KR101583971B1 - 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 효율이 낮은 운전점에서 엔진 구동을 정지시키는 동시에 HSG를 이용하여 차량 주행이 이루어지도록 함으로써, 엔진 운전영역 최적화 및 연비 개선 효과를 얻을 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 차량의 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하인 엔진 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)에서 연료컷을 통하여 엔진을 시동시키지 않고, 엔진을 시동시키기 위한 HSG의 단독 구동에 의하여 차량 주행이 이루어지도록 함으로써, 엔진의 운전영역 최적화를 실현할 수 있고, 연비를 개선할 수 있도록 한 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법{Device and method for controlling power of mild hybrid vehicle}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 효율이 낮은 운전점에서 엔진 구동을 정지시키는 동시에 HSG를 이용하여 차량 주행이 이루어지도록 함으로써, 엔진 운전영역 최적화 및 연비 개선 효과를 얻을 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차는 그 충전 방식에 따라 마일드 하이브리드 자동차와 플러그-인 하이브리드 자동차로 크게 분류되며, 마일드 하이브리드 자동차는 내연 기관에서 발생된 에너지의 일부를 이용하여 배터리를 충전하는 하이브리드 자동차이고, 플러그-인 하이브리드 자동차는 외부의 상용 전원으로부터 에너지를 받아 배터리를 충전하는 하이브리드 자동차이다.
특히, 상기 마일드 하이브리드 시스템은 구동모터만으로 차량이 구동하는 주행모드는 없지만, 차량의 정지상태에서 가속시, 또는 차량 주행중 추월 가속시에 순간적으로 높은 토크를 얻기 위해 엔진보다 응답성이 빠른 HSG(HSG, Hybrid Starter Generator)를 사용하여 주행에 필요한 토크를 공급하는 시스템을 말한다.
첨부한 도 1은 마일드 하이브리드 차량의 동력 전달 계통도를 나타낸다.
도 1에서 보듯이, 마일드 하이브리드 차량은 엔진(10)과, 아이들(Idle stop and go)을 위한 스타터 기능 및 배터리 충전을 위한 발전 기능을 겸비한 HSG(12)와, HSG의 구동 제어를 위한 제어기인 HCU(14)와, HSG(12)에서 발전된 전기를 충전하여 여러 전장품(예를 들어, 냉각팬 등)에 전원을 공급하는 배터리(16) 등을 포함하고, 상기 엔진(10)과 HSG(12)는 풀리 및 벨트를 매개로 동력 전달 가능하게 연결된다.
따라서, 엔진 시동(스타팅)시 HSG(12)가 구동하여 엔진(10) 시동이 이루어짐으로써, 엔진 단독 구동에 따른 동력으로 차량의 주행이 이루어지고, 동시에 HSG(12)는 엔진(10)으로부터의 잉여 동력으로 발전을 하여 배터리에 전기적 에너지를 저장하는 기능을 수행한다.
또한, 차량의 정차시 연료 소모 방지를 위하여 엔진 시동이 오프되고, 다시 차량의 출발시에는 위와 같이 HSG의 구동에 의한 엔진 시동과 함께 차량이 주행하는 아이들 스탑 앤 고(Idle Stop & Go) 기능이 진행된다.
그러나, 종래의 마일드 하이브리드 차량은 다음과 같은 문제점이 있다.
차량의 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하(약 10% 이하)인 엔진 저부하 작동 영역은 엔진의 작동 효율이 낮은 운전점이므로, 이러한 저부하 작동 영역에서 엔진이 구동됨에 따라 엔진 작동 효율이 저하됨과 함께 연비 저하를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 차량의 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하인 엔진 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)에서 연료컷을 통하여 엔진을 시동시키지 않고, 엔진을 시동시키기 위한 HSG의 단독 구동에 의하여 차량 주행이 이루어지도록 함으로써, 엔진의 운전영역 최적화를 실현할 수 있고, 연비를 개선할 수 있도록 한 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 마일드 하이브리드 차량의 주행을 위한 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하인 엔진 저부하 작동 영역에서 엔진에 대한 연료컷 제어를 하는 제어부와; 엔진의 크랭크축과 연결되어, 제어부의 연료컷 제어와 동시에 작동하여 주행 동력을 출력하는 HSG와; 상기 HSG의 주행동력 출력과 동시에 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 밸브 작동기구; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 밸브 작동기구는 흡기 및 배기밸브의 상단부에 연결되어 흡기 및 배기밸브를 열림 및 닫힘시기에 맞게 승하강시키는 액츄에이터로 채택된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 마일드 하이브리드 차량의 주행 중, 엔진 저부하 작동 영역인지 여부를 판정하는 단계와; 엔진 저부하 작동 영역으로 판정되면, 엔진에 대한 연료컷 제어가 이루어지는 단계와; 엔진 크랭크 축과 연결된 HSG가 연료컷 제어와 동시에 작동하여 주행 동력을 출력하는 단계와; 상기 HSG가 주행 동력을 출력하는 동시에 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 엔진 저부하 작동 영역인지 여부를 판정하는 단계에서, 차량의 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하이면서 HSG 최대 토크가 엔진 마찰토크의 일정 수준 이상일 경우, 엔진 저부하 작동 영역으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 단계에서, HSG의 구동과 동시에 엔진 크랭크 축이 회전할 때의 압축행정시에는 흡기밸브가 열리는 동시에 배기밸브는 닫히고, 팽창행정시에는 흡기밸브가 닫히는 동시에 배기밸브가 열리도록 한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
마일드 하이브리드 차량의 시동 또는 주행 중, 현재 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하인 엔진 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)에서 연료컷을 통하여 엔진을 시동시키지 않고, HSG의 단독 구동에 의하여 차량 주행이 이루어지도록 함으로써, 엔진의 운전영역 최적화를 실현할 수 있고, 엔진 저부하 영역에서 HSG의 출력에 따른 주행이 가능하여 연비를 개선할 수 있다.
