特許 7485138 触媒温度制御装置及び触媒温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】触媒温度制御装置及び触媒温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20240509BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240509BHJP

   F01N 9/00 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

F01N3/20 K

F01N3/24 L

F01N9/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023049743

(22)【出願日】2023-03-27

【審査請求日】2023-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(72)【発明者】

【氏名】松本 淳志

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１８９０８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１３４７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９７１８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路において触媒の上流側の排気温度と、前記排気通路の排気流量と、前記触媒の壁面の触媒壁面温度と、前記触媒の周囲の外気温と、前記触媒を備える車両の車速と、を取得する取得部と、
前記排気温度と前記排気流量と前記触媒壁面温度とに基づく、前記触媒の壁面から前記排気通路の排気に移動する熱量、及び前記触媒壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記触媒の壁面から前記触媒の周囲の外気に移動する熱量を合算した熱移動量を算出する算出部と、
前記熱移動量と前記触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の前記触媒の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、前記触媒の上流に設けられたヒータに熱を発生させるヒータ制御部と、
を有し、
前記取得部は、前記排気通路において前記ヒータの上流側の第１排気温度と、前記ヒータの上流側の壁面の通路壁面温度と、前記ヒータの壁面のヒータ壁面温度と、をさらに取得し、
前記算出部は、
前記第１排気温度、前記排気流量、前記通路壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記排気及び前記外気に移動する第１熱移動量と、前記第１排気温度とに基づいて、前記ヒータの入口の第２排気温度を算出する第１算出部と、
前記第２排気温度、前記排気流量、前記ヒータ壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記ヒータの壁面から前記排気及び前記外気に移動する第２熱移動量と、前記第２排気温度とに基づいて、前記触媒の入口の第３排気温度を算出する第２算出部と、
前記第３排気温度、前記排気流量、前記触媒壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記触媒の壁面から前記排気及び前記外気に移動する第３熱移動量を算出する第３算出部と、を有し、
前記ヒータ制御部は、前記触媒壁面温度と前記第３熱移動量とに基づいて、前記第１所定時間後の前記推定触媒壁面温度を推定する、
触媒温度制御装置。

【請求項2】

前記ヒータ制御部は、前記第１所定時間よりも小さい第２所定時間が経過するたびに、前記推定触媒壁面温度を推定する、
請求項１に記載の触媒温度制御装置。

【請求項3】

前記ヒータ制御部は、前記第１所定時間よりも小さい第２所定時間が経過するたびに、前記第２熱移動量と前記ヒータの熱量との差、及び前記ヒータ壁面温度に基づいて、前記第２所定時間後の前記ヒータの推定ヒータ壁面温度を推定する、
請求項１に記載の触媒温度制御装置。

【請求項4】

前記取得部は、前記ヒータ壁面温度の初期値として前記通路壁面温度を取得し、前記第２所定時間が経過するたびに前記ヒータ壁面温度として前記推定ヒータ壁面温度を取得する、
請求項３に記載の触媒温度制御装置。

【請求項5】

前記第１算出部は、前記第１排気温度と前記排気流量と前記通路壁面温度とに基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記排気に移動する第１熱量、及び前記通路壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記ヒータの周囲の外気に移動する第２熱量を合算した前記第１熱移動量を算出する、
請求項１に記載の触媒温度制御装置。

【請求項6】

前記第２算出部は、前記第２排気温度と前記排気流量と前記ヒータ壁面温度とに基づく、前記ヒータの壁面から前記排気に移動する第１熱量、及び前記ヒータ壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記ヒータの壁面から前記ヒータの周囲の外気に移動する第２熱量を合算した前記第２熱移動量を算出する、
請求項１に記載の触媒温度制御装置。

【請求項7】

前記第３算出部は、前記第３排気温度と前記排気流量と前記触媒壁面温度とに基づく、前記触媒の壁面から前記排気に移動する第１熱量、及び前記触媒壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記触媒の壁面から前記触媒の周囲の外気に移動する第２熱量を合算した前記第３熱移動量を算出する、
請求項１に記載の触媒温度制御装置。

