JP2023091571A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関始動直後のエミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】内燃機関は、排気通路に設けられて通電により加熱される電気加熱式の第１触媒２６と、第１触媒２６よりも排気下流側に設けられた第２触媒２７とを備える。制御装置１００は、内燃機関の始動に先立って第１触媒２６への通電を行うことにより第１触媒２６を暖機するプレヒート処理と、プレヒート処理の実行が完了した後で内燃機関の始動を開始する処理と、内燃機関の始動開始後において第１触媒２６への通電を行うポストヒート処理とを実行する。そして、制御装置１００は、ポストヒート処理による第１触媒２６への通電を第２触媒２７が活性化温度に達するまで行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気を浄化する触媒は、暖機が完了した活性化温度において十分な能力を発揮する。そのため、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、内燃機関の排気通路に設けられて通電により加熱される電気加熱式触媒が知られている（例えば特許文献１など）。電気加熱式触媒は、内燃機関を始動する前に通電を行うプレヒート処理を実行することにより、機関始動に先立って触媒を暖機させることができる。

特開２０１８－９６２０９号公報

ところで、機関始動が開始された直後は、電気加熱式触媒に流入する排気の温度が低い。そのため、プレヒート処理の実行により暖機が完了した電気加熱式触媒の温度は低下する。このようにして電気加熱式触媒の温度が低下すると、機関始動直後におけるエミッションが悪化するおそれがある。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、排気通路に設けられて通電により加熱される電気加熱式の第１触媒と、前記第１触媒よりも排気下流側に設けられた第２触媒とを備える内燃機関に適用される。この制御装置は、前記内燃機関の始動に先立って前記第１触媒への通電を行うことにより当該第１触媒を暖機するプレヒート処理と、前記プレヒート処理の実行が完了した後で前記内燃機関の始動を開始する処理と、前記内燃機関の始動開始後において前記第１触媒への通電を行うポストヒート処理とを実行する。そして、制御装置は、前記ポストヒート処理による前記第１触媒への通電を、前記第２触媒の温度が同第２触媒の活性化温度に達するまで行う。

同構成によれば、プレヒート処理が完了して機関始動が開始された後でも、ポストヒート処理によって第１触媒への通電が行われる。こうしたポストヒート処理の実行により、暖機が完了した第１触媒の温度低下が抑えられるため、機関始動直後におけるエミッションの悪化が抑制される。

また、上記第２触媒の温度が活性化温度に達していれば、この第２触媒によって排気が浄化されるため、第１触媒への通電を停止しても排気を浄化することができる。そこで、同構成では、ポストヒート処理による第１触媒への通電は、第２触媒が活性化温度に達するまで行われる。従って、第１触媒への通電を停止してもエミッションの悪化は抑制される。

前記制御装置において、前記第２触媒の温度を取得する処理を実行するとともに、前記ポストヒート処理は、取得した前記第２触媒の温度が、前記活性化温度が設定されている既定の判定値に達するまで前記第１触媒への通電を行う処理でもよい。

また、こうしたポストヒート処理を実行する場合には、前記第２触媒の劣化度に関する情報である劣化情報を取得する処理と、取得した劣化情報に示される前記劣化度が高いときほど前記判定値を高い温度に設定する処理と、を実行してもよい。

第２触媒の劣化が進行すると当該第２触媒の活性化温度は高くなる傾向がある。この点、同構成によれば、取得した劣化情報に示される第２触媒の劣化度が高いときほど上記判定値は高い温度に設定される。そのため、ポストヒート処理による第１触媒への通電を第２触媒の劣化度に応じて適切に行うことができるようになる。

また、前記制御装置において、前記内燃機関の始動を開始してから前記第２触媒が活性化温度に達するまでに要する前記第１触媒への供給電力量を活性化電力量としたときに、前記ポストヒート処理は、前記内燃機関の始動を開始してから前記第１触媒に供給された電力量が前記活性化電力量に達するまで前記第１触媒への通電を行う処理でもよい。

また、こうしたポストヒート処理を実行する場合には、前記第２触媒の劣化度に関する情報である劣化情報を取得する処理と、取得した劣化情報に示される前記劣化度が高いときほど前記活性化電力量を大きい値に設定する処理と、を実行してもよい。

