KR101491297B1 - Ｅｈｃ 히터 제어 방법 - Google Patents

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KR101491297B1 KR20130096149A KR20130096149A KR101491297B1 KR 101491297 B1 KR101491297 B1 KR 101491297B1 KR 20130096149 A KR20130096149 A KR 20130096149A KR 20130096149 A KR20130096149 A KR 20130096149A KR 101491297 B1 KR101491297 B1 KR 101491297B1
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Abstract

차량 시동키의 시동 온 위치 상태 여부를 판단하는 체크단계; 시동 온 상태일 경우 배터리 용량을 체크하고, 배터리 용량이 일정 용량 이상일 경우 EHC에 전원을 인가하여 발열 작동되도록 하는 발열단계; 및 엔진 크랭킹 상태 여부를 판단하고, 엔진이 크랭킹 상태로 진입될 경우 EHC의 전원을 차단하여 작동을 중지시킴으로써 충분한 전력으로 엔진의 시동이 이루어지도록 하는 시동단계;를 포함하는 EHC 히터 제어 방법이 소개된다.

Description

ＥＨＣ 히터 제어 방법 {ＥＨＣ HEATER CONTROL METHOD}
본 발명은 촉매 시스템의 빠른 활성화를 위해 배기온도를 상승시켜 배기가스 정화 성능을 향상시키기 위한 것으로, EHC를 통해 배기온도의 빠른 상승을 유도하는 동시에 주행 조건에 따라 EHC의 온/오프를 제어함으로써 에너지 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 EHC 히터 제어 방법에 관한 것이다.
최근에는 차량의 성능뿐만 아니라 연비 문제 및 환경오염 문제가 부각됨에 따라 배기가스 배출에 대한 법규가 강화되고 있다. 이러한 배기규제 및 연비 향상을 위한 엔진 기술의 발달로 촉매 시스템을 활성화시키는 방안이 제시되고 있다.
이처럼, 촉매 시스템은 촉매 시스템의 정화 활성을 향상시키기 위하여 귀금속 양을 증대시키는 방법과 배기온도 상승을 위한 추가적인 엔진 제어전략이 사용되고 있다.
그러나, 귀금속 양을 증대시킬 경우 원가 상승 문제 및 연비가 악화되는 문제가 발생되었다.
또한, 엔진 제어를 통해 배기온도를 승온시키는 방법으로, 연료를 후분사하여 연소되는 열이 촉매로 전달되어 촉매를 활성화시키는 방법이 사용되었지만, 이러한 방법은 배기온도를 승온시키기 위한 배기에너지가 촉매에 30%이하로 전달되었다. 이렇게, 에너지의 손실이 커 효율이 떨어지는 단점이 있으며, 연료를 후분사함에 따라 연비의 악영향을 초래하였다.
위와 같이, 배기온도에 절대적으로 의존적인 전략을 EHC(Electrically Heated Catalyst) 촉매 기술을 이용하여 상기의 문제를 해소하는 방안이 제시되고 있다. 이는, 촉매에 전력을 인가하여 발생된 열로 촉매를 빠르게 활성화시켜 엔진에서 나오는 배기가스 정화 성능을 향상시킨다. 하지만, 이러한 장치는 배터리의 전원을 사용하고, 최대 90A의 전력을 사용하므로 장치의 사용이 빈번할수록 배터리 소모가 급격히 빨라지는 문제가 발생되며, 배터리 충전을 위한 알터네이터에 무리를 줄 수 있다.
즉, 이 EHC를 작동시키기 위하여 전력을 공급하는데 항시 전원을 공급하면 저속운전 및 잦은 시동 온/오프시에는 활성 성능이 좋을 수 있으나, 배터리의 전력 소모가 크며 이에 따라 알터네이터에 무리가 가며, 이에 따른 연비 악화가 발생되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR20-1998-040198 (1998.09.15)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, EHC를 이용하여 배기온도의 상승을 통해 촉매의 빠른 활성화를 유도하여 배기가스 정화 성능을 향상시키되 운전 모드 및 엔진 상태에 따라 EHC를 제어함으로써 에너지 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 EHC 히터 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 EHC 히터 제어 방법은 차량 시동키의 시동 온 위치 상태 여부를 판단하는 체크단계; 시동 온 상태일 경우 배터리 용량을 체크하고, 배터리 용량이 일정 용량 이상일 경우 EHC에 전원을 인가하여 발열 작동되도록 하는 발열단계; 및 엔진 크랭킹 상태 여부를 판단하고, 엔진이 크랭킹 상태로 진입될 경우 EHC의 전원을 차단하여 작동을 중지시킴으로써 충분한 전력으로 엔진의 시동이 이루어지도록 하는 시동단계;를 포함한다.
