DE102019215934A1

DE102019215934A1 - Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019215934A1
Application number: DE102019215934.6A
Authority: DE
Inventors: Kei Takachiho
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-04-23
Also published as: JP2020063712A

Abstract

Eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung beinhaltet eine Signalerzeugungseinheit (8), eine Spannungserfassungseinheit (9), die eine an einen Katalysator gelegte Spannung erfasst, eine Stromerfassungseinheit (10), die einen im Katalysator fließenden Strom erfasst, und eine Temperaturschätzeinheit (11). Die Signalerzeugungseinheit erzeugt ein Erfassungssignal mit einer Spannung, die niedriger ist als eine Ausgangsspannung einer Energieversorgungseinheit (3), die den Katalysator mit Energie versorgt, und gibt das Erfassungssignal an den Katalysator. Die Temperaturschätzeinheit erfasst einen Gleichstromwiderstand des Katalysators basierend auf einer Erfassungsspannung und einem Erfassungsstrom in einer Erfassungsperiode, in der das Erfassungssignal an den Katalysator gegeben und die Energiezufuhr des Katalysators durch die Energieversorgungseinheit gestoppt wird, und schätzt eine Temperatur des Katalysators basierend auf dem Gleichstromwiderstand. Die Signalerzeugungseinheit schaltet die Spannung oder den Strom des Erfassungssignals in mehreren Stufen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung, die eine Temperatur eines elektrisch beheizbaren Katalysators berechnet, der das Abgas eines in einem Fahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors reinigt.
Üblicherweise verfügt ein Fahrzeug, das mit einem elektrisch beheizbaren Katalysator zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors ausgestattet ist, über ein EHC-System (EHC = Electrically-Heated Catalyst / elektrisch beheizbarer Katalysator), das ein System zur Regelung einer Temperatur des Katalysators ist. Im Folgenden ist der elektrisch beheizbare Katalysator auch als EHC bezeichnet. Das EHC-System ist mit einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung zum Berechnen der Temperatur des EHC, wie beispielsweise in der JP 2011-231709 A offenbart, ausgestattet, um eine Steuerung zum schnellen Erhöhen der Temperatur des EHC auf eine gewünschte Soll-Temperatur zu realisieren.
Es ist bekannt, dass die Temperatur des EHC mit einem Gleichstromwiderstand (DC-Widerstand) des EHC korreliert. Im Folgenden ist der Gleichstromwiderstand auch als eine elektrische Eigenschaft bezeichnet. In der herkömmlichen Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung werden ein im EHC fließender Strom und eine an den EHC gelegte Spannung in einer Periode gemessen, in der eine hohe Spannung an den EHC gelegt wird. Anschließend wird, in der herkömmlichen Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung, die elektrische Eigenschaft des EHC aus den Messwerten des Stroms und der Spannung berechnet und die Temperatur des EHC basierend auf der elektrischen Eigenschaft geschätzt.
So weist beispielsweise ein Elektrofahrzeug wie ein Hybridfahrzeug eine Hochspannungsbatterie auf, wobei der EHC von der Hochspannungsbatterie mit Energie versorgt wird. In diesem Fall wird ein Hochspannungsrauschen, das durch den Betrieb eines von der Hochspannungsbatterie mit Energie versorgten Inverters und eines vom Inverter angesteuerten Motors erzeugt wird, einem Ausgang der Hochspannungsbatterie überlagert. Daher können, unter solchen Umständen, Fehler bei der Messung des Stroms und der Spannung durch die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung durch den Einfluss des Hochspannungsrauschens groß werden, wodurch die Genauigkeit der Temperaturberechnung abnehmen kann.
Um den Einfluss eines solchen Hochspannungsrauschens auf die Messergebnisse von Strom und Spannung durch die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung zu eliminieren, ist es beispielsweise denkbar, dass eine Mittelwertbildung, die beispielsweise mit einem Batterieüberwachungs-IC (IC = Integrated Circuit / integrierte Schaltung) realisiert wird, für mehrere Sekunden ausgeführt wird. Wenn solch eine Mittelwertbildung jedoch im EHC-System erfolgt, kann sich eine für die Berechnung der EHC-Temperatur erforderliche Zeit verlängern, um einen Ausfall der Temperaturregelung zu verursachen, was es schwierig macht, die Sicherheit des Systems zu gewährleisten.
Die vorliegende Offenbarung ist angesichts der obigen Umstände geschaffen worden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Temperatur eines elektrisch beheizbaren Katalysators mit hoher Genauigkeit berechnen und die Reaktionsfähigkeit verbessern kann.
Eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient zum Berechnen einer Temperatur eines Katalysators, der das Abgas eines in einem Fahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors reinigt und Wärme durch Energiezufuhr erzeugt, und weist eine Signalerzeugungseinheit, eine Spannungserfassungseinheit, eine Stromerfassungseinheit und eine Temperaturschätzeinheit auf. Die Signalerzeugungseinheit ist konfiguriert, um eine Energieversorgung von einer Energiequelle mit Bezug auf eine Karosseriemasse des Fahrzeugs als ein Standard zu empfangen, ein Erfassungssignal mit einer Spannung zu erzeugen, die niedriger ist als eine Ausgangsspannung einer Energieversorgungseinheit zur Energieversorgung des Katalysators, und das Erfassungssignal an den Katalysator zu geben. Der Signalerzeugungseinheit weist eine Isoliereinheit auf, die eine Isolierung zwischen einem Ausgangsknoten des Erfassungssignals und der Energiequelle vornimmt. Die Spannungserfassungseinheit ist konfiguriert, um eine an den Katalysator gelegte Spannung zu erfassen. Die Stromerfassungseinheit ist konfiguriert, um einen im Katalysator fließenden Strom zu erfassen. Die Temperaturschätzeinheit ist konfiguriert, um einen Gleichstromwiderstand des Katalysators basierend auf einem Wert der Spannung, die durch die Spannungserfassungseinheit erfasst wird, und einem Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, in einer Erfassungsperiode zu erfassen, wenn das Erfassungssignal an den Katalysator gegeben wird, und eine Temperatur des Katalysators basierend auf dem Gleichstromwiderstand zu schätzen. Die Erfassungsperiode ist eine Periode, in der die Energiezufuhr des Katalysators durch die Energieversorgungseinheit gestoppt ist. Die Signalerzeugungseinheit ist in der Lage, die Spannung oder den Strom des Erfassungssignals in mehreren Stufen zu schalten.
In der obigen Konfiguration werden die an den Katalysator gelegte Spannung und der im Katalysator fließende Strom in der Erfassungsperiode erfasst, in der das Erfassungssignal mit der Spannung, die niedriger ist als die Ausgangsspannung der Energieversorgungseinheit zur Energieversorgung des Katalysators, an den Katalysator gegeben wird. So werden gemäß der obigen Konfiguration auch in einem Fall, in dem der Ausgangsspannung der Energieversorgungseinheit Hochspannungsrauschen überlagert ist, Fehler bei der Erfassung der Spannung und des Stroms infolge des Einflusses der Überlagerung nicht groß. Daher ist es in der obigen Konfiguration möglich, die Genauigkeit der Temperaturschätzung in vorteilhafter Weise aufrechtzuerhalten, ohne die Mittelwertbildung für mehrere Sekunden vorzunehmen. Ferner ist in diesem Fall die oben beschriebene Erfassungsperiode eine Periode, in der die Energiezufuhr des Katalysators durch die Energieversorgungseinheit gestoppt ist. Gemäß einer solchen Konfiguration kann der Einfluss des Hochspannungsrauschens auf die Erfassungsergebnisse der Spannung und des Stroms weiter reduziert werden, so dass die Fehler bei der Erfassung von Spannung und Strom noch kleiner gehalten werden können.
So ist es gemäß der obigen Konfiguration möglich, einen hervorragenden Effekt zu erzielen, dass die Temperatur des elektrisch beheizbaren Katalysators mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann und eine Reaktionsfähigkeit verbessert werden kann. Gemäß dem EHC-System, das die Temperatur des Katalysators unter Verwendung der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung steuert, die solch einen Effekt ausübt, wird die Regelung der Temperatur unabhängig von einem Betriebszustand oder einer Startbedingung realisiert, und trägt damit zur Verbesserung der Abgasemission des Fahrzeugs bei. Insbesondere in einem EHC-System, das die Temperatur des Katalysators in kürzerer Zeit auf eine Soll-Temperatur anheben muss, um eine Null-Emission zu erreichen, ist die Temperaturregelung mit höherer Reaktionsfähigkeit erforderlich, und damit steigt der Vorteil bei der Verwendung der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung mit der obigen Konfiguration.
Aus Sicht der Einhaltung der Vorschriften zur Fahrzeugisolierung ist es notwendig, die Energieversorgungseinheit, die den Katalysator mit einer relativ hohen Spannung versorgt, von der Karosseriemasse des Fahrzeugs zu isolieren. Daher weist die Signalerzeugungseinheit in der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung mit der obigen Konfiguration eine Isoliereinheit auf, die eine Isolierung zwischen dem Ausgangsknoten des Erfassungssignals und der Energiequelle mit Bezug auf die Karosseriemasse des Fahrzeugs vornimmt. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Isolierung zwischen dem mit dem Ausgangsknoten des Erfassungssignals verbundenen Katalysator und damit der Energieversorgungseinheit und der Karosseriemasse des Fahrzeugs zu gewährleisten.
In der obigen Konfiguration ist zur Erfassung des im Katalysator fließenden Stroms im Allgemeinen ein Erfassungswiderstand in Reihe in eine Signalleitung vom Ausgangsknoten des Erfassungssignals zum Katalysator geschaltet. In der Annahme, dass die Signalerzeugungseinheit konfiguriert ist, um keine Isoliereinheit aufzuweisen, ist es notwendig, als den Erfassungswiderstand, einen mit einem Widerstandswert zu verwenden, der hoch genug ist, um die Vorschriften über die Isolierung zu erfüllen. Die Verwendung eines Erfassungswiderstandes mit einem relativ hohen Widerstandswert kann folgendes Problem hervorrufen.
D.h., die Spannung, die in der Erfassungsperiode an den Katalysator gelegt wird, ist eine Spannung, die durch Teilen der Spannung des Erfassungssignals durch den Widerstandswert des Erfassungswiderstands und den Gleichstromwiderstand des Katalysators erhalten wird. Folglich können, wenn der Widerstandswert des Erfassungswiderstands hohen ist, die an den Katalysator gelegte Spannung und der im Katalysator fließende Strom in der Erfassungsperiode klein werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit der Spannung durch die Spannungserfassungseinheit und die Erfassungsgenauigkeit des Stroms durch die Stromerfassungseinheit abnehmen können. Demgegenüber kann für den Fall, dass die Signalerzeugungseinheit, wie in der obigen Konfiguration, die Isoliereinheit aufweist, der Widerstandswert des Erfassungswiderstands bei einem geringen Wert gehalten werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit der Spannung und des Stroms erhöht werden kann.
In der obigen Konfiguration kann eine Schaltenergiequelle in der Energieversorgungseinheit verwendet werden, um z.B. die Schaltung zu vereinfachen. Eine solche Schaltenergiequelle ist mit einer Freilaufdiode versehen, die antiparallel zu einem Schaltelement, wie beispielsweise einem IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), geschaltet ist, und zwar aus der Sicht des Schaltungsschutzes, beispielsweise vor einer Überspannung. Wenn eine solche Konfiguration als die Energieversorgungseinheit verwendet wird, kann das folgende Problem auftreten. D.h., in der Regel fließt in der Diode ein gegenläufiger Sperrstrom, d.h. ein Sperrstrom, der von der Kathode zur Anode fließt. Ein solcher gegenläufiger Sperrstrom nimmt mit steigender Temperatur zu.
Die Überspannung nimmt zu, wenn der Abstand eines Kabelstranges zur Verbindung zwischen dem Ausgang der Schaltenergiequelle und dem Katalysator zunimmt, und daher wird die Schaltung der Schaltenergiequelle oft in der Nähe des Katalysators, und zwar in der Nähe des Verbrennungsmotors, montiert. Wenn die Schaltung der Schaltenergiequelle wie beschrieben an der Position in der Nähe des Verbrennungsmotors montiert ist, erhöht sich die Umgebungstemperatur der Freilaufdiode, so dass der durch die Freilaufdiode verursachte gegenläufige Sperrstrom groß wird. Daher fließt in der obigen Konfiguration in der Erfassungsperiode ein relativ hoher gegenläufiger Sperrstrom aufgrund der Freilaufdiode im Katalysator, der zu einem Fehler im Erfassungsergebnis des Stroms durch die Stromerfassungseinheit führen kann.
