KR102348115B1 - 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기어에 의해 엔진과 연결되며, 상기 엔진을 시동 가능한 스타터와, 벨트에 의해 상기 엔진과 연결되며, 상기 엔진을 시동하거나 발전을 실시 가능한 모터 제너레이터를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법에 관한 것으로서, (a) 시동 신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계; (b) 상기 시동 신호가 입력되었다고 판단된 경우에, 미리 정해진 냉시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 냉시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 냉시동 모드에 따라 상기 스타터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계; (d) 상기 냉시동 조건이 만족되지 않은 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계; 및 (e) 상기 협조 제어 시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 모드에 따라 상기 스타터와 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계;를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 시동 방법{METHOD FOR STARTING ENGINE FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진과 모터를 동력원으로 사용하여 연비 향상을 도모하는 차량이다. 하이브리드 차량은, 엔진과, 엔진을 시동 가능한 스타터와, 엔진을 시동하거나 발전을 실시 가능한 모터 제너레이터와, 스타터를 구동하기 위한 저전압 배터리와, 모터 제너레이터를 구동하기 위한 고전압 배터리 등을 포함한다.
일반적으로 엔진은, 주행 환경에 적합한 시동을 위하여, 다양한 엔진 시동 모드들을 갖는다. 그런데, 하이브리드 차량의 경우에, 엔진은, 초기 토크 값, 구동 전압 및 엔진과의 연결 방법 등이 서로 상이한 스타터와 모터 제너레이터에 의해 선택적으로 시동될 수 있다. 따라서, 하이브리드 차량은, 주행 환경에 따라 스타터와 모터 제너레이터를 어떠한 방식으로 활용하여 다양한 엔진 시동 모드들을 효과적으로 구현할 수 있을지 문제된다.
본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스타터와 모터 제너레이터를 이용해 다양한 엔진 시동 모드들을 효과적으로 구현할 수 있도록 개선한 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은, 기어에 의해 엔진과 연결되며, 상기 엔진을 시동 가능한 스타터와, 벨트에 의해 상기 엔진과 연결되며, 상기 엔진을 시동하거나 발전을 실시 가능한 모터 제너레이터를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법에 관한 것으로서, (a) 시동 신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계; (b) 상기 시동 신호가 입력되었다고 판단된 경우에, 미리 정해진 냉시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 냉시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 냉시동 모드에 따라 상기 스타터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계; (d) 상기 냉시동 조건이 만족되지 않은 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계; 및 (e) 상기 협조 제어 시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 모드에 따라 상기 스타터와 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 냉시동 조건은, 엔진 스톨 시간이 미리 정해진 기준 스톨 시간을 초과하는 경우와, 상기 스타터에 전력을 공급하는 배터리의 전류가 미리 정해진 기준 전류 미만인 경우 중 적어도 하나의 경우에 만족된다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 엔진 스톨 시간이 상기 기준 스톨 시간 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및 (b2) 상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류 이상인지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 스타터를 이용해 상기 엔진의 시동을 시작하는 단계; (c2) 엔진 RPM이 미리 정해진 제1 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 (c3) 상기 엔진 RPM이 상기 제1 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 스타터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (c1) 단계는, 상기 스타터의 피니언 기어와 상기 엔진의 링 기어를 치합하여 수행하고, 상기 (c3)는, 상기 스타터의 피니언 기어와 상기 엔진의 링 기어를 치합 해제하여 수행한다.
바람직하게, 상기 제1 기준 RPM은 200 RPM이다.
바람직하게, 상기 협조 제어 시동 조건은, 상기 스타터에 전력을 공급하는 배터리의 전압이 미리 정해진 기준 전압을 초과함과 동시에 상기 엔진 RPM이 0인 경우에 만족된다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 배터리의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는지 여부와 상기 엔진 RPM이 0인지 여부를 각각 판단하여 수행한다.
바람직하게, 상기 (e) 단계는, (e1) 상기 스타터를 이용해 상기 엔진의 시동을 시작하는 단계; (e2) 상기 엔진 RPM이 미리 정해진 제2 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; (e3) 상기 엔진 RPM이 상기 제2 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진의 시동을 속행하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (e) 단계는, (e4) 상기 (e3) 단계 이후에 수행하며, 상기 스타터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계; (e5) 상기 엔진 RPM이 상기 제2 기준 RPM에 비해 높도록 미리 정해진 제3 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 (e6) 상기 엔진 RPM이 상기 제3 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 모터 제너레이터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (e6) 단계는, 상기 모터 제네이터에서 전기가 생성되도록 상기 엔진을 이용해 상기 모터 제너레이터를 구동하여 수행한다.
