WO2012104985A1

WO2012104985A1 - 車両および触媒装置の温度制御方法

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Publication number: WO2012104985A1
Application number: PCT/JP2011/051982
Authority: WO
Inventors: 慶太橋元
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2012-08-09
Also published as: JPWO2012104985A1; JP5626368B2; US20130305692A1; EP2672084B1; US8925301B2; EP2672084A4; CN103339353B; EP2672084A1; CN103339353A

Abstract

　車両（１）は、エンジン（１０）と、電気加熱可能に構成され、エンジン（１０）の排気ガスを浄化するための電気加熱式触媒（ＥＨＣ）（１４０）と、ＥＨＣ（１４０）の温度を検出するための温度センサ（１２５）と、ＥＨＣ（１４０）の温度を制御するＥＣＵ（１５０）とを含む。ＥＣＵ（１５０）は、エンジン（１０）の始動前に温度センサの出力に基づいてＥＨＣ（１４０）の温度を推定する第１推定処理（推定処理Ａ）と、エンジン（１０）の始動後にエンジン（１０）からの排気ガス温度に基づいてＥＨＣ（１４０）の温度を推定する第２推定処理（推定処理Ｂ，Ｃ）とを実行することによりＥＨＣ（１４０）の温度を推定してＥＨＣ（１４０）への通電電力を制御する。

Description

車両および触媒装置の温度制御方法

　この発明は車両および触媒装置の温度制御方法に関し、特に電気加熱可能に構成され、内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒装置の温度推定技術に関する。

　一般的に、内燃機関を搭載する車両には、排気ガスを浄化するために触媒装置が設けられている。この触媒装置は、温度がある程度上昇しないと効果を発揮しないので、内燃機関のそばに配置され温度がすぐに高くなるように考慮されている。

　しかし、内燃機関を始動した直後のまだ触媒装置が暖まっていない間は、浄化作用が完全ではない。このため、内燃機関を始動させる前に電力を用いて触媒装置を暖めておくことが検討されている。このような触媒装置は電気加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｈｅａｔｅｄ　Ｃａｔａｌｙｓｔ、以下「ＥＨＣ」ともいう）と呼ばれる。

　特開２０００－２２０４４２号公報（特許文献１）には、ＥＨＣを搭載した車両が開示されている。

特開２０００－２２０４４２号公報特開２００９－１９１６８１号公報特開平６－１７３６６３号公報特開２００５－１２７２８５号公報

　特開２０００－２２０４４２号公報に開示された技術では、ＥＨＣの下流側に設けられた排気ガス温度センサの出力およびエンジンへの燃料供給量に基づいてＥＨＣの温度を推定している。

　しかし、ハイブリッド自動車のように走行用モータを搭載する車両では、必要に応じて走行中に内燃機関の始動や停止を繰返す可能性がある。内燃機関の運転を停止した状態では、排気が無いので排気ガス温度センサの出力はＥＨＣの温度を正しく反映しない。このため、触媒装置の温度を正しく制御できない状態で内燃機関を始動させる機会も増え、触媒効果が十分発揮されず排気ガス中に一酸化炭素や炭化水素などが放出される時間が増える恐れがある。

　温度センサをＥＨＣ周辺に配置してＥＨＣ温度を計測することも考えられる。しかし、ハイブリッド自動車は、高電圧バッテリを搭載しており、ＥＨＣへの電力供給はこの高電圧バッテリから行なわれることが想定される。高電圧バッテリの電圧が供給される部分は、車両のボディアースとの間の絶縁性を保つことが要求される。排気管はボディアースに結合されているため、その内部に収容されるＥＨＣのヒータや触媒に高電圧バッテリから電圧を与えつつ排気管とは絶縁性を確保するのが難しい。このため温度センサについても絶縁性の確保が問題となる。またＥＨＣの材質は、触媒の担体にセラミックスなどが使用されており、温度センサを排気管から挿入すると熱膨張係数の違いにより応力が発生してＥＨＣが破損してしまう恐れがある。したがって、温度センサをＥＨＣに挿入するようなことは難しい。

　この発明の目的は、ＥＨＣの温度の制御の精度が向上し触媒効果を向上させた車両および触媒装置の温度制御方法を提供することである。

　この発明は、要約すると、車両であって、内燃機関と、電気加熱可能に構成され、内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒装置と、触媒装置の温度を検出するための温度センサと、触媒装置の温度を制御する制御装置とを含む。制御装置は、内燃機関の始動前に温度センサの出力に基づいて触媒装置の温度を推定する第１の推定処理と、内燃機関の始動後に内燃機関からの排気ガス温度に基づいて触媒装置の温度を推定する第２の推定処理とを実行することにより触媒装置の温度を推定して触媒装置への通電電力を制御する。