Obwohl sich der obige gegenläufige Sperrstrom in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, ist die Temperaturänderung relativ langsam und kann daher in der Erfassungsperiode als konstant angenommen werden. Andererseits ist die Signalerzeugungseinheit konfiguriert, um die Spannung oder den Strom des Erfassungssignals in mehreren Stufen schalten zu können. D.h., in diesem Fall ist die Signalerzeugungseinheit konfiguriert, um die Spannung oder den Strom des Erfassungssignals, das an den Katalysator zu geben ist, ändern zu können.
Wenn die Spannung oder der Strom des Erfassungssignals in der Erfassungsperiode geändert wird, ändern sich auch der Wert der von der Spannungserfassungseinheit erfassten Spannung und der Wert des von der Stromerfassungseinheit erfassten Stroms in gleicher Weise wie die oben beschriebene Änderung. Wie vorstehend beschrieben, wird in der Annahme, dass der gegenläufige Sperrstrom in der Erfassungsperiode konstant ist, eine solche Änderung in jedem Erfassungswert nicht durch den gegenläufigen Sperrstrom beeinflusst. Daher ist es gemäß der obigen Konfiguration möglich, den Gleichstromwiderstand des Katalysators genau zu erfassen, ohne durch den gegenläufigen Sperrstrom der Freilaufdiode beeinflusst zu werden, und die Temperatur des Katalysators basierend auf dem Erfassungsergebnis genau zu berechnen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines EHC-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Spannungserfassungseinheit und einer Stromerfassungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Erfassungsverfahrens für den Gleichstromwiderstand gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ein schematisches Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Spannung von jeder Einheit und eines Stroms von jeder Einheit gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung von Inhalten einer im EHC-System ausgeführten Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform;
7 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer isolierten Energiequelle gemäß einer Modifikation;
8 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer isolierten Energiequelle gemäß einer weiteren Modifikation;
9 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
10 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Modifikation eines spezifischen Erfassungsverfahrens für den Gleichstromwiderstand;
11 eine weitere Abbildung zur Veranschaulichung der Modifikation des spezifischen Erfassungsverfahrens für den Gleichstromwiderstand;
12 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
13 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
14 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Erfassungsverfahrens für den Gleichstromwiderstand gemäß der vierten Ausführungsform;
15 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
16 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Erfassungsverfahrens für den Gleichstromwiderstand gemäß der fünften Ausführungsform;
17 eine weitere Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Erfassungsverfahrens für den Gleichstromwiderstand gemäß der fünften Ausführungsform; und
18 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines spezifischen Konfigurationsbeispiels einer Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.

Nachstehend sind mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder der Ausführungsformen sind im Wesentlichen dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht wiederholt beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
<Konfiguration von EHC-System>
Ein in 1 gezeigtes EHC-System 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Hybridfahrzeug, vorgesehen, und führt eine Temperaturregelung so aus, dass ein EHC 2 erwärmt wird und die Temperatur des EHC 2 eine gewünschte Soll-Temperatur annimmt. Der EHC 2 reinigt das Abgas eines in einem Fahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors und ist ein elektrisch beheizbarer Katalysator, der Wärme erzeugt, wenn der EHC 2 mit Energie versorgt wird. Das EHC-System 1 weist eine Energieversorgungseinheit 3, eine Energieversorgungssteuereinheit 4, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 5 und eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 auf. Die Energieversorgungseinheit 3 kann eine Energieversorgung von einer Hochspannungsenergiequelle 7 empfangen, eine Spannung entsprechend der Spannung der Hochspannungsenergiequelle 7 ausgeben und die Ausgangsspannung an den EHC 2 legen.
Die Hochspannungsenergiequelle 7 ist eine Hochspannungsbatterie, die eine relativ hohe Spannung (z.B. mehrere hundert Volt) ausgibt, von den am Fahrzeug montierten Batterien. Im Folgenden ist die von der Energieversorgungseinheit 3 an den EHC 2 gelegte Spannung auch als eine hohe Spannung bezeichnet. Die Energieversorgungseinheit 3 ist als eine Energiequellenschaltung, die mit einem Schaltelement, wie beispielsweise einem IGBT, der in einem Hochspannungsversorgungspfad in Reihe geschaltet wird, d.h. eine Schaltenergiequelle, konfiguriert. Mit einer solchen Konfiguration kann die Energieversorgungseinheit 3 das Anlegen der hohen Spannung an den EHC 2, d.h. die Energiezufuhr des EHC 2, ausführen und stoppen.
Der Betrieb der Energieversorgungseinheit 3, insbesondere das Ausführen und Stoppen der Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3, wird durch die Energieversorgungssteuereinheit 4 gesteuert. Ein von der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 ausgegebenes Temperaturerfassungssignal Sa, das einen geschätzten Temperaturwert des EHC 2 beschreibt, wird an die Energieversorgungssteuereinheit 4 gegeben. Weiterhin wird ein Befehlssignal, beispielsweise zum Anweisen des Timings zum Ausführen und Stoppen der Energiezufuhr des EHC 2, von der ECU 5 an die Energieversorgungssteuereinheit 4 gegeben.
Die Energieversorgungssteuereinheit 4 steuert den Betrieb der Energieversorgungseinheit 3 basierend auf dem geschätzten Temperaturwert des EHC 2, der durch das Temperaturerfassungssignal Sa beschrieben wird, und dem Befehlssignal von der ECU 5. Ferner sendet die Energieversorgungssteuereinheit 4 den geschätzten Temperaturwert des EHC 2 an die ECU 5. Die ECU 5 ist eine Batterie-ECU und eine Verbrennungsmotor-ECU. Die Batterie-ECU ist ein elektronischer Controller mit einer Funktion zum Überwachen der Hochspannungsenergiequelle 7. Die Verbrennungsmotor-ECU ist ein elektronischer Controller, der verschiedene Aktuatoren in integrierter Weise basierend auf verschiedenen Sensorsignalen in verschiedenen Betriebszuständen des Fahrzeugs steuert, um einen Betrieb in einem optimalen Verbrennungsmotorzustand zu realisieren.
Die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 berechnet die Temperatur des EHC 2 und beinhaltet eine Signalerzeugungseinheit 8, eine Spannungserfassungseinheit 9, eine Stromerfassungseinheit 10, eine Temperaturschätzeinheit 11, eine Energieversorgungssteuereinheit 12 und eine Rückstromverhinderungseinheit 13. Die Signalerzeugungseinheit 8 kann von einer Niederspannungsenergiequelle 14 mit Energie versorgt werden, ein Erfassungssignal mit einer Spannung unterhalb der Ausgangsspannung der Energieversorgungseinheit 3 erzeugen und das Erfassungssignal an den EHC 2 geben. Die Signalerzeugungseinheit 8 ist in der Lage, die Spannung des Erfassungssignals in mehreren Stufen zu schalten. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Signalerzeugungseinheit 8 konfiguriert, um die Spannung des Erfassungssignals auf zwei Stufen schalten zu können, die eine erste Stufe und eine zweite Stufe sind.
Im Folgenden ist eine Spannung auf der ersten Stufe auch als eine erste Spannung bezeichnet und eine Spannung auf der zweiten Stufe auch als eine zweite Spannung bezeichnet. In diesem Fall ist das Verhältnis zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung „erste Spannung < zweite Spannung“. Die Energieversorgungssteuereinheit 12 steuert die Abläufe der Signalerzeugungseinheit 8, insbesondere Abläufe wie das Bestimmen, ob ein Erfassungssignal an den EHC 2 zu geben ist, und das Schalten der Spannung des Erfassungssignals. Die Energieversorgungssteuereinheit 12 steuert jeden der obigen Abläufe basierend beispielsweise auf einem von der Energieversorgungssteuereinheit 4 bereitgestellten Signal.
Der Signalerzeugungseinheit 8 weist eine Isoliereinheit 8a auf, die eine Isolierung zwischen dem Ausgangsknoten des Erfassungssignals und der Niederspannungsenergiequelle 14 vornimmt. Die Niederspannungsenergiequelle 14 ist eine Niederspannungsbatterie, die unter den am Fahrzeug angebrachten Batterien eine relativ niedrige Spannung (beispielsweise 12 V, 24 V und dergleichen) abgibt. Die Niederspannungsenergiequelle 14 ist eine Energiequelle mit Bezug auf die Karosseriemasse des Fahrzeugs als ein Standard.
Die Spannungserfassungseinheit 9 erfasst die an den EHC 2 gelegte Spannung. Ein Spannungserfassungssignal Sb, das den Erfassungswert der Spannung beschreibt, der von der Spannungserfassungseinheit 9 ausgegeben wird, wird an die Temperaturschätzeinheit 11 gegeben. Die Stromerfassungseinheit 10 erfasst einen im EHC 2 fließenden Strom. Ein Stromerfassungssignal Sc, das den Erfassungswert des Stroms beschreibt, der von der Stromerfassungseinheit 10 ausgegeben wird, wird an die Temperaturschätzeinheit 11 gegeben. Die Temperaturschätzeinheit 11 schätzt die Temperatur des EHC 2 basierend auf dem Spannungserfassungssignal Sb und dem Stromerfassungssignal Sc.
Insbesondere berechnet die Temperaturschätzeinheit 11 den Gleichstromwiderstand des EHC 2 basierend auf dem Erfassungswert der Spannung, die durch das Spannungserfassungssignal Sb beschrieben wird, und dem Erfassungswert des Stroms, der durch das Stromerfassungssignal Sc beschrieben wird, in der Erfassungsperiode, wenn das Erfassungssignal an den EHC 2 gegeben wird. Im Folgenden ist der Gleichstromwiderstand auch als eine elektrische Eigenschaft bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Temperaturschätzeinheit 11 als eine Betriebssteuereinheit konfiguriert, zusammen mit den Energieversorgungssteuereinheiten 4, 12. Eine solche Betriebssteuereinheit besteht aus einem Mikrocomputer mit einer zentralen Recheneinheit (CPU), einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) und dergleichen. Die Temperaturschätzeinheit 11 und die Energieversorgungssteuereinheiten 4, 12 werden durch die CPU der Betriebs-/Steuereinheit realisiert, die ein im ROM oder dergleichen gespeichertes Programm ausführt, und zwar durch Software realisiert.
Die Temperatur des EHC 2 hängt von den Spezifikationen des EHC 2 ab, ist jedoch mit der elektrischen Eigenschaft des EHC 2 korreliert. Die Temperaturschätzeinheit 11 speichert eine Tabelle, die die Korrelation zwischen der Temperatur des EHC 2 und der elektrischen Eigenschaft darstellt. Die Temperaturschätzeinheit 11 schätzt die Temperatur des EHC 2 basierend auf der gemäß obiger Beschreibung berechneten elektrischen Eigenschaft und der Tabelle. Das Temperaturerfassungssignal Sa, das den Schätzwert der Temperatur darstellt, der von der Temperaturschätzeinheit 11 ausgegeben wird, wird, wie vorstehend beschrieben, an die Energieversorgungssteuereinheit 4 gegeben.
In der obigen Konfiguration können sowohl die Energieversorgungseinheit 3, die von der Hochspannungsenergiequelle 7 mit Energie versorgt wird, als auch die Signalerzeugungseinheit 8, die von der Niederspannungsenergiequelle 14 mit Energie versorgt wird, eine Spannung an den EHC 2 legen. Dementsprechend besteht eine Möglichkeit, dass in einer Periode, wenn die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 erfolgt, ein Strom von der Energieversorgungseinheit 3 zur Signalerzeugungseinheit 8 fließt. Die Rückstromverhinderungseinheit 13 ist vorgesehen, um einen Rückstrom zu verhindern, der dem oben beschriebenen Strom entspricht.