상기 시동단계는, 엔진 시동 후 차량의 주행상태를 판단하는 확인단계;를 더 포함하고, 차량의 주행이 가속/감속상태 또는 아이들링 상태일 경우 EHC에 전력을 인가하여 발열 작동되도록 하는 동작단계;를 수행할 수 있다.
상기 확인단계는 차량의 주행이 정속 주행상태일 경우 EHC에 전력을 차단하여 발열 작동을 중지시키도록 할 수 있다.
상기 동작단계는, 냉각수 온도와 배터리 용량을 체크하고, 냉각수 온도와 배터리 용량을 각각 설정 온도와 기준 배터리 용량과 비교판단하는 제1판단단계;를 더 포함하고, 상기 냉각수 온도가 설정 온도보다 낮거나, 배터리 용량이 기준 배터리 용량보다 높을 경우 EHC의 발열 작동을 유지하는 제1작동단계;를 수행할 수 있다.
상기 제1작동단계는 냉각수 온도와 배터리 용량 중 어느 하나라도 EHC의 발열 작동되는 조건을 만족할 경우 EHC가 작동되도록 할 수 있다.
상기 동작단계는, EHC를 통과한 배기가스의 온도를 체크하여 초기설정된 촉매활성온도와 비교판단하는 제2판단단계;를 더 포함하고, EHC를 통과한 배기가스의 온도가 촉매활성온도보다 낮을 경우 EHC가 발열 작동을 유지하는 제2작동단계;를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 EHC 히터 제어 방법은 EHC를 이용하여 배기온도의 상승을 통해 촉매의 빠른 활성화를 유도하여 배기가스 정화 성능을 향상시키되 운전 모드 및 엔진 상태에 따라 EHC를 제어함으로써 에너지 효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 EHC를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 EHC의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EHC 히터 제어 방법의 순서도.
도 4는 도 3에 도시된 EHC 제어방법의 순서 로직을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EHC 히터 제어 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 EHC를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 EHC의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EHC 히터 제어 방법의 순서도이고, 도 4는 도 3에 도시된 EHC 제어방법의 순서 로직을 나타낸 도면이다.
본 발명에서 EHC(Electrically Heated Catalyst)는 차량의 배기 배출 라인에 설치되어 촉매 시스템을 활성화되도록 배기가스의 온도를 상승시키고, 촉매의 신속한 활성화기 이루어지도록 하는 장치이다. 도 1 내지 2에서 보는 바와 같이, EHC는 배터리로부터 전원을 공급받으면 히팅부(100)가 고온으로 발열되고, 발열된 열이 배기유동과 함께 바로 뒤에 설치된 촉매부(DOC:Disel Oxidation Catalyst, 디젤산화촉매)(140)를 통과하면서 전도 및 복사열이 귀금속에 전달되어 촉매가 활성이 된다. 이러한 촉매부(140)의 후방에는 배기가스 내의 입자성 물질을 저감하기 위해 촉매여과부(DPF:Diesel Particulate Filter, 매연여과장치)(180)가 설치될 수 있다. 여기서 미설명된 도면부호 122는 히팅부에 전원을 공급하는 배선이고, 160은 배기가스의 온도를 검출하기 위한 센서부이다.
본 발명의 따른 상기의 EHC 히터 제어 방법은 차량 시동키의 시동 온 위치 상태 여부를 판단하는 체크단계(S100); 시동 온 상태일 경우 배터리 용량을 체크하고, 배터리 용량이 일정 용량 이상일 경우 EHC에 전원을 인가하여 발열 작동되도록 하는 발열단계(200); 및 엔진 크랭킹 상태 여부를 판단하고, 엔진이 크랭킹 상태로 진입될 경우 EHC의 전원을 차단하여 작동을 중지시킴으로써 충분한 전력으로 엔진의 시동이 이루어지도록 하는 시동단계(S300);를 포함한다.
