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CN111441851B - 电加热式催化剂的异常检测装置 - Google Patents

电加热式催化剂的异常检测装置 Download PDF

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CN111441851B CN202010044076.XA CN202010044076A CN111441851B CN 111441851 B CN111441851 B CN 111441851B CN 202010044076 A CN202010044076 A CN 202010044076A CN 111441851 B CN111441851 B CN 111441851B
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Toyota Motor Corp
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Abstract

一种电加热式催化剂的异常检测装置，高精度地检测会导致排气排放的恶化那样的电加热式催化剂的异常。本发明适用的电加热式催化剂搭载于能够对EV行驶模式和HC行驶模式进行切换的混合动力车辆，并且在内燃机起动前被通电。本发明的异常检测装置运算与从电加热式催化剂的通电开始起在预定期间中向电加热式催化剂实际供给的电力的累计值(实际通电量)相关的通电量参数，将该通电量参数与预定的阈值进行比较，从而检测电加热式催化剂的异常。预定的阈值根据电加热式催化剂通电的状态下的蓄电池的充电率的减少速度(充电率减少速度)来设定。

Description

电加热式催化剂的异常检测装置
技术领域
本发明涉及电加热式催化剂的异常检测装置。
背景技术
作为内燃机的排气净化装置，已知有具备一并设置有通过通电而发热的发热体的排气净化催化剂(以下，也有时记为“电加热式催化剂”)的排气净化装置。根据这样的内燃机的排气净化装置，通过在内燃机起动之前对电加热式催化剂施加(通入)电压，从而能够将内燃机起动时和刚起动后的排气排放抑制得少。
当上述电加热式催化剂发生异常时，即使投入规定量的电能，电加热式催化剂的温度也可能上升不到目标温度。与此相对，以往提出了如下技术：通过对实际供给到电加热式催化剂的电力的累计值与基准电力的累计值进行比较，来检测电加热式催化剂的异常(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-220443号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如下混合动力车辆搭载有电加热式催化剂的情况下，有时会在电加热式催化剂的通电过程中强制使车辆进行EV行驶，所述混合动力车辆能够对仅通过利用充入到蓄电池的电力的电动机来使车辆行驶的模式(EV(Electric Vehicle：电动车)行驶模式)、与通过内燃机和电动机的协作来使车辆行驶的模式(HV(Hybrid Vehicle：混动车)行驶模式)进行切换。然而，当EV行驶下的蓄电池的消耗速度变大时，有可能在中途中止对电加热式催化剂的通电，为了蓄电池的充电而起动内燃机。在这样的情况下，与在对电加热式催化剂的通电完成了之后起动内燃机的情况相比，内燃机起动时和刚起动后的排气排放易变多。并且，在中途中止对电加热式催化剂的通电的情况下，即使假设电加热式催化剂的异常程度相同，根据从开始对电加热式催化剂的通电起到中止为止的通电时间，内燃机起动时和刚起动后的排气排放的量也可能改变。
本发明是鉴于上述那样的实际情况而做出的，其目的在于提供一种能够高精度地检测会导致排气排放的恶化那样的电加热式催化剂的异常的技术。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述的课题，本发明提供一种电加热式催化剂的异常检测装置，通过对与从电加热式催化剂的通电开始起的预定期间中的实际通电量相关的通电量参数和预定的阈值进行比较，来检测电加热式催化剂的异常，通过根据电加热式催化剂通电时的蓄电池的充电率减少速度来变更预定的阈值，从而能够高精度地检测会导致排气排放的恶化那样的异常。
详细而言，本发明提供一种异常检测装置，适用于包括如下发热体和排气净化催化剂的电加热式催化剂，所述发热体通过通电而发热，并且温度低时的发热体的电阻比温度高时的电阻大，所述电加热式催化剂配置于如下混合动力车辆中的内燃机的排气通路，所述混合动力车辆能够对仅通过利用充入到蓄电池的电力的电动机来使车辆行驶的模式(EV行驶模式)、与通过使所述电动机和所述内燃机协作来使车辆行驶的模式(HV行驶模式)进行切换。该异常检测装置具备：通电单元，其在所述内燃机起动之前从所述蓄电池对所述电加热式催化剂施加电压，并且以使得作为施加电压与催化剂电流之积的电力成为目标电力的方式调整所述施加电压，所述施加电压是对所述电加热式催化剂施加的电压，所述催化剂电流是每单位时间在所述电加热式催化剂流动的电流，所述目标电力是应向所述电加热式催化剂供给的电力的目标值；运算单元，其运算与在预定期间中向所述电加热式催化剂实际供给的电力的累计值即实际通电量相关的通电量参数，所述预定期间是从通过所述通电单元开始了对所述电加热式催化剂的所述施加电压的施加的时间点起的期间；取得单元，其取得通过所述通电单元对所述电加热式催化剂施加所述施加电压时的所述蓄电池的充电率的减少速度即充电率减少速度；设定单元，其根据由所述取得单元取得的所述充电率减少速度，设定作为检测所述电加热式催化剂的异常时的基准的预定的阈值；以及检测单元，其通过对由所述运算单元运算的所述通电量参数与由所述设定单元设定的所述预定的阈值进行比较，来检测所述电加热式催化剂的异常。
