JPWO2013094039A1 - 電気加熱式触媒の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

電気加熱式触媒の異常をより正確に検出する。内燃機関の排気通路に設けられ通電により発熱する発熱体と、発熱体に通電したときに前記排気通路に電気が流れないように絶縁する絶縁部と、を備えた電気加熱式触媒の異常検出装置において、内燃機関の始動前から発熱体に通電している場合であって、内燃機関の始動から所定期間経過後の絶縁部の絶縁抵抗値が閾値以下の場合に、電気加熱式触媒に異常があると判定する判定部を備える。

Description

本発明は、電気加熱式触媒の異常検出装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒として、通電されることで発熱する発熱体によって触媒が加熱される電気加熱式触媒（Electrically Heated Catalyst：以下、ＥＨＣと称する場合もある）が開発されている。

ここで、ハイブリッド車両において、電気加熱式触媒の通電時に電気抵抗を検知して、この電気抵抗に基づいて電気加熱式触媒の異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、触媒を保持するマットの温度を推定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、放電電極に高電圧を印加したときの電流または電圧等に基づいて、漏電を判断し、漏電しているときには電力供給を制限する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

ところで、電気加熱式触媒の温度が十分に高くなっていない状態で内燃機関が始動されると、電気加熱式触媒で水が凝縮することがある。この凝縮水により、電気加熱式触媒と排気通路との間の絶縁抵抗値が変化する。従来では、凝縮水による絶縁抵抗値の変化が考慮されていないため、異常を検出する精度が低くなる虞がある。

特開２００９−２７４４７１号公報 特開２００５−００９３６４号公報 特開２００２−０２１５４１号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式触媒の異常をより正確に検出することにある。

上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒の異常検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体に通電したときに前記排気通路に電気が流れないように絶縁する絶縁部と、
を備えた電気加熱式触媒の異常検出装置において、
前記内燃機関の始動前から前記発熱体に通電している場合であって、前記内燃機関の始動から所定期間経過後の前記絶縁部の絶縁抵抗値が閾値以下の場合に、電気加熱式触媒に異常があると判定する判定部を備える。

発熱体は、触媒の担体としてもよく、触媒よりも上流側に設けてもよい。発熱体に通電することにより該発熱体が発熱するため、触媒の温度を上昇させることができる。絶縁部は、電気が流れないように備えられる。しかし、絶縁部に凝縮水が付着すると、該凝縮水を介して電気が流れることがある。すなわち、絶縁部の絶縁抵抗値が、凝縮水により低下する。

ここで、電気加熱式触媒が正常であれば、内燃機関の始動前から発熱体に通電することにより、内燃機関の始動時までに該電気加熱式触媒の温度を十分に高くすることができる。このため、凝縮水が発生し難くなるので、絶縁部の絶縁抵抗値が低下することが抑制される。

一方、電気加熱式触媒に異常があると、内燃機関の始動前から発熱体に通電しようとしても、該電気加熱式触媒の温度は上昇しない。このため、内燃機関の始動時に凝縮水が発生し易くなるので、絶縁部の絶縁抵抗値が低下する。すなわち、内燃機関の始動から所定期間経過後の絶縁抵抗値が閾値以下となる。

この閾値は、凝縮水が発生しているときの絶縁抵抗値の上限値とすることができる。また、閾値は、許容範囲の絶縁抵抗値よりも小さい値としてもよい。また、所定期間は、電気加熱式触媒に異常があるときに凝縮水が発生し、電気加熱式触媒が正常であれば凝縮水が発生しない期間とすることができる。なお、判定部は、この所定期間の任意の時期における絶縁抵抗値と閾値とを比較してもよいし、この所定期間の平均値又は最小値と閾値とを比較してもよい。

このように、電気加熱式触媒に異常があれば、内燃機関の始動後に凝縮水が発生する。そして、内燃機関の始動から所定期間経過後の絶縁抵抗値と、凝縮水の発生と、には相関関係がある。したがって、判定部は、この相関関係に基づいて、電気加熱式触媒に異常があるか否か判定することができる。

なお、ここでいう電気加熱式触媒の異常とは、電気加熱式触媒の温度が上昇しない場合、または、電気加熱式触媒の温度上昇が供給した電力量に対して不十分の場合をいう。これは、例えば、発熱体に電力を供給するための電線の切断、または、電気加熱式触媒の破損、制御装置の故障と考えてもよい。また、発熱体に通電することができない異常としてもよい。

また、本発明においては、前記判定部は、前記内燃機関の始動時の該内燃機関の温度が高いほど、前記閾値を大きくすることができる。

ここで、内燃機関の始動時の該内燃機関の温度が高いほど、排気通路や電気加熱式触媒の温度も高いと考えられる。そして、排気通路や電気加熱式触媒の温度が高いほど、凝縮水は発生し難くなる。一方、内燃機関の温度が低いほど、凝縮水の発生量が多くなる。このように、内燃機関の始動時の該内燃機関の温度が高いほど、凝縮水が発生し難くなるので、絶縁抵抗値が低下し難くなる。したがって、内燃機関の温度に応じて前記閾値を補正することにより、電気加熱式触媒の異常判定の精度を高めることができる。

なお、内燃機関の始動時の該内燃機関の温度とは、内燃機関の始動が開始される時点における内燃機関の温度、内燃機関の冷却水温度、または、内燃機関の潤滑油温度としてもよい。また、内燃機関の始動時の該内燃機関の温度とほとんど同じである内燃機関の始動直前や直後の該内燃機関の温度を含んでもよい。また、閾値を変更する代わりに、絶縁抵抗値を補正してもよい。

