專利名稱：混合動力車輛的催化劑升溫裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及安裝在混合動力車輛上的發(fā)動機的催化劑，特別涉及有效 地利用安裝在混合動力車輛上的功率模塊的熱量來避免排氣排放物惡化的 技術。
背景技術：
一般來說，在發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中設置有用于凈化排氣中的特定成分 的催化轉換器。作為該催化轉換器，廣泛地使用三元催化轉換器，該三元
催化轉換器用于氧化一氧化碳(CO)和未燃燒的碳氫化合物(HC)并還 原氮氧化物(N0X)，從而使它們變?yōu)槎趸?C02)、水蒸氣 (H20)、以及氮氣(N2)，其中一氧化碳(CO)、碳氫化合物 (HC)、以及氮氧化物(N0X)是排氣中的特定的三種成分。
該三元催化轉換器所包含的催化劑存在以下問題在低溫下功能會下 降，在冷起動時如果不及早地使催化劑的溫度上升，則無法凈化由于燃燒 不穩(wěn)定而包含大量的上述特定的三種成分的排氣。
另外，以下的混合動力車輛已被實用化包括通過燃料的燃燒能量動 作的發(fā)動機和通過電能動作的馬達來作為車輛行駛時的動力源，并且在該 動力源與驅動輪之間設置有自動變速器(包括動力分配機構)。在這樣的 混合動力車輛中，例如根據(jù)運轉狀態(tài)分開使用發(fā)動機和馬達來行駛，由此 能夠在維持預定的行駛性能的同時降低燃料消耗量和排氣量。具體地說， 包括僅將發(fā)動機作為動力源而行駛的發(fā)動機行駛模式、僅將馬達作為動力 源(使發(fā)動機停止)而行駛的馬達行駛模式、以及將發(fā)動機和馬達這兩者 作為動力源而行駛的發(fā)動機+馬達行駛模式等發(fā)動機和馬達的動作狀態(tài)不 同的多個運轉模式，并且按照將車速(或動力源轉速)和加速器操作量等 運轉狀態(tài)作為參數(shù)的動力源映射圖等預先確定的模式切換條件來自動地進
4行切換。即，即使車輛正在行駛，也會產(chǎn)生發(fā)動機間歇運轉的狀態(tài)。
并且，除此以外，在僅通過馬達使驅動輪旋轉、并且發(fā)動機作為經(jīng)由 發(fā)電機向馬達供應電力的電力供應源而動作的被稱為串聯(lián)(直列)式的車 輛中，有也稱為帶發(fā)動機發(fā)電機的電動汽車的混合動力車輛。另外，還有 被稱為并聯(lián)(并列)式的以下的混合動力車輛通過發(fā)動機和馬達這兩者 直接驅動車輪，馬達能夠輔助發(fā)動機的動力并能夠作為發(fā)電機對蓄電池進 行充電而行駛。
日本專利文獻特開2006 — 132394號公報公開了能夠抑制成本的增加 并能夠有效、可靠地凈化排氣的串聯(lián)式混合動力車輛的排氣凈化裝置。該 串聯(lián)式混合動力車輛的排氣凈化裝置的特征在于，在包括通過內燃機驅動 的發(fā)電機、通過發(fā)電機的輸出經(jīng)由逆變器而充電的行駛用蓄電池、以及從 蓄電池經(jīng)由逆變器接受電力供應的馬達的串聯(lián)式混合動力車輛中，包括 排氣凈化單元，被設置在內燃機的排氣路徑上；以及升溫單元，通過在內 燃機停止時從蓄電池經(jīng)由逆變器接受電力的供應來提高排氣凈化單元的溫 度。并且，排氣凈化單元的特征在于，在前段配置氧化催化劑，在后段配 置捕集排氣中的顆粒物的過濾器。另外，排氣凈化單元的特征在于，過濾 器是堇青石制過濾器，升溫單元是設置在過濾器的周圍并通過被供應電力 來發(fā)熱的加熱器。
根據(jù)該串聯(lián)式混合動力車輛的排氣凈化裝置，在內燃機停止時從行駛 用的蓄電池經(jīng)由逆變器向升溫單元供應電力來使設置在串聯(lián)式混合動力車 輛的內燃機的排氣路徑上的排氣凈化裝置升溫。并且，由于排氣凈化裝置 為所謂的連續(xù)再生式過濾器，因此通過前段氧化催化劑使排氣中的碳氫化 合物(HC)和一氧化碳(CO)變?yōu)槎趸?C02)和水(H20)，并有 效地使NOx中的一氧化氮(NO)變?yōu)槎趸?N02)，暫時提高N02 的濃度，然后通過后段的過濾器來捕集PM，使捕集到的PM在前段中生 成的N02中燃燒。另外，當過濾器為不具有通電性的堇青石過濾器時，在 堇青石過濾器的周圍設置加熱器，向該加熱器供應電力以使其發(fā)熱，由此 使堇青石過濾器升溫。
安裝在混合動力車輛上的晶閘管或功率晶體管等電子部件的性能的提高非常顯著，與此相應地來自電子部件(發(fā)熱元件)的發(fā)熱量變大。另一 方面，例如在安裝有感應電動機和直流蓄電池的混合動力車輛(包括電動 汽車、燃料電池車輛)中，通過逆變器進行電力變換，從直流蓄電池向感 應電動機供應電力。伴隨著電動機的額定輸出的上升，這樣的逆變器等電 子部件的發(fā)熱量也會上升，從而需要充分的冷卻對策。
在車輛中，尤其要求電子部件的小型化和薄型化，為了在這樣的要求 下保持動作的穩(wěn)定，用于將所產(chǎn)生的大量的熱量迅速地散發(fā)到外部的冷卻 裝置的位置設定變得非常重要。在這樣的電子部件的冷卻中，單獨或組合 使用散熱器、空冷扇、散熱管、水冷單元等。尤其是在發(fā)熱量大的情況 下，使用水冷單元。
這樣，對安裝在PCU (Power Control Unit，動力控制單元)上的IPM (Intelligent Power Module ，智能功率模塊)禾B IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor ，絕緣柵雙極性晶體管)等電子部件(以下，有時將這 些需要冷卻的電子部件稱為功率模塊)進行冷卻。
