KR102659247B1 - 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

상시 직결된 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템은, 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브; 상기 엔진의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브; 및 상기 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 상기 모터를 구동하는 운전 모드에서, 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 컨트롤러를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING PUMPING LOSS OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진과 모터가 서로 직결된 하이브리드 차량에서 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 모터를 단독 구동하는 운전 모드에서 엔진의 펌핑로스를 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량은 화석 연료를 연소시켜 구동력을 생성하는 엔진과 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 구동력을 생성하는 모터를 구비하여 에너지 효율을 향상시키는 차량이다.

하이브리드 차량은 엔진과 모터 및 변속기의 연결 관계에 따라 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 및 FMED(Flywheel Mounted Electric Device) 시스템으로 구분될 수 있다.

기존의 TMED 시스템은 엔진과 모터 사이에 엔진 클러치가 존재하여 필요시 엔진을 모터와 연결하거나 분리할 수 있다. 따라서 모터로만 주행하는 전기차 모드(EV 모드) 주행 및 회생 제동 시 엔진 클러치를 해제하여 엔진을 구동계에서 분리시켜 모터로만 차량을 구동/감속할 수 있기 때문에 퓨얼 컷(Fuel-cut) 상태의 엔진이 부하로 작용하는 것을 방지하여 더 효율적으로 전기 에너지를 사용할 수 있게 된다.

반면, FMED 시스템은 엔진과 모터가 상시 직결되어 있는 시스템으로 엔진과 모터는 항시 서로 동시에 회전하게 된다. 이러한 FMED 시스템에서 엔진이 퓨얼 컷 상태가 되고 모터만 구동 시켜 차량을 구동하게 되는 EV 모드나 회생 제동 모드가 되면, 엔진이 구동력을 생성하지 않더라도 모터와 함께 회전하게 되면서 부하로 작용하게 됨으로써 구동하는 모터 토크 중 일부가 엔진을 회전시키는데 사용된다. 이에 따라, FMED 시스템은 상대적으로 TMED 시스템에 비해 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.

따라서, FMED 시스템과 같이 엔진과 모터가 상시 직결된 하이브리드 시스템에서 전기차 모드 또는 회생 제동 모드에서 부하로 작용하는 엔진의 드래그 포스(Drag force)를 줄여주는 방법이 요구된다. 여기서, 엔진의 드래그 포스는 엔진이 모터의 회전에 의해 함께 회전하면서 실린더 내의 공기 압력(부압)을 발생시킴으로써 발생하는 펌핑로스(Pumping loss)와 피스톤과 베어링 마찰에 의해 발생하는 마찰 손실이 큰 부분을 차지한다. 그 중에서 마찰 손실은 엔진 설계 시 미리 결정되는 것으로 하드웨어 변경없이 개선하기는 힘들다. 따라서, 드래그 포스를 줄이기 위한 방안으로 종래에는 펌핑로스를 저감시키기 위해 엔진의 흡기/배기 밸브를 닫는 기통휴지 상태를 유지하는 방안이 제안되었다. 그러나 이러한 흡기/배기 밸브를 닫아 펌핑로스를 저감하는 종래의 기법은 엔진 자체가 흡기/배기 밸브를 제어로 닫을 수 있는 기통휴지가 가능한 엔진이거나 추가로 기존의 엔진에 기통휴지를 위한 하드웨어를 설치하여야 하므로 적용 대상이 제한적이고 별도의 비용이 추가되는 문제가 발생한다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

JP 4005069 B2 US 6638195 B2

이에 본 발명은, 엔진과 모터가 서로 직결된 하이브리드 차량에서 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 모터를 단독 구동하는 운전 모드에서 엔진의 흡배기 밸브의 제어 또는 하드웨어 추가 없이 엔진의 펌핑로스를 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

상시 직결된 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템에 있어서,

상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브; 및

상기 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 상기 모터를 구동하는 운전 모드에서, 상기 스로틀 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 컨트롤러;

