CN103732874B - 车辆 - Google Patents

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Abstract

在具备包括催化剂基材的EHC和将EHC从外部绝缘的绝缘体的车辆中，ECU将车辆的状态刚从Ready-OFF状态切换为Ready-ON状态之后的催化剂基材的温度和绝缘体的温度分别推定为判定用基材温度THcpost和判定用绝缘体温度THipost（240）。并且，ECU在判定用基材温度THcpost小于基材阈值温度THcth且判定用绝缘体温度THipost小于绝缘体阈值温度THith的情况下允许EHC通电，否则不容许EHC通电而禁止EHC通电（250）。

Description

车辆
技术领域
本发明涉及具备净化发动机的排气的可电加热的催化剂装置（Electrical Heated Catalyst，以下也称为“EHC”）的车辆。
背景技术
在日本特开平9-250333号公报（专利文献1）中公开了如下技术：在具备EHC的车辆中，从发动机的停止时间来推定EHC的温度，并根据推定出的EHC的温度与加热目标温度的偏差来决定EHC的通电时间。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平9-250333号公报
专利文献2：日本特开2010-223159号公报
专利文献3：日本特开平9-158718号公报
专利文献4：日本特开平8-170524号公报
发明内容
发明要解决的问题
在通过高电压的电力对EHC进行加热的情况下，需要设置将EHC从外部绝缘的绝缘体。但是，在EHC为高温的情况下，绝缘体的电阻值可能会因过热而降低从而绝缘性降低。然而，在专利文献1中没有提到催化剂为高温时的保护控制，可能会无法确保绝缘性。
本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，在确保EHC的绝缘性的同时进行EHC的通电。
用于解决问题的手段
本发明的车辆是能够利用马达和发动机的至少任一方的动力进行行驶的车辆，具备：蓄电装置，其蓄积用于驱动马达的电力；催化剂装置，其构成为能够使用蓄电装置的电力来对催化剂基材进行电加热，所述催化剂基材固定有净化发动机的排气的催化剂；绝缘体，其设置在催化剂装置与收容催化剂装置的框体之间；以及控制装置，其控制催化剂装置的通电。控制装置根据绝缘体的温度来决定是否允许催化剂装置的通电。
优选，控制装置将车辆刚从不能行驶状态切换为能够行驶状态之后的绝缘体的温度推定为判定用绝缘体温度，在判定用绝缘体温度小于绝缘体阈值温度的情况下允许催化剂装置的通电，在判定用绝缘体温度为绝缘体阈值温度以上的情况下不允许催化剂装置的通电。
优选，绝缘体阈值温度被设定为小于从能够确保绝缘体的绝缘性的绝缘体容许温度减去对催化剂装置通电了预定时间时的绝缘体的温度增加量而得到的温度。
优选，控制装置将车辆刚从不能行驶状态切换为能够行驶状态之后的催化剂基材的温度推定为判定用基材温度，在判定用绝缘体温度小于绝缘体阈值温度且判定用基材温度小于基材阈值温度的情况下允许催化剂装置的通电，在判定用绝缘体温度为绝缘体阈值温度以上的情况和判定用基材温度为基材阈值温度以上的情况的至少任一情况下不允许催化剂装置的通电。
优选，基材阈值温度被设定为小于从能够防止催化剂基材的损伤的基材容许温度减去对催化剂装置通电了预定时间时的催化剂基材的温度增加量而得到的温度。
优选，控制装置将车辆即将从能够行驶状态切换为不能行驶状态之前的绝缘体的温度和催化剂基材的温度分别存储为绝缘体初始温度和基材初始温度。控制装置对从车辆被切换为不能行驶状态起到接着切换为能够行驶状态为止的停止时间进行计测。控制装置在车辆接着切换为能够行驶状态之后紧接着使用绝缘体初始温度和停止时间来推定判定用绝缘体温度，并且使用基材初始温度和停止时间来推定判定用基材温度。
发明的效果
根据本发明，能够在确保EHC的绝缘性的同时进行EHC的通电。
附图说明
图1是车辆的整体框图。
图2是第1MG、第2MG、PCU、电池、EHC的电路结构图。