上述したように、第２触媒の劣化が進行すると当該第２触媒の活性化温度は高くなる傾向がある。そのため、第２触媒の劣化が進行するにつれて上記活性化電力量は大きい値になる。この点、同構成によれば、取得した劣化情報に示される第２触媒の劣化度が高いときほど上記活性化電力量は大きい値に設定される。そのため、同構成でも、ポストヒート処理による第１触媒への通電を第２触媒の劣化度に応じて適切に行うことができるようになる。

内燃機関の制御装置を備える車両の構成を示す模式図である。 同車両に搭載された電気加熱式触媒のシステム構成を示す模式図である。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 最大酸素吸蔵量と触媒の活性化温度との関係を示すグラフである。 第１触媒温度及び最大酸素吸蔵量と目標電力量との関係を示すグラフである。 最大酸素吸蔵量と判定値との関係を示すグラフである。 車両のシステムが起動されたときの各種の状態の推移を示すタイムチャートである。図７（ａ）は機関出力、図７（ｂ）は電気加熱式触媒の通電状態、図７（ｃ）は第１触媒温度及び第２触媒温度、それぞれの推移を示している。 同実施形態の変更例において制御装置が実行する処理の手順についてその一部を示すフローチャートである。 最大酸素吸蔵量と活性化電力量との関係を示すグラフである。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図１～図７を参照して説明する。
＜車両の構成＞
図１を参照して内燃機関の制御装置１００が搭載された車両１０の構成を説明する。

車両１０は、内燃機関１１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、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１１は、吸気通路１２と排気通路２１とを備えている。なお、図１に示す例では、内燃機関１１は、４つの気筒を備えている。吸気通路１２には、吸気通路１２を流れる吸気の流量を調整するスロットルバルブ１３が設けられている。内燃機関１１には、吸気中に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁１４が各気筒に対して１つずつ設けられている。なお、複数の燃料噴射弁１４は、各気筒に対して複数個ずつ設けられていてもよいし、各気筒に対して設けられている個数がそれぞれ異なっていてもよい。また、内燃機関１１には、燃料と吸気との混合気を火花放電により点火する点火プラグ１５が各気筒に対して１つずつ設けられている。なお、点火プラグ１５は、各気筒に対して複数個ずつ設けられていてもよいし、各気筒に設けられている個数がそれぞれ異なっていてもよい。

内燃機関１１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に接続されている。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。

また、排気通路２１における触媒コンバータ２９よりも下流側には、フィルタ３６が設けられている。フィルタ３６は、排気に含まれる粒子状物質を捕集する。粒子状物質は燃焼によって生じるカーボンを主成分とする微細な粒子状の物質である。

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に接続されている。また、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。

内燃機関１１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１１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１１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１１を始動する際に、内燃機関１１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１１、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１１を制御する。また、制御装置１００は、電気加熱式触媒システム２００を制御する。

制御装置１００には、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る。制御装置１００に入力される検出信号には、車速ＳＰ、アクセルペダル開度ＡＣＣＰ、バッテリ５０の残容量に応じた充電状態ＳＯＣが含まれる。制御装置１００には、内燃機関１１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。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。制御装置１００には、触媒コンバータ２９に流入する排気の空燃比である上流側空燃比ＡＦｕを検出する上流側空燃比センサ１０３が接続されている。なお、上流側空燃比センサ１０３は、触媒コンバータ２９よりも上流側の排気通路２１に配置されている。制御装置１００には、触媒コンバータ２９を通過した排気の空燃比である下流側空燃比ＡＦｄを検出する下流側空燃比センサ１０４が接続されている。なお、下流側空燃比センサ１０４は、排気通路２１において触媒コンバータ２９よりも下流側であり且つフィルタ３６よりも上流側の部位に配置されている。制御装置１００には、内燃機関１１に吸入される空気の温度である吸気温Ｔｉｎ及び質量である吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ１０５や、内燃機関１１のクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ１０６が接続されている。なお、制御装置１００は、クランク角センサ１０６の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを算出する。また、制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを算出する。機関負荷率ＫＬは、内燃機関１１の燃焼室に充填される空気量を定めるパラメータであり、基準流入空気量に対する１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。なお、基準流入空気量は、機関回転速度ＮＥに応じて可変設定される。

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１１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を構成する排気浄化用の第１触媒２６に加えて、排気浄化用の第２触媒２７が搭載されている。第１触媒２６及び第２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２触媒２７は、第１触媒２６よりも排気下流側に設けられている。