在搭载了电加热式催化剂的混合动力车辆中，例如，在电加热式催化剂(排气净化催化剂)的温度低的情况下，通过在内燃机起动之前由通电单元对电加热式催化剂施加(通入)施加电压，从而使发热体发热，对排气净化催化剂进行预热。此时，通电单元以使得作为对电加热式催化剂施加的电压(施加电压)与每单位时间在电加热式催化剂流动的电流(催化剂电流)之积(乘积的值)的电力成为应向电加热式催化剂供给的电力的目标值即目标电力的方式调整施加电压。由此，能够提高内燃机起动时和刚起动后的电加热式催化剂的净化性能，所以能够实现排气排放的降低。此外，上述的目标电力根据用于向电加热式催化剂供给电力的设备(例如，蓄电池、发电机、DC/DC转换器等)的构造、性能等来设定。
当在电加热式催化剂发生发热体、电极等氧化或者产生裂纹那样的异常时，电加热式催化剂的电阻变得比正常时大。另外，能够对电加热式催化剂施加的电压受限于与用于向电加热式催化剂供给电力的设备的构造、性能等相对应的预定的上限值。由此，在电加热式催化剂发生异常的情况下，即使对电加热式催化剂施加与预定的上限值相当的施加电压，由于催化剂电流过少，能够向电加热式催化剂供给的电力也可能变得比目标电力小。由此，使电加热式催化剂升温至所期望的温度所需要的通电时间(以下，也有时记为“通电所需时间”)变长。
在此，当因电加热式催化剂的异常而通电所需时间变长时，对电加热式催化剂的通电可能在中途中止。例如，当在电加热式催化剂通电的情况下使混合动力车辆进行EV行驶时，蓄电池的充电率减少速度变大。由此，有可能在经过通电所需时间之前蓄电池的充电率下降至下限值。此处所说的“下限值”是若蓄电池的充电率低于该下限值则判定为需要使内燃机起动来对蓄电池进行充电的值。由此，当在电加热式催化剂的通电中途蓄电池的充电率下降至上述下限值时，会中止对电加热式催化剂的通电，并起动内燃机。此时，在电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下，与所述充电率减少速度小的情况相比，蓄电池的充电率容易在更早的时期下降至下限值，所以，与此相伴地，中止对电加热式催化剂的通电的定时(起动内燃机的定时)容易变得更早。也就是说，在电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下，与所述充电率减少速度小的情况相比，对电加热式催化剂的实际的通电时间容易变短。由此，在电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下，与所述充电率减少速度小的情况相比，中止对电加热式催化剂的通电的时间点下的电加热式催化剂的温度容易变低，与此相伴地，电加热式催化剂的净化性能也容易变小。由此，即使电加热式催化剂的异常程度相同，在电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下，与所述充电率减少速度小的情况相比，内燃机起动时和刚起动后的排气排放也容易变多。
与此相对，本发明提供一种电加热式催化剂的异常检测装置，通过将与在从电加热式催化剂的通电开始起的预定期间中向电加热式催化剂实际供给的电力的累计值(实际通电量)相关的通电量参数和预定的阈值进行比较，来检测电加热式催化剂的异常，在该电加热式催化剂的异常检测装置中，根据电加热式催化剂通电时的蓄电池的充电率减少速度来设定预定的阈值。据此，即使在中途中止了对电加热式催化剂的通电的情况下，也能够高精度地检测会导致内燃机起动时和刚起动后的排气排放的恶化那样的异常。此外，此处所说的“预定期间”是设定为在电加热式催化剂正常的情况下的通电量参数与电加热式催化剂异常的情况下的通电量参数之间产生显著的差异的期间。这样的预定期间例如设定为在电加热式催化剂正常的情况下，从开始电加热式催化剂的通电起到实际电力上升至与目标电力相等的电力所需要的期间以上、且从电加热式催化剂的通电开始起的目标通电量达到预定的基准通电量所需要的期间以下。此时的“预定的基准通电量”例如是，为了使电加热式催化剂的温度从通电开始时的温度上升至预定温度(例如，排气净化催化剂活性化的温度)所需要的电力。
在此，可以是，本发明的运算单元运算所述实际通电量相对于作为所述预定期间中的所述目标电力的累计值的目标通电量之比(以下，也有时记为“通电量比”)。在该情况下，可以是，设定单元以使得由取得单元取得的充电率减少速度大的情况下的作为所述预定的阈值的预定比成为比所述充电率减少速度小的情况下的所述预定比大的值的方式设定所述预定比。并且，可以是，当由所述运算单元运算的通电量比小于由所述设定单元设定的所述预定比时，检测单元判定为所述电加热式催化剂异常。
如前所述，电加热式催化剂异常的情况下的电加热式催化剂的电阻比电加热式催化剂正常的情况下的电加热式催化剂的电阻大。与此相伴，电加热式催化剂异常的情况下的上述通电量比比电加热式催化剂正常的情况下的上述通电量比小。但是，即使电加热式催化剂的异常程度相同(即使上述的通电量比相同)，在电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下，与该充电率减少速度小的情况相比，内燃机起动时和刚起动后的排气排放也容易变多。因此，在电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下，与所述充电率减少速度小的情况相比，需要检测更轻度的异常(通电量比更大的异常)。与此相对，若将电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下的预定比设定为比所述充电率减少速度小的情况下的预定比大的值，则能够高精度地检测会导致内燃机起动时和刚起动后的排气排放的恶化那样的异常。
此外，本发明的通电量参数不限定于上述那样的通电量比，例如也可以使用预定期间中的实际通电量、预定期间中的目标通电量与实际通电量之差等。在使用预定期间中的实际通电量作为通电量参数的构成中，将电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下的预定的阈值设定为比所述充电率减少速度小的情况下的所述预定的阈值大的值即可。另外，在使用预定期间中的目标通电量与实际通电量之差作为通电量参数的构成中，将电加热式催化剂通电时的充电率减少速度大的情况下预定的阈值设定为比所述充电率减少速度小的情况下的所述预定的阈值小的值即可。