기존에는 EHC를 작동시키되 전력을 항시 공급함에 따라 배터리 전력소모가 크며, 전력소모에 따른 충전을 위한 알터네이터의 과부하가 발생될 수 있었다.
반면에, 본 발명은 시동키의 시동 온이 되면 가장 먼저 배터리의 용량을 체크하고 배터리 용량이 일정 용량 이상인지를 판단한다. 여기서, 일정 용량이라 함은 EHC가 작동되더라도 배터리 충전을 위한 알터네이터의 작동이 불필요할 정도의 배터리의 충전 수준을 말하는 것으로, 이는 차량의 설계 및 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
상기의 배터리 용량을 체크하고, 배터리 용량이 충분한 것으로 판단되면 EHC에 전원을 인가하여 발열작동되도록 한다. 이처럼, 시동키가 시동 온이 위치될 경우 바로 EHC를 바로 작동시켜 예열시킴으로써 이후 차량이 시동됨에 따라 촉매가 빠르게 활성화되도록 할 수 있다.
단, 시동키의 조작으로 인해 엔진이 크랭킹 상태로 진입할 경우 EHC의 전원을 차단하도록 한다. 통상적으로, 차량 초기 시동시 시동모터를 동작시킴에 따라 크랭킹 상태에 진입하게 되는데, 엔진 크랭킹 중에는 시동모터를 동작시키기 위한 높은 전력이 필요하게 된다. EHC도 배터리의 전원을 공급받아 사용되며, 큰 전력을 소모하는바, EHC의 작동상태를 유지한 상태로 엔진을 시동시킬 경우 전력소모량이 크게 발생된다.
따라서, 엔진 크랭킹 상태에 진입할 경우에는 EHC의 작동을 중지시켜 배터리의 전원이 엔진 스타트를 위해 사용되도록 함으로써 전기 에너지의 과도한 소비를 방지하고, 원활한 엔진 시동이 이루어지도록 하는 것이다.
위와 같은 시동단계(S300) 후 엔진 시동이 완료되면 차량의 주행상태를 판단하는 확인단계(S400);를 수행하도록 한다. 즉, 확인단계(S400)에서는 차량의 주행상태가 가속, 감속, 정속 및 아이들링 상태인지를 판단하도록 한다.
EHC의 경우 작동시 배터리의 전력을 소모하게 되는바, 장시간 EHC를 사용하게 될 경우 배터리의 소모량이 커짐에 따라 전기에너지를 충당하기 위한 알터네이터가 무리하게 작동될 수 있으며, 이에 따라 연비가 악화될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 차량의 주행상태에 따라 EHC를 제어함으로써 효율적인 EHC의 작동을 통해 전력에너지의 낭비를 방지하여 연비를 향상시키도록 한다.
구체적으로, 상기 확인단계(S400)를 통해 판단된 차량의 주행상태가 가속/감속상태 또는 아이들링 상태일 경우 EHC에 전력을 인가하여 발열 작동되도록 하는 동작단계(S500);를 수행하도록 한다.
차량의 가속 주행상태일 경우에는 토크가 증가하게 되고, 이에 따라 알터네이터에서 발전되는 전력이 증가되는바, 알터네이터의 전력 사용이 용이하다. 즉, EHC를 작동시킴에 따라 필연적으로 전력이 소모되는데, 차량이 가속됨에 따라 알터네이터의 전력 충전량이 증대되어 EHC를 작동시키는데 필요한 전력을 충분히 충당할 수 있는 것이다.
한편, 차량의 감속 주행상태일 경우에도 EHC를 작동하게 되는데, 차량이 감속할 경우에는 타행주행을 통해 연료 소모량 없이 알터네이터의 발전을 수행할 수 있다. 이렇게, 차량 주행에 따른 연료 소모에 부담이 해소되기에, EHC를 작동시키는데 큰 무리가 없다.
다른 한편으로, 차량이 아이들링 상태일 경우에도 EHC가 작동되도록 함이 바람직하다. 통상적으로, 아이들링 상태일 경우 엔진에서 배출되는 배기가스의 유동이 적어 배기가스의 유속이 느리다. 즉, 배출되는 배기가스가 EHC의 히팅부를 느리게 통과함에 따라 배기가스의 온도상승이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
이렇게, EHC를 통한 배기가스의 효율적인 온도상승이 가능한바, 아이들링 상태에서 EHC를 작동시켜 EHC의 히팅부를 통과하는 배기가스의 온도를 승온시키고, 촉매를 빠르게 활성화함이 바람직하다.