第１触媒２６及び第２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触媒２６及び第２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触媒２６及び第２触媒２７とケース２４との間に介在している。そのため、第１触媒２６及び第２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触媒２６及び第２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２触媒２７は、第１触媒２６よりも排気下流側に位置している。第１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触媒２６に電流が流れる。第１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触媒２６が加熱され、活性化が促進される。

また、内燃機関１１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触媒２７にも移動する。これにより、第２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。

＜ＥＨＣの通電について＞
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１１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１１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１１を始動する前にＥＨＣ２１０に通電して、第１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１１の始動に先立ってＥＨＣ２１０への通電を行うことにより第１触媒２６を暖機するプレヒート処理を実行する。また、制御装置１００は、内燃機関１１の始動が開始された以降においてもＥＨＣ２１０への通電を継続して行うポストヒート処理を実行する。なお、触媒の暖機とは、当該触媒の温度を活性化温度にまで高めることをいう。

＜ＥＨＣの通電にかかる処理＞
図３を参照して、プレヒート処理及びポストヒート処理を含むＥＨＣの通電についてその処理手順を説明する。この図３に示す処理は、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。なお、以下では、先頭に「Ｓ」を付与した数字によってステップ番号を表現する。

図３に示すように、この本処理を開始すると、制御装置１００は、まず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。

・内燃機関１１の始動要求がある。なお、内燃機関１１の始動要求は、例えば充電状態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場合や、車両運転者が要求する車両走行トルクがＥＶ走行では得られない場合などが挙げられる。

・第１触媒２６の温度である第１触媒温度Ｔｃａｔ１が活性化温度よりも低い既定温度以下である。
制御装置１００は第１触媒温度Ｔｃａｔ１を推定している。例えば、制御装置１００は、内燃機関１１の運転を停止したときに、そのときの第１触媒温度Ｔｃａｔ１を停止時第１温度Ｔｏｆｆ１として記憶し、ソークタイマを起動する。そして、制御装置１００は、内燃機関１１が停止している間はソークタイマによる計時を継続する。制御装置１００は、内燃機関１１の始動時には外気温から停止時第１温度Ｔｏｆｆ１を引いた差に収束率を乗じた積を算出する。そして、その積を停止時第１温度Ｔｏｆｆ１に加算した和を算出する。こうして算出した和を機関始動時の第１触媒温度Ｔｃａｔ１とする。なお、収束率はソーク時間に基づいて算出される。収束率は０から１までの値である。収束率はソーク時間が長くなるほど１に近づく。例えば、収束率が１のときには触媒温度Ｔは外気温と等しい温度になる。これは、収束率が１のときには、第１触媒温度Ｔｃａｔ１が外気温まで収束していることを示している。なお、制御装置１００は、エアフロメータ１０５で検出される吸気温Ｔｉｎを外気温とみなして第１触媒温度Ｔｃａｔ１の算出に用いる。

また、機関運転中は、制御装置１００は、第１触媒温度Ｔｃａｔ１の温度変化量である第１温度変化量ｄＴ１を算出する。そして、第１温度変化量ｄＴ１を直前に算出した第１触媒温度Ｔｃａｔ１に加算して最新の第１触媒温度Ｔｃａｔ１を算出する。なお、第１温度変化量ｄＴ１は排気熱やＥＨＣ２１０の発熱量の影響を受けて変化する。そこで、制御装置１００は、排気の熱エネルギ量に影響を与えるパラメータや、ＥＨＣ２１０の発熱量に影響を与えるパラメータなどを用いて第１温度変化量ｄＴ１を算出する。なお、排気の熱エネルギ量に影響を与えるパラメータとしては、機関回転速度ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、水温Ｔｗ、吸入空気量ＧＡ、車速ＳＰ、吸気温Ｔｉｎなどが挙げられる。また、ＥＨＣ２１０の発熱量に影響を与えるパラメータとしては、ＥＨＣ２１０に投入された電力量などが挙げられる。

