KR20180072185A - 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 관한 것으로서, 캐니스터 퍼지량 확보 및 OBD 진단의 문제점을 개선할 수 있으면서도 차량의 연비 향상을 위한 흡/배기 캠 제어가 가능해지는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 연비 향상을 위한 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블과, 엔진 부압 성능 증대를 위한 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 구분하여 구비하고, 상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와 일반 흡/배기 캠 제어 모드 중 캐니스터 로딩량과 흡기 캠 및 배기 캠 진단 완료 여부에 따라 어느 하나의 제어 모드를 선택하며, 상기 선택된 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 이용하여 흡기 캠 및 배기 캠의 위치 제어값을 결정한 후 상기 결정된 위치 제어값에 따라 흡기 캠 및 배기 캠의 위치가 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법{Control method for engine variable valve timing of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐니스터 퍼지량 확보 및 OBD 진단 측면의 문제점을 개선할 수 있으면서도 차량의 연비 향상을 위한 흡/배기 캠 제어가 가능해지는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 관한 것이다.
내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 생성한다.
공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 흡기포트를 통해 연소실에 흡입되도록 한다.
또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valves)를 작동시키고, 배기밸브가 열려있는 동안 배기포트를 통해 연소실 내 가스가 외부로 배출되도록 한다.
그런데, 엔진의 회전수나 부하 등의 운전 조건에 따라 최적의 흡기밸브/배기밸브 개폐시점 및 개방시간이 달라진다.
즉, 엔진의 회전수에 따라 적절한 밸브 오프닝(opening)/클로징(closing) 타이밍이 달라지는 것이다.
따라서, 밸브 타이밍을 지각시키거나 진각시키는 기술이 소개되었고, 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 타이밍을 조절함으로써 연소 효율을 향상시킬 수 있다.
이에 엔진의 운전 조건에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위한 장치로, 흡기밸브 또는 배기밸브가 개폐되는 위상을 변화시키는 가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing, VVT) 장치가 이용되고 있다.
이는 저속에서 고속까지 최적의 밸브 타이밍을 위해 캠축을 회전시켜 크랭크축에 대한 캠축의 위상 및 밸브의 위상을 변화시킴으로써 밸브 개폐시기를 최적으로 제어할 수 있고, 그에 따라 연비 향상, 배출가스 저감, 저속 토크 증대 및 엔진 출력 향상의 효과를 제공한다.
즉, VVT 장치가 적용된 엔진에서는 흡/배기밸브의 밸브 오버랩(valve overlap)을 증대시켜 펌핑 로스(pumping loss)를 저감시킬 수 있으므로 펌핑 로스 저감에 따른 연비 향상의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 엔진의 운전 조건에 따른 밸브 오버랩의 최적화가 가능하여 내부 EGR에 의한 미연소가스의 재연소 효과로 배출가스 저감의 효과가 있게 되고, 흡기밸브의 타이밍 최적화로 체적효율을 증대시킬 수 있으므로 저속 토크 증대 및 엔진 출력 향상의 효과가 있게 된다.
상기와 같은 VVT 장치가 적용된 엔진에서 엔진 동력 성능 보조를 위한 VVT 제어의 예를 들면, 엔진의 전 부하(full load) 및 고부하 영역에서 흡기 및 배기 캠을 진각하여 밸브 오버랩을 증대시킴으로써 엔진의 흡기 성능을 개선한다.
또한, 저부하 영역에서는 흡기 및 배기 캠을 지각하여 밸브 오버랩을 감소시키고, 엔진 아이들 및 연비 제어 성능을 확보한다.
그리고, 중부하 조건에서는 연비와 동력 성능의 트레이드-오프(trade-off) 영역 관리를 고려한 VVT 제어가 수행된다.
흡/배기 캠을 진각하면 밸브 오버랩이 증가하고, 밸브 오버랩이 증가하면 엔진 부압이 증가함과 더불어 엔진 출력이 증가한다.
반대로, 흡/배기 캠을 지각 위치(진각을 시키지 않음)로 제어하면 밸브 오버랩이 감소하고, 밸브 오버랩이 감소하면 엔진 부압이 감소함과 더불어 엔진 출력이 감소한다.