また、本発明においては、前記判定部は、前記内燃機関の始動時の前記絶縁抵抗値が高いほど、前記閾値を大きくすることができる。

ここで、内燃機関の始動時に既に絶縁抵抗値が低い場合もある。例えば、前回の内燃機関の作動時に排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）が電気加熱式触媒に付着していると絶縁抵抗値が低下する。このような場合には、内燃機関の始動後に凝縮水が発生したときに、絶縁抵抗値がより小さくなる。したがって、内燃機関の始動時の絶縁抵抗値に応じて前記閾値を補正することにより、電気加熱式触媒の異常判定の精度を高めることができる。

なお、内燃機関の始動時の絶縁抵抗値に代わり、内燃機関の始動前の絶縁抵抗値、電気加熱式触媒に通電前の絶縁抵抗値、または、電気加熱式触媒に通電を開始した時点での絶縁抵抗値としてもよい。また、閾値を変更する代わりに、絶縁抵抗値を補正してもよい。

また、本発明においては、前記判定部は、前記内燃機関の始動時までに前記発熱体に供給した電力量が大きいほど、前記閾値を大きくすることができる。

ここで、内燃機関の始動前に発熱体に通電したとしても、供給した電力量が小さいと、温度が十分に上昇しない場合もある。例えば、電力を供給した期間が短い場合、または、電圧または電流が小さい場合に、電力量が小さくなる。そして、電気加熱式触媒が正常であれば、発熱体に供給した電力量が大きいほど、発熱体の温度が高くなるため、凝縮水が発生し難くなる。したがって、内燃機関の始動時までに発熱体に供給した電力量に応じて前記閾値を補正することにより、電気加熱式触媒の異常判定の精度を高めることができる。なお、閾値を変更する代わりに、絶縁抵抗値を補正してもよい。

また、本発明においては、前記判定部は、前記内燃機関の始動前から前記内燃機関の始動後まで前記発熱体に通電し、前記内燃機関の始動から所定期間経過後の前記絶縁部の絶縁抵抗値が閾値以下の場合に、電気加熱式触媒に異常があると判定することができる。

ここで、内燃機関の始動前に発熱体への通電時間が短い場合において、内燃機関の始動時においても電気加熱式触媒の温度が十分に高くなっていない場合には、内燃機関の始動後に凝縮水が発生する虞がある。このような場合であっても、電気加熱式触媒が正常であれば、内燃機関の始動後において発熱体への通電を継続することにより、凝縮水を速やかに除去することができる。そうすると、内燃機関の始動後に低下した絶縁抵抗値は、その後、速やかに大きくなる。一方、電気加熱式触媒に異常があれば、内燃機関の始動後に凝縮水が除去されるまでに時間がかかる。したがって、内燃機関の始動後まで発熱体に通電した場合であって、内燃機関の始動から所定期間経過後の絶縁抵抗値が閾値以下であれば、電気加熱式触媒に異常があると判定できる。

本発明によれば、電気加熱式触媒の異常をより正確に検出することができる。

実施例に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 測定装置の概略構成を示す図である。 内燃機関の始動前後の絶縁抵抗値の推移を示したタイムチャートである。 触媒担体に供給する電力量と、閾値との関係を示した図である。 実施例１に係るＥＨＣの異常を判定するフローを示したフローチャートである。 触媒担体に供給する電力量と、閾値との関係を示した図である。 実施例２に係るＥＨＣの異常を判定するフローを示したフローチャートである。 内燃機関の始動前後の絶縁抵抗値の推移を示したタイムチャートである。 触媒担体に供給する電力量と、閾値との関係を示した図である。 実施例３に係るＥＨＣの異常を判定するフローを示したフローチャートである。 内燃機関の始動前後の絶縁抵抗値の推移を示したタイムチャートである。 実施例４に係るＥＨＣの異常を判定するフローを示したフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。本実施例に係る電気加熱式触媒１（以下、ＥＨＣ１という。）は、内燃機関１０の排気管２に設けられている。内燃機関１０は、車両駆動用のガソリンエンジンである。ただし、内燃機関はガソリンエンジンに限られるものではなく、ディーゼルエンジン等であってもよい。また、内燃機関１０は、電動モータを備えるハイブリッド車両に搭載してもよい。なお、図１における矢印Ｂは、排気管２における排気の流れ方向を示している。

内燃機関１０には、冷却水の温度を検出する水温センサ２２が設けられている。また、内燃機関１０には、吸気管１１が接続されている。内燃機関１０の吸気管１１には、内燃機関１０の吸入空気量を測定するエアフローメータ１２が設けられている。また、エアフローメータ１２よりも下流側の吸気管１１には、スロットル弁１４が設けられている。

ＥＨＣ１は、触媒担体３、ケース４、マット５、内管６、及び電極７を備えている。触媒担体３は、円柱状に形成されており、その中心軸が排気管２の中心軸Ａと同軸となるように設置されている。触媒担体３には触媒１３が担持されている。なお、触媒担体３に担持される触媒には、三元触媒、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、又は選択還元型ＮＯｘ触媒を例示できる。

触媒担体３は、通電されると電気抵抗となって発熱する材料によって形成されている。触媒担体３の材料としては、ＳｉＣを例示することができる。触媒担体３は、排気の流れる方向Ｂ（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。なお、中心軸Ａと直交する方向の触媒担体３の断面形状は楕円形等であっても良い。また、中心軸Ａは、排気管２、触媒担体３、内管６、及びケース４で共通の中心軸である。