艮P，這樣的功率模塊的熱量在功率模塊與液體制冷劑(冷卻水)之間 被進行熱交換，液體制冷劑在散熱器(radiator)中與空氣進行熱交換，結 果導致了功率模塊的熱量被浪費掉。
但是，在上述日本專利文獻特開2006 —132394號公報中，也只是經(jīng)
由逆變器向加熱器供應電力而使過濾器升溫，并沒有有效地利用來自逆變 器的功率模塊的發(fā)熱。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種能 夠將發(fā)熱的功率模塊的熱量有效地用于催化劑預熱的混合動力車輛的催化 劑升溫裝置。
第一發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置包括催化劑凈化機構， 凈化內燃機的排氣；以及電氣設備，被設置成與催化劑凈化機構的外表面 接觸，具有催化劑活性溫度以上的耐熱性，并通過通電而發(fā)熱。
根據(jù)第一發(fā)明，凈化內燃機的排氣的催化劑凈化機構在催化劑活性溫度以下無法充分地凈化排氣。通常，通過點火延遲角、燃料噴射量增量等 使排氣溫度上升，從而使催化劑凈化機構的溫度上升。在混合動力車輛 中，有時在僅通過馬達來行駛時起動內燃機。在這樣的情況下，尤其是如 果在起動后緊接著對內燃機要求高負載，則在催化劑凈化機構的溫度為活 性溫度以下時很多排氣無法被充分地凈化就被排放到大氣中。另一方面， 當僅通過馬達來行駛時，包括功率模塊的逆變器等電氣設備被驅動，該功 率模塊通過通電而發(fā)熱。該電氣設備具有催化劑活性溫度以上的耐熱性。 該電氣設備被設置成與催化劑凈化機構的外表面接觸。因此，通過通電而 發(fā)熱的電氣設備的熱量經(jīng)由催化劑凈化機構的外表面使催化劑升溫。該電 氣設備具有催化劑活性溫度以上的耐熱性，因此即使在催化劑活性化(例
如變?yōu)榱?60(TC左右的高溫)之后，功能也不會下降，并且也不會由于熱 量而受到破壞。結果，能夠提供可以將發(fā)熱的功率模塊的熱量有效地用于 催化劑預熱的混合動力車輛的催化劑升溫裝置。
第二發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置在第一發(fā)明的構成的基礎
上還具有以下構成電氣設備是控制對電動發(fā)電機的電力供應的設備。
根據(jù)第二發(fā)明，作為電氣設備而被安裝在混合動力車輛上并控制對電 動發(fā)電機的電力供應的逆變器裝置、變換器裝置等具有催化劑活性溫度以 上的耐熱性。該電氣設備被設置成與催化劑凈化機構的外表面接觸。因 此，通過通電而發(fā)熱的、控制對電動發(fā)電機的電力供應的設備的熱量經(jīng)由 催化劑凈化機構的外表面使催化劑升溫。由于該電氣設備具有催化劑活性
溫度以上的耐熱性，因此即使在催化劑活性化(例如變?yōu)榱?60(TC左右的 高溫)之后，功能也不會下降，并且也不會由于熱量而受到破壞。
第三發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置在第一或第二發(fā)明的構成
的基礎上還具有以下構成電氣設備是逆變器裝置，逆變器裝置包括功 率模塊，具有催化劑活性溫度以上的耐熱性，并且發(fā)熱；以及電氣部件， 其耐熱性低于功率模塊的耐熱性；功率模塊被設置成與催化劑凈化機構的 外表面接觸，電氣部件被設置成不與外表面接觸。
根據(jù)第三發(fā)明，作為電氣設備而被安裝在混合動力車輛上的逆變器裝
置包括功率模塊(具有催化劑活性溫度以上的耐熱性)；以及電氣部件，其耐熱性低于(可以說不具有催化劑活性溫度以上的耐熱性)功率模 塊的耐熱性。將該功率模塊設置成與催化劑凈化機構的外表面接觸，將電 氣設備設置成不與催化劑凈化機構的外表面接觸，因此即使電氣設備的一 部分包括耐熱性低的電氣部件，也能夠提供可以將發(fā)熱的功率模塊的熱量 有效地用于催化劑預熱的混合動力車輛的催化劑升溫裝置。
第四發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置在第三發(fā)明的構成的基礎 上還具有以下構成還包括設置在功率模塊與電氣部件之間的隔熱部件。
根據(jù)第四發(fā)明，在功率模塊與耐熱性低于功率模塊的電氣部件之間設 置了隔熱材料(非積極地隔熱的玻璃棉等或積極地隔熱的冷卻水通路、冷 卻風通路等)。因此，即使將功率模塊設置成與催化劑凈化機構的外表面 接觸，也能夠通過隔熱材料來避免催化劑凈化裝置的熱量從催化劑凈化機 構經(jīng)由功率模塊被傳遞給耐熱性低的電氣部件。
第五發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置在第四發(fā)明的構成的基礎 上還具有以下構成隔熱部件是與散熱器連接、并且冷卻水在其中循環(huán)的 冷卻水管道。
根據(jù)第五發(fā)明，在功率模塊與耐熱性低于功率模塊的電氣部件之間設 置了冷卻水管道。通過散熱器被冷卻(散熱)了的冷卻水在該冷卻水管道 中循環(huán)。因此，即使將功率模塊設置成與催化劑凈化機構的外表面接觸， 也能夠通過隔熱材料更可靠地避免催化劑凈化裝置的熱量從催化劑凈化機 構經(jīng)由功率模塊被傳遞給耐熱性低的電氣部件。
