JP5930059B2 - 車両および車両用制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電力を用いて加熱される触媒装置における漏電の発生を抑制する技術に関する。
特開2010−202012号公報(特許文献1)には、EHC(Electric Heating Catalyst)の通電時の漏電の発生を抑制するために外気温、湿度および大気圧により規定される環境条件が予め定められた結露発生領域に該当する場合にEHCの通電を開始し、排気中の水分や凝縮水を蒸発させる技術が開示される。
特開2010−202012号公報
しかしながら、環境条件が結露発生領域に該当する場合に必ずしも漏電が発生する状態になるとは限らない。また、環境条件が結露発生領域に該当しない場合に必ずしも漏電が発生しない状態になるとは限らない。そのため、上述した公報においては、漏電を抑制するための制御を適切に実行できないという問題がある。
本発明の目的は、電力を用いて加熱される触媒装置における漏電の発生を抑制する車両および車両用制御方法を提供することである。
この発明のある局面に係る車両は、エンジンと、車体と電気的に絶縁される蓄電装置と、蓄電装置の電力を用いて加熱され、エンジンの排気ガスを浄化する触媒装置と、触媒装置の加熱制御を実行するための制御装置とを含む。触媒装置は、車体と電気的に絶縁されるように構成される。制御装置は、触媒装置と車体との間の絶縁状態が維持されない場合に加熱制御を実行する。
好ましくは、車両は、触媒装置と車体との間の抵抗値を検出する検出装置をさらに含む。制御装置は、抵抗値がしきい値よりも小さい場合に、触媒装置の加熱制御を実行する。
さらに好ましくは、制御装置は、抵抗値がしきい値よりも小さい場合に、触媒温度が触媒装置とエンジンの排気通路との間の煤を酸化させる温度になるまで触媒装置を加熱する煤焼き制御を実行する。
さらに好ましくは、制御装置は、抵抗値がしきい値よりも小さい場合に、触媒温度が触媒装置とエンジンの排気通路との間の水分を蒸発させる第1温度になるまで触媒装置を加熱する気化制御を実行する。
さらに好ましくは、制御装置は、気化制御の実行により絶縁状態が回復しない場合には、触媒温度が触媒装置と排気通路との間の煤を酸化させる第2温度になるまで触媒装置を加熱する煤焼き制御を実行する。第2温度は、第1温度よりも高い温度である。
さらに好ましくは、制御装置は、触媒装置に電力を供給することによって触媒装置の温度を上昇させる。
さらに好ましくは、車両は、蓄電装置から電力の供給を受けて車両を走行させる回転電機をさらに含む。
この発明の他の局面に係る車両用制御方法は、エンジンと、車体と電気的に絶縁される蓄電装置と、蓄電装置の電力を用いて加熱され、エンジンの排気ガスを浄化する触媒装置とを含む車両に用いられる車両用制御方法である。触媒装置は、車体と電気的に絶縁されるように構成される。この車両用制御方法は、触媒装置と車体との間の絶縁状態が維持されるか否かを判定するステップと、触媒装置と車体との間の絶縁状態が維持されない場合に、触媒装置の加熱制御を実行するステップとを含む。
この発明によると、触媒装置と車体との間の絶縁状態が維持されない場合に加熱制御を実行することによって触媒装置が加熱されるため、排気通路と触媒装置との間の水分を蒸発させたり、煤を酸化させたりすることができる。これにより、触媒装置と車体との間の絶縁状態を回復させることができる。そのため、触媒装置と車体との間での漏電の発生を抑制することができる。したがって、電力を用いて加熱される触媒装置における漏電の発生を抑制する車両および車両用制御方法を提供することができる。
本実施の形態に係る車両の全体ブロック図である。 EHCの構成を示す図である。 第1MG、第2MG、PCU、バッテリ、EHCの回路構成図である。 漏電検出装置の構成を示す図である。 本実施の形態に係る車両に搭載されたECUの機能ブロック図である。 本実施の形態に係る車両に搭載されたECUで実行されるプログラムのフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明される。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返されない。
図1を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両1(以下の説明においては、単に車両1と記載する)の全体ブロック図が説明される。車両1は、車体3と、エンジン10と、駆動軸16と、第1モータジェネレータ(以下、第1MGと記載する)20と、第2モータジェネレータ(以下、第2MGと記載する)30と、動力分割装置40と、減速機58と、PCU(Power Control Unit)60と、バッテリ70と、DC/DCコンバータ71と、補機バッテリ72と、駆動輪80と、ECU(Electronic Control Unit)200とを含む。
この車両1は、エンジン10および第2MG30のうちの少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン10が発生する動力は、動力分割装置40によって2経路に分割される。2経路のうちの一方の経路は減速機58を介して駆動輪80へ伝達される経路であり、他方の経路は第1MG20に伝達される経路である。
第1MG20および第2MG30は、たとえば、三相交流回転電機である。第1MG20および第2MG30は、PCU60によって駆動される。
第1MG20は、動力分割装置40によって分割されたエンジン10の動力を用いて発電してPCU60を経由してバッテリ70を充電したり、後述する外部の電気負荷に電力を供給したりするジェネレータとしての機能を有する。また、第1MG20は、バッテリ70からの電力を受けてエンジン10の出力軸であるクランク軸18を回転させる。これによって、第1MG20は、エンジン10を始動するスタータとしての機能を有する。
第2MG30は、バッテリ70に蓄えられた電力および第1MG20により発電された電力の少なくともいずれか一方を用いて駆動輪80に駆動力を与える駆動用モータとしての機能を有する。また、第2MG30は、回生制動によって発電された電力を用いてPCU60を経由してバッテリ70を充電するためのジェネレータとしての機能を有する。
