KR100841689B1 - 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치의 제어방법은 배기관(13)의 전단에 위치한 전기히터(20)와, 전기히터(20) 바로 뒤에 위치한 필터(19)와, 전기히터(20)의 전단에 장착된 압력센서(16)및 온도센서(17)와, 필터(19)의 후단에 장착된 온도센서(18)와, 상기 전기히터, 필터, 압력센서 및 온도센서와 연결된 HCU(12)로 구성된 장치를 이용하여 베출가스 중 입자상물질을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 제어하기 위한 것이다.

전기히터, 필터, HCU

Description

디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치의 제어방법{Controlling method of electric heater type soot filtering device of diesel hybrid vehicle for lowering particle material}

도1은 종래의 디젤 하이브리드 자동차의 구성을 도시하는 개략도

도2는 본 발명의 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치를 도시하는 개략도

도3은 본 발명의 매연여과장치의 제어방법을 나타내는 플로우챠트

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

9: 디젤 엔진 10: 전기모터

11: 변속기 12: HCU

13: 배기관 14: 고압 축전지

15: 메인 릴레이 16: 압력센서

17,18: 온도센서 19: 필터

20: 전기히터 22: 배기 매니폴드

본 발명은 연비 및 배출가스 저감을 위하여 하이브리드 자동차에 적용되는 매연여과장치에 관한 것으로, 특히 경유를 사용하는 디젤엔진과 전기모터를 동시에 사용하는 자동차의 배출가스 중 입자상물질(매연 등)을 효과적으로 저감시킬 수 있는 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치의 제어방법에 관한 것이다.

디젤 하이브리드 자동차는 디젤엔진과 전기모터를 동시에 사용하는 자동차로 연비 및 배기가스의 획기적인 개선을 목표로 한다.

그 세부적인 방법으로는 저속구간에서는 모터와 엔진을 동시에 구동하거나 모터만 구동하여 엔진의 부하를 분배함으로써 엔진의 배출가스 및 연료소비율을 줄일 수 있다.

또한, 차량이 정지한 상태에서는 엔진이 정지하고 차량이 출발할 때 다시 엔진을 기동하는 ISG(Integrated Start & Generator 또는 Idle Stop & Go) 기능을 사용함으로서 연료소비를 줄인다.

종래의 디젤 하이브리드 자동차는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 디젤엔진(1)과 전기모터(2)에 의해 구동된다.

디젤엔진은 경유를 사용하여 구동되고, 전기모터는 고압 축전지(7)의 전원을 사용하여 구동되며, 차량이 정지한 상태에서는 엔진(1)이 정지하고 차량이 출발 시에는 축전지의 전기를 사용하여 모터만 구동(전기모터모드)하거나 또는 모터가 가동되어 엔진의 시동을 걸어 출발하게 된다.

도 1의 부호 3은 변속기를 나타내고, 부호 4는 HCU(Hybrid Control Unit)를 나타내며, 부호 5는 배기 매니폴드를 나타내고, 부호 6은 배기관을 나타내며, 부호 8은 메인 릴레이를 나타낸다.

이와 같은 엔진과 전기모터가 동시에 구동되는 하이브리드 차량이라 할지라도 디젤엔진이 운전되는 영역에서는 입자상물질(매연 등)을 배출하는 특성이 있다.

한편, 하이브리드 자동차가 아닌 일반 디젤자동차에서도 입자상물질을 제거하기 위하여 여러 종류의 매연여과장치를 장착하고 있다.

매연여과장치는 엔진에서 배출되는 입자상물질을 필터에 포집한 후 다시 태우는 재생이란 과정을 거치게 되는데, 그 재생방법에 따라 장치 및 시스템이 달라지게 된다.

그 방법 중 전기히터식은 포집된 매연을 전기히터의 열원에 의해 착화시켜 태우는 방식으로서 기존의 소형디젤차량에 적용되기에는 전력 소비량이 많아 주로 대형 디젤차량에 적용이 시도되었다.