なお、本実施例においては、触媒担体３が本発明に係る発熱体に相当する。ただし、本発明に係る発熱体は触媒を担持する担体に限られるものではない。例えば、発熱体は触媒の上流側に設置された構造体であってもよい。

触媒担体３はケース４に収容されている。ケース４内には電極室９が形成されている。なお、電極室９の詳細については後述する。

ケース４は、金属によって形成されている。ケース４を形成する材料としては、ステンレス鋼材を例示することができる。ケース４は、中心軸Ａと平行な曲面を含んで構成される収容部４ａと、該収容部４ａよりも上流側及び下流側で該収容部４ａと排気管２とを接続するテーパ部４ｂ，４ｃと、を有している。収容部４ａの通路断面積は排気管２の通路断面積よりも大きくなっており、その内側に、触媒担体３、マット５、及び内管６が収容されている。テーパ部４ｂ，４ｃは、収容部４ａから離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。なお、ケース４は、電気的に接地されている。

ケース４の収容部４ａの内周面と触媒担体３の外周面との間にはマット５が挟み込まれている。つまり、ケース４内において、触媒担体３がマット５によって支持されている。また、マット５には内管６が挟み込まれている。すなわち、マット５は、内管６によってケース４側と触媒担体３側とに分割されている。内管６は、中心軸Ａを中心とした管状の部材である。

マット５は、電気絶縁材によって形成されている。マット５を形成する材料としては、アルミナを主成分とするセラミックファイバーを例示することができる。マット５は、触媒担体３の外周面及び内管６の外周面に巻きつけられている。マット５が、触媒担体３とケース４との間に挟み込まれていることで、触媒担体３に通電したときに、ケース４へ電気が流れることが抑制される。

内管６はステンレス鋼材によって形成されている。また、内管６の表面全体には電気絶縁層が形成されている。電気絶縁層を形成する材料としては、セラミック又はガラスを例示することができる。なお、内管６の全体をアルミナ等の電気絶縁材によって形成してもよい。また、図１に示すように、内管６は、中心軸Ａ方向の長さがマット５より長い。そのため、内管６の上流側及び下流側の端部は、マット５の上流側及び下流側の端面から突出している。

触媒担体３には、一対の電極７が接続されている。電極７は、ケース４の外部から電極室９を通って触媒担体３の外周面に接続されている。電極７は、表面電極７ａ及び軸電極７ｂによって形成されている。表面電極７ａは、触媒担体３の外周面に沿って周方向及び軸方向に延びている。また、表面電極７ａは、触媒担体３の外周面に該触媒担体３を挟んで互いに対向するように設けられている。軸電極７ｂの一端は表面電極７ａに接続されている。そして、電極室９を通って軸電極７ｂの他端がケース４の外側に突出している。

ケース４、マット５、及び内管６には、軸電極７ｂを通すために、貫通孔４ｄ，５ａ，６ａが開けられている。そして、ケース４内において、マット５の貫通孔５ａの周面によって囲まれる空間によって、電極室９が形成されている。なお、マット５を上流側部分と下流側部分とに分割し、間隔を空けてそれらを配置することで、触媒担体３の外周面全周にわたって電極室９を形成してもよい。

ケース４に開けられている貫通孔４ｄには、軸電極７ｂを支持する絶縁部８が設けられている。この絶縁部８は電気絶縁材によって形成されており、ケース４と電極７との間に隙間なく設けられている。

軸電極７ｂの他端は、電力制御部２５を介してバッテリ２６に電気的に接続されている。電極７にはバッテリ２６から電力制御部２５を介して電力が供給される。電極７に電力が供給されると、触媒担体３に通電される。通電によって触媒担体３が発熱すると、触媒担体３に担持された触媒１３が加熱され、その活性化が促進される。電力制御部２５は、電極７への電力の供給（即ち、触媒担体３への通電）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えや供給電力の調整を行う。

また、ＥＨＣ１には、電極７とケース４と間の絶縁抵抗値を測定する測定装置２１が設けられている。この測定装置２１は、絶縁部８の絶縁抵抗値を測定しているともいえる。

図２は、測定装置２１の概略構成を示す図である。測定装置２１は、基準電源２１１、基準抵抗２１２、電圧器２１３、及び抵抗値算出回路２１４を備えている。図２に示すように、基準抵抗２１２と絶縁部８とは直列に接続されている。そして、基準電源２１１は、バッテリ２６から供給される電圧を増幅させた基準電圧を、基準抵抗２１２及び絶縁部８に印加する。電圧器２１３は、基準電源２１１から基準抵抗２１２及び絶縁部８に基準電圧が印加されたときの、基準抵抗２１２と絶縁部８との間の位置における電圧を計測する。抵抗値算出回路２１４は、電圧器２１３によって計測される電圧に基づいて、絶縁部８の絶縁抵抗値を算出する。

なお、基準電源２１１の電圧（基準電圧）をＶｒｅｆとし、基準抵抗２１２の抵抗値（基準抵抗値）をＲｒｅｆとし、基準抵抗２１２及び絶縁部８に流れる電流をＩｄとし、電圧器２１３によって計測される電圧をＶｅｈｃとすると、絶縁部８の絶縁抵抗値Ｒｅｈｃは下記式（１）及び（２）によって表される。抵抗値算出回路２１４は、これらの式（１）及び（２）を用いて、絶縁部８の絶縁抵抗値を算出する。
Ｉｄ＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｅｈｃ）／Ｒｒｅｆ・・・（１）
Ｒｅｈｃ＝Ｖｅｈｃ／Ｉｄ
＝Ｖｅｈｃ／（（Ｖｒｅｆ−Ｖｅｈｃ）／Ｒｒｅｆ）
＝Ｖｅｈｃ／（Ｖｒｅｆ−Ｖｅｈｃ）＊Ｒｒｅｆ・・・（２）

