯＮではないと判定した場合（ステップＳ１００：ＮＯ）には、制御装置１００は、そのままこのルーチンを一旦終了させる。すなわち、この場合には、制御装置１００は、プレヒート処理を実行しない。

一方で、ステップＳ１００の処理において、ＥＨＣ通電要求がＯＮであると判定した場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、制御装置１００は、処理をステップＳ１１０へと進める。

そして、ステップＳ１１０の処理において、制御装置１００は、プレヒート処理の一環として内燃機関２０の始動を禁止する。次に、制御装置１００は、処理をステップＳ１２０へと進める。そして、ステップＳ１２０の処理において、制御装置１００は、目標電力量Ｑ０を算出する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ１００の処理を実行したときに推定した第１排気浄化触媒２６の温度に応じて目標電力量Ｑ０を算出する。プレヒート処理では、投入電力の積算値である電力量Ｑが目標電力量Ｑ０に達するまでＥＨＣ２１０への通電を継続することによって第１排気浄化触媒２６を活性化温度以上まで加熱して暖機を行う。すなわち、目標電力量Ｑ０は通電を開始する前の温度から暖機が完了するまで第１排気浄化触媒２６を加熱するために必要な電力量である。そのため、ステップＳ１２０の処理では、制御装置１００は、第１排気浄化触媒２６の温度が低いほど、目標電力量Ｑ０として大きな値を算出する。なお、電力量Ｑは、ＥＨＣ２１０に実際に供給された電力の積算値である。すなわち、電力量Ｑは、実通電量である。

次に制御装置１００は、ステップＳ１３０の処理において、電源用マイコン２２２が漏電検知回路２２３を用いてこの時点の絶縁抵抗値Ｒｔである第１絶縁抵抗値Ｒｔ１を取得する。そして、制御装置１００は、ステップＳ１４０の処理において、第１絶縁抵抗値Ｒｔ１が閾値Ａ１より大きいか否かを判定する。閾値Ａ１はＥＨＣ２１０の電気抵抗である絶縁抵抗が漏電を抑制する上で十分な大きさであることを判定するための閾値である。

ステップＳ１４０の処理において、第１絶縁抵抗値Ｒｔ１が閾値Ａ１より大きいと判定した場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）には、制御装置１００は、処理をステップＳ１５０へと進める。そして、制御装置１００は、ステップＳ１５０の処理において、ＥＨＣ２１０への投入電力を第１電力Ｗ１に設定する。

次に、制御装置１００は、処理をステップＳ１６０へと進める。そして、制御装置１００は、ステップＳ１６０の処理において、ＥＨＣ２１０への通電を開始する。なお、プレヒート処理では、制御装置１００は、投入電力が設定された値になるように電源回路２２１を制御してバッテリ５０の電圧を変換してＥＨＣ２１０に電力を供給する。プレヒート処理によって第１排気浄化触媒２６の温度が上昇すると、それに伴って絶縁抵抗値Ｒｔは次第に低下する。そのため、制御装置１００は、絶縁抵抗値Ｒｔの低下にあわせて電圧を低くして投入電力を第１電力Ｗ１に維持する。また、制御装置１００は、電圧が予め設定された上限電圧の値を超えないように、上限電圧以下の範囲で電圧を制御する。すなわち、上限電圧は、プレヒート処理において電圧を制御する際の電圧の上限値である。なお、通電を開始すると、制御装置１００は、電流センサ２２４によって検出している電流値及び電圧センサ２２５で検出している電圧値を読み込み、投入電力の積算を開始する。そして、制御装置１００は、ＥＨＣ２１０に通電している間、投入電力を積算してＥＨＣ２１０に投入した電力量Ｑを算出し続ける。

次のステップＳ１７０の処理では、制御装置１００は、電力量Ｑが目標電力量Ｑ０以上であるか否かを判定する。そして、ステップＳ１７０の処理において電力量Ｑが目標電力量Ｑ０未満であると判定した場合（ステップＳ１７０：ＮＯ）には、ステップＳ１７０の処理を繰り返す。一方で、ステップＳ１７０の処理において電力量Ｑが目標電力量Ｑ０以上であると判定した場合（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）には、処理をステップＳ１８０へと進め、ＥＨＣ２１０への通電を終了させる。すなわち、制御装置１００は、電力量Ｑが目標電力量Ｑ０に到達するまで通電を継続する。そして、制御装置１００は、電力量Ｑが目標電力量Ｑ０に到達すると、通電を終了させることにより、プレヒート処理を終了させる。