第六發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置在第五發(fā)明的構成的基礎 上還具有以下構成還包括控制裝置?？刂蒲b置在內燃機起動后，判斷是 否需要使催化劑凈化機構預熱，如果判斷為需要預熱，則控制設置在冷卻 水管道上的轉換閥，以使冷卻水管道的冷卻水不流向散熱器。
根據(jù)第六發(fā)明，在設置在功率模塊與電氣部件之間的冷卻水管道中， 如果判斷為需要催化劑預熱，則冷卻水管道的冷卻水不流經(jīng)散熱器。因 此，能夠在不通過冷卻水冷卻功率模塊的熱量的情況下通過功率模塊的發(fā) 熱使催化劑凈化機構升溫。
第七發(fā)明的混合動力車輛的催化劑升溫裝置在第一 第三發(fā)明中的任一發(fā)明的構成的基礎上還具有以下構成還包括控制裝置。控制裝置在內 燃機起動后，判斷是否需要使催化劑凈化機構預熱，如果判斷為需要預 熱，則控制電氣設備，以使電氣設備以低效率工作。根據(jù)第七發(fā)明，如果判斷為需要催化劑預熱，則使電氣設備以低效率 工作。因此，來自電氣設備的發(fā)熱量增加。由此，來自功率模塊的發(fā)熱量 變得更多，因此能夠通過功率模塊的發(fā)熱使催化劑凈化機構更迅速地升溫o


圖1是包括本發(fā)明實施方式的催化劑升溫裝置的混合動力車輛整體的控制框圖；圖2是表示動力分配機構的圖；圖3是具有本發(fā)明實施方式的催化劑升溫裝置的發(fā)動機的控制框圖；圖4是表示由控制本發(fā)明實施方式的催化劑升溫裝置的發(fā)動機ECU 執(zhí)行的程序的控制結構的流程圖；圖5是具有本發(fā)明實施方式的變形例的催化劑升溫裝置的發(fā)動機的控 制框圖。
具體實施方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。在以下的說明中，對相同 的部件標注相同的標號。它們的名稱和功能也相同。因此，不重復與其相 關的詳細的說明。另外，以下對包括兩個三元催化轉換器催化劑的發(fā)動機 進行說明，但可以是包括一個以上的三元催化轉換器的任何發(fā)動機。另 外，如果是包括發(fā)熱(反過來說，需要冷卻)的功率模塊的車輛，則動力 混合的方式也不被限定。參照圖1來說明包括本發(fā)明實施方式的催化劑升溫裝置的混合動力車 輛整體的控制框圖。另外，本發(fā)明不限于圖1所示的混合動力車輛。在本 發(fā)明中，作為動力源的例如汽油發(fā)動機等內燃機(以下，作為發(fā)動機來進 行說明)是使車輛行駛的驅動源，并且是發(fā)電機的驅動源即可。另外，也可以是以下的其他方式的混合動力車輛驅動源是發(fā)動機和電動發(fā)電機， 并能夠通過電動發(fā)電機的動力來行駛；或者有時在行駛中使發(fā)動機停止， 并安裝有行駛用的蓄電池。該蓄電池是鎳氫電池或鋰離子電池等，其種類 不被特別地限定。另外，也可以代替蓄電池而使用電容器?；旌蟿恿囕v包括發(fā)動機120和電動發(fā)電機(MG) 140。另外，以下 為了便于說明，將電動發(fā)電機140表示為電動發(fā)電機140A (或者MG (2) 140A)和電動發(fā)電機140B (或者MG (1) 140B)，根據(jù)混合動力 車輛的行駛狀態(tài)，電動發(fā)電機140A作為發(fā)電機而發(fā)揮功能，或者電動發(fā) 電機140B作為電動機而發(fā)揮功能。當該電動發(fā)電機作為發(fā)電機而發(fā)揮功 能時，進行再生制動。當電動發(fā)電機作為發(fā)電機而發(fā)揮功能時，車輛的運 動能量被轉換為電能，車輛被減速。除此以外，混合動力車輛包括以下等減速器180，將由發(fā)動機120 或電動發(fā)電機140產(chǎn)生的動力傳遞給驅動輪160、或者將驅動輪160的驅 動傳遞給發(fā)動機120或電動發(fā)電機140;動力分配機構(例如后述的行星 齒輪機構)200，將發(fā)動機120產(chǎn)生的動力分配給驅動輪160和電動發(fā)電 機140B (MG (1) 140B)這兩個路徑；行駛用蓄電池220，充進用于驅 動電動發(fā)電機140的電力；逆變器240，在對行駛用蓄電池220的直流與 電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)和電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)的交流進行交換的同時進行電流控制；蓄電池控制單元(以下稱為 蓄電池ECU (Electronic Control Unit ，電子控制單元))260，管理控制 行駛用蓄電池220的充放電狀態(tài)(例如SOC (State of charge ，充電狀 態(tài))；發(fā)動機ECU280，控制發(fā)動機120的動作狀態(tài)；MG—ECU300，根據(jù) 混合動力車輛的狀態(tài)來控制電動發(fā)電機140、蓄電池ECU260、以及逆變 器240等；以及HV一ECU320，相互地管理控制蓄電池ECU260、發(fā)動機 ECU280、以及MG—ECU300等，并且控制整個混合動力系統(tǒng)以使混合動 力車輛能夠最有效地運行。在本實施方式中，在行駛用蓄電池220與逆變器240之間設置有升壓 變換器242。