KR101786697B1 - 연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법 - Google Patents

연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법 Download PDF

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Abstract

연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 벙법이 기재된다. 상기 연소 안정화 시스템은 시동기와 인젝터의 작동을 제어하도록 된 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 엔진의 시동 조건 만족 후 엔진의 시동 전 도는 엔진의 종료 조건 만족 후 엔진이 꺼진 후에 상기 시동기를 제어하여 연료 분사 없이 엔진을 회진시킬 수 있다.

Description

연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법{SYSTEM OF STABILIZING COMBUSTION AND METHOD OF STABILIZING COMBUSTION OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE USING THE SAME}
본 발명은 연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 시동 전 또는 엔진의 작동이 종료된 후 배기 가스 재순환 라인에 잔류하는 배기 가스를 배출함으로써 연소를 안정화시키고 유해한 가스의 배출을 저감할 수 있는 연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법에 관한 것이다.
전통적인 차량은 화석 연료를 태워 발생하는 에너지를 운동 에너지로 전환하여 구동된다. 화석 연료의 연소 과정에서 배기 가스가 발생하게 되고, 발생된 배기 가스는 그것에 포함된 유해한 물질이 정화된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 차량의 배기 시스템은 배기 가스에 포함된 유해한 물질을 정화하기 위한 촉매 컨버터를 포함할 수 있다.
화석 연료의 고갈과 환경 오염 문제로 인하여 최근에는 전기 자동차와 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차가 개발되어 사용되고 있다. 또한, 배기 가스에 포함된 유해한 물질을 정화하기 위하여 새로운 촉매 물질의 개발이 이루어지고 있다.
특히 하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속토크특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
한편, 차량에는 연소 온도를 낮춰 질소산화물을 저감하기 위한 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 모듈이 장착될 수 있다. 상기 배기 가스 재순환 모듈은 배기 파이프와 흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트를 기체가 흘러갈 수 있도록 연결하는 재순환 파이프에 장착되어 배기 가스의 일부를 흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트로 재순환시킴으로써 연소 시 최고 온도를 낮춘다.
상기 배기 가스 재순환 모듈은 설정된 엔진의 작동 영역에서 작동하게 된다. 배기 가스 재순환 모듈이 작동되지 않을 때 배기 가스 재순환 모듈과 재순환 파이프 사이의 간극을 통하여 약간의 배기 가스가 누출될 수 있고, 엔진의 작동 중에는 누출된 배기 가스는 바로 연소실에 공급된다. 그러나, 누출된 배기 가스의 양이 매우 적기 때문에 누출된 배기 가스가 연소실에 공급되더라도 연소에 큰 영향을 끼치지 않는다.
그런데, 엔진이 오랜 시간 동안 작동하지 않은 경우, 누출된 배기 가스가 배기 가스 재순환 모듈과 흡기계(흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트) 사이의 재순환 파이프에 모이게 된다. 재순환 파이프에 모인 누출된 배기 가스(이하, '잔류 가스'라 한다.) 엔진의 시동 시에 한꺼번에 연소실에 공급되게 되고, 불안정한 연소를 유발하고 배기 가스 내의 유해 성분을 증가시키게 된다. 특히, 엔진 시동 시에는 촉매가 활성화 온도에 도달하지 못할 수 있으므로, 상기 유해 성분은 촉매에서 정화되지 못하고 차량 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진의 시동 전 또는 엔진의 작동이 종료된 후 배기 가스 재순환 라인에 잔류하는 배기 가스(잔류 가스)를 배출하는 연소 안정화 시스템 및 이를 이용한 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템은 연소실, 흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드를 포함하는 엔진; 상기 흡기 매니폴드 또는 연소실에 연료를 공급하도록 된 인젝터; 상기 엔진에 연결되어 있으며, 연료의 공급 없이 엔진을 회전시키거나 연료의 공급과 함께 엔진을 회전시킬 수 있도록 된 시동기; 상기 흡기 매니폴드에 연결되어 공기를 상기 흡기 매니폴드에 공급하도록 된 흡기 덕트; 상기 배기 매니폴드에 연결되어 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 외부로 배출하도록 된 배기 파이프; 상기 배기 파이프와 흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트를 기체가 흘러갈 수 있도록 연통하여 배기 가스의 일부가 상기 흡기 매니폴드 또는 상기 흡기 덕트로 재순환되도록 하는 재순환 파이프; 흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트로 재순환되는 배기 가스의 양을 조절하는 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 모듈; 그리고 차량의 운전 상태를 모니터링하며, 상기 시동기와 인젝터의 작동을 제어하도록 된 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는 엔진의 시동 조건 만족 후 엔진의 시동 전 또는 엔진 종료조건 만족 후 엔진이 꺼진 후에 상기 시동기를 제어하여 연료 분사 없이 상기 엔진을 회전시키도록 할 수 있다.