　好ましくは、第２の推定処理は、第１の推定処理よりも温度推定誤差が小さく、制御装置は、温度推定誤差の違いに基づいて通電電力を変化させる。

　より好ましくは、制御装置は、第２の推定処理によって触媒装置の推定温度が得られたときには、第１の推定処理によって触媒装置の推定温度を推定しているときよりも、触媒装置の推定温度が目標温度に近づくように通電電力を制御する。

　好ましくは、温度センサは、触媒装置を経由して排気ガスを車両外部に排出する排気通路において触媒装置の近傍に触媒装置に接触しないように配置される。制御装置は、内燃機関の始動後に温度センサで測定した温度に基づいて排気ガス温度を決定する。

　この発明は、他の局面では、電気加熱可能に構成され、内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒装置の温度制御方法であって、内燃機関の始動前に温度センサの出力に基づいて触媒装置の温度を推定する第１の方法で温度を推定するステップと、内燃機関の始動後に内燃機関からの排気ガス温度に基づいて触媒装置の温度を推定する第２の方法で温度を推定するステップと、第１および第２の方法で推定した触媒装置の推定温度に基づいて触媒装置への通電電力を制御するステップとを含む。

　本発明によれば、ＥＨＣの温度の制御の精度が向上し触媒効果を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に従うハイブリッド車の全体ブロック図である。図１の排気管の伸長方向に沿ったＥＨＣ１４０の概略構成を示した断面図である。ＥＨＣの通電制御を説明するための第１のフローチャートである。ＥＨＣの通電制御を説明するための第２のフローチャートである。本実施の形態の触媒の温度制御が行なわれた一例を説明するための動作波形図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　図１は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド車の全体ブロック図である。
　図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１０と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、動力分割機構４０と、減速機５０と、駆動輪８０とを含む。

　エンジン１０は、燃焼室に吸入された空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギによって、クランクシャフトを回転させる駆動力を発生する内燃機関である。モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は、交流電動機であり、たとえば、三相交流同期電動機である。

　ハイブリッド車両１は、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン１０が発生する駆動力は、動力分割機構４０によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機５０を介して駆動輪８０へ駆動力が伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータＭＧ１へ駆動力が伝達される経路である。

　動力分割機構４０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤで構成される遊星歯車を含む。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータＭＧ２の回転軸および減速機５０に連結される。

　そして、エンジン１０、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２が、動力分割機構４０を介して連結されることによって、エンジン１０、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の回転速度は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

　ハイブリッド車両１は、モータ駆動部７５をさらに含む。モータ駆動部７５は、インバータ６０と、平滑コンデンサＣ１と、電圧コンバータ９０と、蓄電装置７０とを含む。

　インバータ６０は、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の駆動を制御する。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構４０によって分割されたエンジン１０の動力を用いて発電する。モータジェネレータＭＧ１によって発電された電力は、インバータ６０により交流から直流に変換され、蓄電装置７０に蓄えられる。

　モータジェネレータＭＧ２は、蓄電装置７０に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機５０を介して駆動輪８０に伝達される。なお、図１では、駆動輪８０は前輪として示されているが、前輪に代えて、または前輪とともに、モータジェネレータＭＧ２によって後輪を駆動してもよい。

　なお、車両の制動時等には、減速機５０を介して駆動輪８０によりモータジェネレータＭＧ２が駆動され、モータジェネレータＭＧ２が発電機として動作する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、車両の運動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとしても機能する。そして、モータジェネレータＭＧ２により発電された電力は、蓄電装置７０に蓄えられる。

　蓄電装置７０としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

　インバータ６０は、インバータ６０－１と、インバータ６０－２とを備える。インバータ６０－１およびインバータ６０－２は、電圧コンバータ９０に対して互いに並列に接続される。

　インバータ６０－１は、電圧コンバータ９０とモータジェネレータＭＧ１との間に設けられる。インバータ６０－１は、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ、以下「ＥＣＵ」という）１５０からの制御信号Ｓ１に基づいてモータジェネレータＭＧ１の駆動を制御する。

　インバータ６０－２は、電圧コンバータ９０とモータジェネレータＭＧ２との間に設けられる。インバータ６０－２は、ＥＣＵ１５０からの制御信号Ｓ２に基づいてモータジェネレータＭＧ２の駆動を制御する。

　電圧コンバータ９０は、蓄電装置７０とインバータ６０との間で電圧変換を行なう。電圧コンバータ９０は、蓄電装置７０の電圧（より正確には、電源配線ＰＬ０と接地配線ＧＬ０との間の電圧）をＥＣＵ１５０からの制御信号Ｓ３が示す目標電圧値となるように昇圧してインバータ６０に出力する。これにより、電源配線ＰＬ１と接地配線ＧＬ０との電圧（以下、「高圧側の直流電圧ＶＨ」あるいは単に「電圧ＶＨ」ともいう）は、制御信号Ｓ３が示す目標電圧値に制御される。