바람직하게, 상기 제2 기준 RPM은 80 RPM이고, 상기 제3 기준 RPM은 200 RPM이다.
바람직하게, (f) 상기 협조 제어 시동 조건이 만족되지 않는 경우에, 미리 정해진 재시동 모드에 따라 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (f) 단계는, (f1) 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진의 시동을 시작하는 단계; (f2) 상기 엔진 RPM이 미리 정해진 제4 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 (f3) 상기 엔진 RPM이 상기 제4 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 모터 제너레이터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (f3) 단계는, 상기 모터 제너레이터에서 상기 전기가 생성되도록 상기 엔진을 이용해 상기 모터 제너레이터를 구동하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 제4 기준 RPM은 200 RPM이다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은, 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명은, 스타터의 사용 빈도 및 사용 시간을 최소화시킴으로써, 스타터의 내구성을 원활하게 확보할 수 있고, ISG 모드를 더욱 안정적으로 구현할 수 있도록 보조하여 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은, 고 토크가 필요한 구간에서의 모터 제너레이터의 사용 빈도를 최소화시킴으로써, 벨트에 슬립이 발생하여 모터 제너레이터의 구동력이 엔진에 원활히 전달되지 않거나 벨트가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 본 발명은, 엔진이 관성 회전 중일 때에는 모터 제너레이터를 이용해 엔진을 시동시킴으로써, 스타터의 내구성을 더욱 원활하게 확보할 수 있고, ISG 모드를 더욱 안정적으로 구현할 수 있도록 보조하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 개략적인 구성을 나타내는 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 엔진과 스타터가 연결된 상태를 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 엔진과 스타터가 연결 해제된 상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 도 4에 도시된 냉시동 모드를 설명하기 위한 순서도.
도 6은 도 4에 도시된 일반 시동 모드를 설명하기 위한 순서도.
도 7은 도 4에 도시된 재시동 모드를 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 엔진과 스타터가 연결된 상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 엔진과 스타터가 연결 해제된 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량(1)의 엔진 시동 방법(이하, '엔진 시동 방법'이라고 함)은, 스타터(20)와 모터 제너레이터(30)를 포함하는 하이브리드 차량(1)의 엔진 시동 방법에 관한 것이다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 하이브리드 차량(1)의 개략적인 구성을 살펴본 후 엔진 시동 방법에 대하여 설명하기로 한다.
하이브리드 차량(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)과, 엔진(10)과 기어에 의해 연결되며, 엔진(10)을 시동 가능한 스타터(20)와, 엔진(10)과 벨트(90)에 의해 연결되며, 엔진(10)을 시동하거나 발전을 실시 가능한 모터 제너레이터(30)와, 스타터(20)를 구동하기 위한 저전압 전력을 제공하는 저전압 배터리(40)와, 모터 제너레이터(30)를 구동하기 위한 고전압 전력을 제공하는 고전압 배터리(50)와, 하이브리드 차량(1)을 제어하기 위한 제어 유닛(60) 등을 포함할 수 있다.
엔진(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 변속기(70)를 통해 차륜에 동력을 전달할 수 있도록 변속기(70)와 연결된다.
스타터(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링 기어가 치합되어 엔진(10)과 연결된 상태에서, 저전압 배터리(40)로부터 공급된 저전압 전력에 의해 구동되어 엔진(10)을 시동시킬 수 있다. 스타터(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 미 사용시에는 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링 기어가 치합 해제되어 엔진(10)과 연결 해제될 수 있다.
모터 제너레이터(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 벨트(90)에 의해 엔진(10)의 크랭크 풀리와 연결된다. 모터 제너레이터(30)는, 엔진(10)을 시동시키는 경우에, 고전압 배터리(50)로부터 제공되는 고전압 전력에 의해 스타터(20)로서 구동되어 엔진(10)을 시동시킬 수 있다. 모터 제너레이터(30)는, 엔진(10)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 회생 제동이 실시되는 경우에, 엔진(10)에 의해 발전기로서 구동되어 전기를 생성할 수 있다.
