KR100867792B1 - 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법 - Google Patents

하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진과 전기모터가 직렬로 연결된 병렬형 하이브리드 구조를 가지는 차량에서 운전자가 시동을 켜놓은 채 잠을 자는 경우 등과 같이 무의식적으로 가속페달을 밟아 엔진이 고회전으로 지속적으로 제어되어 엔진오버히팅에 의한 차량화재의 발생을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진오버히팅방지로직 활성화조건을 만족시키는지 여부를 판단하는 단계; 상기 활성화조건을 만족하는 경우에는 연료차단제어 및 전기모터 발전모드제어가 동시에 이루어지는 단계; 상기 연료재분사조건인지 여부를 판단하는 단계; 상기 연료재분사조건을 만족하더라도 연료를 분사하지 않고 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 지를 판단하는 단계; 및 상기 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 경우에는 전기모터를 동력전달모드로 제어하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법을 제공한다.
엔진, 오버히팅, 전기모터, 활성화, 연료차단, 발전모드, 동력전달모드

Description

하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법{Control method for overheating of engine of HEV}
본 발명은 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진과 전기모터가 직렬로 연결된 병렬형 하이브리드 구조를 가지는 차량에서 운전자가 시동을 켜놓은 채 잠을 자는 경우등과 같이 무의식적으로 가속페달을 밟아 엔진이 고회전으로 지속적으로 제어되어 엔진오버히팅에 의한 차량화재의 발생을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 관한 것이다.
엔진은 연료를 연소시켜 동력을 얻으며, 실린더내에서 연소되는 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하게 되나 이 연소열의 모두가 동력으로 전환되는 것은 아니고 그중 상당량의 열이 실린더, 실린더 헤드 및 피스톤 등에 흡수되어 열손실을 유발하고 또 이들 부분의 과열을 일으키게 된다.
이에따라 실린더등의 온도가 과도하게 상승하면 실린더에 변형을 일으키거나 또는 실린더 벽의 유막을 파괴시켜 윤활 불량을 초래하며, 심하면 엔진을 손상시키게 되고 또 연소상태도 나빠지게 되며, 그 결과 노킹이나 조기 점화를 일으켜 출력을 급격히 저하시키게 된다.
이에따라 엔진의 과열을 방지하고자 엔진을 냉각하게 되는데, 이와 반대로 엔진이 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열이 동력으로 전환되지 못하고 냉각으로 상실되는 양이 많아져 열효율을 저하시켜 연료 소비를 증대시키게 된다.
또 가솔린의 무화가 불충분한 혼합기가 엔진에 공급되어 가솔린에 의해 엔진 오일을 묽게 만들어 실린더의 마모를 촉진하게 된다.
이러한 이유로 엔진을 냉각하여 과열을 방지하되 적온으로 유지되도록 하는 냉각 시스템이 엔진에 사용되고 있으며, 직접적으로 워터펌프의 구동에 의해 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 수냉식 방법과, 자동차 주행중에 발생하는 자연풍에 의한 냉각을 많이 이용하고 있다.
이 중 자연풍에 의한 냉각은 자동차가 정지된 상태에서는 기대할 수 없기 때문에 일반적으로 엔진 온도는 상승하게 된다.
이러한 엔진온도의 상승은 여름에 특히 심하게 나타나는데, 특히 여름철에 차량을 정지시킨 상태에서 에어컨을 작동시키게 되면, 엔진부하의 증가로 인해 요구되는 엔진토크출력의 상승에 기인하여 냉각수온이 상승하는 경향이 있다.
문제는 이와 같이 정차중에 에어컨을 구동시킨 상태 혹은 무부하상태라도 취침으로 인해 운전자가 무의식적으로 가속페달을 밟은 상태가 일정시간 지속되게 되면, 엔진온도가 상승하게 되고 이로 인해 엔진오버히팅으로 인한 엔진룸에 화재를 유발할 수 있다.
현재 종래 가솔린엔진에 적용된 엔진과열방지기술은 연료 컷오프(Cut Off)제어를 수행하여 엔진회전수를 특정 회전수까지 내린 후, 다시 연료 컷인(Cut In) 제어를 수행하는 방법과, 연료펌프의 전원을 완전히 차단하여 엔진을 정지시키는 방법들이 제안되어 있다.
