KR20100033892A - Method for reducing exhaust gas of hard type hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하드타입 하이브리드 차량의 배기가스 저감 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량에서 엔진 냉간 시동시 촉매 전단에서 발생하는 배기가스 량을 감소시키기 위해 ISG를 이용하여 엔진 유압을 흡기캠을 활성화할 수 있도록 형성한 다음 흡기캠을 적절히 진각하여 밸브 오버랩을 형성함으로써 연료의 기화를 원활하게 촉진하여 연소안정성을 확보하는 하드타입 하이브리드 차량의 배기가스 저감 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing the exhaust gas of a hard type hybrid vehicle, and more particularly, to activate the intake cam of the engine oil pressure using the ISG to reduce the amount of exhaust gas generated at the front end of the catalyst during cold start of the engine in the hybrid vehicle. The present invention relates to a method for reducing exhaust gas of a hard-type hybrid vehicle, which is configured to form a valve overlap and forms a valve overlap by appropriately advancing an intake cam to smoothly promote vaporization of fuel to ensure combustion stability.
최근 차량 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 배기가스 저감을 위한 다양한 기술이 시도되고 있다.Recently, various technologies for reducing the exhaust gas have been tried in response to the demand for improving vehicle fuel economy and developing more environmentally friendly products.
가솔린 차량의 경우 현재 가장 엄격한 배기가스 규제인 SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle)를 만족시키기 위하여 다음과 같은 기술들을 적용하고 있다.In the case of gasoline vehicles, the following technologies are applied to satisfy SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle), which is the most stringent emission regulation.
1) 연료와 공기가 원활하게 혼합되도록 흡기측에 VCM(Variable Charge Motion)을 장착하여 텀블(Tumble) 유동을 형성한다.1) Tumble flow is formed by installing VCM (Variable Charge Motion) on the intake side to mix fuel and air smoothly.
2) 연료와 공기가 원활하게 혼합되도록 인젝터 홀을 4홀(hole)에서 12홀로 변경구성한다.2) Change the injector hole from 4 holes to 12 holes to mix fuel and air smoothly.
3) 엔진 내부의 연소가 원활하도록 롱 리치 & 이리듐 점화 플러그(Long Rich & Iridium Spark Plug)를 사용한다.3) Long Rich & Iridium Spark Plugs are used to facilitate combustion inside the engine.
4) 엔진 시동 후 람다(Lambda) 피드백 제어를 빠르게 하기 위해서 O2센서 히팅 및 정확한 람다 제어를 위해 프론트부 O2센서로 리니어 람다(Linear Lambda) 센서를 적용한다.4) engine O 2 sensor heating and application of the linear lambda (Linear Lambda) sensor as the front portion O 2 sensor for accurate lambda control in order to speed up the feedback control lambda (Lambda) after start-up.
5) 배기가스에서 탄소성분인 HC 및 CO를 감소시키기 위하여 배기 측에 세컨더리 에어 인젝션(Secondary Air Injection)을 적용한다.5) Secondary Air Injection is applied to the exhaust side to reduce the HC and CO, which are carbon components in the exhaust gas.
6) 배기된 가스를 정화하는 후처리 공정을 위한 촉매를 WCC(Warm-up Catalyst Converter)와 UCC(Under-floor Catalyst Converter)를 적용하고, 배기가스 정화시 반응면적을 증가시키기 위해 촉매의 셀 밀도 및 귀금속량을 증가하여 배기가스 정화량을 증가시킨다.6) Apply a warm-up catalyst converter (WCC) and an under-floor catalyst converter (UCC) as a catalyst for the post-treatment process to purify the exhaust gas, and increase the cell density of the catalyst to increase the reaction area when purifying exhaust gas. And the amount of precious metals is increased to increase the amount of exhaust gas purification.
7) 배기관을 이중으로 설계하여 배기관의 온도를 유지한다.7) Maintain exhaust pipe temperature by double designing exhaust pipe.
8) 배기가스를 억제하고 촉매의 정화효율을 빠르게 높이기 위해서 패스트 캐탈리스트 히팅(Fast Catalyst Heating)을 적용한다.8) Fast Catalyst Heating is applied to suppress the exhaust gas and increase the catalyst purification efficiency quickly.
9) 촉매 히팅(Catalyst Heating)하는 동안 발생하는 HC 배기가스를 저감하기 위해 람다값을 린(Lean) 제어한다.9) Lean control of the lambda value in order to reduce HC exhaust gas generated during catalyst heating.
