KR102098507B1 - 차량의 mhsg를 이용한 lpi 엔진 토크 보조 방법 - Google Patents

차량의 mhsg를 이용한 lpi 엔진 토크 보조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 LPG 연료의 조성비가 외기온도에 따라 변경 적용됨에 의해 발생하는 엔진 토크 부족분을 MHSG (mild hybrid starter & generator) 모터링 제어에 의한 토크 보조를 통해 상쇄 감소시켜 엔진 토크 안정성을 확보하는 LPI 엔진 토크 보조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

Description

차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법 {LPI engine torque assist method using MHSG of vehicle}
본 발명은 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 MHSG의 출력토크를 이용하여 LPI 엔진의 출력토크를 보조하는 엔진 토크 보조 방법에 관한 것이다.
차량의 연료로 사용되는 액화석유가스(LPG)는 다른 연료에 비해 연소반응 시의 발열량이 높은 연료로, 프로판과 부판을 주원료로 하며 소량의 프로필렌과 부틸렌을 포함하고 있다.
국내 내수 기준에 따른 품질을 충족하기 위해, LPG 연료는 계절에 따라 프로판과 부탄의 함량이 변경된다. 외기온이 낮은 동절기의 경우 하절기 대비 프로판의 함량이 증가되고 부탄의 함량은 감소된다.
상기 프로판과 부탄은 그 특성과 성질이 다소 다르며, 액화되는 경우 서로 다른 부피로 줄어들고 기체의 경우 공기보다 무겁고 액체의 경우 물보다 가볍다. 이에 따라 연소반응 시의 발열량에 차이가 존재한다.
따라서, LPG 연료의 프로판과 부탄의 함량이 변경되는 경우 그 열당량이 변경되며, 그에 따라 동일 분사 연료량을 기준으로 엔진의 출력토크에 변동이 발생하게 된다. 또한, LPG 연료의 프로판과 부탄의 함량이 변경되는 경우 동일 분사시간 동안 연료를 분사하더라도 실제 엔진 실린더에 분사되는 연료량에 변동이 발생하여 역시 엔진의 출력토크에 변동이 발생하게 된다.
예를 들면, 동절기에는 하절기에 비해 LPG 연료의 부탄 함유량이 낮아서 열당량이 감소되고 그로 인해 발열량이 저감되어 동일 연료 분사량을 기준으로 엔진 출력토크가 감소하게 된다.
즉, LPG 연료의 조성이 변경됨에 따라 이전에 사용하던 LPG 연료 대비 열당량이 낮은 LPG 연료를 사용하게 되면, 동일 분사 연료량을 기준으로 엔진 출력토크가 하향되어 요구토크보다 출력토크가 작아 부족한 문제가 발생하며, 결과적으로 엔진 토크의 제어가 불안정해지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, LPG 연료의 조성비가 외기온도에 따라 변경 적용됨에 의해 발생하는 엔진 토크 부족분을 MHSG (mild hybrid starter & generator) 모터링 제어에 의한 토크 보조를 통해 상쇄 감소시켜 엔진 토크 안정성을 확보하는, 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, LPI 엔진에 시동이 걸리면, 차량의 외기온도 및 엔진 토크 부족량을 기준으로 상기 엔진의 토크 보조가 필요한지 여부를 판단하는 제1단계; 상기 엔진의 토크 보조가 필요하다고 판단되면, 상기 LPI 엔진에 연결되어 있는 MHSG(mild hybrid starter & generator)의 작동에 의한 토크 보조를 요청하는 제2단계; 상기 MHSG의 출력토크에 의해 상기 LPI 엔진의 출력토크를 보조하는 제3단계;를 포함하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법을 제공한다.