<Spezifische Konfiguration von Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung>
Als eine spezifische Konfiguration der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 mit der vorstehend beschriebenen Funktion kann beispielsweise eine in 2 gezeigte Konfiguration angewandt werden. In der in 2 gezeigten Konfiguration ist die Signalerzeugungseinheit 8 konfiguriert, um eine Gleichspannung (DC-Spannung) als ein Erfassungssignal erzeugen und die Gleichspannung an den EHC 2 legen zu können. Weiterhin ist die Signalerzeugungseinheit 8 konfiguriert, um den Spannungswert der Gleichspannung als das Erfassungssignal in zwei Stufen schalten zu können. In diesem Fall steuert die Energieversorgungssteuereinheit 12 das Ausführen und das Stoppen des Anlegens der Gleichspannung durch die Signalerzeugungseinheit 8 und das Schalten des Spannungswertes der Gleichspannung.
Die Signalerzeugungseinheit 8 beinhaltet eine isolierte Energiequelle 15, Widerstände 16 bis 18, ein Schaltelement 19, das beispielsweise ein n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist, und einen Operationsverstärker (OP) 20. Die isolierte Energiequelle 15 ist ein isolierter DC/DC-Wandler, der eine von der Niederspannungsenergiequelle 14 über die Energieversorgungsleitungen L1 und L2 bereitgestellte Gleichspannung VB in eine Gleichspannung Vd mit einem beliebigen Spannungswert wandelt und die Gleichspannung Vd über die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 ausgibt. Es ist zu beachten, dass die Energieversorgungsleitung L2 mit der Karosseriemasse des Fahrzeugs verbunden ist. Ferner ist das Potential der Energieversorgungsleitung L4 das Referenzpotential des EHC-Systems 1 mit der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6. Die isolierte Energiequelle 15 beinhaltet beispielsweise einen Transformator 21, ein Schaltelement 22, das ein n-Kanal-MOSFET ist, eine Diode 23 und einen Kondensator 24.
Der Transformator 21 dient als die vorstehend beschriebene Isoliereinheit 8a und beinhaltet eine Primärwicklung 21a und eine Sekundärwicklung 21b. Ein Anschluss der Primärwicklung 21a ist mit der Energieversorgungsleitung L1 verbunden, und der andere Anschluss ist mit dem Drain des Schaltelements 22 verbunden. Die Source des Schaltelements 22 ist mit der Energieversorgungsleitung L2 verbunden. Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, wird ein von der Energieversorgungssteuereinheit 12 erzeugtes Gate-Ansteuersignal an das Gate des Schaltelements 22 gegeben. Das Schaltelement 22 wird mit einer vorbestimmten Frequenz, d.h. in Übereinstimmung mit dem Gate-Ansteuersignal, ein- oder ausgeschaltet.
Ein Anschluss der Sekundärwicklung 21b ist über die Diode 23 in Durchlassrichtung mit der Energieversorgungsleitung L3 verbunden, und der andere Anschluss der Sekundärwicklung 21b ist mit der Energieversorgungsleitung L4 verbunden. Der Kondensator 24 ist zwischen die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 geschaltet. In der isolierten Energiequelle 15 mit der obigen Konfiguration wird die Gleichspannung Vd durch den Schaltbetrieb des Schaltelements 22 erzeugt.
Die Widerstände 16, 17 sind zwischen die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 in Reihe geschaltet. Der Drain des Schaltelements 19 ist über den Widerstand 18 mit einem Knoten N1 verbunden, der der Verbindungsknoten der Widerstände 16, 17 ist. Die Source des Schaltelements 19 ist mit der Energieversorgungsleitung L4 verbunden. Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, wird ein von der Energieversorgungssteuereinheit 12 erzeugtes Gate-Ansteuersignal an das Gate des Schaltelements 19 gegeben. Das Schaltelement 19 wird gemäß dem Gate-Ansteuersignal ein- oder ausgeschaltet.
Der Operationsverstärker 20 arbeitet nach Empfang der Gleichspannung Vd, die über die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 zugeführt wird. Der Operationsverstärker 20 verfügt über einen invertierenden Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss, die miteinander verbunden sind, und dient als ein Spannungsfolger. Die Spannung des Knotens N1 wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 20 gelegt. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 20 ist mit einem Knoten N2 verbunden, der ein Ausgangsknoten des Erfassungssignals in der Signalerzeugungseinheit 8 ist. Daher entspricht in der gemäß obiger Beschreibung konfigurierten Signalerzeugungseinheit 8 die vom Operationsverstärker 20 ausgegebene Gleichspannung dem Erfassungssignal.
In der obigen Konfiguration ist, wenn das Schaltelement 19 ein- bzw. leitend geschaltet ist, die Spannung des Knotens N1 und damit die vom Operationsverstärker 20 ausgegebene Gleichspannung eine Spannung, die durch Teilen der Gleichspannung Vd mit einem Spannungsteilungsverhältnis erhalten wird, das durch den Widerstandswert des Widerstands 16 und einen parallelen kombinierten Widerstandswert des Widerstands 17 und des Widerstands 18 bestimmt wird. Weiterhin ist in der obigen Konfiguration, wenn das Schaltelement 19 ausgeschaltet bzw. gesperrt ist, die Spannung des Knotens N1 und damit die vom Operationsverstärker 20 ausgegebene Gleichspannung eine Spannung, die durch Teilen der Gleichspannung Vd mit einem Spannungsteilungsverhältnis erhalten wird, das durch den Widerstandswert des Widerstands 16 und den Widerstandswert des Widerstands 17 bestimmt wird.
In diesem Fall entspricht die Spannung des Knotens N1 zu der Zeit, wenn das Schaltelement 19 eingeschaltet ist, der oben beschriebenen ersten Spannung, und entspricht die Spannung des Knotens N1 zu der Zeit, wenn das Schaltelement 19 ausgeschaltet ist, der oben beschriebenen zweiten Spannung. In der obigen Konfiguration wird somit, wie vorstehend beschrieben, die als das Erfassungssignal dienende Gleichspannung in zwei Stufen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, die höher als die erste Spannung ist, geschaltet. Der Wert der ersten Spannung und der Wert der zweiten Spannung werden entsprechend den durch die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände 16 bis 18 bestimmten Spannungsteilungsverhältnissen auf Sollwerte eingestellt. In der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Signalerzeugungseinheit 8 gewährleistet der als die Isoliereinheit 8a dienende Transformator 21 die Isolierung von der Niederspannungsenergiequelle 14 mit Bezug auf die Karosseriemasse des Fahrzeugs als der Standard.
In der Konfiguration von 2 ist zur Erfassung des im EHC 2 fließenden Stroms ein in Reihe geschalteter Erfassungswiderstand 25 in der Signalleitung vom Knoten N2 der Signalerzeugungseinheit 8 zum EHC 2 vorgesehen. Insbesondere ist ein Anschluss des Erfassungswiderstands 25 mit dem Knoten N2 verbunden und der andere Anschluss mit einem Knoten N3 verbunden. Der Knoten N3 ist mit einer Anode einer Diode 26 verbunden, die als die vorstehend beschriebene Rückstromverhinderungseinheit 13 dient. Die Kathode der Diode 26 ist mit einem Knoten N4 verbunden. D.h., die Diode 26 ist so zwischen die Energieversorgungseinheit 3 und die Signalerzeugungseinheit 8 geschaltet, dass die Anode der Diode 26 mit der Signalerzeugungseinheit 8 verbunden ist. Der EHC 2 wird zwischen den Knoten N4 und einen mit der Energieversorgungsleitung L4 verbundenen Knoten N5 geschaltet.
Die Spannungserfassungseinheit 9 empfängt die Spannung des Knotens N4 entsprechend einem Verbindungsknoten zwischen der Diode 26 und dem EHC 2. Die Spannungserfassungseinheit 9 erfasst die an den EHC 2 gelegte Spannung basierend auf der Spannung des Knotens N4. Genauer gesagt, erfasst die Spannungserfassungseinheit 9 die an den EHC 2 gelegte Spannung basierend auf der Spannung des Knotens N4 mit Bezug auf das Potential der Energieversorgungsleitung L4, d.h. die Spannung zwischen dem Knoten N4 und dem Knoten N5. Jede Anschlussspannung des Erfassungswiderstands 25 wird an die Stromerfassungseinheit 10 gelegt. Die Stromerfassungseinheit 10 erfasst dem im EHC 2 fließenden Strom basierend auf der Differenz zwischen den Anschlussspannungen des Erfassungswiderstands 25.
In der obigen Konfiguration ist die Energieversorgungseinheit 3 eine Schaltenergiequelle mit Schaltelementen 27, 28, wie beispielsweise IGBTs. In diesem Fall sind die Freilaufdioden aus Sicht des Schaltungsschutzes vor einer Überspannung und dergleichen antiparallel zu den Schaltelementen 27, 28 geschaltet. Im Folgenden ist die Freilaufdiode mit FWD abgekürzt. Der Kollektor des Schaltelements 27 ist mit dem Anschluss auf der Seite hohen Potentials der Hochspannungsenergiequelle 7 verbunden, und der Emitter des Schaltelements 27 ist mit dem Knoten N4 verbunden.
Der Emitter des Schaltelements 28 ist mit dem Anschluss auf der Seite niedrigen Potentials der Hochspannungsenergiequelle 7 verbunden, und der Kollektor des Schaltelements 28 ist mit dem Knoten N5 verbunden. Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, wird ein von der Energieversorgungssteuereinheit 4 erzeugtes Gate-Ansteuersignal an das Gate jedes Schaltelements 27, 28 gegeben. Die Schaltelemente 27, 28 werden im Ansprechen auf das Gate-Ansteuersignal ein- oder ausgeschaltet. Bei einer solchen Konfiguration steuert die Energieversorgungssteuereinheit 4 die Ausführung und das Stoppen der Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3. In diesem Fall führt die Energieversorgungssteuereinheit 4 die Ein-Steuerung der Schaltelemente 27, 28 zur Zeit der Ausführung der Energiezufuhr des EHC 2 aus und die Aus-Steuerung der Schaltelemente 27, 28 zur Zeit des Stopps der Energiezufuhr des EHC 2 aus.
Die Energieversorgungssteuereinheit 4 gibt ein Signal an die Energieversorgungssteuereinheit 12 aus, das einen solchen Zustand der Energiezufuhr des EHC 2 darstellt, d.h. ob die Energiezufuhr erfolgt. Die Energieversorgungssteuereinheit 12 steuert den Betrieb des Schaltelements 22 der isolierten Energiequelle 15 basierend auf dem obigen Signal oder dergleichen von der Energieversorgungssteuereinheit 4. Insbesondere steuert die Energieversorgungssteuereinheit 12 den Betrieb des Schaltelements 22 in der isolierten Energiequelle 15 so, dass die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 20 in der Periode an den EHC 2 gelegt wird, in der die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestoppt ist. Daher ist die Erfassungsperiode, in der das Erfassungssignal an den EHC 2 gelegt wird, in der vorliegenden Ausführungsform eine Periode, in der die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestoppt ist.
<Spezifische Konfiguration von Spannungserfassungseinheit und Stromerfassungseinheit>
Als eine spezifische Konfiguration der Spannungserfassungseinheit 9 und der Stromerfassungseinheit 10 kann beispielsweise eine in 3 gezeigte Konfiguration angewandt werden. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet die Spannungserfassungseinheit 9 eine Verstärkerschaltung 29, einen Tiefpassfilter (TPF) 30 und einen Analog-DigitalWandler (ADC) 31.
Die Verstärkerschaltung 29 beinhaltet einen Operationsverstärker 32 und Widerstände 33 und 34. Der Operationsverstärker 32 arbeitet nach Empfang der Gleichspannung Vd, die über die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 zugeführt wird. Die Spannung des Knotens N4, die die zu erfassende Spannung ist, wird über den Widerstand 33 an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 32 gelegt. Ein invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 32 ist über den Widerstand 34 mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 32 verbunden. Gemäß solch einer Konfiguration gibt die Verstärkerschaltung 29 eine Spannung, die durch Verstärken der zu erfassenden Spannung erhalten wird, über den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 32 aus.
Der TPF 30 ist ein RC-Filter (R für Widerstand, C für Kondensator) mit einem Widerstand 35 und einem Kondensator 36. Der Widerstand 35 ist zwischen den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 32 und einen Anschluss des Kondensators 36 geschaltet. Der andere Anschluss des Kondensators 36 ist mit der Energieversorgungsleitung L4 verbunden. Ein Knoten N6, der ein Verbindungsknoten des Widerstands 35 und des Kondensators 36 ist, ist mit einem Eingangsanschluss des ADC 31 verbunden. Der ADC 31 wandelt die Spannung des Knotens N6, d.h. die Ausgangsspannung des TPF 30, in ein digitales Signal und gibt das gewandelt Signal aus. Das vom ADC 31 ausgegebene digitale Signal wird als das Spannungserfassungssignal Sb an die Temperaturschätzeinheit 11 gegeben.