상기 시동기는 연료 분사 없는 엔진의 회전 횟수 또는 엔진의 회전 속도를 조절할 수 있도록 되어 있을 수 있다.
상기 흡기 덕트, 상기 흡기 매니폴드, 또는 흡기 매니폴드와 흡기 덕트 사이에는 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 상기 공기의 양을 조절하는 스로틀 바디가 장착되어 있으며, 연료 분사 없는 엔진의 회전 횟수 또는 엔진의 회전 속도는 상기 스로틀 바디의 개도, 또는 흡기 덕트 또는 흡기 매니폴드의 형상에 따라 결정될 수 있다.
상기 차량은 엔진과 구동모터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량이고, 상기 엔진 또는 구동모터의 동력은 변속기를 통하여 출력될 수 있다.
상기 연소 안정화 시스템은 상기 엔진과 변속기 사이 또는 변속기 내에서 상기 엔진과 변속기를 선택적으로 연결하는 가변 연결 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 연료 분사 없는 엔진의 회전은 가변 연결 장치에 의하여 엔진과 변속기가 단절된 상태에서 수행될 수 있다.
상기 배기 파이프에는 상기 배기 가스를 정화하기 위한 촉매가 장착되어 있을 수 있다.
하나의 양상에서, 상기 제어기는 엔진의 시동 조건이 만족되면 공회전 조건을 만족하는지 더 판단하고, 공회전 조건이 만족되면 연료 분사 없이 상기 엔진을 회전시키도록 되어 있을 수 있다.
상기 공회전 조건은 상기 촉매의 온도가 제1설정 온도 이하인 경우 만족될 수 있다.
다른 양상에서, 상기 제어기는 엔진 종료 조건이 만족되면 공회전 조건을 만족하는지 더 판단하고, 공회전 조건이 만족되면 연료 분사 없이 상기 엔진을 회전시키도록 되어 있을 수 있다.
상기 공회전 조건은 상기 촉매의 온도가 제2설정 온도 이상인 경우 만족될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 안정화 방법은 상기 연소 안정화 시스템을 구비한 하이브리드 차량에서 수행될 수 있다.
상기 연소 안정화 방법은 차량의 운전 상태를 모니터링 하는 단계; 엔진의 시동 조건이 만족되는지 판단하는 단계; 그리고 엔진의 시동 조건이 만족되면, 연료의 분사 없이 상기 시동기에 의하여 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연소 안정화 방법은 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시켰을 때, 엔진을 계속 회전시키며 연료를 분사하여 엔진을 시동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연소 안정화 방법은 엔진의 시동 조건이 만족되면, 공회전 조건이 만족되는지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 공회전 조건이 만족되면, 연료의 분사 없이 상기 시동기에 의하여 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 공회전 조건은 상기 촉매의 온도가 제1설정 온도 이하인 경우 만족될 수 있다.