ステップＳ１８０の処理を通じてプレヒート処理を終了させると、制御装置１００は、処理をステップＳ１９０へと進める。そして、制御装置１００は、ステップＳ１９０の処理において、内燃機関２０の始動の禁止を解除して内燃機関２０の始動を許可する。そして、制御装置１００は、このルーチンを一旦終了させる。

一方で、ステップＳ１４０の処理において、第１絶縁抵抗値Ｒｔ１が閾値Ａ１以下であると判定した場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）には、制御装置１００は、処理をステップＳ２００へと進める。そして、制御装置１００は、ステップＳ２００の処理において、絶縁抵抗低下判定を行う。具体的には、制御装置１００は、絶縁抵抗が低下していることを示すフラグを記録する。

次に制御装置１００は、処理をステップＳ２１０へと進める。そして、ステップＳ２１０の処理において、制御装置１００は、ＥＨＣ２１０への通電を禁止してＥＨＣ２１０への通電を行わずにプレヒート処理を終了させる。

ステップＳ２１０の処理を通じてプレヒート処理を終了させると、制御装置１００は、処理をステップＳ１９０へと進める。そして、制御装置１００は、ステップＳ１９０の処理において、内燃機関２０の始動の禁止を解除して内燃機関２０の始動を許可する。そして、制御装置１００は、このルーチンを一旦終了させる。

＜異常診断処理について＞
次に、図４を参照して制御装置１００が実行する異常診断処理にかかるルーチンについて説明する。図４に示すルーチンは、ＥＨＣ２１０への通電が開始されたときに制御装置１００によって実行される。

図４に示すように、このルーチンを開始すると、制御装置１００は、まずステップＳ３００の処理においてこの時点におけるＥＨＣ２１０の絶縁抵抗値Ｒｔである第２絶縁抵抗値Ｒｔ２を取得する。ステップＳ３００の処理において第２絶縁抵抗値Ｒｔ２を取得すると、制御装置１００は、処理をステップＳ３１０へと処理を進める。

ステップＳ３１０の処理において、制御装置１００は、推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出する。具体的には、制御装置１００は、図３を参照して説明したステップＳ１００の処理において取得した第１排気浄化触媒２６の温度に基づいて推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出する。すなわち通電開始前のＥＨＣ２１０の触媒担体の温度に基づいて推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出する。後述する異常診断処理において判定の閾値として使用する値である。推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘについての詳しい説明は後述する。なお、既定時間の長さは、図３を参照して説明したプレヒート処理の長さよりも短い。この制御装置１００では、例えば２０秒に設定されている。

推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出すると、制御装置１００は、処理をステップＳ３２０へと進める。ステップＳ３２０の処理では、制御装置１００は、ＥＨＣ２１０への通電が既定時間継続したか否かを判定する。すなわち、通電開始から既定時間が経過したか否かを判定する。

ステップＳ３２０の処理においてＥＨＣ２１０への通電がまだ既定時間継続していないと判定した場合（ステップＳ３２０：ＮＯ）には、制御装置１００は、ステップＳ３２０の処理を繰り返す。一方で、ステップＳ３２０の処理においてＥＨＣ２１０への通電が既定時間継続したと判定した場合（ステップＳ３２０：ＹＥＳ）には、制御装置１００は、処理をステップＳ３２５へと進める。すなわち、制御装置１００は、ＥＨＣ２１０への通電が既定時間に亘って行われるのを待ってから処理をステップＳ３２５へと進める。

ステップＳ３２５では、制御装置１００は、電力量Ｑが閾値Ｑ１未満であるか否かを判定する。閾値Ｑ１は電気加熱式触媒システム２００が正常であることを判定するための閾値であり、通電が既定時間に亘って行われた時点の電力量Ｑが閾値Ｑ１以上であることに基づき、電気加熱式触媒システム２００が正常であると判定できる大きさの値に設定されている。すなわち、この制御装置１００では、実通電量である電力量Ｑが閾値Ｑ１未満であることに基づいて電気加熱式触媒システム２００に異常が発生していることを判定する。

