KR20190069010A - 하이브리드 차량의 gpf 재생제어방법 - Google Patents

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Abstract

엔진 및 모터에 의해 구동되는 본 발명의 하이브리드 챠량의 GPF 재생제어방법에 있어서, 제어부가 GPF(Gasoline Particulate Filter)의 전후단 온도차를 제1설정온도와 비교하는 재생대기단계; 상기 재생대기단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제1설정온도보다 클 경우, 상기 제어부가 GPF재생조건이 만족될 때까지 엔진으로만 차량을 구동시키는 재생준비단계; 상기 재생준비단계 후, 상기 제어부가 모터로 차량을 주행시키되, 상기 엔진을 온(ON) 구동하면서 상기 GPF를 재생시키는 재생수행단계; 상기 재생수행단계 후, 상기 제어부가 상기 GPF의 후단부 온도와 제2설정온도를 비교하는 중지판단단계; 및 상기 중지판단단계 수행결과, 상기 GPF의 후단부 온도가 제2설정온도보다 클 경우, 상기 제어부가 상기 GPF의 재생을 중지하는 재생중지단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING REGENERATION GASOLINE PARTICULATE FILTER OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 GPF 재생에 요구되는 산소를 확보하면서도 GPF 소손이 발생하는 것을 방지하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관에서 연비 및 성능을 개선하기 위해 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection, GDI) 기술이 개발되고 있는데, 상기 GDI 엔진은 연료를 흡기관 내부로 분사하지 않고, 연소실로 직접 분사하는 가솔린 엔진 분사방식을 말한다.
이는 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하므로 희박한 공연비에서도 엔진 작동이 가능한데, 가솔린 직접 분사 엔진(GDI) 기술 개발로 인하여 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가에 따른 PM 발생이 문제되고 있다.
이에 따라 GDI 엔진 장착 차량에 대한 PM 배출규제 및 PM 나노 입자 수량 규제에 대한 대응이 필요하게 되었고, 현재는 이를 유로 6에서 규제하고 있다.
이러한 규제를 극복하기 위해 매연 필터를 장착하여 에미션 규제에 대응하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 가솔린 미립자 필터를 GPF(Gasoline Particulate Filter)이라 한다.
그러나, 가솔린 엔진은 이론공연비로 운전을 하기 때문에, GPF에 쌓인 Soot를 강제로 재생할 경우, 배기가스에 포함된 산소가 부족하여 재생이 어려우며 매우 긴 재생기간이 요구되는 문제점이 발생하였다.
종래에는 이를 해결하기 위하여 GPF 전단에 산소를 별도로 공급하는 장치를 부가하였다. 즉, GDI용 필터 재생시 배기가스 중의 부족한 산소를 공급하기 위하여 배기파이프 필터 전단에 공기를 추가적으로 공급하는 장치를 부착하여 필터에 쌓인 PM 재생을 원활히 수행하였다.
하지만, 별도의 산소 공급장치를 적용함에 따라 차량의 부피, 중량 및 비용을 증가하는 문제가 발생하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0001867 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, GPF 내에 Soot가 일정량 포집될 경우에 재생을 위한 산소를 확보하면서도, 재생으로 인해 GPF가 손상되는 것을 방지하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법은 엔진 및 모터에 의해 구동되는 하이브리드 챠량의 GPF 재생제어방법에 있어서, 제어부가 GPF(Gasoline Particulate Filter)의 전후단 온도차를 제1설정온도와 비교하는 재생대기단계; 상기 재생대기단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제1설정온도보다 클 경우, 상기 제어부가 GPF재생조건이 만족될 때까지 엔진으로만 차량을 구동시키는 재생준비단계; 상기 재생준비단계 후, 상기 제어부가 모터로 차량을 주행시키되, 상기 엔진을 온(ON) 구동하면서 상기 GPF를 재생시키는 재생수행단계; 상기 재생수행단계 후, 상기 제어부가 상기 GPF의 후단부 온도와 제2설정온도를 비교하는 중지판단단계; 및 상기 중지판단단계 수행결과, 상기 GPF의 후단부 온도가 제2설정온도보다 클 경우, 상기 제어부가 상기 GPF의 재생을 중지하는 재생중지단계;를 포함할 수 있다.