를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 엔진의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 상기 모터를 구동하는 운전 모드에서, 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도를 기반으로 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브의 상태를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우 상기 스로틀 밸브를 개방할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 상기 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 상기 스로틀 밸브의 개도를 증가 시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 촉매 변환기의 온도에 기반하여 상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 더 큰 개도를 갖도록 사전 설정된 스로틀 밸브의 개도 설정량에 상기 엔진의 회전속도에 기반하여 사전 설정된 가중치를 적용하여 상기 스로틀 밸브의 개도를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가중치는, 상기 엔진의 회전 속도가 클수록 더 작은 값을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우 상기 EGR 밸브를 먼저 개방할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 EGR 밸브 개방 이후 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 공기량이 상기 엔진의 회전속도를 기반으로 사전 설정된 공기 요구량보다 작은 경우 상기 스로틀 밸브를 추가로 개방할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 EGR 밸브 또는 상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 상기 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

상시 직결된 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법에 있어서,

상기 하이브리드 차량의 운전 모드를 결정하는 단계; 및

상기 운전 모드가 상기 엔진을 퓨얼 컷 상태가 되게 하고 상기 모터를 구동하는 모드인 경우, 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 단계;

를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저감시키는 단계는, 상기 스로틀 밸브 또는 상기 엔진의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저감시키는 단계는, 상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도를 기반으로 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브의 상태를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저감시키는 단계는, 상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우 상기 스로틀 밸브를 개방하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 상기 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스로틀 밸브를 개방하는 단계는, 상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 상기 스로틀 밸브의 개도를 증가 시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스로틀 밸브를 개방하는 단계는, 상기 촉매 변환기의 온도에 기반하여 상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 더 큰 개도를 갖도록 사전 설정된 스로틀 밸브의 개도 설정량에 상기 엔진의 회전속도에 기반하여 사전 설정된 가중치를 적용하여 상기 스로틀 밸브의 개도를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가중치는, 상기 엔진의 회전 속도가 클수록 더 작은 값을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저감시키는 단계는, 상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우 상기 EGR 밸브를 먼저 개방하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저감시키는 단계는, 상기 EGR 밸브 개방 이후 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 공기량이 상기 엔진의 회전속도를 기반으로 사전 설정된 공기 요구량보다 작은 경우 상기 스로틀 밸브를 추가로 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 EGR 밸브 또는 상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 상기 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에 따르면, 모터 단독 구동 시 스로틀 밸브 및/또는 EGR 밸브를 적절하게 제어함으로써 촉매 변환기의 온도를 적정하게 유지하면서 엔진의 실린더 내부의 부압을 감소시켜 펌핑로스를 저감시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에 따르면, 모터 단독 구동 중에 촉매 변환기의 온도가 저하되어 추후 엔진 구동 시에 촉매의 기능이 저하되는 가능성을 배제시킬 수 있고, 모터 단독 구동의 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에 따르면, 엔진 기통휴지 목적의 흡기/배기 밸브 제어용으로 추가적인 하드웨어가 불필요하며 종래의 엔진에 구비된 장치(스로틀 밸브 및 EGR 밸브)의 제어만을 통해 펌핑로스를 저감시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템의 일부를 더욱 상세하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에서 스로틀 밸브의 개도 제어 기법을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템의 일부를 더욱 상세하게 도시한 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템은, 엔진(10)과 모터(20)가 상시 직결된 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템으로서, 엔진(10)의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브(11)와, 엔진(10)의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브(13) 및 엔진(10)이 퓨얼 컷 상태이고 모터(20)를 구동하는 운전 모드에서, 스로틀 밸브(11) 또는 EGR 밸브(13)를 개방하여 엔진 내 부압을 저감시키는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 펌핑로스 저감 시스템에 적용되는 하이브리드 차량은 엔진(10)과 모터(20)가 서로 상시 직결되어 두 구동원 중 하나가 구동될 때 다른 구동원의 회전축도 함께 회전하게 되는 구조를 갖는 하이브리드 시스템이 적용된 차량이다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따른 펌핑로스 저감 시스템에 적용되는 하이브리드 차량은 엔진(10)과 모터(20) 사이에 상호간의 동력 전달을 차단할 수 있는 동력 단절 수단(예를 들어, 클러치 또는 토크 컨버터 등)이 구비되지 않는 하이브리드 시스템이 적용된 차량이다.