エンジン10は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。
エンジン10は、複数の気筒102と、複数の気筒102の各々に燃料を供給する燃料噴射装置104と、エキゾーストマニホールド106と、排気通路108と、EHC(電気加熱式触媒装置)110と、触媒温度センサ114とを含む。なお、エンジン10の気筒102は、1つ以上あればよい。
燃料噴射装置104は、ECU200からの制御信号S1に基づいて、各気筒に対して適切な時期に適切な量の燃料を噴射したり、各気筒に対する燃料の噴射を停止したりする。燃料噴射装置104による燃料噴射量は、噴射時間によって調整される。
排気通路108の一方端は、エキゾーストマニホールド106に接続される。また、排気通路108の他方端は、図示しないマフラーに接続される。排気通路108の途中には、EHC110が設けられる。排気通路108は、たとえば、ステンレス等で形成されており、車体3と同じ電位になる。
EHC110は、排気ガスを浄化する触媒154と、触媒154を通電するための正側電極116および負側電極118とを含む。なお、EHC110は、電極116,118を用いて触媒154に通電することによって触媒154の温度を上昇させる構成であれば、特に限定されるものではなく、種々の公知の構成を用いればよい。
本実施の形態においては、触媒154を加熱するための手段として電極116,118を用いたEHCを一例として説明するが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、燃料噴射量の増量あるいは点火時期の遅角化により排気ガスの温度を上昇させることによって触媒154を加熱してもよい。
触媒154は、ハニカム構造を有する円筒形状に形成される。正側電極116は、触媒154の外周面に設けられる。負側電極118は、正側電極116と同一の形状を有する。負側電極118は、正側電極116と触媒154を介在して対向する位置に設けられる。なお、上記した触媒154の形状は、一例であり、円筒形状に限定されるものではない。
図2に示すように、触媒154の外周面には、シート状のマット153が巻回される。マット153は、たとえば、綿状のアルミナ繊維等により形成される。マット153と排気通路108との間には絶縁部材155が設けられる。絶縁部材155は、マット153の外周面に巻回されるシート状の部材であってもよいし、あるいは、排気通路108の内側の壁面に絶縁塗装等により付着される部材であってもよい。絶縁部材155によってEHC110と排気通路108(車体3)とが電気的に絶縁した状態(以下、この状態を絶縁状態と記載する)になる。
エンジン10から排出される排気ガスは、触媒154によって浄化された後、車外に排出される。触媒154は、特定の温度領域まで暖機されることによって浄化作用を発揮する。触媒154は、たとえば三元触媒である。
図1に戻って、触媒PCU60とEHC110とは、正極線PLおよび負極線NLで接続される。EHC110には、PCU60を介して、バッテリ70からの電力および第1MG20で発電された電力が供給される。なお、バッテリ70とEHC110との接続関係は図1に示すものに限定されない。
PCU60とEHC110との間には、リレーが内蔵された電源回路112が設けられおり、ECU200からの制御信号S3に基づいてEHC110とPCU60との電気的な接続状態を切り替える。電源回路112に内蔵されたリレーが閉じられると、EHC110とPCU60とが接続され、EHC110内の正側電極116と負側電極118とに電圧が印加される。正側電極116および負側電極118への通電によってEHC110内の触媒154にジュール熱が生じることによりEHC110内の触媒154が加熱される。電源回路112に内蔵されたリレーが開かれると、EHC110とPCU60との接続が遮断され、正側電極116および負側電極118への通電が停止される。このように、ECU200が電源回路112を制御することによってEHC110内の触媒154への通電量が制御される。
なお、ECU200は、PCU60を制御することによりEHC110に供給される電力(電圧や電流)を変化させるようにしてもよいし、あるいは、電源回路112に内蔵されたリレーに対してデューティ制御を実施することによってEHC110に供給される電力を変化させるようにしてもよい。さらには、電源回路112にEHC110に供給される電力を変化させる回路が設けられていてもよい。
触媒温度センサ114は、EHC110内の触媒154の温度(以下、触媒温度と記載する)Tcを検出する。触媒温度センサ114は、検出された触媒温度Tcを示す信号をECU200に送信する。
触媒温度Tcは、触媒温度センサ114により直接検出されてもよい。あるいは、触媒温度Tcは、ECU200により、EHC110の近傍の部材の温度、EHC110の上流の排気温度、EHC110の下流の排気温度、あるいは、エンジン10の運転履歴に基づいて推定されてもよい。
さらに、エンジン10には、エンジン回転速度センサ11が設けられる。エンジン回転速度センサ11は、エンジン10のクランク軸18の回転速度(以下、エンジン回転数と記載する)Neを検出する。エンジン回転速度センサ11は、検出されたエンジン回転数Neを示す信号をECU200に送信する。
動力分割装置40は、駆動輪80を回転させるための駆動軸16、エンジン10のクランク軸18および第1MG20の回転軸の三要素の各々を機械的に連結する。動力分割装置40は、上述の三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の2つの要素間での動力の伝達を可能とする。第2MG30の回転軸は、駆動軸16に連結される。
動力分割装置40は、サンギヤ50と、ピニオンギヤ52と、キャリア54と、リングギヤ56とを含む遊星歯車機構である。ピニオンギヤ52は、サンギヤ50およびリングギヤ56の各々と噛み合う。キャリア54は、ピニオンギヤ52を自転可能に支持するとともに、エンジン10のクランク軸18に連結される。サンギヤ50は、第1MG20の回転軸に連結される。リングギヤ56は、駆動軸16を介在して第2MG30の回転軸および減速機58に連結される。