이렇게 가솔린 차량에 적용 가능한 다양한 기술을 이용하여 북미 SULEV 규제를 만족시킬 수 있으나, 상기와 같은 기술 중 1) ~ 7)의 기술은 하드웨어 측면의 개선으로 차량 원가를 상승시키는 문제가 발생하며, 8) ~ 9) 기술은 소프트웨어 측면의 개선이나 하드웨어적 개선을 바탕으로 하는 문제가 있다. In this way, various technologies applicable to gasoline vehicles can be used to satisfy the North American SULEV regulations.However, among the above technologies, the technology of 1) to 7) raises vehicle costs due to the improvement of hardware. 9) Technology has a problem based on software improvement or hardware improvement.
가솔린 차량에서 촉매가 활성화되기 전에 배기가스를 저감하기 위해서는 앞에서 설명한 방법 외에 FTP 냉간 시동 직후 흡기포트의 온도를 빨리 높여 연료의 기화를 원활하게 하여 보다 적은 연료 분사량으로 동일한 연소안정성을 확보해야 한다. In order to reduce the exhaust gas before the catalyst is activated in the gasoline vehicle, in addition to the above-described method, the temperature of the intake port must be increased immediately after the FTP cold start to facilitate vaporization of the fuel, thereby ensuring the same combustion stability with a lower fuel injection amount.
따라서, 가솔린 차량의 경우 엔진 기동 후 흡기측 캠만 가변으로 동작하는 싱글(Single) CVVT(Continuously Variable Valve Timing) 또는 흡기/배기 캠 모두 가변으로 동작하는 듀얼(Dual) CVVT에서 엔진 시동 후 엔진 유압에 의해 캠 동작이 가능한 시점부터 밸브 오버랩(overlap of valves)을 형성하여 차량 시동(냉간 시동) 직후 아이들 상태에서 캠 페이징(Cam phasing)시 고온의 연소가스가 흡기포트의 온도를 높여 연료의 기화가 촉진되어 적은 연료량으로 동일한 연소안정성을 확보 가능하게 된다. Therefore, in the case of gasoline vehicles, in the single CVVT (Continuously Variable Valve Timing), in which only the intake cam is operated variably after the engine starts, or in the dual CVVT in which both the intake / exhaust cams operate variably, When the cam operation is possible, overlap of valves are formed, and hot combustion gas increases the temperature of the intake port during cam phasing in the idle state immediately after the vehicle start (cold start) to promote vaporization of fuel. The same combustion stability can be ensured with a small amount of fuel.
즉, 냉간 시동 직후의 캠 페이징을 최적화한다면 연료 분사량을 감량할 수 있고 이로 인해 이 구간의 HC 배기가스 저감이 가능하게 된다. In other words, if the cam paging is optimized immediately after the cold start, the fuel injection amount can be reduced, thereby reducing HC exhaust gas in this section.
그러나, 가솔린 차량의 경우 캠을 동작시키기 위해서는 엔진 시동 후 캠을 활성화할 수 있는 유압이 형성되는 시간이 필요하며 현재 가솔린 엔진에 적용하는 CVVT는 엔진회전수와 오일압이 각각 1000rpm, 1.0bar 이상이 되어야 작동이 가능하 므로 CVVT는 통상 엔진 시동 후 약 3초 이상이 지나야만 작동이 가능하다. However, in the case of gasoline vehicles, in order to operate the cam, it takes time to generate the hydraulic pressure to activate the cam after starting the engine. In order to operate, CVVT can normally be operated after at least 3 seconds after starting the engine.
즉, 가솔린 차량에서는 엔진 냉간 시동 후 캠 동작이 불가능한 시간 동안 밸브 오버랩을 통한 효과를 얻을 수 없으며, 캠 동작을 위한 유압이 활성화되지 않은 상태에서 별도의 하드웨어를 사용하지 않고 캠을 움직일 방법이 없는 문제가 있다. That is, in gasoline vehicles, the effect of valve overlap cannot be obtained during the time when the cam operation is impossible after cold start of the engine, and there is no way to move the cam without using hardware without the hydraulic pressure for cam operation being activated. There is.
이와 같이 가솔린 차량은 엔진 냉간 상태에서 캠의 동작을 위한 유압이 형성되기 전이므로, 배기가스의 저감을 위해 촉매의 사양을 높여도 촉매 또한 비활성 상태이므로 그 효과가 매우 미미하다.Thus, since the gasoline vehicle is before the hydraulic pressure for the cam operation is formed in the engine cold state, even if the specification of the catalyst is increased to reduce the exhaust gas, the catalyst is also inactive, so the effect is insignificant.