【請求項8】

コンピュータが実行する、
排気通路において触媒の上流側の排気温度と、前記排気通路の排気流量と、前記触媒の壁面の触媒壁面温度と、前記触媒の周囲の外気温と、前記触媒を備える車両の車速と、を取得するステップと、
前記排気温度と前記排気流量と前記触媒壁面温度とに基づく、前記触媒の壁面から前記排気通路の排気に移動する熱量、及び前記触媒壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記触媒の壁面から前記触媒の周囲の外気に移動する熱量を合算した熱移動量を算出するステップと、
前記熱移動量と前記触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の前記触媒の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、前記触媒の上流に設けられたヒータに熱を発生させるステップと、
を有し、
前記取得するステップにおいて、前記排気通路において前記ヒータの上流側の第１排気温度と、前記ヒータの上流側の壁面の通路壁面温度と、前記ヒータの壁面のヒータ壁面温度と、をさらに取得し、
前記算出するステップは、
前記第１排気温度、前記排気流量、前記通路壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記排気及び前記外気に移動する第１熱移動量と、前記第１排気温度とに基づいて、前記ヒータの入口の第２排気温度を算出するステップと、
前記第２排気温度、前記排気流量、前記ヒータ壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記ヒータの壁面から前記排気及び前記外気に移動する第２熱移動量と、前記第２排気温度とに基づいて、前記触媒の入口の第３排気温度を算出するステップと、
前記第３排気温度、前記排気流量、前記触媒壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記触媒の壁面から前記排気及び前記外気に移動する第３熱移動量を算出するステップと、を有し、
前記熱を発生させるステップにおいては、前記触媒壁面温度と前記第３熱移動量とに基づいて、前記第１所定時間後の前記推定触媒壁面温度を推定する、
触媒温度制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒温度制御装置及び触媒温度制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の車両の制御装置は、触媒の温度が所定の温度よりも低い場合は、エンジンを始動する前に触媒を加熱する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２３１６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エンジンの始動直後に、エンジンから排出された低温の排気と触媒が熱交換することにより、触媒の温度が低下する。このため、エンジンの始動前に加熱した触媒の温度が、触媒が活性化する温度よりも低くなるおそれがある。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、エンジン始動後の触媒の温度を所定の範囲に維持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様に係る触媒温度制御装置は、排気通路において触媒の上流側の排気温度と、前記排気通路の排気流量と、前記触媒の壁面の触媒壁面温度と、前記触媒の周囲の外気温と、前記触媒を備える車両の車速と、を取得する取得部と、前記排気温度と前記排気流量と前記触媒壁面温度とに基づく、前記触媒の壁面から前記排気通路の排気に移動する熱量、及び前記触媒壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記触媒の壁面から前記触媒の周囲の外気に移動する熱量を合算した熱移動量を算出する算出部と、前記熱移動量と前記触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の前記触媒の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、前記触媒の上流に設けられたヒータに熱を発生させるヒータ制御部と、を有する。

【0007】

前記取得部は、前記排気通路において前記ヒータの上流側の第１排気温度と、前記ヒータの上流側の壁面の通路壁面温度と、前記ヒータの壁面のヒータ壁面温度と、をさらに取得し、前記算出部は、前記第１排気温度、前記排気流量、前記通路壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記排気及び前記外気に移動する第１熱移動量と、前記第１排気温度とに基づいて、前記ヒータの入口の第２排気温度を算出する第１算出部と、前記第２排気温度、前記排気流量、前記ヒータ壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記ヒータの壁面から前記排気及び前記外気に移動する第２熱移動量と、前記第２排気温度とに基づいて、前記触媒の入口の第３排気温度を算出する第２算出部と、前記第３排気温度、前記排気流量、前記触媒壁面温度、前記外気温及び前記車速に基づく、前記触媒の壁面から前記排気及び前記外気に移動する第３熱移動量を算出する第３算出部と、を有し、前記ヒータ制御部は、前記触媒壁面温度と前記第３熱移動量とに基づいて、前記第１所定時間後の前記推定触媒壁面温度を推定してもよい。

【0008】

前記ヒータ制御部は、前記第１所定時間よりも小さい第２所定時間が経過するたびに、前記推定触媒壁面温度を推定してもよい。

【0009】

前記ヒータ制御部は、前記第１所定時間よりも小さい第２所定時間が経過するたびに、前記第２熱移動量と前記ヒータの熱量との差、及び前記ヒータ壁面温度に基づいて、前記第２所定時間後の前記ヒータの推定ヒータ壁面温度を推定してもよい。

【0010】

前記取得部は、前記ヒータ壁面温度の初期値として前記通路壁面温度を取得し、前記第２所定時間が経過するたびに前記ヒータ壁面温度として前記推定ヒータ壁面温度を取得してもよい。

【0011】

前記第１算出部は、前記第１排気温度と前記排気流量と前記通路壁面温度とに基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記排気に移動する第１熱量、及び前記通路壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記ヒータの上流の壁面から前記ヒータの周囲の外気に移動する第２熱量を合算した前記第１熱移動量を算出してもよい。