また、制御装置１００は、第２触媒２７の温度である第２触媒温度Ｔｃａｔ２を推定している。例えば、制御装置１００は、内燃機関１１の運転を停止したときに、そのときの第２触媒温度Ｔｃａｔ２を停止時第２温度Ｔｏｆｆ２として記憶し、ソークタイマを起動する。そして、制御装置１００は、内燃機関１１が停止している間はソークタイマによる計時を継続する。制御装置１００は、内燃機関１１の始動時には外気温から停止時第２温度Ｔｏｆｆ２を引いた差に収束率を乗じた積を算出する。そして、その積を停止時第２温度Ｔｏｆｆ２に加算した和を算出する。こうして算出した和を機関始動時の第２触媒温度Ｔｃａｔ２とする。なお、収束率はソーク時間に基づいて算出される。収束率は０から１までの値である。収束率はソーク時間が長くなるほど１に近づく。例えば、収束率が１のときには触媒温度Ｔは外気温と等しい温度になる。これは、収束率が１のときには、第２触媒温度Ｔｃａｔ２が外気温まで収束していることを示している。

また、機関運転中は、制御装置１００は、第２触媒温度Ｔｃａｔ２の温度変化量である第２温度変化量ｄＴ２を算出する。そして、第２温度変化量ｄＴ２を直前に算出した第２触媒温度Ｔｃａｔ２に加算して最新の第２触媒温度Ｔｃａｔ２を算出する。なお、第２温度変化量ｄＴ２は排気熱の影響を受けて変化する。そこで、制御装置１００は、排気の熱エネルギ量に影響を与えるパラメータを用いて第２温度変化量ｄＴ２を算出する。なお、第２触媒２７に流入する排気の熱エネルギ量に影響を与えるパラメータとしては、第１触媒温度Ｔｃａｔ１、吸入空気量ＧＡ、吸気温Ｔｉｎなどが挙げられる。

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（Ｓ１００：ＮＯ）には、制御装置１００は、そのまま本処理を一旦終了させる。すなわち、この場合には、制御装置１００は、プレヒート処理及びポストヒート処理を実行しない。

一方、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（Ｓ１００：ＹＥＳ）には、制御装置１００は、処理をＳ１１０へと進める。
そして、Ｓ１１０の処理において、制御装置１００は、内燃機関１１の始動を禁止する。次に、制御装置１００は処理をＳ１２０へと進める。

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、Ｓ１００の処理を実行したときに推定した第１触媒温度Ｔｃａｔ１と、前回の内燃機関１１の運転中に算出した最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに応じて目標電力量Ｑ０を算出する。

最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘは、触媒コンバータ２９が備える２つの触媒、つまり第１触媒２６及び第２触媒２７を１つの触媒とみなしたときに、その触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である。制御装置１００は、例えば機関運転中の上流側空燃比ＡＦｕや下流側空燃比ＡＦｄの各値に基づいて最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを推定している。ここで、第１触媒２６や第２触媒２７の劣化が進行してそれらの劣化度が高くなると、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘは少なくなる。従って、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘは、第１触媒２６や第２触媒２７の劣化度に関する情報である劣化情報となっている。

図４に示すように、第１触媒２６や第２触媒２７の劣化度が高くなることにより、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少なくなると、第１触媒２６や第２触媒２７の活性化温度は高くなる傾向がある。

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触媒２６を加熱するために必要な電力量である。

従って、図５に示すように、Ｓ１２０の処理において制御装置１００は、第１触媒温度Ｔｃａｔ１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。また、図５に示すように、Ｓ１２０の処理において制御装置１００は、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少なく活性化温度が高いときほど、目標電力量Ｑ０として大きな値を算出する。

次に、制御装置１００は、Ｓ１３０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。なお、本実施形態では、プレヒート処理及びポストヒート処理においてＥＨＣ２１０に投入される電力はともに第１電力Ｗ１となっている。しかしながら、プレヒート処理及びポストヒート処理においてＥＨＣ２１０に投入される電力を異ならせてもよい。

次に、制御装置１００は、処理をＳ１４０へと進める。そして、制御装置１００は、Ｓ１４０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触媒２６の温度が上昇すると、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Ｓ１５０の処理において、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、Ｓ１５０の処理において電力量Ｑが目標電力量Ｑ０未満であると判定する場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、制御装置１００は、Ｓ１５０の処理を繰り返す。

一方、Ｓ１５０の処理において、電力量Ｑが目標電力量Ｑ０以上であると判定する場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、処理をＳ１６０へと進める。そして、制御装置１００は、Ｓ１６０の処理において、内燃機関１１の始動禁止を解除して内燃機関１１の始動を開始する。