저전압 배터리(40)와 고전압 배터리(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터(80)에 의해 전기적으로 연결된다. DC/DC 컨버터(80)는, 저전압 배터리(40)로부터 공급된 저전압 전력을 고전압 전력으로 변환하여 고전압 배터리(50)에 전달하거나 고전압 배터리(50)로부터 공급된 고전압 전력을 저전압 전력으로 변환하여 저전압 배터리(40)에 전달할 수 있다. 저전압 배터리(40)는 24 V 배터리이고 고전압 배터리(50)는 48 V 배터리인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제어 유닛(60)은, 차량(1)의 구동을 전반적으로 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)와, HCU의 제어 신호에 따라 엔진(10)의 기동 및 출력을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)와, HCU의 제어 신호에 따라 스타터(20)와 모터 제너레이터(30)의 구동 토크 및 속도를 제어하고, 모터 제너레이터(30)가 발전기로서 동작하는 경우 최적의 발전 전압을 출력할 수 있도록 모터 제너레이터(30)를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)와, HCU의 제어 신호에 따라 저전압 배터리(40)와 고전압 배터리(50)의 구동을 제어하는 BMS(Battery Management System) 등을 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 엔진 시동 방법은, 시동 신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계(S 10)와, 시동 신호가 입력되었다고 판단된 경우에, 미리 정해진 냉시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계(S 20)와, 냉시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 냉시동 모드에 따라 스타터(20)를 이용해 엔진(10)을 시동시키는 단계(S 30)와, 냉시동 조건이 만족되지 않은 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계(S 40)와, 협조 제어 시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 모드에 따라 스타터(20)와 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)을 시동시키는 단계(S 50)와, 협조 제어 시동 조건이 만족되지 않는 경우에, 미리 정해진 재시동 모드에 따라 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)을 시동시키는 단계(S 60)를 포함할 수 있다.
먼저, S 10 단계는, 미리 정해진 시동 신호가 입력되었는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
시동 신호는, 특별히 한정되지 않으며, 차량(1)의 주행 상태에 따라 다양한 종류의 신호들이 시동 신호로서 제어 유닛(60)에 입력될 수 있다. 예를 들어, 키 오프에 의해 차량(1)이 완전히 정지된 경우에, 키 온이 시동 신호로서 제어 유닛(60)에 입력될 수 있다. 예를 들어, 차량(1)이 ISG(Idle Stop and Go) 모드로 진입되어 엔진(10)이 아이들 정지된 경우에, 가속 페달 온이 시동 신호로서 제어 유닛(60)에 입력될 수 있다. 여기서, ISG 모드란, 차량(1)이 주행 중인 상태에서 신호 대기나 도로 정체로 인해 정차 상태로 진입되는 경우에, 엔진(10)을 아이들 정지시켜 연료 소비를 저감하는 기능을 말한다.
다음으로, S 20 단계는, S 10 단계에서 시동 신호가 입력되었다고 판단된 경우에, 냉시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
제어 유닛(60)은, 초기 토크 값이 모터 제너레이터(30)에 비해 높은 스타터(20)를 이용해 엔진(10)을 시동시키는 것이 적절한 경우에, 냉시동 조건이 만족되었다고 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어 유닛(60)은, 엔진 스톨 시간(Ts)이 미리 정해진 기준 스톨 시간(Tr)을 초과하는 경우와, 저전압 배터리(40)의 전류(Cl)가 미리 정해진 기준 전류(Cr) 미만인 경우 중 적어도 하나의 경우에 냉시동 조건이 만족되었다고 판단할 수 있다. 엔진 스톨 시간(Ts)은, 엔진(10)이 정지된 때부터 시동 신호가 입력된 때까지 경과된 엔진(10)의 정지 시간을 말한다.
엔진 스톨 시간(Ts)이 긴 경우에는, 차량(1)의 윤활 계통이 경직되어 있을 확률이 높다. 이로 인해, 엔진 스톨 시간(Ts)이 긴 경우에 초기 토크 값이 낮은 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)을 시동하면, 벨트(90)에서 슬립이 발생하여 모터 제너레이터(30)의 구동력이 엔진(10)에 원활히 전달되지 못하거나 벨트(90)가 손상될 우려가 있다. 따라서, 엔진 스톨 시간(Ts)이 긴 경우에는 초기 토크 값이 높은 스타터(20)를 이용해 엔진(10)을 시동시키는 것이 바람직하다.