한편, 차량 구동원으로 엔진과 전기모터를 사용하는 하이브리드 차량에서도 엔진 운전 조건에 따라 흡/배기 캠축의 위치를 제어하는 VVT 기술이 적용되고 있다.
즉, 차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 운전자 요구 토크가 결정되고, 운전자 요구 토크를 만족하는 엔진 토크와 모터 토크가 결정된 후, 상기 결정된 엔진 토크(또는 흡입공기량)와 현재의 엔진 회전수로부터 캠축 위치 제어값이 결정되면, 상기 결정된 위치 제어값에 따라 VVT 장치의 액추에이터를 작동시켜 흡/배기 캠축의 위치를 제어하고 있는 것이다.
이때, 흡/배기 캠의 위치 제어값은, 엔진 토크와 엔진 회전수에 따라 흡/배기 캠의 진각 위치가 미리 설정되어 있는 제어기(Engine Control Unit, ECU) 내 설정데이터(테이블 또는 맵)에 의해 결정된다.
그러나, 설정데이터에 설정되는 제어값, 즉 흡/배기 캠축의 위치 설정값은 OBD 진단 및 엔진 흡기부압 제어를 위해 제한을 받게 된다.
여기서, 엔진의 흡기부압 제어는 증발가스 법규 대응을 위한 캐니스터 퍼지 제어를 위해 필요한 것이다.
만약, 하이브리드 차량에서 흡/배기 캠을 일부 영역(예를 들어 전 부하(full load) 영역)을 제외한 대부분의 일반 운전영역에서 연비 극대화를 위해 최대 지각 위치(즉 진각을 시키지 않는 위치)로 제어한다면(운전자 요구 토크에 부족한 출력은 모터 출력(motor assist)으로 보상), 연비 향상은 가능하지만, 엔진 부압 발생을 감소시키므로, 미국 FTP(Federal Test Procedure) 인증 모드 주행 시 엔진 부압 발생 감소에 따른 캐니스터 퍼지량 부족으로 인해 증발가스 규제 불만족이나, VVT 진단 조건 불만족 및 그에 따른 OBD(Onboard Diagnostics) 진단 불가 등의 문제가 있게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 캐니스터 퍼지량 확보 및 OBD 진단의 문제점을 개선할 수 있으면서도 차량의 연비 향상을 위한 흡/배기 캠 제어가 가능해지는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 연비 향상을 위한 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블과, 엔진 부압 성능 증대를 위한 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 구분하여 구비하고, 상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와 일반 흡/배기 캠 제어 모드 중 캐니스터 로딩량과 흡기 캠 및 배기 캠 진단 완료 여부에 따라 어느 하나의 제어 모드를 선택하며, 상기 선택된 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 이용하여 흡기 캠 및 배기 캠의 위치 제어값을 결정한 후 상기 결정된 위치 제어값에 따라 흡기 캠 및 배기 캠의 위치가 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 의하면, 연비 향상을 목적으로 하는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와, 엔진 부압 성능 증대 및 흡/배기 캠의 OBD 진단이 가능한 일반 흡/배기 캠 제어 모드 중, 정해진 조건에 따라 선택되는 어느 하나의 모드로 흡/배기 캠 제어가 수행될 수 있으므로, 캐니스터 퍼지량 및 퍼지 성능 확보, 캠의 OBD 진단 측면의 문제점이 개선될 수 있으면서도 차량 연비 향상을 달성할 수 있게 된다.
특히, 차량의 연비 향상과 더불어, 증발가스 법규 대응 및 OBD 진단 법규 대응 측면에서 유리해진다.
도 1은 종래기술에 따른 가변 밸브 타이밍 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에서 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 엔진의 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 캐니스터 퍼지량 확보 및 OBD 진단의 문제점을 개선할 수 있으면서도 차량의 연비 향상을 위한 흡/배기 캠 제어가 가능해지는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 종래기술에 따른 하이브리드 차량의 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
일반적으로 차량 내 복수 개의 제어기가 수행하는 협조 제어에 의해 엔진의 가변 밸브 타이밍(VVT) 제어, 즉 흡/배기 캠의 위치 제어가 수행된다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 최상위 제어기인 HCU(Hybrid Control Unit)가, BMS(Battery Management System)로부터 수신된 배터리 SOC(State of Charge), 차속검출부에 의해 검출된 현재 차속, 가속페달 검출부(Accelerator Position Sensor, APS)에 의해 검출된 현재의 가속페달 값(APS 값) 등의 차량 운전 정보 및 상태 정보를 수신하고(S1), 수신된 차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 차량에서 요구되는 전체 요구 토크를 결정한다(S2).