图3是表示ECU的EHC通电方法的一例的图。
图4是ECU的功能框图。
图5是表示基材温度THc和绝缘体温度THi的时间变化的一例的图。
图6是表示ECU的处理步骤的流程图（其1）。
图7是表示ECU的处理步骤的流程图（其2）。
具体实施方式
以下，参照附图并对本发明的实施例进行详细说明。此外，对图中相同或相当部分标注同一标号且不重复其说明。
图1是表示本实施例的车辆1的整体框图。车辆1具备发动机10、第1MG（Motor Generator：电动发电机）20、第2MG30、动力分配装置40、减速器50、功率控制单元（Power Control Unit，以下称为“PCU”）60、电池70、驱动轮80、以及电子控制单元（Electronic Control Unit，以下称为“ECU”）200。
发动机10是利用使空气与燃料的混合气燃烧时产生的燃烧能来产生使曲轴旋转的驱动力的内燃机。第1MG20和第2MG30是通过交流来驱动的电动发电机。
车辆1通过从发动机10和第2MG30的至少一方输出的动力进行行驶。发动机10产生的驱动力由动力分配装置40分配到两条路径。即，一条是经由减速器50向驱动轮80传递的路径，另一条是向第1MG20传递的路径。
动力分配装置40由包括太阳轮、小齿轮、齿轮架和齿圈的行星齿轮组构成。小齿轮与太阳轮以及齿圈啮合。齿轮架将小齿轮支承为能够自转，并且齿轮架与发动机10的曲轴连结。太阳轮与第1MG20的旋转轴连结。齿圈与第2MG30的旋转轴以及减速器50连结。
PCU60通过来自ECU200的控制信号而被控制。PCU60将从电池70供给的直流电力变换为能够驱动第1MG20和第2MG30的交流电力。PCU60将变换后的交流电力分别输出到第1MG20、第2MG30。由此，利用电池70所蓄积的电力来驱动第1MG20、第2MG30。此外，PCU60也能够将由第1MG20、第2MG30发电产生的交流电力变换为直流电力，并利用变换后的直流电力对电池70进行充电。
电池70是蓄积用于驱动第1MG20、第2MG30的电力的直流电源，例如由镍氢、锂离子等二次电池构成。电池70的输出电压例如为200V左右的高电压。此外，也能够取代电池70而采用大容量的电容器。
进而，车辆1还具备点火开关（以下称为“IG开关”）2。IG开关2是用于供用户将车辆1的状态在能够行驶状态（以下也称为“Ready-ON状态”）和不能行驶状态（以下也称为“Ready-OFF状态”）之间切换的开关。
此外，在Ready-ON状态下，SMR71（参照图2）闭合而使电池70与PCU60电连接。另一方面，在Ready-OFF状态下，SMR71断开而将电池70与PCU60切断。
若用户在Ready-OFF状态下按下IG开关2，则从IG开关2向ECU200输出IG接通信号。另一方面，若用户在Ready-ON状态下按下IG开关2，则从IG开关2向ECU200输出IG断开信号。ECU200根据来自IG开关2的信号，进行Ready-ON状态与Ready-OFF状态之间的切换。
进而，车辆1还具备排气通路130。从发动机10排出的排气通过排气通路130向大气排出。
在排气通路130的途中设置有电加热式催化剂装置（Electrical HeatedCatalyst，以下称为“EHC”）140。EHC140由催化剂基材和电加热器构成，所述催化剂基材固定（担载）有由净化发动机10的排气的贵金属构成的催化剂，所述电加热器通过被通电来对催化剂基材进行电加热。EHC140消耗经由PCU60从电池70供给的大容量的电力（高电压的电力）来使催化剂升温至活性温度。此外，在EHC140中能够应用各种公知的装置。
EHC140收容于消声器壳体（框体）150。如上所述，由于向EHC140供给高电压的电力，所以在EHC140与框体150之间设置有将EHC140从外部绝缘的绝缘体160。绝缘体160配置成覆盖EHC140。当EHC140被加热时，绝缘体160也利用从EHC140传递的热而被加热。
ECU200构成为内置有未图示的CPU（Central Processing Unit）和存储器，且基于该存储器所存储的信息来执行预定的运算处理。