전술한 바와 같이 가솔린 차량에서 배기가스 저감을 위하여 많은 노력을 하고 있으나 엔진 냉간 시동 후 촉매가 활성화되기 전에 바로 발생하는 촉매 전단의 HC는 촉매로 정화하기 어려우므로 별도의 하드웨어(예를 들면, VCM) 등을 장착하여 엔진 첫 시동 후 발생하는 HC의 량을 줄이고 있다.As described above, a lot of efforts have been made to reduce exhaust gas in gasoline vehicles, but since HC at the front end of the catalyst which occurs immediately before the catalyst is activated after cold start of the engine is difficult to be purified by the catalyst, separate hardware (for example, VCM) Equipped with a lamp to reduce the amount of HC generated after the first engine start.
하이브리드 차량의 경우도 가솔린 차량과 동일하게 상품성을 향상시키기 위하여 북미 배기가스 규제인 SULEV를 목표로 하며, 가솔린 차량과 동일하게 엔진을 주 동력원으로 하여 주행하므로 이에 따른 배기가스가 발생한다. In the case of a hybrid vehicle, the same target as the gasoline vehicle, SULEV, which is a North American exhaust gas regulation, is aimed at improving the merchandise.
FTP 주행 동안 엔진이 동작하는 시간은 하드 타입(Hard type) 하이브리드 차량의 경우 50%~60%, 소프트 타입(Soft type) 하이브리드 차량의 경우 70~80% 정도이고 연비도 동일 등급의 가솔린 차량보다 좋기에, 엔진에서 발생되는 배출가스가 동일 등급의 가솔린 차량에 비해 촉매 전단에서는 적게 발생하나 촉매 후단에서는 배출가스를 정화하여 배기함으로 촉매가 활성화된 이후에 배출되는 배기가스의 양 은 가솔린 차량이나 하이브리드 차량이나 크게 차이가 나지 않는다. Engine running time during FTP driving is 50% to 60% for hard type hybrid vehicles and 70 to 80% for soft type hybrid vehicles. For example, the amount of exhaust gas generated from the engine is less in the front of the catalyst than in the gasoline vehicle of the same class, but the amount of exhaust gas emitted after the catalyst is activated by purifying and exhausting the exhaust gas at the rear of the catalyst is a gasoline vehicle or a hybrid vehicle. It doesn't make much difference.
도 1은 배출가스 시험모드인 FTP 75 모드 주행시 하이브리드 차량의 누적 HC량을 나타낸 그래프로서, 하이브리드 차량의 FTP 주행 동안 배기된 HC량은 0.14g/s 전후로 촉매가 활성화되기 전(약 20 초)에 발생하는 HC량의 약 80%가 발생하고 있음을 알 수 있다.FIG. 1 is a graph showing the cumulative HC amount of a hybrid vehicle during the FTP 75 mode driving in the exhaust gas test mode, and the HC amount exhausted during the FTP driving of the hybrid vehicle is about 0.14 g / s before the catalyst is activated (about 20 seconds). It can be seen that about 80% of the amount of HC generated is generated.
그리고, 도 2는 하이브리드 차량의 FTP 75 모드 주행 초기에 촉매 전단(before catalyst) 및 후단(after catalyst)의 HC 농도를 나타낸 그래프로서, 엔진 시동 후 촉매 전단의 농도는 곧 바로 최고치를 기록하고 그 이후 촉매 히팅 구간에서는 작아지다가 촉매 히팅 구간을 벗어나면 다시 HC의 농도가 증가하는 것을 알 수 있다. FIG. 2 is a graph showing HC concentrations of catalysts before and after catalysts at the beginning of the FTP 75 mode driving of the hybrid vehicle. It can be seen that the concentration of HC is increased again when the catalyst is heated in the heating section and then out of the catalyst heating section.
촉매 후단의 경우 촉매가 활성화되기 전에는 촉매 전단에서 발생한 HC를 정화하지 못하다가 촉매 히팅이 시작된 후부터 HC의 농도가 줄기 시작하여 촉매 히팅이 완료된 후에는 촉매 전단에서 HC의 농도가 높아도 촉매로 충분히 정화가 가능하여 촉매 후단에서는 HC의 배기가스가 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.In the case of the rear stage of the catalyst, the HC produced at the front end of the catalyst cannot be purified until the catalyst is activated. After the heating of the catalyst, the concentration of HC starts to decrease. After the completion of the catalyst heating, the catalyst is sufficiently purified even if the concentration of HC is high at the front of the catalyst. As a result, it can be confirmed that the exhaust gas of HC hardly occurs at the rear end of the catalyst.