這是由于，行駛用蓄電池220的額定電壓比電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)和電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)的額定電壓低，因此當從行駛用蓄電池220向電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)和電動 發(fā)電機140B (MG (1) 140B)供應電力時，通過升壓變換器242來升高 電壓。另外，在圖1中，使各個ECU獨立地構成，但是也可以將兩個以上 的ECU構成為統(tǒng)一的ECU (例如如圖1的虛線所示，使MG—ECU300和 HV—ECU320成為統(tǒng)一的ECU是其中的一個例子)。動力分配機構200使用行星齒輪機構(行星齒輪)將發(fā)動機120的動 力分給驅動輪160和電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)這兩者。通過控 制電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)的轉速，動力分配機構200也作為 無級變速器而發(fā)揮功能。發(fā)動機120的轉矩被輸入給行星齒輪架(C)， 然后通過太陽齒輪(S)被傳遞給電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)，并 通過內嚙合齒輪(R)被傳遞給電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)和輸 出軸(驅動輪160側)。當使旋轉中的發(fā)動機120停止時，由于發(fā)動機 120正在旋轉，因此通過電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)將該旋轉的運 動能量轉換為電能，使發(fā)動機120的轉速下降。在安裝有圖1所示的混合動力系統(tǒng)的混合動力車輛中， 一旦關于車輛 的狀態(tài)的預先確定的條件成立，貝U HV—ECU320經(jīng)由電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)和發(fā)動機ECU280控制發(fā)動機120，以僅通過電動發(fā)電 機140的電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)來使混合動力車輛行駛。例 如，預先確定的條件是行駛用蓄電池220的SOC大于等于預定的值這樣的 條件等。這樣一來，在起動或低速行駛時等發(fā)動機120的效率差的情況 下，能夠僅通過電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)來使混合動力車輛行 駛。結果，能夠降低行駛用蓄電池220的SOC (可以在之后車輛停止時對 行駛用蓄電池220進行充電)。另外，當通常行駛時，例如通過動力分配機構200將發(fā)動機120的動 力分為兩個路徑， 一方面進行驅動輪160的直接驅動，另一方面驅動電動 發(fā)電機140B (MG (1) 140B)來進行發(fā)電。此時，通過產(chǎn)生的電力來驅 動電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A),進行驅動輪160的驅動輔助。另 外，當高速行駛時，還將來自行駛用蓄電池220的電力供應給電動發(fā)電機發(fā)電機140A (MG (2) 140A)的輸 出，對驅動輪160增加驅動力。另一方面，當減速時，通過驅動輪160使 從動的電動發(fā)電機140A (MG (2) 140A)作為發(fā)電機而發(fā)揮功能來進行 再生發(fā)電，并將回收的電力儲存在行駛用蓄電池220中。另外，當行駛用 蓄電池220的充電量下降、特別需要充電時，增加發(fā)動機120的輸出，增 大電動發(fā)電機140B (MG (1) 140B)的發(fā)電量，對行駛用蓄電池220增 加充電量。另外，行駛用蓄電池220的目標SOC通常被設定為60%左右，使得 無論何時進行再生均能夠回收能量。另外，關于SOC的上限值和下限值， 例如將上限值設定為80%，將下限值設定為30%，以抑制行駛用蓄電池 220的蓄電池的劣化，HV—ECU320通過MG—ECU300來控制電動發(fā)電機 140的發(fā)電和再生、以及馬達輸出，以使SOC不超過上限值和下限值。另 外，這里列舉出的值是一個例子，對其沒有特殊的限定。參照圖2來進一步說明動力分配機構200。動力分配機構200包括行 星齒輪，該行星齒輪包括太陽齒輪(S) 202 (以下簡稱為太陽齒輪 202)、小齒輪204、行星齒輪架(C) 206 (以下簡稱為行星齒輪架 206)、以及內嚙合齒輪(R) 208 (以下簡稱為內嚙合齒輪208)。小齒輪204與太陽齒輪202和內嚙合齒輪208配合。行星齒輪架206 支承小齒輪204，使得小齒輪204能夠自轉。太陽齒輪202與MG (1) 140B的旋轉軸連結。行星齒輪架206與發(fā)動機120的曲軸連結。內嚙合齒 輪208與MG (2) 140A的旋轉軸和減速器180連結。發(fā)動機120、 MG (1) 140B、以及MG (2) 140A通過包括行星齒輪 的動力分配機構200連結，由此發(fā)動機120、 MG (1) 140B、以及MG (2) 140A的轉速在共線圖中成為以直線連結的關系。參照圖3來說明安裝在該混合動力車輛上的發(fā)動機120。