또한, 저전압 배터리(40)의 전류(Cl)가 기준 전류(Cr) 미만인 경우에는, 저전압 전력에 의해 구동되는 스타터(20)만을 이용해 엔진(10)을 시동시키는 것이 바람직하다.
냉시동 조건이 이러한 경우에, S 20 단계는, 엔진 스톨 시간(Ts)과 저전압 배터리(40)의 전류(Cl)를 각각 측정하는 단계(S 22)와, S 12 단계에서 측정된 엔진 스톨 시간(Ts)이 기준 스톨 시간(Tr) 이하인지 여부와 S 12 단계에서 측정된 배터리 전류(Cl)가 기준 전류(Cr) 이상인지 여부를 각각 판단하는 단계(S 24)를 포함할 수 있다.
S 22 단계는, 엔진 정지 신호가 인가된 시각부터 S 10 단계에서 엔진 시동 시호가 인가된 시각까지 경과된 시간을 기준 스톨 시간(Tr)과 비교함과 함께, 전류 센서에 의해 측정된 저전압 배터리(40)의 전류(Cl)를 기준 전류(Cr)와 비교하여 수행할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, S 24 단계에서 엔진 스톨 시간(Ts)이 기준 스톨 시간(Tr) 이하라고 판단됨과 동시에 배터리 전류(Cl)가 기준 전류(Cr) 이상이라고 판단된 경우에는 후술할 S 40 단계를 수행하고, 나머지 경우들에는 후술할 S 30 단계를 수행한다.
도 5는 도 4에 도시된 냉시동 모드를 설명하기 위한 순서도이다.
이후에, S 30 단계는, S 20 단계에서 냉시동 조건이 만족되었다고 판단된 경우에, 미리 정해진 냉시동 모드에 따라 스타터(20)를 이용해 엔진(10)을 시동하여 수행할 수 있다.
스타터(20)를 이용한 냉시동 모드의 구현 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, S 30 단계는, 크랭킹 온을 실시하는 단계(S 32)와, 스타터(20)를 이용해 엔진(10)의 시동을 시작하는 단계(S 34)와, 엔진 RPM(RPMe)이 미리 정해진 제1 기준 RPM(RPM1)을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 36)와, 엔진 RPM(RPMe)이 제1 기준 RPM(RPM1)을 초과하는 경우에, 스타터(20)를 이용한 엔진(10)의 시동을 정지하는 단계(S 38)를 포함할 수 있다.
S 32 단계는, 제어 유닛(60)을 통해 연료 분사, 점화 등 엔진(10)의 시동에 필요한 공정들의 실시를 준비하라는 신호를 엔진(10)에 입력하여 수행할 수 있다.
S 34 단계는, 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링기어(12)를 치합하여 스타터(20)와 피니언 기어(22)를 연결한 후, 저전압 배터리(40)로부터 공급된 저전압 전력을 이용해 스타터(20)를 구동하여 수행할 수 있다. 그러면, 엔진(10)은 스타터(20)에 의해 시동이 시작됨으로써 엔진 RPM(RPMe)이 점진적으로 상승된다.
S 36 단계는, RPM 센서에 의해 측정된 엔진 RPM(RPMe)과 제1 기준 RPM(RPM1)을 비교하여 수행할 수 있다. 제1 기준 RPM(RPM1)은 특별히 한정되지 않으며, 스타터(20)의 보조 없이 엔진(10)을 독립적으로 구동 가능한 엔진 RPM(RPMe)을 제1 기준 RPM(RPM1)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 기준 RPM(RPM1)은 200 RPM일 수 있다.
S 38 단계는, 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링기어(12)를 치합 해제하여, 스타터(20)와 엔진(10)을 연결 해제함으로써 수행할 수 있다. 이후에, 엔진(10)은 스타터(20)의 보조 없이 독립적으로 구동될 수 있다.