엔진(10)은 화석 연료를 연소시켜 동력을 생성하는 구동원으로서 연료와 외부의 공기를 혼합하여 실린더로 주입하고 실린더 내로 주입된 공기 혼합 연료의 압축, 폭발을 통한 연소에 의해 회전력을 생성한다. 연소된 가스는 배기라인(17)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

엔진(10)으로 공기가 공급되는 흡기 라인(흡기 매니폴드)(15)의 전단에는 엔진(10) 내로 공급되는 공기의 양을 조정하기 위한 스로틀 밸브(11)가 마련된다. 스로틀 밸브(11)는 엔진(10)의 회전 속도 등에 따라 그 개도가 조절될 수 있으며 엔진(10)이 구동되지 않는 경우(퓨얼 컷 상태인 경우) 완전히 닫히게 된다.

또한, 엔진(10)에는 배기 라인(17)으로 배기되는 연소 가스를 다시 흡기 라인(15)으로 공급하기 위한 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation: EGR)이 마련될 수 있다. EGR은 엔진(10)에서 연소된 배기가스 일부를 다시 엔진의 흡기 측으로 재순환시켜 연소실 온도를 낮추고, 이로 인해 질소산화물 억제를 유도하는 저감 장치이다. 즉, 배기가스가 재순환하면 연소실 온도가 낮아지고 이 과정에서 질소산화물(NOx) 배출도 감소하게 된다. 질소산화물(NOx)은 연소온도가 2000 ℃를 넘으면 급격히 증가하므로 질소산화물(NOx)을 감소시키기 위해서는 연소최고 온도를 낮추어야 한다. 배기가스의 일부를 재순환시키면 연소실 내에 불활성가스(CO₂)가 유입되어 엔진의 폭발행정(동력행정) 시의 연소온도가 낮아지게 되어 질소산화물(NOx)의 양이 감소하게 된다.

EGR은 배기가스가 흡기 측으로 공급되게 하거나 차단하는 EGR 밸브(13)의 EGR 밸브(13)의 상태를 조정하기 위한 솔레노이드(131) 및 엔진(10)의 배기 측에서 흡기 측으로 재순환되는 배기가스의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(133) 등을 포함할 수 있다.

통상적인 엔진 구동 상태에서 컨트롤러(100)는 온도 센서(133)에서 검출된 재순환 배기 가스의 온도를 기반으로 EGR 밸브(13)의 차단/개방 상태를 결정하게 된다.

컨트롤러(100)는 엔진(10)의 구동을 위한 다양한 제어를 수행하기 위한 요소이다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 엔진(10) 구동시 엔진 회전 속도 및 운전자의 요구 파워 등을 고려하여 스로틀 밸브(11)의 개도량을 조정하여 엔진(10)으로 공급되는 공기의 양을 제어하거나 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 온도 등을 기반으로 EFR 밸브(13)의 개방/차단 상태를 결정할 수 있다. 더불어, 하이브리드 차량에서, 컨트롤러(100)는 운전자의 요구 파워 및 모터(20)로 인버터(21)를 통해 전력을 공급하는 배터리(23)의 충전 상태(SOC) 등을 고려하여 하이브리드 차량의 구동 모드를 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 배터리의 충전 상태가 양호하고 운전자의 요구 파워가 모터(20) 구동 만으로 충족될 수 있는 경우 엔진(10)을 퓨얼 컷 상태로 만들어 구동을 중지시키고 모터(20) 만 구동하여 작동하는 모드로 동작시킬 수 있다. 여기서, 모터(20) 만 구동하여 작동하는 모드는 모터(20)에서 휠(40)에 동력을 공급하는 전기차 모드(EV 모드)와 모터(20)를 발전기로 동작시켜 모터(20)의 회전에 의해 생성되는 전기 에너지를 배터리로 저장하는 회생 제동 모드를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명의 여러 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 엔진(10)과 모터(20)가 하이브리드 차량이 전기차 모드 또는 회생 제동 모드 등과 같이 엔진(10)의 퓨얼 컷 상태에서 모터(20)로만 구동될 때 엔진(10)의 회전함에 따라 엔진(10) 내 부압이 증가함으로써 발생하는 펌핑로스를 감소시키기 위한 제어를 수행한다.