ステップＳ３２５の処理において電力量Ｑが閾値Ｑ１未満であると判定した場合（ステップＳ３２５：ＹＥＳ）には、制御装置１００は、異常の種類を判別するために、ステップＳ３３０以降の異常診断処理を実行する。一方で、ステップＳ３２５の処理において電力量Ｑが閾値Ｑ１以上であると判定した場合（ステップＳ３２５：ＮＯ）には、制御装置１００は、そのままこのルーチンを終了させる。すなわち、この場合には、異常診断処理を実行しない。

次に、ステップＳ３２５の処理において電力量Ｑが閾値Ｑ１未満であるとの判定（ステップＳ３２５：ＹＥＳ）がなされ、異常診断処理を実行する場合について説明する。この場合、制御装置１００は、まずステップＳ３３０の処理において、この時点におけるＥＨＣ２１０の絶縁抵抗値Ｒｔである第３絶縁抵抗値Ｒｔ３を取得する。ステップＳ３３０において第３絶縁抵抗値Ｒｔ３を取得すると、制御装置１００は、処理をステップＳ３４０へと進める。

ステップＳ３４０の処理において、制御装置１００は、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３がステップＳ３１０の処理を通じて算出した推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘよりも高いか否かを判定する。
ステップＳ３４０の処理において、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３が推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘよりも高いと判定した場合（ステップＳ３４０：ＹＥＳ）には、制御装置１００は、処理をステップＳ３５０へと進める。そして、ステップＳ３５０の処理において、制御装置１００は、ＥＨＣ異常判定を行う。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ３５０の処理においてＥＨＣ２１０に異常が生じていると診断し、ＥＨＣ２１０に異常が生じていることを示すフラグを記録する。なお、ＥＨＣ２１０に生じる異常としては、触媒担体の割れ、ひび割れなどがある。

一方で、ステップＳ３４０の処理において、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３が推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘ以下であると判定した場合（ステップＳ３４０：ＮＯ）には、制御装置１００は、処理をステップＳ３６０へと進める。そして、ステップＳ３６０の処理において、制御装置１００は、センサ異常判定を行う。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ３６０の処理において電流センサ２２４に異常が生じていると診断し、電流センサ２２４に異常が生じていることを示すフラグを記録する。

このように制御装置１００では、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３と推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘとを比較した結果に基づいて異常の種類を診断している。すなわち、推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘは、電気加熱式触媒システム２００の異常の種類を判別するための閾値である。

なお、制御装置１００は、ＥＨＣ異常判定やセンサ異常判定を行ったときに、車両１０の運転者に電気加熱式触媒システム２００の異常を報知する処理を行う。なお、異常を報知する処理としては、例えば、異常の種類に応じた警告灯の点灯、ディスプレイへの警告メッセージの表示、警告音の出力などを行う。

こうしてステップＳ３５０の処理や、ステップＳ３６０の処理が終了し、異常診断処理が完了すると、制御装置１００は、このルーチンを終了させる。
＜作用＞
次に、図５を参照して、制御装置１００の作用について説明する。なお、図５は、プレヒート処理における通電による絶縁抵抗値Ｒｔの推移を示すグラフである。なお、上述したように、絶縁抵抗値Ｒｔは電流センサ２２４によって検出した電流値を用いて算出したＥＨＣ２１０の電気抵抗である。

図５では、電気加熱式触媒システム２００に異常がない場合の絶縁抵抗値Ｒｔの推移を実線で示している。そして、図５では、電流センサ２２４に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの推移を一点鎖線で示している。また、図５では、ＥＨＣ２１０に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの推移を破線で示している。

例えば、触媒担体にひびが入っていると、電気抵抗が高くなる。すなわち、ＥＨＣ２１０に異常が発生している場合には、プレヒート処理中の電流が小さくなり、発熱量も少ない。そのため、この場合には、図５に破線で示すように、絶縁抵抗値Ｒｔが高く、通電を継続しても触媒担体の電気抵抗が低くなりにくい。