　平滑コンデンサＣ１は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＧＬ１の間に接続される。なお、接地配線ＧＬ１と接地配線ＧＬ０とは、電圧コンバータ９０の内部で接続されている。平滑コンデンサＣ１は、高圧側の直流電圧ＶＨを平滑する。

　エンジン１０から排出される排気ガスは、排気通路１３０を通って大気に排出される。排気通路１３０の途中には、電気加熱式触媒（ＥＨＣ）１４０が設けられる。

　ＥＨＣ１４０は、排気ガスを浄化する触媒を電気加熱可能に構成される。ＥＨＣ１４０は、ＥＨＣ電源１００に接続され、ＥＨＣ電源１００から供給された電力で触媒を加熱する。なお、ＥＨＣ１４０には、種々の公知のＥＨＣを適用することができる。

　ＥＨＣ電源１００は、ＥＨＣ１４０と蓄電装置７０との間に設けられる。ＥＨＣ電源１００は、蓄電装置７０に対して、電圧コンバータ９０と並列に接続される。ＥＨＣ電源１００は、ＥＣＵ１５０からの制御信号Ｓ５に基づいて蓄電装置７０からＥＨＣ１４０に供給される電力を調整する。たとえば、ＥＨＣ１４０の温度Ｔｅｈｃが所定温度よりも低くＥＨＣ１４０の浄化性能が目標レベルよりも低い場合、ＥＣＵ１５０は、ＥＨＣ電源１００を制御して蓄電装置７０からＥＨＣ１４０に電力を供給する。これにより、ＥＨＣ１４０が駆動し、ＥＨＣ１４０に設けられた触媒が加熱されるので浄化性能が向上される。

　ＥＨＣ電源１００は、制御信号Ｓ５に基づいてＥＨＣ１４０に供給する電圧を変化させることができる。ＥＨＣ電源１００は、たとえば、蓄電装置７０の電圧（たとえば２００Ｖ）をそのまま供給したり、その蓄電装置７０の電圧を降圧した電圧（たとえば５０～６０Ｖ）を供給したりできるように構成されている。

　また、ハイブリッド車両１は、電流センサ１２０、電圧センサ１２１、回転速度センサ１２２，１２３，１２４、温度センサ１２５、１２６をさらに備える。

　電圧センサ１２１は、蓄電装置７０の端子間の電圧ＶＢを測定する。温度センサ１２６は、蓄電装置７０の温度ＴＢを検出する。電流センサ１２０は、電圧センサ１２１とともに蓄電装置７０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を監視するために、蓄電装置７０に流れる電流ＩＢを検知する。

　回転速度センサ１２２，１２３，１２４は、それぞれエンジン１０の回転速度Ｎｅ、モータジェネレータＭＧ１の回転速度Ｎｍ１、モータジェネレータＭＧ２の回転速度Ｎｍ２を検出する。温度センサ１２５は、ＥＨＣ１４０の温度Ｔｅｈｃを検出する。これらの各センサは、検出結果をＥＣＵ１５０に送信する。

　ＥＣＵ１５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。あるいは、ＥＣＵ１５０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

　ＥＣＵ１５０は、各センサなどの情報に基づいて上述した制御信号Ｓ１～Ｓ５を生成し、その生成した制御信号Ｓ１～Ｓ５を各機器に出力する。たとえば、ＥＣＵ１５０は、各センサなどの情報に基づいてモータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴｇｃｏｍおよびモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍｃｏｍを設定し、モータジェネレータＭＧ１のトルクＴｇをトルク指令値Ｔｇｃｏｍに一致させる制御信号Ｓ１およびモータジェネレータＭＧ２のトルクＴｍをトルク指令値Ｔｍｃｏｍに一致させる制御信号Ｓ２を生成して、それぞれインバータ６０－１、インバータ６０－２に出力する。また、ＥＣＵ１５０は、各センサなどの情報に基づいてエンジン１０の燃料噴射量の指令値を設定し、エンジン１０の実際の燃料噴射量をその指令値に一致させる制御信号Ｓ４を生成してエンジン１０に出力する。

　図２は、図１の排気管の伸長方向に沿ったＥＨＣ１４０の概略構成を示した断面図である。

　図２を参照して、ＥＨＣ１４０は、ケース４１０、絶縁部材４２０、ＥＨＣ担体４３０、温度センサ１２５Ａ，１２５Ｂ、正電極４５０、正電極皮膜部４６０、負電極４７０及び負電極皮膜部４８０を含んで構成される。ＥＨＣ１４０は、電気加熱式触媒装置の一例である。

　ケース４１０は、たとえばステンレスなどの金属材料で構成されたＥＨＣ１４０の筐体であり、その上下流側の端部において、連結部材（図示せず）を介して図１の排気通路１３０と接続されている。