컨트롤러(100)는 엔진(10)이 퓨얼 컷 상태이고 모터(20)만 구동하는 운전 모드로 하이브리드 차량이 운전될 때, 스로틀 밸브(11) 또는 EGR 밸브(13)의 상태를 제어하여 펌핑로스를 감소시킬 수 있다.

통상의 하이브리드 차량에서, 엔진(10)이 퓨얼 컷 상태, 즉 구동하지 않는 상태가 되면 엔진(10)이 구동하지 않으므로 엔진(10)으로 외기를 공급하거나 배기가스를 재순환 시킬 필요가 없기 때문에, 스로틀 밸브(11)와 EGR 밸브(13)는 오프 상태가 된다. 이러한 상황에서 모터(20)를 구동하게 되면 모터(20)에 직결된 엔진(10)의 회전축(크랭크 축)이 회전하면서 피스톤의 펌핑이 이루어지고 이에 따라 엔진(10) 실린더 내의 부압이 지속적으로 발생하고 이로 인해 엔진(10)의 드래그 포스(Drag force)가 커져서 모터 구동의 효율이 떨어지게 된다.

본 발명의 여러 실시형태에서 컨트롤러(100)는 엔진(10)이 퓨얼 컷 상태이고 모터(20)가 구동되는 경우 스로틀 밸브(11) 또는 EGR 밸브(13)를 제어하여 엔진의 내 부압을 감소시킴으로써 모터(20) 단독 구동 시 모터 효율을 향상시킬 수 있다.

더욱 구체적으로, 컨트롤러(100)는 모터(20)의 단독 구동 시 스로틀 밸브(11)를 개방하여 외기를 엔진(10) 내부로 유입시켜 엔진 실린더 내의 부압을 감소시킬 수 있다.

엔진(10) 내 부압 감소를 위해 외기를 엔진으로 유입시키는 경우, 상대적으로 저온의 외기가 엔진(10)으로 유입된 후 배기라인(17)을 통해 배기 정화 장치로 전달되기 때문에 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도를 급격하게 감소시킬 수 있다. 통상, 배기 정화 장치 내 촉매 변환기는 일정 온도 이상인 경우 일정한 정화 효율을 갖고 일정 온도 이하로 온도가 감소되는 경우 정화 효율이 떨어져 배기가스의 조성이 악화될 수 있다. 따라서, 스로틀 밸브(11)를 개방하여 엔진 내 부압을 감소시키는 방식은 촉매 변환기의 온도가 일정 온도 이상으로 유지되는 상태에서만 적용하는 것이 바람직하다.

엔진(10) 내 부압을 감소시키기 위한 다른 방안으로, 컨트롤러(100)는 모터(20)의 단독 구동 시 EGR 밸브(13)를 개방할 수 있다. 엔진(10)이 퓨얼 컷 상태이고 모터(20)가 단독으로 구동하는 운전 모드에서 컨트롤러(100)는 스로틀 밸브(11)를 차단 상태로 제어하고 EGR 밸브(13)를 개방하여 이미 연소된 500~700℃ 수준의 배기 가스를 EGR을 통해 지속적으로 순환시킴으로써 엔진(10)의 실린더 내 부압을 감소시킬 수 있다.

이와 같은 EGR 밸브(13)를 개방하는 방안은 스로틀 밸브(11)를 개방하는 방식에 비해 촉매 변환기의 온도 저하를 지연시킬 수 있으므로 상대적으로 더 긴 시간동안 모터(20)의 단독 구동 모드로 차량이 운전되는 경우 적용될 수 있다.