상기 재생준비단계에서, 상기 제어부는 상기 GPF의 전단부 온도가 제3설정온도보다 크고, 배터리SOC가 설정SOC보다 클 경우에 상기 GPF재생조건이 만족된다고 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 재생수행단계에서, 상기 제어부는 상기 엔진을 아이들(idle) RPM으로 구동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 중지판단단계 수행결과, 상기 GPF의 후단부 온도가 제2설정온도 이하일 경우, 상기 제어부가 타이머를 작동시키고, 상기 GPF의 전후단 온도차를 제4설정온도와 비교하는 재생증가판단단계; 상기 재생증가판단단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제4설정온도보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 타이머의 측정시간을 설정시간과 비교하는 재생유지단계; 및 상기 재생유지단계 수행결과, 상기 타이머의 측정시간이 설정시간 이상일 경우, 상기 제어부가 엔진RPM을 설정RPM만큼 상향시키는 재생증가단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 재생증가판단단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제4설정온도 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 재생중지단계를 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 재생유지단계 수행결과, 상기 타이머의 측정시간이 설정시간보다 짧을 경우, 상기 제어부는 상기 재생증가판단단계를 재실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 재생증가단계 후, 상기 재생수행단계를 재실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법에 따르면 하이브리드 차량의 GPF 내에 Soot가 일정량 포집될 경우에 GPF 재생이 이루어지도록 산소를 공급하는 제어를 실시함으로써, GPF 내에 Soot가 과포집되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 산소공급과다로 인해 GPF 온도가 급격히 상승하여 GPF가 손상되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법을 도시한 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 GPF 재생제어장치를 도시한 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 GPF 재생제어장치를 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 엔진(100) 및 모터(110)에 의해 구동되는 하이브리드 챠량의 GPF 재생제어방법에 있어서, 제어부가 GPF(Gasoline Particulate Filter, 130)의 전후단 온도차(△T)를 제1설정온도(△T1)와 비교하는 재생대기단계(S10); 상기 재생대기단계(S10) 수행결과, 상기 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)가 제1설정온도(△T1)보다 클 경우, 상기 제어부가 GPF재생조건이 만족될 때까지 엔진(100)으로만 차량을 구동시키는 재생준비단계(S20); 상기 재생준비단계(S20) 후, 상기 제어부가 모터(110)로 차량을 주행시키되, 상기 엔진(100)을 온(ON) 구동하면서 상기 GPF(130)를 재생시키는 재생수행단계(S30); 상기 재생수행단계(S30) 후, 상기 제어부가 상기 GPF(130)의 후단부 온도(Tr)와 제2설정온도(T2)를 비교하는 중지판단단계(S40); 및 상기 중지판단단계(S40) 수행결과, 상기 GPF(130)의 후단부 온도(TR)가 제2설정온도(T2)보다 클 경우, 상기 제어부가 상기 GPF(130)의 재생을 중지하는 재생중지단계(S50);를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명은 GPF(130) 내부의 Soot량이 증가하여 제거가 필요한 시점이 되었을 때, 모터(110)로 차량을 주행하면서, 엔진(100)을 온(ON) 구동하여 상기 GPF(130) 재생에 요구되는 산소를 충분히 공급함으로써, 원활한 GPF(130) 재생을 유도하는 제어로직을 제공한다.
여기서, 상기 제어부는 GPF(130) 내부의 Soot량을 확인하기 위해 GPF(130)의 전단부 온도와 후단부 온도의 차이값(△T)을 센싱한다. 여기서, GPF(130)의 전후단 온도차(△T)는 GPF(130) 전단에 구비된 온도센서와, GPF(130) 후단에 구비된 온도센서의 센싱값들에 기반하여 산출한다.