減速機58は、動力分割装置40や第2MG30からの動力を駆動輪80に伝達する。また、減速機58は、駆動輪80が受けた路面からの反力を動力分割装置40や第2MG30に伝達する。
PCU60は、スイッチング素子を複数個含む。PCU60は、スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することによってバッテリ70に蓄えられた直流電力を第1MG20および第2MG30を駆動するための交流電力に変換する。PCU60は、ECU200からの制御信号S2に基づいて制御されるコンバータおよびインバータ(いずれも図示せず)を含む。コンバータは、バッテリ70から受けた直流電力の電圧を昇圧してインバータに出力する。インバータは、コンバータが出力した直流電力を交流電力に変換して第1MG20および/または第2MG30に出力する。これにより、バッテリ70に蓄えられた電力を用いて第1MG20および/または第2MG30が駆動される。また、インバータは、第1MG20および/または第2MG30によって発電される交流電力を直流電力に変換してコンバータに出力する。コンバータは、インバータが出力した直流電力の電圧を降圧してバッテリ70へ出力する。これにより、第1MG20および/または第2MG30により発電された電力を用いてバッテリ70が充電される。なお、コンバータは、省略してもよい。
バッテリ70は、蓄電装置であり、再充電可能な直流電源である。バッテリ70は、車体3と電気的に絶縁されるように設けられる。バッテリ70としては、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池が用いられる。バッテリ70の電圧は、たとえば200V程度である。バッテリ70は、上述したように第1MG20および/または第2MG30により発電された電力を用いて充電される他、外部電源(図示せず)から供給される電力を用いて充電されてもよい。なお、バッテリ70は、二次電池に限らず、直流電圧を生成できるもの、たとえば、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等であってもよい。
バッテリ70には、電池温度センサ156と、電流センサ158と、電圧センサ160とが設けられる。
電池温度センサ156は、バッテリ70の電池温度TBを検出する。電池温度センサ156は、電池温度TBを示す信号をECU200に送信する。
電流センサ158は、バッテリ70の電流IBを検出する。電流センサ158は、電流IBを示す信号をECU200に送信する。
電圧センサ160は、バッテリ70の電圧VBを検出する。電圧センサ160は、電圧VBを示す信号をECU200に送信する。
ECU200は、バッテリ70の電流IBと、電圧VBと、電池温度TBとに基づいてバッテリ70の残容量(以下の説明においては、SOC(State of Charge)と記載する)を推定する。ECU200は、たとえば、電流IBと、電圧VBと、電池温度TBとに基づいてOCV(Open Circuit Voltage)を推定し、推定されたOCVと所定のマップとに基づいてバッテリ70のSOCを推定してもよい。あるいは、ECU200は、たとえば、バッテリ70の充電電流と放電電流とを積算することによってバッテリ70のSOCを推定してもよい。
補機バッテリ72は、補機(たとえば、A/CコンプレッサやECU200が一例である)にバッテリ70が有する電圧よりも低い電圧(たとえば、12V)を供給する。DC/DCコンバータ71は、正極線PLおよび負極線NLに接続される。DC/DCコンバータ71は、ECU200からの制御信号に応じて動作し、正極線PLおよび負極線NL間の電圧を低電圧(たとえば、12V程度)に降圧して補機バッテリ72に出力する。これにより、補機バッテリ72は、DC/DCコンバータ71によって充電される。
第1レゾルバ12は、第1MG20に設けられる。第1レゾルバ12は、第1MG20の回転速度Nm1を検出する。第1レゾルバ12は、検出された回転速度Nm1を示す信号をECU200に送信する。
第2レゾルバ13は、第2MG30に設けられる。第2レゾルバ13は、第2MG30の回転速度Nm2を検出する。第2レゾルバ13は、検出された回転速度Nm2を示す信号をECU200に送信する。
減速機58と駆動輪80とを連結するドライブシャフト82には、車輪速センサ14が設けられる。車輪速センサ14は、駆動輪80の回転速度Nwを検出する。車輪速センサ14は、検出された回転速度Nwを示す信号をECU200に送信する。ECU200は、受信した回転速度Nwに基づいて車速Vを算出する。なお、ECU200は、回転速度Nwに代えて第2MG30の回転速度Nm2に基づいて車速Vを算出するようにしてもよい。
アクセルペダル162は、運転席に設けられる。アクセルペダル162には、ペダルストロークセンサ164が設けられる。ペダルストロークセンサ164は、アクセルペダル162のストローク量APを検出する。ペダルストロークセンサ164は、ストローク量APを示す信号をECU200に送信する。なお、ペダルストロークセンサ164に代えてアクセルペダル162に対する乗員の踏力を検出するためのアクセルペダル踏力センサを用いてもよい。
ECU200は、エンジン10を制御するための制御信号S1を生成し、その生成した制御信号S1をエンジン10へ出力する。また、ECU200は、PCU60を制御するための制御信号S2を生成し、その生成した制御信号S2をPCU60へ出力する。ECU200は、電源回路112を制御するための制御信号S3を生成し、その生成した制御信号S3を電源回路112へ出力する。
ECU200は、エンジン10およびPCU60等を制御することによって車両1が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体、すなわち、バッテリ70の充放電状態、エンジン10、第1MG20および第2MG30の動作状態を制御する。
ECU200は、運転席に設けられたアクセルペダル162のストローク量APに対応する要求パワーPvを算出する。ECU200は、算出された要求パワーPvに応じて、第1MG20および第2MG30のトルクと、エンジン10の出力とを制御する。