상기 연소 안정화 방법은 엔진을 시동시킨 후 상기 가변 연결 장치를 통하여 엔진과 변속기를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연소 안정화 방법은 상기 연소 안정화 시스템을 구비한 하이브리드 차량에서 수행될 수 있다.
상기 연소 안정화 방법은 엔진의 동력 또는 엔진과 모터의 동력으로 차량이 운행 중인 상태에서, 차량의 운전 상태를 모니터링 하는 단계; 엔진 종료 조건이 만족되는지 판단하는 단계; 엔진 종료 조건이 만족되면, 가변 연결 장치를 통하여 엔진과 변속기를 단절시키고 연료 분사를 종료하는 단계; 그리고 상기 시동기에 의하여 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연소 안정화 방법은 엔진 종료 조건이 만족되면, 공회전 조건이 만족되는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 공회전 조건이 만족되면, 상기 시동기에 의하여 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 공회전 조건은 상기 촉매의 온도가 제2설정 온도 이상인 경우 만족될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진의 시동 전 또는 엔진의 작동이 종료된 후 배기 가스 재순환 라인에 잔류하는 배기 가스(잔류 가스)를 배출함으로써 연소를 안정화시킬 수 있다.
또한, 연소를 안정화시킴으로써 유해한 가스의 배출을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템이 적용된 차량에서 동력 전달 계통의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템이 적용된 차량에서 동력 전달 계통의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템에서 제어기의 입력과 출력 관계를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템은 엔진(10), 촉매(40), 그리고 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 모듈(60)을 포함한다. 또한, 상기 연소 안정화 시스템(10)은 흡기 덕트(20), 배기 파이프(30), 그리고 재순환 파이프(50)를 더 포함한다.
엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드(12)에 연결되어 연소실(13) 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드(14)에 모인 후 엔진 밖으로 배출되게 된다. 상기 연소실(13)에는 인젝터(15)가 장착되어 연료를 연소실(13) 내부로 직접 분사할 수 있다. 여기에서는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진을 예시하였으나, 다중 포인트 분사(Multi-Point Injection) 엔진을 사용할 수 있다. MPI 엔진을 사용하는 경우, 흡기 매니폴드(12)(구체적으로, 흡기 매니폴드와 연소실을 연결하는 흡기 포트)에 인젝터(15)가 장착될 수 있다.
흡기 덕트(20)는 상기 흡기 매니폴드(12)에 연결되어 공기를 상기 흡기 매니폴드(12)에 공급하도록 되어 있다. 상기 흡기 매니폴드(12), 흡기 덕트(20), 또는 상기 흡기 매니폴드(12)와 흡기 덕트(20) 사이에는 스로틀 바디(22)가 장착되어 있다. 상기 스로틀 바디(22)는 그 개도에 따라 상기 흡기 매니폴드(12)로 공급되는 공기의 양을 조절하도록 되어 있다.
배기 파이프(30)는 상기 배기 매니폴드(14)에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(30)에는 적어도 하나 이상의 촉매(40) 및/또는 매연 필터가 장착되어 배기 가스 내에 포함된 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물, 그리고 입자상 물질 등을 제거한다. 상기 촉매(40)는 삼원촉매, 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT), 산화 촉매, 또는 선택적 환원(SCR) 촉매일 수 있다. 또한, 상기 배기 파이프(30)에는 소음기가 장착될 수 있다.