此外，在本发明的异常检测装置构成为通过对通电量比与预定比进行比较来检测电加热式催化剂的异常的情况下，可以是，该异常检测装置还具备对内燃机起动时的混合动力车辆的行驶负荷进行预测的预测单元。在该情况下，可以是，设定单元以使得由取得单元取得的充电率减少速度大的情况下的所述预定比成为比所述充电率减少速度小的情况下的所述预定比大的值、并且由预测单元预测的行驶负荷大的情况下的所述预定比成为比所述行驶负荷小的情况下的所述预定比大的值的方式，设定所述预定比。这是因为：即使电加热式催化剂的异常程度相同，在内燃机起动时的行驶负荷大的情况下，与内燃机起动时的行驶负荷小的情况相比，内燃机刚起动后的该内燃机的负荷(内燃机负荷)变大，从而排气排放容易变多。
发明的效果
根据本发明，能够高精度地检测会导致排气排放的恶化那样的电加热式催化剂的异常。
附图说明
图1是示出应用本发明的车辆的大致构成的图。
图2是示出EHC的大致构成的图。
图3是示出搁置时间与床温Tcat的相关性的图。
图4是示出从EHC的通电开始起到通电结束为止的期间中的实际电力Wr、实际通电量ΣWr、催化剂载体的床温Tcat的随时间经过的变化的图。
图5是示出催化剂载体的床温Tcat与EHC的电阻Rcat的相关性的图。
图6是示出在EHC发生异常的状态下进行了预热处理的情况下的实际电力Wr、实际通电量ΣWr、通电量比Prw的随时间经过的变化的图。
图7是示出在预热处理中车辆进行了EV行驶的情况下的EHC的通电状态、蓄电池的SOC、催化剂载体的床温Tcat的随时间经过的变化的图。
图8是示出EHC通电时的蓄电池的SOC、EHC通电时的充电率减少速度ΔSOC、以及预定比Pthre的相关性的图。
图9是示出在实施例的异常检测处理中ECU所执行的处理例程的流程图。
附图标记说明
1 内燃机；
3 催化剂载体；
4 壳体；
5 衬垫构件；
6 内筒；
7 电极；
8 支承构件；
9 贯通孔；
10 进气管；
11 排气管；
15 第1排气温度传感器；
16 第2排气温度传感器；
18 供给电力控制部；
20 ECU；
31 排气净化催化剂；
54 蓄电池；
55 PCU；
540 SOC传感器。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的具体实施方式进行说明。关于本实施方式记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，只要没有特别记载，就并非旨在将发明的技术范围仅限定于上述的尺寸、材质、形状、相对配置等。
<实施例>
图1是示出应用本发明的车辆的大致构成的图。在图1中，车辆100搭载了用于驱动作为驱动轮的车轮58的混合动力系统。混合动力系统具备内燃机1、动力分配机构51、电动马达52、发电机53、蓄电池54、功率控制单元(PCU)55、车轴(驱动轴)56及减速器57。
内燃机1是具有多个汽缸1a的火花点火式的内燃机(汽油发动机)，具备用于对在各汽缸1a内形成的混合气进行点火的火花塞1b。此外，虽然在图1所示的例子中内燃机1具有4个汽缸，但也可以具有3个以下的汽缸，或者也可以具有5个以上的汽缸。另外，内燃机1也可以是压缩着火式的内燃机(柴油发动机)。内燃机1的输出轴(曲轴)经由动力分配机构51连结于发电机53的旋转轴和电动马达52的旋转轴。
发电机53的旋转轴经由动力分配机构51与内燃机1的曲轴连结，主要利用曲轴的动能来进行发电。另外，发电机53通过在使内燃机1起动时经由动力分配机构51而驱动曲轴旋转，从而也能够作为起动马达发挥作用。另外，由发电机53发电产生的电力经由PCU55储蓄于蓄电池54，或者向电动马达52供给。
电动马达52的旋转轴经由减速器57与车轴56连结，利用从蓄电池54或发电机53经由PCU55供给的电力驱动车轮58旋转。另外，电动马达52的旋转轴也连结于动力分配机构51，也能够辅助内燃机1以驱动车轮58旋转。
动力分配机构51由行星齿轮装置构成，在内燃机1、电动马达52及发电机53之间进行动力的分配。例如，动力分配机构51使内燃机1在效率最高的运转区域运转，并调整发电机53的发电量而使电动马达52工作，由此调整车辆100的行驶速度。
PCU55构成为包括变换器、升压转换器及DC/DC转换器等，将从蓄电池54供给的直流电力变换为交流电力而向电动马达52供给、将从发电机53供给的交流电力变换为直流电力而向蓄电池54供给、对在变换器与蓄电池54之间被授受的电力进行变压、对从蓄电池54向后述的电加热式催化剂(EHC：Electric Heated Catalyst)2供给的电力的电压进行变压。
在此，内燃机1具备向汽缸1a内或进气口内喷射燃料的燃料喷射阀(省略图示)，通过利用上述火花塞1b使由从该燃料喷射阀喷射的燃料和空气形成的混合气点火并燃烧而产生热能，利用该热能驱动曲轴旋转。
在这样的内燃机1连接有进气管10。进气管10将从大气中取入的新气(空气)向内燃机1的汽缸引导。在进气管10的中途配置有空气流量计12和节气门13。空气流量计12输出与向内燃机1供给的空气的质量(吸入空气量)相关的电信号。节气门13通过变更进气管10内的通路截面积来调整内燃机1的吸入空气量。
另外，在内燃机1连接有排气管11。排气管11使在内燃机1的汽缸内燃烧后的已燃气体(排气)流通。在排气管11的中途设置有EHC2，所述EHC2是一并设置有通过通电而发热的发热体的排气净化催化剂。在比EHC2靠上游侧的排气管11设置有空燃比传感器(A/F传感器)14和第1排气温度传感器15。A/F传感器14输出与排气的空燃比相关的电信号。第1排气温度传感器15输出与向EHC2流入的排气的温度相关的电信号。另外，在比EHC2靠下游侧的排气管11设置有第2排气温度传感器16。第2排气温度传感器16输出与从EHC2流出的排气的温度相关的电信号。此外，也可以在排气管11仅设置第1排气温度传感器15和第2排气温度传感器16中的任一方。