次に、制御装置１００は、Ｓ１７０の処理において、機関出力制限と点火時期遅角とを実施する。機関出力制限は、内燃機関１１の機関出力Ｐｅが予め設定された既定出力Ｐｅｃにて一定となるように、機関出力Ｐｅを制御するものである。なお、既定出力Ｐｅｃとしては、内燃機関１１から排出される排気の量が、第１触媒２６にて浄化可能な排気の上限量に達するときの機関出力Ｐｅよりもやや少ない値が設定されている。こうした機関出力制限を行うことにより、第２触媒２７の暖機が未完の状態で機関運転を行ってもエミッションの悪化は抑えられる。

また、点火時期遅角は、ＥＨＣ２１０への通電を行うことなく機関始動を行う場合と比べて点火時期を遅角させるものである。この点火時期遅角を行うことにより、内燃機関１１から排出される排気の温度が高くなる。そのため、排気による第１触媒２６の温度低下を抑制したり、第２触媒２７の暖機促進を図ることができる。

次に、制御装置１００は、Ｓ１８０の処理において、判定値Ｔｒｅｆを算出する。判定値Ｔｒｅｆは、第２触媒２７の活性化温度である。上述したように、第２触媒２７の活性化温度は、第２触媒２７の劣化度に応じて変化する。そして、第２触媒２７の劣化度は上記最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと相関している。そこで、制御装置１００は、Ｓ１８０の処理において、第２触媒２７の劣化情報である上記の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを取得する。そして、取得した最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに基づいて判定値Ｔｒｅｆを算出する。

図６に示すように、制御装置１００は、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少ないときほど判定値Ｔｒｅｆの値は高い温度となるように、当該判定値Ｔｒｅｆの値を算出する。
次に、制御装置１００は、Ｓ１９０の処理において、第２触媒温度Ｔｃａｔ２を取得する。そして、制御装置１００は、第２触媒温度Ｔｃａｔ２が判定値Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する。そして、Ｓ１９０の処理において、第２触媒温度Ｔｃａｔ２が判定値Ｔｒｅｆ未満であると判定する場合（Ｓ１９０：ＮＯ）、制御装置１００は、Ｓ１９０の処理を繰り返す。

一方、Ｓ１９０の処理において、第２触媒温度Ｔｃａｔ２が判定値Ｔｒｅｆ以上であると判定する場合（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、処理をＳ２００へと進める。
制御装置１００は、Ｓ２００の処理において、上述した機関出力制限と点火時期遅角とを終了する。

次に、制御装置１００は、Ｓ２１０の処理において、ＥＨＣ２１０への通電を終了させる。そして、本処理を一旦終了する。
＜作用＞
本実施形態の作用を説明する。

図７は、上記車両のシステムが起動されたときの各種の状態の推移を示すタイムチャートである。図７（ａ）は内燃機関１１の出力、図７（ｂ）はＥＨＣ２１０の通電状態、図７（ｃ）は第１触媒温度Ｔｃａｔ１及び第２触媒温度Ｔｃａｔ２、それぞれの推移を示している。

図７に示すように、時刻ｔ１において、ＥＨＣ通電要求がＯＮであると判定されると、ＥＨＣ２１０への通電が開始されることにより、第１触媒温度Ｔｃａｔ１は上昇する。
そして、時刻ｔ２において、ＥＨＣ２１０に供給された電力量Ｑが目標電力量Ｑ０以上となり、第１触媒２６の暖機が完了すると、機関始動が開始される。機関始動が開始されると、上記の機関出力制限が行われることにより機関出力Ｐｅは既定出力Ｐｅｃに維持されるとともに点火時期遅角が実施される。時刻ｔ１から時刻ｔ２までのＥＨＣ２１０への通電は、内燃機関１１の始動に先立って第１触媒２６への通電を行うことにより当該第１触媒２６を暖機するプレヒート処理である。

そして、本実施形態では、機関始動が開始された以降もＥＨＣ２１０への通電は継続される。そして、時刻ｔ３において、第２触媒温度Ｔｃａｔ２が判定値Ｔｒｅｆ以上となり、第２触媒２７の暖機が完了すると、上記の機関出力制限及び点火時期遅角は終了されるとともに、ＥＨＣ２１０への通電は停止される。時刻ｔ２から時刻ｔ３までのＥＨＣ２１０への通電は、内燃機関１１の始動開始後において第１触媒２６への通電を行うポストヒート処理である。