본 발명의 목적은 이와 같이 전력소비량이 많아 기존의 소형 디젤차량에서 적용하기에 부적합한 매연여과장치를 전기가 비교적 풍부한 디젤 하이브리드 자동차에 적용함으로써 매연을 효과적으로 저감시키고 하이브리드 차량의 운전특성에 적합한 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 제어방법을 위해서, 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치로는 배기관의 전단에 위치한 전기히터와 전기히터 바로 뒤에 위치한 필터와, 전기히터의 전단에 장착된 압력센서와 온도센서 및 필터의 후단에 장착된 온도센서와, 상기 전기히터, 필터, 압력센서 및 온도센서와 연결된 HCU로 구성된다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

디젤 하이브리드 자동차는 연비 및 배출가스 감소를 위하여 디젤엔진과 전기모터를 동시에 사용하는 차량이다. 저속 고토크 영역에서는 엔진의 동력을 보조하기 위하여 전기모터를 사용하며, 또한 주행 중 일시 정지시 엔진의 동작을 정지시켜 불필요한 연료 소모를 줄이고, 정지 후 출발 시 모터로만 구동하거나 또는 축전지의 충전상태(SOC:State Of Charge)에 따라 엔진이 시동되어 차량 운전이 되는 등 주행전략에 따라 운전 모드가 달라지는 특성을 가지고 있다.

이와 같이 디젤 하이브리드 자동차는 디젤엔진과 전기모터를 동시에 사용하므로 일반차량에 비해 250 내지 600V 까지의 고전압을 사용하기 위한 축전기 및 충방전 장치를 구비하고 있으므로 일반차량에 비해 풍부한 전기 동력이 있다.

그러나, 디젤엔진과 동시에 사용하므로 엔진에서 연소 후 생성되는 배출가스는 필연적으로 발생하며, 특히 디젤엔진의 특성상 입자상물질(매연)의 배출은 하이브리드라 할지라도 발생할 수밖에 없다.

본 발명에서는 디젤 하이브리드의 풍부한 전기에너지를 이용하여 배출되는 입자상물질을 제거하기 위하여 전기히터식 매연여과장치(DPF:Diesel Particulate Filter)를 장착하기 위한 장치와 그 장치를 디젤 하이브리드의 운전특성에 맞도록 제어하여 효과적으로 입자상물질을 제거하는 방법을 제공한다.

도 2에는 본 발명의 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치가 개략도로서 도시된다.

본 발명의 전기히터식 매연여과장치(21)는 전단에 위치한 전기히터(20)와 전기히터(20) 바로 뒤에 위치한 필터(19)로 구성되며, 하이브리드 엔진(9)의 배기가스를 배출하는 배기관(13)에 장착되어 엔진에서 배출하는 매연을 필터(19)에서 포집한다.

포집된 매연은 필터(19) 내에 축적되며, 이때 매연여과장치(21)의 전단에 장착된 압력센서(16)에 의한 배압으로 매연의 포집량을 유추할 수 있다.

도 2에 도시된 부호 10은 전기모터를 나타내고, 부호 11은 변속기를 나타내며, 부호 12는 HCU를 나타내고, 부호 14는 고압 축전지를 나타내며, 부호 15는 메인 릴레이를 나타내고, 부호 22는 배기 매니폴드를 나타낸다.

포집된 매연은 필터(19) 전단에 장착된 전기히터(20)에 전원을 공급하여 착화되고 필터 내에서 전부 연소하게 작동된다.

이때 포집된 매연의 연소에 기여하는 산소는 엔진에서 배출되는 배기가스 내에 포함되어 있다. 이는 디젤엔진이 항상 희박연소를 하기 때문이다.

만약 포집된 매연의 연소도중에 엔진이 정지하게 되면, 배출가스내의 산소가 없어 매연을 태우는 재생(Regeneration)과정이 연소 도중에 정지될 것이다. 이러한 현상이 반복적으로 발생한다면 필터 내의 매연이 불균일하게 포집되어 재생시 매연의 연소온도가 달라 필터에 열충격을 주어 내구성에 치명적인 손상으로 초래할 수 있다.

그러나 하이브리드 차량에서는 운전조건에 따라 모터모드, ISG 모드 등으로 엔진이 운전중에 정지하는 등의 여러 가지 조건으로 운전된다. 예를 들면, 차량이 고속으로 주행중이며 이때의 동력으로 엔진만으로 구동되고 있는 상태에서 매연여과장치(DPF)의 조건에 의해 재생이 진행중에 갑자기 차량이 신호대기 등으로 정지한다면 ISG 모드에 의해 엔진은 정지하게 될 것이다. 이때 포집된 매연이 연소도중 산소부족으로 더 이상 연소가 진행되지 않는 상태가 될 수도 있다.

그러므로 본 발명에서는 디젤 하이브리드 차량의 운전조건별로 원활히 매연여과장치(DPF)의 재생이 일어날 수 있어 내구성을 향상시키는 제어방법을 제공한다.