따라서, 엔진 시동 후 촉매가 활성화되기 전에 촉매 전단에서 발생하는 탄화수소의 농도를 저감하는 것이 배기가스 량을 줄이는데 큰 역할을 함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that reducing the concentration of hydrocarbons generated at the front end of the catalyst after the engine is started and before the catalyst is activated plays a significant role in reducing the amount of exhaust gas.
그러나, 엔진 냉간 시동 후 촉매가 활성화되기 전에는 촉매로 탄화수소를 정화하기 어려운 문제가 있다.However, there is a problem that it is difficult to purify the hydrocarbon with the catalyst before the catalyst is activated after the cold start of the engine.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 하드타입 하이브리드 차량에서 엔진 냉간 시동 후 촉매가 활성화되기 전에 촉매 전단에서 발생하는 배기가스 량을 감소시키기 위해 ISG를 이용하여 엔진 유압을 캠을 활성화할 수 있는 기준치 이상으로 형성한 다음, OCV를 동작하여 흡기캠을 목표치로 진각함으로써 흡기를 빠르게 실시하여 연료의 기화를 원활하게 하여 연소안정성을 확보하는 하드타입 하이브리드 차량의 배기가스 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, in the hard type hybrid vehicle to reduce the amount of exhaust gas generated at the front end of the catalyst before the catalyst is activated after the engine cold start engine oil pressure by using the ISG cam Provides a method for reducing the exhaust gas of a hard type hybrid vehicle, which is formed above a reference value that can be activated, and then operates OCV to advance the intake cam to a target value, thereby rapidly inhaling the fuel to facilitate vaporization of fuel to secure combustion stability. Its purpose is to.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하드타입 하이브리드 차량에서 엔진 냉간 첫 시동 후 촉매 활성화 이전에 촉매 전단에 배기가스를 저감하기 위한 방법으로서,In order to achieve the above object, the present invention provides a method for reducing the exhaust gas at the front end of the catalyst before the catalyst activation after the first cold start of the engine in a hard type hybrid vehicle,
엔진 냉간에서 첫 시동인지 판단하는 단계와; 엔진 냉간에서 첫 시동 후 연료분사가 수행되기 전인지 판단하는 단계와; 연료가 분사되기 전에 흡기캠을 활성화하는 단계와; 흡기캠이 활성화되면 진각시켜 적절한 밸브 오버랩을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하드타입 하이브리드 차량의 배기가스 저감 방법을 제공한다.Determining whether the engine is first started in cold engine; Determining whether fuel injection is performed after the first start in cold engine; Activating the intake cam before fuel is injected; When the intake cam is activated by advancing to form a proper valve overlap provides a method for reducing the exhaust gas of a hard type hybrid vehicle comprising a.
여기서, 상기 흡기캠을 활성화하는 단계는, ISG를 이용하여 엔진을 회전시켜 설정치 이상의 유압을 형성하는 것을 특징으로 하며,Here, the step of activating the intake cam, characterized in that for forming a hydraulic pressure of more than a set value by rotating the engine using the ISG,
바람직하게, 상기 흡기캠을 진각시키기 위하여 OCV를 동작시켜 유압을 제어 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in order to advance the intake cam is characterized in that to operate the OCV to control the hydraulic pressure.
또한 바람직하게, 상기 엔진 냉간에서 첫 시동인지 판단하는 단계는, 엔진 시동 횟수를 설정 횟수와 비교하는 단계와, 냉각수온이 설정된 온도 이하인지 판단하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, preferably, the step of determining whether the engine is started for the first time is characterized in that it comprises the step of comparing the number of engine startup with the set number of times, and determining whether the coolant temperature is lower than the set temperature.
본 발명에 따른 하드타입 하이브리드 차량의 배기가스 저감 방법은 엔진 첫 시동시 별도의 하드웨어를 추가하지 않고도 가솔린 차량보다 배기가스 저감이 효율적으로 이루어지는 장점이 있으며,Exhaust gas reduction method of the hard type hybrid vehicle according to the present invention has the advantage that the exhaust gas reduction is more efficient than the gasoline vehicle without adding additional hardware at the first start of the engine,
배기가스 후처리 시스템인 촉매의 사양 및 SULEV 배기규제를 위한 VCM 또는 12홀 인젝터 등의 사양을 생략할 수 있다. Specifications for catalysts, exhaust gas aftertreatment systems, and specifications for VCM or 12-hole injectors for SULEV emission regulation can be omitted.