Ferner weist die Stromerfassungseinheit 10, wie in 3 gezeigt, eine Verstärkerschaltung 37, einen TPF 38 und einen ADC 39 auf. Die Verstärkerschaltung 37 beinhaltet einen Operationsverstärker 40 und Widerstände 41 bis 44. Der Operationsverstärker 40 arbeitet nach Empfang der Gleichspannung Vd, die über die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 zugeführt wird. Die Anschlussspannungen des Erfassungswiderstands 25 werden über den Widerstand 41 bzw. den Widerstand 42 an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss und einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 40 gelegt.
Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 40 ist über den Widerstand 43 mit der Energieversorgungsleitung L4 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 40 ist über den Widerstand 44 mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 40 verbunden. Gemäß einer solchen Konfiguration gibt die Verstärkerschaltung 37, über den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 40, eine Spannung aus, die durch Verstärken der Differenzspannung jeder Anschlussspannung des Erfassungswiderstands 25 erhalten wird.
Der TPF 38 ist ein RC-Filter mit einem Widerstand 45 und einem Kondensator 46. Der Widerstand 45 ist zwischen den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 40 und einen Anschluss des Kondensators 46 geschaltet. Der andere Anschluss des Kondensators 46 ist mit der Energieversorgungsleitung L4 verbunden. Ein Knoten N7, der ein Verbindungsknoten des Widerstands 45 und des Kondensators 46 ist, ist mit einem Eingangsanschluss des ADC 39 verbunden. Der ADC 39 wandelt die Spannung des Knotens N7, d.h. die Ausgangsspannung des TPF 38, in ein digitales Signal und gibt das gewandelt Signal aus. Das vom ADC 39 ausgegebene digitale Signal wird als das Stromerfassungssignal Sc an die Temperaturschätzeinheit 11 gegeben.
Am Ausgang der Hochspannungsenergiequelle 7, die eine im Fahrzeug befestigte Hochspannungsbatterie ist, tritt Hochspannungsrauschen auf, das aufgrund des Betriebs eines Inverters (nicht gezeigt), der von der Hochspannungsenergiequelle 7 mit Energie versorgt wird, und eines Motors (nicht gezeigt), der vom Inverter angesteuert wird, erzeugt wird. Die Spannungserfassungseinheit 9 und die Stromerfassungseinheit 10 sind konfiguriert, um die Spannung und den Strom basierend auf der Spannung zu erfassen, der ein solches Hochspannungsrauschen überlagert ist. Daher sind die TPFs 30, 38 zum Entfernen des Einflusses eines solchen Hochspannungsrauschens in der Spannungserfassungseinheit 9 und der Stromerfassungseinheit 10 vorgesehen.
<Erfassungsverfahren für Gleichstromwiderstand R_EHC >
In diesem Fall wird ein EHC mit einer Korrelation zwischen einem Gleichstromwiderstand R_EHC und einer Temperaturen als der EHC 2 verwendet. Die Temperaturschätzeinheit 11 erfasst den Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 basierend auf dem Spannungserfassungssignal Sb und dem Stromerfassungssignal Sc in der obigen Erfassungsperiode und schätzt die Temperatur des EHC 2 basierend auf dem Erfassungsergebnis. In diesem Fall kann jedoch folgendes Problem auftreten, da die Energieversorgungseinheit 3 die Schaltelemente 27, 28 aufweist, die jeweils die FWD aufweisen. D.h., in der Regel fließt in der Diode ein gegenläufiger Sperrstrom, d.h. ein Sperrstrom, der von der Kathode zur Anode fließt. Ein solcher gegenläufiger Sperrstrom nimmt mit steigender Temperatur zu.
Darüber hinaus nimmt die Überspannung zu, wenn der Abstand eines Kabelstranges zur Verbindung zwischen dem Ausgang der Energieversorgungseinheit und dem EHC zunimmt, und daher wird die Schaltung der Schaltenergiequelle oft in der Nähe des EHC 2, d.h. in der Nähe des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise in einem Motorraum, montiert. Wenn die Schaltung der Schaltenergiequelle, wie vorstehend beschrieben, an einer Stelle in der Nähe des Verbrennungsmotors montiert wird, wird die Umgebungstemperatur der FWD hoch, so dass der gegenläufige Sperrstrom durch die FWD zu einem relativ großen Strom in der Größenordnung von beispielsweise mA wird.
So fließt in der obigen Konfiguration in der Erfassungsperiode, in der die Schaltelemente 27, 28 der Energieversorgungseinheit 3 ausgeschaltet sind, ein relativ großer gegenläufiger Sperrstrom I_LEAK aufgrund der FWD im EHC 2, wodurch eine Abweichung zwischen dem Wert des Stroms, der von der Stromerfassungseinheit 10 erfasst wird, und dem Wert des Stroms, der tatsächlich im EHC 2 fließt, entsteht. D.h., in der obigen Konfiguration wird ein Fehler im Erfassungsergebnis des Stroms durch die Stromerfassungseinheit 10 aufgrund des Einflusses des gegenläufigen Sperrstroms I_LEAK erzeugt, was eine Abnahme in der Erfassungsgenauigkeit des Gleichstromwiderstandes R_EHC zur Folge haben kann.
Daher wird der Gleichstromwiderstand R_EHC in der vorliegenden Ausführungsform wie folgt erfasst. D.h., der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK ändert sich, wie vorstehend beschrieben, in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Temperaturänderung ist jedoch relativ langsam, und die für die Temperaturänderung benötigte Zeit beträgt in der Regel z.B. mehrere Sekunden. Im Gegensatz dazu wird die vorstehend beschriebene Erfassungsperiode auf eine relativ kurze Zeit, wie beispielsweise in der Größenordnung von einer Mikrosekunde oder einer Millisekunde, eingestellt, da die Regelung der Temperatur des EHC 2 realisiert werden muss und aus anderen Gründen. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK in der Erfassungsperiode konstant ist.
Die Signalerzeugungseinheit 8 ist konfiguriert, um die Spannung des Erfassungssignals in zwei Stufen schalten zu können. D.h., in diesem Fall kann die an den EHC 2 zu legende Spannung des Erfassungssignals geändert werden. Wenn die Spannung des Erfassungssignals in der Erfassungsperiode geändert wird, ändern sich auch der Wert der von der Spannungserfassungseinheit 9 erfassten Spannung und der Wert des von der Stromerfassungseinheit 10 erfassten Stroms in gleicher Weise wie die oben beschriebene Änderung. Wie vorstehend beschrieben, wird in der Annahme, dass der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK in der Erfassungsperiode konstant ist, eine solche Änderung in jedem Erfassungswert nicht durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK beeinflusst.
Die Temperaturschätzeinheit 11 der vorliegenden Ausführungsform erfasst den Gleichstromwiderstand R_EHC wie folgt, basierend auf dem oben beschriebenen Konzept. D.h., die Temperaturschätzeinheit 11 erfasst den Gleichstromwiderstand R_EHC basierend auf der Differenz zwischen den Werten der von der Spannungserfassungseinheit 9 erfassten Spannung und der Differenz zwischen den Werten des von der Stromerfassungseinheit 10 erfassten Stroms zu der Zeit, wenn die Spannung des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet wird. Im Folgenden ist ein spezifisches Erfassungsverfahren für den Gleichstromwiderstand R_EHC unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
In der folgenden Beschreibung ist, wie in 4 gezeigt, die Spannung des Erfassungssignals, d.h. die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 20, V_OUT ; der Strom des Erfassungssignals, d.h. der Strom, der vom Knoten N2 zum EHC 2 fließt, ist I_OUT ; der Widerstandswert des Erfassungswiderstands 25 ist R_s ; die an den EHC 2 gelegte Spannung ist V_v ; der Strom, der im EHC 2 fließt, ist I_EHC ; und der Spannungsabfall, der durch den im Erfassungswiderstand 25 fließenden Strom I_OUT verursacht wird, d.h. die Spannung über den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 25, ist V_i . In der obigen Konfiguration erfasst die Spannungserfassungseinheit 9 eine der Spannung V_v entsprechende Spannung und erfasst die Stromerfassungseinheit 10 einen der Spannung V_i entsprechenden Strom I_OUT . In diesem Fall wird die folgende Formel (1) aus der Schaltungsgleichung hergeleitet. $V_{v} = R_{EHC} (I_{OUT} + I_{LEAK})$
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 5 gezeigt, die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 20, d.h. die Spannung V_OUT des Erfassungssignals, in einer Periode mit Ausnahme der Erfassungsperiode, d.h. in den Perioden Ta und Tc, in denen die Energiezufuhr des EHC 2 erfolgt, auf die erste Spannung geschaltet. Die Spannung V_OUT des Erfassungssignals wird in einer Periode vom Zeitpunkt t1, der der Startzeitpunkt der Erfassungsperiode ist, bis zum Zeitpunkt t2 in der Mitte der Erfassungsperiode auf die erste Spannung geschaltet gehalten. Daher ist der Strom I_OUT des Erfassungssignals in der Periode vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 ein konstanter erster Strom entsprechend der ersten Spannung.
In diesem Fall wird die Spannung V_OUT des Erfassungssignals zum Zeitpunkt t2 auf die zweite Spannung geschaltet. Die Spannung V_OUT des Erfassungssignals wird für eine Periode vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3, der der Endzeitpunkt der Erfassungsperiode ist, auf die zweite Spannung geschaltet gehalten. Daher ist der Strom I_OUT des Erfassungssignals in der Periode vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 ein konstanter zweiter Strom entsprechend der zweiten Spannung. Der Stromwert des Stroms I_OUT des Erfassungssignals, d.h. sowohl der erste Strom als auch der zweite Strom, beschreibt einen Wert, der ausreichend größer ist als der Stromwert des gegenläufigen Sperrstroms I_LEAK , der basierend auf der Konfiguration der Energieversorgungseinheit 3 angenommen wird. D.h., die Signalerzeugungseinheit 8 ist konfiguriert, um ein Erfassungssignal an den EHC 2 legen zu können, dessen Strom I_OUT größer ist als der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK , der von der Energieversorgungseinheit 3 zur Signalerzeugungseinheit 8 fließt, in einer Periode, in der die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestoppt ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Differenzspannung ΔV_v , die ein Betrag der Änderung in der Spannung V_v , während die Spannung V_OUT des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet ist, durch die folgende Formel (2) ausgedrückt, basierend auf der Annahme, dass der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK in der Erfassungsperiode konstant ist. In der Formel ist der Betrag der Änderung des Stroms I_OUT , während die Spannung des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet ist, ein Differenzstrom ΔI_OUT . Es ist zu beachten, dass die Differenzspannung ΔV_v und der Differenzstrom ΔI_OUT der Differenz zwischen den Erfassungswerten der Spannung bzw. der Differenz zwischen den Erfassungswerten des Stroms, die vorstehend beschrieben sind, entsprechen. $Δ V_{v} = R_{EHC} \times Δ I_{OUT}$
ΔI_OUT in der Formel (2) wird zu einem Wert entsprechend einem Differenzstrom ΔI_EHC , der ein Betrag der Änderung des I_EHC ist, während die Spannung des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet ist. Durch Lösen der Formel (2) für den Gleichstromwiderstand R_EHC wird die folgende Formel (3) hergeleitet. Wie aus der folgenden Formel (3) ersichtlich, ist der Wert des durch ein solches Verfahren erfassten Gleichstromwiderstandes R_EHC ein Wert, der nicht durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK der FWD beeinflusst wird. $R_{E H C} = \frac{Δ V_{v}}{Δ I_{O U T}} = \frac{Δ V_{v}}{\frac{Δ V_{i}}{R_{S}}}$
Nachstehend ist der Gesamtbetrieb des EHC-Systems 1 mit der obigen Konfiguration beschrieben. In dem EHC-System 1 erfolgt, wenn das Fahrzeug gestartet wird, die Steuerung von Inhalten gemäß 6. Von den in 6 gezeigten Prozessen werden (die Schritte) S101 bis S106 hauptsächlich von der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 ausgeführt, wobei diese Schritte Prozesse zum Berechnen der Temperatur des EHC 2 sind. Ferner werden S107 bis S110 hauptsächlich von der Energieversorgungssteuereinheit 4 ausgeführt, wobei diese Schritte Prozesse sind, um die Regelung derart auszuführen, dass die Temperatur des EHC 2 die Soll-Temperatur Tg annimmt.