재순환 파이프(50)는 상기 배기 파이프(30)와 흡기 매니폴드(12) 또는 흡기 덕트(20)를 기체가 흘러갈 수 있도록 연통하여 배기 가스의 일부가 상기 흡기 매니폴드(12) 또는 흡기 덕트(20)로 재순환되록 한다. 도 1에는 촉매(40)의 후단 배기 파이프(30)에 재순환 파이프(50)가 연결된 것이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 촉매(40)의 전단 배기 파이프(30)에 재순환 파이프(50)가 연결될 수 있다. 따라서, 본 명세서 및 청구범위에서 재순환 파이프(50)는 그것이 연결되는 배기 파이프(30)의 위치와 무관하게 배기 파이프(30)와 흡기 매니폴드(12) 또는 흡기 덕트(20)를 기체가 흘러갈 수 있도록 연결하는 모든 파이프, 덕트 또는 이와 유사한 것을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기 재순환 파이프(50)에는 EGR 모듈(60)이 장착되어 있다. 상기 EGR 모듈(60)은 흡기 매니폴드(12) 또는 흡기 덕트(20)로 재순환되는 배기 가스의 양을 조절하도록 되어 있다. 상기 EGR 모듈(60)은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 연소 안정화 시스템은 시동기(65)를 더 포함한다. 상기 시동기(65)는 연소실(13)로의 연료의 공급 여부와는 무관하게 엔진(10)을 회전시킬 수 있다. 시동기(65)가 엔진(10)을 회전시킬 때 연소실(13)로 연료가 공급되면 엔진(10)은 시동되게 된다. 이와는 달리, 연소실(13)로의 연료의 공급 없이 시동기(65)가 엔진(10)을 회전시키면, 엔진(10)은 회전하지만 시동되지는 않는다. 여기서, 엔진(10)을 회전시킨다고 함은 엔진(10)에 구비된 크랭크샤프트를 회전시키는 것을 의미한다. 상기 시동기(65)는 엔진(10)의 회전 횟수 또는 엔진의 회전 속도를 조절할 수 있도록 되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템이 적용된 차량에서 동력 전달 계통의 일 예를 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템이 적용된 차량에서 동력 전달 계통의 다른 예를 도시한 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템은 배기 가스 재순환 모듈(60)과 엔진(10)을 구비한 차량에 적용될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 상기 연소 안정화 시스템이 적용될 수 있는 하이브리드 차량의 동력 전달 계통을 도시하고 있다. 그러나, 상기 연소 안정화 시스템은 하이브리드 차량뿐만 아니라 화석 연료를 사용하는 차량에도 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 하이브리드 차량의 동력 전달 계통에서는 엔진(10), 구동 모터(80) 및 변속기(90)가 순차적으로 연결되어 있다.
구동 모터(80)는 변속기(90)에 직접 연결되어 있으며, 전기차(Electric Vehicle; EV) 모드 또는 하이브리드(Hybrid Electric Vehicle; HEV) 모드에서 동력을 제공한다.
엔진(10)은 상기 변속기(90)에 구동 모터(80)를 통하여 연결되어 있다. 상기 엔진(10)과 구동 모터(80) 사이에는 엔진 클러치(70)가 배치되어 선택적으로 엔진(10)과 구동 모터(80)(와 변속기)를 연결한다. 즉, 상기 엔진 클러치(70)는 엔진(10)과 변속기(90)를 선택적으로 연결하는 가변 연결 장치이다.
변속기(90)는 엔진(10)의 동력 또는 구동 모터(80)의 동력을 변환하거나 변환하지 않고 출력한다.
도 3에 도시된 하이브리드 차량의 동력 전달 계통에서는 변속기(90)에 엔진(10)과 구동 모터(80)가 독립적으로 연결되어 있다.
구동 모터(80)는 변속기(90)에 직접 연결되어 있으며, EV 모드 또는 HEV 모드에서 동력을 제공한다.
엔진(10)은 가변 연결 장치(70')를 통하여 변속기(90)에 선택적으로 연결된다. 상기 가변 연결 장치(70')는 변속기(90) 내에 위치할 수 있다. 상기 가변 연결 장치(70')는 유성기어세트와, 상기 유성기어세트의 회전요소들의 계합 및 비계합을 제어하는 마찰요소일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
한편, 도 2 및 도 3은 연소 안정화 시스템이 적용될 수 있는 하이브리드 차량의 동력 전달 계통을 예시하고 있다. 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 하이브리드 차량의 동력 전달 계통뿐만 아니라 다른 하이브리드 차량의 동력 전달 계통에도 적용될 수 있음은 당연하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템에서 제어기의 입력과 출력 관계를 도시한 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 시스템은 제어기(100)를 더 포함한다. 상기 제어기(100)는 입력 변수들(110, 120 130, 140)을 기초로 엔진(10), 구동 모터(80), 변속기(90)를 제어한다.