또한, 가솔린 차량을 위한 촉매보다 가격이 저렴한 촉매와 4홀 인젝터를 사용하고, VCM을 생략하고도 북미 SULEV 규정을 맞출 수 있어 경제성이 향상되는 효과를 얻을 수 있으며,In addition, by using catalysts and four-hole injectors, which are less expensive than those for gasoline vehicles, and by eliminating VCM, North American SULEV regulations can be met.
ISG를 이용하여 엔진을 회전시키면 연료분사 전에도 캠 제어가 가능하여, 캠 활성화에 의한 성능향상을 얻을 수 있다.When the engine is rotated using ISG, cam control can be performed even before fuel injection, thereby improving performance by cam activation.
그리고, 본 발명은 배기가스를 효과적으로 감소시킴으로써 북미 SULEV 배기규제를 더욱 만족시켜 상품성을 높임으로써 미국과 같이 배기규제가 엄격한 나라에서의 홍보를 확대할 수 있다.In addition, the present invention is by reducing the exhaust gas can be effectively expanded the promotion of the country in the strict emission standards, such as the United States by increasing the marketability to further meet the SULEV emission standards in North America.
또한, HCU 및 ECU 등의 협조 제어로 즉시 실시 가능할 것으로 기대할 수 있 다.In addition, it can be expected to be immediately implemented by cooperative control of HCU and ECU.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. In the description, overlapping descriptions of the same parts as the related art may be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 하드타입 하이브리드 차량에서 엔진 첫 시동 후 촉매가 활성화되기 전에 촉매 전단에서 발생하는 배기가스 양을 저감하기 위하여, ISG(Integrated Starter Generator)를 이용하여 흡기캠을 활성화시킴으로써 연료가 분사되기 전에 흡기캠을 목표치로 진각시켜 연료의 기화를 촉진시켜 더욱 원활하게 한다.In order to reduce the amount of exhaust gas generated at the front end of the catalyst before the catalyst is activated after the first start of the engine in the hard type hybrid vehicle, the intake air is injected before fuel is injected by activating the intake cam using an integrated starter generator (ISG). Advance the cam to the target to promote vaporization of the fuel to make it smoother.
첨부한 도 3은 엔진클러치가 구비된 하드타입 하이브리드 차량의 개략적인 시스템 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하드타입 하이브리드 차량의 흡기캠 진각을 위한 제어 흐름도이다.FIG. 3 is a schematic system configuration diagram of a hard type hybrid vehicle equipped with an engine clutch, and FIG. 4 is a control flowchart for advancing an intake cam of the hard type hybrid vehicle according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 하드타입 하이브리드 차량은 주 동력원인 엔진과 보조 동력원인 모터가 구성되며, 엔진 냉간 시동 및 재시동시 엔진을 회전시키기 위한 ISG가 구성되고, 상기 엔진과 모터 사이에 구성되는 엔진클러치를 오픈(open)하여 상기 모터만으로 차량을 구동하는 EV(Electric Vehicle) 모드 주행이 가능한 구조로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the hard type hybrid vehicle includes an engine as a main power source and a motor as an auxiliary power source, an ISG configured to rotate the engine during engine cold start and restart, and is configured between the engine and the motor. Opening the engine clutch (open) is made of a structure capable of driving EV (Electric Vehicle) mode to drive the vehicle with only the motor.
이러한 하이브리드 차량에는 차량 전반의 제어를 담당하는 차량 제어기(Hybrid Control Unit, 이하 "HCU"라 함)가 탑재되어 있고, 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있다.The hybrid vehicle is equipped with a vehicle controller (Hybrid Control Unit, hereinafter referred to as "HCU") that controls the overall vehicle, and has a controller for each device constituting the system.
예컨대, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, 이하 "ECU"라 함), 전기모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 배터리의 작동을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS), 실내 온도 제어를 담당하는 에어컨 제어기(Full Auto Temperature Controller, FATC) 등이 구비되어 있다.For example, an engine control unit (ECU), which controls the first half of the engine operation, a motor control unit (MCU) controlling the first half of the electric motor operation, a transmission controller (Transmission) controlling the transmission The control unit (TCU), a battery management system (Battery Management System (BMS)) for controlling the operation of the battery, the air conditioning controller (Full Auto Temperature Controller, FATC) in charge of room temperature control is provided.
이러한 제어기들은 HCU를 중심으로 고속 CAN 통신라인(예, 500kbps)으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.These controllers are connected to a high-speed CAN communication line (eg 500kbps) around the HCU, and the upper controller transmits commands to the lower controller while exchanging information between the controllers.