또한, HCU는 전체 요구 토크를 만족하는 엔진 토크(엔진 요구 토크)와 모터 토크(모터 요구 토크)를 결정한다(S3).
이때, 최적 운전점에 따른 엔진 토크가 결정되고, 엔진 토크와의 조합으로 요구 토크를 만족시키는 모터 토크가 결정된다.
이와 같이 엔진 토크가 결정되면, 이를 CAN 통신을 통해 HCU로부터 ECU(Engine Control Unit)가 수신하고, ECU가 수신한 엔진 토크에 따라 엔진의 스로틀 및 흡/배기 캠의 위치를 제어한다.
이때, ECU가 흡/배기 캠 위치(캠축 위치) 제어를 위한 제어값(목표로 하는 캠축 위치값)을, 내부 설정데이터(테이블 또는 맵)에서, 상기 결정된 엔진 토크(또는 흡입공기량)와 현재의 엔진 회전수(RPM)에 해당하는 값으로 결정하고(S4), 상기 결정된 제어값에 따라 VVT 장치의 액추에이터를 제어하여 흡/배기 캠의 위치를 제어한다(S5).
또한, HCU가 모터 토크에 상응하는 지령값을 생성하여 출력하고, MCU(Motor Control Unit)가 HCU가 출력하는 모터 토크 지령에 따라 모터의 작동을 제어한다(S5).
본 명세서에서 흡/배기 캠의 위치는 흡기밸브와 배기밸브를 각각 개폐작동시키는 캠이 형성된 흡기 캠축의 위치와 배기 캠축의 위치를 의미하는 것일 수 있고, 흡/배기 캠의 위치를 제어하는 것은 흡기 캠축과 배기 캠축의 위치를 제어하는 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 '흡/배기'는 흡기와 배기 모두를 의미하고, 따라서 '흡/배기 캠'은 흡기 캠과 배기 캠 모두를, '흡/배기 캠축'은 흡기 캠축과 배기 캠축 모두를 의미한다.
상기와 같은 종래의 흡/배기 캠 제어 모드에서는 설정데이터에 미리 설정되는 제어값, 즉 흡/배기 캠축 위치의 설정값이 OBD 진단 및 엔진 흡기부압 제어를 위해 제한을 받게 된다.
여기서, 엔진의 흡기부압 제어는 증발가스 법규 대응을 위한 캐니스터 퍼지 제어를 위해 필요한 것이다.
따라서, 상기와 같은 점을 고려하여, 본 발명에서는 엔진 가변 밸브 타이밍(VVT) 제어 모드 중 하나로서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드를 추가하고, 상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드 수행 시 엔진 출력이 저하되므로 저하되는 엔진 출력만큼을 모터 출력으로 추가 보상하는 제어가 수행된다.
본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드는 흡/배기 캠 제어 위치(캠축 위치 제어값) 설정시 발생하는 제한 조건을 회피하여 연비 개선을 위한 흡/배기 캠 제어 위치를 설정하는데 목적을 두고 있다.
또한, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드는 연비 향상을 극대화할 목적으로 흡기 캠의 위치(흡기 캠축 위치)를 지각 위치로 고정하는 운전영역을 늘린 모드로서, 설정토크 이상의 고부하 영역(고토크 영역)과 설정속도(RPM) 이상의 고속 영역(고회전수 영역)을 제외한 나머지 운전영역에서 흡기 캠의 위치를 모두 지각 위치로 고정하는 모드이다.
다만, 본 발명에서 추가되는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드에서는, 배기 캠의 위치(배기 캠축 위치)의 경우, 연비/배기가스 측면에서 지각 위치로 제어하는 것이 최적 제어 조건은 아니므로, 연비/배출가스 측면에서 유리한 위치로 제어하게 된다.