【0012】

前記第２算出部は、前記第２排気温度と前記排気流量と前記ヒータ壁面温度とに基づく、前記ヒータの壁面から前記排気に移動する第１熱量、及び前記ヒータ壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記ヒータの壁面から前記ヒータの周囲の外気に移動する第２熱量を合算した前記第２熱移動量を算出してもよい。

【0013】

前記第３算出部は、前記第３排気温度と前記排気流量と前記触媒壁面温度とに基づく、前記触媒の壁面から前記排気に移動する第１熱量、及び前記触媒壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記触媒の壁面から前記触媒の周囲の外気に移動する第２熱量を合算した前記第３熱移動量を算出してもよい。

【0014】

本発明の第２の態様に係る触媒温度制御方法は、コンピュータが実行する、排気通路において触媒の上流側の排気温度と、前記排気通路の排気流量と、前記触媒の壁面の触媒壁面温度と、前記触媒の周囲の外気温と、前記触媒を備える車両の車速と、を取得するステップと、前記排気温度と前記排気流量と前記触媒壁面温度とに基づく、前記触媒の壁面から前記排気通路の排気に移動する熱量、及び前記触媒壁面温度と前記外気温と前記車速とに基づく、前記触媒の壁面から前記触媒の周囲の外気に移動する熱量を合算した熱移動量を算出するステップと、前記熱移動量と前記触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の前記触媒の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、前記触媒の上流に設けられたヒータに熱を発生させるステップと、を有する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、エンジン始動後の触媒の温度を所定の範囲に維持するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係る触媒温度制御システムＳの構成を示す図である。

【図2】触媒温度制御装置１００の構成を示す図である。

【図3】第１算出部１３１の動作を説明するための図である。

【図4】第２算出部１３２の動作を説明するための図である。

【図5】第３算出部１３３の動作を説明するための図である。

【図6】触媒温度制御装置１００における処理シーケンスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜触媒温度制御システムＳの概要＞
図１は、本実施形態に係る触媒温度制御システムＳの構成を示す図である。図１に示す触媒温度制御システムＳは、エンジン１０と、排気通路２０、２１、２２と、ヒータ３０と、ブロア３１と、浄化装置４０と、温度センサ５０、５１、５２と、ＭＡＦ（Mass Air Flow）センサ６０と、気温センサ６１と、車速センサ６２と、触媒温度制御装置１００と、を備える。図１において、排気Ｅは、エンジン１０の排気の流れを示し、走行風Ｒは、触媒温度制御システムＳを搭載する車両が走行することにより発生した風を示す。

【0018】

触媒温度制御システムＳは、ヒータ３０に熱を発生させることにより、浄化装置４０が有する触媒４１の温度を触媒４１が活性化する温度（以下、「活性化温度」という）まで昇温させる機能を有する。活性化温度は、例えば２００℃である。

【0019】

エンジン１０は、燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。排気通路２０、２１、２２は、エンジン１０の排気が流れる通路である。排気通路２０は、エンジン１０の下流かつヒータ３０の上流に設けられ、排気通路２１は、ヒータ３０の下流かつ浄化装置４０の上流に設けられ、排気通路２２は、浄化装置４０の下流に設けられる。ヒータ３０は、例えば電熱式のヒータであり、通電を受けて熱を発生する。ヒータ３０は、浄化装置４０の上流に設けられている。ブロア３１は、ヒータ３０に送風するための送風機である。

【0020】

浄化装置４０は、エンジン１０の排気を浄化するための装置であり、触媒４１と当該触媒４１を収容するケース４２とを有する。触媒４１は、例えば三元触媒であり、エンジン１０の排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する。具体的には、触媒４１は、炭化水素を水と二酸化炭素とに酸化し、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、窒素酸化物を窒素に還元する。触媒４１は、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）であってもよい。

【0021】

温度センサ５０、５１、５２は、例えば熱電対又はサーミスタである。温度センサ５０は排気通路２０に設けられ、排気通路２０内の排気温度を検出する。温度センサ５１は排気通路２０に設けられ、排気通路２０の壁面温度を検出する。温度センサ５２は、ケース４２の内周又は触媒４１の外周に設けられ、触媒４１の壁面温度を検出する。温度センサ５２は、ケース４２の壁面温度を触媒４１の壁面温度として検出してもよい。なお、ヒータ３０には温度センサが設けられていない。

【0022】

ＭＡＦセンサ６０は、エンジン１０の吸気量を検出する流量センサである。気温センサ６１は、触媒温度制御システムＳの周囲の温度（すなわち、外気温）を検出する温度センサである。車速センサ６２は、触媒温度制御システムＳを搭載した車両の車速を検出する速度センサである。