如圖3所 示，在發(fā)動機120上連接有進氣系統(tǒng)1152、以及包括第一三元催化轉換器 1200和第二三元催化轉換器1300的排氣系統(tǒng)1154。另外，三元催化轉換 器不限于兩個，只要是一個以上即可。進氣系統(tǒng)1152包括進氣通路1110、空氣濾清器1118、空氣流量計1104、節(jié)氣門馬達1114A、節(jié)流閥1112、以及節(jié)氣門位置傳感器1114B。從空氣濾清器1118吸入的空氣通過進氣通路1110在發(fā)動機120中流 通。在進氣通路1110的中途設置有節(jié)流閥1112。節(jié)流閥1112通過基于來 自發(fā)動機ECU280的控制信號而動作的節(jié)氣門馬達1114A而被開閉，以將 期望的空氣量供應給發(fā)動機120。此時，能夠通過節(jié)氣門位置傳感器 1114B檢測出節(jié)流閥1112的開度。在空氣濾清器1118與節(jié)流閥1112之間 的進氣通路中設置有空氣流量計1104，以檢測所吸入的空氣量。空氣流量 計1104將吸入進氣量信號發(fā)送給發(fā)動機ECU280。發(fā)動機120包括冷卻水通路1122、氣缸體1124、噴射器1126、活塞 1128、曲軸1130、水溫傳感器1106、以及曲軸位置傳感器1132。在與氣缸體1124的氣缸數(shù)相對應的數(shù)量的氣缸內分別設置有活塞 1128。通過進氣通路1110向活塞1128上部的燃燒室導入從噴射器1126噴 射出的燃料與所吸入的空氣的混合氣，并通過點火正時受到控制的火花塞 的點火來燃燒。 一旦發(fā)生了燃燒，則活塞1128被按下。此時，活塞1128 的上下運動經(jīng)由曲軸機構被變換為曲軸1130的旋轉運動。另外，發(fā)動機 ECU280基于由曲軸位置傳感器1132檢測出的信號來檢測出發(fā)動機120的 轉速NE。在氣缸體1124內設置有冷卻水通路1122，冷卻水通過水泵(未圖 示)的動作而循環(huán)。該冷卻水通路1122內的冷卻水流到與冷卻水通路 1122連接的散熱器(未圖示)中，通過冷卻扇(未圖示)進行散熱。在冷 卻水通路1122的通路上設置有水溫傳感器1106，以檢測出冷卻水通路 1122內的冷卻水的溫度。水溫傳感器1106將檢測出的水溫作為發(fā)動機冷 卻水溫的檢測信號發(fā)送給發(fā)動機ECU280。排氣系統(tǒng)1154包括排氣通路1108;第一三元催化轉換器1200，例 如與發(fā)動機120的排氣岐管構成為一體，以通過發(fā)動機120的熱量來實現(xiàn) 升溫；以及第二三元催化轉換器1300，例如被設置在地板下。在這些第一 三元催化轉換器1200的上游側和第二三元催化轉換器1300的上游側(第 一三元催化轉換器1200的下游側)分別設置有空燃比傳感器。并且，還 設置有檢測這些第一三元催化轉換器1200和第二三元催化轉換器1300的溫度的溫度傳感器(未圖示)。這樣，與發(fā)動機120的排氣側連接的排氣通路1108與第一三元催化 轉換器1200和第二三元催化轉換器1300連接。§卩，在發(fā)動機120中通過 燃燒室內的混合氣的燃燒而產(chǎn)生的排氣首先流入到第一三元催化轉換器 1200中。流入到第一三元催化轉換器1200內的排氣中所包含的HC、 CO 在第一三元催化轉換器1200中被氧化。并且，流入到第一三元催化轉換 器1200內的排氣中所包含的NOx在第一三元催化轉換器1200中被還原。 該第一三元催化轉換器1200被設置在發(fā)動機120的附近(如上所述，有 時與排氣岐管一體化)，在發(fā)動機120冷起動時也會被迅速地升溫并實5見 催化劑功能。另外，以凈化排氣為目的將排氣從第一三元催化轉換器1200輸送到 第二三元催化轉換器1300。該第一三元催化轉換器1200和第二三元催化 轉換器1300基本上具有相同的構造和功能。設置在第一三元催化轉換器1200的上游側的第一空燃比傳感器 1210、設置在第一三元催化轉換器1200的下游側并設置在第二三元催化 轉換器1300的上游側的第二空燃比傳感器1310檢測通過第一三元催化轉 換器1200或第二三元催化轉換器1300的排氣中所包含的氧的濃度。通過 檢測出氧的濃度，能夠檢測出排氣中所包含的燃料與空氣之比、即所謂的 空燃比。第一空燃比傳感器1210和第二空燃比傳感器1310產(chǎn)生與排氣中的氧 濃度相對應的電流。該電流例如被變換為電壓后被輸入到發(fā)動機ECU280 中。因此，能夠根據(jù)第一空燃比傳感器1210的輸出信號來檢測出第一三 元催化轉換器1200的上游的排氣的空燃比，并且能夠根據(jù)第二空燃比傳 感器1310的輸出信號來檢測出第二三元催化轉換器1300的上游的排氣的 空燃比。這些第一空燃比傳感器1210和第二空燃比傳感器1310在空燃比 稀(lean)時，例如產(chǎn)生0.1V左右的電壓，在空燃比濃(rich)時，例如 產(chǎn)生0.9V左右的電壓。將基于這些值換算成空燃比后的值與空燃比的閾 值進行比較，通過發(fā)動機ECU280來進行空燃比控制。第一三元催化轉換器1200和第二三元催化轉換器1300的特征在于，具有在空燃比大致為理論空燃比時氧化HC、 CO并還原NOx的功能，即 同時凈化HC、 CO、以及NOx的功能。本實施方式的催化劑升溫裝置是逆變器240的構成部件，并具有使發(fā) 熱且耐熱性優(yōu)良(例如600°C)的功率模塊240A與第一三元催化轉換器 1200的外表面接觸的結構。