도 1은 마일드 하이브리드 차량의 동력전달계통도,
도 2는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치를 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치의 일 구성인 밸브 제어 액츄에이터가 흡배기밸브에 장착된 것을 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치의 일 구성인 밸브 제어 액츄에이터가 흡배기밸브에 장착된 것을 나타낸 개략도이다.
도 2에서 보듯이, 마일드 하이브리드 차량은 엔진(10)과, 아이들(Idle stop and go)을 위한 스타터 기능 및 배터리 충전을 위한 발전 기능을 겸비한 HSG(12)와, HSG의 구동 제어를 위한 제어기인 HCU(14)와, HSG(12)에서 발전된 전기를 충전하여 여러 전장품(예를 들어, 냉각팬 등)에 전원을 공급하는 배터리(16) 등을 포함하고, 상기 엔진(10)과 HSG(12)는 풀리 및 벨트를 매개로 동력 전달 가능하게 연결되어 있다.
특히, 본 발명의 제어 장치는 마일드 하이브리드 차량의 주행을 위한 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하인 엔진 저부하 작동 영역에서 엔진에 대한 연료컷 제어를 하는 제어부를 포함하며, 이 제어부는 HCU(14, Hybrid Control Unit) 또는 그 상위제어기인 VCU(Vehicle Control Unit)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 HSG(12)는 엔진의 크랭크축과 동력 전달 가능하게 연결되는 바, 엔진 저부하 작동 영역에서 제어부의 연료컷 제어와 동시에 작동하여 엔진 대신에 주행 동력을 출력하는 역할을 한다.
이때, 상기 엔진(10)이 작동되지 않는 상태에서 HSG(12)가 회전 구동하면, 크랭크 축이 회전하면서 피스톤이 압축 및 팽창 등의 행정을 하여 각 섭동부에서 마찰토크가 발생하게 되므로, 피스톤의 원활한 행정을 도모하는 동시에 피스톤을 포함하는 각 섭동부의 마찰 토크를 저감시키기 위하여 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘 주기를 인위적으로 조정해야 한다.
따라서, 첨부한 도 3에서 보듯이 상기 HSG(12)의 주행동력 출력과 동시에 엔진(10)의 각 섭동부에서 발생하는 마찰토크를 저감시키기 위하여 흡기 및 배기밸브(20)의 상단부에 밸브 작동기구(18)가 장착되며, 이 밸브 작동기구(18)는 엔진이 작동되지 않는 상태에서 흡기 및 배기밸브(20)의 열림 및 닫힘시기를 인위적으로 조정하는 역할을 한다.
바람직하게는, 상기 밸브 작동기구(18)는 흡기 및 배기밸브의 상단부에 연결되어, 제어부의 신호에 따른 열림 및 닫힘시기에 맞게 흡기 및 배기밸브를 승하강시키는 액츄에이터로 채택될 수 있다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 마일드 하이브리드 차량의 시동 또는 주행 중, 엔진 저부하 작동 영역인지 여부를 판정하는 단계가 진행된다(S101).
바람직하게는, 차량의 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하(예를 들어, 10% 이하)이면서 HSG(12)의 최대 토크가 흡기 및 배기밸브가 열린 상태에서의 엔진 마찰토크의 일정 수준 이상(약 2배)일 경우, 엔진이 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)에서 운전되는 것으로 판정한다.
좀 더 상세하게는, 상기 HSG(12)의 최대 토크가 흡기 및 배기밸브가 열린 상태에서의 엔진 마찰토크의 일정 수준 이상(약 2배 이상)인 동시에 기준 맵 데이터 추출값보다 큰 경우, 엔진이 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)에서 운전되는 것으로 판정한다.
이렇게 엔진이 저부하 작동 영역에서 운전되는 것으로 판정되면, 엔진에 대한 연료컷 제어(engine shut-off)가 이루어지는 단계가 진행된다(S102).