상기 GPF(130) 내부에 Soot량이 많을수록 자연재생 효과가 증가하여 GPF의 전후단 온도차(△T)도 증가하는 특성을 띄게 된다. 상기 제1설정온도는 GPF(130) 내부에 재생이 요구되는 만큼의 Soot가 포집된 시점의 GPF 전후단 온도차로 설정되는 것이 바람직하다. 이는 다수의 실험을 통해서 도출해낼 수 있으며, 차량 또는 설계자에 따라 가변설정될 수 있는 값인바, 특정한 수치로 한정되어서는 안될 것이다.
따라서, 상기 제어부는 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)가 제1설정온도보다 클 경우에는, GPF(130) 재생이 요구된다고 판단하여 상기 재생대기단계(S20)를 실시한다.
상기 재생준비단계(S20)에 진입하면 제어부는 엔진(100)의 구동력만을 이용하여 차량 주행을 실시한다. 즉, 모터(110)를 통한 구동력 발생을 금지함으로써, 엔진(100)의 구동력에 의해 모터(110)와 연결된 배터리(115)가 충전될 수 있도록 마련한다. 또한, 엔진(100)만이 구동력을 발생시키기 때문에 배기가스 온도가 상승하여 GPF(130)의 전단부 온도(Tf)가 상승하게 된다.
상기 재생준비단계(S20)에서, 상기 제어부는 GPF재생조건이 만족될 때까지 엔진(100)으로만 차량을 구동시키는데, 상기 GPF(130)의 전단부 온도(Tf)가 제3설정온도(T3)보다 크고, 배터리SOC가 설정SOC(SOCT)보다 클 경우에 상기 GPF재생조건이 만족된다고 판단한다.
여기서, 상기 제3설정온도(T3)는 GPF의 재생이 가능한 시점의 GPF 전단부 온도를 의미하고, 상기 설정SOC(SOCT)는 추후 GPF 재생시 모터를 이용한 차량 주행이 충분히 가능하도록 설정된 배터리 잔존용량 값을 의미한다.
즉, 제어부는 상기 재생준비단계(S20)를 통해서, GPF 전단부 온도(Tf)를 상승시키고, 모터(110)를 구동시키는 배터리(115)를 충전시켜, 추후 GPF(130) 재생이 가능할 경우에만 상기 재생수행단계(S30)를 실시하도록 하여, GPF 재생 중 배터리(115)가 방전되거나 GPF 재생이 원활히 이루어지지 않는 상황을 방지할 수 있다.
만약, GPF(130)의 전단부 온도(Tf)가 제3설정온도보다 크고, 배터리SOC가 설정SOC(SOCT)보다 클 경우라면, GPF 재생이 원활하게 이루어질 것이라 판단하여 제어부는 하이브리드 차량을 모터(110)로 주행시킨다. 이때, 엔진(100)은 온(ON) 상태로 유지하면서 GPF(130)의 재생을 실시한다. 상기 GPF(130)는 연결된 재생장치를 통해 재생을 실시할 수 있다.
이때, 상기 재생수행단계(S30)에서 상기 제어부는 상기 엔진(100)을 아이들(idle) RPM으로 온(ON) 구동시킬 수 있다.
즉, 상기 재생수행단계(S30)에서 상기 엔진(100)의 구동 목적은 GPF(130) 내부에 산소를 공급하기 위함으로써, 모터(110)를 통한 차량 주행에 영향을 주는 것을 최소화하기 위해 아이들(idle) RPM으로 엔진(100)을 구동시킬 수 있다. 여기서, 제어부는 엔진(100)과 모터(110) 사이에 구비된 엔진클러치를 해제함으로써, 엔진(100) 동력이 모터(110)로 불필요하게 전달되는 것을 막을 수도 있다.