【0023】

触媒温度制御装置１００は、ヒータ３０に熱を発生させることにより、触媒４１を昇温させる処理を実行する。触媒温度制御装置１００は、電子部品を含む筐体を有していてもよく、電子部品が実装されたプリント基板であってもよい。

【0024】

触媒温度制御システムＳにおいては、エンジン１０が始動する前に、ヒータ３０が熱を発生し、ブロア３１がヒータ３０に送風する。ヒータ３０及びブロア３１がこのように動作することで、ヒータ３０と熱交換したヒータ３０内の空気が触媒４１に流れるため、当該空気と触媒４１とが熱交換することにより触媒４１が昇温する。そして、触媒４１の温度が活性化温度に達した後にエンジン１０を始動することで、触媒４１は、エンジン１０の始動直後からエンジン１０の排気を浄化できる。

【0025】

しかしながら、エンジン１０の始動直後の排気温度は触媒４１の温度よりも低く、かつヒータ３０が熱を発生していないため、触媒４１が排気と熱交換することにより、触媒４１の温度は低下する。また、浄化装置４０は走行風Ｒと接するため、触媒４１がケース４２を介して走行風Ｒと熱交換することにより、触媒４１の温度はさらに低下する。その結果、触媒４１の温度は活性化温度よりも低い温度まで低下する。そこで、触媒温度制御装置１００は、触媒４１から排気Ｅ及び走行風Ｒに移動する熱量を算出することにより、第１所定時間（例えば２０秒）後の触媒４１の壁面温度を推定し、推定した壁面温度が活性化温度よりも低い場合はヒータ３０に熱を発生させることで触媒４１を昇温させる。

【0026】

例えば、触媒温度制御装置１００は、温度センサ５０が検出した排気温度とＭＡＦセンサ６０が検出した吸気量に基づく排気流量と触媒４１の壁面温度とに基づいて、触媒４１から排気Ｅに移動する第１熱量を算出する。触媒温度制御装置１００は、温度センサ５２が検出した触媒４１の壁面温度と気温センサ６１が検出した外気温と車速センサ６２が検出した車速とに基づいて、触媒４１からケース４２を介して走行風Ｒに移動する第２熱量を算出する。そして、触媒温度制御装置１００は、算出した第１熱量及び第２熱量に基づいて推定した第１所定時間後の触媒４１の壁面温度が活性化温度未満である場合はヒータ３０に熱を発生させる。触媒温度制御装置１００がこのように動作することで、エンジン１０始動後の触媒４１の温度を活性化温度以上の温度に維持することができる。
以下、触媒温度制御装置１００の構成及び動作を詳細に説明する。

【0027】

＜触媒温度制御装置１００の構成＞
図２は、触媒温度制御装置１００の構成を示す図である。触媒温度制御装置１００は、記憶部１１０と制御部１２０とを有する。制御部１２０は、取得部１２１と算出部１２２とヒータ制御部１２３とを有する。算出部１２２は、第１算出部１３１と第２算出部１３２と第３算出部１３３とを有する。

【0028】

記憶部１１０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するプログラムを記憶している。記憶部１１０は、所定時間後の触媒４１の壁面温度を推定するための各種の情報を記憶している。

【0029】

制御部１２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のプロセッサである。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部１２１、算出部１２２及びヒータ制御部１２３として機能する。なお、制御部１２０は、１つのプロセッサで構成されていてもよいし、複数のプロセッサ又は１以上のプロセッサと電子回路との組み合わせにより構成されていてもよい。
以下、制御部１２０により実現される各部の構成を説明する。

【0030】

取得部１２１は、触媒４１の上流側の排気温度と、排気通路２０の排気流量と、触媒４１の壁面の触媒壁面温度と、触媒４１の周囲の外気温と、触媒４１を備える車両の車速と、を取得する。触媒４１の上流側の排気温度は、例えば、排気通路２０の第１排気温度、ヒータ３０の入口の第２排気温度、触媒４１の入口の第３排気温度のいずれかである。本実施形態においては、一例として、取得部１２１が第１排気温度を取得する動作を説明する。取得部１２１は、例えば、温度センサ５０が検出した第１排気温度と、ＭＡＦセンサ６０が検出したエンジン１０の吸気量に対応する排気流量と、温度センサ５２が検出した触媒壁面温度と、気温センサ６１が検出した外気温と、車速センサ６２が検出した車速とを取得する。

