CN101605683B - 混合动力车辆的催化剂升温装置 - Google Patents

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Abstract

ECU执行以下程序，该程序包括：如果发动机起动(在S1000中为是)、则检测催化剂温度T的步骤(S1100)；如果判断为需要使催化剂升温(在S1200中为是)、则输出指令信号以使设置成与催化剂外表面相接触的耐热性高的功率模块以低效率驱动的步骤(S1300)；以及向冷却系统的转换阀输出闭阀指令信号以使冷却水不流经设置在功率模块与耐热性低的电气部件之间的冷却水管道的步骤(S1400)。

Description

混合动力车辆的催化剂升温装置
技术领域
本发明涉及安装在混合动力车辆上的发动机的催化剂，特别涉及有效地利用安装在混合动力车辆上的功率模块的热量来避免排气排放物恶化的技术。
背景技术
一般来说，在发动机的排气系统中设置有用于净化排气中的特定成分的催化转换器。作为该催化转换器，广泛地使用三元催化转换器，该三元催化转换器用于氧化一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)并还原氮氧化物(NOx)，从而使它们变为二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)、以及氮气(N2)，其中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、以及氮氧化物(NOx)是排气中的特定的三种成分。
该三元催化转换器所包含的催化剂存在以下问题：在低温下功能会下降，在冷起动时如果不及早地使催化剂的温度上升，则无法净化由于燃烧不稳定而包含大量的上述特定的三种成分的排气。
另外，以下的混合动力车辆已被实用化：包括通过燃料的燃烧能量动作的发动机和通过电能动作的马达来作为车辆行驶时的动力源，并且在该动力源与驱动轮之间设置有自动变速器(包括动力分配机构)。在这样的混合动力车辆中，例如根据运转状态分开使用发动机和马达来行驶，由此能够在维持预定的行驶性能的同时降低燃料消耗量和排气量。具体地说，包括仅将发动机作为动力源而行驶的发动机行驶模式、仅将马达作为动力源(使发动机停止)而行驶的马达行驶模式、以及将发动机和马达这两者作为动力源而行驶的发动机+马达行驶模式等发动机和马达的动作状态不同的多个运转模式，并且按照将车速(或动力源转速)和加速器操作量等运转状态作为参数的动力源映射图等预先确定的模式切换条件来自动地进行切换。即，即使车辆正在行驶，也会产生发动机间歇运转的状态。
并且，除此以外，在仅通过马达使驱动轮旋转、并且发动机作为经由发电机向马达供应电力的电力供应源而动作的被称为串联(直列)式的车辆中，有也称为带发动机发电机的电动汽车的混合动力车辆。另外，还有被称为并联(并列)式的以下的混合动力车辆：通过发动机和马达这两者直接驱动车轮，马达能够辅助发动机的动力并能够作为发电机对蓄电池进行充电而行驶。
日本专利文献特开2006-132394号公报公开了能够抑制成本的增加并能够有效、可靠地净化排气的串联式混合动力车辆的排气净化装置。该串联式混合动力车辆的排气净化装置的特征在于，在包括通过内燃机驱动的发电机、通过发电机的输出经由逆变器而充电的行驶用蓄电池、以及从蓄电池经由逆变器接受电力供应的马达的串联式混合动力车辆中，包括：排气净化单元，被设置在内燃机的排气路径上；以及升温单元，通过在内燃机停止时从蓄电池经由逆变器接受电力的供应来提高排气净化单元的温度。并且，排气净化单元的特征在于，在前段配置氧化催化剂，在后段配置捕集排气中的颗粒物的过滤器。另外，排气净化单元的特征在于，过滤器是堇青石制过滤器，升温单元是设置在过滤器的周围并通过被供应电力来发热的加热器。
根据该串联式混合动力车辆的排气净化装置，在内燃机停止时从行驶用的蓄电池经由逆变器向升温单元供应电力来使设置在串联式混合动力车辆的内燃机的排气路径上的排气净化装置升温。并且，由于排气净化装置为所谓的连续再生式过滤器，因此通过前段氧化催化剂使排气中的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)变为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，并有效地使NOx中的一氧化氮(NO)变为二氧化氮(NO2)，暂时提高NO2的浓度，然后通过后段的过滤器来捕集PM，使捕集到的PM在前段中生成的NO2中燃烧。另外，当过滤器为不具有通电性的堇青石过滤器时，在堇青石过滤器的周围设置加热器，向该加热器供应电力以使其发热，由此使堇青石过滤器升温。