또한, 엔진(100)이 아이들(Idle)RPM으로 구동됨으로써, 순간적으로 GPF(130) 내부로 과다한 산소가 유입되는 것을 방지하여, GPF(130)에서 급격한 산화반응으로 인한 과열이 발생하는 것을 막을 수 있다.
따라서, 엔진(100) 구동을 통해 GPF(130) 내부로 산소를 공급함으로써, GPF(130)의 Soot 재생에 요구되는 충분한 양의 산소를 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이 모터(110)를 통한 차량 주행을 실시하면서 엔진(100)을 온(ON) 제어하여 GPF 재생을 실시하는 상태에서, 제어부는 GPF(130)의 후단부 온도(Tr)와 제2설정온도(T2)를 비교하여, GPF(130)의 후단부 온도(Tr)가 제2설정온도(T2)보다 클 경우, GPF(130)의 재생을 중지한다.
즉, GPF(130)의 재생이 실시되면 GPF(130) 내부의 온도가 상승하게 되는데, GPF(130) 내부 온도가 GPF 재질 한계 온도로 설정된 제2설정온도(T2)보다 커지게 되면 GPF(130)에 손상이 발생한다. 따라서, 제어부는 GPF(130) 재생이 완료되는 지점의 온도인 GPF 후단부 온도(Tr)가 제2설정온도(T2) 이하일 때에만 GPF(130) 재생을 실시함으로써 GPF 재생제어장치의 내구성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 중지판단단계(S40) 수행결과, 상기 GPF(130)의 후단부 온도(Tr)가 제2설정온도(T2) 이하일 경우, 상기 제어부가 타이머를 작동시키고, 상기 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)를 제4설정온도(△T4)와 비교하는 재생증가판단단계(S60); 상기 재생증가판단단계(S60) 수행결과, 상기 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)가 제4설정온도(△T4)보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 타이머의 측정시간을 설정시간과 비교하는 재생유지단계(S70); 및 상기 재생유지단계(S70) 수행결과, 상기 타이머의 측정시간이 설정시간 이상일 경우, 상기 제어부가 엔진RPM을 설정RPM만큼 상향시키는 재생증가단계(S80);를 더 포함할 수 있다.
즉, GPF(130)의 재생을 실시하는 상태에서, GPF의 후단부 온도(Tr)가 제2설정온도(T2)를 넘어서지 않는 상황이라면 GPF(130) 재생을 지속하여 Soot를 더 제거한다.
이때, 제어부는 GPF 전후단 온도차(△T)를 제4설정온도(△T4)와 비교하는데, 상기 제4설정온도(△T4)는 GPF(130) 내부에 Soot가 없는 시점에서의 GPF(130)의 전후단 온도차이를 의미한다. 따라서, GPF 전후단 온도차(△T)가 제4설정온도(△T4)보다 큰 상황이라면 아직 GPF(130) 내부에 제거해야할 Soot가 잔존하므로, GPF(130) 재생을 지속 실시한다.
다만, 제어부는 설정시간동안 GPF의 전후단 온도차(△T)가 지속적으로 제4설정온도(△T4)보다 높다면, 저RPM의 엔진(100)으로부터 공급되는 산소량이 적은 것으로 판단하여 엔진RPM을 설정RPM만큼 상향시킨다. 따라서, GPF 재생속도를 증가시켜 GPF 재생에 소요되는 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
한편, 상기 재생증가판단단계(S60) 수행결과, 상기 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)가 제4설정온도(△T4) 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 재생중지단계(S50)를 실시할 수 있다.
즉, 제어부는 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)가 제4설정온도(△T4) 이하인 상황이 되면, GPF(130) 내부에 더 이상 재생해야할 Soot가 없는 것으로 판단하여 GPF(130)의 재생을 중지한다. 따라서, 불필요하게 GPF(130) 재생이 지속되어 GPF(130) 승온으로 인해 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 재생유지단계(S70) 수행결과, 상기 타이머의 측정시간이 설정시간보다 짧을 경우, 상기 제어부는 상기 재생증가판단단계(S60)를 재실시할 수 있다. 즉, 제어부는 상기 GPF(130)의 전후단 온도차(△T)가 제4설정온도(△T4) 이하인 상태로 설정시간 지속될 경우에만 엔진RPM을 상향시켜, 과도한 엔진RPM 제어로 인해 GPF가 손상되는 것을 방지한다.