Zunächst beginnt die Signalerzeugungseinheit 8 in S101 mit der Ausgabe des Erfassungssignals mit der ersten Spannung an den EHC 2. In S102 erfolgen die Erfassung der an den EHC 2 gelegten Spannung und die Erfassung des im EHC 2 fließenden Stroms. Zunächst beginnt die Signalerzeugungseinheit 8 in S103 mit der Ausgabe des Erfassungssignals mit der zweiten Spannung an den EHC 2. In S104 erfolgen die Erfassung der an den EHC 2 gelegten Spannung und die Erfassung des im EHC 2 fließenden Stroms. Nachstehend und in 5 ist das Erfassungssignal mit der ersten Spannung auch als ein erstes Erfassungssignal bezeichnet und das Erfassungssignal mit der zweiten Spannung auch als ein zweites Erfassungssignal bezeichnet.
In S105 wird die elektrische Eigenschaft anhand des Erfassungsverfahrens gemäß obiger Beschreibung berechnet. D.h., in S105 wird der Gleichstromwiderstand R_EHC basierend auf der Differenz zwischen dem Erfassungswert der in S102 erfassten Spannung und dem Erfassungswert der in S104 erfassten Spannung und der Differenz zwischen dem Erfassungswert des in S102 erfassten Stroms und dem Erfassungswert des in S104 erfassten Stroms berechnet. In S106 wird die Temperatur des EHC 2 basierend auf der in S105 berechneten elektrischen Eigenschaft geschätzt.
In S107 wird bestimmt, ob eine Differenz ΔT (= Tg - Te) zwischen der Soll-Temperatur Tg des EHC 2 und einer in S106 geschätzten Temperatur Te kleiner als ein Schwellenwert Tth ist. Der Schwellenwert Tth dient zum Bestimmen, ob die Temperatur des EHC 2 die Soll-Temperatur Tg erreicht hat, und wird in der vorliegenden Ausführungsform auf Null gesetzt. Es ist zu beachten, dass der Schwellenwert Tth auf einen beliebigen Wert gesetzt werden kann, der die obige Bestimmung unter Berücksichtigung verschiedener Fehler ermöglicht.
Hierin ist, wenn die Temperatur des EHC 2 die Soll-Temperatur Tg erreicht hat, die Differenz ΔT kleiner als Null, d.h. „ΔT < 0“. In diesem Fall wird in S107 „JA“ erhalten und endet die vorliegende Steuerung. Demgegenüber ist, wenn die Temperatur des EHC 2 die Soll-Temperatur Tg nicht erreicht hat, die Differenz ΔT größer oder gleich null, d.h. „ΔT ≥ 0“. In diesem Fall wird in S107 „NEIN“ erhalten und schreitet der Prozess zu S108 voran. In S108 wird die Ausgabe des Erfassungssignals von der Signalerzeugungseinheit 8 an den EHC gestoppt und die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestartet. Dadurch wird die Erwärmung des EHC 2 gestartet.
S109 dient dazu, zu warten, bis eine vorbestimmte Zeit ab dem Startzeitpunkt, an dem die Erwärmung des EHC 2 gestartet wurde, verstrichen ist. Daher wird in S109 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Hierin wird, wenn die vorbestimmte Zeit seit dem Startzeitpunkt verstrichen ist, in S109 „JA“ erhalten, woraufhin der Prozess zu S110 voranschreitet. In S110 wird die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestoppt. Dadurch wird die Erwärmung des EHC 2 gestoppt. Nach der Ausführung von S110 kehrt der Prozess zu S101 zurück und werden die Prozesse zum Berechnen der Temperatur des EHC 2 erneut in der Reihenfolge ausgeführt.
Bei der vorstehend beschriebenen Steuerung ist die Erfassungsperiode, in der das Erfassungssignal von der Signalerzeugungseinheit 8 an den EHC 8 gegeben wird, eine Periode entsprechend einer Zeit, die für die Spannungserfassungseinheit 9 zum Erfassen der Spannung benötigt wird, einer Zeit, die für die Stromerfassungseinheit 10 zum Erfassen des Stroms benötigt wird, einer Zeit, die für die Temperaturschätzeinheit 11 zum Schätzen der Temperatur benötigt wird, oder irgendeiner anderen Zeit. Obwohl die Details nachstehend noch beschrieben sind, können diese Zeiten in der vorliegenden Ausführungsform kurz gehalten werden, um so die Erfassungsperiode zu verkürzen.
Ferner ist, bei der vorstehend beschriebenen Steuerung, die Energieversorgungsperiode, in der die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 erfolgt, eine Periode entsprechend der vorbestimmten Zeit, die S109 verwendet wird. Anschließend wird die vorbestimmte Zeit anhand der Differenz ΔT bestimmt. D.h., je größer die Differenz ΔT, desto länger wird die vorbestimmte Zeit eingestellt und desto länger wird die Energieversorgungsperiode. Je kleiner die Differenz ΔT, desto kürzer wird die vorbestimmte Zeit eingestellt und desto kürzer wird die Energieversorgungsperiode.
Durch die Ausführung der Steuerung gemäß obiger Beschreibung im EHC-System 1 wird die Temperatur des EHC 2 innerhalb kurzer Zeit nach dem Start des Fahrzeugs auf die Soll-Temperatur Tg erhöht. In diesem Fall überlappt sich eine Periode der Energiezuführung des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 und eine Periode, in der das Erfassungssignal durch die Signalerzeugungseinheit 8 an den EHC 2 gegeben wird, nicht. D.h., in diesem Fall wird, während die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestoppt wird, das Erfassungssignal an den EHC 2 gegeben, um die elektrische Eigenschaft zu erhalten und somit die Temperatur des EHC 2.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der vorliegenden Ausführungsform die Signalerzeugungseinheit 8, die ein Erfassungssignal mit einer Spannung unterhalb der Ausgangsspannung der Energieversorgungseinheit 3 erzeugen und das Erfassungssignal an den EHC 2 geben kann. Anschließend werden, in diesem Fall, die an den EHC 2 gelegte Spannung und der im EHC 2 fließende Strom in der Erfassungsperiode erfasst, in der das Erfassungssignal an den EHC 2 gegeben wird. Folglich werden gemäß der obigen Konfiguration, auch wenn das in der Hochspannungsenergiequelle 7 erzeugte Hochspannungsrauschen der Ausgangsspannung der Energieversorgungseinheit 3 überlagert wird, Fehler bei der Erfassung der Spannung und des Stroms aufgrund des Einfluss der Überlagerung nicht groß. Somit ist es bei der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Temperaturschätzgenauigkeit in vorteilhafter Weise aufrechtzuerhalten, ohne die Mittelwertbildung für mehrere Sekunden auszuführen.
Daher ist es gemäß der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen hervorragenden Effekt dahingehend zu erzielen, dass die Temperatur des EHC 2 mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann und die Reaktionsfähigkeit verbessert werden kann. Gemäß dem EHC-System 1, das die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 verwendet, die solch einen Effekt ausübt, wird die Regelung der Temperatur unabhängig von einem Betriebszustand oder einer Startbedingung realisiert, und trägt damit zur Verbesserung der Abgasemission des Fahrzeugs bei. Insbesondere in einem System, das die Temperatur des EHC 2 in kürzerer Zeit auf eine Soll-Temperatur anheben muss, um eine Null-Emission zu erreichen, ist die Temperaturregelung mit höherer Reaktionsfähigkeit erforderlich, und damit erhöht sich der Vorteil bei der Verwendung der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 mit der obigen Konfiguration.
Aus Sicht der Einhaltung der Vorschriften zur Fahrzeugisolierung ist es notwendig, die Energieversorgungseinheit 3, die den EHC 2 mit einer relativ hohen Spannung, wie beispielsweise mehrere hundert Volt, versorgt, von der Karosseriemasse des Fahrzeugs zu isolieren. Daher beinhaltet die Signalerzeugungseinheit 8 der vorliegenden Ausführungsform die Isoliereinheit 8a, die zwischen dem Ausgangsknoten des Erfassungssignals und der Niederspannungsenergiequelle 14 mit Bezug auf die Karosseriemasse des Fahrzeugs als der Standard isoliert. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Isolierung zwischen dem mit dem Ausgangsknoten des Erfassungssignals verbundenen EHC 8 und damit der Energieversorgungseinheit und der Karosseriemasse des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Üblicherweise ist in der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung zum Berechnen der Temperatur des EHC, um den im EHC fließenden Strom zu erfassen, ein Erfassungswiderstand in einer Signalleitung vom Ausgangsknoten des Erfassungssignals zum EHC in Reihe geschaltet. Hierin ist es in der Annahme, dass die Signalerzeugungseinheit konfiguriert ist, um die Isoliereinheit 8a nicht aufzuweisen, notwendig, als den Erfassungswiderstand, einen mit einem Widerstandswert zu verwenden, der hoch genug ist, um die Vorschriften über die Isolierung zu erfüllen. Die Verwendung eines Erfassungswiderstandes mit einem relativ hohen Widerstandswert ruft folgendes Problem hervor.
D.h., die in der Erfassungsperiode an den EHC 2 gelegte Spannung ist eine Spannung, die durch Teilen der Spannung des Erfassungssignals durch den Widerstandswert des Erfassungswiderstands 25 und den Gleichstromwiderstand des Katalysators erhalten wird. Folglich können, wenn der Widerstandswert des Erfassungswiderstands 25 hoch ist, die an den EHC 2 gelegte Spannung und der im EHC 2 fließende Strom in der Erfassungsperiode klein werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit der Spannung durch die Spannungserfassungseinheit 9 und die Erfassungsgenauigkeit des Stroms durch die Stromerfassungseinheit 10 abnehmen können. Demgegenüber kann für den Fall, dass die Signalerzeugungseinheit 8, wie in die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, die Isoliereinheit 8a aufweist, der Widerstandswert des Erfassungswiderstands 25 bei einem geringen Wert gehalten werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit der Spannung und des Stroms erhöht werden kann.
Die Energieversorgungseinheit 3, die das EHC-System 1 der vorliegenden Ausführungsform bildet, ist als die Schaltenergiequelle mit den Schaltelementen 27, 28 aus dem IGBT mit der FWD konfiguriert. In einer solchen Konfiguration fließt in der Erfassungsperiode ein relativ großer gegenläufiger Sperrstrom I_LEAK aufgrund der FWD im EHC 2, der einen Fehler im Erfassungsergebnis des Stroms durch die Stromerfassungseinheit 10 und damit im Rechenergebnis des Gleichstromwiderstandes R_EHC durch die Temperaturschätzeinheit 11 verursachen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform schaltet die Signalerzeugungseinheit 8 die Spannung des Erfassungssignals in der Erfassungsperiode daher in zwei Stufen. Anschließend erfasst die Temperaturschätzeinheit 11 den Gleichstromwiderstand R_EHC basierend auf der Differenz zwischen den Werten der von der Spannungserfassungseinheit 9 erfassten Spannung und der Differenz zwischen den Werten des von der Stromerfassungseinheit 10 erfassten Stroms zu der Zeit, während die Spannung des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet ist. Dementsprechend ist es möglich, den Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 genau zu erfassen, ohne durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK aufgrund der FWD beeinflusst zu werden, und die Temperatur des EHC 2 basierend auf dem Erfassungsergebnis genau zu berechnen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Signalerzeugungseinheit 8 konfiguriert, um das Erfassungssignal mit der Spannung zu erzeugen, die niedriger ist als die Ausgangsspannung der Energieversorgungseinheit 3. Daher besteht die Möglichkeit, dass ein Strom, der von der Energieversorgungseinheit 3 zur Signalerzeugungseinheit 8 fließt, d.h. ein Rückstrom, während der Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 auftritt, wobei ein solcher Rückstrom einen Ausfall der Signalerzeugungseinheit 8 verursachen kann. Daher beinhaltet die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 die Rückstromverhinderungseinheit 13, die verhindert, dass der Strom von der Energieversorgungseinheit 3 zur Signalerzeugungseinheit 8 fließt, während der EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 mit Energie versorgt wird. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, das Auftreten des Rückstroms in der Periode bzw. Zeitspanne, in der der EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 mit Energie versorgt wird, zuverlässig zu verhindern.