安装在混合动力车辆上的晶闸管或功率晶体管等电子部件的性能的提高非常显著，与此相应地来自电子部件(发热元件)的发热量变大。另一方面，例如在安装有感应电动机和直流蓄电池的混合动力车辆(包括电动汽车、燃料电池车辆)中，通过逆变器进行电力变换，从直流蓄电池向感应电动机供应电力。伴随着电动机的额定输出的上升，这样的逆变器等电子部件的发热量也会上升，从而需要充分的冷却对策。
在车辆中，尤其要求电子部件的小型化和薄型化，为了在这样的要求下保持动作的稳定，用于将所产生的大量的热量迅速地散发到外部的冷却装置的位置设定变得非常重要。在这样的电子部件的冷却中，单独或组合使用散热器、空冷扇、散热管、水冷单元等。尤其是在发热量大的情况下，使用水冷单元。
这样，对安装在PCU(Power Control Unit，动力控制单元)上的IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)和IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)等电子部件(以下，有时将这些需要冷却的电子部件称为功率模块)进行冷却。
即，这样的功率模块的热量在功率模块与液体制冷剂(冷却水)之间被进行热交换，液体制冷剂在散热器(radiator)中与空气进行热交换，结果导致了功率模块的热量被浪费掉。
但是，在上述日本专利文献特开2006-132394号公报中，也只是经由逆变器向加热器供应电力而使过滤器升温，并没有有效地利用来自逆变器的功率模块的发热。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够将发热的功率模块的热量有效地用于催化剂预热的混合动力车辆的催化剂升温装置。
第一发明的混合动力车辆的催化剂升温装置包括：催化剂净化机构，净化内燃机的排气；以及电气设备，被设置成与催化剂净化机构的外表面接触，具有催化剂活性温度以上的耐热性，并通过通电而发热。
根据第一发明，净化内燃机的排气的催化剂净化机构在催化剂活性温度以下无法充分地净化排气。通常，通过点火延迟角、燃料喷射量增量等使排气温度上升，从而使催化剂净化机构的温度上升。在混合动力车辆中，有时在仅通过马达来行驶时起动内燃机。在这样的情况下，尤其是如果在起动后紧接着对内燃机要求高负载，则在催化剂净化机构的温度为活性温度以下时很多排气无法被充分地净化就被排放到大气中。另一方面，当仅通过马达来行驶时，包括功率模块的逆变器等电气设备被驱动，该功率模块通过通电而发热。该电气设备具有催化剂活性温度以上的耐热性。该电气设备被设置成与催化剂净化机构的外表面接触。因此，通过通电而发热的电气设备的热量经由催化剂净化机构的外表面使催化剂升温。该电气设备具有催化剂活性温度以上的耐热性，因此即使在催化剂活性化(例如变为了600℃左右的高温)之后，功能也不会下降，并且也不会由于热量而受到破坏。结果，能够提供可以将发热的功率模块的热量有效地用于催化剂预热的混合动力车辆的催化剂升温装置。
第二发明的混合动力车辆的催化剂升温装置在第一发明的构成的基础上还具有以下构成：电气设备是控制对电动发电机的电力供应的设备。
根据第二发明，作为电气设备而被安装在混合动力车辆上并控制对电动发电机的电力供应的逆变器装置、变换器装置等具有催化剂活性温度以上的耐热性。该电气设备被设置成与催化剂净化机构的外表面接触。因此，通过通电而发热的、控制对电动发电机的电力供应的设备的热量经由催化剂净化机构的外表面使催化剂升温。由于该电气设备具有催化剂活性温度以上的耐热性，因此即使在催化剂活性化(例如变为了600℃左右的高温)之后，功能也不会下降，并且也不会由于热量而受到破坏。
第三发明的混合动力车辆的催化剂升温装置在第一或第二发明的构成的基础上还具有以下构成：电气设备是逆变器装置，逆变器装置包括：功率模块，具有催化剂活性温度以上的耐热性，并且发热；以及电气部件，其耐热性低于功率模块的耐热性；功率模块被设置成与催化剂净化机构的外表面接触，电气部件被设置成不与外表面接触。
根据第三发明，作为电气设备而被安装在混合动力车辆上的逆变器装置包括：功率模块(具有催化剂活性温度以上的耐热性)；以及电气部件，其耐热性低于(可以说不具有催化剂活性温度以上的耐热性)功率模块的耐热性。将该功率模块设置成与催化剂净化机构的外表面接触，将电气设备设置成不与催化剂净化机构的外表面接触，因此即使电气设备的一部分包括耐热性低的电气部件，也能够提供可以将发热的功率模块的热量有效地用于催化剂预热的混合动力车辆的催化剂升温装置。
第四发明的混合动力车辆的催化剂升温装置在第三发明的构成的基础上还具有以下构成：还包括设置在功率模块与电气部件之间的隔热部件。