上述したような構成を有する車両1においては、発進時や低速走行時等であってエンジン10の効率が悪い場合には、第2MG30のみによる走行が行なわれる。また、通常走行時には、たとえば動力分割装置40によりエンジン10の動力が2経路の動力に分けられる。一方の動力で駆動輪80が直接的に駆動される。他方の動力で第1MG20を駆動して発電が行なわれる。このとき、ECU200は、発電された電力を用いて第2MG30を駆動させる。このように第2MG30を駆動させることにより駆動輪80の駆動補助が行なわれる。
車両1の減速時には、駆動輪80の回転に従動する第2MG30がジェネレータとして機能して回生制動が行なわれる。回生制動によって回収した電力は、バッテリ70に蓄えられる。なお、ECU200は、バッテリ70のSOCが低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン10の出力を増加させて第1MG20による発電量を増加させる。これにより、バッテリ70のSOCが増加させられる。また、ECU200は、低速走行時でも必要に応じてエンジン10からの駆動力を増加させる制御を行なう場合もある。たとえば、上述のようにバッテリ70の充電が必要な場合や、エアコン等の補機が駆動される場合や、エンジン10の冷却水の温度や触媒154を所定温度まで上げる場合等である。
図3は、第1MG20、第2MG30、PCU60、バッテリ70、EHC110の回路構成を示す図である。
PCU60とバッテリ70との間には、システムメインリレー(SMR)71が設けられる。SMR71は、ECU200からの制御信号によって制御され、バッテリ70とPCU60との間での電力の供給と遮断とを切り替える。
PCU60は、コンバータ61、インバータ62,63、平滑コンデンサ64,65、放電抵抗66を含む。
コンバータ61は、正極線PLおよび負極線NLを介してバッテリ70に接続される。また、コンバータ61は、正極線PL1および負極線NLを介してインバータ62,63に接続される。
コンバータ61は、リアクトルと、2つのスイッチング素子と、2つのダイオードとを含む。コンバータ61は、ECU200からの制御信号によって制御され、バッテリ70とインバータ62,63との間で電圧変換を行なう。
インバータ62は、コンバータ61と第1MG20との間に設けられる。インバータ63は、コンバータ61と第2MG30との間に設けられる。インバータ62,63は、コンバータ61に対して互いに並列に接続される。
インバータ62,63の各々は、三相の上下アーム(スイッチング素子)と、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含む。インバータ62,63の各上下アームは、ECU200からの制御信号によって制御され、コンバータ61で電圧変換された直流電力を交流電力に変換してそれぞれ第1MG20、第2MG30に出力する。
平滑コンデンサ64は、正極線PLと負極線NLとの間に接続され、正極線PLおよび負極線NL間の電圧変動の交流成分を平滑化する。平滑コンデンサ65は、正極線PL1と負極線NLとの間に接続され、正極線PL1および負極線NL間の電圧変動の交流成分を平滑化する。
放電抵抗66は、正極線PL1と負極線NLとの間に接続される。放電抵抗66は、平滑コンデンサ64,65の残留電荷を抜くことを用途とする。
EHC110は、コンバータ61とインバータ62,63との間の電力線(正極線PL1、負極線NL)に接続される。より具体的には、正側電極116が正極線PL1から分岐する正極分岐線PLehcに接続され、負側電極118が負極線NLから分岐する負極分岐線NLehcに接続される。触媒154に対してバッテリ70の電力をコンバータ61で昇圧した後の電力が供給されることによって、触媒154は、ジュール熱により加熱される。このように、本実施の形態におけるバッテリ70およびコンバータ61は、ハイブリッド電源(第2MG30の駆動用電源)としてだけでなくEHC電源(触媒154の加熱用電源)としても用いられる。また、触媒154は、車両1の制動時には、第1MG20および/または第2MG30で発電された回生電力(より正確には回生電力をインバータ62,63で直流電力に変換した後の電力)を消費することによっても加熱される。
EHC110とPCU60との間には、電源回路112が設けられる。電源回路112は、正極分岐線PLehc上に設けられたEHCリレーR1と、負極分岐線NLehc上に設けられたEHCリレーR2と、EHC110およびEHCリレーR1,R2の状態を監視する監視センサ120とを内部に備える。監視センサ120は、EHC110に供給される電圧値および電流値から、EHC110の消費電力(以下「EHC消費電力Pehc」ともいう)、EHC110の推定温度、EHC110の電気抵抗値などを算出し、算出結果をECU200に出力する。なお、監視センサ120の機能の全部または一部を電源回路112の外部に設けるようにしてもよい。
各EHCリレーR1,R2の開閉(オン・オフ)は、ECU200からの制御信号によって制御される。EHCリレーR1,R2の双方が閉じられると、EHC110とPCU60とが電気的に接続され、EHC110に電力が供給される。EHC110に電力が供給されることによって、EHC110がオン状態になる。EHC110がオン状態になることによって、EHC110内の触媒154が暖機される。
一方、EHCリレーR1,R2の少なくとも一方が開かれると、EHC110とPCU60との電気的な接続が遮断され、EHC110への電力供給が停止される。EHC110への電力供給が停止されることによって、EHC110がオフ状態になる。
このように、ECU200がEHCリレーR1,R2の開閉を制御するという比較的簡易かつ安価な構成でEHC110への電力の供給と停止とが切り替えられる。
高圧システムからの漏電経路は、絶縁抵抗Riで示すような、バッテリ70、負極線NLのような直流部、あるいは、EHC110から車体3への漏電経路が考えられる。
漏電検出装置74は、このような漏電経路における絶縁抵抗Riの低下を検出する。図4に、図3の漏電検出装置74のより詳細な構成を示した回路図を示す。なお、図4に示す接地ノードは車両1においてはボディーアースに対応する。また、図4で示す漏電検出装置74の構成は、一例であり、図4の構成に特に限定されるものではない。