【0031】

取得部１２１は、ヒータ３０の上流側の壁面の通路壁面温度と、ヒータ３０の壁面のヒータ壁面温度と、をさらに取得してもよい。取得部１２１は、例えば、温度センサ５１が検出した通路壁面温度を取得する。取得部１２１は、例えば、ヒータ壁面温度の初期値として通路壁面温度を取得し、第２所定時間が経過するたびにヒータ壁面温度として、ヒータ制御部１２３が推定した推定ヒータ壁面温度を取得する。第２所定時間は、第１所定時間よりも小さい時間であり、例えば１秒である。推定ヒータ壁面温度の詳細は後述する。

【0032】

算出部１２２は、取得部１２１が取得した排気温度と排気流量と触媒壁面温度とに基づく、触媒４１の壁面から排気Ｅに移動する第１熱量を算出する。算出部１２２は、取得部１２１が取得した触媒壁面温度と外気温と車速とに基づく、触媒４１の壁面からケース４２を介して触媒４１の周囲の外気（すなわち、走行風Ｒ）に移動する第２熱量を算出する。そして、算出部１２２は、第１熱量と第２熱量とを合算した熱移動量を算出する。算出部１２２は、例えば、第２所定時間が経過するたびに熱移動量を算出する。

【0033】

ここで、算出部１２２が第１熱量及び第２熱量を算出する動作を説明する。触媒４１の壁面から排気Ｅ又は走行風Ｒに移動する熱量Ｑ［ｗ］は、熱伝達率ｈ_ｃ、伝熱面積Ａ、壁面温度Ｔ_ｗ、流体温度Ｔ_ｇを用いて、式（１）のように算出できる。流体温度Ｔ_ｇは、第１熱量を算出する場合は排気温度であり、第２熱量を算出する場合は外気温である。伝熱面積Ａは記憶部１１０に記憶されている。

【数1】

【0034】

熱伝達率ｈ_ｃは、ヌセルト数Ｎ_ｕ、壁面熱伝導率ｋ、代表長さＬを用いて、式（２）のように算出できる。代表長さＬは、第１熱量を算出する場合は排気通路２０、２１、２２を構成する排気管の管径であり、第２熱量を算出する場合は排気通路２０、２１、２２を含む排気管の全長である。排気管の管径及び全長と壁面熱伝導率ｋとは記憶部１１０に記憶されている。

【数2】

【0035】

ヌセルト数Ｎ_ｕは、第１熱量を算出する場合は式（３）のように表現でき、第２熱量を算出する場合は式（４）のように表現できる。Ｒ_ｅはレイノルズ数であり、Ｐ_ｒはプラントル数である。レイノルズ数Ｒ_ｅは、壁面温度、流体温度、流体速度、流路形状、壁面及び流体の物質の性質を数値化した物性値を用いて算出する。プラントル数Ｐ_ｒは、壁面温度、流体温度及び流体の物性値を用いて算出する。流路形状（エンジン１０の下流の形状）と壁面及び流体（排気及び外気）の物性値とは、記憶部１１０に記憶されている。

【数3】

【0036】

算出部１２２は、第１熱量を算出する場合、触媒壁面温度と、排気温度と、排気流量を記憶部１１０に記憶された流路断面積で除算した排気流速と、記憶部１１０に記憶された流路形状及び物性値と、を用いてレイノルズ数Ｒ_ｅ及びプラントル数Ｐ_ｒを算出する。そして、算出部１２２は、レイノルズ数Ｒ_ｅ及びプラントル数Ｐ_ｒを式（３）に代入することでヌセルト数Ｎ_ｕを算出し、ヌセルト数Ｎ_ｕを式（２）に代入することで熱伝達率ｈ_ｃを算出する。算出部１２２は、流体温度Ｔ_ｇとして用いる排気温度と、壁面温度Ｔ_ｗとして用いる触媒壁面温度と、算出した熱伝達率ｈ_ｃと、を式（１）に代入することにより第１熱量を算出する。

【0037】

算出部１２２は、第２熱量を算出する場合、触媒壁面温度と、外気温と、流体速度として代用する車速と、記憶部１１０に記憶された流路形状及び物性値と、を用いてレイノルズ数Ｒ_ｅ及びプラントル数Ｐ_ｒを算出する。そして、算出部１２２は、レイノルズ数Ｒ_ｅ及びプラントル数Ｐ_ｒを式（４）に代入することでヌセルト数Ｎ_ｕを算出し、ヌセルト数Ｎ_ｕを式（２）に代入することで熱伝達率ｈ_ｃを算出する。算出部１２２は、流体温度Ｔ_ｇとして用いる外気温と、壁面温度Ｔ_ｗとして用いる触媒壁面温度と、算出した熱伝達率ｈ_ｃと、を式（１）に代入することにより第２熱量を算出する。
以上、算出部１２２が第１熱量及び第２熱量を算出する動作について説明した。