根据第四发明，在功率模块与耐热性低于功率模块的电气部件之间设置了隔热材料(非积极地隔热的玻璃棉等或积极地隔热的冷却水通路、冷却风通路等)。因此，即使将功率模块设置成与催化剂净化机构的外表面接触，也能够通过隔热材料来避免催化剂净化装置的热量从催化剂净化机构经由功率模块被传递给耐热性低的电气部件。
第五发明的混合动力车辆的催化剂升温装置在第四发明的构成的基础上还具有以下构成：隔热部件是与散热器连接、并且冷却水在其中循环的冷却水管道。
根据第五发明，在功率模块与耐热性低于功率模块的电气部件之间设置了冷却水管道。通过散热器被冷却(散热)了的冷却水在该冷却水管道中循环。因此，即使将功率模块设置成与催化剂净化机构的外表面接触，也能够通过隔热材料更可靠地避免催化剂净化装置的热量从催化剂净化机构经由功率模块被传递给耐热性低的电气部件。
第六发明的混合动力车辆的催化剂升温装置在第五发明的构成的基础上还具有以下构成：还包括控制装置。控制装置在内燃机起动后，判断是否需要使催化剂净化机构预热，如果判断为需要预热，则控制设置在冷却水管道上的转换阀，以使冷却水管道的冷却水不流向散热器。
根据第六发明，在设置在功率模块与电气部件之间的冷却水管道中，如果判断为需要催化剂预热，则冷却水管道的冷却水不流经散热器。因此，能够在不通过冷却水冷却功率模块的热量的情况下通过功率模块的发热使催化剂净化机构升温。
第七发明的混合动力车辆的催化剂升温装置在第一～第三发明中的任一发明的构成的基础上还具有以下构成：还包括控制装置。控制装置在内燃机起动后，判断是否需要使催化剂净化机构预热，如果判断为需要预热，则控制电气设备，以使电气设备以低效率工作。
根据第七发明，如果判断为需要催化剂预热，则使电气设备以低效率工作。因此，来自电气设备的发热量增加。由此，来自功率模块的发热量变得更多，因此能够通过功率模块的发热使催化剂净化机构更迅速地升温。
附图说明
图1是包括本发明实施方式的催化剂升温装置的混合动力车辆整体的控制框图；
图2是表示动力分配机构的图；
图3是具有本发明实施方式的催化剂升温装置的发动机的控制框图；
图4是表示由控制本发明实施方式的催化剂升温装置的发动机ECU执行的程序的控制结构的流程图；
图5是具有本发明实施方式的变形例的催化剂升温装置的发动机的控制框图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的说明中，对相同的部件标注相同的标号。它们的名称和功能也相同。因此，不重复与其相关的详细的说明。另外，以下对包括两个三元催化转换器催化剂的发动机进行说明，但可以是包括一个以上的三元催化转换器的任何发动机。另外，如果是包括发热(反过来说，需要冷却)的功率模块的车辆，则动力混合的方式也不被限定。
参照图1来说明包括本发明实施方式的催化剂升温装置的混合动力车辆整体的控制框图。另外，本发明不限于图1所示的混合动力车辆。在本发明中，作为动力源的例如汽油发动机等内燃机(以下，作为发动机来进行说明)是使车辆行驶的驱动源，并且是发电机的驱动源即可。另外，也可以是以下的其他方式的混合动力车辆：驱动源是发动机和电动发电机，并能够通过电动发电机的动力来行驶；或者有时在行驶中使发动机停止，并安装有行驶用的蓄电池。该蓄电池是镍氢电池或锂离子电池等，其种类不被特别地限定。另外，也可以代替蓄电池而使用电容器。
混合动力车辆包括发动机120和电动发电机(MG)140。另外，以下为了便于说明，将电动发电机140表示为电动发电机140A(或者MG(2)140A)和电动发电机140B(或者MG(1)140B)，根据混合动力车辆的行驶状态，电动发电机140A作为发电机而发挥功能，或者电动发电机140B作为电动机而发挥功能。当该电动发电机作为发电机而发挥功能时，进行再生制动。当电动发电机作为发电机而发挥功能时，车辆的运动能量被转换为电能，车辆被减速。
除此以外，混合动力车辆包括以下等：减速器180，将由发动机120或电动发电机140产生的动力传递给驱动轮160、或者将驱动轮160的驱动传递给发动机120或电动发电机140；动力分配机构(例如后述的行星齿轮机构)200，将发动机120产生的动力分配给驱动轮160和电动发电机140B(MG(1)140B)这两个路径；行驶用蓄电池220，充进用于驱动电动发电机140的电力；逆变器240，在对行驶用蓄电池220的直流与电动发电机140A(MG(2)140A)和电动发电机140B(MG(1)140B)的交流进行交换的同时进行电流控制；蓄电池控制单元(以下称为蓄电池ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元))260，管理控制行驶用蓄电池220的充放电状态(例如SOC(State of charge，充电状态)；发动机ECU280，控制发动机120的动作状态；MG_ECU300，根据混合动力车辆的状态来控制电动发电机140、蓄电池ECU260、以及逆变器240等；以及HV_ECU320，相互地管理控制蓄电池ECU260、发动机ECU280、以及MG_ECU300等，并且控制整个混合动力系统以使混合动力车辆能够最有效地运行。