Je niedriger der Gleichstromwiderstand R_EHC , desto schneller kann die Temperatur des EHC 2 ansteigen. Wenn jedoch der Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 abnimmt, kann die Erfassungsgenauigkeit der Spannung und des Stroms in Abhängigkeit des Widerstandswerts des Erfassungswiderstands 25 abnehmen. Dies liegt daran, dass die in der Erfassungsperiode an den EHC 2 gelegte Spannung, wie vorstehend beschrieben, eine Spannung ist, die durch Teilen der Spannung des Erfassungssignals durch den Widerstandswert des Erfassungswiderstands 25 und den Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 erhalten wird.
In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch, da die Signalerzeugungseinheit 8 die Isoliereinheit 8a aufweist, der Widerstandswert des Erfassungswiderstandes 25 auf einem niedrigen Wert gehalten werden, so dass einer mit einem niedrigen Gleichstromwiderstand R_EHC als der EHC 2 verwendet werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise ein EHC mit einem Gleichstromwiderstand R_EHC , der kleiner als der Isolierwiderstand zwischen der Energieversorgungseinheit 3 und der Karosseriemasse des Fahrzeugs ist, als der EHC 2 verwendet werden. Gemäß dem EHC-System 1, das die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der obigen Konfiguration und den EHC 2 mit dem niedrigen Gleichstromwiderstand R_EHC nutzt, ist es möglich, die Temperatur des EHC 2 schnell zu erhöhen und die Abgasemission weiter zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 in der Erfassungsperiode, in der das Erfassungssignal an den EHC 2 gegeben wird, gestoppt. Gemäß einer solchen Konfiguration kann der Einfluss des in der Hochspannungsenergiequelle 7 erzeugten Hochspannungsrauschens auf die Erfassungsvorgänge der Spannungserfassungseinheit 9 und der Stromerfassungseinheit 10 weiter reduziert werden, wodurch die Fehler bei der Erfassung der Spannung und des Stroms noch kleiner gehalten werden können.
Die Spannungserfassungseinheit 9 beinhaltet den Operationsverstärker 32 zum Verstärken einer zu erfassenden Spannung. Weiterhin beinhaltet die Stromerfassungseinheit 10 den Operationsverstärker 40 zum Verstärken einer Differenzspannung jeder Anschlussspannung des Erfassungswiderstands 25. Die Verstärker wie die Operationsverstärker 32, 40 weisen normalerweise einen Offset β auf, wie in der folgenden Formel (4) dargestellt. In der Formel ist die Eingangsspannung des Verstärkers Vin, die Ausgangsspannung des Verstärkers V_OUT und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers α. $V_{OUT} = α \times V_{in} + β$
Ähnlich dem gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK ändert sich der Verstärker-Offset β in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei die Änderung relativ sanft (gering) ist. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der Offset β des Verstärkers auch in der Erfassungsperiode konstant ist, wie im Falle des gegenläufigen Sperrstroms I_LEAK . Daher kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Gleichstromwiderstand R_EHC basierend auf der Differenz zwischen den Werten der von der Spannungserfassungseinheit 9 erfassten Spannung und der Differenz zwischen den Werten des von der Stromerfassungseinheit 10 erfassten Stroms zu der Zeit erfasst wird, wenn die Spannung des Erfassungssignals geändert wird, der Gleichstromwiderstand R_EHC erfasst werden, ohne durch den Offset β des Verstärkers beeinträchtigt zu werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Rechengenauigkeit der Temperatur des EHC 2 daher weiter verbessert werden.
Selbst wenn das Erfassungsverfahren für den Gleichstromwiderstand R_EHC wie in der vorliegenden Ausführungsform nicht angewandt wird, kann, durch Ausführen einer Maßnahme zur Anwendung eines Verstärkers mit einer Offset-Korrekturfunktion als jeder der Operationsverstärker 32, 40, einer Maßnahme zum Hinzufügen einer Schaltung zur Offset-Korrektur als die periphere Schaltung von jedem der Operationsverstärker 32, 40 oder irgendeiner anderen Maßnahme, der Gleichstromwiderstand R_EHC erfasst werden, ohne durch den Offset β beeinträchtigt zu werden. Diese Maßnahmen weisen jedoch dahingehend einen Nachteil auf, dass die Schaltungskonfiguration kompliziert ist und die Herstellungskosten der Vorrichtung hoch sind. Demgegenüber kann, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der Gleichstromwiderstand R_EHC mit einer kostengünstigen und einfachen Konfiguration erfasst werden, ohne durch den Offset β des Verstärkers beeinflusst zu werden.
Gemäß dem Erfassungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform kann der Gleichstromwiderstand R_EHC , wie vorstehend beschrieben, ideal erfasst werden, ohne durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK beeinflusst zu werden. In der Praxis kann es jedoch vorkommen, dass der Einfluss des gegenläufigen Sperrstroms I_LEAK auf das Erfassungsergebnis des Gleichstromwiderstandes R_EHC nicht vollständig eliminiert wird, z.B. aufgrund von Schwankungen in Schaltungselementen. Daher ist die Signalerzeugungseinheit 8 konfiguriert, um das Erfassungssignal an den EHC 2 geben zu können, das den Strom I_OUT aufweist, der größer als der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK ist. Gemäß einer solchen Konfiguration kann selbst dann, wenn der Einfluss des gegenläufigen Sperrstroms I_LEAK auf das Erfassungsergebnis des Gleichstromwiderstandes R_EHC nicht vollständig eliminiert werden kann, eine Abnahme in der Erfassungsgenauigkeit des Gleichstromwiderstandes R_EHC minimiert werden.
<Modifikationen von isolierter Energiequelle>
Wie in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Signalerzeugungseinheit, die das Erfassungssignal erzeugt, die isolierte Energiequelle aufweist, können verschiedene Konfigurationen als die isolierte Energiequelle verwendet werden. So kann beispielsweise jede der in den 7 und 8 gezeigte Konfiguration als die isolierte Energiequelle angewandt werden, die in der Signalerzeugungseinheit verwendet wird.
Eine in 7 gezeigte isolierte Energiequelle 15A weist eine Konfiguration auf, in der eine Diode 47 zu einer gewöhnlichen Flyback-Isolierenergiequelle 15 hinzugefügt ist. Die Diode 47 ist derart zwischen die Energieversorgungsleitungen L3 und L4 geschaltet, dass eine Anode der Diode 47 mit der Energieversorgungsleitung L4 verbunden ist. Bei einer isolierten Energiequelle 15B, die in 8 gezeigt ist, ist eine Spule 48 zu der isolierten Energiequelle 15A hinzugefügt. Die Spule 48 ist zwischen die gemeinsame Kathode der Dioden 23 und 47 und die Energieversorgungsleitung L3 geschaltet. D.h., die isolierte Energiequelle 15B weist eine Konfiguration einer gewöhnlichen vorwärtsisolierten Energiequelle auf. Auch mit diesen Konfigurationen kann der Transformator 21 als die Isoliereinheit 8a dienen, wie im Falle der isolierten Energiequelle 15.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform, in der eine spezifische Konfiguration der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung in Bezug auf die erste Ausführungsform geändert ist, unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben.
<Spezifische Konfiguration von Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung>
Wie in 9 gezeigt, unterscheidet sich eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 51 der vorliegenden Ausführungsform dahingehend von der in 2 gezeigten Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der ersten Ausführungsform, dass beispielsweise ein Schaltelement 52, das ein n-Kanal-MOSFET ist, anstelle der Diode 26 vorgesehen ist, sowie in einigen weiteren Punkten.
Eine Source des Schaltelements 52 ist mit dem Knoten N3 verbunden, und ein Drain des Schaltelements 52 ist mit dem Knoten N4 verbunden. Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, wird ein von der Energieversorgungssteuereinheit 12 ausgegebenes Gate-Ansteuersignal an das Gate des Schaltelements 52 gegeben. Das Schaltelement 52 wird gemäß dem Gate-Ansteuersignal ein- oder ausgeschaltet. D.h., das Ein- oder Ausschalten des Schaltelements 52 wird durch die Energieversorgungssteuereinheit 12 gesteuert.
Insbesondere steuert die Energieversorgungssteuereinheit 12 das Ein- oder Ausschalten des Schaltelements 52 derart, dass das Schaltelement 52 in einer Periode ausgeschaltet wird, in der die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 erfolgt, und das Schaltelement 52 in einer Periode eingeschaltet wird, in der die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 gestoppt ist.
Gemäß der obigen Konfiguration dient das Schaltelement 52 als die Rückstromverhinderungseinheit 13, die verhindert, dass der Strom von der Energieversorgungseinheit 3 zur Signalerzeugungseinheit 8 fließt, während die Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 erfolgt. Auch gemäß der obigen vorliegenden Ausführungsform können der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
<Erfassungsverfahren für Gleichstromwiderstand R_EHC >
In der obigen Konfiguration kann, als das Erfassungsverfahren für den Gleichstromwiderstand R_EHC , neben dem Verfahren ähnlich dem in der ersten Ausführungsform, ebenso das Erfassungsverfahren der folgenden Modifikation angewandt werden. D.h., in diesem Fall wird der Zustand zwischen einem ersten Zustand, in dem das der ersten Spannung entsprechende Erfassungssignal von 0 V von der Signalerzeugungseinheit 8 ausgegeben wird, und einem zweiten Zustand, in dem das Erfassungssignal der zweiten Spannung von der Signalerzeugungseinheit 8 ausgegeben wird, umgeschaltet. Als die zweite Spannung in dieser Modifikation kann entweder die erste Spannung oder die zweite Spannung in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Wie in 10 gezeigt, wird das Schaltelement 52 ausgeschaltet, um den Zustand in den ersten Zustand zu versetzen. In 10 ist das Schaltelement 52 im Aus-Zustand als ein Symbol eines Schalters mit einem offenen Kontakt dargestellt. In der Annahme, dass die Spannung, die im ersten Zustand an den EHC 2 gelegt wird, V_v1 ist, wird die folgende Formel (5) aus der Schaltungsgleichung hergeleitet. $V_{v1} = R_{EHC} \times I_{LEAK}$
Ferner wird, wie in 11 gezeigt, das Schaltelement 52 eingeschaltet, um den Zustand in den zweiten Zustand zu versetzen. In 11 ist das Schaltelement 52 im Ein-Zustand als ein Symbol eines Schalters mit einem geschlossenen Kontakt dargestellt. In der Annahme, dass die an den EHC 2 in diesem zweiten Zustand gelegte Spannung V_v2 ist und der vom Knoten N2 zum EHC 2 fließende Strom I_OUT2 ist, wird die folgende Formel (6) aus der Schaltungsgleichung hergeleitet. $V_{v2} = R_{EHC} (I_{OUT2} + I_{LEAK})$
Wie in der ersten Ausführungsform wird in der Annahme, dass der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK in der Erfassungsperiode konstant ist, die Differenz zwischen der Spannung V_v1 und der Spannung V_v2 , insbesondere die Differenzspannung ΔV_v , die erhalten wird, indem die Spannung V_v1 von der Spannung V_v2 subtrahiert wird, durch die folgende Formel (7) ausgedrückt. $Δ V_{v} = V_{v2} - V_{v1} = R_{EHC} \times I_{OUT2}$
Durch Lösen der Formel (7) für den Gleichstromwiderstand R_EHC wird die folgende Formel (8) hergeleitet. In der Formel ist ein Spannungsabfall, der durch den im Erfassungswiderstand 25 fließenden Strom I_OUT2 verursacht wird, d.h. die Spannung zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 25 im zweiten Zustand, V_i2 . Wie aus der folgenden Formel (8) ersichtlich, ist der Wert des Gleichstromwiderstandes R_EHC , der durch das vorstehend beschriebene Verfahren der Modifikation erfasst wird, ein Wert, der nicht durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK der FWD beeinflusst wird, wie in dem Erfassungsverfahren der ersten Ausführungsform. $R_{E H C} = \frac{Δ V_{v}}{I_{O U T 2}} = \frac{Δ V_{v}}{\frac{V_{i 2}}{R_{S}}}$
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine dritte Ausführungsform, in der die spezifische Konfiguration der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gegenüber der ersten Ausführungsform geändert ist, unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
<Spezifische Konfiguration von Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung>
Wie in 12 gezeigt, unterscheidet sich eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 61 der vorliegenden Ausführungsform dahingehend von der in 2 gezeigten Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der ersten Ausführungsform, dass eine Signalerzeugungseinheit 62 anstelle der Signalerzeugungseinheit 8 vorgesehen ist, sowie in einigen weiteren Punkten.