　絶縁部材４２０は、ケース４１０の内周面を覆うように設置されており、断熱性と共に電気的絶縁性を有している。絶縁部材４２０としては、たとえば、アルミナなどの絶縁材料が用いられる。

　ＥＨＣ担体４３０は、排気方向と直交する断面がハニカム状をなす導電性の触媒担体である。なお、担体とは吸着や触媒活性を示す物質を固定する（担持する）土台となる物質のことをいう。ＥＨＣ担体４３０には、図示しない酸化触媒が担持されており、ＥＨＣ４３０を通過する排気を適宜浄化可能に構成されている。尚、ＥＨＣ担体４３０に担持される触媒は、三元触媒であってもよい。

　正電極４５０は、一方端がＥＨＣ担体４３０の排気上流側の端部近傍に固定された正電圧印加用の電極である。正電極４５０の他方端は、図１のＥＨＣ電源１００に接続されている。尚、正電極４５０は、一部が電気的絶縁性を有する樹脂製の正電極皮膜部４６０に覆われており、ケース４１０と正電極４５０とが電気的絶縁状態に維持されている。

　上流側温度センサ１２５Ａは、ＥＨＣ担体４３０より上流の排気管内に配置され、ＥＨＣ担体４３０の近傍の温度を検出可能に構成されたセンサである。上流側温度センサ１２５Ａは、図１のＥＣＵ１５０と電気的に接続されており、検出された温度は、ＥＣＵ１５０により一定又は不定の周期で参照される。

　負電極４７０は、一方端がＥＨＣ担体４３０の排気下流側の端部近傍に固定された基準電位供給用の電極である。負電極４７０の他方端は、図１のＥＨＣ電源１００に接続されている。尚、負電極４７０は、一部が電気的絶縁性を有する樹脂製の負電極皮膜部４８０に覆われており、ケース４１０と負電極４７０とが電気的絶縁状態に維持されている。

　下流側温度センサ１２５Ｂは、ＥＨＣ担体４３０より下流の排気管内に配置され、ＥＨＣ担体４３０の近傍の温度を検出可能に構成されたセンサである。下流側温度センサ１２５Ｂは、ＥＣＵ１５０と電気的に接続されており、検出された温度は、ＥＣＵ１５０により一定又は不定の周期で参照される。

　このような構成を有するＥＨＣ１４０では、負電極４７０の電位を基準として正電極４５０に正の印加電圧が印加された場合に、導電性のＥＨＣ担体４３０に電流が流れ、ＥＨＣ担体４３０が発熱する。この発熱によりＥＨＣ担体４３０に担持された酸化触媒の昇温が促され、ＥＨＣ１４０は速やかに触媒活性状態に移行する。

　尚、このようなＥＨＣ１４０の構成は、一例に過ぎず、例えばＥＨＣ担体の構成及び各電極の配置及び制御態様などは公知の種々の態様であってもよい。

　ここで、ＥＨＣ１４０では、その熱容量を十分に担保する目的から、ＥＨＣ担体４３０として、電気抵抗が比較的大きい素材（例えば、セラミックス）が使用されている。このヒートマスの大きいＥＨＣ担体４３０を十分に発熱させるために、ＥＨＣの温度が低い状態では、必然的に印加電圧は高くなる傾向にあり、ＥＨＣ１４０では、図１の蓄電装置７０を電力源とするＥＨＣ電源１００からの電力供給により、触媒暖機を目的とした通常の駆動時において、駆動電圧が約２００Ｖの比較的高電圧に設定されている。

　また、図１のＥＨＣ電源１００は、ＥＨＣ１４０の正負電極と電気的に接続されており、正電極４５０に対して、直流駆動電圧Ｖｅｈｃを供給可能に構成されている。ＥＨＣ担体４３０には、この直流駆動電圧Ｖｅｈｃに応じた駆動電流Ｉｅｈｃが生じ、この駆動電流ＩｅｈｃとＥＨＣ担体４３０の電気抵抗Ｒｅｈｃにより生じる熱量に応じてＥＨＣ担体４３０が発熱する。尚、図１のＥＨＣ電源１００は、ＤＣ－ＤＣコンバータを含んでおり、この直流駆動電圧Ｖｅｈｃとして、先述の通常時の駆動電圧たる２００Ｖの高電圧のみならず、５０Ｖ以下の低電圧を供給可能に横成されている。この種の昇圧及び降圧作用もまた、ＥＣＵ１５０により制御される構成となっている。

　図２に示すように、ＥＨＣ担体４３０とすこし離して温度センサ１２５Ａ，１２５Ｂを設置しているのは、温度センサを排気管からＥＨＣ担体４３０に挿入すると熱膨張係数の違いにより応力が発生して破損してしまう恐れがあるからである。