在本实施方式中，在行驶用蓄电池220与逆变器240之间设置有升压变换器242。这是由于，行驶用蓄电池220的额定电压比电动发电机140A(MG(2)140A)和电动发电机140B(MG(1)140B)的额定电压低，因此当从行驶用蓄电池220向电动发电机140A(MG(2)140A)和电动发电机140B(MG(1)140B)供应电力时，通过升压变换器242来升高电压。
另外，在图1中，使各个ECU独立地构成，但是也可以将两个以上的ECU构成为统一的ECU(例如如图1的虚线所示，使MG_ECU300和HV_ECU320成为统一的ECU是其中的一个例子)。
动力分配机构200使用行星齿轮机构(行星齿轮)将发动机120的动力分给驱动轮160和电动发电机140B(MG(1)140B)这两者。通过控制电动发电机140B(MG(1)140B)的转速，动力分配机构200也作为无级变速器而发挥功能。发动机120的转矩被输入给行星齿轮架(C)，然后通过太阳齿轮(S)被传递给电动发电机140B(MG(1)140B)，并通过内啮合齿轮(R)被传递给电动发电机140A(MG(2)140A)和输出轴(驱动轮160侧)。当使旋转中的发动机120停止时，由于发动机120在旋转，因此通过电动发电机140B(MG(1)140B)将该旋转的运动能量转换为电能，使发动机120的转速下降。
在安装有图1所示的混合动力系统的混合动力车辆中，一旦关于车辆的状态的预先确定的条件成立，则HV_ECU320经由电动发电机140A(MG(2)140A)和发动机ECU280控制发动机120，以仅通过电动发电机140的电动发电机140A(MG(2)140A)来使混合动力车辆行驶。例如，预先确定的条件是行驶用蓄电池220的SOC大于等于预定的值这样的条件等。这样一来，在起动或低速行驶时等发动机120的效率差的情况下，能够仅通过电动发电机140A(MG(2)140A)来使混合动力车辆行驶。结果，能够降低行驶用蓄电池220的SOC(可以在之后车辆停止时对行驶用蓄电池220进行充电)。
另外，当通常行驶时，例如通过动力分配机构200将发动机120的动力分为两个路径，一方面进行驱动轮160的直接驱动，另一方面驱动电动发电机140B(MG(1)140B)来进行发电。此时，通过产生的电力来驱动电动发电机140A(MG(2)140A)，进行驱动轮160的驱动辅助。另外，当高速行驶时，还将来自行驶用蓄电池220的电力供应给电动发电机140A(MG(2)140A)来增大电动发电机140A(MG(2)140A)的输出，对驱动轮160增加驱动力。另一方面，当减速时，通过驱动轮160使从动的电动发电机140A(MG(2)140A)作为发电机而发挥功能来进行再生发电，并将回收的电力储存在行驶用蓄电池220中。另外，当行驶用蓄电池220的充电量下降、特别需要充电时，增加发动机120的输出，增大电动发电机140B(MG(1)140B)的发电量，对行驶用蓄电池220增加充电量。
另外，行驶用蓄电池220的目标SOC通常被设定为60％左右，使得无论何时进行再生均能够回收能量。另外，关于SOC的上限值和下限值，例如将上限值设定为80％，将下限值设定为30％，以抑制行驶用蓄电池220的蓄电池的劣化，HV_ECU320通过MG_ECU300来控制电动发电机140的发电和再生、以及马达输出，以使SOC不超过上限值和下限值。另外，这里列举出的值是一个例子，对其没有特殊的限定。
参照图2来进一步说明动力分配机构200。动力分配机构200包括行星齿轮，该行星齿轮包括太阳齿轮(S)202(以下简称为太阳齿轮202)、小齿轮204、行星齿轮架(C)206(以下简称为行星齿轮架206)、以及内啮合齿轮(R)208(以下简称为内啮合齿轮208)。
小齿轮204与太阳齿轮202和内啮合齿轮208配合。行星齿轮架206支承小齿轮204，使得小齿轮204能够自转。太阳齿轮202与MG(1)140B的旋转轴连结。行星齿轮架206与发动机120的曲轴连结。内啮合齿轮208与MG(2)140A的旋转轴和减速器180连结。
发动机120、MG(1)140B、以及MG(2)140A通过包括行星齿轮的动力分配机构200连结，由此发动机120、MG(1)140B、以及MG(2)140A的转速在共线图中成为以直线连结的关系。
参照图3来说明安装在该混合动力车辆上的发动机120。如图3所示，在发动机120上连接有进气系统1152、以及包括第一三元催化转换器1200和第二三元催化转换器1300的排气系统1154。另外，三元催化转换器不限于两个，只要是一个以上即可。