漏電検出装置74は、信号発生部である発振回路400と、漏電検出用の抵抗500と、カップリングコンデンサ415と、インピーダンス判定回路600とを含む。
インピーダンス判定回路600は、バンドパスフィルタ(BPF)840と、オフセット回路および増幅回路からなる回路ブロック850と、抵抗860と、過電圧保護用ダイオード870と、コンデンサ880と、制御回路1100とを含む。
発振回路400は、ノードNAに所定周波数(所定周期Tp)で変化するパルス信号SIGを印加する。抵抗500は、ノードNAおよびノードN1の間に接続される。カップリングコンデンサ415は、漏電検出対象となるバッテリ70とノードN1との間に接続される。バンドパスフィルタ840は、ノードN1に入力端子が接続され、ノードN2に出力端子が接続される。バンドパスフィルタ840の通過帯域周波数は、パルス信号SIGの周波数に合わせて設計される。
回路ブロック850は、ノードN2とノードN3との間に接続される。回路ブロック850は、バンドパスフィルタ840を通過したパルス信号のうち、漏電検出時に設定されるしきい値電圧付近の電圧変化を増幅する。過電圧保護用ダイオード870は、電源ノードにカソードが接続され、ノードNBにアノードが接続されて、サージ電圧(高電圧,負電圧)を除去する。抵抗860はノードN3とノードNBとの間に接続される。コンデンサ880はノードNBと接地ノードとの間に接続される。抵抗860およびコンデンサ880は、回路ブロック850から出力される信号のノイズを除去するフィルタとして機能する。
制御回路1100は、発振回路400を制御する。また制御回路1100は、ノードNBの電圧を検出して、検出電圧Vrefに基づいて絶縁抵抗Riの低下を検出する。制御回路1100は、発振指令部1110と、A/D変換部1120と、判定部1130とを含む。
発振指令部1110は、発振回路400に対してパルス信号SIGを発生するよう指示を与えるとともに、パルス信号SIGのデューティ比を変更するよう指示する。A/D変換部1120は所定のサンプリング周期Tsにより検出したノードNBの電圧(検出電圧)をA/D変換する。サンプリング周期Tsはパルス信号SIGの周期Tpよりも十分短いのでノードNBの最大電圧(ピーク電圧Vp)および最小電圧を検出できる。判定部1130は、A/D変換部1120から取得したピーク電圧Vpの値と、しきい値とを比較する。これにより、制御回路1100は、絶縁抵抗Riの低下の有無を検出する。
次に、絶縁抵抗Riの低下を検出する動作について説明する。発振回路400によって発生されたパルス信号SIGは、抵抗500、カップリングコンデンサ415、絶縁抵抗Ri、およびバンドパスフィルタ840を含んで構成された直列回路に印加される。これにより、抵抗500およびカップリングコンデンサ415の接続点に相当するノードN1には、絶縁抵抗Riおよび抵抗500(抵抗値Rd)の分圧比:Ri/(Rd+Ri)とパルス信号SIGの振幅(電源電圧である電圧+B)との積に関連する値を波高値とするパルス電圧が発生する。なお電圧+Bは、たとえば補機バッテリの電圧としてもよいが、これに限定されるものではない。
ノードN1に発生したパルス電圧は、バンドパスフィルタ840によってパルス信号SIGの周波数以外の成分が減衰される。バンドパスフィルタ840を通過したパルス信号SIGのうち、しきい値電圧付近の電圧変化のみが回路ブロック850によって増幅される。回路ブロック850から出力される信号はノードNBに伝達される。ノードN3からノードNBに信号が伝達されるに際して、過電圧保護用ダイオード870によりサージ電圧が除去されるとともに、抵抗860およびコンデンサ880によってノイズが除去される。
絶縁抵抗Riが正常であるときには、Ri>>Rdである。Riが高くなるにしたがって、ピーク電圧Vpは電圧+Bにほぼ等しくなる。一方、絶縁抵抗Riの低下時には、分圧比:Ri/(Rd+Ri)が低下するので、ピーク電圧Vpが低下する。ピーク電圧Vpの低下を検出することにより、絶縁劣化(漏電)の発生を検出することができる。そして、検出抵抗値Rdは固定値であるので、ピーク電圧Vpを観測することによって、絶縁抵抗Riが算出される。
以上のような構成を有する車両1においては、EHC110に排気ガスが流通することによって、EHC110内の触媒154と排気通路108との間のマット153の内部には、水分や煤が蓄積される場合がある。また、マット153の内部において水分や煤の蓄積量が増加する場合には、水分や煤が絶縁部材155の表面に沿って蓄積することによって、触媒154と排気通路108との間の絶縁抵抗が低下する場合がある。このような場合に、EHC110がオン状態になるとEHC110から車体3へ漏電が発生する場合がある。
そこで、本実施の形態によるECU200は、EHC110と車体3との間の絶縁状態が維持されない場合にEHC110の加熱制御を実行する点を特徴とする。
本実施の形態においては、ECU200は、EHC110と車体3との間の抵抗値がしきい値よりも小さい状態である場合には、触媒温度Tcが触媒154と排気通路108との間の水分を蒸発させる第1温度Tc(1)になるまで触媒154を加熱する気化制御を加熱制御として実行する。
さらに、ECU200は、気化制御により上述の電気回路と車体との間の絶縁状態が回復しない場合には、触媒温度Tcが触媒154と排気通路108との間の煤を酸化させる第2温度Tc(2)になるまで触媒を加熱する煤焼き制御を実行する。第2温度Tc(2)は、第1温度Tc(1)よりも高い温度である。
図5に、本実施の形態に係る車両1に搭載されたECU200の機能ブロック図を示す。ECU200は、抵抗値判定部202と、漏電判定部204と、加熱制御部206とを含む。
抵抗値判定部202は、漏電検出装置74から入力された絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいか否かを判定する。しきい値Ri(0)は、絶縁抵抗Riの低下を判定するための値であって、予め定められた値である。また、しきい値Ri(0)は、EHC110をオン状態にした場合にEHC110から車体3への漏電が発生しない範囲内、あるいは、漏電が発生しても漏電による影響が小さい範囲内で設定される。