즉, 하이브리드 차량에서는 HCU를 상위 제어기로 하여 이를 포함한 복수개의 제어기들이 상호 간에 협조제어를 수행한다.That is, in a hybrid vehicle, a plurality of controllers including the HCU as the upper controller perform cooperative control with each other.
이와 같은 하이브리드 차량은 엔진 첫 시동 시 연료가 분사되기 전에 ISG를 이용하여 엔진회전수를 수백 rpm 이상으로 상승시키는 것이 가능하다. 따라서 엔진의 첫 시동시 ISG를 이용하여 일정시간(약 2~3초간) 동안 엔진을 설정치(예를 들면 1000rpm 이상)로 회전동작시키면 엔진에 목표치 이상의 유압이 생성되어 캠이 활성화된다.In such hybrid vehicles, the engine speed can be increased to several hundred rpm by using ISG before fuel is injected at the first start of the engine. Therefore, when the engine is rotated at a set value (for example, 1000 rpm or more) for a predetermined time (about 2 to 3 seconds) by using the ISG at the first start of the engine, the engine generates hydraulic pressure above the target value and activates the cam.
여기서 캠 활성화라는 의미는 엔진의 흡기 또는 배기측 캠이 동작 가능하다 는 것으로서, 통상 엔진 유압이 설정 압력(예를 들면, 1bar, 1000rpm) 이상이어야 하며, 엔진이 설정 압력 이상이 되기 위해서는 엔진 오일이 온도 조건에 따라 일정 시간 이상 경과해야 한다.Here, the cam activation means that the intake or exhaust side cam of the engine can be operated. Normally, the engine oil pressure must be higher than or equal to the set pressure (for example, 1 bar and 1000 rpm). Depending on the temperature conditions, it must pass more than a certain time.
이렇게 ISG를 이용하여 엔진을 회전시키면 엔진 오일 온도가 상승하게 되고, 상승하는 오일 온도에 따라 일정 시간이 경과하면 유압이 상승하면서 흡기캠이 동작가능하게 활성화된다.When the engine is rotated using the ISG, the engine oil temperature is increased, and after a predetermined time according to the rising oil temperature, the oil pressure increases and the intake cam is operably activated.
그럼 ECU가 흡기캠을 동작시키기 위해 OCV(Oil Control Solenoid Valve)를 동작시켜 흡기캠을 목표치까지 진각(advance)하도록 오일 압력을 제어한다. 이렇게 흡기캠이 진각하여 밸브 오버랩(overlap of valves)이 적절하게 형성되면, HCU의 연료분사 명령에 따라 ECU가 연료를 분사시켜 엔진을 점화하게 된다.The ECU then controls the oil pressure to advance the intake cam to the target by operating an oil control solenoid valve (OCV) to operate the intake cam. When the intake cam is advanced and the valve overlap is properly formed, the ECU injects fuel according to the fuel injection command of the HCU to ignite the engine.
이와 같이 하드타입 하이브리드 차량에서는 ISG를 이용하여 캠을 먼저 동작시킨 후 HCU에서 ECU로 연료 분사 명령을 보내어 엔진을 점화하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.As described above, in a hard type hybrid vehicle, the cam is operated first using the ISG, and then a fuel injection command is sent from the HCU to the ECU to ignite the engine.
1. ECU가 연료를 분사시키기 전에 흡기캠을 진각시켜 엔진의 실압축비가 증대됨으로 인하여 첫 연료분사에 의한 폭발시 엔진 실린더 내부에서 압축비 증가에 의한 완전 연소 유도가 가능하여 기존보다 적은 연료로 기존과 동일한 연소안전성을 확보할 수 있다.1. The engine's actual compression ratio is increased by advancing the intake cam before the ECU injects fuel, so when the explosion is caused by the first fuel injection, it is possible to induce complete combustion by increasing the compression ratio inside the engine cylinder. The same combustion safety can be secured.
2. 엔진 첫 시동시에도 흡기캠을 진각하여 밸브 오버랩에 의한 배기가스의 저감이 가능하다.2. Even when the engine is started for the first time, the intake cam is advanced to reduce exhaust gas by valve overlap.
3. 엔진 첫 시동시 연료가 분사되기 전에 ISG의 동력 보조를 받아 기준치 이 상의 엔진 RPM으로 제어함으로써 엔진 부압을 충분히 확보한 상태에서 연료 분사가 가능하여 흡기측 월 웨팅(Wall-Wetting) 양을 줄일 수 있어 배기가스의 저감이 가능하다.3. When the engine is started for the first time, before the fuel is injected, ISG power assistance is used to control the engine RPM above the reference value to enable fuel injection with sufficient engine negative pressure to reduce the amount of inlet wall wetting. It is possible to reduce the exhaust gas.