在这样构成的混合动力系统一并设置有ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)20。ECU20是由CPU、ROM、RAM、备用RAM等构成的电子控制单元。
除了空气流量计12、A/F传感器14、第1排气温度传感器15及第2排气温度传感器16等各种传感器之外，ECU20还与加速器位置传感器17、SOC传感器540电连接。加速器位置传感器17是输出与加速器踏板的操作量(加速器开度)相关的电信号的传感器。SOC传感器540安装于蓄电池54，对该蓄电池54的SOC(State Of Charge：充电状态)进行检测。此处所说的SOC是在当前时间点能够放电的电力量相对于蓄电池54能够储蓄的最大的电力量(满充电时储蓄的电力的容量)的比例(充电率)。
ECU20基于所述的各种传感器的输出信号，控制内燃机1及其周边设备(例如，火花塞1b、节气门13、燃料喷射阀等)、电动马达52、发电机53、PCU55及EHC2。此外，ECU20也可以分为控制混合动力系统整体的ECU和用于控制内燃机1及其周边设备的ECU。
接着，基于图2对EHC2的大致构成进行说明。此外，图2中的箭头表示排气的流动方向。EHC2具备形成为圆柱状的催化剂载体3、覆盖催化剂载体3的筒状的内筒6、以及覆盖内筒6的筒状的壳体4。上述催化剂载体3、内筒6及壳体4同轴地配置。
催化剂载体3是在排气的流动方向上延伸的多个通路呈蜂巢状地配置的构造体，该构造体的外形形成为圆柱状。在催化剂载体3担载有氧化催化剂、三元催化剂、吸藏还原型催化剂(NSR(NOX Storage Reduction)催化剂)、选择还原型催化剂(SCR(SelectiveCatalytic Reduction)催化剂)、或将它们组合而成的排气净化催化剂31。此外，本实施例中的催化剂载体3由如多孔质的陶瓷(SiC)等那样电阻较大且温度低时的电阻比温度高时的电阻大的基材(即，具有NTC特性的基材)形成，作为发热体发挥功能。
内筒6是使电传导率低且耐热性高的绝缘材料(例如，氧化铝、或在不锈钢材料的表面覆有绝缘层而得的材料)形成为圆筒状而得的构件。内筒6形成为该内筒6的内径比催化剂载体3的外径大。
壳体4是收容催化剂载体3及内筒6的金属制(例如，不锈钢材料)的外壳。壳体4具备具有比内筒6的外径大的内径的筒部、连结于该筒部的上游侧端部的上游侧圆锥部、以及连结于该筒部的下游侧端部的下游侧圆锥部。上游侧圆锥部和下游侧圆锥部形成为越远离筒部则内径越小的锥状。
在内筒6的内周面与催化剂载体3的外周面之间、以及壳体4的内周面与内筒6的外周面之间压入有筒状的衬垫构件5。衬垫构件5由电传导率低且缓冲性高的绝缘材料(例如，氧化铝纤维衬垫等无机纤维衬垫)形成。
在壳体4的外周面上的互相相对的2个部位设置有贯通该壳体4、衬垫构件5及内筒6的一对贯通孔9。在各贯通孔9设置有电极7。各电极7具备沿着催化剂载体3的外周面在周向及轴向上延伸的表面电极7a和从该表面电极7a的外周面通过所述贯通孔9向壳体4的外部延伸的轴电极7b。
在壳体4中的贯通孔9的周缘部设置有对轴电极7b进行支承的支承构件8。支承构件8形成为覆盖壳体4与轴电极7b之间的环状的开口部。此外，支承构件8由电传导率低的绝缘体形成，抑制轴电极7b与壳体4的短路。
另外，轴电极7b经由供给电力控制部18及PCU55连接于蓄电池54的输出端子。供给电力控制部18由ECU20控制，具有如下功能：从蓄电池54经由PCU55对电极7施加电压(EHC2的通电)、调整从蓄电池54经由PCU55对EHC2施加的电压(施加电压)的大小、检测每单位时间在EHC2的电极7之间流动的电流(催化剂电流)。
根据这样构成的EHC2，在供给电力控制部18通过从蓄电池54经由PCU55对电极7施加电压，从而进行对EHC2的通电时，催化剂载体3成为电阻而发热。由此，担载于催化剂载体3的排气净化催化剂31被加热。由此，若在排气净化催化剂31的温度低时进行对EHC2的通电，则能够使排气净化催化剂31迅速地升温。尤其是，若在内燃机1起动之前进行对EHC2的通电，则能够将内燃机1起动时及刚起动后的排气排放抑制得少。
在此，对本实施例中的EHC2的控制方法进行说明。首先，在混合动力系统处于启动状态(车辆能够行驶的状态)时，若内燃机1处于停止状态且催化剂载体3的温度比预定温度(例如，担载于催化剂载体3的排气净化催化剂31活性化的温度)低，则控制供给电力控制部18以对EHC2通电。
详细而言，在混合动力系统被启动时，首先，ECU20经由SOC传感器540检测蓄电池54的SOC。另外，ECU20取得混合动力系统的启动时的催化剂载体3的中心部分的温度(以下，也有时记为“床温”)。此时的床温基于内燃机1的上一次的运转停止时的床温Tend和从内燃机1的上一次的运转停止时到混合动力系统启动为止的时间(搁置时间)来推定。
在此，图3示出催化剂载体3的床温Tcat与搁置时间的关系。当内燃机1的运转停止时(图3中的t0)，催化剂载体3的床温Tcat从内燃机1的上一次的运转停止时的床温Tend起随着时间经过而逐渐下降。之后，当催化剂载体3的床温Tcat下降至与外气温度Tatm相等时(图3中的t1)，此后的床温Tcat稳定为与外气温度Tatm相等的温度。于是，在本实施例中，预先基于实验、模拟的结果而求出如图3所示的相关性，并且以能够将内燃机1的运转停止时的床温Tend和搁置时间作为自变量而导出混合动力系统的启动时的床温的映射或函数式的形式存储于ECU20的ROM等。此外，内燃机1的运转停止时的床温Tend既可以根据内燃机1的运转即将停止之前的第1排气温度传感器15和/或第2排气温度传感器16的测定值来推定，也可以根据内燃机1的上一次的运转历史记录来推定。