　ハイブリッド自動車のように走行用モータを搭載する車両では、必要に応じて走行中に内燃機関の始動や停止を繰返す可能性がある。内燃機関の運転を停止した状態では、排気が無いので温度センサ１２５Ａ，１２５Ｂの出力はＥＨＣの温度を正しく反映しない。このため、触媒装置の温度を正しく制御できない状態で内燃機関を始動させる機会も増え、触媒効果が十分発揮されず排気ガス中に一酸化炭素や炭化水素などが放出される時間が増える恐れがある。

　しかし、目標温度にＥＨＣ温度が十分に到達するように多めの電力をＥＨＣに印加すると、ＥＨＣ温度の推定精度が悪い状況では、過通電によるＥＨＣ単体の破損の恐れがある。

　そこで、ＥＣＵ１５０は、エンジンが初回に始動するまでは、温度センサ１２５Ａまたは１２５Ｂの出力をそのままＥＨＣの温度とする代わりに、大きな誤差のあることを見込んでＥＨＣが過通電で破損しない程度の電力を印加する。

　そして、ユーザの加速要求が大きくなったり、速度がしきい値を超えたり、バッテリの蓄電量が減ったりしてエンジンが初回に始動すると、ＥＣＵ１５０は精度の高い温度推定方法によってＥＨＣの温度を推定する。そしてその後はＥＣＵ１５０は誤差が小さくなったことを見込んでＥＨＣを適温にするように、電力を増加させてＥＨＣに印加する。

　特にプラグインハイブリッド車両などの場合には、車両を起動してしばらくはエンジンを運転せずに走行することが考えられる。このときは基本的に排気が無いので触媒は不要であり触媒が最適な温度に予熱されていなくてもエミッションの悪化の問題はない。そして、一度エンジンを始動させた後には精度良くＥＨＣ温度が推定され、触媒が適温に維持されるので良好な排気の浄化性能がえられる。

　図３は、ＥＨＣの通電制御を説明するための第１のフローチャートである。
　図４は、ＥＨＣの通電制御を説明するための第２のフローチャートである。

　図１、図３を参照して、まずユーザが車両を起動すると車両はＲｅａｄｙ－ＯＮ状態となって（ステップＳ１）処理が開始され、ステップＳ２においてＥＣＵ１５０は温度センサ１２５Ａ、１２５Ｂの検出温度に基づいて、触媒温度ＴｃａｔＡを推定する。このときの推定処理Ａによって推定が行なわれる。推定処理Ａは、たとえば、温度センサ１２５Ａ、１２５Ｂのいずれか一方の検出温度をそのまま触媒温度ＴｃａｔＡであるとしたり、温度センサ１２５Ａ、１２５Ｂの平均を触媒温度ＴｃａｔＡであるとしたりする処理を用いることができる。

　続いて、ステップＳ３において触媒温度ＴｃａｔＡがしきい値、たとえば３００℃より低いか否かが判断される。ステップＳ３において触媒温度ＴｃａｔＡがしきい値（たとえば３００℃）以上である場合には、再びステップＳ２に処理が戻る。この場合は、触媒は暖まっているので、直ぐにエンジンが始動されても触媒が排気を処理することが可能である。一方ステップＳ３において、触媒温度ＴｃａｔＡがしきい値（たとえば３００℃）より低い場合には、ステップＳ４に処理が進む。なお、３００℃は例示であり、温度しきい値は他の温度でもよい。

　ステップＳ４においては、ＥＣＵ１５０は、通電電力と通電時間とを算出する。このときの通電電力または通電時間は、誤差が大きいことを考慮して決定される。言い換えれば、過通電によって触媒の温度が高くなりすぎて触媒が破壊されるのを防ぐために、誤差が大きいことを考慮して通電電力、通電時間の少なくとも一方または両方が控えめに決定される。

　続いて、ステップＳ５においてＥＣＵ１５０はＥＨＣ電源１００に通電指令を送り、決定した通電電力を決定した通電時間だけＥＨＣに印加する。通電時間が経過するとステップＳ６においてＥＣＵ１５０は通電を終了させる。そしてステップＳ７に処理が進む。

　ステップＳ７では、初回のエンジン始動要求があったか否かが判断される。まだＲｅａｄｙ－ＯＮ状態となってからエンジン始動要求がなされていない場合にはステップＳ２に処理が戻り、推定処理ＡによってＥＨＣ温度が推定される処理が繰返される。

　エンジンの始動要求については、たとえば、車両がユーザによって起動されたら直ちにエンジンを始動させるという選択もある。このような場合にはユーザがスタートスイッチを操作するとすぐにステップＳ７からステップＳ８に処理が進むことになる。