구체적으로 상기 제1단계는, 차량의 외기온도를 감지하여 설정된 기준온도와 비교하는 단계; 상기 엔진의 출력토크와 요구토크 간에 차이에 의해 상기 엔진 토크 부족량을 산출하는 단계; 상기 외기온도가 기준온도 이하이고, 상기 엔진 토크 부족량이 설정된 임계토크 이상이면, 상기 엔진의 토크 보조가 필요하다고 판단하는 단계;로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 기준온도는 LPG 연료의 부탄 함량이 감소되도록 LPG 연료의 조성이 변경 적용되는 외기온도의 임계값일 수 있고, 상기 임계토크는 엔진 요구토크 대비 엔진 출력토크의 부족으로 인해 운전자가 체감할 수 있는 엔진 진동이 초래되는 임계값일 수 있다. 그리고, 상기 엔진 요구토크는 가속페달의 밟힘량을 기준으로 산출되는 엔진 토크이며, 상기 엔진 출력토크는 LPI 엔진의 회전속도에 따라 산출되는 엔진 토크이다.
또한, 상기 MHSG의 출력토크는 상기 임계토크 값에 따라 결정되고, 상기 MHSG의 출력토크에 의해 상기 엔진 토크 부족량이 상쇄되어 감소된다.
한편, 상기 외기온도가 상기 기준온도를 초과하거나 상기 엔진 토크 부족량이 상기 임계토크 미만이 되면, 상기 MHSG의 출력토크를 이용한 토크 보조 없이 LPI 엔진의 출력토크를 차량의 주행동력으로 사용하게 된다.
본 발명에 따른 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법에 의하면, MHSG 모터링 제어를 통한 엔진 토크 보조를 통해, LPG 연료의 조성 변경에 의해 발생하는 엔진 토크 부족 현상을 해소할 수 있으며, 그에 따라 엔진 토크 부족에 따른 진동 발생을 개선하고 토크 안정성 측면의 상품성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법을 나타낸 흐름도
도 2는 동절기와 하절기의 동일 연료량 분사 시 LPI 엔진의 출력토크를 비교하여 나타낸 도면
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
통상 MHSG(mild hybrid starter & generator)는 알터네이터 대신에 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기로서, 상기 MHSG가 구비되는 차량은 마일드 타입의 하이브리드 차량으로서 구분될 수 있다.
상기 MHSG는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 또는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있으며, 엔진을 기동하거나 또는 엔진의 출력에 의해 발전할 수 있다. 또한 상기 MHSG는 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있으며 회생제동을 통해 배터리를 충전시킬 수 있다.
이에 본 발명에서는, 상기 MHSG이 적용된 차량의 LPI(LPG injection) 엔진에 공급되는 LPG 연료의 조성비가 외기온도에 따라 변경 적용되는 경우, 그에 의해 발생하는 엔진 토크 부족분을 MHSG 모터링 제어에 의한 토크 보조를 통해 상쇄 감소시켜 엔진 토크 안정성을 확보할 수 있도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LPI 엔진 토크 보조 방법에 의하면, LPI 엔진의 시동이 걸리면, MHSG를 이용한 엔진 토크 보조가 필요한지 여부를 판단하기 시작한다.
상기 LPI 엔진은 인젝터를 통해 LPG 연료가 엔진 실린더내에 분사되어 공급되는 것으로, LPG 연료의 연소반응에 의해 구동토크를 발생시켜 출력하게 된다. 상기 LPG 연료는 프로판과 부탄을 주원료로 하는 연료로서 계절에 따라 프로판과 부탄의 함량이 변경 적용될 수 있다. 구체적으로, 외기온이 낮은 동절기의 경우 하절기 대비 상기 프로판의 함량이 증가되고 상기 부탄의 함량은 감소된다.
상기 프로판과 부탄은 그 특성과 성질이 다소 다르기 때문에 연소반응 시의 발열량에 차이가 존재하며, 따라서 LPG 연료의 프로판과 부탄의 함량이 변경 적용되는 경우 그 열당량이 변경되며, 그에 따라 동일 분사 연료량을 기준으로 엔진의 출력토크에 변동이 발생하게 된다.
이에 상기 MHSG를 이용한 엔진 토크 보조가 필요한지 여부를 판단하기 위해, 먼저 차량의 외기온도를 검출하여 설정된 기준온도와 비교한다(S11).
상기 외기온도는 엔진 흡기계에 설치된 흡기온센서에 의해 감지될 수 있으며, 상기 흡기온센서에 의해 감지된 외기온도 정보는 제1 전자제어유닛으로 전송될 수 있다. 상기 제1 전자제어유닛은 차량내 기설치되어 있는 엔진 제어기일 수 있으며, 수신한 외기온도 정보와 저장되어 있는 기준온도 값을 비교할 수 있다.