ECU20对混合动力系统的启动时的催化剂载体3的床温是否低于预定温度进行判别。若混合动力系统的启动时的催化剂载体3的床温低于预定温度，则ECU20运算使催化剂载体3的床温上升至预定温度所需的EHC2的通电量(预定的基准通电量)。关于预定的基准通电量，例如以混合动力系统的启动时的催化剂载体3的床温低的情况下的通电量比床温高情况下的通电量大的方式运算。接着，ECU20运算假定为向EHC2通入预定的基准通电量的电能的情况下的SOC的消耗量SOCcom。ECU20通过从混合动力系统启动时的SOC减去所述消耗量SOCcom来算出SOC的余量SOCrmn(＝SOC-SOCcom)。ECU20对所述余量SOCrmn是否为下限值以上进行判别。此处所说的“下限值”是若SOC低于该下限值则判定为需要使内燃机1起动来对蓄电池54进行充电的值。
在所述余量SOCrmn为所述下限值以上的情况下，ECU20在SOC变为等于对所述消耗量SOCcom与所述下限值之和加上余裕而得的值时，开始对EHC2的通电。此外，在所述余量SOCrmn为能够使EV行驶(仅通过电动马达52使车辆100行驶的状态)持续一定时间的量以上的情况下，可以在产生了车辆100的行驶要求时，仅通过电动马达52使车辆100行驶，并且开始对EHC2的通电。此处所说的“一定时间”例如是比将预定的基准通电量的电能向EHC2供给所需的时间长的时间。
在进行对EHC2的通电时，ECU20设定应向EHC2供给的电力的目标值(目标电力)。此处所说的“目标电力”是根据用于向EHC2供给电力的设备(例如，发电机53、蓄电池54、PCU55等)的构造、性能等设定的一定值。然后，ECU20控制供给电力控制部18以使得向EHC2供给的电力成为目标电力。此外，“向EHC2供给的电力”是对EHC2的电极7施加的电压(施加电压)与每单位时间在EHC2的电极7之间流动的电流(催化剂电流)之积(乘积的值)。
在此，图4示出在从EHC2的通电开始起到通电结束为止的期间中向EHC2实际供给的电力(以下，也有时记为“实际电力”)Wr、实际电力的累计值(实际通电量)ΣWr、催化剂载体3的床温Tcat的随时间经过的变化。
如图4所示，在从EHC2的通电开始(图4中的t10)到图4中的t20为止的期间中，实际电力Wr比目标电力Wtrg小。这是因为，EHC2的催化剂载体3具有NTC特性、能够对EHC2施加的电压被限制为预定的上限值以下。也就是说，在催化剂载体3具有NTC特性的情况下，如图5所示，催化剂载体3的床温Tcat低时的催化剂载体3的电阻比床温Tcat高时的催化剂载体3的电阻大，从而包括催化剂载体3和电极7的EHC2的电阻(电极7之间的电阻)Rcat也大。由此，在像刚开始对EHC2的通电之后那样催化剂载体3的床温Tcat较小时，EHC2的电阻Rcat较大。另外，能够对EHC2施加的电压受限于与用于向EHC2供给电力的设备的构造、性能等相应的设计上的上限值(预定的上限值)。由此，在像EHC2的通电刚开始之后那样催化剂载体3的床温Tcat较小时，因NTC特性而EHC2的电阻Rcat较大，所以即使对EHC2施加与预定的上限值相当的电压，催化剂电流也过少，由此实际电力Wr比目标电力Wtrg小。
此外，在从图4中的t10到t20为止的期间，当持续对EHC2施加与预定的上限值相当的电压时，催化剂载体3的床温Tcat从通电开始时的温度T0起随着时间经过而逐渐上升，因此EHC2的电阻Rcat随着时间经过而下降。由此，催化剂电流随着时间经过而变大，所以，与此相伴地实际电力Wr也随着时间经过而逐渐变大。并且，在图4中的t20，EHC2的电阻Rcat下降至在对EHC2施加与预定的上限值相当的电压的状态下的实际电力Wr变为与目标电力Wtrg相等的程度。由此，在图4中的t20以后，通过伴随于催化剂载体3的床温Tcat的上升(即，EHC2的电阻Rcat的下降)，而使EHC2的施加电压逐渐减少，从而能够调整为使实际电力Wr与目标电力Wtrg相等的电压。详细而言，供给电力控制部18对每单位时间在EHC2的电极7之间流动的电流即催化剂电流进行检测，并调整施加电压的大小(由PCU55变压的电压的大小)，以使得检测到的催化剂电流与施加电压之积(实际电力)Wr与目标电力Wtrg相等。之后，当实际通电量ΣWr达到预定的基准通电量ΣWbase时(图4中的t40)，催化剂载体3的床温达到预定温度Ttrg，所以，ECU20控制供给电力控制部18以停止对EHC2的通电。
这样，当在内燃机1起动之前，向EHC2通入预定的基准通电量ΣWbase的电能时，催化剂载体3及担载于催化剂载体3的排气净化催化剂31被升温至预定温度Ttrg以上，所以能够提高内燃机1起动时和刚起动后的排气净化催化剂31的净化性能，从而能够将排气排放抑制得少。以下，将像上述那样在内燃机1起动之前对排气净化催化剂31进行预热的处理称为预热处理。此外，像上述那样，ECU20通过经由供给电力控制部18控制施加电压而实现本发明的“通电单元”。
当在EHC2发生催化剂载体3和/或电极7氧化或者产生裂纹那样的异常时，EHC2的电阻Rcat可能变得比正常时大。在该情况下，实际电力Wr比正常时小，所以，向EHC2供给预定的基准通电量ΣWbase的电能所需的时间(通电时间)可能变长。由此，也可能难以在内燃机1起动之前的有限时间内使催化剂载体3的床温Tcat上升至预定温度Ttrg。
在此，图6示出在EHC2发生了上述那样的异常的状态下进行了预热处理的情况下的实际电力Wr、实际通电量ΣWr、实际通电量ΣWr相对于目标通电量ΣWtrg之比(通电量比)Prw的随时间经过的变化。图6中的实线表示EHC2异常的情况下的实际电力Wr1、实际通电量ΣWr1、以及通电量比Prw1的随时间经过的变化。图6中的双点划线表示EHC2正常的情况下的实际电力Wr0、实际通电量ΣWr0、以及通电量比Prw0的随时间经过的变化。另外，图6中的单点划线表示目标电力Wtrg和目标通电量ΣWtrg的随时间经过的变化。