【0038】

以上の説明においては、算出部１２２が、排気通路２０の第１排気温度、ヒータ３０の入口の第２排気温度、触媒４１の入口の第３排気温度のいずれかを用いて熱移動量を算出する動作を説明したが、これに限らない。算出部１２２は、第１排気温度を用いて第２排気温度及び第３排気温度を算出することにより、排気通路２０、ヒータ３０、触媒４１それぞれの熱移動量を算出してもよい。この場合、算出部１２２は、排気通路２０の第１熱移動量を算出する第１算出部１３１、ヒータ３０の第２熱移動量を算出する第２算出部１３２、及び触媒４１の第３熱移動量を算出する第３算出部１３３を有する。

【0039】

第１算出部１３１は、第１排気温度、排気通路２０の排気流量、通路壁面温度、外気温及び車速に基づく、ヒータ３０の上流の壁面から排気Ｅ及び外気（走行風Ｒ）に移動する第１熱移動量と、第１排気温度とに基づいて、ヒータ３０の入口の第２排気温度を算出する。

【0040】

図３は、第１算出部１３１の動作を説明するための図である。図３に示すように、第１算出部１３１は、第１排気温度と排気流量と通路壁面温度とに基づく、ヒータ３０の上流の壁面から排気Ｅに移動する第１熱量を算出する。第１算出部１３１は、通路壁面温度と外気温と車速とに基づく、ヒータ３０の上流の壁面からヒータ３０の周囲の外気（走行風Ｒ）に移動する第２熱量を算出する。第１算出部１３１は、算出した第１熱量及び第２熱量を合算した第１熱移動量を算出し、第１熱移動量と第１排気温度とに基づいて、第２排気温度を算出する。

【0041】

第２算出部１３２は、第１算出部１３１が算出した第２排気温度、排気通路２０の排気流量、ヒータ壁面温度、外気温及び車速に基づく、ヒータ３０の壁面から排気Ｅ及び外気（走行風Ｒ）に移動する第２熱移動量と、第２排気温度とに基づいて、触媒４１の入口の第３排気温度を算出する。

【0042】

図４は、第２算出部１３２の動作を説明するための図である。図４に示すように、第２算出部１３２は、第２排気温度と排気流量とヒータ壁面温度とに基づく、ヒータ３０の壁面から排気Ｅに移動する第１熱量を算出する。第２算出部１３２は、ヒータ壁面温度と外気温と車速とに基づく、ヒータ３０の壁面からヒータ３０の周囲の外気（走行風Ｒ）に移動する第２熱量を算出する。第２算出部１３２は、算出した第１熱量及び第２熱量を合算した第２熱移動量を算出し、第２熱移動量と第２排気温度とに基づいて、第３排気温度を算出する。

【0043】

第３算出部１３３は、第２算出部１３２が算出した第３排気温度、排気流量、触媒壁面温度、外気温及び車速に基づく、触媒の壁面から排気Ｅ及び外気（走行風Ｒ）に移動する第３熱移動量を算出する。図５は、第３算出部１３３の動作を説明するための図である。図５に示すように、第３算出部１３３は、第３排気温度と排気流量と触媒壁面温度とに基づく、触媒の壁面から排気Ｅに移動する第１熱量を算出する。第３算出部１３３は、触媒壁面温度と外気温と車速とに基づく、触媒４１の壁面からケース４２を介して触媒４１の周囲の外気（走行風Ｒ）に移動する第２熱量を算出する。第３算出部１３３は、算出した第１熱量と第２熱量とを合算した第３熱移動量を算出する。

【0044】

上記のように算出部１２２が動作することで、温度センサ５０が検出した排気温度に基づいて、温度センサ５０の位置よりも触媒４１との距離が近い位置（すなわち、触媒４１の入口）の排気温度を用いることができる。その結果、触媒４１の熱移動量を高い精度で算出できるため、ヒータ制御部１２３が第１所定時間後の触媒４１の壁面温度を推定する精度を高められる。

【0045】

ヒータ制御部１２３は、算出部１２２が算出した熱移動量と触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の触媒４１の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、触媒４１の上流に設けられたヒータ３０に熱を発生させる。閾値は、活性化温度の下限値であり、例えば２００℃である。第１所定時間は、例えば２０秒である。なお、算出部１２２が第３算出部１３３を有する場合、ヒータ制御部１２３は、触媒壁面温度と第３熱移動量とに基づいて、第１所定時間後の推定触媒壁面温度を推定する。