＜効果について＞
本実施形態の効果を説明する。
（１）プレヒート処理が完了して機関始動が開始された後でも、ポストヒート処理によって第１触媒２６への通電が行われる。こうしたポストヒート処理の実行により、暖機が完了した第１触媒２６の温度低下が抑えられるため、機関始動直後におけるエミッションの悪化が抑制される。

また、第２触媒２７の温度が活性化温度に達していれば、この第２触媒２７によって排気が浄化されるため、第１触媒２６への通電を停止しても排気を浄化することができる。そこで、本実施形態では、ポストヒート処理による第１触媒２６への通電は、第２触媒２７が活性化温度に達するまで行われる。従って、第１触媒２６への通電を停止してもエミッションの悪化は抑制される。

（２）ポストヒート処理によって第１触媒２６への通電が行われると、第１触媒２６を通過する排気の温度低下が抑えられるため、排気による第２触媒２７の暖機が促進される。ここで、本実施形態では、ポストヒート処理による第１触媒２６への通電は、第２触媒２７が活性化温度に達するまで行われる。従って、第２触媒２７の暖機が完了するまでに要する時間が短くなり、これによっても機関始動直後におけるエミッションの悪化が抑制される。

（３）ポストヒート処理による第１触媒２６への通電は、第２触媒温度Ｔｃａｔ２が、活性化温度の設定された判定値Ｔｒｅｆに達するまで行われる。ここで、第２触媒２７の劣化が進行すると当該第２触媒２７の活性化温度は高くなる傾向がある。この点、本実施形態では、第２触媒２７の劣化情報に示される当該第２触媒２７の劣化度が高いときほど、より具体的には最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少ないときほど上記判定値Ｔｒｅｆは高い温度に設定される。そのため、ポストヒート処理による第１触媒２６への通電を第２触媒２７の劣化度に応じて適切に行うことができるようになる。

＜変更例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記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。

・Ｓ１２０の処理において、制御装置１００は、第１触媒温度Ｔｃａｔ１と最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘとに応じて目標電力量Ｑ０を算出した。この他、第１触媒温度Ｔｃａｔ１及び最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘのいずれか一方に応じて目標電力量Ｑ０を算出してもよい。また、他のパラメータに応じて目標電力量Ｑ０を算出してもよい。

・機関出力制限は、機関出力Ｐｅが予め設定された既定出力Ｐｅｃにて一定となるように機関出力Ｐｅを制御するものであった。この他、機関出力制限は、機関出力Ｐｅが予め設定された上限出力Ｐｅｍの値を超えないように、上限出力Ｐｅｍ以下の範囲で機関出力Ｐｅを制御するものでもよい。なお、この上限出力Ｐｅｍの値としては、上述した既定出力Ｐｅｃなどが挙げられる。

・Ｓ１７０の処理において、機関出力制限と点火時期遅角とを実施した。この他、機関出力制限及び点火時期遅角のうちのいずれか一方を実施してもよい。また、Ｓ１７０の処理及びＳ２００の処理を省略することにより、そうした機関出力制限と点火時期遅角とをともに実施しないようにしてもよい。

・判定値Ｔｒｅｆを、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに応じて変更するようにしたが、予め定めた一定値としてもよい。この一定値としては、たとえば第２触媒２７の劣化度が許容限度に達したと想定した場合の活性化温度とすることができる。

・触媒の劣化情報として最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを利用したが、他の値を利用してもよい。例えば、内燃機関１１の総運転時間が長くなるほど、触媒の劣化度は高くなる傾向がある。そのため、そうした総運転時間を触媒の劣化情報として利用してもよい。

・Ｓ１９０の処理では、第２触媒温度Ｔｃａｔ２と判定値Ｔｒｅｆとを比較したが、他の値を比較してもよい。
図８にそうした変更例の処理手順を示す。なお、図８には、図３に示した処理との相異点を示す。図８に示すように、制御装置１００は、上述したＳ１７０の処理を終えると、次に、Ｓ３００の処理として、活性化電力量Ｑｋを算出する。活性化電力量Ｑｋは、内燃機関１１の始動を開始してから第２触媒２７が活性化温度に達するまでに要する第１触媒２６への供給電力量である。上述したように、第２触媒２７の活性化温度は、第２触媒２７の劣化度に応じて変化する。そして、第２触媒２７の劣化度は上記最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと相関している。そこで、制御装置１００は、Ｓ３００の処理において、第２触媒２７の劣化情報である上記の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを取得する。そして、取得した最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに基づいて活性化電力量Ｑｋを算出する。