구체적으로, 제어기(100)는 적어도 배터리의 충전량(state of charge; SOC)에 대한 신호(110), 제동에 대한 신호(120), 차속에 대한 신호(130), 그리고 스로틀 개도에 대한 신호(140)를 입력 받는다. 제어기(100)는 상기 입력 변수들을 기초로 차량의 운전 모드(예를 들어, 엔진 모드, EV 모드, HEV 모드 등)를 결정하고, 필요한 동력을 계산하며, 상기 필요한 동력을 엔진(10)과 구동 모터(80)에 분배한다. 즉, 엔진(10)의 목표 동력과 구동 모터(80)의 목표 동력을 계산한다. 엔진(10)이 시동되지 않은 상태에서 엔진(10)의 목표 동력이 양수이면, 제어기(100)는 엔진(10)을 시동시킬 수 있다. 즉, 인젝터(15)를 통해 연소실(15)에 연료를 분사함과 동시에 시동기(65)를 통해 엔진(10)을 회전시킨다. 또한, 제어기(100)는 변속기(90)의 기어비를 결정한다.
엔진(10)의 목표 동력, 구동 모터(80)의 목표 동력, 변속기(90)의 기어비가 계산 또는 결정되면, 제어기(100)는 엔진(10), 구동 모터(80), 변속기(90)의 작동을 제어한다. 즉, 제어기(100)는 시동기(65)와 인젝터(15)를 제어하여 연소 분사 없이 또는 연료 분사와 함께 엔진(10)을 회전시키거나, 인젝터(15)를 제어하여 연료 분사량 및/또는 연료 분사 시기를 조절하고, 가변 연결 장치(70, 70')를 제어하여 엔진(10)과 변속기(90)를 연결시키거나 단절시키고, 변속기(90)를 제어하여 목표 기어비를 구현한다.
이러한 목적을 위하여, 상기 제어기(70)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 연소 안정화 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위해 최소한의 입력 변수들만 도 4에 기재하였으며, 도4에 기재된 입력 변수 외의 다른 입력 변수들도 하이브리드 차량의 제어(엔진 제어, 변속 제어, 모터 제어, 배터리의 SOC 관리)를 위해 사용될 수 있음은 당연하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법의 흐름도이다. 도 5에는 엔진(10)의 시동 시 연소 안정화 방법의 단계들이 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법은 차량의 운전 상태를 모니터링함으로써 시작될 수 있다(S210). 여기서, 차량의 운전 상태는 적어도 배터리의 SOC(110), 제동(120), 차속(130), 스로틀 개도(140)(또는 가속 페달의 위치)를 포함할 수 있다.
제어기(100)는 차량의 운전 상태가 엔진 시동 조건을 만족하는지 판단한다(S220). 예를 들어, 배터리의 충전이 필요하거나 차량의 주행을 위해 엔진의 동력이 필요하면 엔진 시동 조건이 만족되는 것으로 할 수 있다. 다양한 엔진 시동 조건이 당업자에게 잘 알려져 있으므로 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.
S220 단계에서 엔진 시동 조건이 만족되지 않았다면, 제어기(100)는 계속하여 차량의 운전 상태를 모니터링 한다(S210).