【0046】

ヒータ制御部１２３は、例えば、算出部１２２が算出した熱移動量と算出部１２２が算出する周期との積を、記憶部１１０に記憶された触媒４１の熱容量で除算した値と触媒壁面温度とに基づいて、推定触媒壁面温度を推定する。ヒータ制御部１２３は、記憶部１１０に記憶された、熱移動量と触媒壁面温度を定めることにより第１所定時間後の触媒壁面温度を予測する予測モデルを用いて推定触媒壁面温度を推定してもよい。そして、ヒータ制御部１２３は、推定触媒壁面温度が閾値未満である場合はヒータ３０に熱を発生させ、推定触媒壁面温度が閾値以上である場合はヒータ３０に熱を発生させない。

【0047】

ヒータ制御部１２３がこのように動作することで、触媒４１の壁面温度が活性化温度よりも低くなるおそれがある場合、ヒータ３０に熱を発生させることができる。その結果、ヒータ３０とヒータ３０内の排気とが熱交換することにより、触媒４１を流れる排気温度を昇温できるため、触媒４１の温度の低下を抑制し、活性化温度を維持することができる。

【0048】

ヒータ制御部１２３は、例えば、第１所定時間よりも小さい第２所定時間が経過するたびに、推定触媒壁面温度を推定する。第２所定時間は、例えば１秒である。ヒータ制御部１２３は、第２所定時間が経過するたびに、推定触媒壁面温度が閾値未満である場合はヒータ３０に熱を発生させ、推定触媒壁面温度が閾値以上である場合はヒータ３０に熱を発生させない。ヒータ制御部１２３がこのように動作することで、触媒４１の温度及び触媒４１に流れる排気の流量が時間に応じて変化する場合であっても、変化に応じた推定触媒壁面温度を推定し、ヒータ３０に熱を発生させるか否かを制御できる。その結果、触媒４１の温度が活性化温度を維持する精度を高めることができる。

【0049】

算出部１２２が第２算出部１３２を有する場合、ヒータ制御部１２３は、第２所定時間が経過するたびに、第２熱移動量とヒータ３０の熱量との差、及びヒータ壁面温度に基づいて、第２所定時間後のヒータ３０の推定ヒータ壁面温度を推定する。

【0050】

ヒータ制御部１２３は、例えば、第２所定時間が経過するたびに、第２算出部１３２が算出した第２熱移動量からヒータ３０が第２所定時間において発生した熱量を減算した値と、現時刻のヒータ壁面温度とに基づいて、第２所定時間後の推定ヒータ壁面温度を推定する。ヒータ制御部１２３は、例えば、記憶部１１０に記憶された、第２熱移動量、ヒータ３０の熱量及びヒータ壁面温度を定めることにより第２所定時間後の推定ヒータ壁面温度を予測する予測モデルを用いて推定ヒータ壁面温度を推定してもよい。そして、ヒータ制御部１２３は、推定ヒータ壁面温度を取得部１２１に通知する。

【0051】

ヒータ制御部１２３がこのように動作することで、ヒータ３０に温度センサが設けられていない（すなわち、ヒータ３０の壁面温度を検出できない）場合であっても、ヒータ３０が発生した熱量を考慮した推定ヒータ壁面温度を推定できる。その結果、第２算出部１３２は、推定ヒータ壁面温度をヒータ壁面温度として用いることで、第２熱移動量及び第３排気温度を算出できる。

【0052】

＜触媒温度制御装置１００における処理シーケンス＞
図６は、触媒温度制御装置１００における処理シーケンスを示す図である。図６に示す処理シーケンスは、第１所定時間後の推定触媒壁面温度を推定し、ヒータ３０に熱を発生させるか否かを判定する動作を示す。触媒温度制御装置１００は、図６に示すシーケンスを第２所定時間が経過するたびに繰り返す。

【0053】

第１算出部１３１は、ヒータ３０の上流側の第１排気温度、排気流量、通路壁面温度、外気温及び車速に基づいて、ヒータ３０の上流の壁面から排気Ｅ及び走行風Ｒに移動する第１熱移動量を算出する（Ｓ１１）。第１算出部１３１は、第１熱移動量と第１排気温度とに基づいて、ヒータ３０の入口の排気温度を示す第２排気温度を算出する（Ｓ１２）。

【0054】

第２算出部１３２は、取得部１２１からヒータ壁面温度を取得する。ヒータ壁面温度の初期値を使用する場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、第２算出部１３２は、取得部１２１から通路壁面温度をヒータ壁面温度として取得する（Ｓ１４）。ヒータ壁面温度の初期値を使用しない場合（Ｓ１３のＮＯ）、第２算出部１３２は、取得部１２１から、現在の時刻よりも第２所定時間前にヒータ制御部１２３が推定した推定ヒータ壁面温度をヒータ壁面温度として取得する（Ｓ１５）。なお、ヒータ壁面温度の初期値を使用する場合は、エンジン１０の始動後に最初にヒータ壁面温度を取得する場合である。