また、電流センサ２２４に異常が発生している場合には、検出される電流値が実際の電流よりも小さな値になる。そのため、図５に一点鎖線で示すように、電流センサ２２４によって検出される電流値に基づいて算出される電気抵抗である絶縁抵抗値Ｒｔは高くなる。

これに対して電気加熱式触媒システム２００に異常が生じていない場合には、プレヒート処理により通電が開始されると触媒担体に電流が流れ、触媒担体が発熱する。そして、温度の上昇とともに電気抵抗が低下する。この場合は電流センサ２２４が正しく電流値を検出するため、図５に実線で示すように、絶縁抵抗値Ｒｔは、破線で示したＥＨＣ２１０に異常が生じている場合や、一点鎖線で示した電流センサ２２４に異常が生じている場合よりも低い値になる。

なお、電流センサ２２４に異常が生じている場合には、実際には、検出される電流値よりも大きな電流が流れている。そのため、ＥＨＣ２１０に異常が発生している場合とは異なり、発熱量は少なくなっていない。そのため、この場合には、図５に一点鎖線で示すように、通電の継続に伴って電気抵抗が低くなる。このように、電流センサ２２４に異常が発生している場合と、ＥＨＣ２１０に異常が発生している場合とでは、通電に伴うＥＨＣ２１０の電気抵抗の低下の度合いに違いが生じる。

具体的には、図５に一点鎖線で示すように、電流センサ２２４に異常が生じている場合には、通電の継続に伴って触媒担体の温度が上昇し、それに伴って電気抵抗が低下する。電流センサ２２４は、感度が低くなっており、正しく電流値を検出できていないものの、この電気抵抗の低下が、絶縁抵抗値Ｒｔの低下として現れる。

一方で、ＥＨＣ２１０に異常が生じている場合には、通電を継続しても触媒担体が発熱しにくく、温度が上昇しにくい。その結果、ＥＨＣ２１０に異常が発生している場合には、図５に破線で示すように、通電を継続していても、絶縁抵抗値Ｒｔは低下しにくい。

このように、電流センサ２２４に異常が生じている場合と、ＥＨＣ２１０に異常が生じている場合とでは、通電に伴う触媒担体の温度の上昇の仕方に違いが生じるため、電気抵抗の低下の度合いに違いが生じる。そして、この電気抵抗の低下の度合いの違いが、絶縁抵抗値Ｒｔの変化の度合いの違いとして現れる。

そこで、上記実施形態の制御装置１００では、図４を参照して説明したステップＳ３２５の処理において電気加熱式触媒システム２００に異常が生じていることを判定すると（ステップＳ３２５：ＮＯ）、異常診断処理を実行する。

そして、異常診断処理において、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３を取得する（ステップＳ３３０）。そして、通電開始時に算出した推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘと比較する（ステップＳ３４０）ことによって、ＥＨＣ２１０が異常の要因であるのか、電流センサ２２４が異常の要因であるのかを判定している。すなわち、このステップＳ３４０の処理が、既定時間の通電におけるＥＨＣ２１０の絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いが、電流センサ２２４に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いよりも大きいか否かの判定に相当する。

なお、推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘは、このステップＳ３４０の処理における判定を通じてＥＨＣ２１０の異常と、電流センサ２２４の異常とを判別できるように、予め用意した演算マップを参照して算出される。

上述したように、通電に伴う絶縁抵抗値Ｒｔの低下度合いには、ＥＨＣ２１０に異常が発生している場合と、電流センサ２２４に異常が発生している場合とで違いが生じる。具体的には、図５に一点鎖線で示した電流センサ２２４に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの通電開始から２０秒間の低下度合いは、破線で示したＥＨＣ２１０に異常が生じている場合の同期間の絶縁抵抗値Ｒｔの低下度合いよりも大きくなっている。