S卩，將耐熱性高、以4H—SiC或6H—SiC為 器件材料的高密度熱損失(例如lkW/cm2)的功率模塊240A配置成與第 一三元催化轉換器1200的外表面接觸，從功率模塊240A向第一三元催化 轉換器1200進行熱傳遞，由此使第一三元催化轉換器1200升溫。另外， 在圖3中，僅在第一三元催化轉換器1200上配置了本實施方式的催化劑 升溫裝置，但是也可以在第二三元催化轉換器1300上也配置本實施方式 的催化劑升溫裝置，或者僅在第二三元催化轉換器1300上配置本實施方 式的催化劑升溫裝置。逆變器240包括上述的功率模塊240A、以及除了功率模塊240A以外 的耐熱性低的其他的逆變器部件240B。由于逆變器部件240B不具有耐熱 性，因此具有隔熱部，以使得即使第一催化轉換器1200變?yōu)楦邷匾膊粫?受到其熱傳遞的影響。在本實施方式中，作為該隔熱部，設置了冷卻水管 道240C。通過將這樣的冷卻水管道240C設置在功率模塊240A與逆變器 部件240B之間，能夠避免逆變器部件240B變?yōu)楦邷?，并且在催化劑升?后第一催化轉換器1200的溫度升高并超過了功率模塊240A的耐熱溫度的 情況下，也能夠冷卻功率模塊240A自身，避免功率模塊240A的溫度過度 上升。另外，作為隔熱部，代替冷卻水通路，也可以是為隔熱材料的玻璃 棉等或冷卻風通路等。另外，關于該功率模塊240A，例如能夠通過發(fā)出使其柵電壓為低電 壓的指令、使其以低效率驅動來增加其發(fā)熱量，從而能夠更快地升高第一 三元催化轉換器1200的溫度。相反地，如果第一三元催化轉換器1200的 升溫完成了，則只要使功率模塊240A以通常的效率驅動，就能夠避免過 度的發(fā)熱。作為構成催化劑升溫裝置的、除了逆變器240 (功率模塊240A、逆變 器部件240B)以外的構成部件，有上述的冷卻水管道240C、作為散熱裝置的散熱器240F、連接冷卻水管道240C和散熱器240F的通往散熱器的 管道240E、連接散熱器240F和冷卻水管道240C的從散熱器返回的管道 240G、以及設置在通往散熱器的管道240E上的轉換閥240D。轉換閥 240D在控制該催化劑升溫裝置的發(fā)動機ECU280的控制下將冷卻水管道 240C和通往散熱器的管道240E切換為連通狀態(tài)和非連通狀態(tài)中的一個狀 態(tài)。即，當需要通過冷卻水管道240C來積極地冷卻功率模塊240A和/或 逆變器部件240B時(當?shù)谝蝗呋D換器1200的升溫結束了時)，打 開轉換閥240D，使冷卻水管道240C和通往散熱器的管道240E成為連通 狀態(tài)，通過散熱器240F來降低冷卻水的溫度。另一方面，當不需要通過 冷卻水管道240C來積極地冷卻功率模塊240A和/或逆變器部件240B時 (當?shù)谝蝗呋D換器1200的升溫未結束時)，關閉轉換閥240D，使 冷卻水管道240C和通往散熱器的管道240E成為非連通狀態(tài)，使冷卻水不 流經(jīng)散熱器240F，從而不降低冷卻水的溫度。另外，當打開轉換閥240D 而使冷卻水管道240C和通往散熱器的管道240E成為了連通狀態(tài)時，通過 未圖示的水泵使冷卻水循環(huán)。這樣的本實施方式的催化劑升溫裝置的控制裝置(上述的發(fā)動機 ECU280)無論是通過以數(shù)字電路或模擬電路的結構為主體的硬件還是通 過以ECU所包括的CPU (Central Processing Unit ，中央處理器)和存儲 器、以及從存儲器讀出并由CPU執(zhí)行的程序為主體的軟件均能夠實現(xiàn)。一 般來說，當通過硬件來實現(xiàn)時，在動作速度方面較為有利，當通過軟件來 實現(xiàn)時，在改變設計方面較為有利。以下，說明將控制裝置作為軟件來實 現(xiàn)的情況。另外，記錄有這樣的程序的記錄介質也是本發(fā)明的一個方式。參照圖4來說明為了實現(xiàn)控制本實施方式的催化劑升溫裝置的控制裝 置而由發(fā)動機ECU280執(zhí)行的程序的控制結構。另外，該程序是子例程， 以預定的周期被反復地執(zhí)行。在步驟(以下，將步驟表示為S) 1000中，發(fā)動機ECU280判斷發(fā)動 機120是否被起動了。 一般來說，如果基于來自HV—ECU320的發(fā)動機 120的動作指令，通過發(fā)動機ECU280使起動馬達帶動(cranking)動作停 止了的發(fā)動機120起動，并且吸入了空氣，噴射了燃料，混合氣持續(xù)點火，則判斷為發(fā)動機120起動了。 一旦判斷為發(fā)動機120起動了 (在 S1000中為是)，則處理轉移到SllOO。如果判斷為發(fā)動機120未被起動 (在S1000中為否)，則處理返回到SIOOO，并一直等到發(fā)動機120重新 被起動為止。另外，當在S1000中為否時，也可以結束該處理(子例 程)。另外，該S1000中的發(fā)動機120的起動的檢測與該混合動力車輛是 否正在行駛無關地被執(zhí)行，并且包括發(fā)動機120暫時停止后的重新起動時 的檢測。另外，由于是子例程，因此即使在發(fā)動機120被起動后也進行該 S1000的處理，但是在該情況下(發(fā)動機120持續(xù)動作的情況)，在 S1000中判斷為是。在S1100中，發(fā)動機ECU280檢測出第一三元催化轉換器1200的》顯 度T。