電力制御部２５は、内燃機関１０に併設された電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０に電気的に接続されている。また、ＥＣＵ２０には、スロットル弁１４も電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によって、これらの装置が制御される。

また、ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１２、測定装置２１、及び水温センサ２２が電気的に接続されている。そして、各センサの出力値及び測定装置２１の測定値がＥＣＵ２０に入力される。

ここで、内燃機関１０の冷間始動時にＥＨＣ１の温度が十分に高くなっていないと、電極室９を通過する排気の温度が低いために、該排気中に含まれる水が、電極７または絶縁部８において凝縮する。そうすると、電極７とケース４との間の絶縁抵抗値、すなわち、絶縁部８の絶縁抵抗値が低下してしまう。これに対し、内燃機関１０の始動前から触媒担体３に通電しておくことにより、内燃機関１０の始動時にＥＨＣ１の温度を十分に高くすることができる。これにより、内燃機関１０の始動後の絶縁抵抗値の低下を抑制できる。

しかし、触媒担体３に電気が通らない場合には、内燃機関１０の始動後に絶縁抵抗値が低下する。そこで本実施例では、内燃機関１０の始動から所定期間後の絶縁抵抗値が閾値Ｒ２以下の場合には、ＥＨＣ１に異常があると判定する。また、内燃機関１０の始動から所定期間後の絶縁抵抗値が閾値Ｒ２よりも大きい場合には、ＥＨＣ１が正常であると判定する。

ここで、図３は、内燃機関１０の始動前後の絶縁抵抗値の推移を示したタイムチャートである。実線は正常時の絶縁抵抗値を示し、一点鎖線は異常時の絶縁抵抗値を示す。また、二点鎖線は、供給電力を示す。供給電力がＯＮのときに、触媒担体３へ電力が供給され、供給電力がＯＦＦのときには、触媒担体３への電力の供給が停止される。

図３において、ＴＡで示される時点において、触媒担体３への電力の供給が開始される。ＴＢで示される時点において、内燃機関１０が始動される。そして、本実施例では、内燃機関１０が始動される時点ＴＢにおいて、触媒担体３への電力の供給が停止される。すなわち、ＴＡからＴＢの期間に触媒担体３へ電力が供給される。そして、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも後の、ＴＣからＴＤの期間の絶縁抵抗値に基づいてＥＨＣ１の異常を判定する。ＴＣからＴＤの期間は、触媒担体３に十分な電力が供給されない場合に、絶縁抵抗値が低下する期間として予め実験等により求めておく。なお、本実施例では、ＴＣからＴＤの期間を、内燃機関１０の吸入空気量の積算値と関連付けて規定する。すなわち、電極室９内において発生する凝縮水の量は、内燃機関１０の吸入空気量の積算値に応じて変化するため、該吸入空気量の積算値に基づいて凝縮水の量が多い時期を規定している。

ここで、ＥＨＣ１が正常であれば、触媒担体３への電力の供給が開始される時点ＴＡから絶縁抵抗値が緩やかに低下して、そのまま収束する。一方、ＥＨＣ１が異常であれば、内燃機関１０が始動される時点ＴＢから絶縁抵抗値は大きく低下し、その後に上昇して収束する。

すなわち、ＥＨＣ１が正常であれば、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも前に十分に温度が高くなっている。このため、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも後において凝縮水が発生しないか、または、発生したとしても少量である。したがって、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも後には、絶縁抵抗値があまり低下しない。

一方、ＥＨＣ１が異常であれば、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも前に触媒担体３の温度が上昇しない。このため、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも後において、凝縮水がより多く発生する。したがって、絶縁抵抗値が大きく低下する。そして、排気の熱により電極７または絶縁部８の温度が上昇すれば、これらに付着していた水が蒸発するため、絶縁抵抗値が大きくなる。

本実施例では、ＥＨＣ１が異常の場合に絶縁抵抗値が大きく低下する期間において絶縁抵抗値を検出し、閾値Ｒ２と比較する。この閾値Ｒ２は、ＥＨＣ１が異常の場合に検出される絶縁抵抗値の上限値として、予め実験等により求めておく。

なお、閾値Ｒ２と比較するのは、ＴＣからＴＤの期間における絶縁抵抗値の最小値でもいいし、また、この期間の平均値、さらには、最大値であってもよい。また、ＴＣからＴＤまでの間の任意の時点の絶縁抵抗値であってもよい。

また、内燃機関１０の始動時の絶縁抵抗値は、触媒担体３に供給する電力量によっても変化する。ここで、図４は、触媒担体３に供給する電力量と、閾値Ｒ２（ＥＨＣ１が異常の場合の絶縁抵抗値の上限値）との関係を示した図である。ＥＨＣ１が正常であっても、触媒担体３に供給する電力量が小さいと、凝縮水が発生する虞がある。このときには、電力量が小さいほど、凝縮水の発生量が多くなる。また、ＥＨＣ１に異常があっても触媒担体３に電気が流れる場合には、電力量が大きくなるほど、触媒担体３の温度が高くなる。したがって、絶縁抵抗値も大きくなる。

このように、ＥＨＣ１に異常があるために絶縁抵抗値が小さいのか、または、供給された電力量が小さいために絶縁抵抗値が小さいのかを区別する必要がある。これに対して本実施例では、図４に示すように、触媒担体３に供給される電力量が大きいほど、閾値Ｒ２を大きくする。