이때, 후술하는 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 것과는 구분되는 별도의 배기 캠 위치 설정 테이블 또는 맵을 미리 구비한 뒤, 이 배기 캠 위치 설정 테이블 또는 맵을 이용하여 배기 캠의 위치 제어값을 구하고, 구해진 위치 제어값을 목표값으로 하여 배기 캠의 위치를 제어하게 된다.
이러한 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드는, 특히 흡기 캠을 진각시키지 않고 지각 위치로 고정하는 운전영역이 기존의 흡/배기 캠 제어 모드에 비해 크게 확대되므로, 엔진의 흡기부압 감소 및 출력 감소를 동반하게 되는바, 엔진의 부압 성능과 출력 성능 면에서 다소 손해를 보더라도 연비 향상을 우선적으로 고려하는 모드라 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 흡/배기 캠의 위치를 조건에 따라 이원화하여 제어하는 가변 밸브 타이밍 제어(VVT) 로직이 구성된다.
즉, 본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드는 미리 설정된 모드 진입 조건을 만족할 경우에만 수행되도록 하며, ECU가 상기 설정된 모드 진입 조건을 만족하는지를 먼저 판단하여 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 진입 및 수행 여부를 결정하게 된다.
만약, 상기 설정된 모드 진입 조건을 만족하지 않을 경우 엔진 토크(또는 흡입공기량)와 엔진 회전수(RPM)에 따라 결정된 제어값으로 흡/배기 캠의 위치를 제어하는 흡/배기 캠 제어 모드가 수행된다.
이는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와는 구분되는 제어 모드로서, 이하 본 명세서에서는 이를 '일반 흡/배기 캠 제어 모드'라 칭하기로 한다.
결국, 본 발명에서는, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드가 추가됨에 따라, 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 모드가, 연비 향상의 목적으로 보다 확대된 운전영역에서 흡기 캠을 진각시키지 않는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와, 엔진 토크(흡입공기량)와 엔진 회전수(RPM)에 따른 제어값으로 흡/배기 캠의 위치를 제어하는 일반 흡/배기 캠 제어 모드를 가지게 된다.
즉, 본 발명에서는 조건에 따라 선택 수행되는 두 가변 밸브 타이밍 제어 모드, 즉 서로 구분되는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와 일반 흡/배기 캠 제어 모드를 가지는 것이며, 두 모드 중 선택된 어느 하나의 모드로 가변 밸브 타이밍 제어가 수행되는 것이다.
도 2는 HCU와 ECU의 협조 제어 하에 수행되는 본 발명의 가변 밸브 타이밍 제어 과정을 나타내는 순서도로서, 이하의 설명에서는 HCU와 ECU의 두 제어기가 수행하는 과정을 구분하여 설명하고 있으나, 후술하는 HCU와 ECU의 제어 기능을 통합적으로 수행하는 하나의 통합 제어기에 의해 본 발명의 가변 밸브 타이밍 제어 과정이 수행되도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 수행 시 부족한 엔진 출력만큼을 모터 출력으로 추가 보상하므로, 이러한 모터 어시스트에 의한 출력 보상을 위해 HCU가 생성 및 출력하는 모터 토크 지령에 따라 모터 출력을 제어하는 MCU(Motor Control Unit)의 제어가 필요하고, 하이브리드 차량에서 요구 토크를 결정함에 있어 배터리 SOC 정보가 요구되므로 BMS 또한 본 발명의 제어 과정에 관여한다.
먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, HCU는 배터리 SOC, 현재 차속, 가속페달 값 등의 차량 운전 정보 및 상태 정보를 수신하고(S11), 수신된 차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 차량에서 요구되는 전체 요구 토크(운전자 요구 토크)를 결정한다(S12).
이와 더불어, ECU는 캐니스터 로딩량 값이 미리 설정된 기준값보다 작고 흡기 캠의 진단과 배기 캠의 진단이 모두 완료된 상태인지를 판단한다(S13).
상기 기준값은 선행 시험 및 평가 과정에서 결정되어 ECU에 입력 및 설정되는 값이다.