다음으로, S 40 단계는, S 20 단계에서 냉시동 조건이 만족되지 않았다고 판단된 경우에, 협조 제어 시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
제어 유닛(60)은, 시동 초기에는 스타터(20)를 이용해 엔진(10)의 시동을 시작하는 것이 바람직하지만 시동 말기에는 스타터(20)의 사용 시간을 줄일 수 있도록 스타터(20) 대신 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)의 시동을 속행하는 것이 가능한 경우에, 협조 제어 시동 조건이 만족되었다고 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어 유닛(60)은, 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)이 미리 정해진 기준 전압(Vr)을 초과함과 동시에 엔진 RPM(RPMe)이 0인 경우에 협조 제어 시동 조건이 만족되었다고 판단할 수 있다.
협조 제어 시동 조건이 이러한 경우에, S 40 단계는, 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)을 측정하는 단계(S 42)와, S 42 단계에서 측정된 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)이 기준 전압(Vr)을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 44)와, S 44 단계에서 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)이 기준 전압(Vr)을 초과한다고 판단된 경우에, 엔진 RPM(RPMe)을 측정하는 단계(S 46)와, S 46 단계에서 측정된 엔진 RPM(RPMe)이 O인지 판단하는 단계(S 48)를 포함할 수 있다.
S 42 단계는, 전압 센서(미도시)에 의해 측정된 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)을 기준 전압(Vr)과 비교하여 수행할 수 있다.
S 46 단계는, RPM 센서에 의해 측정된 엔진 RPM(RPMe)을 기준으로 엔진 RPM(RPMe)이 0인지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
S 44 단계에서 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)이 기준 전압(Vr)을 초과한다고 판단됨과 동시에 S 48 단계에서 엔진 RPM(RPMe)이 0이라고 판단된 경우에, 협조 제어 시동 조건이 만족되었다고 판단하여, 후술할 S 50 단계를 수행할 수 있다. 또한, S 44 단계에서 저전압 배터리(40)의 전압(Vl)이 기준 전압(Vr) 이하라고 판단되거나 S 48 단계에서 엔진 RPM(RPMe)이 0이 아니라고 판단된 경우에 각각, 협조 제어 시동 조건이 만족되지 않았다고 판단하여, 후술할 S 60 단계를 수행할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 일반 시동 모드를 설명하기 위한 순서도이다.
다음으로, S 50 단계는, S 40 단계에서 협조 제어 시동 조건이 만족되었다고 판단된 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 모드에 따라 스타터(20)와 모터 제너레이터(30)를 함께 이용해 엔진(10)을 시동시켜 수행할 수 있다.
스타터(20)와 모터 제너레이터(30)를 이용한 협조 제어 시동 모드의 구현 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, S 50 단계는, 크랭킹 온을 실시하는 단계(S 51)와, 스타터(20)를 이용해 엔진(10)의 시동을 시작하는 단계(S 52)와, 엔진 RPM(RPMe)이 미리 정해진 제2 기준 RPM(RPM2)을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 53)와, 엔진 RPM(RPMe)이 제2 기준 RPM(RPM2)을 초과하는 경우에, 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)의 시동을 속행하는 단계(S 54)와, 스타터(20)를 이용한 엔진(10)의 시동을 정지하는 단계(S 55)와, 엔진 RPM(RPMe)이 제2 기준 RPM(RPM2)에 비해 높도록 미리 정해진 제3 기준 RPM(RPM3)을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 56)와, 엔진 RPM(RPMe)이 제3 기준 RPM(RPM3)을 초과하는 경우에, 모터 제너레이터(30)를 이용한 엔진(10)의 시동을 정지하는 단계(S 57)를 포함할 수 있다.
S 51 단계는, 제어 유닛(60)을 통해 연료 분사, 점화 등 엔진(10)의 시동에 필요한 공정들의 실시를 준비하라는 신호를 엔진(10)에 입력하여 수행할 수 있다.
S 52 단계는, 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링기어(12)를 치합하여 스타터(20)와 피니언 기어(22)를 연결한 후, 저전압 배터리(40)로부터 공급된 저전압 전력을 이용해 스타터(20)를 구동하여 수행할 수 있다. 그러면, 엔진(10)은 스타터(20)로부터 전달된 구동력에 의해 시동이 시작됨으로써 엔진 RPM(RPMe)이 점진적으로 상승된다.
S 53 단계는, RPM 센서에 의해 측정된 엔진 RPM(RPMe)과 제2 기준 RPM(RPM2)을 비교하여 수행할 수 있다. 제2 기준 RPM(RPM2)은 특별히 한정되지 않으며, 스타터(20) 대신 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)의 시동을 속행하여도 벨트(90)에서 슬립이 발생할 확률이 현저히 낮은 엔진 RPM(RPMe)을 제2 기준 RPM(RPM2)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제2 기준 RPM(RPM2)은 80 RPM일 수 있다.