도 5는 본 발명에 따른 흡기캠 진각 로직의 적용 유/무에 따른 촉매 전단에 HC 배기가스 농도를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the HC exhaust gas concentration at the front end of the catalyst with or without the application of the intake cam advance logic according to the present invention.
실제로 하드타입 하이브리드 차량에서 ISG를 이용할 시, 도 5와 같이 엔진 첫 시동 후 약 3초간은 캠 진각 유/무에 따라 촉매 전단에서의 HC 배기가스의 농도 기울기 및 최대값이 발생하는 시간이 다르게 되며, 시동 후 약 3초 이후에는 캠 진각에 의한 밸브 오버랩의 각도가 서로 달라서 촉매 전단의 HC 배기가스 양이 달라지게 된다. In fact, when ISG is used in a hard type hybrid vehicle, as shown in FIG. 5, the gradient of the concentration of HC exhaust gas at the front end of the catalyst and the time at which the maximum value occurs vary depending on whether the cam is advanced or not. After about 3 seconds after starting, the angle of valve overlap due to cam advance is different so that the amount of HC exhaust gas at the front end of the catalyst is different.
즉, 도 5에 나타난 바와 같이, 촉매 활성화(촉매 히팅) 전에 발생하는 촉매 전단의 배기가스의 농도가 배기가스 발생량에 큰 영향을 미치므로, 엔진 시동 후 연료가 분사되기 전에 곧바로 흡기캠을 진각시켜 촉매 히팅 구간(약 20초) 동안 캠 진각에 의한 밸브 오버랩 각도에 따라 촉매 전단의 HC 배기가스에 차이가 발생하게 되고, 따라서 본 발명에 따라 ISG를 이용하여 캠을 진각시킨 경우 촉매 전단에 배기가스 농도 기울기가 더 완만하여 최대값이 더 늦게 발생하여 배기가스 량이 저감되는 것을 확인할 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, since the concentration of exhaust gas at the front end of the catalyst generated before the catalyst activation (catalyst heating) has a great influence on the amount of generated exhaust gas, the intake cam is advanced immediately before the fuel is injected after the engine is started. During the catalyst heating section (approximately 20 seconds), a difference occurs in the HC exhaust gas at the front end of the catalyst depending on the valve overlap angle due to the cam advancing. Therefore, when the cam is advanced by using the ISG according to the present invention, the exhaust gas at the front end of the catalyst It can be seen that the concentration gradient is more gentle and the maximum value occurs later to reduce the amount of exhaust gas.
도 6은 본 발명에 따른 캠 진각 로직을 적용하지 않은 하이브리드 차량의 흡기캠 동작시점 및 밸브 오버랩 각도를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 캠 진각 로직을 적용한 하이브리드 차량의 흡기캠 동작시점 및 밸브 오버랩 각도를 나타낸 그래프이다.6 is a graph illustrating an intake cam operation time and a valve overlap angle of a hybrid vehicle not applying the cam advance logic according to the present invention, and FIG. 7 is an intake cam operation time of the hybrid vehicle to which the cam advance logic is applied according to the present invention; A graph showing the valve overlap angle.
도 6의 경우 엔진 시동 후 곧바로 연료분사를 수행하여, 엔진 시동 후 캠이 활성화되기 위한 시간이 경과한 후에야 캠 진각이 수행될 수 있음을 나타내며, 도 7의 경우 ISG를 이용하여 엔진을 공회전시켜 엔진에 캠이 활성화되기 위한 유압을 형성함으로써 흡기캠이 목표하는 위치까지 진각하도록 동작하여 적절한 밸브 오버랩을 형성한 후 HCU의 명령에 따라 ECU가 연료를 분사하도록 함을 나타낸다. In the case of FIG. 6, the fuel injection is performed immediately after starting the engine, indicating that the cam advance may be performed only after a time for activating the cam after starting the engine. In the case of FIG. By forming a hydraulic pressure in the cam to activate the intake cam, the intake cam is operated to advance to the desired position to form an appropriate valve overlap, thereby instructing the ECU to inject fuel at the command of the HCU.
도 6 및 도 7에서 알 수 있듯이, 엔진 냉간 시동시 ISG를 이용하여 연료가 분사되기 전에 흡기캠을 진각시킴으로써 흡기 속도를 증가시켜 촉매가 활성화되기 전 촉매 전단의 배기가스를 저감할 수 있다.As can be seen in Figures 6 and 7, by increasing the intake rate by advancing the intake cam before the fuel is injected by using the ISG during the engine cold start, it is possible to reduce the exhaust gas of the front end of the catalyst before the catalyst is activated.