Die Signalerzeugungseinheit 62 unterscheidet sich dahingehend von der Signalerzeugungseinheit 8, dass ein Transistor 63 und ein Widerstand 64 hinzugefügt sind, sowie in einigen weiteren Punkten. Der Transistor 63 ist ein pnp-Bipolartransistor, und der Emitter des Transistors 63 ist über den Widerstand 64 mit der Energieversorgungsleitung L3 verbunden. In diesem Fall ist der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 20 mit dem Emitter des Transistors 63 verbunden und ist der Ausgangsanschluss des Operationsverstärker 20 mit der Basis des Transistors 63 verbunden.
Gemäß der obigen Konfiguration wird der Leitungszustand des Transistors 63 durch den Betrieb des Operationsverstärkers 20 so gesteuert, dass der Kollektorstrom des Transistors 63 zu einem konstanten Strom wird. Insbesondere wird, wenn das Schaltelement 19 eingeschaltet ist, der Leitungszustand des Transistors 63 so gesteuert, dass der Kollektorstrom des Transistors 63 zu einem konstanten ersten Strom entsprechend der ersten Spannung wird. Wenn das Schaltelement 19 ausgeschaltet ist, wird der Leitungszustand des Transistors 63 so gesteuert, dass der Kollektorstrom des Transistors 63 zu einem konstanten zweiten Strom entsprechend der zweiten Spannung wird.
In der gemäß obiger Beschreibung konfigurierten Signalerzeugungseinheit 62 entspricht der Kollektorstrom des Transistors 63, d.h. der vom Kollektor des Transistors 63 zur Seite des Erfassungswiderstands 25 fließende Gleichstrom, dem Erfassungssignal. D.h., die Signalerzeugungseinheit 62 ist konfiguriert, um den Strom des Erfassungssignals in zwei Stufen schalten zu können. In diesem Fall wird der Stromwert des Gleichstroms, der als das Erfassungssignal dient, d.h. der Wert von sowohl dem ersten Strom als auch dem zweiten Strom, auf den Sollwert gemäß dem Spannungsteilungsverhältnis eingestellt, das durch den Widerstand von jedem der Widerstände 16 bis 18 und den Widerstandswert des Widerstandes 64 bestimmt wird.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist ebenso in der Lage, die Spannung und den Strom des an den EHC 2 gelegten Erfassungssignals zu ändern, wie in der Konfiguration der ersten Ausführungsform und dergleichen. Daher ist es auch mit der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform möglich, jedes der vorstehend beschriebenen Verfahren als das Verfahren zum Erfassen des Gleichstromwiderstandes R_EHC anzuwenden. Folglich können der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform und dergleichen auch in der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine vierte Ausführungsform, in der die spezifische Konfiguration der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gegenüber der ersten Ausführungsform geändert ist, unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben.
<Spezifische Konfiguration von Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung>
Wie in 13 gezeigt, unterscheidet sich eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 71 der vorliegenden Ausführungsform dahingehend von der in 2 gezeigten Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 6 der ersten Ausführungsform, dass eine Spannungserfassungseinheit 72 anstelle der Spannungserfassungseinheit 9 vorgesehen ist. Die Spannungserfassungseinheit 72 weist die gleiche Konfiguration wie die Spannungserfassungseinheit 9 auf.
Die Spannungserfassungseinheit 72 empfängt jedoch die Spannung des Knotens N3 entsprechend dem Verbindungsknoten zwischen der Signalerzeugungseinheit 8 und der Diode 26. Die Spannungserfassungseinheit 72 erfasst die an den EHC 2 gelegte Spannung basierend auf der Spannung des Knotens N3. Genauer gesagt, erfasst die Spannungserfassungseinheit 72 die an den EHC 2 gelegte Spannung basierend auf der Spannung des Knotens N3 mit Bezug auf das Potential der Energieversorgungsleitung L4, d.h. die Spannung zwischen dem Knoten N3 und dem Knoten N5.
<Erfassungsverfahren für Gleichstromwiderstand R_EHC >
In einem Fall, in dem die Diode 26 wie in der vorliegenden Ausführungsform als die Rückstromverhinderungseinheit verwendet wird und die Spannungserfassungseinheit 72 die Spannung auf der Anodenseite der Diode 26 erfasst, kann das folgende Problem auftreten. D.h., im Allgemeinen ist die Durchlassspannung einer Diode nicht immer konstant, sondern ändert sich in Übereinstimmung mit dem in der Diode fließenden Strom. Daher nimmt in der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Spannung des Erfassungssignals in zwei Stufen geschaltet wird, die Durchlassspannung der Diode 26 vor und nach dem Schalten einen anderen Wert an. Wenn die an den EHC 2 gelegte Spannung und damit der Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 erfasst werden, ohne die so beschriebene Änderung in der Durchlassspannung der Diode 26 zu berücksichtigen, kann die Erfassungsgenauigkeit abnehmen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Gleichstromwiderstand R_EHC wie folgt erfasst, um die Abnahme in der Erfassungsgenauigkeit des Gleichstromwiderstandes R_EHC aufgrund des Einflusses der Durchlassspannung der Diode 26 zu verhindern. D.h., die Temperaturschätzeinheit 11 der vorliegenden Ausführungsform schätzt den Spannungsabfall durch die als die Rückstromverhinderungseinheit 13 dienende Diode 26, d.h. die Durchlassspannung der Diode 26, und erfasst den Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 unter Berücksichtigung des Schätzergebnisses. Im Folgenden ist ein spezifisches Erfassungsverfahren für den Gleichstromwiderstand R_EHC in der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 14 beschrieben.
In der folgenden Beschreibung ist die Durchlassspannung der Diode 26, wie in 14 gezeigt, Vf. Ferner ist, in der obigen Konfiguration, die von der Spannungserfassungseinheit 72 erfasste Spannung V_v die Spannung auf der Anodenseite der Diode 26. In diesem Fall wird die folgende Formel (9) aus der Schaltungsgleichung hergeleitet. $V_{v} = V_{f} + R_{EHC} (I_{OUT} + I_{LEAK})$
Wie in der ersten Ausführungsform, wird in der Annahme, dass der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK in der Erfassungsperiode konstant ist, die Differenzspannung ΔV_v durch die folgende Formel (10) ausgedrückt. In der Formel ist der Betrag der Änderung in der Spannung V_f , wenn die Spannung V_OUT des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet wird, eine Differenzspannung ΔV_f . $Δ V_{v} = Δ V_{f} + R_{EHC} \times Δ I_{OUT}$
Auch in diesem Fall wird die folgende Formel (11) aus der theoretischen Formel der Diode hergeleitet. Weiterhin wird die Formel (12) durch Lösen der Formel (11) für die Durchlassspannung V_f hergeleitet. In der Formel ist ein Sättigungsstrom zur Zeit der Sperrvorspannung der Diode IS, eine Ladung im Elektron q, ein Kopplungskoeffizient, d.h. ein Korrekturwert für einen Trägerrekombinationsstrom n, eine Boltzmann-Konstante k und eine Temperatur T. $I_{O U T} = I_{S} {e x p (\frac{q V_{f}}{n k T}) - 1}$
$V_{f} \frac{n k T}{q} ln \frac{I_{O U T} + I_{S}}{I_{S}}$
In der Annahme, dass eine allgemeine Diode, bei der der Strom I_OUT des Erfassungssignals größer als 1 mA ist und der Sättigungsstrom IS kleiner als 1 µA ist, als die Diode 26 verwendet wird, kann die folgende Formel (13) aus der Formel (12) hergeleitet werden. Ferner wird die Differenzspannung ΔV_f durch die folgende Formel (14) ausgedrückt. In der Formel ist der Strom I_OUT zu der Zeit, wenn die Spannung V_OUT des Erfassungssignals auf die erste Spannung geschaltet wird, I_OUT1 , und ist der Strom I_OUT zu der Zeit, wenn die Spannung V_OUT des Erfassungssignals auf die zweite Spannung geschaltet wird, I_OUT2 . $V_{f} ≒ \frac{n k T}{q} ln \frac{I_{O U T}}{I_{S}}$
$Δ V_{f} = \frac{n k T}{q} ln \frac{I_{O U T 2}}{I_{O U T 1}}$
Die folgende Formel (15) wird aus der Formel (10) und der Formel (14) hergeleitet. In der Formel ist die Zwischenanschlussspannung V_i des Erfassungswiderstandes 25 zu der Zeit, wenn die Spannung V_OUT des Erfassungssignals auf die erste Spannung geschaltet wird, V_i1 , und ist die Zwischenanschlussspannung V_i des Erfassungswiderstandes 25 zu der Zeit, wenn die Spannung V_OUT des Erfassungssignals auf die zweite Spannung geschaltet wird, V_i2 . Ferner ist der Änderungsbetrag der Zwischenanschlussspannung V_i des Erfassungswiderstands 25 zu der Zeit, wenn die Spannung V_OUT des Erfassungssignals von der ersten Spannung auf die zweite Spannung geschaltet wird, die Differenzspannung ΔV_i . Wie aus der folgenden Formel (15) ersichtlich, wird der Wert des Gleichstromwiderstandes R_EHC , der durch ein solches Verfahren erfasst wird, nicht durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK oder die Schwankung in der Durchlassspannung Vf der Diode 26 beeinflusst. $R_{E H C} = \frac{Δ V_{v} - Δ V_{f}}{Δ I_{O U T}} = \frac{Δ V_{v} - \frac{n k T}{q} ln \frac{V_{i 2}}{V_{i 1}}}{\frac{Δ V_{i}}{R_{S}}}$
Auch gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Ferner kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der folgende Effekt erzielt werden. D.h., die Spannungserfassungseinheit 72 ist konfiguriert, um die Spannung, die an den EHC 2 gelegt wird, aus der Spannung auf der Anodenseite der Diode 26 zu erfassen. Gemäß einer solchen Konfiguration wird die von der Energieversorgungseinheit 3 ausgegebene hohe Spannung nicht an die Spannungserfassungseinheit 72 gelegt. Folglich ist es nicht erforderlich, die Spannungserfassungseinheit 72 mit einer Konfiguration zum Schutz eines Schaltungselements vor einer hohen Spannung, d.h. einer Konfiguration für einen Überspannungsschutz, zu versehen, so dass die Schaltungsgröße der Spannungserfassungseinheit 72 klein gehalten werden kann.
In einer solchen Konfiguration, so wie sie vorstehend beschrieben ist, kann die Erfassungsgenauigkeit des Gleichstromwiderstandes R_EHC durch den Einfluss der Schwankung in der Durchlassspannung der Diode 26 zu der Zeit des Schaltens des Erfassungssignals abnehmen. Die Temperaturschätzeinheit 11 der vorliegenden Ausführungsform schätzt jedoch die Durchlassspannung der Diode 26 und erfasst den Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 unter Berücksichtigung des Schätzergebnisses. Daher kann, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der Gleichstromwiderstand R_EHC des EHC 2 genau erfasst werden, ohne von der Schwankung der Durchlassspannung der Diode 26 beeinflusst zu werden, und die Temperatur des EHC 2 kann basierend auf dem Messergebnis genau geschätzt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine fünfte Ausführungsform, in der die spezifische Konfiguration der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gegenüber der vierten Ausführungsform geändert ist, unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 beschrieben.
<Spezifische Konfiguration von Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung>
Wie in 15 gezeigt, unterscheidet sich eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 81 der vorliegenden Ausführungsform dahingehend von der in 13 gezeigten Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 71 der vierten Ausführungsform, dass das Schaltelement 52 gleich demjenigen der zweiten Ausführungsform anstelle der Diode 26 vorgesehen ist.