S 54 단계는, 고전압 배터리(50)로부터 공급된 고전압 전력을 이용해 모터 제너레이터(30)를 스타터로서 구동하여 수행할 수 있다. 엔진(10)은 벨트(90)를 통해 모터 제너레이터(30)로부터 전달된 구동력에 의해 시동이 속행됨으로써 엔진 RPM(RPMe)이 점진적으로 상승된다.
S 55 단계는, 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링기어(12)를 치합 해제하여 스타터(20)와 엔진(10)을 연결 해제하여 수행할 수 있다. 그러면, 엔진(10)은 스타터(20)의 보조 없이 모터 제너레이터(30)의 보조에 의해서만 시동이 속행된다. 이러한 S 55 단계는 S 54 단계와 동시에 수행될 수도 있다.
S 56 단계는, RPM 센서에 의해 측정된 엔진 RPM(RPMe)과 제3 기준 RPM(RPM3)을 비교하여 수행할 수 있다. 제3 기준 RPM(RPM3)은 특별히 한정되지 않으며, 모터 제너레이터(30)의 보조 없이 엔진(10)을 독립적으로 구동 가능한 RPM을 제3 기준 RPM(RPM3)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제3 기준 RPM(RPM3)은 200 RPM일 수 있다.
S 57 단계는, 모터 제너레이터(30)가 스타터(20)로서 구동되지 않도록 모터 제너레이터(30)에 공급되는 고전압 전력을 차단하여 수행할 수 있다. 그러면, 엔진(10)은 모터 제너레이터(30)의 보조 없이 독립적으로 구동될 수 있다. 또한, 이러한 S 57 단계는, 모터 제너레이터(30)가 발전기로서 구동되도록 엔진(10)의 구동력을 이용해 모터 제너레이터(30)를 구동하여 수행할 수도 있다. 그러면, 모터 제너레이터(30)에서는 전기가 생성되고, 이처럼 생성된 전기는 고전압 배터리(50)에 충전된다.
다음으로, S 60 단계는, S 40 단계에서, 협조 제어 시동 조건이 만족되지 않았다고 판단된 경우에, 미리 정해진 재시동 모드에 따라 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)을 시동하여 수행할 수 있다.
저전압 배터리(40)의 전압(Vl)이 기준 전압(Vr) 미만인 경우에는 저전압 배터리(40)의 저전압 전력을 스타터(20)에 안정적으로 공급하기 어렵다. 또한, 엔진(10)의 관성 회전으로 인해 엔진 RPM(RPMe)이 0이 아닌 경우에 스타터(20)를 이용해 엔진(10)을 시동시키면 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링기어(12)가 손상될 우려가 있다. 여기서, 엔진(10)의 관성 회전이란, 연료의 공급을 중단하여 엔진(10)을 정지시키는 경우에, 엔진(10)에 작용하는 관성력에 의해 엔진(10)이 소정의 시간 동안 회전되는 현상을 말한다. 이러한 저전압 배터리(40)의 전압 레벨이나 엔진(10)의 관성 회전에 따른 영향을 고려하여, 협조 제어 시동 조건이 만족되지 않은 경우에는 모터 제너레이터(30)만을 이용해 엔진(10)을 시동 시키는 재시동 모드를 실시하는 것이다.
이러한 모터 제너레이터(30)를 이용한 재시동 모드의 구현 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, S 60 단계는, 크랭킹 온을 실시하는 단계(S 62)와, 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)의 시동을 시작하는 단계(S 64)와, 엔진 RPM((RPMe)이 미리 정해진 제4 기준 RPM(RPM4)을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 66)와, 엔진(10)이 제4 기준 RPM(RPM4)을 초과하는 경우에, 모터 제너레이터(30)를 이용한 엔진(10)의 시동을 정지하는 단계(S 68)를 포함할 수 있다.
S 62 단계는, 제어 유닛(60)을 통해 연료 분사, 점화 등 엔진(10)의 시동에 필요한 공정들의 실시를 준비하라는 신호를 엔진(10)에 입력하여 수행할 수 있다.