상기와 같은 제어는 전술한 바와 같이 HCU를 포함한 복수 개의 제어기들이 상호 간에 협조제어를 통해 수행한다.As described above, the control is performed by the plurality of controllers including the HCU through cooperative control.
이하, 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 제어동작을 정리하면 다음과 같다.Hereinafter, the control operation for reducing the exhaust gas according to the present invention is summarized as follows.
하드타입 하이브리드 차량의 엔진 냉간에서 첫 시동 후 HCU가 ECU에 연료분사 신호를 보내기 전에 ISG를 이용하여 엔진의 흡기캠이 동작 가능할 때까지 엔진을 공회전시킨다.After cold start, the ISG is used to idle the engine until the engine's intake cam is operational after the initial start-up of the cold engine of the hard type hybrid vehicle.
엔진의 공회전으로 충분한 오일 압력이 형성되어 흡기캠이 동작 가능하게 되면, EMS(Engine Management System) ECU가 흡기캠의 활성화를 인식하여 흡기캠을 동작시키기 위해 OCV를 동작시켜 엔진 오일 압력으로 흡기캠이 목표하는 위치까지 진각하도록 제어하고, HCU에 흡기캠 진각 완료 신호를 전송한다.When sufficient oil pressure is formed by idling the engine and the intake cam is enabled, the EMS (Engine Management System) ECU recognizes the activation of the intake cam and operates the OCV to operate the intake cam. Control to advance to the target position, and transmits the intake cam advance complete signal to the HCU.
HCU는 흡기캠 진각 완료 신호를 받은 후 EMS ECU에 연료분사 명령을 전달하고 ECU는 연료를 분사하게 되는데, 이때 흡기캠의 진각에 따라 밸브 오버랩이 최적화되어 있으므로 흡기 속도가 증가하여 흡기량이 증대되면서 연료의 기화가 촉진되어 완전연소가 가능하게 된다.The HCU sends a fuel injection command to the EMS ECU after receiving the intake cam advance completion signal, and the ECU injects fuel.In this case, the valve overlap is optimized according to the advance of the intake cam. The gasification of the gas is accelerated to allow complete combustion.
이에 따라, 미연소 가스가 감소하고 배출되는 배기가스 양도 줄어들게 된다.Accordingly, unburned gas is reduced and the amount of exhaust gas emitted is also reduced.
이와 같은 제어동작에 있어서 냉각수온을 설정치와 비교하여 엔진 냉간 시동 여부를 확인한다.In such a control operation, the cooling water temperature is compared with the set value to determine whether the engine is cold started.
도 1은 배출가스 시험모드인 FTP 75 모드 주행시 하이브리드 차량의 누적 HC량을 나타낸 그래프,1 is a graph showing the cumulative HC amount of the hybrid vehicle when the FTP 75 mode driving exhaust gas test mode,
도 2는 하이브리드 차량의 FTP 75 모드 주행 초기에 촉매 전단(before catalyst) 및 후단(after catalyst)의 HC 농도를 나타낸 그래프,FIG. 2 is a graph showing HC concentrations of catalysts before and after catalysts at the beginning of FTP 75 mode driving of a hybrid vehicle; FIG.
도 3은 엔진클러치가 구비된 하드타입 하이브리드 차량의 개략적인 시스템 구성도, 3 is a schematic system configuration diagram of a hard type hybrid vehicle equipped with an engine clutch;
도 4는 본 발명에 따른 하드타입 하이브리드 차량의 흡기캠 진각을 위한 제어 흐름도,4 is a control flowchart for advancing an intake cam of a hard type hybrid vehicle according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 흡기캠 진각 로직의 적용 유/무에 따른 촉매 전단에 HC 배기가스 농도를 나타낸 그래프,5 is a graph showing the HC exhaust gas concentration at the front end of the catalyst with or without the application of intake cam advance logic according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 캠 진각 로직을 적용하지 않은 하이브리드 차량의 흡기캠 동작시점 및 밸브 오버랩 각도를 나타낸 그래프,6 is a graph showing the intake cam operation time and the valve overlap angle of the hybrid vehicle without applying the cam advance logic according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 캠 진각 로직을 적용한 하이브리드 차량의 흡기캠 동작시점 및 밸브 오버랩 각도를 나타낸 그래프.7 is a graph showing the intake cam operation time and the valve overlap angle of the hybrid vehicle to which the cam advance logic according to the present invention is applied.
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