【0055】

第２算出部１３２は、第２排気温度、排気流量、ヒータ壁面温度、外気温及び車速に基づいて、ヒータ３０の壁面から排気Ｅ及び走行風Ｒに移動する第２熱移動量を算出する（Ｓ１６）。第２算出部１３２は、第２熱移動量と第２排気温度とに基づいて、触媒４１の入口の排気温度を示す第３排気温度を算出する（Ｓ１７）。

【0056】

ヒータ制御部１２３は、第２熱移動量とヒータ３０が発生した熱量との差、及び取得部１２１から取得したヒータ壁面温度に基づいて、第２所定時間後の推定ヒータ壁面温度を推定する（Ｓ１８）。ヒータ制御部１２３は、推定ヒータ壁面温度を取得部１２１に通知する。

【0057】

第３算出部１３３は、第３排気温度、破棄流量、触媒壁面温度、外気温及び車速に基づいて、触媒４１の壁面から排気Ｅ及び走行風Ｒに移動する第３熱移動量を算出する（Ｓ１９）。ヒータ制御部１２３は、第３熱移動量と触媒壁面温度とに基づいて、第１所定時間後の推定触媒壁面温度を推定する（Ｓ２０）。推定触媒壁面温度が閾値未満である場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、ヒータ制御部１２３は、ヒータ３０に熱を発生させる（Ｓ２２）。推定触媒壁面温度が閾値以上である場合（Ｓ２１のＮＯ）、ヒータ制御部１２３は、ヒータ３０に熱を発生させずに処理を終了する。

【0058】

＜触媒温度制御装置１００による効果＞
以上説明したように、触媒温度制御装置１００は、排気通路２０、２１、２２において触媒４１の上流側の排気温度と、排気通路２０、２１、２２の排気流量と、触媒４１の壁面の触媒壁面温度と、触媒４１の周囲の外気温と、触媒４１を備える車両の車速と、を取得する取得部１２１と、排気温度と排気流量と触媒壁面温度とに基づく、触媒４１の壁面から排気に移動する熱量、及び触媒壁面温度と外気温と車速とに基づく、触媒４１の壁面からケース４２を介して触媒４１の周囲の外気に移動する熱量を合算した熱移動量を算出する算出部１２２と、熱移動量と触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の触媒４１の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、触媒４１の上流に設けられたヒータ３０に熱を発生させるヒータ制御部１２３と、を有する。

【0059】

触媒温度制御装置１００がこのように構成されることで、第１所定時間後の触媒４１の温度が活性化温度の下限値よりも低いと推定した場合に、ヒータ３０に熱を発生させることにより触媒４１を昇温させることができる。その結果、触媒温度制御装置１００は、エンジン１０の始動直後に触媒４１の温度が活性化温度の範囲に含まれるように維持することができる。

【0060】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0061】

１０ エンジン
２０ 排気通路
２１ 排気通路
２２ 排気通路
３０ ヒータ
３１ ブロア
４０ 浄化装置
４１ 触媒
４２ ケース
５０ 温度センサ
５１ 温度センサ
５２ 温度センサ
６０ ＭＡＦセンサ
６１ 気温センサ
６２ 車速センサ
１００ 触媒温度制御装置
１１０ 記憶部
１２０ 制御部
１２１ 取得部
１２２ 算出部
１２３ ヒータ制御部
１３１ 第１算出部
１３２ 第２算出部
１３３ 第３算出部

【要約】

【課題】エンジン始動後の触媒の温度を所定の範囲に維持する。
【解決手段】触媒温度制御装置１００は、排気通路２０において触媒４１の上流側の排気温度と、排気通路２０の排気流量と、触媒４１の壁面の触媒壁面温度と、触媒４１の周囲の外気温と、触媒４１を備える車両の車速と、を取得する取得部１２１と、排気温度と排気流量と触媒壁面温度とに基づく、触媒４１の壁面から排気に移動する熱量、及び触媒壁面温度と外気温と車速とに基づく、触媒４１の壁面から触媒４１の周囲の外気に移動する熱量を合算した熱移動量を算出する算出部１２２と、熱移動量と触媒壁面温度とに基づいて推定した、第１所定時間後の触媒４１の推定触媒壁面温度が閾値未満である場合は、触媒４１の上流に設けられたヒータ３０に熱を発生させるヒータ制御部１２３と、を有する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】