进气系统1152包括进气通路1110、空气滤清器1118、空气流量计1104、节气门马达1114A、节流阀1112、以及节气门位置传感器1114B。
从空气滤清器1118吸入的空气通过进气通路1110在发动机120中流通。在进气通路1110的中途设置有节流阀1112。节流阀1112通过基于来自发动机ECU280的控制信号而动作的节气门马达1114A而被开闭，以将期望的空气量供应给发动机120。此时，能够通过节气门位置传感器1114B检测出节流阀1112的开度。在空气滤清器1118与节流阀1112之间的进气通路中设置有空气流量计1104，以检测所吸入的空气量。空气流量计1104将吸入进气量信号发送给发动机ECU280。
发动机120包括冷却水通路1122、气缸体1124、喷射器1126、活塞1128、曲轴1130、水温传感器1106、以及曲轴位置传感器1132。
在与气缸体1124的气缸数相对应的数量的气缸内分别设置有活塞1128。通过进气通路1110向活塞1128上部的燃烧室导入从喷射器1126喷射出的燃料与所吸入的空气的混合气，并通过点火正时受到控制的火花塞的点火来燃烧。一旦发生了燃烧，则活塞1128被按下。此时，活塞1128的上下运动经由曲轴机构被变换为曲轴1130的旋转运动。另外，发动机ECU280基于由曲轴位置传感器1132检测出的信号来检测出发动机120的转速NE。
在气缸体1124内设置有冷却水通路1122，冷却水通过水泵(未图示)的动作而循环。该冷却水通路1122内的冷却水流到与冷却水通路1122连接的散热器(未图示)中，通过冷却扇(未图示)进行散热。在冷却水通路1122的通路上设置有水温传感器1106，以检测出冷却水通路1122内的冷却水的温度。水温传感器1106将检测出的水温作为发动机冷却水温的检测信号发送给发动机ECU280。
排气系统1154包括：排气通路1108；第一三元催化转换器1200，例如与发动机120的排气岐管构成为一体，以通过发动机120的热量来实现升温；以及第二三元催化转换器1300，例如被设置在地板下。在这些第一三元催化转换器1200的上游侧和第二三元催化转换器1300的上游侧(第一三元催化转换器1200的下游侧)分别设置有空燃比传感器。并且，还设置有检测这些第一三元催化转换器1200和第二三元催化转换器1300的温度的温度传感器(未图示)。
这样，与发动机120的排气侧连接的排气通路1108与第一三元催化转换器1200和第二三元催化转换器1300连接。即，在发动机120中通过燃烧室内的混合气的燃烧而产生的排气首先流入到第一三元催化转换器1200中。流入到第一三元催化转换器1200内的排气中所包含的HC、CO在第一三元催化转换器1200中被氧化。并且，流入到第一三元催化转换器1200内的排气中所包含的NOx在第一三元催化转换器1200中被还原。该第一三元催化转换器1200被设置在发动机120的附近(如上所述，有时与排气岐管一体化)，在发动机120冷起动时也会被迅速地升温并实现催化剂功能。
另外，以净化排气为目的将排气从第一三元催化转换器1200输送到第二三元催化转换器1300。该第一三元催化转换器1200和第二三元催化转换器1300基本上具有相同的构造和功能。
设置在第一三元催化转换器1200的上游侧的第一空燃比传感器1210、设置在第一三元催化转换器1200的下游侧并设置在第二三元催化转换器1300的上游侧的第二空燃比传感器1310检测通过第一三元催化转换器1200或第二三元催化转换器1300的排气中所包含的氧的浓度。通过检测出氧的浓度，能够检测出排气中所包含的燃料与空气之比、即所谓的空燃比。
第一空燃比传感器1210和第二空燃比传感器1310产生与排气中的氧浓度相对应的电流。该电流例如被变换为电压后被输入到发动机ECU280中。因此，能够根据第一空燃比传感器1210的输出信号来检测出第一三元催化转换器1200的上游的排气的空燃比，并且能够根据第二空燃比传感器1310的输出信号来检测出第二三元催化转换器1300的上游的排气的空燃比。这些第一空燃比传感器1210和第二空燃比传感器1310在空燃比稀(1ean)时，例如产生0.1V左右的电压，在空燃比浓(rich)时，例如产生0.9V左右的电压。将基于这些值换算成空燃比后的值与空燃比的阈值进行比较，通过发动机ECU280来进行空燃比控制。
第一三元催化转换器1200和第二三元催化转换器1300的特征在于，具有在空燃比大致为理论空燃比时氧化HC、CO并还原NOx的功能，即同时净化HC、CO、以及NOx的功能。