한편, EGR 밸브(13)를 개방함에 의해 엔진(10)의 부압 감소가 원활하지 않은 경우에는 추가로 스로틀 밸브(11)를 개방할 수 있다. 엔진(10)의 회전 속도가 클수록 엔진 내 부압의 증가가 크기 때문에 순환하는 공기의 양이 더 많이 요구된다. 따라서, 컨트롤러(100)는 엔진(10)의 회전 속도에 기반하여 부압 감소를 위해 요구되는 공기양을 사전에 미리 원리 시험 등을 통해 설정해두고, 실제 회전하는 엔진(10)으로 공급되는 공기 양이 엔진(10)의 회전 속도에 기반하여 설정된 공기양보다 작은 경우 추가로 스로틀 밸브(11)를 개방하여 엔진(10)으로 유입되는 공기 양을 증가시켜 엔진(10)의 실린더 내 부압을 원하는 수준까지 감소시킬 수 있다. 엔진(10)으로 공급되는 공기의 양이나 엔진(10)의 회전 속도는 당 기술분야에서 공지된 유량계나 속도계로부터 컨트롤러(100)가 제공받을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법을 도시한 흐름도이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법에 대한 설명을 통해 전술한 것과 같은 구성을 갖는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템의 작용 효과가 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법은, 하이브리드 차량의 운전 모드를 결정하는 단계(S11) 및 운전 모드가 엔진(10)을 퓨얼 컷 상태가 되게 하고 모터(20)를 구동하는 모드(전기차 모드 또는 회생 제동 모드)인 경우, 엔진(10)의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브(11) 또는 엔진(10)의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브(13)를 개방하여 엔진(10) 내 부압을 저감시키는 단계(S14)를 포함할 수 있다.

단계(S11)에서 컨트롤러(100)는, 운전자 요구 파워가 사전 설정된 일정 파워 기준을 만족하면서 배터리(23)의 충전 상태가 일정 범위 이내인 경우 차량의 운전 모드를 엔진(10)이 퓨얼 컷 상태가 되고 모터(20)만 구동하는 모드로 판단하고 엔진(10)으로 공급되는 연료를 차단하여 엔진 구동을 중지시키고 모터(20) 만 구동시킬 수 있다(S12). 여기에서 운전자의 요구 파워는 차량의 엑셀러레이터 페달 및 브레이크 페달의 답입량을 기반으로 판단할 수 있다. 구체적으로, 차량의 가속 시에는 엑셀러레이터 페달의 답입량을 기반으로 양(+) 값으로 표현되는 운전자 요구 파워를 판단할 수 있으며, 차량의 감속시에는 브레이크 페달의 답입량을 기반으로 음(-)의 값으로 표현되는 운전자의 요구 파워를 판단할 수 있다. 즉, 모터만 구동되는 운전 모드는 차량 가속 시 모터만 구동하는 전기차 모드 또는 차량 감속 시 모터를 통해 전력을 생성하는 회생 제동 모드를 모두 포함할 수 있다.

모터(20)만 구동하는 운전 모드인 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(100)는 추가로 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도를 고려하여 촉매 변환기의 온도가 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우(S13) 스로틀 밸브(11)나 EGR 밸브(13)를 개방하는 제어를 수행할 수 있다. 이는 스로틀 밸브(11)나 EGR 밸브(13)의 개방을 통해 엔진(10)에서 배기되는 배기가스의 온도가 감소함에 따라 촉매 변환기의 온도가 감소하면서 정화 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다. 여기서, 제1 기준 온도(A)는 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 적절하게 결정될 수 있다.

단계(S14)에서 컨트롤러(100)가 스로틀 밸브(11)를 개방한 경우, 컨트롤러(100)는 스로틀 밸브(11) 개방 이후 촉매 변환기의 온도를 지속적으로 모니터링 하고 촉매 변환기의 온도가 사전 설정된 제2 기준 온도(B) 보다 낮게 감소된 경우(S15) 엔진(10)을 다시 가동하여 촉매 변환기의 온도가 촉매의 활성화 온도 보다 낮게 떨어져 정화 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다(S19).

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법에서 스로틀 밸브의 개도 제어 기법을 설명하기 위한 그래프이다.