そこで、この制御装置１００では、ステップＳ３１０の処理において、２０秒間の通電後の絶縁抵抗値Ｒｔに基づいてＥＨＣ２１０の異常と電流センサ２２４の異常を判別するための閾値として、推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出している。通電開始時の触媒担体の電気抵抗は通電開始時の触媒担体の温度に応じて推定できる。そして、この時点では２０秒間にＥＨＣ２１０に投入する電力量が概ね把握できているため、通電開始時の触媒担体の温度に応じて２０秒後の触媒担体の温度及び電気抵抗が推定できる。そこで、ステップＳ３１０の処理では、制御装置１００は、ステップＳ１００の処理において取得した第１排気浄化触媒２６の温度を演算マップに入力して推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出する。演算マップは、入力された温度に対応する推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを出力するマップである。図５に示す例では、破線で示されている絶縁抵抗値Ｒｔと、一点鎖線で示されている絶縁抵抗値Ｒｔとの間に位置する通電から２０秒後の時点における絶縁抵抗値Ｒｔが推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘとして算出される。

このときに利用する演算マップは、ＥＨＣ２１０の異常と電流センサ２２４の異常とを判別する閾値となる推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを出力できるように、予め実験を繰り返して各温度に対する推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを設定することにより作成されている。

こうして制御装置１００では、ステップＳ３４０の処理を通じて既定時間の通電におけるＥＨＣ２１０の絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いが、電流センサ２２４に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いよりも大きいか否かを判定している。そして、大きいと判定した場合に電流センサ２２４に異常が生じていると診断し、大きくないと判定した場合にＥＨＣ２１０に異常が生じていると診断する。

このように制御装置１００によれば、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３が推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘ以下であることに基づいて、絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いが、電流センサ２２４に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いよりも大きいことを判定できる。

また、制御装置１００によれば、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３が推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘよりも大きいことに基づいて、絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いが、電流センサ２２４に異常が生じている場合の絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いよりも大きくないと判定できる。

そして、制御装置１００は、低下の度合いが大きいと判定した場合に電流センサ２２４に異常が生じていると診断し、低下の度合いが大きくないと判定した場合にＥＨＣ２１０に異常が生じていると診断する。

＜効果＞
本実施形態の効果について説明する。
（１）こうした制御装置１００によれば、プレヒート処理における通電に伴う絶縁抵抗値Ｒｔの低下の度合いの違いに基づいてＥＨＣ２１０の異常と電流センサ２２４の異常とを判別できる。

（２）制御装置１００は、異常診断処理における診断結果を記憶している。すなわち、ＥＨＣ２１０に異常が生じているのか、電流センサ２２４に異常が生じているのかを記憶している。そのため、修理の際には、この記憶されている情報に基づいて作業を行うことができる。したがって、異常が生じている部品を的確に交換し、迅速に修理を完了させることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘを算出し、第３絶縁抵抗値Ｒｔ３と推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘとを比較することにより、電気抵抗の低下度合いが大きいか否かを判定する例を示した。これに対して、通電開始時の絶縁抵抗値Ｒｔと第３絶縁抵抗値Ｒｔ３とに基づいて電気抵抗の低下速度を算出し、低下速度と閾値を比較して異常診断処理を行ってもよい。すなわち、この場合には、算出した低下速度が閾値以上であれば、電気抵抗の低下の度合いが大きいと判定し、電流センサ２２４に異常が発生していると診断する。また、算出した低下速度が閾値未満であれば、電気抵抗の低下の度合いが大きくないと判定し、ＥＨＣ２１０に異常が発生していると診断する。こうした構成を採用した場合にも、ＥＨＣ２１０の異常と電流センサ２２４の異常とを判別することができる。

・また、電気抵抗の低下の度合いを確認する方法は、算出した電気抵抗、すなわち絶縁抵抗値Ｒｔを比較する方法に限らない。電流値や電力値によっても電気抵抗を推定することができるため、電流値を閾値と比較してもよい。また電力値を閾値と比較してもよい。電流値や電力値を閾値と比較する構成を採用してもＥＨＣ２１０の電気抵抗の低下の度合いの違いを判定し、異常の種別を判別することができる。

例えば、図６に破線で示すように、ＥＨＣ２１０に異常が生じている場合には、プレヒート処理中の電流が小さくなり、電力が小さい。また、発熱量が少ないため、触媒担体の電気抵抗が低くなりにくく、通電を継続しても電力は大きくなりにくい。一方で、電流センサ２２４に異常が生じている場合には、実際には、検出される電流値よりも大きな電流が流れている。そのため、ＥＨＣ２１０に異常が発生している場合とは異なり、発熱量は少なくなっていない。そのため、この場合には、通電の継続に伴って電気抵抗が低くなり、一点鎖線で示すように電力が大きくなっていく。