图2是第1MG20、第2MG30、PCU60、电池70、EHC140的电路结构图。
在PCU60与电池70之间设置有系统主继电器（SMR）71。SMR71通过来自ECU200的控制信号而被控制，对电池70与PCU60的连接和非连接进行切换。
PCU60包括转换器61、逆变器62、63、平滑电容器64、65、放电电阻66。
转换器61经由正极线PL1及负极线NL1与电池70连接。另外，转换器61经由正极线PL2及负极线NL1与逆变器62、63连接。
转换器61包括电抗器、两个开关元件以及两个二极管。转换器61通过来自ECU200的控制信号而被控制，在电池70与逆变器62、63之间进行电压变换。
逆变器62设置在转换器61与第1MG20之间。逆变器63设置在转换器61与第2MG30之间。逆变器62、63以彼此并联的方式与转换器61连接。
逆变器62、63各自包括三相的上下臂（开关元件）和与各开关元件反并联连接的二极管。逆变器62、63的各上下臂通过来自ECU200的控制信号而被控制，将由转换器61进行电压变换后的直流电力变换为交流电力，并分别向第1MG20、第2MG30输出。
平滑电容器64连接在正极线PL1与负极线NL1之间，使正极线PL1与负极线NL1之间的电压变动的交流成分平滑化。平滑电容器65连接在正极线PL2与负极线NL1之间，使正极线PL2与负极线NL1之间的电压变动的交流成分平滑化。
放电电阻66连接在正极线PL2与负极线NL1之间。放电电阻66以抽出平滑电容器64、65的剩余电荷作为用途。
EHC140连接于PCU60内部的转换器61与逆变器62、63之间的电力线（正极线PL2、负极线NL1）。更具体而言，EHC140的一端部与从正极线PL2分支的正极分支线PLehc连接，另一端部与从负极线NL1分支的负极分支线NLehc连接。
在EHC140与PCU60之间设置有切换装置100。切换装置100在内部具备设置在正极分支线PLehc上的EHC继电器R1、设置在负极分支线NLehc上的EHC继电器R2、以及监视传感器120。各EHC继电器R1、R2的通断通过来自ECU200的控制信号而被控制。监视传感器120监视EHC140的通电状态（施加电压、通电电流、通电时间等）。此外，监视传感器120也可以处于切换装置100的外部。另外，只要能够通过其他的现有传感器来监视EHC140的通电状态，则也可以省略监视传感器120。
当EHC继电器R1、R2闭合时，电池70的输出电压经转换器61升压后的高电压的电力被供给到EHC140的电加热器。以下，将这样的状态称为“EHC通电”。通过该EHC通电来对EHC140的催化剂基材进行电加热。另一方面，当EHC继电器R1、R2断开时，EHC140被从PCU60切断，EHC通电被切断。
图3是表示ECU200的EHC通电方法的一例的图。ECU200为了在启动发动机10时事先使EHC140的催化剂升温至活性温度，以时刻t1到时刻t2的预定时间，通过使EHC继电器R1、R2闭合来进行EHC通电。通过该1次（1脉冲）的EHC通电，EHC140的基材温度（以下，仅称为“基材温度THc”）增加预定温度ΔTH1。然后，在之后的时刻t3启动发动机10。
在具备如上所述的构造的车辆1中，通过将蓄积用于驱动第1MG20和第2MG30的电力的高压的电池70共用为EHC140的电源，能够以低成本实现催化剂的提前升温。在这样的结构中，由于向EHC140供给高电压的电力，所以如上所述需要设置将EHC140从外部的绝缘的绝缘体160。然而，绝缘体160的电阻值具有因过热而降低的倾向。因此，例如在EHC140的温度因余热而维持为高的温度的状态下对EHC140进行再加热时，绝缘体160可能会成为过热状态而使其绝缘性降低。
因此，在本实施例中，高精度地推定绝缘体160的温度（以下称为“绝缘体温度THi”），并根据推定出的绝缘体温度THi来决定是否允许EHC通电，从而确保绝缘体160的绝缘性。这一点是本实施例的最具特征之处。
图4是决定是否允许EHC通电时的ECU200的功能框图。图4所示的各功能框可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现。