次に、図５は、実施例１に係るＥＨＣ１の異常を判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、内燃機関１０の始動前の絶縁抵抗値Ｒが検出される。絶縁抵抗値Ｒは、内燃機関１０の始動まで繰り返し検出され、最終的には、内燃機関１０の始動が開始される時点での絶縁抵抗値Ｒが検出される。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で検出される絶縁抵抗値Ｒが閾値Ｒ１よりも大きいか否か判定される。ここでいう閾値Ｒ１は、例えば、マット５又は内管６に水又はＰＭが付着しているときの絶縁抵抗値の上限値である。ここで、マット５又は内管６に水又はＰＭが付着していると、該水又はＰＭを介して、触媒担体３からケース４へ電気が流れ得る。このような場合には、ＥＨＣ１が正常であっても、測定装置２１により測定される絶縁抵抗値Ｒが小さくなる。このように、内燃機関１０の始動前に既に絶縁抵抗値Ｒが低下している場合には、ＥＨＣ１の異常を正確に判定することが困難となる。したがって、内燃機関１０の始動前に絶縁抵抗値Ｒがある程度高いときに限り、異常判定を行うこととしている。

なお、本ステップでは、ＥＨＣ１における水又はＰＭの付着量を推定して、これらの付着量が閾値未満であるか否か判定してもよい。この閾値は、ＥＨＣ１の異常判定の精度が許容範囲外となる付着量の下限値である。

ここで、凝縮水の発生量は、内燃機関１０の始動時の空燃比、排気管２の温度、吸入空気量によって定まる。また、排気管２の温度が高くなるほど、凝縮水の蒸発量が多くなる。これらの関係に基づいて、前回までの内燃機関１０の作動時における凝縮水の発生量および蒸発量を積算することで、現時点における凝縮水の付着量を算出することができる。

また、ＰＭの発生量は、内燃機関１０の始動時の冷却水温度、空燃比、吸入空気量によって定まる。また、ＰＭは、温度が高く且つ酸素が多いときに酸化されるため、排気温度とフューエルカットが行われた時間とからＰＭの酸化量を算出することができる。これらの関係に基づいて、前回までの内燃機関１０の作動時におけるＰＭの発生量および酸化量を積算することで、現時点におけるＰＭの付着量を算出することができる。

そして、ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０３へ進む。一方、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合には、異常判定を行わずに本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０３では、内燃機関１０の始動前の冷却水温度Ｔが検出される。冷却水温度は、水温センサ２２により検出される。冷却水温度Ｔは、内燃機関１０の始動まで繰り返し検出され、最終的には、内燃機関１０の始動が開始される時点での冷却水温度Ｔが検出される。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で検出される冷却水温度Ｔが、閾値Ｔ１未満であるか否か判定される。ここで、冷却水温度が高い場合には、排気管２やＥＨＣ１の温度も高いと考えられる。このような場合には、水が凝縮し難くなる。そうすると、ＥＨＣ１に異常があったとしても、水が凝縮しないために絶縁抵抗値が低下しない虞がある。したがって、内燃機関１０の冷却水温度がある程度低いときに限り、異常判定を行うこととしている。すなわち、閾値Ｔ１は、例えば、電極７または絶縁部８において水が凝縮しない温度の下限値とすることができる。この閾値Ｔ１は、例えば６０℃である。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、異常判定を行わずに本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０５では、内燃機関１０の始動前に触媒担体３に供給される電力量Ｅが取得される。この電力量Ｅは、ＥＣＵ２０により積算される値が用いられる。

なお、触媒担体３への電力の供給は、内燃機関１０が始動されると予想されるときに開始される。例えば、車両のドアが開いたとき、または、車両の外からドアの開錠を行ったとき、車両の運転者が運転席に座ったとき、ハイブリッド車両において所定の負荷になったとき、内燃機関１０を始動するための操作が行われたとき等に、内燃機関１０が始動されると予想することができる。また、電力の供給は、内燃機関１０の始動が開始される時点ＴＢで終了する。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で取得される電力量Ｅに基づいて、絶縁抵抗値の閾値Ｒ２が算出される。この閾値Ｒ２は、ＥＨＣ１に異常があるときに検出される絶縁抵抗値Ｒの上限値である。この閾値Ｒ２は、図４に示した関係に基づいて算出される。図４に示した関係は、予め実験等により求めておく。

ステップＳ１０７では、内燃機関１０が始動されたか否か判定される。内燃機関１０が始動されることにより、触媒担体３への電力の供給が停止される。

ステップＳ１０８では、内燃機関１０が始動されてから積算される吸入空気量ＧＡが取得される。この吸入空気量ＧＡは、内燃機関１０が始動されてから内燃機関１０が吸入した空気量の総量であり、エアフローメータ１２により検出される吸入空気量を積算することで得る。この吸入空気量ＧＡは、ＥＨＣ１に異常があるときにおいて凝縮水が発生する時期と相関関係があるため、該吸入空気量ＧＡに基づいて、絶縁抵抗値Ｒを検出する時期を決定する。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で取得される吸入空気量ＧＡが、下限閾値ＧＡ１よりも大きく、且つ、上限閾値ＧＡ２よりも小さいか否か判定される。下限閾値ＧＡ１は、図３のＴＣの時点における吸入空気量に相当する。また、上限閾値ＧＡ２は、図３のＴＤの時点における吸入空気量に相当する。下限閾値ＧＡ１及び上限閾値ＧＡ２は、予め実験等により得ることができる。ＥＨＣ１に異常がある場合には、吸入空気量ＧＡが、下限閾値ＧＡ１よりも大きく、且つ、上限閾値ＧＡ２よりも小さいときに絶縁抵抗値Ｒが最も小さくなる。したがって、この期間の絶縁抵抗値Ｒに基づいて異常判定を行うことにより、より正確な判定が可能となる。

ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１１０では、絶縁抵抗値Ｒが検出される。

ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で検出される絶縁抵抗値Ｒが、ステップＳ１０６で算出される閾値Ｒ２よりも大きいか否か判定される。ここで、ＥＨＣ１に異常があれば、絶縁抵抗値Ｒが閾値Ｒ２以下となっている。

ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１２へ進んで、ＥＨＣ１は正常であると判定される。一方、ステップＳ１１１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１３へ進んで、ＥＨＣ１は異常であると判定される。なお、本実施例においては、ステップＳ１１１，１１３を処理するＥＣＵ２０が、本発明における判定部に相当する。

以上説明したように、本実施例によれば、内燃機関１０の始動前にＥＨＣ１へ通電し、内燃機関１０の始動後の所定期間において検出される絶縁抵抗値Ｒを閾値Ｒ２と比較することで、ＥＨＣ１が正常であるか否か判定することができる。

＜実施例２＞
本実施例においては、内燃機関１０の始動前に触媒担体３に供給される電力量Ｅ、及び、内燃機関１０の始動時の冷却水温度Ｔに応じて、前記閾値Ｒ２を変える。その他の装置等は前記実施例と同じため、説明を省略する。

ここで、内燃機関１０の始動前に触媒担体３に供給される電力量Ｅには、運転者の要求、環境条件等によって複数の態様が考えられる。そして、この電力量Ｅによって、内燃機関１０の始動時における触媒担体３の温度が左右される。このため、内燃機関１０の始動後の絶縁抵抗値も、電力量Ｅの影響を受ける。

また、内燃機関１０の始動時における内燃機関１０の冷却水温度Ｔによって、電極７または絶縁部８において発生する凝縮水量が変化する。このため、内燃機関１０の始動後の絶縁抵抗値も、内燃機関１０の冷却水温度Ｔの影響を受ける。

そこで本実施例では、内燃機関１０の始動前に触媒担体３に供給される電力量Ｅ、及び、内燃機関１０の始動時の冷却水温度Ｔに応じて、閾値Ｒ２を補正する。図６は、触媒担体３に供給する電力量と、閾値Ｒ２との関係を示した図である。触媒担体３に供給する電力量Ｅが大きいほど、閾値Ｒ２を大きくしている。また、冷却水温度Ｔが高いほど、閾値Ｒ２を大きくしている。この関係は、予め実験等により求めることができる。

図７は、実施例２に係るＥＨＣ１の異常を判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本ルーチンでは、ステップＳ１０５の後にステップＳ２０１へ進む。そして、ステップＳ２０１では、ステップＳ１０３で検出される冷却水温度Ｔ及びステップＳ１０５で取得される電力量Ｅに基づいて、図６に示す関係から閾値Ｒ２が算出される。なお、図６に示す関係は予め実験等により求めて、ＥＣＵ２０に記憶させておく。その後、ステップＳ１０７へ進む。なお、本実施例においては、ステップＳ１１１，１１３，２０１を処理するＥＣＵ２０が、本発明における判定部に相当する。

このようにして、内燃機関１０の始動前に触媒担体３に供給される電力量Ｅ、及び、内燃機関１０の始動時の冷却水温度Ｔを考慮してＥＨＣ１の異常を判定することにより、より正確な判定が可能となる。また、電力の供給態様が異なっていても対応することができる。

＜実施例３＞
本実施例においては、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時の絶縁抵抗値に基づいて、前記閾値Ｒ２を変える。なお、内燃機関１０の始動前の絶縁抵抗値に基づいて、前記閾値Ｒ２を変えるとしてもよい。その他の装置等は前記実施例と同じため、説明を省略する。

ここで、マット５や内管６にＰＭまたは水が付着していると、該ＰＭまたは水を介して触媒担体３とケース４との間に電気が流れることがある。そして、これらのＰＭまたは水により、測定装置２１で測定される絶縁抵抗値が低下する。すなわち、内燃機関１０の始動前であっても、ＥＨＣ１に既に付着しているＰＭまたは水により絶縁抵抗値が低下することがある。

そこで本実施例では、内燃機関１０の始動前に、既に絶縁抵抗値が低下している場合には、この絶縁抵抗値に応じて閾値Ｒ２を補正する。例えば、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時の絶縁抵抗値に基づいて、閾値Ｒ２を補正する。

ここで、図８は、内燃機関１０の始動前後の絶縁抵抗値の推移を示したタイムチャートである。実線は正常時の絶縁抵抗値を示し、一点鎖線は異常時の絶縁抵抗値を示す。また、二点鎖線は、供給電力を示す。供給電力がＯＮのときに、触媒担体３へ電力が供給され、供給電力がＯＦＦのときには、触媒担体３への電力の供給が停止される。図８において、「初期の絶縁抵抗値：大」は、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時の絶縁抵抗値が比較的大きな場合を示し、「初期の絶縁抵抗値：小」は、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時の絶縁抵抗値が比較的小さな場合を示している。