또한, 상기 캐니스터 로딩량은, ECU에서 운전 상태의 변수값들, 예를 들어 PCSV(Purge Control Solenoid Valve)의 제어 듀티, 서지탱크 압력 등을 이용하여 퍼지 유량이 구해지면, 이 퍼지 유량과 함께, 연소가스가 산소센서에 반응하여 출력되는 공연비 신호 등에 의해 산출될 수 있다.
그 밖에 캐니스터 로딩량 정보를 산출 내지 취득할 수 있는 다양한 방법들이 알려져 있으므로, 본 발명에서 캐니스터 로딩량의 산출 내지 취득 방법에 대해서는 특정하게 한정하지 않는다.
캐니스터 로딩량이 차량 내 제어에 이미 이용되고 있는 변수 정보이고, 캐니스터 로딩량 산출 내지 취득 방법에 대해 퍼지 유량과 공연비 정보로부터 산출하는 것과 같이 이미 공지된 기술 사항에 해당하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 ECU는 상기 조건을 모두 만족할 경우, 즉 캐니스터 로딩량 값이 기준값보다 작고 흡기 캠의 진단과 배기 캠의 진단이 모두 완료됨을 판단한 경우, 가변 밸브 타이밍 제어 모드로서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드를 선택한다.
즉, 상기 조건이 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 진입 조건이 되는 것이며, 상기 조건을 만족할 경우에만 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로 진입하게 된다.
캐니스터 로딩량은 현재 캐니스터에 포집되어 있는 탄화수소 등 연료증발가스의 포집량을 의미하며, 이러한 캐니스터 로딩량이 기준값 이상인 조건은, 캐니스터 내 활성탄에 기준값 이상의 많은 양의 연료증발가스 성분이 흡착되어 있음을 의미하므로, 이후 퍼지 제어 밸브, 즉 PCSV를 개방하여 엔진의 부압을 이용한 퍼지(purge) 작동을 수행할 가능성이 높은 상태가 된다.
공지되어 있는 바와 같이, 캐니스터가 설치된 엔진에서는 연료탱크에서 발생한 연료증발가스를 캐니스터에 포집하였다가, 엔진 작동 중 PCSV(Purge Control Solenoid Valve)를 개방하여, 엔진의 흡기부압에 의해 캐니스터 내에 포집된 연료증발가스가 엔진 흡기 측으로 퍼지된 후 엔진에서 연소되도록 하고 있다.
본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 경우, 고속 고부하 조건을 제외한 많은 운전영역에서 흡기 캠의 위치를 지각 위치로 고정시키므로(즉 진각을 시키지 않으므로), 동일 공기량 흡입을 위해 스로틀 밸브의 개도량을 증가시키게 된다.
이때, 연소실로 공기를 흡입하는 힘, 즉 부압이 낮아지면서 연소실의 공기 충전효율이 낮아지고(연소에 필요한 공기량 공급이 잘 되지 않음), 결국 엔진 출력의 저하와 캐니스터 퍼지 성능의 저하가 나타난다.
본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드 시의 경우, 출력에 대해서는 엔진 출력이 낮아지는 만큼 모터에 의한 출력 보상(motor assist)이 이루어지지만, 캐니스터 퍼지 성능 저하의 문제점은 존재한다.
퍼지 작동 시에는 충분한 엔진 부압 발생이 요구되므로, 본 발명에서 캐니스터 로딩량 값이 기준값 이상인 경우 퍼지 작동의 가능성이 어느 정도 있는 상태이므로 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로의 진입을 금지하며, 따라서 캐니스터 로딩량 값이 기준값보다 작은 경우에만 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로 진입될 수 있도록 한다.
캐니스터 로딩량 값이 기준값 이상인 경우에 수행되는 일반 흡/배기 캠 제어 모드에서는, VVT 장치를 이용하여 캠축의 위치를 엔진의 운전 조건에 따른 제어값으로 제어하므로, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드에 비해 스로틀 밸브의 정상 개방, 엔진 부압 증대, 엔진 출력 향상, 캐니스터 퍼지 성능 향상이 가능하다.