<Erfassungsverfahren für Gleichstromwiderstand R_EHC >
Auch mit der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, jedes der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren als das Verfahren zum Erfassen des Gleichstromwiderstandes R_EHC anzuwenden. Der Grund ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 16 und 17 beschrieben. In den 16 und 17 ist das Schaltelement 52 im Ein-Zustand als ein Widerstandssymbol dargestellt. In der folgenden Beschreibung ist ein Zustand, in dem die Spannung V_OUT des Erfassungssignals auf die erste Spannung geschaltet wurde, als ein erster Zustand bezeichnet, und ein Zustand, in dem die Spannung V_OUT des Erfassungssignals auf die zweite Spannung geschaltet wird, als ein zweiter Zustand bezeichnet.
In der Annahme, dass die Spannung V_OUT , der Strom I_OUT , die Spannung V_i und die Spannung V_v im ersten Zustand jeweils eine Spannung VOUTI, ein Strom I_OUT1 , eine Spannung V_v1 und eine Spannung V_v1 sind, so wie es in 16 gezeigt ist, wird die folgende Formel (16) aus der Schaltungsgleichung hergeleitet. In der Gleichung ist der Durchlasswiderstand (Ein-Widerstand) des Schaltelements 52 R_ON . $V_{v1} = R_{ON} \times I_{OUT1} + R_{EHC} (I_{OUT1} + I_{LEAK})$
In der Annahme, dass die Spannung V_OUT , der Strom I_OUT , die Spannung V_i und die Spannung V_v im zweiten Zustand jeweils eine Spannung V_OUT2 , ein Strom I_OUT2 , eine Spannung V_i2 und eine Spannung V_v2 sind, so wie es in 17 gezeigt ist, wird die folgende Formel (17) aus der Schaltungsgleichung hergeleitet. $V_{v2} = R_{ON} \times I_{OUT2} + R_{EHC} (I_{OUT2} + I_{LEAK})$
Das Schaltelement 52 ist ein gewöhnlicher MOSFET, wobei ein Durchlasswiderstand R_ON des Schaltelements 52 in der Größenordnung von mΩ liegt. Daher ist der Durchlasswiderstand R_ON ausreichend kleiner als der Gleichstromwiderstand R_EHC und weisen diese ein Verhältnis von „R_ON << R_EHC“ auf. Wenn ein solches Verhältnis berücksichtigt wird, können die folgenden Formeln (18) und (19) aus den Formeln (16) und (17) hergeleitet werden. $V_{v1} \approx R_{EHC} (I_{OUT1} + I_{LEAK})$
$V_{v2} \approx R_{EHC} (I_{OUT2} + I_{LEAK})$
Wie in der ersten Ausführungsform wird in der Annahme, dass der gegenläufige Sperrstrom I_LEAK in der Erfassungsperiode konstant ist, die Differenz zwischen der Spannung V_v1 und der Spannung V_v2 , insbesondere die Differenzspannung ΔV_v , die erhalten wird, indem die Spannung V_v1 von der Spannung V_v2 subtrahiert wird, durch die folgende Formel (20) ausgedrückt. $\begin{array}{l} Δ V_{v} = V_{v2} - V_{v1} = R_{EHC} (I_{OUT2} - I_{OUT1}) \\ R_{EHC} \times Δ I_{OUT} \end{array}$
Durch Lösen der Formel (20) für den Gleichstromwiderstand R_EHC wird die folgende Formel (21) hergeleitet. Die folgende Formel (21) ist eine Formel ähnlich der Formel (3) im Erfassungsverfahren der ersten Ausführungsform. Folglich kann, gemäß der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, das gleiche Erfassungsverfahren wie in der ersten Ausführungsform angewandt werden. Dann wird der Wert des durch das Erfassungsverfahren erfassten Gleichstromwiderstandes R_EHC zu einem Wert, der nicht durch den gegenläufigen Sperrstrom I_LEAK der FWD beeinflusst wird. Folglich können der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform auch in der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden. $R_{E H C} = \frac{Δ V_{v}}{Δ I_{O U T}} = \frac{Δ V_{v}}{\frac{Δ V_{i}}{R_{S}}}$
(Sechste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine sechste Ausführungsform, in der die spezifische Konfiguration der Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung gegenüber der vierten Ausführungsform geändert ist, unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
Wie in 18 gezeigt, unterscheidet sich eine Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 91 der vorliegenden Ausführungsform dahingehend von der in 13 gezeigten Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung 71 der vierten Ausführungsform, dass die Signalerzeugungseinheit 62 gleich derjenigen der dritten Ausführungsform anstelle der Signalerzeugungseinheit 8 vorgesehen ist.
Auch mit der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Spannung und den Strom des an den EHC 2 gegebenen Erfassungssignals wie in der Konfiguration der ersten Ausführungsform und dergleichen zu ändern. Folglich ist es auch mit der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform möglich, das in der vierten Ausführungsform beschriebene Verfahren als das Verfahren zum Erfassen des Gleichstromwiderstandes R_EHC anzuwenden. Folglich können der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie in der vierten Ausführungsform auch in der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern beliebig modifiziert, kombiniert oder erweitert werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Die in jeder der obigen Ausführungsformen dargestellten Zahlenwerte und dergleichen dienen lediglich als Beispiele, auf die die vorliegende Offenbarung jedoch nicht beschränkt ist.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die im EHC-System 1 vorgesehene Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung beschränkt, sondern kann auf alle Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtungen angewandt werden, die die Temperatur des EHC zur Reinigung des Abgases des im Fahrzeug vorhandenen Verbrennungsmotors berechnen.
Die Signalerzeugungseinheit 8 kann konfiguriert sein, um die Spannung des Erfassungssignals in mehreren Stufen schalten zu können, und konfiguriert sein, um die Spannung des Erfassungssignals beispielsweise in drei oder mehr Stufen schalten zu können. Ferner kann die Signalerzeugungseinheit 62 konfiguriert sein, um den Strom des Erfassungssignals in mehreren Stufen schalten zu können, und konfiguriert sein, um den Strom des Erfassungssignals beispielsweise in drei oder mehr Stufen schalten zu können.
Die spezifische Konfiguration der Spannungserfassungseinheit ist nicht auf die in 3 gezeigte Konfiguration beschränkt, sondern kann eine Konfiguration sein, die die an den EHC gelegte Spannung erfassen kann. Ferner ist die spezifische Konfiguration der Stromerfassungseinheit nicht auf die in 3 gezeigte Konfiguration beschränkt, sondern kann eine Konfiguration sein, die den im EHC fließenden Strom erfassen kann.
Die Isoliereinheit ist nicht auf die Konfiguration mit dem Transformator 21, wie beispielsweise die isolierte Energiequelle 15, beschränkt, sondern kann eine Konfiguration sein, die zwischen dem Ausgangsknoten des Erfassungssignals und der Niederspannungsenergiequelle 14 isoliert. Die Isolierung kann beispielsweise realisiert werden, indem eine Energieversorgungsleitung beispielsweise von der Niederspannungsenergiequelle 14 zur Signalerzeugungseinheit 8 beispielsweise mit einem Fotokoppler verbunden wird.
In jeder der obigen Ausführungsformen kann die Rückstromverhinderungseinheit 13 weggelassen werden, solange jede der Signalerzeugungseinheiten 8, 62 so konfiguriert ist, dass ein Problem wie ein Ausfall nicht auftritt, selbst wenn der Strom von der Energieversorgungseinheit 3 zu jeder der Signalerzeugungseinheiten 8, 62 in einer Periode fließt, in der eine Energiezufuhr des EHC 2 durch die Energieversorgungseinheit 3 erfolgt.
Obgleich die vorliegende Offenbarung vorstehend anhand der Ausführungsformen erfolgt ist, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die Ausführungsformen und Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb eines Äquivalenzbereichs. Darüber hinaus fallen auch verschiedene Kombinationen und Formen sowie andere Kombinationen und Formen, die nur ein Element, mehr als das oder weniger als das beinhalten, in den Umfang und die Idee der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011231709 A [0002]

Claims

Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Temperatur eines Katalysators, der Abgas eines in einem Fahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors reinigt und Wärme durch Energiezufuhr erzeugt, wobei die Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung aufweist: - eine Signalerzeugungseinheit (8, 62), die konfiguriert ist, um eine Energieversorgung von einer Energiequelle mit Bezug auf eine Karosseriemasse des Fahrzeugs als ein Standard zu empfangen, ein Erfassungssignal mit einer Spannung zu erzeugen, die niedriger ist als eine Ausgangsspannung einer Energieversorgungseinheit (3), die den Katalysator mit Energie versorgt, und das Erfassungssignal an den Katalysator zu geben, wobei die Signalerzeugungseinheit eine Isoliereinheit (8a, 21) aufweist, die zwischen einem Ausgangsknoten des Erfassungssignals und der Energiequelle isoliert; - eine Spannungserfassungseinheit (9, 72), die konfiguriert ist, um eine an den Katalysator gelegte Spannung zu erfassen; - eine Stromerfassungseinheit (10), die konfiguriert ist, um einen im Katalysator fließenden Strom zu erfassen; und - eine Temperaturschätzeinheit (11), die konfiguriert ist, um einen Gleichstromwiderstand des Katalysators basierend auf einem Wert der durch die Spannungserfassungseinheit erfassten Spannung und einem Wert des durch die Stromerfassungseinheit erfassten Stroms in einer Erfassungsperiode zu erfassen, in der das Erfassungssignal an den Katalysator gegeben wird, und eine Temperatur des Katalysators basierend auf dem Gleichstromwiderstand zu schätzen, wobei - die Erfassungsperiode eine Periode ist, in der die Energiezufuhr des Katalysators durch die Energieversorgungseinheit gestoppt ist, und - die Signalerzeugungseinheit in der Lage ist, die Spannung oder den Strom des Erfassungssignals in mehreren Stufen zu schalten.
Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei - eine der mehreren Stufen eine erste Stufe ist und eine andere der mehreren Stufen, die sich von der ersten Stufe unterscheidet, eine zweite Stufe ist, - die Temperaturschätzeinheit konfiguriert ist, um den Gleichstromwiderstand des Katalysators basierend auf Folgendem zu erfassen: - einer Differenz zwischen dem Wert der von der Spannungserfassungseinheit erfassten Spannung zu einer Zeit, wenn die Spannung oder der Strom des Erfassungssignals auf die erste Stufe geschaltet ist, und dem Wert der von der Spannungserfassungseinheit erfassten Spannung zu einer Zeit, wenn die Spannung oder der Strom des Erfassungssignals auf die zweite Stufe geschaltet ist; und - einer Differenz zwischen dem Wert des von der Stromerfassungseinheit erfassten Stroms zu der Zeit, wenn die Spannung oder der Strom des Erfassungssignals auf die erste Stufe geschaltet ist, und dem Wert des von der Stromerfassungseinheit erfassten Stroms zu der Zeit, wenn die Spannung oder der Strom des Erfassungssignals auf die zweite Stufe geschaltet ist.
Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner eine Rückstromverhinderungseinheit (13, 26, 52) aufweisend, die konfiguriert ist, um einen Strom zu verhindern, der in einer Periode von der Energieversorgungseinheit zur Signalerzeugungseinheit fließt, in der die Energiezufuhr des Katalysators durch die Energieversorgungseinheit erfolgt.
Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spannungserfassungseinheit (72) konfiguriert ist, um die an den Katalysator gelegte Spannung aus einer Spannung eines Verbindungsknotens zwischen der Signalerzeugungseinheit und der Rückstromverhinderungseinheit zu erfassen.
Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Temperaturschätzeinheit konfiguriert ist, um einen durch die Rückstromverhinderungseinheit verursachten Spannungsabfall zu schätzen und den Gleichstromwiderstand des Katalysators unter Berücksichtigung des geschätzten Spannungsabfalls zu erfassen.
Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei - die Rückstromverhinderungseinheit eine Diode (26) aufweist, und - die Diode so zwischen die Energieversorgungseinheit und die Signalerzeugungseinheit geschaltet ist, dass eine Anode der Diode mit der Signalerzeugungseinheit verbunden ist.
Katalysatortemperaturberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Signalerzeugungseinheit konfiguriert ist, um das Erfassungssignal mit einem Strom an den Katalysator zu senden, der höher ist als ein gegenläufiger Sperrstrom, der in einer Periode, in der die Energiezufuhr des Katalysators durch die Energieversorgungseinheit gestoppt ist, von der Energieversorgungseinheit zur Signalerzeugungseinheit fließt.