S220 단계에서 엔진 시동 조건이 만족되면, 제어기(70)는 공회전 조건이 만족되는지를 판단한다(S230). 상기 공회전 조건은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 상기 촉매(40)의 온도가 제1설정 온도 이하인 경우 만족되는 것으로 할 수 있다. 상기 제1설정 온도는 촉매(40)의 활성화 온도와 관련된 것으로, 촉매(40)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 상기 촉매(40)의 온도는 센서를 장착하여 측정할 수도 있고, 외기 온도, 흡기 온도 및/또는 냉각수 온도 등으로부터 추정될 수도 있다.
엔진(10) 시동 시 재순환 파이프(50) 내에 잔류하는 배기 가스(잔류 가스)가 연소실(13)에 공급되면, 연소가 불안정해질 수 있으며 이에 따라 배기 가스 내에 유해 성분이 증가하게 된다.
이러한 상태에서 만일 촉매(40)의 온도가 제1설정 온도보다 높으면(즉, 공회전 조건이 만족되지 않으면), 배기 가스 내의 유해 성분은 촉매(40)에서 정화될 수 있다. 따라서, 공회전 조건이 만족되지 않으면, 제어기(100)는 잔류 가스를 강제로 배출하지 않고 엔진(10)을 시동하게 된다(S250). 즉, 인젝터(15)에 의하여 연료를 분사함과 동시에 시동기(65)에 의하여 엔진(10)을 회전시킨다.
그러나, 만일 촉매(40)의 온도가 제1설정 온도 이하이면(즉, 공회전 조건이 만족되면), 배기 가스 내의 유해 성분은 촉매(40)에서 정화될 수 없다. 따라서, 공회전 조건이 만족되지 않으면, 제어기(100)는 연료 분사 없이 설정 횟수 또는 설정 시간만큼 엔진(10)을 회전 시켜(S240) 잔류 가스를 강제로 연소실(13) 밖으로 배출시킨다. 여기서, 설정 횟수 또는 설정 시간은 충분한 잔류 가스를 강제 배출할 수 있는 횟수 또는 시간이다. 연료 분사 없이 설정 횟수 또는 설정 시간만큼 엔진(10)을 회전 시키면, 연소실(13)과 흡기 계통 사이에 발생된 압력 차이에 의하여 잔류 가스가 연소실(13)로 강제로 흡입되어 배기 밸브를 통하여 배기 파이프(30)로 배출된다. 또한, 상기 압력 차이는 스로틀 바디(22)의 개도, 또는 흡기 덕트(20) 또는 흡기 매니폴드(12)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 설정 횟수 또는 설정 시간은 스로틀 바디(22)의 개도, 또는 흡기 덕트(20) 또는 흡기 매니폴드(12)의 형상에 따라 미리 설정될 수 있다. 또한, 시동기(65)에 의한 엔진(10)의 회전 속도를 조절함으로써 충분한 잔류 가스를 강제로 배출할 수도 있다.
또한, S240 단계는 가변 연결 장치(70, 70')에 의하여 엔진(10)과 변속기(90)가 단절된 상태에서 수행될 수 있다. 엔진(10)을 변속기(90)로부터 단절함으로써 엔진(10)의 회전을 위한 시동기의 동력을 줄일 수 있다.
그 후, 제어기(100)는 엔진(10)을 시동하게 된다(S250). 즉, 인젝터(15)에 의하여 연료를 분사함과 동시에 시동기(65)에 의하여 엔진(10)을 회전시킨다. S240 단계에서 잔류 가스를 제거하였으므로, 제어기(100)는 연소실(13)에 공급되는 공기(또는 공기 중에 포함된 산소의 양)의 양을 정확히 알 수 있다. 따라서, 연소실(13)에 공급되는 공기의 양에 따라 연료의 양을 조절함으로써 연소를 안정화시킬 수 있다. 엔진(10)이 시동되었으면, 제어기(100)는 가변 연결 장치(70, 70`)를 통하여 엔진(10)과 변속기(90)를 연결시킨다. 이에 따라, 엔진(10)의 동력으로 차량이 구동되거나 배터리가 충전될 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 실시예에서는 S220 단계에서 엔진 시동 조건이 만족되면, S240 단계로 바로 진행하도록 할 수도 있다. 즉, 엔진 시동 전에 반드시 잔류 가스를 배출하도록 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법의 흐름도이다. 도 6에는 엔진(10)의 종료 시 연소 안정화 방법의 단계들이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연소 안정화 방법은 엔진 모드 또는 HEV 모드에서 차량이 주행할 때 시작된다(S300). 즉, 본 발명의 또 다른 실시예는 엔진(10)이 작동 중일 때 시작된다.