연이어, 엔진 크랭크 축과 연결된 HSG(12)가 연료컷 제어와 동시에 작동하여 주행 동력을 출력하게 되며, HSG(12)가 최대 토크 상태에서 엔진 크랭크 축을 회전시키면서 주행 동력을 출력하게 된다.
이때, 상기와 같이 엔진(10)이 작동되지 않는 상태에서 HSG(12)가 회전 구동하면, 크랭크 축이 회전하면서 피스톤이 압축 및 팽창 등의 행정을 하여 각 섭동부에서 마찰토크가 발생하게 되므로, 피스톤의 원활한 행정을 도모하는 동시에 피스톤을 포함하는 각 섭동부의 마찰 토크를 저감시키기 위하여 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘 주기를 인위적으로 조정해야 한다.
따라서, 상기 HSG의 주행 동력을 출력하는 동시에 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 단계가 진행된다(S103).
즉, 상기 HSG(12)의 주행동력 출력과 동시에 엔진(10)의 각 섭동부에서 발생하는 마찰토크를 저감시키기 위하여 흡기 및 배기밸브의 상단부에 장착된 밸브 작동기구(18)가 제어부의 신호에 따라 작동하되, 열림 및 닫힘시기에 맞게 작동하여 흡기 및 배기밸브를 승하강시킴으로써, 엔진이 작동되지 않는 상태에서 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기가 인위적으로 조정된다.
보다 상세하게는, 상기 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 단계에서, HSG의 구동과 동시에 엔진 크랭크 축이 회전할 때의 압축행정시에는 밸브 작동기구(18)의 작동에 의하여 흡기밸브가 열리는 동시에 배기밸브는 닫히고, 팽창행정시에는 흡기밸브가 닫히는 동시에 배기밸브가 열리도록 함으로써, 엔진이 작동되지 않는 상태에서 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기가 인위적으로 조정될 수 있고, 그에 따라 엔진(10)의 각 섭동부에서 발생하는 마찰토크를 저감시킬 수 있다.
한편, 마일드 하이브리드 차량의 시동 또는 주행 중, 엔진 저부하 작동 영역인지 여부를 판정하는 단계에서, 엔진이 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)이 아닌 것으로 판정되면, 엔진에 대한 연료 분사와 함께 HSG(12)에 의한 엔진 시동이 이루어져 엔진 출력으로 주행이 이루어진다(S104).
이와 같이, 마일드 하이브리드 차량의 시동 또는 주행 중, 현재 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하인 엔진 저부하 작동 영역(엔진의 작동 효율이 낮은 운전점)에서 연료컷을 통하여 엔진을 시동시키지 않고, HSG의 단독 구동에 의하여 차량 주행이 이루어지도록 함으로써, 엔진의 운전영역 최적화를 실현할 수 있고, 엔진 저부하 영역에서 HSG의 출력에 따른 주행이 가능하여 연비를 개선할 수 있다.
10 : 엔진
12 : HSG
14 : HCU
16 : 배터리
18 : 밸브 작동기구
20 : 흡배기밸브

Claims (5)

  1. 마일드 하이브리드 차량의 주행을 위한 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하이면서 HSG 최대 토크가 엔진 마찰토크의 일정 수준 이상일 경우, 엔진 저부하 작동 영역으로 판정하고, 엔진 저부하 작동 영역에서 엔진에 대한 연료컷 제어를 하는 제어부와;
    엔진의 크랭크축과 연결되어, 제어부의 연료컷 제어와 동시에 작동하여 주행 동력을 출력하는 HSG와;
    상기 HSG의 주행동력 출력과 동시에 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 밸브 작동기구;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 작동기구는 흡기 및 배기밸브의 상단부에 연결되어 흡기 및 배기밸브를 열림 및 닫힘시기에 맞게 승하강시키는 액츄에이터로 채택된 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 장치.
  3. 마일드 하이브리드 차량의 시동 또는 주행 중, 엔진 저부하 작동 영역인지 여부를 판정하되, 차량의 요구 출력이 전체 출력 대비 일정 수준 이하이면서 HSG 최대 토크가 엔진 마찰토크의 일정 수준 이상일 경우, 엔진 저부하 작동 영역으로 판정하는 단계와;
    엔진 저부하 작동 영역으로 판정되면, 엔진에 대한 연료컷 제어가 이루어지는 단계와;
    엔진 크랭크 축과 연결된 HSG가 연료컷 제어와 동시에 작동하여 주행 동력을 출력하는 단계와;
    상기 HSG가 주행 동력을 출력하는 동시에 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 흡기 및 배기밸브의 열림 및 닫힘시기를 조정하는 단계에서,
    HSG의 구동과 동시에 엔진 크랭크 축이 회전할 때의 압축행정시에는 흡기밸브가 열리는 동시에 배기밸브는 닫히고, 팽창행정시에는 흡기밸브가 닫히는 동시에 배기밸브가 열리도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 구동 제어 방법.
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