그리고, 상기 흡기 캠 진단 과정과 배기 캠 진단 과정은, 액추에이터의 작동을 제어하여 캠축의 위치를 정해진 제어값으로 이동시켰을 때 실제 캠축의 위치가 제어값에 해당하는 위치로 이동되었는지 등을 확인하여 VVT 장치의 응답성을 진단하는 통상의 진단 과정이다.
이러한 흡기 캠 진단 과정과 배기 캠 진단 과정은, VVT 장치가 적용된 엔진에서, 미리 정해진 진단 로직에 따라 VVT 장치에 대한 응답성 등을 진단하는 방식으로 이미 수행되고 있는 공지의 과정이므로, 본 명세서에서는 진단 과정이나 그 방법에 대해 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 흡기 캠 진단과 배기 캠 진단은 VVT 장치의 액추에이터를 제어하여 흡/배기 캠 위치를 진각 위치로 이동시켜야 하는 과정을 포함하고 있으므로, 많은 운전영역에서 캠 위치를 지각 위치로 고정하게 되는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 수행 동안에는 흡기 캠 진단과 배기 캠 진단이 수행되기 어렵다.
따라서, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로 진입하기 전, 일반 흡/배기 캠 제어 모드 동안, 흡기 캠 진단과 배기 캠 진단이 이루어져야 하고, 특히 이러한 흡기 캠 진단과 배기 캠 진단이 이루어진 상태에서만 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로 진입하도록 해야 하는바, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 진입 조건에 흡기 캠 진단과 배기 캠 진단이 완료된 조건이 포함되도록 한다.
즉, 흡기 캠 진단과 배기 캠 진단이 이미 완료됨을 확인하여, 이후 캠 진단이 필요 없을 경우에만 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로 진입할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 상기와 같이 ECU에서 정해진 조건을 만족하여 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 진입을 결정하면, ECU는 전체 요구 토크(운전자 요구 토크)를 산출한 HCU에 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 진입을 알리는 신호를 전달하고(S14), 이에 HCU는 ECU로부터 모드 진입 신호를 수신하여(S15), 전체 요구 토크로부터 엔진 토크(엔진 요구 토크)와 모터 토크(모터 요구 토크)를 결정한다(S16).
이때, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드로 진입하였으므로, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드용 엔진 운전점 맵 및 시스템 효율로부터 최적 운전점을 결정하고, 최적 운전점에 해당하는 엔진 토크와 모터 토크를 결정한다.
반면, 상기 S13 단계에서 정해진 조건을 만족하지 않는 일반 흡/배기 캠 제어 모드 시에는 일반 흡/배기 캠 제어 모드용 엔진 운전점 맵 및 시스템 효율로부터 최적 운전점을 결정하고, 최적 운전점에 해당하는 엔진 토크와 모터 토크가 결정된다(S19).
본 발명에서 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드용 엔진 운전점 맵은, 일반 흡/배기 캠 제어 모드에서 사용되는 엔진 운전점 맵에 비해, 동일 운전 조건의 엔진 토크값이 상대적으로 작은 값으로 설정되어 있다.
따라서, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드용 엔진 운전점 맵을 이용하여 결정되는 엔진 토크값이, 일반 흡/배기 캠 제어 모드에 비해, 동일 운전 조건에서 작은 값으로 결정된다.
반면, 엔진 토크와 모터 토크에 의해 전체 요구 토크(운전자 요구 토크)가 충족되어야 하므로, 모터 토크는 일반 흡/배기 캠 제어 모드에 비해 동일 운전 조건에서 상대적으로 큰 값으로 결정된다.
이와 같이 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드에서는, HCU에서 결정되는 엔진 토크가 감소함에 따라 엔진 출력이 저하되는 만큼의 출력을, 모터 어시스트를 통해 보상하게 된다.
즉, 요구 토크를 충족하도록 엔진 토크가 감소되는 만큼 증가된 모터 토크를 HCU에서 결정하여 모터 출력을 증가시키는 것이며, 결국 감소된 엔진 출력만큼을 모터 출력으로 보상하는 방식에 의해 엔진과 모터에서는 운전자가 요구하는 토크 출력이 이루어질 수 있게 된다.