연료 컷(Fuel Cut) 제어를 이용하는 제어방법은 냉각수온이 설정된 온도이상에서 일정시간 유지됨과 동시에 엔진회전수도 설정된 회전수 이상에서 일정시간 유지된 상태로 운전자가 가속페달을 계속하여 밟고 있으면, 엔진오버히팅방지제어가 활성화되어 연료차단제어가 수행된다.
연료가 차단되면 엔진의 회전수가 떨어지게 되고, 상기 엔진회전수조건이나 냉각수온조건에서 벗어나게 되면 엔진오버히팅방지제어가 비활성화되고, 정상적인 엔진토크제어가 수행되게 된다.
그러나, 운전자는 계속하여 가속페달을 밟고 있는 상태이기 때문에 다시 냉각수온과 엔진회전수가 상승하게 되어 엔진오버히팅방지제어가 활성화되고, 다시 상기 설명한 연료제어가 반복되어 운전자가 가속페달을 밟지 않은 상태가 될때까지 수행하게 된다.
이러한 제어방법은 고온상태에서 고엔진회전수의 상태가 반복적으로 발생하게 되기때문에, 엔진손상, 불필요한 연료소비 및 배기가스에도 악영향을 주게 된다.
공개특허 제1998-0039404에는 차량이 정지된 상태에서 가속폐달을 밟아 일정 시간 동안 엔진회전수가 증가상태에 있으면, 자동으로 연료펌프에 인가되는 전원을 차단하여 엔진을 정지시킴으로써 엔진이 과열에 따른 화재발생을 미연에 방지할 수 있는 자동차 엔진과열 방지장치 및 그 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 연료펌프에 인가되는 전원을 차단시키는 경우에, 연료공급시스템을 정지시켜 엔진 시동이 꺼지게 되더라도 시동키의 위치가 변경되지 않은 상태에서 발생한 엔진스톨이기 때문에 각종 센서 및 전기장치들에는 지속적으로 전원이 공급되는 상태를 유지하게 되고, 결과적으로 배터리가 방전되며, 엔진정지 시 냉각수가 순환하지 않기 때문에 엔진정지 직후 급격한 냉각수온의 증가로 인해 엔진 및 냉각계에 악영향을 줄 수 있다.
또한, 이와 같은 문제는 하이브리드 차량의 경우에도 동일하게 발생할 수 있다. 따라서, 하이브리드 차량에서 엔진과열문제를 개선할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 병렬형 하이브리드 차량에 있어서 엔진과 직렬로 연결된 전기모터의 적절한 토크제어를 통해 최우선적으로 엔진과열을 방지할 뿐만 아니라, 불필요한 연료소비를 절감하고, 배터리 방전을 방지하며, 배기가스를 저감할 수 있도록 한 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 있어서,
엔진오버히팅방지로직 활성화조건을 만족시키는지 여부를 판단하는 단계; 상기 활성화조건을 만족하는 경우에는 연료차단제어 및 전기모터 발전모드제어가 동시에 이루어지는 단계; 상기 연료재분사조건인지 여부를 판단하는 단계; 상기 연료재분사조건을 만족하더라도 연료를 분사하지 않고 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 지를 판단하는 단계; 및 상기 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 작은 경우에는 전기모터를 동력전달모드로 제어하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 전기모터를 동력전달모드로 제어하는 단계는 상기 전기모터에 의해 목표엔진회전수로 엔진회전수를 유지하는 단계; 엔진 냉각수 온도가 오버히팅제어를 위한 엔진 냉각수 온도보다 작은지를 판단하는 단계; 상기 조건을 만족하는 경우에 전기모터에 의한 동력전달모드를 해제 후 아이들 스탑 모드로 진입하는 단계; 및 엔진오버히팅방지로직 활성화를 해제하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 엔진오버히팅방지로직 활성화를 해제하는 단계는 배터리전압이 아이들 스탑진입해제를 위한 배터리전압보다 작은 지를 판단하는 단계와, 상기 조건을 만족하는 경우에 아이들 스탑을 해제한 후 엔진을 