KR20160066241A - 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법 - Google Patents

하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법에 의하면, 흡기매니폴드의 압력을 감지하는 단계, 대기압에서 상기 흡기매니폴드을 차감하여 그 차이값을 연산하는 단계, 상기 흡기매니폴드를 통해서 공급되는 외기와 연료를 연소시켜서 회전력을 발생시키는 내연기관의 운전부하를 판단하는 단계, 및 상기 차이값이 설정값 이하인 것으로 판단되고, 상기 내연기관의 운전부하가 설정값 이하인 것으로 판단되면, 상기 내연기관의 회전수에 따라서 상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법{EXHAUST GAS PROCESSING DEVICE}
본 발명은 모터와 내연기관을 모두 동력원으로 사용하고, 내연기관에서 배기가스를 흡기라인으로 재순환시켜서, 화석 연료의 소모를 줄이고 환경을 보호하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차는 내연기관과 모터를 결합하여, 운행조건에 따라서 내연기관이 구동휠을 회전시키거나, 모터가 구동휠을 회전시키거나, 내연기관과 모터가 구동휠을 회전시키는 구조를 가지며, 회생 제동을 통해서 에너지의 효율을 높이는 구조를 갖는다.
아울러, 하이브리드 자동차에 배기가스 재순환 시스템(exhaust gas recirculation system)이 적용되어, 내연기관의 배기측에서 흡기측으로 배기가스를 재순환시켜서 연료소모를 줄이고, 배기가스에 포함된 유해물질을 줄일 수 있다.
한편, 일반엔진과는 다르게 하이브리드 자동차(HEV)의 내연기관은 연료의 연소효율을 높이기 위해서 엔진 제동평균 유효압력(Brake mean effective presusre) 7bar영역에서 운전되도록 제어되고, 연료소모를 줄이기 위해서 흡입 압축과정에서 아킨슨 싸이클(Atkinson cycle)을 적용하기 때문에, 일반적인 엔진에 비해서 흡기매니폴드의 압력이 비교적 높게 형성된다.
그리고, 배기라인에서 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키면, 신기의 유입과 함께 스로틀밸브를 더 열기 때문에, 상기 흡기매니폴드의 압력이 더욱 상승할 수 있다.
따라서, 재순환 배기가스의 양을 제어하는 이지알밸브(EGR valve)의 전후단 압력차이가 설정값(예를 들어, 0.9) 이상인 경우에, 재순환배기가스의 흐름이 급격하게 변동되어 이지알 밸브의 개도율 제어의 안정성이 떨어질 수 있다.
또한, 이에 대한 문제를 해결하기 위해서 상기 이지알밸브를 폐쇄할 경우에 연료소모가 늘고, 배기가스의 품질이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 흡기매니폴드의 압력이 상승하더라도 이지알밸브를 안정적으로 제어하여 배기가스를 안정적으로 재순환시킴으로써, 연료소모를 줄이고 배기가스의 품질을 향상시킬 수 있는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법에 의하면, 흡기매니폴드의 압력을 감지하는 단계, 대기압에서 상기 흡기매니폴드을 차감하여 그 차이값을 연산하는 단계, 상기 흡기매니폴드를 통해서 공급되는 외기와 연료를 연소시켜서 회전력을 발생시키는 내연기관의 운전부하를 판단하는 단계, 및 상기 차이값이 설정값 이하인 것으로 판단되고, 상기 내연기관의 운전부하가 설정값 이하인 것으로 판단되면, 상기 내연기관의 회전수에 따라서 상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 차이값이 설정값 이하인 것으로 판단되고, 상기 내연기관의 운전부하가 설정값 보다 큰 것으로 판단되면, 상기 이지알밸브의 개도량을 0으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 차이값이 설정값 보다 큰 것으로 판단되면, 이지알밸브를 정상적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 내연기관의 운전부하는 총 운전부하에서 모터의 운전부하를 차감하여 하이브리드컨트롤유닛(HCU)에 의해서 연산될 수 있다.
상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계에서, 상기 내연기관의 흡기 및 배기밸브의 열림타이밍은 상기 내연기관의 회전수에 따라서 미리 설정될 수 있다.
상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계에서, 상기 내연기관의 점화시기는 상기 이지알밸브의 개도량이 0인 것을 기준으로, 상기 이지알밸브의 개도량에 따라서 미리 설정될 수 있다.
상기 이지알밸브의 개도량을 0으로 제어하는 단계에서, 상기 내연기관의 흡기 및 배기밸브의 열림타이밍은 상기 내연기관의 최대부하에 따라서 설정될 수 있다
상기 이지알밸브의 개도량을 0으로 제어하는 단계에서, 상기 내연기관의 점화시기는 상기 이지알밸브의 개도량이 0인 조건에서 설정될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 흡기매니폴드의 압력이 설정값 이상으로 상승할 경우에, 엔진의 회전수에 따라서 미리 설정된 개도율로 이지알밸브를 제어함으로서, 비교적 넓은 운전조건에서 배기가스를 안정적으로 재순환시킴으로써, 연료소모를 줄이고 배기가스의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 구비한 하이브리드 자동차의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 유량을 연산하는 수식을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡기매니폴드의 압력에 따른 이지알밸브의 개도를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명과 관련된 흡기매니폴드의 압력에 따른 이지알밸브의 개도를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 구비한 하이브리드 자동차의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차는 하이브리드제어유닛(100), 내연기관(130), 구동모터(135), 구동휠(140), 점화시기가변기구(110), 밸브작동타이밍기구(115), 이지알밸브(120), 및 스로틀밸브(125)를 포함한다.