　また、プラグインハイブリッド自動車など外部から充電した電力を燃料よりも優先的に使用する車両では、なるべくエンジンを運転する時間を少なくしたいというユーザの要望があるため、起動後直ちにエンジン始動要求することは、バッテリの残存容量がよほど低下している場合や大きな駆動力が要求された場合などに限られる。したがって、このような車両では外部充電完了後はしばらくエンジン始動要求は発生せず、しばらく走行してバッテリの残存容量が低下した場合や、大きな駆動力が要求された場合などにエンジン始動要求が発生する。

　ステップＳ７において、Ｒｅａｄｙ－ＯＮ状態となってから初回のエンジン始動要求があった場合には、ステップＳ８に処理が進む。ステップＳ８では、ＥＣＵ１５０は、エンジン１０を始動させる。具体的には、ＥＣＵ１５０は、インバータ６０によってモータジェネレータＭＧ１を回転させてエンジン１０をクランキングする。

　そして、ＥＣＵ１５０は、エンジン１０が始動してから排気ガスによる推定処理Ｂを用いて触媒温度ＴｃａｔＢの推定を行なう。推定処理Ｂが完了するまでにはしばらく時間を要するので、ＥＣＵ１５０は、推定処理Ｂが完了するまでは（ステップＳ１０でＮＯ）エンジン１０の停止を禁止し、ステップＳ９に処理を戻し推定処理Ｂを継続する。

　推定処理Ｂとしては、たとえば、特開２００５－１２７２８５号公報に記載されているような方法、つまり上流側温度センサ１２５Ａで検出された温度と上流側温度センサ１２５Ａで検出された温度とを加重平均する方法や、その加重平均値と１推定サイクル前に推定した温度とをさらに加重平均する方法などを用いることができる。

　推定処理Ｂによって推定された触媒温度ＴｃａｔＢは、推定処理Ａで推定された触媒温度ＴｃａｔＡよりも誤差が小さい。

　ステップＳ１０において推定処理Ｂが完了した場合には、ステップＳ１１に処理が進みＥＣＵ１５０はエンジン１０の停止を許可する。この時点から以降は、たとえば要求駆動力が小さくなりエンジン１０の運転が不要となった場合や、エンジン１０を運転した結果蓄電装置７０の残存容量が十分に増加した場合には、エンジン１０が停止される。

　ステップＳ１１に続いて、図４のステップＳ２１に処理が進む。ステップＳ２１では、推定済みの触媒温度ＴｃａｔＢ（またはＴｃａｔＣ）に基づいて触媒温度ＴｃａｔＣを推定する処理（推定処理Ｃ）が実行される。

　エンジン運転中は、推定処理Ｃとしては、推定処理Ｂと同様な方法が採用される。つまり上流側温度センサ１２５Ａで検出された温度と上流側温度センサ１２５Ａで検出された温度とを加重平均する方法や、その加重平均値と１推定サイクル前に推定した温度とをさらに加重平均する方法などを用いることができる。

　またエンジン停止中は、推定処理Ｃとしては、１推定サイクル前の推定温度ＴｃａｔＢまたはＴｃａｔＣと温度センサ１２５Ａ，１２５Ｂとに基づいて推定する方法を用いることができる。たとえば、予め、１推定サイクル前の推定温度が温度センサ１２５Ａで測定される雰囲気温度においてどのように冷却していくかをマップ化しておいたり、モデル式化しておいたりすることによって、触媒温度を推定することが可能となる。推定処理Ｃは、一度誤差が小さくなった推定温度ＴｃａｔＢまたはＴｃａｔＣをベースに推定処理を行なうので、推定処理Ａよりは精度が向上する。

　ステップＳ２１において推定処理Ｃが完了したら、ステップＳ２２に処理が進み、推定した触媒温度ＴｃａｔＣがしきい値（たとえば３００℃）より低いか否かが判断される。

　ステップＳ２２において触媒温度ＴｃａｔＣがしきい値（たとえば３００℃）以上である場合には、再びステップＳ２１に処理が戻る。この場合は、触媒は暖まっているので、直ぐにエンジンが始動されても触媒が排気を処理することが可能である。一方ステップＳ２２において、触媒温度ＴｃａｔＣがしきい値（たとえば３００℃）より低い場合には、ステップＳ２３に処理が進む。なお、３００℃は例示であり、温度しきい値は他の温度でもよい。

　ステップＳ２３においては、ＥＣＵ１５０は、通電電力と通電時間とを算出する。このときの通電電力または通電時間は、ステップＳ４の処理時点よりも誤差が小さいことを考慮して決定される。言い換えれば、過通電によって触媒の温度が高くなりすぎて触媒が破壊されるのを防ぎつつも、誤差が小さいことを考慮してなるべく目標温度に触媒温度が近づくように通電電力、通電時間が決定される。