在S1200中，發(fā)動機ECU280判斷是否需要使第一三元催化轉換器 1200升溫。例如，如果第一三元催化轉換器1200的溫度T小于等于低》顯 閾值，則發(fā)動機ECU280判斷為需要使第一三元催化轉換器1200升溫。 如果判斷為需要使第一三元催化轉換器1200升溫(在S1200中為是)， 則處理轉移到S1300。如果不需要使第一三元催化轉換器1200升溫(在 S1200中為否)，則處理轉移到S1500。在S1300中，發(fā)動機ECU280輸出指令信號，使得逆變器240的功率 模塊240A以低效率驅動。此時，逆變器240不是由發(fā)動機ECU280直接 控制，而是由MG—ECU300控制。因此，發(fā)動機ECU280經(jīng)由 HV—ECU320向MG—ECU300輸出指令信號，使得功率模塊240A以低效率 驅動。在S1400中，發(fā)動機ECU280向冷卻系統(tǒng)的轉換閥240D輸出閉閥指 令信號。另外，水泵的動作被停止。之后，該處理結束。在S1500中，發(fā)動機ECU280輸出指令信號，使得逆變器240的功率 模塊240A以通常效率驅動。此時也與S1300相同，逆變器240不是由發(fā) 動機ECU280直接控制，而是由MG—ECU300控制。因此，發(fā)動機 ECU280經(jīng)由HV—ECU320向MG_ECU300輸出指令信號，使得功率模塊 240A以通常效率驅動。在S1600中，發(fā)動機ECU280向冷卻系統(tǒng)的轉換閥240D輸出開閥指 令信號。另外，水泵的動作被開始。之后，該處理結束。另外，也可以采用以下方式當在S1200中為是時，進行S1300和 S1400中的至少一個處理，當在S1200中為否時，進行S1500和S1600中的至少一個處理。對基于以上構造和流程圖的、由作為控制本實施方式的催化劑升溫裝 置的控制裝置的發(fā)動機ECU280控制的發(fā)動機120的動作進行說明。 [當?shù)谝蝗呋D換器為低溫時]當發(fā)動機120起動了時(在S1000中為是)，檢測出第一三元催化轉 換器1200的溫度T (S1100)。由于所檢測出的第一三元催化轉換器1200 的溫度T小于等于低溫閾值(在S1200中為是)，因此判斷為需要使第一 三元催化轉換器1200升溫。緊貼第一三元催化轉換器1200的外表面設置的功率模塊240A被以低 效率驅動(S1300)。由此，功率模塊240A進一步發(fā)熱，從而有效地升高 第一三元催化轉換器1200的溫度。并且，轉換閥240D被關閉(S1400)，貫穿逆變器240內的冷卻水管 道240C的冷卻水不在與散熱器240F之間循環(huán)。因此，冷卻水管道240C 的冷卻水不會冷卻功率模塊240A，因此能夠將功率模塊240A的發(fā)熱進一 步有效地熱傳遞給第一三元催化轉換器1200。另外，在該情況下，在冷卻 水管道240內滯留的冷卻水作為逆變器部件240B與功率模塊240A和第一 三元催化轉換器1200之間的隔熱材料而發(fā)揮功能。這樣一來，當需要升高第一三元催化轉換器1200的溫度時，使功率 模塊240A以低效率工作，并且不通過冷卻水來進行冷卻。因此，由功率 模塊240A產(chǎn)生的熱量會更有效地傳遞給第一三元催化轉換器1200，從而 能夠迅速地升高第一三元催化轉換器1200的溫度。[當?shù)谝蝗呋D換器為高溫時]當發(fā)動機120起動了時(在S1000中為是)，檢測出第一三元催化轉 換器1200的溫度T (S1100)。由于所檢測出的第一三元催化轉換器1200 的溫度T大于低溫閾值(在S1200中為否)，因此判斷為不需要使第一三元催化轉換器1200升溫。g卩，第一三元催化轉換器1200的溫度足夠高， 能夠充分地實現(xiàn)凈化功能。緊貼第一三元催化轉換器1200的外表面設置的功率模塊240A被以通 常效率驅動(S1500)。由此，功率模塊240A只是在通常的使用狀態(tài)下發(fā) 執(zhí)。并且，轉換閥240D被打開(S1600)，貫穿逆變器240內的冷卻水管 道240C的冷卻水在與散熱器240F之間循環(huán)，冷卻水的溫度下降。因此， 冷卻水管道240C的冷卻水會積極地冷卻功率模塊240A和逆變部件 240B,因而即使第一三元催化轉換器1200的溫度由于排氣而進一步變高 了，也能夠避免功率模塊240A和逆變器部件240B的溫度過度地上升。另 外，在該情況下，在冷卻水管道240C與散熱器240F之間循環(huán)的冷卻水對 功率模塊240A自身進行冷卻，并且作為逆變器部件240B與功率模塊 240A和第一三元催化轉換器1200之間的隔熱材料、以及冷卻逆變器部件 240B自身的物質而發(fā)揮功能。這樣一來，當不需要升高第一三元催化轉換器1200的溫度時，使功 率模塊240A以通常效率工作，并且通過冷卻水來進行冷卻。因此，通過 冷卻水來積極地冷卻功率模塊240A自身，即使是與高溫的第一三元催化 轉換器1200的外表面接觸的功率模塊240A，其溫度也不會上升至超過耐 熱溫度。另外，通過冷卻水來積極地冷卻原本耐熱性不高的逆變器部件 240B，從而使其溫度不會上升至超過耐熱溫度。