한편, 상기 확인단계(S400)는 차량의 주행이 정속 주행상태일 경우 EHC에 전력을 차단하여 발열 작동을 중지시킬 수 있다. 통상적으로, 정속 주행이라 함은 운전자가 가속페달을 일정 힘으로 밟고 있는 상태로서, 차량은 속도를 유지하기 위해 지속적으로 연료를 분사하게 된다. 이렇게, 연료가 소모되는 상태에서 EHC를 작동시킬 경우 배터리의 전기에너지가 소모됨에 따라 알터네이터에서 전기에너지를 지속적으로 발전하는바, 알터네이터에 무리가 가며, 연비가 저하되는 문제가 발생된다.
즉, EHC가 항시 작동될 경우 배터리 소모량이 증가되며, 이를 충당하기 위해 알터네이터가 무리하게 구동되는바, 알터네이터의 내구 문제가 발생되거나 에너지 효율이 낮아지게 된다.
따라서, 차량의 정속 주행상태일 경우 EHC의 작동을 중지하여 전력소모량을 감소시키고, 이에 따라 알터네이터의 무리한 동작이 수행되지 않도록 하며, 에너지 효율을 증대시킴이 바람직하다.
한편, 상기 동작단계(S500)는, 냉각수 온도와 배터리 용량을 체크하고, 냉각수 온도와 배터리 용량을 각각 설정 온도와 기준 배터리 용량과 비교판단하는 제1판단단계(S600);를 더 포함하고, 상기 냉각수 온도가 설정 온도보다 낮거나, 배터리 용량이 기준 배터리 용량보다 높을 경우 EHC의 발열 작동을 유지하는 제1작동단계(S700);를 수행도록 할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 차량의 감속, 가속, 아이들링 상태에서는 EHC가 작동되고, EHC의 지속적인 작동 여부를 판단하기 위해 냉각수 온도와 배터리 용량을 체크하도록 한다.
여기서, 냉각수 온도를 판단하기 위한 설정 온도는 엔진의 온도를 판단하기 위한 것으로, 엔진 내부의 온도가 적정온도일 경우 연소 후 배출되는 배기가스의 온도도 그만큼 승온되어 배출되기에 이를 판단하도록 한다. 또한, 배터리 용량을 판단하기 위한 기준 배터리 용량은 EHC가 작동되더라도 배터리 충전을 위한 알터네이터의 작동이 불필요할 정도의 배터리의 충전 수준을 말하는 것이다. 상기의 설정 온도 및 기준 배터리 용량은 차량의 설계사양 및 배터리 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
본 발명에서는 냉각수 온도가 설정 온도보다 낮을 경우 EHC의 작동을 유지하도록 한다. 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮다는 것은 엔진 내부의 온도가 낮은 것으로, 낮은 온도의 배기가스가 배출된다. 이로 인해 HC(탄화수소), CO(일산화탄소)의 배출량이 증가되는바, EHC를 작동시켜 촉매의 활성화를 통해 HC, CO를 저감시키는 것이다.
또한, 배터리 용량이 기준 배터리 용량보다 높을 경우 EHC의 작동을 유지하도록 한다. 본 발명에서 기준 배터리 용량은 EHC가 작동되더라도 배터리 충전을 위한 알터네이터의 작동이 불필요할 정도의 배터리의 충전 수준인바, 배터리 용량이 충분한 것으로 판단하여 EHC를 작동시킴으로써 촉매가 활성화되도록 하는 것이다.
상기 제1작동단계(S700)는 냉각수 온도와 배터리 용량 중 어느 하나라도 EHC의 발열 작동되는 조건을 만족할 경우 EHC가 작동되도록 할 수 있다. 이렇게, 냉각수 온도 및 배터리 용량을 고려하여 EHC의 작동을 수행하는바, 촉매의 활성화를 향상시켜 배기 유해물질을 저감시킬 수 있다.