ECU200包括推定部210、存储部220、计测部230、推定部240、判定部250。
推定部210例如根据监视传感器120的检测结果来推定Ready-ON状态下的基材温度THc和绝缘体温度THi。
存储部220在Ready-ON状态下从IG开关2接收到IG断开信号时，从推定部210取得接收IG断开信号时（即，即将从Ready-ON状态切换为Ready-OFF状态之前）的基材温度THc和绝缘体温度THi，并分别存储为“基材初始温度THcpre”和“绝缘体初始温度THipre”。
计测部230在从IG开关2接收到IG断开信号时，将从Ready-ON状态切换为Ready-OFF状态开始到接着切换为Ready-ON状态的时间计测为“停止时间Tdead”。
推定部240在从IG开关2接收到IG接通信号时，将刚接收到IG接通信号之后（即刚从Ready-OFF状态切换为Ready-ON状态之后）的基材温度THc和绝缘体温度THi分别推定为“判定用基材温度THcpost”和“判定用绝缘体温度THipost”。
推定部240从计测部230取得停止时间Tdead，使用预先通过实验等求出的表示EHC140和绝缘体160的冷却特性（温度降低特性）的映射等，分别推定与停止时间Tdead对应的基材温度降低量ΔTHc和绝缘体温度降低量ΔTHi。并且，推定部240使用下述式（1）、（2）来推定判定用基材温度THcpost和判定用绝缘体温度THipost。
THcpost=THcpre-ΔTHc…（1）
THcpost=THipre-ΔTHi…（2）
判定部250使用判定用基材温度THcpost和判定用绝缘体温度THipost，决定是否允许EHC通电。具体而言，判定部250在判定用基材温度THcpost小于基材阈值温度THcth且判定用绝缘体温度THipost小于绝缘体阈值温度THith的情况下允许EHC通电。
此外，在允许EHC通电的情况下，在预定的通电条件成立的时刻使EHC继电器R1、R2闭合来进行EHC通电。另外，在本实施例中，设为在1次行程（从切换为Ready-ON状态开始到接着切换为Ready-OFF状态的期间）中进行1次EHC通电。
另一方面，在判定用基材温度THcpost为基材阈值温度THcth以上的情况和判定用绝缘体温度THipost为绝缘体阈值温度THith以上的情况的至少任一情况下，判定部250不允许EHC通电而禁止EHC通电。
此外，在禁止EHC通电的情况下，在该行程结束之前，或者，至少在基材温度THc和绝缘体温度THi变为分别小于基材阈值温度THcth和绝缘体阈值温度THith之前，将EHC继电器R1、R2维持为断开状态而不进行EHC通电。
在此，将基材阈值温度THcth设定为小于从能够防止催化剂基材的损伤的上限温度（以下，称为“基材容许温度THcmax”）减去由1次EHC通电引起的基材温度增加量ΔTH1而得到的温度。换言之，在基材阈值温度THcth与基材容许温度THcmax之间设定有超过由1次EHC通电引起的基材温度增加量ΔTH1的余裕。因此，即使在基材温度THc小于基材阈值温度THcth时进行1次EHC通电，基材温度THc也不会达到基材容许温度THcmax。
同样，将绝缘体阈值温度THith设定为小于从能够确保绝缘体160的绝缘性的上限温度（以下，称为“绝缘体容许温度THimax”）减去由1次EHC通电引起的绝缘体温度增加量ΔTH2而得到的温度。换言之，在绝缘体阈值温度THith与绝缘体容许温度THimax之间设定有超过由1次EHC通电引起的绝缘体温度增加量ΔTH2的余裕。因此，即使在绝缘体温度THi小于绝缘体阈值温度THith时进行1次EHC通电，绝缘体温度THi也不会达到绝缘体容许温度THimax。
图5是表示基材温度THc和绝缘体温度THi的时间变化的一例的图。使用图5，对ECU200的是否允许EHC通电的决定方法进行说明。
ECU200在处于Ready-ON状态的时刻t11接收到IG断开信号时，将时刻t11的基材温度THc和绝缘体温度THi分别存储为基材初始温度THcpre和绝缘体初始温度THipre。