如上所述，根據(jù)本實施方式的催化劑升溫裝置，(1) 能夠在不增加任何新的結構的情況下避免耐熱性低的逆變器部 件的溫度過度地上升，并且能夠將耐熱性高的功率模塊的廢熱用于催化劑 升溫，從而能夠有效地實現(xiàn)催化劑升溫，(2) 當積極地進行催化劑升溫時，使功率模塊以低效率工作，使其 發(fā)熱量更多，除此以外或者代替之，可以不使冷卻水在與散熱器之間循 環(huán)，增加功率模塊的發(fā)熱量，從而能夠有效地使催化劑升溫，(3) 當不積極地進行催化劑升溫時(當催化劑的溫度足夠高時)， 使功率模塊以通常效率工作，除此以外或者代替之，可以使冷卻水在與散熱器之間循環(huán)，積極地冷卻功率模塊和逆變器部件，從而能夠使得這些功 率模塊和逆變器部件的溫度不會超過各自的耐熱溫度。 <變形例>以下，參照圖5來說明本實施方式的催化劑升溫裝置的變形例。圖5 是僅表示出圖3的排氣系統(tǒng)的圖。在圖5中，對相同的構成要素標注與圖 3相同的參考標號。它們的功能也相同。因此，這里不重復與其相關的詳 細的說明。在本變形例中，除了上述實施方式以外，還設置了僅冷卻逆變器部件 240B的冷卻水管道2400C和能夠切換第一狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)的 三通閥2400D，所述第一狀態(tài)是指冷卻水不從散熱器240F流經(jīng)所述冷卻 水管道2400C和所述冷卻水管道240C這兩者的狀態(tài)(無論是通過關閉轉 換閥240D而不使冷卻水循環(huán)還是不使水泵動作均能夠實現(xiàn)該第一狀 態(tài))，所述第二狀態(tài)是指冷卻水從散熱器240F流經(jīng)所述冷卻水管道 2400C和所述冷卻水管道240C這兩者的狀態(tài)(在該第二狀態(tài)下，打開了 轉換閥240D，水泵工作)，所述第三狀態(tài)是指冷卻水從散熱器240F流經(jīng) 所述冷卻水管道2400C、冷卻水不從散熱器240F流經(jīng)冷卻水管道240C的 狀態(tài)(在該第三狀態(tài)下，打開了轉換閥240D，水泵工作)。例如，當僅冷卻逆變器部件240B時，將三通閥2400D切換為上述第 三狀態(tài)。當冷卻功率模塊240A和逆變器部件240B這兩者時，將三通閥 2400D切換為上述第二狀態(tài)。當不冷卻功率模塊240A和逆變部件240B這 兩者時，將三通閥2400D切換為上述第一狀態(tài)。通過成為這樣的變形例的第三狀態(tài)，不冷卻功率模塊240A以使催化 劑升溫，并且由于逆變部件240B的耐熱性低，因此積極地冷卻該逆變器 部件240B。應認為此次公開的實施方式在所有方面均僅為例示而不具有限制性。 本發(fā)明的范圍通過權利要求書而非上述說明來表示，并包括與權利要求相 等同的意義和范圍內的所有變更。
權利要求
1.一種混合動力車輛的催化劑升溫裝置，在所述混合動力車輛上安裝有需要通過催化劑來凈化排氣的內燃機(120)，所述催化劑升溫裝置包括催化劑凈化機構(1200)，凈化所述內燃機(120)的排氣；以及電氣設備(240)，被設置成與所述催化劑凈化機構(1200)的外表面接觸，具有催化劑活性溫度以上的耐熱性，并通過通電而發(fā)熱。
2. 如權利要求1所述的混合動力車輛的催化劑升溫裝置，其中，所述電氣設備是控制對電動發(fā)電機的電力供應的設備(240)。
3. 如權利要求1所述的混合動力車輛的催化劑升溫裝置，其中，所述電氣設備是逆變器裝置(240)，所述逆變器裝置(240)包括功率模塊(240A)，具有催化劑活性溫度以上的耐熱性，并且發(fā)熱；以及電氣部件(240B)，其耐熱性低于所述功率模塊(240A)的耐熱性；所述功率模塊(240A)被設置成與所述催化劑凈化機構(1200)的外表面接觸，所述電氣部件(240B)被設置成不與所述外表面接觸。
4. 如權利要求3所述的混合動力車輛的催化劑升溫裝置，其中，還包括設置在所述功率模塊(240A)與所述電氣部件(240B)之間的隔熱部件(240C)。
5. 如權利要求4所述的混合動力車輛的催化劑升溫裝置，其中，所述隔熱部件是與散熱器連接、并且冷卻水在其中循環(huán)的冷卻水管道(240C)。
6. 如權利要求5所述的混合動力車輛的催化劑升溫裝置，其中，還包括控制裝置(280),該控制裝置(280)在所述內燃機(120)起動后，判斷是否需要使所述催化劑凈化機構(1200)預熱，如果判斷為需要所述預熱，則控制設置在所述冷卻水管道(240C)上的轉換閥(240D)，以使所述冷卻水管道(240C)的冷卻水不流向散熱器(240F)。
7.如權利要求1至3中任一項所述的混合動力車輛的催化劑升溫裝置，其中，還包括控制裝置(280)，該控制裝置(280)在所述內燃機(120)起動后，判斷是否需要使所述催化劑凈化機構(1200)預熱，如果判斷為需要所述預熱，則控制所述電氣設備(240)，以使所述電氣設備(240)以低效率工作。
全文摘要
ECU執(zhí)行以下程序，該程序包括如果發(fā)動機起動(在S1000中為是)、則檢測催化劑溫度T的步驟(S1100)；如果判斷為需要使催化劑升溫(在S1200中為是)、則輸出指令信號以使設置成與催化劑外表面相接觸的耐熱性高的功率模塊以低效率驅動的步驟(S1300)；以及向冷卻系統(tǒng)的轉換閥輸出閉閥指令信號以使冷卻水不流經(jīng)設置在功率模塊與耐熱性低的電氣部件之間的冷卻水管道的步驟(S1400)。
文檔編號B60W10/08GK101605683SQ200880004270
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權日2007年3月29日
發(fā)明者廣瀨敏 申請人:豐田自動車株式會社