제어기(100)는 차량의 운전 상태를 모니터링하고(S310), 차량의 운전 상태가 엔진 종료 조건을 만족하는지 판단한다(S320). 예를 들어, 엔진의 동력이 필요하지 않으면 엔진 종료 조건이 만족되는 것으로 할 수 있다. 다양한 엔진 종료 조건이 당업자에게 잘 알려져 있으므로 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.
S320 단계에서 엔진 종료 조건이 만족되지 않았다면, 제어기(100)는 S300 단계로 돌아가고 계속하여 차량의 운전 상태를 모니터링 한다(S310).
S320 단계에서 엔진 종료 조건이 만족되면, 제어기(100)는 가변 연결 장치(70, 70')를 통하여 엔진(10)과 변속기(90)를 단절하고(S330), 인젝터(15)를 제어하여 연료 분사를 중지시킨다(S340). 이에 따라, 엔진(10)의 작동은 종료된다. 상기 S330 단계와 S340 단계의 순서는 바뀔 수 있다. 즉, 연료 분사를 중지(S340)한 후 엔진(10)과 변속기(90)를 단절할 수 있다(S330).
그 후, 제어기(100)는 공회전 조건을 만족하는지 판단한다(S345). 상기 공회전 조건은 상기 촉매(40)의 온도가 제2설정 온도 이상인 경우 만족되는 것으로 할 수 있다. 상기 제2설정 온도도 촉매(40)의 활성화 온도와 관련된 것으로, 상기 제1설정 온도와 동일하거나 다를 수 있다. 엔진(10)의 종료 시에는 촉매(40)가 활성화 된 경우에만 잔류 가스 또는 배기 가스를 강제로 촉매(40)에 공급하여 정화되도록 한다.
S345 단계에서 공회전 조건을 만족하지 않으면, 제어기(100)는 연소 안정화 방법을 종료한다.
S345 단계에서 공회전 조건을 만족하면, 제어기(100)는 설정 횟수 또는 설정 시간만큼 엔진(10)을 회전시킨다(S350). 그 후, 제어기(100)는 연소 안정화 방법을 종료한다.
한편, 상기 S345 단계는 S320 단계와 S330 단계 사이에서 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 실시예에서는 S320 단계에서 엔진 종료 조건이 만족되면, S330 단계와 S340 단계를 수행한 후 S350 단계로 바로 진행하도록 할 수도 있다. 즉, 엔진 종료 후에 반드시 잔류 가스 또는 배기 가스를 배출하도록 할 수도 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (17)

  1. 연소실, 흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드를 포함하는 엔진;
    상기 흡기 매니폴드 또는 연소실에 연료를 공급하도록 된 인젝터;
    상기 엔진에 연결되어 있으며, 연료의 공급 없이 엔진을 회전시키거나 연료의 공급과 함께 엔진을 회전시킬 수 있도록 된 시동기;
    상기 흡기 매니폴드에 연결되어 공기를 상기 흡기 매니폴드에 공급하도록 된 흡기 덕트;
    상기 배기 매니폴드에 연결되어 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 외부로 배출하도록 된 배기 파이프;
    상기 배기 파이프와 흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트를 기체가 흘러갈 수 있도록 연통하여 배기 가스의 일부가 상기 흡기 매니폴드 또는 상기 흡기 덕트로 재순환되도록 하는 재순환 파이프;
    흡기 매니폴드 또는 흡기 덕트로 재순환되는 배기 가스의 양을 조절하는 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 모듈; 그리고
    차량의 운전 상태를 모니터링하며, 상기 시동기와 인젝터의 작동을 제어하도록 된 제어기;
    를 포함하며,
    상기 제어기는 엔진의 시동 조건 만족 후 엔진의 시동 전에 상기 시동기를 제어하여 연료 분사 없이 상기 엔진을 회전시키도록 하는 것을 특징으로 하는 연소 안정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시동기는 연료 분사 없는 엔진의 회전 횟수 또는 엔진의 회전 속도를 조절할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 안정화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡기 덕트, 상기 흡기 매니폴드, 또는 흡기 매니폴드와 흡기 덕트 사이에는 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 상기 공기의 양을 조절하는 스로틀 바디가 장착되어 있으며,