当在之后的时刻t12切换为Ready-OFF状态时，开始停止时间Tdead的计测。
基材温度THc和绝缘体温度THi随着时间的经过而逐渐降低。在图5所示的例子中，在时刻t13以后绝缘体温度THi变得小于绝缘体阈值温度THith，成为即使进行1次ECU通电也能够确保绝缘性的状态（绝缘体温度THi不超过基材容许温度THcmax的状态）。并且，在时刻t14以后，基材温度THc变得进一步小于基材阈值温度THcth，成为即使进行1次ECU通电也能够保护催化剂基材的状态（基材温度THc不超过基材容许温度THcmax的状态）。因此，只要在时刻t14以后，即使进行1次EHC通电也能够实现绝缘确保和基材保护这两方。在本实施例中，将这样的状态设为能够进行EHC通电的状态。
在时刻t15当ECU200接收到IG接通信号时，ECU200根据基材初始温度THcpre、绝缘体初始温度THipre、停止时间Tdead，使用上述式（1）、（2）来推定判定用基材温度THcpost和判定用绝缘体温度THipost。并且，在图5所示的例子中，由于在时刻t15判定用基材温度THcpost小于基材阈值温度THcth且判定用绝缘体温度THipost小于绝缘体阈值温度THith，所以允许EHC通电。
图6是表示用于实现上述推定部210、存储部220、计测部230的功能的ECU200的处理步骤的流程图。图6所示的流程图在处于Ready-ON状态时以预定周期反复执行。
在步骤（以下，将步骤省略为“S”）10中，ECU200对是否接收到IG断开信号进行判定。
在未接收到IG断开信号的情况下（在S10中为“否”），ECU200在S11中例如根据监视传感器120的检测结果来推定Ready-ON状态下的基材温度THc和绝缘体温度THi。
另一方面，在接收到IG断开信号的情况下（在S10中为“是”），ECU200在S12中将接收到IG断开信号时的基材温度THc和绝缘体温度THi分别存储为基材初始温度THcpre和绝缘体初始温度THipre。
然后，ECU200在S13中使SMR71断开而使得成为Ready-OFF状态，并且在S14中开始停止时间Tdead的计测。此外，停止时间Tdead的计测持续到接着切换为Ready-ON状态为止。
图7是表示用于实现上述推定部240、判定部250的功能的ECU200的处理步骤的流程图。图7所示的流程图在ECU200启动时（从Ready-OFF状态向Ready-ON状态切换时）执行。
在S20中，ECU200分别推定与停止时间Tdead对应的基材温度降低量ΔTHc和绝缘体温度降低量ΔTHi。
在S21中，ECU200使用上述式（1）、（2）来推定判定用基材温度THcpost和判定用绝缘体温度THipost。
在S22中，ECU200对判定用基材温度THcpost是否小于基材阈值温度THcth进行判定。
在S23中，ECU200对判定用绝缘体温度THipost是否小于绝缘体阈值温度THith进行判定。
在判定用基材温度THcpost小于基材阈值温度THcth（在S22中为“是”）且判定用绝缘体温度THipost小于绝缘体阈值温度THith（在S23中为“是”）的情况下，ECU200允许EHC通电。
另一方面，在判定用基材温度THcpost为基材阈值温度THcth以上的情况（在S22中为“否”）和判定用绝缘体温度THipost为绝缘体阈值温度THith以上的情况（在S23中为“否”）的至少任一情况下，ECU200不允许EHC通电而禁止EHC通电。
以上，本实施例的ECU200根据即将向Ready-OFF状态切换之前的绝缘体初始温度THipre和作为Ready-OFF状态的持续时间的停止时间Tdead来推定接着刚向Ready-ON状态切换之后的判定用绝缘体温度THipost。并且，ECU200在判定用绝缘体温度THipost小于绝缘体阈值温度THith的情况下允许EHC通电，否则禁止EHC通电。因此，能够在确保EHC140的绝缘性的同时利用来自电池70的高电压的电力进行EHC通电。另外，通过应用本发明，能够采用容许温度比较低的绝缘体作为绝缘体160，因而也能够实现绝缘体160的低成本化。