本实施方式的催化剂升温装置是逆变器240的构成部件，并具有使发热且耐热性优良(例如600℃)的功率模块240A与第一三元催化转换器1200的外表面接触的结构。即，将耐热性高、以4H-SiC或6H-SiC为器件材料的高密度热损失(例如1kW/cm2)的功率模块240A配置成与第一三元催化转换器1200的外表面接触，从功率模块240A向第一三元催化转换器1200进行热传递，由此使第一三元催化转换器1200升温。另外，在图3中，仅在第一三元催化转换器1200上配置了本实施方式的催化剂升温装置，但是也可以在第二三元催化转换器1300上也配置本实施方式的催化剂升温装置，或者仅在第二三元催化转换器1300上配置本实施方式的催化剂升温装置。
逆变器240包括上述的功率模块240A、以及除了功率模块240A以外的耐热性低的其他的逆变器部件240B。由于逆变器部件240B不具有耐热性，因此具有隔热部，以使得即使第一催化转换器1200变为高温也不会受到其热传递的影响。在本实施方式中，作为该隔热部，设置了冷却水管道240C。通过将这样的冷却水管道240C设置在功率模块240A与逆变器部件240B之间，能够避免逆变器部件240B变为高温，并且在催化剂升温后第一催化转换器1200的温度升高并超过了功率模块240A的耐热温度的情况下，也能够冷却功率模块240A自身，避免功率模块240A的温度过度上升。另外，作为隔热部，代替冷却水通路，也可以是为隔热材料的玻璃棉等或冷却风通路等。
另外，关于该功率模块240A，例如能够通过发出使其栅电压为低电压的指令、使其以低效率驱动来增加其发热量，从而能够更快地升高第一三元催化转换器1200的温度。相反地，如果第一三元催化转换器1200的升温完成了，则只要使功率模块240A以通常的效率驱动，就能够避免过度的发热。
作为构成催化剂升温装置的、除了逆变器240(功率模块240A、逆变器部件240B)以外的构成部件，有上述的冷却水管道240C、作为散热装置的散热器240F、连接冷却水管道240C和散热器240F的通往散热器的管道240E、连接散热器240F和冷却水管道240C的从散热器返回的管道240G、以及设置在通往散热器的管道240E上的转换阀240D。转换阀240D在控制该催化剂升温装置的发动机ECU280的控制下将冷却水管道240C和通往散热器的管道240E切换为连通状态和非连通状态中的一个状态。即，当需要通过冷却水管道240C来积极地冷却功率模块240A和/或逆变器部件240B时(当第一三元催化转换器1200的升温结束了时)，打开转换阀240D，使冷却水管道240C和通往散热器的管道240E成为连通状态，通过散热器240F来降低冷却水的温度。另一方面，当不需要通过冷却水管道240C来积极地冷却功率模块240A和/或逆变器部件240B时(当第一三元催化转换器1200的升温未结束时)，关闭转换阀240D，使冷却水管道240C和通往散热器的管道240E成为非连通状态，使冷却水不流经散热器240F，从而不降低冷却水的温度。另外，当打开转换阀240D而使冷却水管道240C和通往散热器的管道240E成为了连通状态时，通过未图示的水泵使冷却水循环。
这样的本实施方式的催化剂升温装置的控制装置(上述的发动机ECU280)无论是通过以数字电路或模拟电路的结构为主体的硬件还是通过以ECU所包括的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)和存储器、以及从存储器读出并由CPU执行的程序为主体的软件均能够实现。一般来说，当通过硬件来实现时，在动作速度方面较为有利，当通过软件来实现时，在改变设计方面较为有利。以下，说明将控制装置作为软件来实现的情况。另外，记录有这样的程序的记录介质也是本发明的一个方式。
参照图4来说明为了实现控制本实施方式的催化剂升温装置的控制装置而由发动机ECU280执行的程序的控制结构。另外，该程序是子例程，以预定的周期被反复地执行。
在步骤(以下，将步骤表示为S)1000中，发动机ECU280判断发动机120是否被起动了。一般来说，如果基于来自HV_ECU320的发动机120的动作指令，通过发动机ECU280使起动马达带动(cranking)动作停止了的发动机120起动，并且吸入了空气，喷射了燃料，混合气持续点火，则判断为发动机120起动了。一旦判断为发动机120起动了(在S1000中为是)，则处理转移到S1100。如果判断为发动机120未被起动(在S1000中为否)，则处理返回到S1000，并一直等到发动机120重新被起动为止。另外，当在S1000中为否时，也可以结束该处理(子例程)。另外，该S1000中的发动机120的起动的检测与该混合动力车辆是否正在行驶无关地被执行，并且包括发动机120暂时停止后的重新起动时的检测。另外，由于是子例程，因此即使在发动机120被起动后也进行该S1000的处理，但是在该情况下(发动机120持续动作的情况)，在S1000中判断为是。