　続いて、ステップＳ２４においてＥＣＵ１５０はＥＨＣ電源１００に通電指令を送り、決定した通電電力を決定した通電時間だけＥＨＣに印加する。通電時間が経過するとステップＳ２５においてＥＣＵ１５０は通電を終了させる。そしてステップＳ２６に処理が進む。

　ステップＳ２６では、ユーザがＲｅａｄｙ－ＯＦＦ状態に車両が設定するようにスイッチ操作を行なったか否かが判断される。ユーザからのＲｅａｄｙ－ＯＦＦ操作が行なわれていない場合には、再びステップＳ２１に処理が戻り推定処理Ｃによる触媒温度の推定が継続される。一方ステップＳ２６においてＲｅａｄｙ－ＯＦＦ操作が行なわれた場合には、ステップＳ２７に処理が進み推定処理は終了となる。

　なお、Ｒｅａｄｙ－ＯＦＦ操作が行なわれても、しばらくの間は推定処理Ｃを継続し、所定時間内に車両の再起動が行なわれた場合に、触媒温度ＴｃａｔＣをそのまま使用することとし図４のステップＳ２１から推定処理を開始するようにしても良い。

　図５は、本実施の形態の触媒の温度制御が行なわれた一例を説明するための動作波形図である。

　図１、図５を参照して、まず、時刻ｔ０においてユーザが車両を起動し車両はＲｅａｄｙ－ＯＮ状態に設定されたとする。このとき、車両は走行可能な状態となっている。ただし、時刻ｔ０～ｔ１の間車速Ｖはゼロであり、エンジン回転数Ｎｅもゼロである。そしてこの間は推定処理Ａ（図３のステップＳ２）によってＥＨＣの温度が推定されるので、ＥＨＣ温度誤差が大きな状態となっている。エンジンを始動させても好ましくないガスが排出されないように、触媒を機能させるために時刻ｔ０～ｔ１の間はＥＨＣに対する通電電力Ｐｅｈｃが与えられＥＨＣは予熱され、ＥＨＣ温度Ｔｅｈｃは上昇している。ただし、ＥＨＣ温度誤差が大きな状態であるため、過熱状態とならないように、通電電力Ｐｅｈｃは控えめに設定されている。

　時刻ｔ１において、ユーザがアクセルペダルを踏みこむことなどによって、エンジン始動要求が発生する。するとエンジン回転数Ｎｅは上昇を開始し、車速Ｖも増加する。エンジンが始動したことによって排気ガスが発生するので、触媒を通過する前後の排気温が温度センサ１２５Ａ，１２５Ｂによって測定可能となる。そこで、時刻ｔ１では推定処理Ａが継続されるとともに、推定処理Ｂが開始される（図３のステップＳ９）。

　時刻ｔ１～ｔ３の間エンジンは運転中で車速もゼロではない。この間、エンジンから排気があり触媒はこの排気の熱により加熱されるので、ＥＨＣ温度Ｔｅｈｃはさらに上昇している。ただし、まだ目標温度には到達していない。

　時刻ｔ２において推定処理Ｂによる推定処理が完了すると、誤差が減少した精度の高い推定温度が算出される。そして時刻ｔ２においては、推定処理Ｃが行なわれる（ステップＳ２１）。時刻ｔ２以降は、このためＥＨＣ温度誤差は小さくなっている。

　そして、時刻ｔ３において車両が停止しエンジン回転数Ｎｅもゼロになった後には、再びＥＨＣに通電され触媒が加熱される。このとき、ＥＨＣ温度誤差は小さくなっているので、通電電力Ｐｅｈｃは、時刻ｔ０～ｔ１で印加されていた値よりも大きくすることができる。そしてＥＨＣ温度を目標温度にいっそう近づけることが可能となる。

　最後に、本発明の実施の形態について再び図面を参照して総括する。図１に示す車両１は、エンジン１０と、電気加熱可能に構成され、エンジン１０の排気ガスを浄化するための電気加熱式触媒（ＥＨＣ）１４０と、ＥＨＣ１４０の温度を検出するための温度センサ１２５と、ＥＨＣ１４０の温度を制御するＥＣＵ１５０とを含む。図５に示したように、ＥＣＵ１５０は、エンジン１０の始動前（時刻ｔ０～ｔ１）に温度センサの出力に基づいてＥＨＣ１４０の温度を推定する第１推定処理（推定処理Ａ）と、エンジン１０の始動後にエンジン１０からの排気ガス温度に基づいてＥＨＣ１４０の温度を推定する第２推定処理（推定処理Ｂ，Ｃ）とを実行することによりＥＨＣ１４０の温度を推定してＥＨＣ１４０への通電電力を制御する。

　好ましくは、図５に示されるように、第２の推定処理（推定処理Ｂ，Ｃ）は、第１の推定処理（推定処理Ａ）よりもＥＨＣ温度推定誤差が小さく、ＥＣＵ１５０は、温度推定誤差の違いに基づいて通電電力を変化させる。つまり時刻ｔ０～ｔ１よりも時刻ｔ３以降の方が通電電力Ｐｅｈｃは増加している。