进而，在本实施例中，不仅能够确保EHC140的绝缘性，还能够保护催化剂基材。即，本实施例的ECU200在判定用绝缘体温度THipost小于绝缘体阈值温度THith且判定用基材温度THcpost小于基材阈值温度THcth的情况下允许EHC通电，否则禁止EHC通电。因此，不仅能够确保EHC140的绝缘性，还能够实现催化剂基材的保护。
此外，在本实施例中，基于基材温度THc和绝缘体温度THi这两方来决定是否允许EHC通电，但也可以仅基于绝缘体温度THi来决定是否允许EHC通电。
应该认为，本次公开的实施例在所有方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述说明来限定，而是由权力要求的范围来限定，意在包含与权利要求等同的含义以及权利要求范围内的所有变更。
标号的说明
1车辆，2IG开关，10发动机，20第1MG，30第2MG，40动力分配装置，50减速器，60PCU，61转换器，62、63逆变器，64、65平滑电容器，66放电电阻，70电池，80驱动轮，100切换装置，120监视传感器，130排气通路，150框体，160绝缘体，200EUC，210、240推定部，220存储部，230计测部，250判定部，NL1负极线，NLehc负极分支线，PL1、PL2正极线，PLehc正极分支线，R1、R1EHC继电器。

Claims (5)

1.一种车辆，能够利用马达和发动机的至少任一方的动力进行行驶，所述车辆具备：
蓄电装置，其蓄积用于驱动所述马达的电力；
催化剂装置，其构成为能够使用所述蓄电装置的电力来对催化剂基材进行电加热，所述催化剂基材固定有净化所述发动机的排气的催化剂；
绝缘体，其设置在所述催化剂装置与收容所述催化剂装置的框体之间，将两者电绝缘；以及
控制装置，其控制所述催化剂装置的通电，
所述控制装置根据所述绝缘体的温度来决定是否允许所述催化剂装置的通电，
所述控制装置根据所述车辆即将向不能行驶状态切换之前的绝缘体初始温度和作为不能行驶状态的持续时间的停止时间，将所述车辆刚从不能行驶状态切换为能够行驶状态之后的所述绝缘体的温度推定为判定用绝缘体温度，在所述判定用绝缘体温度小于绝缘体阈值温度的情况下允许所述催化剂装置的通电，在所述判定用绝缘体温度为所述绝缘体阈值温度以上的情况下不允许所述催化剂装置的通电。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述绝缘体阈值温度被设定为小于从能够确保所述绝缘体的绝缘性的绝缘体容许温度减去对所述催化剂装置通电了预定时间时的所述绝缘体的温度增加量而得到的温度。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述控制装置将所述车辆刚从所述不能行驶状态切换为所述能够行驶状态之后的所述催化剂基材的温度推定为判定用基材温度，在所述判定用绝缘体温度小于所述绝缘体阈值温度且所述判定用基材温度小于基材阈值温度的情况下允许所述催化剂装置的通电，在所述判定用绝缘体温度为所述绝缘体阈值温度以上的情况和所述判定用基材温度为所述基材阈值温度 以上的情况的至少任一种情况下不允许所述催化剂装置的通电。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中，
所述基材阈值温度被设定为小于从能够防止所述催化剂基材的损伤的基材容许温度减去对所述催化剂装置通电了预定时间时的所述催化剂基材的温度增加量而得到的温度。
5.根据权利要求3所述的车辆，其中，
所述控制装置，
将所述车辆即将从所述能够行驶状态切换为所述不能行驶状态之前的所述绝缘体的温度和所述催化剂基材的温度分别存储为绝缘体初始温度和基材初始温度，
对从所述车辆被切换为所述不能行驶状态起到接着切换为所述能够行驶状态为止的停止时间进行计测，
在所述车辆接着切换为所述能够行驶状态之后，紧接着使用所述绝缘体初始温度和所述停止时间来推定所述判定用绝缘体温度，并且使用所述基材初始温度和所述停止时间来推定所述判定用基材温度。
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