상기와 같이 엔진 토크를 결정하는 운전점 맵이 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와 일반 흡/배기 캠 제어 모드로 이원화되고, 따라서 엔진 및 모터 운전점, 그리고 요구 토크를 만족하는 엔진 토크 및 모터 토크가 선택된 모드에 따라 다르게 결정된다.
이와 더불어, 후술하는 바와 같이 흡/배기 캠 위치 제어값이 미리 설정되어 있는 ECU 내 설정데이터, 즉 엔진 토크(또는 흡입공기량)와 엔진 회전수에 따라 캠 위치 제어값이 설정되어 있는 흡/배기 캠 위치 설정 테이블 또는 맵 역시 두 모드로 구분되어 이원화된다.
또한, 동일 운전 조건이라 하더라도, 모드에 따라 엔진의 캠 위치가 다르게 결정되므로, 엔진 회전수(RPM), 흡입공기량, 캠 위치 등에 따라 결정되는 점화시기 역시 두 모드에서 달라지게 된다.
이때, 엔진 회전수(RPM), 흡입공기량, 캠 위치 등에 따라 점화시기가 미리 설정되어 있는 ECU 내 설정데이터, 즉 점화시기 설정 테이블 또는 맵 역시 두 모드로 구분되어 이원화될 수 있다.
결국, HCU가 ECU로부터 모드 진입 신호, 즉 선택된 모드를 나타내는 신호를 입력받게 되면, 선택된 모드에 해당하는 엔진 토크와 모터 토크를 결정하고(S13,S14-S16,S19), 이어 HCU가 상기 결정된 엔진 토크와 모터 토크를 지령값으로 ECU와 MCU에 전달하면, ECU는 엔진 토크 지령에 따라 엔진 구동 및 그 출력을 제어하고, MCU는 모터 토크 지령에 따라 모터 구동 및 그 출력을 제어한다(S18,S21).
이와 더불어, ECU는 HCU로부터 수신한 엔진 토크와 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 현재의 엔진 회전수에 기초하여 해당 모드의 흡/배기 캠 위치 설정 테이블(또는 맵)로부터 흡/배기 캠의 위치 제어값(목표 위치값)을 결정하고(S17,S20), 이후 제어값에 따라 VVT 장치의 액추에이터를 작동시켜 흡/배기 캠의 위치를 제어하게 된다(S18,S21).
여기서, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드 시에는 연비 우선 흡/배기 캠 위치 설정 테이블로(도 3 참조)부터 흡/배기 캠의 위치 제어값이 결정되고(S17), 반면 일반 흡/배기 캠 제어 모드 시에는 일반 흡/배기 캠 위치 설정 테이블(도 4 참조)로부터 흡/배기 캠의 위치 제어값이 결정된다(S20).
도 3은 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 각 모드의 캠 위치 설정 테이블은, HCU에서 결정된 엔진 토크와, 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 현재의 엔진 회전수로부터, 흡/배기 캠의 위치가 결정될 수 있도록 되어 있다.
도 3에 나타낸 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블에서는, 설정토크 이상의 고부하 영역(고토크 영역)과 설정속도(RPM) 이상의 고속 영역(고회전수 영역)을 제외한 나머지 운전영역(설정토크 미만 및 설정속도 미만의 영역)에서, 설정된 흡기 캠의 위치가 지각 위치로 고정되어 있다.
이때, 배기 캠의 경우 그 위치가 흡기 캠과는 달리 상기한 운전영역에서 지각 위치로 고정되지는 않으며, 다만 동일 엔진 토크 및 엔진 회전수 조건이라 하더라도 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 위치와는 다른 위치로 설정될 수 있다.
또한, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드에서 상기한 운전영역(흡기 캠이 지각 위치로 고정되는 운전영역)을 제외한 고부하 및 고속 영역에서는 흡/배기 캠의 위치가 엔진 토크와 엔진 회전수에 따른 값으로 제어될 수 있고, 이때 흡/배기 캠의 위치는 진각 위치로 설정될 수 있다.
따라서, 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드에서는 엔진 토크와 엔진 회전수가 상기 고부하 및 고속 영역을 제외한 나머지 영역에 해당할 경우 흡기 캠의 위치가 진각되지 않고 지각 위치에서 고정된다.