재가동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 엔진오버히팅방지로직 활성화조건은 쓰로틀 포지션 각이 오버히팅제어를 위한 쓰로틀 각보다 큰 지를 판단하는 단계; 상기 쓰로틀 포지션 각이 오버히팅제어를 위한 쓰로틀 각보다 큰 경우에는 차속이 오버히팅제어를 위한 차속보다 작은지를 판단하는 단계; 상기 조건을 만족하는 경우에는 엔진회전수가 오버히팅제어를 위한 엔진회전수보다 큰지를 판단하는 단계; 및 상기 조건을 만족하는 경우에는 엔진냉각수온도가 오버히팅제어를 위한 엔진냉각수온도보다 큰지를 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 조건 모두를 만족하는 경우에 엔진오버히팅방지로직이 활성화되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 의하면, 엔진과 직결된 전기모터를 제어함으로써, 하이브리드차량에서 운전자가 정차상태에서 취침등과 같은 무의식적인 상태에서 가속페달을 지속적으로 밟아 엔진과열로 인한 엔진룸내의 화재발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 기존의 연료 컷 오프/컷 인의 반복적 제어로 의한 엔진의 손상가능성이나 연료펌프전원차단과 같은 방법시 발생할 수 있는 배터리 방전과 같은 문제를 해결하고, 부수적으로 불필요한 연료의 손실 및 배기가스를 저감할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진오버히팅방지로직의 활성화를 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진오버히팅제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 병렬형 하이브리드 차량의 경우에 엔진의 오버히팅을 제어하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 발명은 차속신호, 엔진회전수신호, 쓰로틀포지션 신호 및 냉각수온신호를 이용하여 엔진오버히팅제어가 필요한 지를 판단하는 엔진오버히팅방지 로직 활성화 제어부; 엔진오버히팅제어가 활성화될 경우에 엔진제어기에 의한 연료차단제어 및 하이브리드제어기에 의한 전기모터의 발전모드제어, 목표엔진회전수에 도달하였을 때 전기모터의 동력전달모드 제어 등과 엔진오버히팅제어부로 구성된다.
1. 엔진오버히팅방지로직 활성화 여부 판단
본 발명의 엔진오버히팅방지로직 활성화 제어부는 엔진 시동이 걸린 후 TPS 로부터 감지신호를 입력받아 쓰로틀 포지션 각을 감지하고, 쓰로틀 포지션 각(VTH)이 오버히팅 제어를 위한 기설정된 쓰로틀 각(POHT)보다 큰 지를 판단한다.
이는 취침 등으로 인해 운전자가 무의식적으로 가속페달을 밟고 있는 지를 판단하는 단계이다.
상기 VTH 이 POHT 보다 작은 경우 즉, 운전자가 가속페달에서 발을 떼고 있는 경우에는 오버히팅제어활성화(VCOV)가 비활성화(0)되고, 시동 키를 온 또는 오프할 것인지를 판단하여 시동 온을 유지하는 경우에는 엔진 시동 후 상태로 돌아가고, 시동 오프된 것으로 판단된 경우에는 로직이 끝나게 된다.
상기 VTH 이 POHT 보다 크거나 같은 경우 즉, 운전자가 가속페달을 밟고 있는 경우에는 다음 세가지 조건을 만족하는 지를 판단한다.
1) 차속
현재 차속(VVS)이 오버히팅 제어를 위한 기설정된 차속(PVS)보다 작은 지 여부를 판단한다. 이는 차량이 정차중인지 아닌지를 판단한다. 따라서, 본 발명의 오버히팅제어를 위한 조건을 만족하려면 차량이 정차 중인 상태이어야 하므로, 현재 차속(VVS)이 설정 차속(PVS)보다 작아야 한다.
2) 엔진회전수
현재 엔진회전수(VER)가 오버히팅 제어를 위한 설정된 엔진회전수(PER)보다 큰 지 여부를 판단한다. 이는 운전자가 가속페달을 밟고 있는 상태에서 엔진회전 수(VER)가 설정된 엔진회전수(PER) 이상으로 일정 시간동안 지속되는지를 판단하는 단계이다.