在S1100中，发动机ECU280检测出第一三元催化转换器1200的温度T。
在S1200中，发动机ECU280判断是否需要使第一三元催化转换器1200升温。例如，如果第一三元催化转换器1200的温度T小于等于低温阈值，则发动机ECU280判断为需要使第一三元催化转换器1200升温。如果判断为需要使第一三元催化转换器1200升温(在S1200中为是)，则处理转移到S1300。如果不需要使第一三元催化转换器1200升温(在S1200中为否)，则处理转移到S1500。
在S1300中，发动机ECU280输出指令信号，使得逆变器240的功率模块240A以低效率驱动。此时，逆变器240不是由发动机ECU280直接控制，而是由MG_ECU300控制。因此，发动机ECU280经由HV_ECU320向MG_ECU300输出指令信号，使得功率模块240A以低效率驱动。
在S1400中，发动机ECU280向冷却系统的转换阀240D输出闭阀指令信号。另外，水泵的动作被停止。之后，该处理结束。
在S1500中，发动机ECU280输出指令信号，使得逆变器240的功率模块240A以通常效率驱动。此时也与S1300相同，逆变器240不是由发动机ECU280直接控制，而是由MG_ECU300控制。因此，发动机ECU280经由HV_ECU320向MG_ECU300输出指令信号，使得功率模块240A以通常效率驱动。
在S1600中，发动机ECU280向冷却系统的转换阀240D输出开阀指令信号。另外，水泵的动作被开始。之后，该处理结束。
另外，也可以采用以下方式：当在S1200中为是时，进行S1300和S1400中的至少一个处理，当在S1200中为否时，进行S1500和S1600中的至少一个处理。
对基于以上构造和流程图的、由作为控制本实施方式的催化剂升温装置的控制装置的发动机ECU280控制的发动机120的动作进行说明。
[当第一三元催化转换器为低温时]
当发动机120起动了时(在S1000中为是)，检测出第一三元催化转换器1200的温度T(S1100)。由于所检测出的第一三元催化转换器1200的温度T小于等于低温阈值(在S1200中为是)，因此判断为需要使第一三元催化转换器1200升温。
紧贴第一三元催化转换器1200的外表面设置的功率模块240A被以低效率驱动(S1300)。由此，功率模块240A进一步发热，从而有效地升高第一三元催化转换器1200的温度。
并且，转换阀240D被关闭(S1400)，贯穿逆变器240内的冷却水管道240C的冷却水不在与散热器240F之间循环。因此，冷却水管道240C的冷却水不会冷却功率模块240A，因此能够将功率模块240A的发热进一步有效地热传递给第一三元催化转换器1200。另外，在该情况下，在冷却水管道240内滞留的冷却水作为逆变器部件240B与功率模块240A和第一三元催化转换器1200之间的隔热材料而发挥功能。
这样一来，当需要升高第一三元催化转换器1200的温度时，使功率模块240A以低效率工作，并且不通过冷却水来进行冷却。因此，由功率模块240A产生的热量会更有效地传递给第一三元催化转换器1200，从而能够迅速地升高第一三元催化转换器1200的温度。
[当第一三元催化转换器为高温时]
当发动机120起动了时(在S1000中为是)，检测出第一三元催化转换器1200的温度T(S1100)。由于所检测出的第一三元催化转换器1200的温度T大于低温阈值(在S1200中为否)，因此判断为不需要使第一三元催化转换器1200升温。即，第一三元催化转换器1200的温度足够高，能够充分地实现净化功能。
紧贴第一三元催化转换器1200的外表面设置的功率模块240A被以通常效率驱动(S1500)。由此，功率模块240A只是在通常的使用状态下发热。
并且，转换阀240D被打开(S1600)，贯穿逆变器240内的冷却水管道240C的冷却水在与散热器240F之间循环，冷却水的温度下降。因此，冷却水管道240C的冷却水会积极地冷却功率模块240A和逆变部件240B，因而即使第一三元催化转换器1200的温度由于排气而进一步变高了，也能够避免功率模块240A和逆变器部件240B的温度过度地上升。另外，在该情况下，在冷却水管道240C与散热器240F之间循环的冷却水对功率模块240A自身进行冷却，并且作为逆变器部件240B与功率模块240A和第一三元催化转换器1200之间的隔热材料、以及冷却逆变器部件240B自身的物质而发挥功能。
这样一来，当不需要升高第一三元催化转换器1200的温度时，使功率模块240A以通常效率工作，并且通过冷却水来进行冷却。因此，通过冷却水来积极地冷却功率模块240A自身，即使是与高温的第一三元催化转换器1200的外表面接触的功率模块240A，其温度也不会上升至超过耐热温度。另外，通过冷却水来积极地冷却原本耐热性不高的逆变器部件240B，从而使其温度不会上升至超过耐热温度。