상기 내연기관(130)은 외기와 연료를 연소실에서 연소시켜 피스톤의 왕복운동을 크랭크샤프트의 회전력으로 전환시키고, 이를 상기 구동휠(140)로 전달하고, 상기 구동모터(135)는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용하여 회전력을 발생시키고 상기 구동휠(140)로 전달한다.
상기 점화시기가변기구(110)는 상기 내연기관(130)의 운행조건에 따라서 상기 내연기관(130)의 점화시기를 가변시키고, 상기 밸브작동타이밍기구(115)는 상기 내연기관(130)의 운행조건에 따라서 캠샤프트의 회전을 진각 또는 지각시켜 흡기밸브 및 배기밸브의 열림/폐쇄 시기를 제어한다.
아울러, 상기 이지알밸브(120)는 이지알라인을 통해서 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 배기가스의 흐름을 제어하며, 상기 스로틀밸브(125)는 상기 내연기관(130)으로 공급되는 공기의 흐름을 제어한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하이브리드제어유닛(100)(HCU; hybrid control unit)은 상기 점화시기가변기구(110), 상기 밸브작동타이밍기구(115), 상기 이지알밸브(120), 상기 스로틀밸브(125), 상기 내연기관(130), 및 상기 구동모터(135)를 제어한다.
또한, 상기 하이브리드제어유닛(100)은 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S201에서 제어가 시작되고, S200에서 흡기매니폴드의 압력을 감지한다.
상기 흡기매니폴드는 상기 내연기관(130)의 흡기측에 배치되고, 그 일측은 외기를 공급받고, 그 타측은 연소실과 연결된다. 통상적으로, 상기 연소실에서 외기를 흡입하는 동작을 통해서 상기 흡기매니폴드의 내부에는 대기압보다 낮은 압력이 형성된다.
아울러, 상기 내연기관(130)에서 배출되는 배기가스의 일부는 이지알라인(EGR line)의 이지알밸브(EGR valve)를 통해서 상기 흡기매니폴드 측으로 재순환되는데, 상기 흡기매니폴드의 내부 압력이 높아지는 경우에, 이지알가스(EGR gas)가 불 균일하게 공급될 수 있다.
예를 들어, 아킨슨 사이클(Atkinson cycle) 엔진의 경우에, 압축행정에서 흡기밸브의 닫힘 시기를 지각시킴으로써, 전체적으로 상기 흡기매니폴드의 압력이 상승될 수 있다. 상기 흡기매니폴드의 압력은 압력센서를 통해서 감지되거나, 운행조건에 따라서 미리 설정된 맵데이터에서 선택될 수 있다.
따라서, S210에서 대기압에서 상기 흡기매니폴드의 압력을 차감하여 대기압과 상기 흡기매니폴드 사이에 압력차이값을 연산하고, 이러한 압력차이값이 미리 설정된 설정값보다 큰지 판단한다.
그리고, 상기 압력차이값이 상기 미리설정된 설정값보다 큰 것으로 판단되면, S220에서 상기 이지알밸브(120)를 정상모드로 제어한다.
본 발명의 실시예에서, 운행조건에 따라서 미리 설정되는 이지알가스유량(재순환 배기가스 유량), 이지알밸브(120)의 전단압력, 이지알밸브(120)의 전단온도, 및 이지알밸브(120)의 전후단 압력비를 통해서 상기 이지알밸브(120)의 유효단면적(열림)을 연산하고, 이를 통해서 상기 이지알밸브(120)의 개도율을 제어한다.
아울러, 흡기밸브 및 배기밸브의 열림타이밍은 재순환 배기가스 유량이 0인 상태를 기준으로, 재순환 배기가스 유량에 따라서 보정된 보정맵에 의해서 미리 설정된다.
또한, 점화시기는 재순환 배기가스 유량이 0인 상태를 기준으로, 재순환 배기가스 유량에 따라서 보정된 보정맵에 의해서 미리 설정된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 압력차이값이 상기 미리설정된 설정값보다 작은 것으로 판단되면, S230에서 상기 하이브리드제어유닛(100)은 페달요구값이 미리 설정된 설정값보다 작은지 판단한다. 상기 페달요구값은 상기 구동모터의 부하를 제외한, 상기 내연기관의 부하와 대응된다.
상기 페달요구값이 설정값보다 작은 것으로 판단되면, S240에서 상기 이지알밸브(120)를 고정적으로 제어한다. 즉, 상기 이지알밸브(120)의 개도율을 상기 내연기관(130)의 회전수와 대응하여 미리 설정된 수치로 제어한다.