なお、抵抗値判定部202は、たとえば、絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい場合には、抵抗値判定フラグをオン状態にしてもよい。
漏電判定部204は、抵抗値判定部202において絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいと判定された場合に、EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生しているか否かを判定する。
漏電判定部204は、たとえば、抵抗値判定部202において絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいと判定された場合であって、かつ、電源回路112のリレーR1,R2のうちの少なくともいずれかが閉じている場合には、リレーR1,R2がいずれも開くようにリレーR1,R2を制御する。
漏電判定部204は、リレーR1,R2が開かれた状態で漏電検出装置74を用いて絶縁抵抗Riを検出する。漏電判定部204は、検出された絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)以上となる場合には、触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定する。
漏電判定部204は、リレーR1,R2が開かれた状態で検出された絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい場合には、触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していないと判定する。
さらに、漏電判定部205は、抵抗値判定部202において絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいと判定された場合であって、かつ、電源回路112のリレーR1,R2のいずれもが開いている場合には、触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していないと判定する。
漏電判定部204は、たとえば、抵抗値判定部202において絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいと判定された場合に、リレーR1のみが閉じている場合の絶縁抵抗Ri(1)と、リレーR2のみが閉じている場合の絶縁抵抗Ri(2)と、リレーR1およびR2のいずれもが開いている場合の絶縁抵抗Ri(3)とをそれぞれ検出し、Ri(1)およびRi(2)のうちの少なくともいずれか一方がしきい値Ri(0)よりも小さく、かつ、Ri(3)がしきい値Ri(0)よりも大きい場合に、触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定してもよい。
あるいは、漏電判定部204は、たとえば、抵抗値判定部202において絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいと判定された場合に、リレーR1およびR2がいずれも閉じている場合の絶縁抵抗Ri(4)と、リレーR1およびR2のいずれもが開いている場合の絶縁抵抗Ri(3)とをそれぞれ検出し、Ri(4)がしきい値Ri(0)よりも小さく、かつ、Ri(3)がしきい値Ri(0)よりも大きい場合に、触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定してもよい。
なお、漏電判定部204は、たとえば、抵抗値判定フラグがオン状態である場合に、EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生しているか否かを判定する。さらに、漏電判定部204は、EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定された場合に漏電判定フラグをオン状態にしてもよい。
加熱制御部206は、漏電判定部204においてEHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定された場合にEHC110の加熱制御を実行する。加熱制御部206は、たとえば、EHC110をオン状態にすることによって触媒154を加熱する。
本実施の形態において、加熱制御部206は、漏電判定部204によって触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定された場合に気化制御を実行する。
気化制御は、触媒温度Tcが触媒154と排気通路108との間の水分を蒸発させる第1温度Tc(1)になるまで触媒154を加熱する制御をいう。第1温度Tcは、たとえば、100℃以上の値である。
加熱制御部206は、気化制御において、触媒温度センサ114によって検出された触媒温度Tcが第1温度Tc(1)になるまで触媒154を加熱してもよいし、あるいは、予め定められた第1期間が経過するまでEHC110をオン状態にすることによって触媒154を加熱してもよい。なお、予め定められた第1期間は、触媒温度Tcが第1温度Tc(1)以上となるように設定される期間である。
加熱制御部206は、気化制御の実行後に車体3とEHC110との間の絶縁状態が回復しているか否かを判定する。
具体的には、加熱制御部206は、気化制御が実行されてから予め定められた時間が経過するまで絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい状態が維持される場合には、絶縁状態が回復していないと判定する。
一方、加熱制御部206は、気化制御が実行されてから予め定められた時間が経過するまでに絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)以上になる場合には、絶縁状態が回復していると判定する。なお、電源回路112のリレーR1,R2の少なくともいずれかが閉じられているものとする。加熱制御部206は、絶縁状態が回復していると判定された場合に加熱制御を終了する。