そのため、図６に示すように、電力の閾値として電力閾値Ｐ＿Ｘを設定し、通電が既定時間行われた時点の電力が電力閾値Ｐ＿Ｘを超えている場合に電気抵抗の低下の度合いが大きいと判定して電流センサ２２４の異常であると診断するようにしてもよい。また、この場合には、通電が既定時間行われた時点の電力が電力閾値Ｐ＿Ｘ以下である場合に電気抵抗の低下の度合いが大きくないと判定してＥＨＣ２１０の異常であると診断する。

・推定抵抗値Ｒｔ＿Ｘのように異常判定処理において閾値となる値を、演算マップではなく、関数を用意して導出するようにしてもよい。また、こうした閾値の決め方は、適宜変更可能である。例えば、異常の種別を判別できるのであれば、閾値は固定値でもよい。

・内燃機関２０は、火花点火式エンジンであっても、圧縮着火式エンジンであってもよい。
・触媒コンバータ２９の構成は、適宜変更可能である。例えば、第２排気浄化触媒２７を備えていない構成であってもよい。

・排気浄化触媒の触媒担体に担持される触媒は、三元触媒に限らず、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、又は選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。
・電気加熱式触媒システム２００及び制御装置１００が搭載される車両１０は、プラグインハイブリッド車両だけでなく、プラグイン機能を有しないハイブリッド車両、及び、内燃機関２０のみを動力源とする車両であってもよい。プラグインハイブリッド車両以外のこれらの車両の例では、ＥＨＣ２１０の通電要求は、内燃機関２０の始動要求があり且つＥＨＣ２１０の温度が所定値以下となる場合にＯＮになる。

・水温センサ１０１によって検出される水温Ｔｗに基づいて第１排気浄化触媒２６の温度を推定する例を示した。第１排気浄化触媒２６の温度の推定方法はこうした方法に限らない。例えば、第１排気浄化触媒２６の上流及び下流の少なくとも一方の排気温度を排気温度センサによって検出し、検出した排気温度に基づいて推定することもできる。

・制御装置１００は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサ、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路として構成し得る。また、制御装置１００は、これらの組み合わせを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）としても構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

・また、異常診断装置を、車両１０のパワートレーンを制御する制御装置１００として具現化した例を示した。これに対して、異常診断装置を、電気加熱式触媒システム２００を制御する専用の制御装置として構成したり、電気加熱式触媒システム２００の異常診断処理のみを実施する装置として構成したりしてもよい。

２０…内燃機関
２６…第１排気浄化触媒
２９…触媒コンバータ
５０…バッテリ
５５…補機バッテリ
１００…制御装置
１０１…水温センサ
１０２…パワースイッチ
２００…電気加熱式触媒システム
２１０…電気加熱式触媒
２２０…電源装置
２２１…電源回路
２２２…電源用マイコン
２２３…漏電検知回路
２２４…電流センサ
２２５…電圧センサ

Claims (1)

1. 通電により発熱し、温度が高いときには低いときよりも電気抵抗が小さくなる触媒担体に触媒を担持した排気浄化触媒からなり、前記触媒担体に通電することにより前記触媒担体を発熱させる電気加熱式触媒を有する電気加熱式触媒システムに適用され、
   センサで検出した電流値に基づいて前記電気加熱式触媒に供給された電力の積算値である実通電量を算出し、算出した実通電量が閾値未満であるときに異常診断処理を実行する異常診断装置であり、
   前記異常診断処理において、
   前記センサで検出した電流値に基づいて、既定時間の通電における前記電気加熱式触媒の電気抵抗の低下の度合いが、前記センサに異常が生じている場合の電気抵抗の低下の度合いよりも大きいか否かを判定し、
   大きいと判定した場合に前記センサに異常が生じていると診断し、
   大きくないと判定した場合に前記電気加熱式触媒に異常が生じていると診断する
   電気加熱式触媒システムの異常診断装置。

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