컨트롤러(100)가 스로틀 밸브(11)를 개방하여 엔진(10) 내 부압 감소를 도모하는 경우, 컨트롤러(100)는 스로틀 밸브(11)의 개도량을 촉매 변환기의 온도에 기반하여 도 4와 같이 결정할 수 있다. 촉매 변환기의 온도가 상대적으로 낮은 경우, 컨트롤러(100)는 스로틀 밸브(11)의 개도량을 감소시켜 엔진(10)으로 공급되는 외기의 양을 감소시킴으로써 촉매 변환기의 온도가 급격하게 감소하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 촉매 변환기의 온도가 상대적으로 높은 경우, 컨트롤러(100)는 스로틀 밸브(11)의 개도량을 증가시켜 엔진(10)으로 공급되는 외기의 양을 증가시킴으로써 엔진(10) 내 부압 감소의 효과를 증대시켜 모터 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

촉매 변환기의 온도와 스로틀 밸브(11)의 개도량은 사전에 원리 시험 등을 통해 도 4와 같이 사전에 설정해 두고, 컨트롤러(100)는 실측된 촉매 변환기의 온도에 따른 개도량 설정값을 적용하여 스로틀 밸브(11)를 제어할 수 있다.

한편, 촉매 변환기의 온도는 차가운 외부 공기가 엔진으로 유입되는 양에 따라 그 감소하는 정도가 달라진다. 촉매 변환기의 과냉각을 방지하기 위해 촉매의 온도가 높은 경우라고 하더라도 엔진의 회전 속도가 높은 경우에는 상대적으로 엔진의 회전 속도가 낮은 경우에 비해 스로틀 밸브(11)의 개도량을 감소시켜 과도한 외부 공기가 엔진으로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명의 일 실시형태에서는, 도 5에 도시된 것과 같이 엔진의 회전 속도가 상대적으로 높은 경우 더 작은 값을 갖는 가중치를 도 4에 도시된 것과 같은 촉매 변환기의 온도에 기반하여 사전 설정된 스로틀 밸브(11)의 개도량에 곱하여 스로틀 밸브(11)의 최종적인 개도량을 결정할 수 있다.

한편, 단계(S14)에서 컨트롤러(100)가 EGR 밸브(13)를 개방하여 엔진(10) 내 부압을 감소시키고자 하는 경우에, 컨트롤러(100)는 엔진(10)으로 외부 공기가 공급되는 흡기 측 공기량(흡기량)을 모니터링하고 엔진(10)으로 공급되는 공기량이 엔진(10)의 회전 속도를 기반으로 사전 설정된 양(C)보다 작은 경우에는 스로틀 밸브(11)를 개방하여 엔진(10) 내 부압을 원하는 수준까지 감소시킬 수 있다.

단계(S14)에서 컨트롤러(100)가 EGR 밸브(13)를 개방하여 엔진(10) 내 부압을 감소시키고자 하는 경우에도, 컨트롤러(100)는 촉매 변환기의 온도를 지속적으로 모니터링 하고 촉매 변환기의 온도가 사전 설정된 제2 기준 온도(B) 보다 낮게 감소된 경우(S18) 엔진(10)을 다시 가동하여 촉매 변환기의 온도가 촉매의 활성화 온도 보다 낮게 떨어져 정화 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다(S19).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법은, 모터 단독 구동 시 상황에 따라 스로틀 밸브(11) 및/또는 EGR 밸브(13)를 적절하게 제어함으로써 촉매 변환기의 온도를 적정하게 유지하여 배기 정화 성능을 확보하면서 엔진(10)의 실린더 내부의 부압을 감소시켜 펌핑로스를 저감시킬 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법은, 모터(20) 단독 구동 중에 촉매 변환기의 온도가 저하되어 추후 엔진 구동 시에 촉매의 기능이 저하되는 가능성을 배제시킬 수 있고, 모터(20) 단독 구동의 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템 및 방법은, 엔진 기통휴지 목적의 흡기/배기 밸브 제어용으로 추가적인 하드웨어가 불필요하며 종래의 엔진에 구비된 장치(스로틀 밸브 및 EGR 밸브)의 제어만을 통해 펌핑로스를 저감시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 엔진 11: 스로틀 밸브
13: EGR 밸브 131: EGR 솔레노이드
133: EGR 온도 센서 15: 흡기 라인
17: 배기 라인 100: 컨트롤러
20: 모터 21: 인버터
23: 배터리 30: 변속기
40: 휠