在图6中，在从EHC2的通电开始(图6中的t10)起到正常时的实际电力Wr0变为与目标电力Wtrg相等(图6中的t20)为止的期间中，虽然正常时的实际电力Wr0比异常时的实际电力Wr1大，但双方的实际电力Wr0、Wr1均会因催化剂载体3的NTC特性而从目标电力Wtrg偏离。由此，正常时的实际通电量ΣWr0和异常时的实际通电量ΣWr1双方从目标通电量ΣWtrg偏离。结果，在从图6中的t10到t20为止的期间中，在正常时的通电量比Prw0与异常时的通电量比Prw1之间难以产生显著的差。
另一方面，在图6中的t20以后，由于正常时的实际电力Wr0与目标电力Wtrg相等，因此，正常时的床温Tcat的上升速度比图6中的t20以前大，所以，正常时的实际通电量ΣWr0的增加速度比图6中的t20以前大。与此相对，异常时的实际电力Wr1在图6中的t20以后仍从目标电力Wtrg偏离，因此，异常时的床温Tcat的上升速度与图6中的t20以前相比几乎没有变化，所以，异常时的实际通电量ΣWr1的增加速度与图6中的t20以前相比也几乎没有变化。由此，在图6中的t20以后，正常时的实际通电量ΣWr0与异常时的实际通电量ΣWr1之差随着时间经过逐渐扩大。与此相伴，在图6中的t20以后，正常时的通电量比Prw0与异常时的通电量比Prw1之差也随时间经过而逐渐扩大。并且，在目标通电量ΣWtrg达到预定的基准通电量ΣWbase的时间点(图6中的t30)，异常时的实际通电量ΣWr1为显著小于正常时的实际通电量ΣWr0的值。结果，在目标通电量ΣWtrg达到预定的基准通电量ΣWbase的时间点(图6中的t30)，异常时的通电量比Prw1显示为显著小于正常时的通电量比Prw0的值。
于是，在本实施例中，基于目标通电量ΣWtrg达到了预定的基准通电量ΣWbase的时间点(图6中的t30)下的通电量比Prw(即，从EHC2的通电开始起经过了预定期间的时间点下的通电量比Prw)，来检测EHC2的异常。具体而言，若从EHC2的通电开始起经过了预定期间的时间点下的通电量比Prw小于预定比Pthre，则判定为EHC2异常。此处所说的“预定比Pthre”是若从EHC2的通电开始起经过了预定期间的时间点下的通电量比Prw小于该预定比Pthre则能够判定为EHC2异常的值。换言之，“预定比Pthre”是若从EHC2的通电开始起经过了预定期间的时间点下的通电量比Prw低于该预定比Pthre，则难以在内燃机1起动前的有限时间内有效地对EHC2进行预热的值，是对EHC2正常的情况下的通电量比Prw加上考虑了EHC2的随时间经过的变化、偏差等的余裕而得的值。
此外，存在本例中的车辆100在对EHC2通电时仅通过电动马达52进行EV行驶的情况。在该情况下，电动马达52利用蓄电池54的电力使车轮58驱动，所以，当车辆100的行驶负荷变大时，蓄电池54的SOC减少的速度(充电率减少速度)变大。当EHC2通电时的充电率减少速度较大时，有可能在EHC2的通电中途SOC下降至上述下限值。结果，有可能在实际通电量ΣWr达到预定的基准通电量ΣWbase之前，结束对EHC2的通电并起动内燃机1来对蓄电池54进行充电。
在此，图7示出预热处理中车辆100进行EV行驶的情况下的EHC2的通电状态、蓄电池54的SOC、催化剂载体3的床温Tcat的随时间经过的变化。图7中的实线表示EV行驶过程中的行驶负荷较大的情况下的EHC2的通电状态、蓄电池54的SOC以及催化剂载体3的床温Tcat。另外，图7中的单点划线表示EV行驶过程中的行驶负荷较小的情况下的EHC2的通电状态、蓄电池54的SOC以及催化剂载体3的床温Tcat。
当开始对EHC2的通电(在图7中的t100下导通(ON))时，蓄电池54的SOC随时间经过逐渐减少，并且催化剂载体3的床温Tcat从初始床温T0起随时间经过逐渐上升。然后，当蓄电池54的SOC下降至下限值SOCthre时(图7中的t200、t300)，对EHC2的通电中止(OFF)，起动内燃机1来对蓄电池54进行充电。此时，在车辆100的行驶负荷大的情况(图7中的实线)下，与行驶负荷小的情况(图7中的单点划线)相比，每单位时间的SOC的减少量(充电率减少速度)大。由此，蓄电池54的SOC下降到下限值的定时在车辆100的行驶负荷大的情况下(图7中的t200)比小的情况(图7中的t300)早。由此，关于中止对EHC2的通电的时间点(内燃机1起动的时间点)下的催化剂载体3的床温Tcat，即使假设EHC2的异常程度相同，车辆100的行驶负荷大的情况下的床温Tcat(图7中的T1)也比行驶负荷小的情况下的床温Tcat(图7中的T2)低。即，关于内燃机1起动时和刚起动后的排气净化催化剂31的净化性能，即使假设EHC2的异常程度相同，EHC2通电时的行驶负荷(充电率减少速度)大的情况下的净化性能也比行驶负荷小的情况下的净化性能低。结果，关于内燃机1起动时和刚起动后的排气排放，即使假设EHC2的异常程度相同，EHC2通电时的行驶负荷(充电率减少速度)大的情况下的排气排放也比行驶负荷(充电率减少速度)小的情况下的排气排放多。此外，该倾向在蓄电池54的SOC小的情况下比蓄电池54的SOC大的情况显著。
因此，在本实施例的异常检测处理中，根据EHC2通电时的蓄电池54的SOC和充电率减少速度来设定上述的预定比Pthre。具体而言，如图8所示，以使得EHC2通电时的蓄电池54的SOC小的情况下的预定比Pthre成为比SOC大的情况下的预定比Pthre大的值、并且EHC2通电时的充电率减少速度ΔSOC大的情况下的预定比Pthre成为比充电率减少速度ΔSOC小的情况下的预定比Pthre大的值的方式，设定预定比Pthre。此外，在设定预定比Pthre时所用的SOC可以使用在从开始对EHC2的通电的时间点起到目标通电量ΣWtrg达到预定的基准通电量ΣWbase的时间点为止的预定期间中的特定的定时(例如，开始了EHC2的通电的时间点、或者目标通电量ΣWtrg达到了预定的基准通电量ΣWbase的时间点等)下的SOC传感器540的检测值，以下，对使用开始了对EHC2的通电的时间点下的SOC传感器540的检测值的例子进行叙述。另外，在设定预定比Pthre时所用的充电率减少速度ΔSOC可以使用在预定期间中由SOC传感器540检测的SOC的减少速度的平均值、或者在预定期间中由SOC传感器540检测的SOC的减少速度的最大值或最小值，以下，对使用在预定期间中由SOC传感器540检测的SOC的减少速度的平均值的例子进行叙述。当通过对以这样的方法设定的预定比Pthre与从开始EHC2的通电起经过了预定期间的时间点下的通电量比Prw进行比较来进行EHC2的异常判定处理时，在EHC2通电时的SOC小的情况下，与SOC大的情况相比，能够检测更轻度的异常，并且，在EHC2通电时的充电率减少速度ΔSOC大的情况下，与充电率减少速度ΔSOC小的情况相比，能够检测更轻度的异常。结果，能够更高精度地检测使内燃机1起动时和刚起动后的排气排放恶化那样的EHC2的异常。