　より好ましくは、ＥＣＵ１５０は、第２の推定処理（推定処理Ｂ，Ｃ）によってＥＨＣ１４０の推定温度が得られたとき（図５の時刻ｔ３以降）には、第１の推定処理（推定処理Ａ）によってＥＨＣ１４０の推定温度を推定しているとき（ｔ０～ｔ１）よりも、ＥＨＣ１４０の推定温度が目標温度に近づくように通電電力を制御する。

　好ましくは、図２で説明したように温度センサ１２５Ａ，１２５Ｂは、ＥＨＣ１４０を経由して排気ガスを車両外部に排出する排気通路においてＥＨＣ１４０の近傍にＥＨＣ担体４３０に接触しないように配置される。ＥＣＵ１５０は、エンジン１０の始動後に温度センサで測定した温度に基づいて排気ガス温度を決定する。

　図３、図４に示すように、この発明は、他の局面では、電気加熱可能に構成され、エンジン１０（１０）の排気ガスを浄化するためのＥＨＣ１４０（１４０）の温度制御方法であって、エンジン１０の始動前に温度センサの出力に基づいてＥＨＣ１４０の温度を推定する第１の方法（推定処理Ａ）で温度を推定するステップ（Ｓ２）と、エンジン１０の始動後にエンジン１０からの排気ガス温度に基づいてＥＨＣ１４０の温度を推定する第２の方法（推定処理Ｂ，Ｃ）で温度を推定するステップＳ２１と、第１および第２の方法で推定したＥＨＣ１４０の推定温度に基づいてＥＨＣ１４０への通電電力を制御するステップ（Ｓ４，Ｓ５，Ｓ２３，Ｓ２４）とを含む。

　今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　ハイブリッド車両、１０　エンジン、４０　動力分割機構、５０　減速機、６０　インバータ、７０　蓄電装置、７５　モータ駆動部、８０　駆動輪、９０　電圧コンバータ、１００　ＥＨＣ電源、１２０　電流センサ、１２１　電圧センサ、１２２，１２３，１２４　回転速度センサ、１２５，１２５Ａ，１２５Ｂ，１２６　温度センサ、１３０　排気通路、４１０　ケース、４２０　絶縁部材、４３０　ＥＨＣ担体、４５０　正電極、４６０　正電極皮膜部、４７０　負電極、４８０　負電極皮膜部、Ｃ１　平滑コンデンサ、ＧＬ０，ＧＬ１　接地配線、ＭＧ１，ＭＧ２　モータジェネレータ、ＰＬ０，ＰＬ１　電源配線。

Claims

　内燃機関（１０）と、
　電気加熱可能に構成され、前記内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒装置（１４０）と、
　前記触媒装置の温度を検出するための温度センサ（１２５）と、
　前記触媒装置の温度を制御する制御装置（１５０）とを備え、
　前記制御装置は、前記内燃機関の始動前に前記温度センサの出力に基づいて前記触媒装置の温度を推定する第１の推定処理と、前記内燃機関の始動後に前記内燃機関からの排気ガス温度に基づいて前記触媒装置の温度を推定する第２の推定処理とを実行することにより前記触媒装置の温度を推定して前記触媒装置への通電電力を制御する、車両。
　前記第２の推定処理は、前記第１の推定処理よりも温度推定誤差が小さく、
　前記制御装置は、前記温度推定誤差の違いに基づいて前記通電電力を変化させる、請求項１に記載の車両。
　前記制御装置は、前記第２の推定処理によって前記触媒装置の推定温度が得られたときには、前記第１の推定処理によって前記触媒装置の推定温度を推定しているときよりも、前記触媒装置の推定温度が目標温度に近づくように通電電力を制御する、請求項２に記載の車両。
　前記温度センサは、前記触媒装置を経由して前記排気ガスを車両外部に排出する排気通路において前記触媒装置の近傍に前記触媒装置に接触しないように配置され、
　前記制御装置は、前記内燃機関の始動後に前記温度センサで測定した温度に基づいて前記排気ガス温度を決定する、請求項１に記載の車両。
　電気加熱可能に構成され、内燃機関（１０）の排気ガスを浄化するための触媒装置（１４０）の温度制御方法であって、
　前記内燃機関の始動前に温度センサの出力に基づいて前記触媒装置の温度を推定する第１の方法で温度を推定するステップと、
　前記内燃機関の始動後に前記内燃機関からの排気ガス温度に基づいて前記触媒装置の温度を推定する第２の方法で温度を推定するステップと、
　前記第１および第２の方法で推定した前記触媒装置の推定温度に基づいて前記触媒装置への通電電力を制御するステップとを備える、触媒装置の温度制御方法。