본 발명의 매연여과장치의 제어방법은 엔진중의 매연의 포집상태를 엔진회전수 및 압력센서(16)에 의해서 파악하고, 매연이 재생조건(P1≥P0)이 되었을 때 하이브리드 자동차의 모터 모드와 ISG 기능을 작동하지 않게 함으로써 엔진은 항상 ON 되어질 수 있도록 한다.

이때의 축전지(14)의 충전상태(SOC)를 확인하여 20% 이상일 때만 매연여과장치(DPF)의 전기히터에 전기를 공급하여 포집된 매연을 착화시킨다.

이때 전기히터에 의해 포집된 매연의 재생이 시작되었는 지는 매연여과장치(DPF)의 전단에 장착된 도2의 온도센서(17)와 후단에 장착된 온도센서(18)에 의해 파악할 수 있다.

즉, 매연여과장치(DPF)의 전단의 온도보다 후단의 온도가 높을 경우 포집된 매연에 착화가 이루어졌음을 알 수 있다.

이와 같이 매연이 전기히터에 의해 착화되어 재생이 진행중인 상태에서는 전기히터의 전원을 차단하여도 재생이 진행된다.

진행된 재생이 완료되었을 때는 매연여과장치(DPF)의 전단 온도가 후단의 온도보다 높게 나타난다. 그러므로 재생의 완료상태를 파악한 다음, 재생이 완료되었을 경우에는 모터 모드와 ISG 기능을 작동시켜서 정상적인 하이브리드 운전이 가능하다. 이러한 모든 제어는 하이브리드 차량의 HCU(12)에 의해 제어된다.

도 3에는 본 발명의 매연여과장치의 제어방법이 플로우챠트로 도시된다.

먼저, 압력센서(16)의 배압(P1)과 온도센서(17)및(18)의 온도(T1,T2)를 측정한다.

재생조건인 초기배압보다 커지면(P1≥P0), 모터 모드가 Off이고 ISG가 Off 인 엔진이 ON을 유지하고 있는 지를 판단하고 축전지의 SOC가 20% 이상인지를 판단하여 매연여과장치의 전기히터를 On 시킨다.

그러면 재생이 시작되고 전기히터가 Off 되며, 온도 T1,T2 와 압력 P1을 측정하여 재생이 완료되었는 지를 판단한다.

재생이 완료되었으면, 모터 모드를 ON 시키고, ISG 를 ON 시킨다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 디젤 하이브리드 자동차의 입자상물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치는 디젤 하이브리드 자동차의 고전압(250 내지 600 V)의 전력을 이용하여 전기히터식 매연여과장치를 장착하여 입자상물질을 포집하고, 포집된 매연을 태우기 위해 하이브리드 자동차의 운전조건에 따른 전기히터에 의한 재생 제어방법을 제공한다.

특히, 하이브리드 자동차의 기능 중 전기모터 모드 및 ISG 기능을 매연여과장치(DPF)의 작동조건에 따라 제어함으로써 원활한 재생이 이루어지게 한다.

또한, 매연여과장치의 재생을 위한 전기히터는 축전지의 충전상태를 고려하므로서 하이브리드 자동차의 배기가스와 성능을 극대화시킨다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 배기관(13)의 전단에 위치한 전기히터(20)와, 상기 전기히터(20) 바로 뒤에 위치한 필터(19)와, 상기 전기히터(20)의 전단의 배기관(13)에 장착된 압력센서(16) 및 온도센서(17)와, 상기 필터(19)의 후단의 배기관(13)에 장착된 온도센서(18)와, 상기 전기히터(20), 필터(19), 압력센서(16) 및 온도센서(17, 18)와 연결된 HCU(12)로 구성되는 자동차의 입자상 물질 저감을 위한 전기히터식 매연여과장치의 제어방법에 있어서,

   매연여과장치의 압력센서(16)의 배압(P1)과 온도센서 (17) 및 (18)의 온도(T1, T2)를 측정하는 단계;

   재생조건인 상기 압력센서(16)의 배압(P1)이 초기배압(P0) 보다 커지면(P1≥P0), 모터 모드가 OFF이고 ISG가 OFF인 엔진이 ON을 유지하고 있는지를 판단하고 축전지의 SOC가 20% 이상인지를 판단하여 매연여과장치의 전기히터(20)를 ON시키는 단계;

   재생이 시작되고 상기 전기히터(20)가 OFF되면, 온도 T1, T2와 압력 P1을 측정하여 재생이 완료되었는지를 판단하는 단계; 및

   재생이 완료되었으면 모터 모드를 ON시키고 ISG를 ON시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자상 물질 저감을 위한 전기히터식 매연 여과장치의 제어방법

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