如上所述，根据本实施方式的催化剂升温装置，
(1)能够在不增加任何新的结构的情况下避免耐热性低的逆变器部件的温度过度地上升，并且能够将耐热性高的功率模块的废热用于催化剂升温，从而能够有效地实现催化剂升温，
(2)当积极地进行催化剂升温时，使功率模块以低效率工作，使其发热量更多，除此以外或者代替之，可以不使冷却水在与散热器之间循环，增加功率模块的发热量，从而能够有效地使催化剂升温，
(3)当不积极地进行催化剂升温时(当催化剂的温度足够高时)，使功率模块以通常效率工作，除此以外或者代替之，可以使冷却水在与散热器之间循环，积极地冷却功率模块和逆变器部件，从而能够使得这些功率模块和逆变器部件的温度不会超过各自的耐热温度。
<变形例>
以下，参照图5来说明本实施方式的催化剂升温装置的变形例。图5是仅表示出图3的排气系统的图。在图5中，对相同的构成要素标注与图3相同的参考标号。它们的功能也相同。因此，这里不重复与其相关的详细的说明。
在本变形例中，除了上述实施方式以外，还设置了仅冷却逆变器部件240B的冷却水管道2400C和能够切换第一状态、第二状态、第三状态的三通阀2400D，所述第一状态是指冷却水不从散热器240F流经所述冷却水管道2400C和所述冷却水管道240C这两者的状态(无论是通过关闭转换阀240D而不使冷却水循环还是不使水泵动作均能够实现该第一状态)，所述第二状态是指冷却水从散热器240F流经所述冷却水管道2400C和所述冷却水管道240C这两者的状态(在该第二状态下，打开了转换阀240D，水泵工作)，所述第三状态是指冷却水从散热器240F流经所述冷却水管道2400C、冷却水不从散热器240F流经冷却水管道240C的状态(在该第三状态下，打开了转换阀240D，水泵工作)。
例如，当仅冷却逆变器部件240B时，将三通阀2400D切换为上述第三状态。当冷却功率模块240A和逆变器部件240B这两者时，将三通阀2400D切换为上述第二状态。当不冷却功率模块240A和逆变部件240B这两者时，将三通阀2400D切换为上述第一状态。
通过成为这样的变形例的第三状态，不冷却功率模块240A以使催化剂升温，并且由于逆变部件240B的耐热性低，因此积极地冷却该逆变器部件240B。
应认为此次公开的实施方式在所有方面均仅为例示而不具有限制性。本发明的范围通过权利要求书而非上述说明来表示，并包括与权利要求相等同的意义和范围内的所有变更。

Claims (6)

1.一种混合动力车辆的催化剂升温装置，在所述混合动力车辆上安装有需要通过催化剂来净化排气的内燃机(120)，所述催化剂升温装置包括：
催化剂净化机构(1200)，净化所述内燃机(120)的排气；以及
电气设备(240)，被设置成与所述催化剂净化机构(1200)的外表面接触，具有催化剂活性温度以上的耐热性，并通过通电而发热，
所述电气设备是控制对电动发电机的电力供应的设备(240)，
所述控制电力供应的设备包括：
功率模块(240A)，具有催化剂活性温度以上的耐热性，并且发热，所述功率模块(240A)被设置成与所述催化剂净化机构(1200)的外表面接触；以及
电气部件(240B)，其耐热性低于所述功率模块(240A)的耐热性，所述电气部件(240B)被设置成不与所述外表面接触。
2.如权利要求1所述的混合动力车辆的催化剂升温装置，其中，
所述控制电力供应的设备是逆变器装置(240)。
3.如权利要求1或2所述的混合动力车辆的催化剂升温装置，其中，
还包括设置在所述功率模块(240A)与所述电气部件(240B)之间的隔热部件(240C)。
4.如权利要求3所述的混合动力车辆的催化剂升温装置，其中，
所述隔热部件是与散热器连接、并且冷却水在其中循环的冷却水管道(240C)。
5.如权利要求4所述的混合动力车辆的催化剂升温装置，其中，
还包括控制装置(280)，该控制装置(280)在所述内燃机(120)起动后，判断是否需要使所述催化剂净化机构(1200)预热，如果判断为需要所述预热，则控制设置在所述冷却水管道(240C)上的转换阀(240D)，以使所述冷却水管道(240C)的冷却水不流向散热器(240F)。
6.如权利要求1或2所述的混合动力车辆的催化剂升温装置，其中，
还包括控制装置(280)，该控制装置(280)在所述内燃机(120)起动后，判断是否需要使所述催化剂净化机构(1200)预热，如果判断为需要所述预热，则控制所述电气设备(240)，以使所述电气设备(240)以低效率工作。
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