Claims (22)

1. 상시 직결된 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템에 있어서,
   상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브; 및
   상기 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 상기 모터를 구동하는 운전 모드에서, 상기 스로틀 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 컨트롤러;
   를 포함하되, 상기 컨트롤러는,
   상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 촉매 변환기의 온도가 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 엔진의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브를 더 포함하며,
   상기 컨트롤러는, 상기 엔진이 퓨얼 컷 상태이고 상기 모터를 구동하는 운전 모드에서, 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도를 기반으로 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브의 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 높은 경우 상기 스로틀 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
5. 삭제
6. 청구항 4에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 상기 스로틀 밸브의 개도를 증가 시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 촉매 변환기의 온도에 기반하여 상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 더 큰 개도를 갖도록 사전 설정된 스로틀 밸브의 개도 설정량에 상기 엔진의 회전속도에 기반하여 사전 설정된 가중치를 적용하여 상기 스로틀 밸브의 개도를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 가중치는,
   상기 엔진의 회전 속도가 클수록 더 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
9. 청구항 2에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우 상기 EGR 밸브를 먼저 개방하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 EGR 밸브 개방 이후 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 공기량이 상기 엔진의 회전속도를 기반으로 사전 설정된 공기 요구량보다 작은 경우 상기 스로틀 밸브를 추가로 개방하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 EGR 밸브 또는 상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 상기 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 시스템.
12. 상시 직결된 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 운전 모드를 결정하는 단계;
    상기 운전 모드가 상기 엔진을 퓨얼 컷 상태가 되게 하고 상기 모터를 구동하는 모드인 경우, 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 외부 공기량을 결정하는 스로틀 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 단계; 및
    상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 촉매 변환기의 온도가 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 저감시키는 단계는,
    상기 스로틀 밸브 또는 상기 엔진의 배기 측에서 흡기 측으로 연소가스를 공급/차단하는 EGR 밸브를 개방하여 상기 엔진 내 부압을 저감시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 저감시키는 단계는,
    상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도를 기반으로 상기 스로틀 밸브 또는 상기 EGR 밸브의 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
15. 청구항 12에 있어서, 상기 저감시키는 단계는,
    상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 높은 경우 상기 스로틀 밸브를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
16. 삭제
17. 청구항 15에 있어서, 상기 스로틀 밸브를 개방하는 단계는,
    상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 상기 스로틀 밸브의 개도를 증가 시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
18. 청구항 17에 있어서, 상기 스로틀 밸브를 개방하는 단계는,
    상기 촉매 변환기의 온도에 기반하여 상기 촉매 변환기의 온도가 높을수록 더 큰 개도를 갖도록 사전 설정된 스로틀 밸브의 개도 설정량에 상기 엔진의 회전속도에 기반하여 사전 설정된 가중치를 적용하여 상기 스로틀 밸브의 개도를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
19. 청구항 18에 있어서, 상기 가중치는,
    상기 엔진의 회전 속도가 클수록 더 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
20. 청구항 13에 있어서, 상기 저감시키는 단계는,
    상기 하이브리드 차량의 배기 정화 장치 내 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매 변환기 내 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제1 기준 온도보다 높은 경우 상기 EGR 밸브를 먼저 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
21. 청구항 20에 있어서, 상기 저감시키는 단계는,
    상기 EGR 밸브 개방 이후 상기 엔진의 흡기 측으로 공급되는 공기량이 상기 엔진의 회전속도를 기반으로 사전 설정된 공기 요구량보다 작은 경우 상기 스로틀 밸브를 추가로 개방하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 EGR 밸브 또는 상기 스로틀 밸브의 개방 이후, 상기 촉매 변환기의 온도가 상기 촉매의 활성화 온도를 기반으로 사전 설정된 제2 기준 온도보다 낮은 경우 상기 엔진을 기동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 펌핑로스 저감 방법.
    

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