なお、図８においてＲ２１は、初期の絶縁抵抗値が比較的大きな場合の閾値であり、Ｒ２２は、初期の絶縁抵抗値が比較的小さな場合の閾値である。また、Ｒ１は、前記ステップＳ１０２で絶縁抵抗値Ｒと比較される閾値であり、ＥＨＣ１に水又はＰＭが付着しているときの絶縁抵抗値の上限値である。

内燃機関１０の始動前にマット５等にＰＭ等が付着していると、図８に示されるように、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時における絶縁抵抗値が比較的小さくなる。一方、ＰＭ等の付着が無ければ、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時における絶縁抵抗値が比較的大きくなる。

ここで、例えば、初期の絶縁抵抗値が比較的大きな場合に設定される閾値Ｒ２１を、初期の絶縁抵抗値が比較的小さな場合にも適用すると、ＥＨＣ１が正常であっても絶縁抵抗値Ｒが閾値Ｒ２１以下となる虞がある。一方、初期の絶縁抵抗値が比較的小さな場合に設定される閾値Ｒ２２を、初期の絶縁抵抗値が比較的大きな場合にも適用すると、ＥＨＣ１が異常であっても絶縁抵抗値Ｒが閾値Ｒ２２よりも大きくなり得る。このように、閾値を一定の値としてしまうと、異常判定の精度が低下する虞がある。

これに対して、初期の絶縁抵抗値に合わせて閾値を補正すれば、より正確な異常判定が可能となる。

ここで、図９は、触媒担体３に供給する電力量と、閾値Ｒ２との関係を示した図である。実線は、初期の絶縁抵抗値が比較的大きな場合を示し、一点鎖線は、初期の絶縁抵抗値が比較的小さい場合を示している。また、図９に記載される温度は、冷却水温度Ｔを示している。そして、初期の絶縁抵抗値が高いほど、閾値Ｒ２を大きくしている。また、触媒担体３に供給する電力量が大きいほど、閾値Ｒ２を大きくしている。さらに、冷却水温度Ｔが高いほど、閾値Ｒ２を大きくしている。この関係は、予め実験等により求めることができる。なお、本実施例では、初期の絶縁抵抗値が大きな場合と小さな場合との２つに分けて閾値を設定しているが、３つ以上に分けて閾値を設定してもよく、無段階に閾値を設定してもよい。

図１０は、実施例３に係るＥＨＣ１の異常を判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、ステップＳ１０１では、触媒担体３への電力供給の開始時の絶縁抵抗値を検出してもよい。

本ルーチンでは、ステップＳ１０５の後にステップＳ３０１へ進む。そして、ステップＳ３０１では、ステップＳ１０１で検出される絶縁抵抗値Ｒ、ステップＳ１０３で検出される冷却水温度Ｔ及びステップＳ１０５で取得される電力量Ｅに基づいて、図９に示す関係から閾値Ｒ２が算出される。なお、図９に示す関係は予め実験等により求めて、ＥＣＵ２０に記憶させておく。その後、ステップＳ１０８へ進む。なお、本実施例においては、ステップＳ１１１，１１３，３０１を処理するＥＣＵ２０が、本発明における判定部に相当する。

このようにして、内燃機関１０の始動時または触媒担体３への電力供給の開始時の絶縁抵抗値、内燃機関１０の始動前に触媒担体３に供給される電力量Ｅ、及び、内燃機関１０の始動時の冷却水温度Ｔを考慮してＥＨＣ１の異常を判定することにより、より正確な判定が可能となる。

＜実施例４＞
本実施例においては、内燃機関１０の始動後においても触媒担体３に電力を供給する。これにより、内燃機関１０の始動前に触媒担体３の温度が十分に上昇しなくても、内燃機関１０の始動後に速やかに温度を上昇させることができる。その他の装置等は前記実施例と同じため、説明を省略する。

ここで、内燃機関１０の始動前から触媒担体３に電力を供給しても、内燃機関１０の始動までの時間が短い場合には、内燃機関１０が始動されるまでに供給される電力量Ｅが比較的小さくなる。そうすると、ＥＨＣ１が正常であっても、内燃機関１０の始動後に凝縮水が発生し易くなり、絶縁抵抗値が低下する虞がある。これに対し、内燃機関１０の始動後にも、触媒担体３に電力を供給することにより、絶縁抵抗値を速やかに回復させることができる。そして、ＥＨＣ１が正常であれば絶縁抵抗値が回復している時期に絶縁抵抗値を検出し、該絶縁抵抗値が大きければ、ＥＨＣ１が正常であると判定することができる。一方、この時期に絶縁抵抗値が小さければ、ＥＨＣ１に異常があると判定することができる。

ここで、図１１は、内燃機関１０の始動前後の絶縁抵抗値の推移を示したタイムチャートである。実線は正常時の絶縁抵抗値を示し、一点鎖線は異常時の絶縁抵抗値を示す。また、二点鎖線は、供給電力を示す。供給電力がＯＮのときに、触媒担体３へ電力が供給され、供給電力がＯＦＦのときには、触媒担体３への電力の供給が停止される。

ＴＡで示される時点において、触媒担体３への電力の供給が開始される。ＴＢで示される時点において、内燃機関１０が始動される。内燃機関１０が始動される時点ＴＢには触媒担体３への電力の供給が継続して行われ、電力の供給はＴＥで示される時点まで行われる。

そして、本実施例では、ＴＣからＴＤの期間の絶縁抵抗値に基づいてＥＨＣ１の異常を判定する。ＴＣからＴＤの期間は、触媒担体３に十分な電力が供給されている場合に、絶縁抵抗値が回復し、且つ、触媒担体３に十分な電力が供給されない場合には、絶縁抵抗値が回復しない期間として予め実験等により求めておく。なお、本実施例では、ＴＣからＴＤの期間を、内燃機関１０の吸入空気量の積算値と関連付けて規定する。すなわち、電極室９内において発生する凝縮水の量は、内燃機関１０の吸入空気量の積算値に応じて変化するため、該吸入空気量の積算値に基づいて凝縮水の量が多い時期を規定している。