아울러, 본 발명에서, 상기 제어부는 상기 재생증가단계(S80) 후, 상기 재생수행단계(S30)를 재실시할 수 있다.
즉, 엔진RPM을 상향제어하면 GPF(130)에 보다 많은 양의 산소가 공급되면서 GPF(130)의 온도가 상승하게 되는데, GPF(130)의 후단부 온도(Tr)가 제2기준온도(T2)보다 커져서 GPF(130)의 내구 온도를 초과하는 것을 방지하기 위해 상기 제어부는 상기 재생증가단계(S80) 후, 상기 재생수행단계(S30)를 재실시한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법에 따르면 하이브리드 차량의 GPF 내에 Soot가 일정량 포집될 경우에 GPF 재생이 이루어지도록 산소를 공급하는 제어를 실시함으로써, GPF 내에 Soot가 과포집되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 산소공급과다로 인해 GPF 온도가 급격히 상승하여 GPF가 손상되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10: 재생대기단계
S20: 재생준비단계
S30: 재생수행단계
S40: 중지판단단계
S50: 재생중지단계
S60: 재생증가판단단계
S70: 재생유지단계
S80: 재생증가단계
100: 엔진
110: 모터
115: 배터리
120: 삼원촉매
130: GPF

Claims (7)

  1. 엔진 및 모터에 의해 구동되는 하이브리드 챠량의 GPF 재생제어방법에 있어서,
    제어부가 GPF(Gasoline Particulate Filter)의 전후단 온도차를 제1설정온도와 비교하는 재생대기단계;
    상기 재생대기단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제1설정온도보다 클 경우, 상기 제어부가 GPF재생조건이 만족될 때까지 엔진으로만 차량을 구동시키는 재생준비단계;
    상기 재생준비단계 후, 상기 제어부가 모터로 차량을 주행시키되, 상기 엔진을 온(ON) 구동하면서 상기 GPF를 재생시키는 재생수행단계;
    상기 재생수행단계 후, 상기 제어부가 상기 GPF의 후단부 온도와 제2설정온도를 비교하는 중지판단단계; 및
    상기 중지판단단계 수행결과, 상기 GPF의 후단부 온도가 제2설정온도보다 클 경우, 상기 제어부가 상기 GPF의 재생을 중지하는 재생중지단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생준비단계에서, 상기 제어부는 상기 GPF의 전단부 온도가 제3설정온도보다 크고, 배터리SOC가 설정SOC보다 클 경우에 상기 GPF재생조건이 만족된다고 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생수행단계에서, 상기 제어부는 상기 엔진을 아이들(idle) RPM으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중지판단단계 수행결과, 상기 GPF의 후단부 온도가 제2설정온도 이하일 경우, 상기 제어부가 타이머를 작동시키고, 상기 GPF의 전후단 온도차를 제4설정온도와 비교하는 재생증가판단단계;
    상기 재생증가판단단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제4설정온도보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 타이머의 측정시간을 설정시간과 비교하는 재생유지단계; 및
    상기 재생유지단계 수행결과, 상기 타이머의 측정시간이 설정시간 이상일 경우, 상기 제어부가 엔진RPM을 설정RPM만큼 상향시키는 재생증가단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 재생증가판단단계 수행결과, 상기 GPF의 전후단 온도차가 제4설정온도 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 재생중지단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 재생유지단계 수행결과, 상기 타이머의 측정시간이 설정시간보다 짧을 경우, 상기 제어부는 상기 재생증가판단단계를 재실시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는 상기 재생증가단계 후, 상기 재생수행단계를 재실시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 GPF 재생제어방법.
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