加熱制御部206は、気化制御の実行後に車体3とEHC110との間の絶縁状態が回復していないと判定される場合には煤焼き制御を実行する。
煤焼き制御は、触媒温度Tcが触媒154と排気通路108との間の煤を酸化させる第2温度Tc(2)になるまで触媒154を加熱する制御をいう。第2温度Tc(2)は、500℃〜600℃の範囲の温度である。
加熱制御部206は、煤焼き制御において、触媒温度センサ114によって検出された触媒温度Tcが第2温度Tc(2)になるまで触媒154を加熱してもよいし、あるいは、予め定められた第2期間が経過するまでEHC110をオン状態にすることによって触媒154を加熱してもよい。なお、予め定められた第2期間は、気化制御の実行後の触媒温度Tcが第2温度Tc(2)以上となるように設定される期間である。
加熱制御部206は、第2期間の経過後に加熱制御を終了する。加熱制御部206は、たとえば、漏電判定フラグがオン状態である場合に加熱制御を実行してもよい。
本実施の形態においては、加熱制御部206は、気化制御を実行した後に車体3とEHC110との間の絶縁状態が回復しない場合に煤焼き制御を実行するものとして説明したが、特にこのような制御に限定されるものではない。加熱制御部206は、たとえば、漏電判定部204によって154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定された場合に煤焼き制御を実行してもよい。
あるいは、加熱制御部206は、煤焼き制御による絶縁状態の回復頻度(絶縁状態が回復する回数)が気化制御による絶縁状態の回復頻度よりも大きい場合に煤焼き制御を気化制御よりも優先して実行してもよい。
本実施の形態において、抵抗値判定部202と、漏電判定部204と、加熱制御部206とは、いずれもECU200のCPUがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両1に搭載される。
図6を参照して、本実施の形態に係る車両1に搭載されたECU200で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、ECU200は、漏電検出装置74から入力される絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さいか否かを判定する。絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい場合には(S100にてYES)、処理はS102に移される。もしそうでない場合には(S102にてNO)、この処理は終了する。
S102にて、ECU200は、EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生しているか否かを判定する。EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生している場合には(S102にてYES)、処理はS104に移される。もしそうでない場合には(S102にてNO)、この処理は終了する。S104にて、ECU200は、加熱制御を実行する。加熱制御については上述したとおりであるためのその詳細な説明は繰り返さない。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両1に搭載されたECU200の動作について説明する。
たとえば、エンジン10が停止中である場合を想定する。エンジン10が停止中に結露等の発生により排気通路108と触媒154との間のマット153に水分が蓄積される。また、エンジン10の停止前の作動時においては、排気ガス中の煤がマット153において蓄積される。このような場合において、漏電検出装置74によって絶縁抵抗Riが検出され、検出された絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい場合には(S100にてYES)、EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生しているか否かが判定される(S102)。
たとえば、リレーR1およびR2のいずれもが開かれた場合に絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)以上になる場合には、EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生していると判定される。
EHC110における触媒154と排気通路108との間の水分や煤に起因した絶縁抵抗の低下が発生している場合には(S102にてYES)、加熱制御が実行される(S104)。
気化制御の実行により触媒温度Tcを第1温度Tc(1)になるまで上昇させることによって、マット153内の水分を蒸発させることができる。このとき、絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)以上になる場合には、EHC110と車体3との間の絶縁状態が回復しているため、加熱制御が終了される。
一方、気化制御の実行から第1期間が経過するまで絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい状態が維持される場合には、煤焼き制御が実行される。
煤焼き制御の実行により触媒温度Tcを第2温度Tc(2)になるまで上昇させることによって、マット153内の煤を酸化させることができる。マット153内の水分を蒸発させ、煤を酸化させることによって、EHC110と車体3との間の絶縁状態を回復させることができる。煤焼き制御の実行から第2期間が経過した場合に、加熱制御が終了される。
以上のようにして、本実施の形態に係る車両によると、EHC110と車体3との間の絶縁状態が維持されない場合に加熱制御を実行することによって触媒154が加熱されるため、排気通路108と触媒154との間の水分を蒸発させたり、煤を酸化させたりすることができる。これにより、EHC110と車体3との間の絶縁状態を回復させることができる。そのため、EHC110と車体3との間での漏電の発生を抑制することができる。したがって、電力を用いて加熱される触媒装置における漏電の発生を抑制する車両および車両用制御方法を提供することができる。