(处理流程)
在此，基于图9对本实施例的异常检测处理的流程进行说明。图9是示出在本实施例的异常检测处理中ECU20所执行的处理例程的流程图。图9所示的处理例程是以前述的预热处理开始为触发而由ECU20执行的处理例程，被预先存储于ECU20的ROM等。
在图9的处理例程中，ECU20首先在S101中对预热处理是否开始了进行判别。在S101的处理中判定为否的情况下，ECU20结束本处理例程的执行。另一方面，在S101中判定为是的情况下，ECU20进入S102的处理。
在S102的处理中，ECU20取得预热处理开始的时间点下的SOC传感器540的检测值(SOC)和在预热处理中设定的目标电力Wtrg。此外，如上所述，此处所说的“目标电力Wtrg”是根据用于向EHC2供给电力的设备的构造、性能等设定的一定值。
在S103的处理中，ECU20运算目标通电量ΣWtrg。具体而言，ECU20通过对目标通电量的上一次值ΣWtrgold加上在所述S102的处理中所取得的目标电力Wtrg，来运算从EHC2的通电开始起到当前时间点为止的期间中的目标电力的累计值即目标通电量ΣWtrg(＝ΣWtrgold+Wtrg)。
在S104的处理中，ECU20取得在预热处理中对EHC2的电极7施加的电压(施加电压)Vehc。接着，ECU20进入S105的处理，经由供给电力控制部18检测对EHC2的电极7施加上述施加电压Vehc时的在电极7之间每单位时间流动的电流(催化剂电流)Iehc。然后，在S106的处理中，ECU20通过将在S104的处理中所取得的施加电压Vehc与在S105的处理中检测到的催化剂电流Iehc相乘，来运算向EHC2实际供给的电力(实际电力)Wr(Wr＝Vehc*Iehc)。
在S107的处理中，ECU20运算实际通电量ΣWr。具体而言，ECU20通过对实际通电量的上一次值ΣWrold加上在所述S106的处理中运算出的实际电力Wr，来运算从EHC2的通电开始起到当前时间点为止的期间中的实际电力的累计值即实际通电量ΣWr(＝ΣWrold+Wr)。
在S108的处理中，ECU20取得充电率减少速度ΔSOC。具体而言，ECU20首先通过将本处理例程的上一次执行时的SOC传感器540的检测值与本处理例程的本次执行时的SOC传感器540的检测值之差除以从本处理例程的上一次执行时起到本处理例程的本次执行时为止的经过时间，来运算从本处理例程的上一次执行时起到本处理例程的本次执行时为止的期间中的充电率减少速度，并将其运算结果存储于ECU20的RAM等。由此，将在从开始对EHC2的通电起到当前时间点为止执行了本处理例程的次数的充电率减少速度存储于ECU20的RAM。然后，ECU20将上述充电率减少速度的平均值设定为ΔSOC。
在S109的处理中，ECU20对在所述S103的处理中运算出的目标通电量ΣWtrg是否达到预定的基准通电量ΣWbase以上进行判别。即，在S109的处理中，ECU20对是否从EHC2的通电开始起经过了预定期间进行判别。如上所述，此处所说的“预定的基准通电量ΣWbase”是为了使催化剂载体3的床温Tcat从初始床温T0上升至预定温度Ttrg所需的EHC2的通电量，初始床温T0越低则设定为越大的值。在该S109的处理中判定为否的情况下(ΣWtrg＜ΣWbase)，从EHC2的通电开始起还未经过预定期间，所以ECU20返回S103的处理。另一方面，在该S109的处理中判定为是的情况下(ΣWtrg≥ΣWbase)，从EHC2的通电开始起经过了预定期间，所以ECU20进入S110的处理。
在S110的处理中，ECU20通过将在所述S107的处理中运算出的实际通电量ΣWr除以在所述S103的处理中运算出的目标通电量ΣWtrg，来算出通电量比Prw。此外，ECU20通过执行S110的处理而实现本发明的“运算单元”。
在S111的处理中，ECU20基于在所述S102的处理中所取得的SOC与在所述S108的处理中所取得的充电率减少速度ΔSOC，来设定预定比Pthre。具体而言，如通过前述的图8的说明所叙述的那样，ECU20以在所述S102的处理中所取得的SOC小的情况下的预定比Pthre成为比SOC大的情况下的预定比Pthre大的值、并且在所述S108的处理中所取得的充电率减少速度ΔSOC大的情况下的预定比Pthre成为比所述充电率减少速度ΔSOC小的情况下的预定比Pthre大的值的方式，设定预定比Pthre。此时，也可以将如图8所示那样的SOC、充电率减少速度ΔSOC以及预定比Pthre的相关性预先以映射、函数式的形式存储于ECU20的ROM等。由此，ECU20能够通过以SOC和充电率减少速度ΔSOC为自变量，并对上述的映射、函数式进行访问来导出预定比Pthre。此外，ECU20通过执行S111的处理而实现本发明的“设定单元”。
在S112的处理中，ECU20判别在所述S110的处理中所算出的通电量比Prw是否小于在所述S111的处理中所设定的预定比Pthre。在S112的处理中判定为是的情况下(Prw＜Pthre)，ECU20进入S113的处理，判定为EHC2异常。另一方面，在所述S112的处理中判定为否的情况下(Prw≥Pthre)，ECU20进入S114的处理，判定为EHC2正常。此外，ECU20通过执行S112-S114的处理而实现本发明的“检测单元”。