한편, 상기 동작단계(S500)는, EHC를 통과한 배기가스의 온도를 체크하여 초기설정된 촉매활성온도와 비교판단하는 제2판단단계(S800);를 더 포함하고, EHC를 통과한 배기가스의 온도가 촉매활성온도보다 낮을 경우 EHC가 발열 작동을 유지하는 제2작동단계(S900);를 수행하도록 할 수 있다.
상기 촉매활성온도는 촉매가 활성화되어 배기가스의 정화성능이 향상되는 최적의 온도를 말한다. 이는 촉매장치의 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
상기의 EHC를 통과한 배기가스의 온도를 체크하는 것에 있어서 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면, 본 발명의 EHC는 촉매를 빠르게 활성화시키기 위한 히팅부(120)와 그 뒤로 촉매부(140), 촉매여과부(180)가 설치될 수 있다. 이러한 구조에서 유동되는 배기가스의 온도를 체크하는 부분은 촉매부(140)와 촉매여과부(180) 사이가 될 수 있다.
본 발명에서는 EHC의 히팅부(120)를 통과한 배기가스는 온도가 상승되고, 촉매부(140)를 통과함으로써 귀금속과 반응을 일으켜 온도가 추가적으로 더 상승된다. 즉, 히팅부(120)를 통과한 배기가스의 온도로 촉매활성온도와 비교판단할 경우 촉매부와의 반응에 의한 발열 온도를 고려하지 않아 오류가 발생될 수 있다.
따라서, 배기가스의 온도 측정은 배기가스가 히팅부(120)를 통과 후 촉매부(140)를 통과하여 화학반응에 의한 온도상승까지 고려하여 EHC의 작동 여부를 판단함으로써 EHC의 적절한 작동이 수행되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 EHC 히터 제어 방법은 EHC를 이용하여 배기온도의 상승을 통해 촉매의 빠른 활성화를 유도하여 배기가스 정화 성능을 향상시키되 운전 모드 및 엔진 상태에 따라 EHC를 제어함으로써 에너지 효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:EHC 120:히팅부
140:촉매부 160:온도센서부
180:촉매여과부
S100:체크단계 S200:발열단계
S300:시동단계 S400:확인단계
S500:동작단계 S600:제1판단단계
S700:제1작동단계 S800:제2판단단계
S900:제2작동단계

Claims (6)

  1. 차량 시동키의 시동 온 위치 상태 여부를 판단하는 체크단계;
    시동 온 상태일 경우 배터리 용량을 체크하고, 배터리 용량이 일정 용량 이상일 경우 EHC에 전원을 인가하여 발열 작동되도록 하는 발열단계; 및
    엔진 크랭킹 상태 여부를 판단하고, 엔진이 크랭킹 상태로 진입될 경우 EHC의 전원을 차단하여 작동을 중지시킴으로써 충분한 전력으로 엔진의 시동이 이루어지도록 하는 시동단계;를 포함하고,
    상기 시동단계는, 엔진 시동 후 차량의 주행상태를 판단하는 확인단계;를 더 포함하고,
    차량의 주행이 가속상태 및 아이들링 상태일 경우 EHC에 전력을 인가하여 발열 작동되도록 하는 동작단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 EHC 히터 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 동작단계에서는, 차량의 주행이 감속상태일 경우 EHC에 전력을 인가하여 발열 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 EHC 히터 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 확인단계는 차량의 주행이 정속 주행상태일 경우 EHC에 전력을 차단하여 발열 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 EHC 히터 제어 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 동작단계는, 냉각수 온도와 배터리 용량을 체크하고, 냉각수 온도와 배터리 용량을 각각 설정 온도와 기준 배터리 용량과 비교판단하는 제1판단단계;를 더 포함하고,
    상기 냉각수 온도가 설정 온도보다 낮거나, 배터리 용량이 기준 배터리 용량보다 높을 경우 EHC의 발열 작동을 유지하는 제1작동단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 EHC 히터 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1작동단계는 냉각수 온도와 배터리 용량 중 어느 하나라도 EHC의 발열 작동되는 조건을 만족할 경우 EHC가 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 EHC 히터 제어 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 동작단계는, EHC를 통과한 배기가스의 온도를 체크하여 초기설정된 촉매활성온도와 비교판단하는 제2판단단계;를 더 포함하고,
    EHC를 통과한 배기가스의 온도가 촉매활성온도보다 낮을 경우 EHC가 발열 작동을 유지하는 제2작동단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 EHC 히터 제어 방법.
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