상기 LPG 연료는 외기온이 낮은 동절기의 경우 하절기 대비 상기 프로판의 함량이 증가되고 상기 부탄의 함량은 감소된 조성비의 LPG가 사용되며, 그에 따라 연소반응 시의 발열량 차이에 의해 열당량이 감소되고, 결국 동일 연료 분사량을 기준으로 엔진 토크가 감소하게 된다.
이에 상기 기준온도는 외기온도에 따른 LPG 연료의 조성 변경으로 인해 LPG 연료의 열당량이 변경되는 임계값으로서 설정될 수 있다. 즉, 상기 기준온도는 LPG 연료의 부탄 함량이 감소되도록 LPG 연료의 조성이 변경 적용되는 외기온도의 임계값으로서 설정될 수 있다. 다시 말해, 상기 기준온도는 LPG 연료의 프로판과 부탄의 함량이 변경 적용되는 동절기의 외기온도 값으로서 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준온도는 0℃ 로 설정될 수 있다.
상기 S11 단계에서 외기온도가 상기 기준온도 이하라고 판단되면, 엔진 토크 요구량(즉, 엔진 요구토크)과 엔진 토크 출력량(즉, 엔진 출력토크)의 차이에 의해 엔진 토크 부족량을 산출한다.
상기 엔진 요구토크는 주행 중 운전자에 의해 LPI 엔진에 요구되는 엔진 토크값이고, 상기 엔진 출력토크는 LPI 엔진에서 실제 발생하여 차륜측으로 출력되는 엔진 토크값이다. 상기 엔진 요구토크는 가속페달의 밟힘량을 기준으로 산출될 수 있고, 상기 엔진 출력토크는 엔진속도센서에 의해 검출된 엔진회전속도 값을 기준으로 산출될 수 있다. 상기 가속페달의 밟힘량은 차량에 설치된 가속페달위치센서에 의해 검출될 수 있다.
상기 제1 전자제어유닛은 상기 엔진속도센서와 상기 가속페달위치센서로부터 전송되는 정보를 이용하여 상기 엔진 요구토크와 엔진 출력토크를 산출할 수 있고, 그에 따라 상기 엔진 토크 부족량을 계산할 수 있다.
상기 엔진 토크 부족량이 MHSG를 이용한 토크 보조가 필요할 정도로 크게 발생한 것인지 판단하기 위해, 상기 엔진 토크 부족량을 설정된 임계토크와 비교한다(S12).
상기 임계토크는 상기 엔진 요구토크 대비 상기 엔진 출력토크의 부족으로 인해 운전자가 체감할 수 있는 수준의 엔진 진동이 발생한 것으로 판단되는 임계값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 임계토크는 30Nm 로 설정될 수 있다.
상기 S12 단계에서 상기 엔진 토크 부족량이 상기 임계토크 이상이라고 판단되면, MHSG를 이용한 토크 보조를 제2 전자제어유닛에 요청하게 된다(S13).
상기 제1 전자제어유닛은, LPI 엔진의 토크 보조를 위해, 상기 MHSG의 작동을 제어하는 제2 전자제어유닛에 MHSG의 작동을 요청할 수 있다. 상기 제1 전자제어유닛은 MHSG의 작동을 요청할 때 엔진 토크 부족량을 상쇄하기 위해 필요한 MHSG 토크량 정보(즉, MHSG 목표토크 정보)를 함께 전송할 수 있다. 상기 제2 전자제어유닛은 MHSG의 작동을 제어하기 위해 차량내에 설치된 MHSG 제어기일 수 있다.
상기 제2 전자제어유닛은, 제1 전자제어유닛의 요청에 의해, 상기 MHSG 목표 토크를 발생하도록 상기 MHSG를 제어할 수 있다(S14). 이때 상기 MHSG 목표토크에 따른 상기 MHSG의 출력토크량은 상기 임계토크에 따라 결정될 수 있다. 즉, 상기 엔진 출력토크를 보조하기 위한 상기 MHSG 목표토크는 상기 임계토크 값에 따라 결정될 수 있다.