また、絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい場合に、気化制御を実行することによって、煤焼き制御を実行する場合よりも低い消費電力かつ短時間で触媒154と排気通路108との間の絶縁状態を回復させることができる。
さらに、気化制御の実行後に、あるいは、絶縁抵抗Riがしきい値Ri(0)よりも小さい場合に、煤焼き制御を実行することによって、排気通路108と触媒154との間の水分を蒸発させたり、煤を酸化させたりすることができる。そのため、気化制御を実行する場合よりも触媒154と車体3との間の絶縁状態を確実に回復させることができる。
本実施の形態において、気化制御および煤焼き制御は、いずれもEHC110をオン状態にすることによって行なわれたが、特にEHC110を用いることに限定されるものではない、たとえば、気化制御および煤焼き制御のうちの少なくともいずれか一方が、エンジン10の点火時期および燃料噴射量の制御により行なわれてもよい。
エンジン10の点火時期の制御とは、エンジン10の点火時期を気化制御あるいは煤焼き制御を実行しない場合にエンジン10の状態に基づいて設定される点火時期よりも遅角側に変化させる制御をいう。
また、エンジン10の燃料噴射量の制御とは、エンジン10の燃料噴射量を気化制御あるいは煤焼き制御を実行しない場合にエンジン10の状態に基づいて設定される燃料噴射量よりも増量させる制御をいう。
さらに、本実施の形態においては、EHC110と車体3との間の絶縁状態が維持されるか否かを絶縁抵抗Riに基づいて判定したが、特に抵抗値に基づいて判定することに限定されるものではない。たとえば、ECU200は、EHC110と車体2との間で流れる電流がしきい値よりも小さい場合に絶縁状態が維持され、電流がしきい値よりも大きい場合に絶縁状態が維持されないと判定してもよい。
なお、リレーR1のみが閉じている場合の絶縁抵抗Ri(1)およびリレーR2のみが閉じている場合のRi(2)のうちの少なくともいずれか一方がしきい値Ri(0)よりも小さく、かつ、リレーR1およびR2のいずれもが開いている場合のRi(3)がしきい値Ri(0)よりも大きい場合に、漏電検出装置74によって検出される抵抗値は、EHC110と車体3との間の抵抗値を示す。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 ハイブリッド車両、3 車体、10 エンジン、11 エンジン回転速度センサ、12,131レゾルバ、14 車輪速センサ、16 駆動軸、18 クランク軸、20,30 MG、40 動力分割装置、50 サンギヤ、52 ピニオンギヤ、54 キャリア、56 リングギヤ、58 減速機、60 PCU、61,71 コンバータ、62,63 インバータ、64,65 平滑コンデンサ、66 放電抵抗、70 バッテリ、72 補機バッテリ、74 漏電検出装置、80 駆動輪、82 ドライブシャフト、102 気筒、104 燃料噴射装置、106 エキゾーストマニホールド、108 排気通路、110 ECU、112 電源回路、114 触媒温度センサ、116 正側電極、118 負側電極、120 監視センサ、153 マット、154 触媒、155 絶縁部材、156 電池温度センサ、158 電流センサ、160 電圧センサ、162 アクセルペダル、164 ペダルストロークセンサ、200 ECU、202 抵抗値判定部、204 漏電判定部、206 加熱制御部、400 発振回路、415 カップリングコンデンサ、500,860 抵抗、600 インピーダンス判定回路、840 バンドパスフィルタ、850 回路ブロック、870 過電圧保護用ダイオード、880 コンデンサ、1100 制御回路、1110 発振指令部、1120 A/D変換部、1130 判定部。

Claims (7)

  1. エンジンと
    体と電気的に絶縁される蓄電装置と
    前記蓄電装置の電力を用いて加熱され、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒装置と
    前記触媒装置の加熱制御を実行するための制御装置と、
    前記触媒装置と前記車体との間の抵抗値を検出する検出装置とを含み、
    前記触媒装置は、前記車体と電気的に絶縁されるように構成され、
    前記制御装置は、前記抵抗値がしきい値よりも小さい場合に、前記触媒装置の前記加熱制御を実行する、車両。
  2. 前記制御装置は、前記抵抗値が前記しきい値よりも小さい場合に、触媒温度が前記触媒装置と前記エンジンの排気通路との間の煤を酸化させる温度になるまで前記触媒装置を加熱する煤焼き制御を実行する、請求項に記載の車両。
  3. 前記制御装置は、前記抵抗値が前記しきい値よりも小さい場合に、触媒温度が前記触媒装置と前記エンジンの排気通路との間の水分を蒸発させる第1温度になるまで前記触媒装置を加熱する気化制御を実行する、請求項に記載の車両。
  4. 前記制御装置は、前記気化制御の実行により絶縁状態が回復しない場合には、前記触媒温度が前記触媒装置と前記排気通路との間の煤を酸化させる第2温度になるまで前記触媒装置を加熱する煤焼き制御を実行し、
    前記第2温度は、前記第1温度よりも高い温度である、請求項に記載の車両。
  5. 前記制御装置は、前記触媒装置に電力を供給することによって前記触媒装置の温度を上昇させる、請求項に記載の車両。
  6. 前記車両は、前記蓄電装置から電力の供給を受けて前記車両を走行させる回転電機をさらに含む、請求項に記載の車両。
  7. エンジンと、車体と電気的に絶縁される蓄電装置と、前記蓄電装置の電力を用いて加熱され、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒装置とを含む車両に用いられる車両用制御方法であって、前記触媒装置は、前記車体と電気的に絶縁されるように構成され、
    前記触媒装置と前記車体との間の抵抗値を検出するステップと、
    前記触媒装置と前記車体との間の前記抵抗値がしきい値よりも小さい場合に、前記触媒装置の加熱制御を実行するステップとを含む、車両用制御方法。
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