아울러, 흡기 및 배기밸브의 열림타이밍도 상기 내연기관(130)의 회전수와 대응하여 미리 설정되고, 점화시기는 재순환 배기가스 유량이 0인 상태를 기준으로, 재순환 배기가스 유량에 따라서 보정된 보정맵에 의해서 미리 설정된다.
또한, 상기 페달요구값이 설정값 이상인 것으로 판단되면, S240에서 상기 이지알밸브(120)를 폐쇄한다. 즉, 상기 이지알밸브(120)의 개도율을 0으로 제어한다.
아울러, 흡기 및 배기밸브의 열림타이밍은 상기 내연기관(130)의 최대부하 조건에 대응하는 보정맵을 적용하고, 점화시기도 상기 내연기관(130)의 최대부하 조건에 대응하는 보정맵을 적용한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 유량을 연산하는 수식을 보여준다.
도시한 바와 같이, 재순환 배기가스 유량(EGR 유량)은 이지알밸브(120)의 유효단면적, 이지알(EGR)밸브(120)의 전단압력, 이지알밸브(120)의 전단온도(또는 전단 가스 온도), 및 이지알밸브(120)의 전후단 압력비에 의해서 연산될 수 있다.
여기서, EGR 유량이 선택되고, EGR밸브(120)의 전단압력, EGR밸브(120)의 전단온도, 및 EGR밸브(120) 전후단 압력비가 감지되고, 상기 EGR밸브(120)의 유효단면적이 연산될 수 있다. 따라서, 상기 유효단면적에 대응하여 상기 이지알밸브(120)의 개도율이 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡기매니폴드의 압력에 따른 이지알밸브(120)의 개도를 보여주는 그래프이고, 가로축은 흡기매니폴드의 압력을 나타내고, 세로축은 이지알밸브(120)의 개도율을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 흡기매니폴드의 압력이 상승하여 대기압과의 차이값이 설정값보다 작을 경우에, 상기 이지알밸브(120)의 개도량을 고정시키거나 내연기관(130)의 회전수에 따라서 고정적으로 제어함으로써, 이지알가스의 유량을 안정적으로 공급할 수 있다. 따라서, 연료소모를 줄이고 배기가스의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명과 관련된 흡기매니폴드의 압력에 따른 이지알밸브의 개도를 보여주는 그래프이고, 가로축은 흡기매니폴드의 압력을 나타내고, 세로축은 이지알밸브의 개도율을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 흡기매니폴드의 압력이 상승하여 대기압과의 차이값이 설정값 작을 경우에, 상기 이지알밸브(120)의 개도량을 0을 제어하기 때문에, 설정된 운행조건에서 연료의 소모량이 증가할 수 있고, 배기가스의 품질이 저하될 수 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.
100: 하이브리드제어유닛(HCU) 110: 점화시기가변기구
115: 밸브작동타이밍기구 120: 이지알밸브(EGR valve)
125: 스로틀밸브 130: 내연기관
135: 구동모터 140: 구동휠

Claims (8)

  1. 흡기매니폴드의 압력을 감지하는 단계;
    대기압에서 상기 흡기매니폴드을 차감하여 그 차이값을 연산하는 단계;
    상기 흡기매니폴드를 통해서 공급되는 외기와 연료를 연소시켜서 회전력을 발생시키는 내연기관의 운전부하를 판단하는 단계; 및
    상기 차이값이 설정값 이하인 것으로 판단되고, 상기 내연기관의 운전부하가 설정값 이하인 것으로 판단되면, 상기 내연기관의 회전수에 따라서 상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  2. 제1항에서,
    상기 차이값이 설정값 이하인 것으로 판단되고, 상기 내연기관의 운전부하가 설정값 보다 큰 것으로 판단되면, 상기 이지알밸브의 개도량을 0으로 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  3. 제1항에서,
    상기 차이값이 설정값 보다 큰 것으로 판단되면, 이지알밸브를 정상적으로 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  4. 제1항에서,
    상기 내연기관의 운전부하는 총 운전부하에서 모터의 운전부하를 차감하여 하이브리드컨트롤유닛(HCU)에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  5. 제1항에서,
    상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계에서,
    상기 내연기관의 흡기 및 배기밸브의 열림타이밍은 상기 내연기관의 회전수에 따라서 미리 설정된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  6. 제1항에서,
    상기 이지알밸브의 개도량을 설정값으로 제어하는 단계에서,
    상기 내연기관의 점화시기는 상기 이지알밸브의 개도량이 0인 것을 기준으로, 상기 이지알밸브의 개도량에 따라서 미리 설정된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  7. 제2항에서,
    상기 이지알밸브의 개도량을 0으로 제어하는 단계에서,
    상기 내연기관의 흡기 및 배기밸브의 열림타이밍은 상기 내연기관의 최대부하에 따라서 설정된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
  8. 제2항에서,
    상기 이지알밸브의 개도량을 0으로 제어하는 단계에서,
    상기 내연기관의 점화시기는 상기 이지알밸브의 개도량이 0인 조건에서 설정된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배기가스 재순환 제어방법.
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