当按照图9的处理流程进行EHC2的异常检测处理时，根据EHC2通电时的SOC和充电率减少速度ΔSOC来设定预定比Pthre，所以，即使在中途中止对EHC2的通电并起动内燃机1的情况下，也能够高精度地检测使内燃机1起动时和刚起动后的排气排放恶化那样的EHC2的异常。
此外，在本实施例中，作为本发明的预定期间，例示出了从EHC2的通电开始起到目标通电量到达预定的基准通电量为止的期间，但不限定于此，只要是在EHC2正常的情况下的通电量比与EHC2异常的情况下的通电量比之间产生显著的差异的期间即可。例如，预定期间也可以是在EHC2正常的情况下，从开始该EHC2的通电起到实际电力上升至与目标电力相等的电力为止的期间。
另外，在本实施例中，例示出了基于EHC2通电时的SOC与充电率减少速度ΔSOC来设定作为预定的阈值的预定比的构成，但也可以仅基于EHC2通电时的充电率减少速度ΔSOC来设定预定比。在该情况下，能够简化EHC2的异常检测处理。
<变形例1>
在上述的实施例中，基于SOC传感器540的实测值来取得EHC2通电时的充电率减少速度ΔSOC，但也可以基于从开始对EHC2的通电起到当前时间点为止的行驶负荷的历史记录(例如，行驶负荷的平均值)、和预测的车辆100此后行驶的道路的状态(上坡坡度、可行驶速度的大小等)来推定充电率减少速度ΔSOC。在该情况下，例如以从开始对EHC2的通电起到当前时间点为止的行驶负荷的平均值大的情况下的充电率减少速度ΔSOC成为比行驶负荷的平均值小的情况下的充电率减少速度ΔSOC大的值、并且预测的车辆100此后行驶的道路的上坡坡度或可行驶速度大的情况下的充电率减少速度ΔSOC成为比上坡坡度或可行驶速度小的情况下的充电率减少速度ΔSOC大的值的方式，推定充电率减少速度ΔSOC即可。此外，预测的车辆100此后行驶的道路的状态既可以根据搭载于车辆100的导航系统等来取得，也可以根据由搭载于车辆100的通信装置取得的拥堵信息、其他车辆的行驶速度等来运算。
<变形例2>
在上述的实施例中，根据EHC2通电时的SOC和充电率减少速度ΔSOC来设定预定比Pthre，但也可以是，除上述的SOC和充电率减少速度ΔSOC以外，还考虑内燃机1起动时的车辆100的行驶负荷来设定预定比Pthre。在此，在内燃机1起动时的车辆100的行驶负荷大的情况下，与行驶负荷小的情况相比，内燃机1刚起动后的内燃机负荷大，因此排气排放容易变多。由此，也可以以EHC2通电时的SOC小的情况下的预定比Pthre成为比SOC大的情况下的预定比Pthre大的值、EHC2通电时的充电率减少速度ΔSOC大的情况下的预定比Pthre成为比充电率减少速度ΔSOC小的情况下的预定比Pthre大的值、并且内燃机1起动时的车辆100的行驶负荷大的情况下的预定比Pthre成为比行驶负荷小的情况下的预定比Pthre大的值的方式，设定预定比Pthre。若以这样的方法设定预定比Pthre，则能够高精度地检测使内燃机1起动时和刚起动后的排气排放恶化那样的异常。此外，内燃机1起动时的车辆100的负荷基于预测的该车辆100此后行驶的道路的状态来预测即可。例如，以在预测的车辆100此后行驶的道路的上坡坡度、可行驶速度大的情况下，与上坡坡度、可行驶速度小的情况相比，内燃机1起动时的车辆100的行驶负荷成为大的值的方式来预测内燃机1起动时的车辆100的行驶负荷即可。

Claims (3)

1.一种电加热式催化剂的异常检测装置，适用于包括如下发热体和排气净化催化剂的电加热式催化剂，所述发热体通过通电而发热，并且温度低时的发热体的电阻比温度高时的电阻大，所述电加热式催化剂配置于如下混合动力车辆中的内燃机的排气通路，所述混合动力车辆能够对仅通过利用充入到蓄电池的电力的电动机来使车辆行驶的模式、与通过使所述电动机和所述内燃机协作来使车辆行驶的模式进行切换，所述异常检测装置具备：
通电单元，其在所述内燃机起动之前从所述蓄电池对所述电加热式催化剂施加电压，并且以使得作为施加电压与催化剂电流之积的电力成为目标电力的方式调整所述施加电压，所述施加电压是对所述电加热式催化剂施加的电压，所述催化剂电流是每单位时间在所述电加热式催化剂流动的电流，所述目标电力是应向所述电加热式催化剂供给的电力的目标值；
运算单元，其运算与在预定期间中向所述电加热式催化剂实际供给的电力的累计值即实际通电量相关的通电量参数，所述预定期间是从通过所述通电单元开始了对所述电加热式催化剂的所述施加电压的施加的时间点起的期间；
取得单元，其取得通过所述通电单元对所述电加热式催化剂施加所述施加电压时的所述蓄电池的充电率的减少速度即充电率减少速度；
设定单元，其根据由所述取得单元取得的所述充电率减少速度，设定作为检测所述电加热式催化剂的异常时的基准的预定的阈值；以及
检测单元，其通过对由所述运算单元运算的所述通电量参数与由所述设定单元设定的所述预定的阈值进行比较，来检测所述电加热式催化剂的异常。
2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂的异常检测装置，
所述运算单元运算所述实际通电量相对于所述预定期间中的所述目标电力的累计值即目标通电量之比，
所述设定单元以使得由取得单元取得的所述充电率减少速度大的情况下的作为所述预定的阈值的预定比成为比所述充电率减少速度小的情况下的所述预定比大的值的方式设定所述预定比，
当由所述运算单元运算的所述比小于由所述设定单元设定的所述预定比时，所述检测单元判定为所述电加热式催化剂异常。
3.根据权利要求2所述的电加热式催化剂的异常检测装置，
还具备预测所述内燃机起动时的所述混合动力车辆的行驶负荷的预测单元，
所述设定单元以使得由所述取得单元取得的所述充电率减少速度大的情况下的所述预定比成为比所述充电率减少速度小的情况下的所述预定比大的值、并且由所述预测单元预测的行驶负荷大的情况下的所述预定比成为比所述行驶负荷小的情况下的所述预定比大的值的方式，设定所述预定比。
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