ここで、ＥＨＣ１が正常であっても、内燃機関１０の始動までに触媒担体３の温度が十分に高くなっていなければ、内燃機関１０が始動される時点ＴＢから凝縮水が発生して、絶縁抵抗値が低下する。ＥＨＣ１が正常であれば、その後も触媒担体３に電力を供給することにより、凝縮水が速やかに蒸発するため、絶縁抵抗値も速やかに回復する。このため、ＴＣからＴＤの期間では、絶縁抵抗値が閾値Ｒ２より大きくなる。

一方、ＥＨＣ１が異常であれば、内燃機関１０が始動される時点ＴＢから絶縁抵抗値は大きく低下する。そして、内燃機関１０の始動後に電力を供給しようとしても、実際には供給されていないため、触媒担体３の温度が排気の熱によって高くなるまで凝縮水は蒸発しない。このため、ＥＨＣ１が異常であれば、ＴＣからＴＤの期間の絶縁抵抗値が閾値Ｒ２以下となる。

すなわち、ＥＨＣ１が正常であれば、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも後において凝縮水が発生したとしても、速やかに蒸発する。したがって、絶縁抵抗値は速やかに大きくなる。一方、ＥＨＣ１が異常であれば、内燃機関１０が始動される時点ＴＢよりも後において、凝縮水がより多く発生する。したがって、絶縁抵抗値が大きく低下する。そして、排気の熱により電極７または絶縁部８の温度が上昇するまでに時間がかかるため、絶縁抵抗値が大きくなるまでに時間がかかる。

本実施例では、ＥＨＣ１が正常の場合に絶縁抵抗値が回復しており、且つ、ＥＨＣ１が異常の場合に絶縁抵抗値が回復していない期間（ＴＣからＴＤの期間）において絶縁抵抗値を検出し、閾値Ｒ２と比較する。この閾値Ｒ２は、ＥＨＣ１が異常の場合に検出される絶縁抵抗値の上限値として、予め実験等により求めておく。

なお、閾値Ｒ２と比較するのは、ＴＣからＴＤの期間における絶縁抵抗値の最小値でもいいし、また、この期間の平均値、さらには、最大値であってもよい。また、ＴＣからＴＤまでの間の任意の時期の絶縁抵抗値を用いてもよい。

図１２は、実施例４に係るＥＨＣ１の異常を判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０により所定の時間毎に実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本ルーチンでは、ステップＳ１１１で否定判定がなされた場合に、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、触媒担体３への電力供給が完了したか否か判定される。例えば、予め設定しておいた電力量Ｅに達したときに電力の供給が完了したとして電力供給を停止させる。また、所定の時間だけ電力を供給したときに電力の供給が完了したとして電力供給を停止させてもよい。

そして、ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合には、ＥＨＣ１が正常であれば絶縁抵抗値が回復しているはずなのにもかかわらず回復していないので、ステップＳ１１３へ進む。一方、ステップＳ４０１で否定判定がなされた場合には、ＥＨＣ１が正常であっても絶縁抵抗値が回復していないため、異常判定を行うことができないので、本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においては、ステップＳ１１１，１１３，２０１，４０１を処理するＥＣＵ２０が、本発明における判定部に相当する。

このようにして、内燃機関１０の始動後に触媒担体３に電力を供給したときの絶縁抵抗値に基づいてＥＨＣ１の異常を判定することにより、より正確な判定が可能となる。

１ 電気加熱式触媒（ＥＨＣ）
２ 排気管
３ 触媒担体
４ ケース
５ マット
６ 内管
７ 電極
８ 絶縁部
９ 電極室
１０ 内燃機関
１１ 吸気管
１２ エアフローメータ
１３ 触媒
１４ スロットル弁
２０ ＥＣＵ
２１ 測定装置
２２ 水温センサ
２５ 電力制御部
２６ バッテリ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ通電により発熱する発熱体と、
   前記発熱体に通電したときに前記排気通路に電気が流れないように絶縁する絶縁部と、
   を備えた電気加熱式触媒の異常検出装置において、
   前記内燃機関の始動前から前記発熱体に通電している場合であって、前記内燃機関の始動から所定期間経過後の前記絶縁部の絶縁抵抗値が閾値以下の場合に、電気加熱式触媒に異常があると判定する判定部を備える電気加熱式触媒の異常検出装置。
2. 前記判定部は、前記内燃機関の始動時の該内燃機関の温度が高いほど、前記閾値を大きくする請求項１に記載の電気加熱式触媒の異常検出装置。
3. 前記判定部は、前記内燃機関の始動時の前記絶縁抵抗値が高いほど、前記閾値を大きくする請求項１または２に記載の電気加熱式触媒の異常検出装置。
4. 前記判定部は、前記内燃機関の始動時までに前記発熱体に供給した電力量が大きいほど、前記閾値を大きくする請求項１から３の何れか１項に記載の電気加熱式触媒の異常検出装置。
5. 前記判定部は、前記内燃機関の始動前から前記内燃機関の始動後まで前記発熱体に通電し、前記内燃機関の始動から所定期間経過後の前記絶縁部の絶縁抵抗値が閾値以下の場合に、電気加熱式触媒に異常があると判定する請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒の異常検出装置。

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