図９に示すように、制御装置１００は、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少ないときほど活性化電力量Ｑｋの値は大きくなるように、当該活性化電力量Ｑｋの値を算出する。
次に、制御装置１００は、Ｓ３１０の処理において、ポスト電力量Ｑｐを取得する。ポスト電力量Ｑｐは、図３に示したＳ１６０の処理を通じて内燃機関１１の始動を開始してから第１触媒２６に供給された電力量である。そして、制御装置１００は、ポスト電力量Ｑｐが活性化電力量Ｑｋ以上であるか否かを判定する。そして、Ｓ３１０の処理において、ポスト電力量Ｑｐが活性化電力量Ｑｋ未満であると判定する場合（Ｓ３１０：ＮＯ）、制御装置１００は、Ｓ３１０の処理を繰り返す。

一方、Ｓ３１０の処理において、ポスト電力量Ｑｐが活性化電力量Ｑｋ以上であると判定する場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、処理を上述したＳ２００へと進める。

この変更例では、ポストヒート処理による第１触媒２６への通電は、ポスト電力量Ｑｐが活性化電力量Ｑｋに達するまで行われる。ここで、第２触媒２７の劣化が進行すると当該第２触媒２７の活性化温度は高くなる傾向がある。この点、この変更例では、第２触媒２７の劣化情報に示される当該第２触媒２７の劣化度が高いときほど、より具体的には最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少ないときほど上記活性化電力量Ｑｋは大きい値に設定される。そのため、この変更例でも、ポストヒート処理による第１触媒２６への通電を第２触媒２７の劣化度に応じて適切に行うことができるようになる。

なお、より簡易的には、活性化電力量Ｑｋを予め定めた一定値にしてもよい。この一定値としては、たとえば第２触媒２７の劣化度が許容限度に達したと想定した場合の上記電力量とすることができる。

・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や、内燃機関１１のみを動力源とする車両であってもよい。

・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。

１０…車両
１１…内燃機関
２１…排気通路
２４…ケース
２６…第１触媒
２７…第２触媒
２８…マット
２９…触媒コンバータ
３６…フィルタ
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
１０３…上流側空燃比センサ
１０４…下流側空燃比センサ
１０５…エアフロメータ
１０６…クランク角センサ
２００…電気加熱式触媒システム
２１０…電気加熱式触媒（ＥＨＣ）
２２０…電源装置
２２１…電源回路
２２２…電源用マイコン
２２４…電流センサ
２２５…電圧センサ

Claims (5)

1. 排気通路に設けられて通電により加熱される電気加熱式の第１触媒と、前記第１触媒よりも排気下流側に設けられた第２触媒とを備える内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記内燃機関の始動に先立って前記第１触媒への通電を行うことにより当該第１触媒を暖機するプレヒート処理と、
   前記プレヒート処理の実行が完了した後で前記内燃機関の始動を開始する処理と、
   前記内燃機関の始動開始後において前記第１触媒への通電を行うポストヒート処理と、を実行するとともに、
   前記ポストヒート処理による前記第１触媒への通電を、前記第２触媒の温度が同第２触媒の活性化温度に達するまで行う
   内燃機関の制御装置。
2. 前記第２触媒の温度を取得する処理を実行するとともに、
   前記ポストヒート処理は、取得した前記第２触媒の温度が、前記活性化温度が設定されている既定の判定値に達するまで前記第１触媒への通電を行う処理である
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第２触媒の劣化度に関する情報である劣化情報を取得する処理と、
   取得した劣化情報に示される前記劣化度が高いときほど前記判定値を高い温度に設定する処理と、を実行する
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の始動を開始してから前記第２触媒が活性化温度に達するまでに要する前記第１触媒への供給電力量を活性化電力量としたときに、
   前記ポストヒート処理は、前記内燃機関の始動を開始してから前記第１触媒に供給された電力量が前記活性化電力量に達するまで前記第１触媒への通電を行う処理である
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記第２触媒の劣化度に関する情報である劣化情報を取得する処理と、
   取得した劣化情報に示される前記劣化度が高いときほど前記活性化電力量を大きい値に設定する処理と、を実行する
   請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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