S 64 단계는, 고전압 배터리(50)로부터 공급된 고전압 전력을 이용해 모터 제너레이터(30)를 스타터로서 구동하여 수행할 수 있다. 엔진(10)은 벨트(90)를 통해 모터 제너레이터(30)로부터 전달된 구동력에 의해 시동이 시작됨으로써 엔진 RPM(RPMe)이 점진적으로 상승된다.
S 66 단계는, RPM 센서에 의해 측정된 엔진 RPM(RPMe)과 제4 기준 RPM(RPM4)을 비교하여 수행할 수 있다. 제4 기준 RPM(RPM4)은 특별히 한정되지 않으며, 모터 제너레이터(30)의 보조 없이 엔진(10)을 독립적으로 구동 가능한 RPM을 제4 기준 RPM(RPM4)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제4 기준 RPM(RPM4)은 200 RPM일 수 있다.
S 68 단계는, 모터 제너레이터(30)가 스타터(20)로서 구동되지 않도록 모터 제너레이터(30)에 공급되는 고전압 전력을 차단하여 수행할 수 있다. 그러면, 엔진(10)은 모터 제너레이터(30)의 보조 없이 독립적으로 구동될 수 있다. 또한, 이러한 S 57 단계는, 모터 제너레이터(30)가 발전기로서 구동되도록 엔진(10)의 구동력을 이용해 모터 제너레이터(30)를 구동하여 수행할 수도 있다. 그러면, 모터 제너레이터(30)에서는 전기가 생성되고, 이처럼 생성된 전기는 고전압 배터리(50)에 충전된다.
일반적으로 ISG 모드(Idle-Stop and Go)가 구현된 차량은, ISG 모드가 구현되지 않은 차량에 비해 엔진(10)의 빈번한 시동이 이루어지므로, 스타터(20)의 내구성이 저하될 우려가 있다. 그런데, 엔진 시동 방법에 의하면, 냉시동 모드를 실시하는 경우에만 제한적으로 스타터(20)만을 이용해 엔진(10)을 시동 시킴으로써, 스타터(20)의 사용 빈도와 사용 시간을 최소화 시킬 수 있다. 따라서, 엔진 시동 방법은, 스타터(20)의 내구성을 원활하게 확보할 수 있고, ISG 모드를 안정적으로 구현할 수 있도록 보조하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 일반적으로 기어에 의해 엔진(10)과 연결되는 스타터(20)는 벨트(90)에 의해 엔진(10)과 연결되는 모터 제너레이터(30)에 비해 초기 토크 값이 높다. 그런데, 엔진 시동 방법에 의하면, 일반 시동 모드를 실시하는 경우에, 고 토크가 필요한 시동 초기에는 스타터(20)를 이용해 엔진(10)의 시동을 시작하고 저 토크가 필요한 시동 말기에는 모터 제너레이터(30)를 이용해 엔진(10)의 시동을 마무리할 수 있다. 따라서, 엔진 시동 방법은, 고 토크 구간에서의 모터 제너레이터(30)의 사용 빈도를 줄일 수 있으므로, 벨트(90)에 슬립이 발생하여 모터 제너레이터(30)의 구동력이 엔진(10)에 원활히 전달되지 않거나 벨트(90)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 일반적으로 엔진(10)이 관성 회전 중일 때에는 엔진(10)이 완전히 정지된 경우에 비해 시동에 필요한 초기 토크 값이 낮으므로, 초기 토크 값이 낮은 모터 제너레이터(30)만을 이용해 엔진(10)을 시동시켜도 모터 제너레이터(30)의 동력을 엔진(10)에 원활히 전달할 수 있다. 또한, 엔진(10)이 관성 회전 중인 상태에서 스타터(20)를 이용해 엔진(10)을 시동 시키면 스타터(20)의 피니언 기어(22)와 엔진(10)의 링기어(12)가 서로 충돌되어 손상될 우려가 있다. 특히, ISG 모드가 구현된 차량(1)은, ISG 모드가 구현되지 않은 차량에 비해 엔진의 정지가 빈번하므로, 엔진(10)의 관성 회전에 따른 문제점이 빈번하게 발생될 우려가 있다. 이를 고려하여, 엔진 시동 방법은, 재시동 모드를 실시하는 경우에는 모터 제너레이터(30)만을 이용해 엔진(10)을 시동시킬 수 있다. 이를 통해, 엔진 시동 방법은, 스타터(20)의 사용 빈도와 사용 시간을 더욱 줄일 수 있고, 스타터(20)의 링기어(12)와 엔진(10)의 피니언 기어(12)의 손상을 방지할 수 있다. 따라서, 엔진 시동 방법은, 스타터(20)의 내구성을 더욱 원활하게 확보할 수 있고, ISG 모드를 더욱 안정적으로 구현할 수 있도록 보조하여 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 하이브리드 차량
10 : 엔진
12 : 링기어
20 : 스타터
22 : 피니언 기어
30 : 모터 제너레이터
40 : 저전압 배터리
50 : 고전압 배터리
60 : 제어 유닛
70 : 변속기
80 : DC/DC 컨버터
90 : 벨트

Claims (16)

  1. 기어에 의해 엔진과 연결되며, 상기 엔진을 시동 가능한 스타터와, 벨트에 의해 상기 엔진과 연결되며, 상기 엔진을 시동하거나 발전을 실시 가능한 모터 제너레이터를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법에 관한 것으로서,
    (a) 시동 신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계;
    (b) 상기 시동 신호가 입력되었다고 판단된 경우에, 미리 정해진 냉시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 냉시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 냉시동 모드에 따라 상기 스타터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계;