현재 차량이 정차된 상태에서 가속페달을 밟게 되면 엔진회전수(VER)가 상승하게 된다.
3) 냉각수 온도
현재 냉각수 온도(VET)가 오버히팅 제어를 위한 설정된 냉각수 온도(PET)보다 큰 지 여부를 판단한다. 이는 엔진회전수 상승에 의해 냉각수 온도(VET)가 일정 온도(PET) 이상으로 일정 시간동안 지속되는 지를 판단한다.
이와 같이 상기 차속(VVS)이 설정된 차속(PVS) 미만에서 엔진회전수(VER)가 설정된 엔진회전수(PER) 이상으로 상승하고, 냉각수 온도(VET)가 설정된 냉각수 온도(PET)보다 큰 경우인 상기 조건을 모두 만족하게 되면 차량의 발화 위험가능성이 존재하므로, 엔진오버히팅방지로직 활성화 제어부가 이를 감지하여 엔진오버히팅방지로직을 활성화시킨다.
상기 엔진오버히팅방지로직 활성화 제어부가 종래의 기술과 다른 점은 기존에는 연료차단제어에 의해 엔진회전수가 미리 설정된 값이하로 떨어지거나 가속페달에서 발을 떼게 되면 비활성화되지만, 이 발명에서는 비활성화되는 조건이 가속페달에서 발을 떼어야만 된다.
이것은 뒤에서 설명할 엔진오버히팅제어와 연계하여 종래의 연료 컷오프 제 어와 컷 인이 반복적으로 수행되는 현상을 방지할 수 있다.
2. 엔진오버히팅제어
상기 엔진오버히팅 방지로직이 활성화 된 경우에는 엔진제어기에서 연료제어를, 하이브리드제어기에서는 전기모터를 제어하는 엔진오버히팅제어부로 진입하게 된다.
엔진 오버히팅 제어부는 엔진오버히팅방지로직이 활성화된 것으로 판단된 경우에는 연료차단제어 또는 전기모터 발전모드제어를 수행한다.
보다 상세하게는, 엔진오버히팅방지로직이 활성화되면 엔진제어기는 연료차단제어를 수행하고, 하이브리드제어기에서는 전기모터가 일정 부하로 작동하도록 발전모드로 진입하여, 엔진회전수가 미리 설정된 냉각수의 순환에 필요한 엔진회전수로 진입하도록 제어한다.
이 과정에서 종래의 엔진제어기의 연료차단제어에 의하면, 어느 시점에서 연료차단제어가 비활성화되면서 연료재분사가 이루어지게 될것이다. 그러나, 본 발명에서는 연료재분사를 금지시켜, 연료차단제어를 확장시키게 된다.
즉, 연료재분사조건을 만족시키는 경우에 연료차단제어를 확장시켜 연료재분사를 금지하고, 연료재분사조건을 만족시키지 못하는 경우에는 연료차단제어 및 전기모터 발전모드제어를 계속해서 수행한다.
그다음, 엔진회전수(VER)가 미리 설정된 목표엔진회전수(PDER+ΔPER)보다 작게 되면, 하이브리드제어기는 전기모터를 동력전달모드로 전환하여 엔진이 전기모터에 의해 회전하게 된다. 이때, 상기 PDER은 오버히팅제어를 위한 목표엔진회전수이고, ΔPER은 목표회전수 마진값이다.
여기서, 엔진회전수가 미리 설정된 목표엔진회전수보다 크게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 하이브리드제어기는 전기모터를 발전모드로 제어한다.
이와 같은 제어방법에 따르면, 실제 엔진의 실린더에서는 연료차단제어의 확장과, 전기모터의 발전모드 및 동력전달모드제어에 의해 연소과정이 발생하지 않고, 전기모터가 엔진부하로 작동하여, 엔진의 온도가 빨리 떨어지게 됨과 동시에 배기가스도 발생하지 않고, 연료소비도 줄일 수 있다.