상기 MHSG가 작동되어 상기 MHSG 목표토크에 따른 출력토크를 발생함에 따라, 상기 엔진 토크 부족량이 모두 상쇄되거나, 또는 상기 엔진 토크 부족량 중 상기 임계토크에 상당하는 일부 토크량이 상쇄될 수 있다.
이와 같이 MHSG 출력토크를 이용하여 엔진 출력토크를 보조함에 따라 상기 엔진 토크 부족량(즉, 엔진 요구토크와 엔진 출력토크 간에 차이값)이 감소하게 된다.
상기 MHSG의 출력토크를 이용한 LPI 엔진의 출력토크 보조를 수행하기 위해, 상기 LPI 엔진과 MHSG는 동력전달벨트를 통해 연결될 수 있다. 상기 동력전달벨트를 통해 MHSG 출력토크는 엔진 출력토크와 함께 차륜으로 전달될 수 있다.
이와 같이 LPG 연료를 사용하여 구동되는 마일드 하이브리드 차량의 경우, MHSG 출력토크에 의해 엔진 출력토크의 부족분을 보조할 수 있으며(도 2 참조), 상기 MHSG 출력토크는 엔진의 보조동력으로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 MHSG 출력토크가 발생되도록 상기 MHSG의 작동을 제어하는 중에 엔진 토크 부족량을 재산출하여 상기 임계토크와 비교할 수 있다. 상기 재산출한 엔진 토크 부족량이 상기 임계토크 미만이 되면, 상기 MHSG를 이용한 엔진 토크 보조를 중단할 수 있다.
한편, 상기 S11단계에서 외기온도가 기준온도를 초과하거나 또는 상기 S12 단계에서 엔진 토크 부족량이 임계토크 미만이면, 상기 MHSG를 이용한 토크 보조 없이, 즉 상기 MHSG의 작동에 따른 MHSG 출력토크의 발생 없이, LPI 엔진의 출력토크를 차량의 주행동력으로 사용하는 정상 주행모드(일반 주행모드)가 실행된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. LPI 엔진에 시동이 걸리면, 차량의 외기온도 및 엔진 토크 부족량을 기준으로 상기 엔진의 토크 보조가 필요한지 여부를 판단하는 제1단계;
    상기 엔진의 토크 보조가 필요하다고 판단되면, 상기 LPI 엔진에 연결되어 있는 MHSG(mild hybrid starter & generator)의 작동에 의한 토크 보조를 요청하는 제2단계;
    상기 MHSG의 출력토크에 의해 상기 LPI 엔진의 출력토크를 보조하는 제3단계;를 포함하며,
    상기 제1단계는,
    차량의 외기온도를 감지하여 설정된 기준온도와 비교하는 단계;
    상기 엔진의 출력토크와 요구토크 간에 차이에 의해 상기 엔진 토크 부족량을 산출하는 단계;
    상기 외기온도가 기준온도 이하이고, 상기 엔진 토크 부족량이 설정된 임계토크 이상이면, 상기 엔진의 토크 보조가 필요하다고 판단하는 단계;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기준온도는 LPG 연료의 부탄 함량이 감소되도록 LPG 연료의 조성이 변경 적용되는 외기온도의 임계값인 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 요구토크는 가속페달의 밟힘량을 기준으로 산출되는 엔진 토크인 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 출력토크는 LPI 엔진의 회전속도에 따라 산출되는 엔진 토크인 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 임계토크는 엔진 요구토크 대비 엔진 출력토크의 부족으로 인해 운전자가 체감할 수 있는 엔진 진동이 초래되는 임계값인 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 MHSG의 출력토크는 상기 임계토크 값에 따라 결정되고, 상기 MHSG의 출력토크에 의해 상기 엔진 토크 부족량이 상쇄되어 감소되는 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 외기온도가 상기 기준온도를 초과하면, 상기 MHSG의 출력토크를 이용한 토크 보조 없이 LPI 엔진의 출력토크를 차량의 주행동력으로 사용하는 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 토크 부족량이 상기 임계토크 미만이면, 상기 MHSG의 출력토크를 이용한 토크 보조 없이 LPI 엔진의 출력토크를 차량의 주행동력으로 사용하는 것을 특징으로 하는 차량의 MHSG를 이용한 LPI 엔진 토크 보조 방법.
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