    연료 분사 없는 엔진의 회전 횟수 또는 엔진의 회전 속도는 상기 스로틀 바디의 개도, 또는 흡기 덕트 또는 흡기 매니폴드의 형상에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 연소 안정화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량은 엔진과 구동모터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량이고, 상기 엔진 또는 구동모터의 동력은 변속기를 통하여 출력되며,
    상기 엔진과 변속기 사이 또는 변속기 내에서 상기 엔진과 변속기를 선택적으로 연결하는 가변 연결 장치를 더 포함하는 연소 안정화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연료 분사 없는 엔진의 회전은 가변 연결 장치에 의하여 엔진과 변속기가 단절된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연소 안정화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 엔진의 시동 조건이 만족되면 공회전 조건을 만족하는지 더 판단하고, 공회전 조건이 만족되면 연료 분사 없이 상기 엔진을 회전시키도록 되어 있는 연소 안정화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배기 파이프에는 상기 배기 가스를 정화하기 위한 촉매가 장착되어 있고,
    상기 공회전 조건은 상기 촉매의 온도가 제1설정 온도 이하인 경우 만족되는 것을 특징으로 하는 연소 안정화 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 구동 모터와 엔진을 동력원으로 사용하고, 상기 엔진에 연료를 공급하는 인젝터와, 상기 인젝터에 의한 연료의 공급 없이 엔진을 회전시키거나 상기 인젝터에 의한 연료의 공급과 함께 엔진을 회전시키도록 된 시동기와, 상기 엔진에서 발생된 배기 가스의 일부를 상기 엔진으로 다시 재순환시키는 배기 가스 재순환 모듈을 포함하는 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법에 있어서,
    차량의 운전 상태를 모니터링 하는 단계;
    엔진의 시동 조건이 만족되는지 판단하는 단계; 그리고
    엔진의 시동 조건이 만족되면, 연료의 분사 없이 상기 시동기에 의하여 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시키는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시켰을 때, 엔진을 계속 회전시키며 연료를 분사하여 엔진을 시동시키는 단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    엔진의 시동 조건이 만족되면, 공회전 조건이 만족되는지를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    공회전 조건이 만족되면, 연료의 분사 없이 상기 시동기에 의하여 설정된 횟수 또는 설정된 시간만큼 엔진을 회전시키는 단계를 수행하는 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량은 엔진에서 발생된 배기 가스를 정화하도록 된 촉매를 더 포함하며,
    상기 공회전 조건은 상기 촉매의 온도가 제1설정 온도 이하인 경우 만족되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량은 상기 구동 모터의 동력 또는 엔진의 동력을 변환 또는 변환 없이 출력하는 변속기와, 상기 엔진과 변속기를 선택적으로 연결하는 가변 연결 장치를 더 포함하고,
    상기 연소 안정화 방법은 엔진을 시동시킨 후 상기 가변 연결 장치를 통하여 엔진과 변속기를 연결하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 연소 안정화 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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