반면, 엔진 토크와 엔진 회전수가 상기 고부하 영역 및 고속 영역에 해당할 경우에만, 엔진 출력의 증가가 가능한 흡/배기 캠 진각 제어가 수행될 수 있으며, 테이블로부터 엔진 토크와 엔진 회전수에 따라 결정된 제어값으로 VVT의 액추에이터를 작동시켜 흡/배기 캠의 위치를 진각시킬 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블에서는, 흡/배기 캠의 위치를 제어(진각 제어를 포함함)하기 위한 제어값이 엔진 토크와 엔진 회전수에 따른 값으로 미리 설정되어 있다.
따라서, 일반 흡/배기 캠 제어 모드가 선택 및 수행될 경우, 테이블로부터 엔진 토크와 엔진 회전수에 따라 결정된 위치 제어값을 사용하여 VVT의 액추에이터의 작동을 제어하고, 이를 통해 제어값에 해당하는 위치로 흡/배기 캠의 위치를 진각시키는 진각 제어가 수행될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는, 연비 향상을 목적으로 하는 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와, 엔진 부압 성능 및 캐니스터 퍼지 성능 증대, 흡/배기 캠의 OBD 진단이 가능한 일반 흡/배기 캠 제어 모드 중, 정해진 조건에 따라 선택되는 어느 하나의 모드로 흡/배기 캠 제어가 수행될 수 있으므로, 캐니스터 퍼지량 확보 및 OBD 진단에서의 문제점을 개선할 수 있으면서도 차량 연비 향상을 달성할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 연비 향상을 위한 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블과, 엔진 부압 성능 증대를 위한 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 구분하여 구비하고,
    상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드와 일반 흡/배기 캠 제어 모드 중, 캐니스터 로딩량과 흡기 캠 및 배기 캠 진단 완료 여부에 따라 어느 하나의 제어 모드를 선택하고,
    상기 선택된 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블을 이용하여 흡기 캠 및 배기 캠의 위치 제어값을 결정한 후, 상기 결정된 위치 제어값에 따라 흡기 캠 및 배기 캠의 위치가 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 운전점 맵과, 상기 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 운전점 맵을 구분하여 구비하고,
    차량의 운전 정보 및 상태 정보로부터 차량에서 요구되는 전체 요구 토크가 결정되면, 상기 선택된 제어 모드의 운전점 맵에 의해 상기 전체 요구 토크를 만족하는 엔진 토크와 모터 토크를 결정하고,
    상기 선택된 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블에 의해 상기 결정된 엔진 토크와 현재의 엔진 회전수에 해당하는 흡기 캠 및 배기 캠의 위치 제어값을 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 운전점 맵은, 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 운전점 맵에 비해, 동일 운전 조건에서 엔진 토크가 상대적으로 작은 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드에서 전체 요구 토크를 만족하는 엔진 토크와 모터 토크가 결정되면, 상기 결정된 모터 토크를 출력하도록 모터 구동을 제어하여, 전체 요구 토크를 만족하면서 일반 흡/배기 캠 제어 모드에 비해 저하되는 엔진의 출력만큼을 모터의 출력으로 보상되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐니스터 로딩량 값이 미리 설정된 기준값보다 작고 흡기 캠의 진단과 배기 캠의 진단이 모두 완료된 상태이면, 상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드가 선택되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블은, 엔진 토크가 설정토크 미만이고 엔진 회전수가 설정속도 미만인 운전영역에서, 흡기 캠의 위치 제어값이 모두 지각 위치로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연비 우선 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블은, 엔진 토크가 설정토크 이상인 고부하 영역과, 엔진 회전수가 설정속도 이상인 고속 영역에서, 캠의 진각 제어가 수행될 수 있도록, 흡기 캠 및 배기 캠의 위치 제어값이 엔진 토크와 엔진 회전수에 따른 위치 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 일반 흡/배기 캠 제어 모드의 캠 위치 설정 테이블은, 캠의 진각 제어가 수행될 수 있도록, 흡기 캠 및 배기 캠의 위치 제어값이 엔진 토크와 엔진 회전수에 따른 위치 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 가변 밸브 타이밍 제어 방법.
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