    (d) 상기 냉시동 조건이 만족되지 않은 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (e) 상기 협조 제어 시동 조건이 만족된 경우에, 미리 정해진 협조 제어 시동 모드에 따라 상기 스타터와 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계;를 포함하고,
    상기 냉시동 조건은, 엔진 스톨 시간이 미리 정해진 기준 스톨 시간 이하이며 상기 스타터에 전력을 공급하는 배터리의 전류가 미리 정해진 기준 전류 이상인 경우가 아니면 만족되고,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 엔진 스톨 시간이 상기 기준 스톨 시간 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
    (b2) 상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류 이상인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 스타터를 이용해 상기 엔진의 시동을 시작하는 단계;
    (c2) 엔진 RPM이 미리 정해진 제1 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (c3) 상기 엔진 RPM이 상기 제1 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 스타터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (c1) 단계는, 상기 스타터의 피니언 기어와 상기 엔진의 링 기어를 치합하여 수행하고,
    상기 (c3)는, 상기 스타터의 피니언 기어와 상기 엔진의 링 기어를 치합 해제하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기준 RPM은 200 RPM인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 협조 제어 시동 조건은, 상기 스타터에 전력을 공급하는 배터리의 전압이 미리 정해진 기준 전압을 초과함과 동시에 엔진 RPM이 0인 경우에 만족되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 배터리의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는지 여부와 상기 엔진 RPM이 0인지 여부를 각각 판단하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    (e1) 상기 스타터를 이용해 상기 엔진의 시동을 시작하는 단계;
    (e2) 상기 엔진 RPM이 미리 정해진 제2 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계;
    (e3) 상기 엔진 RPM이 상기 제2 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진의 시동을 속행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    (e4) 상기 (e3) 단계 이후에 수행하며, 상기 스타터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계;
    (e5) 상기 엔진 RPM이 상기 제2 기준 RPM에 비해 높도록 미리 정해진 제3 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (e6) 상기 엔진 RPM이 상기 제3 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 모터 제너레이터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (e6) 단계는,
    상기 모터 제너레이터에서 전기가 생성되도록 상기 엔진을 이용해 상기 모터 제너레이터를 구동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 기준 RPM은 80 RPM이고,
    상기 제3 기준 RPM은 200 RPM인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    (f) 상기 협조 제어 시동 조건이 만족되지 않는 경우에, 미리 정해진 재시동 모드에 따라 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진을 시동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    (f1) 상기 모터 제너레이터를 이용해 상기 엔진의 시동을 시작하는 단계;
    (f2) 상기 엔진 RPM이 미리 정해진 제4 기준 RPM을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (f3) 상기 엔진 RPM이 상기 제4 기준 RPM을 초과하는 경우에, 상기 모터 제너레이터를 이용한 상기 엔진의 시동을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (f3) 단계는,
    상기 모터 제너레이터에서 전기가 생성되도록 상기 엔진을 이용해 상기 모터 제너레이터를 구동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제4 기준 RPM은 200 RPM 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
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