그 다음, 엔진냉각수온(VET)이 미리 설정된 온도(PET) 이하로 떨어지게 되면, 모터 토크를 줄여 아이들스탑상태로 진입시킨 후, 엔진오버히팅방지로직을 비활성화로 전환한다.
이후, 배터리전압이 아이들스탑 해제를 위한 배터리전압보다 작은 경우에는 아이들 스탑상태에서 해제되어 다시 엔진을 재가동시키게 됨으로써 배터리 방전상황을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진오버히팅방지로직의 활성화를 설명하기 위한 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진오버히팅제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
VTH : 쓰로틀포지션 각
VCOV : 오버히팅제어활성화(1: 활성화, 0 : 비활성화)
VVS : 차속 VER : 엔진회전수
VET : 엔진냉각수 온도
VOIS : 오버히팅방지제어에 의한 아이들스탑진입비트
POHT : 오버히팅제어를 위한 쓰로틀각
PVS : 오버히팅제어를 위한 차속
PER : 오버히팅제어를 위한 엔진회전수
PET : 오버히팅제어를 위한 엔진냉각수온도
TER : 엔진회전수에 대한 시간값
TET : 엔진냉각수온도에 대한 시간값
VBAT : 배터리전압
PDER : 오버히팅제어를 위한 목표엔진회전수
ΔPER : 목표엔진회전수 PBAT : 아이들스탑해제를 위한 배터리전압

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 엔진오버히팅방지로직 활성화조건을 만족시키는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 활성화조건을 만족하는 경우에는 연료차단제어 및 전기모터 발전모드제어가 동시에 이루어지는 단계;
    상기 연료재분사조건인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 연료재분사조건을 만족하더라도 연료를 분사하지 않고 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 지를 판단하는 단계; 및
    상기 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 작은 경우에는 전기모터를 동력전달모드로 제어하고, 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 경우에는 전기모터를 발전모드로 제어하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 있어서,
    상기 전기모터를 동력전달모드로 제어하는 단계는 상기 전기모터에 의해 목표엔진회전수로 엔진회전수를 유지하는 단계;
    엔진 냉각수 온도가 오버히팅제어를 위한 엔진 냉각수 온도보다 작은지를 판단하는 단계;
    상기 조건을 만족하는 경우에 전기모터에 의한 동력전달모드를 해제 후 아이들 스탑 모드로 진입하는 단계; 및
    엔진오버히팅방지로직 활성화를 해제하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진오버히팅방지로직 활성화를 해제하는 단계는 배터리전압이 아이들 스탑진입해제를 위한 배터리전압보다 작은 지를 판단하는 단계와, 상기 조건을 만족하는 경우에 아이들 스탑을 해제한 후 엔진을 재가동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법.
  4. 엔진오버히팅방지로직 활성화조건을 만족시키는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 활성화조건을 만족하는 경우에는 연료차단제어 및 전기모터 발전모드제어가 동시에 이루어지는 단계;
    상기 연료재분사조건인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 연료재분사조건을 만족하더라도 연료를 분사하지 않고 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 지를 판단하는 단계; 및
    상기 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 작은 경우에는 전기모터를 동력전달모드로 제어하고, 엔진회전수가 목표엔진회전수보다 큰 경우에는 전기모터를 발전모드로 제어하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법에 있어서,
    상기 엔진오버히팅방지로직 활성화조건은 쓰로틀 포지션 각이 오버히팅제어를 위한 쓰로틀 각보다 큰 지를 판단하는 단계;
    상기 쓰로틀 포지션 각이 오버히팅제어를 위한 쓰로틀 각보다 큰 경우에는 차속이 오버히팅제어를 위한 차속보다 작은지를 판단하는 단계;
    상기 조건을 만족하는 경우에는 엔진회전수가 오버히팅제어를 위한 엔진회전수보다 큰지를 판단하는 단계; 및
    상기 조건을 만족하는 경우에는 엔진냉각수온도가 오버히팅제어를 위한 엔진냉각수온도보다 큰지를 판단하는 단계;
    를 포함하고, 상기 조건 모두를 만족하는 경우에 엔진오버히팅방지로직이 활성화되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 엔진 오버히팅 제어방법.
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