KR20190073952A - 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치는, 엔진, 상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG, 상기 엔진을 시동킬 수 있는 스타터, 상기 엔진의 배기가스에 포함된 수트와 입자상 물질을 포집하는 GPF, 고전압 배터리와 저전압 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 센서, 상기 GPF의 전후단 압력 차이를 검출하는 GPF 배압 센서 및 검출된 상기 GPF의 전후단 압력 차이가 설정된 제1 기준치를 초과하고 상기 고전압 배터리(50)의 SOC가 설정된 제2 기준치를 초과하면 협조 제어 모드로 진입하여 상기 MHSG와 스타터를 동시에 구동하여 상기 엔진을 시동 시키는 제어기를 포함한다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR STARTING ENGINE OF MILD HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 매연저감필터(Gasoline Particulate Filter)가 장착된 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 사용하는 자동차로써, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동력을 얻는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량은 구동 방식에 따라 병렬형, 직렬형, 복합형 등으로 구분되며, 또한 엔진과 모터의 파워 분담비에 따라 마일드(Mild), 미들(Middle), 하드(Hard) 타입으로 분류된다.
마일드 하이브리드 차량은 하드 타입의 일반적인 하이브리드 차량과는 달리 용량이 적은 배터리와 모터를 사용한다. 즉, 마일드 하이브리드 차량은 알터네이터 대신 마일드 하이브리드 시동 발전기(Mild Hybrid Starter and Generator, 이하 MHSG)가 장착되며, 12V의 배터리 외 추가로 48V 배터리와 LDC(low voltage DC-DC converter)가 구비된다.
이에 따라 마일드 하이브리드 차량은 모터만을 동력원으로 차량이 구동하는 주행 모드는 없지만, MHSG를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있고, 회생제동을 통해 배터리를 충전할 수 있다. 그러므로 차량의 연비를 향상시킬 수 있으며 효율적인 에너지 이용이 가능하다.
한편, 친환경에 대한 관심이 고조되면서 디젤 엔진 차량에 DPF(Diesel Particulate Filter) 장착이 의무화 되어있으며, 가솔린 엔진에 대해서도 배기가스뿐만 아니라 입자상 물질의 배출문제에 대한 규제(예; PN/PM/유로6C)가 강화되고 있다.
이에, 최근 유럽의 차량 메이커들도 대부분 가솔린 입자상 물질 필터인 가솔린 매연저감필터(Gasoline Particulate Filter, GPF) 장착을 기본 사양으로 적용하고 있는 추세이다.
그러나, GPF가 장착된 마일드 하이브리드 차량은 GPF의 배압에 따른 출력저하로 인하여 엔진의 시동 안전성이 떨어지는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 가솔린 매연저감필터(GPF)가 장착된 마일드 하이브리드 차량의 시동 안전성을 지원하기 위한 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치는, 엔진; 상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild hybrid starter & generator); 상기 엔진을 시동킬 수 있는 스타터; 상기 엔진의 배기가스에 포함된 수트와 입자상 물질을 포집하는 GPF(Gasoline Particulate Filter); 고전압 배터리와 저전압 배터리의 SOC(state of charge)를 검출하는 SOC 센서; 상기 GPF의 전후단 압력 차이를 검출하는 GPF 배압 센서; 및 검출된 상기 GPF의 전후단 압력 차이가 설정된 제1 기준치를 초과하고, 상기 고전압 배터리의 SOC가 설정된 제2 기준치를 초과하면 협조 제어 모드로 진입하여 상기 MHSG와 스타터를 동시에 구동하여 상기 엔진을 시동 시키는 제어기를 포함한다.
또한, 상기 제어기는, 상기 MHSG의 회전자와 일체로 회전하는 MHSG 휠의 위치를 검출하는 MHSG 위치 센서의 신호를 기초로 설정된 실린더의 상사점을 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 협조 제어 모드에 진입하면 상기 MHSG를 구동하여 상기 엔진의 캠 샤프트의 위치를 설정된 상사점의 위치로 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 GPF의 전후단 압력 차이가 설정된 제1 기준치 이하이거나 상기 고전압 배터리의 SOC가 설정된 제2 기준치 이하이면 상기 스타터를 구동하여 상기 엔진을 시동킬 수 있다.
또한, 상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 저전압 배터리를 충전하는 컨버터를 더 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
또한, 상기 컨버터는, 상기 엔진의 시동 시 검출된 상기 저전압 배터리의 SOC가 일정 기준 이하이면 상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 스타터에 공급할 수 있다.
또한, 상기 MHSG 휠은 원주 상에 적어도 3개의 투쓰들이 형성되고, 상기 적어도 3개의 투쓰들 각각의 크기 및 그들 사이의 간격은 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 MHSG 휠의 중심부에는 홀이 형성되고, 상기 회전자의 회전 샤프트가 상기 홀을 관통할 수 있다.
또한, 상기 MHSG는, 상기 고전압 배터리의 전력으로 구동될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 엔진, 상기 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild hybrid starter & generator), 상기 엔진을 시동하는 스타터 및 상기 엔진의 시동을 제어하는 제어기를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은, a) GPF(Gasoline Particulate Filter)의 장착여부를 판단하는 단계; b) 상기 GPF가 장착된 것을 확인하면, GPF 배압 센서를 통해 상기 GPF의 전후단 압력 차이를 검출하여 설정된 제1 기준치를 초과하는지 비교하는 단계; c) 상기 전후단 압력 차이가 상기 제1 기준치를 초과하면 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)가 설정된 제2 기준치를 초과하는지 비교하는 단계; 및 d) 상기 고전압 배터리의 SOC가 상기 제2 기준치를 초과하면 협조 제어 모드로 진입하여 상기 MHSG와 스타터를 동시에 구동하여 상기 엔진을 시동 시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 MHSG를 구동시켜 상기 엔진의 캠 샤프트의 위치를 상사점의 위치로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 GPF가 장착되지 않은 것을 확인하거나, 상기 GPF의 전후단 압력 차이가 제1 기준치를 초과하지 않거나, 상기 고전압 배터리의 SOC가 제2 기준치 이하로 낮으면, 상기 스타터를 구동하여 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 엔진의 시동 시 상기 스타터에 전력을 공급하는 저전압 배터리의 SOC가 일정 기준 이하이면 상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 스타터에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 마일드 하이브리드 차량에 적용된 GPF의 배압에 따른 출력저하를 해결하기 위하여 고전압 배터리의 SOC를 고려한 MHSG 및 스타터를 동시에 구동하는 협조제어를 통해 시동토크를 최대로 함으로써 GPF 적용 시의 시동 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MHSG의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MHSG 휠의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량은 엔진(10), 변속기(20), MHSG(mild hybrid starter & generator)(30), 스타터(starter)(40), 고전압 배터리(high-voltage battery)(50), 저전압 배터리(low-voltage battery)(52), 컨버터(DC-DC converter)(54), 가솔린 매연저감필터(Gasoline Particulate Filter, GPF)(56), GPF 배압 센서(78), 차동기어장치(differential gear apparatus)(60), 및 휠(wheel)(65)을 포함한다.
엔진(10)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 점화시기, 공기량, 연료량, 및 공연비 등을 제어하여 엔진(10)의 연소 토크를 발생시킬 수 있다.
마일드 하이브리드 차량의 동력 전달은 상기 엔진(10)의 토크가 상기 변속기(20)의 입력축에 전달되고, 상기 변속기(20)의 출력축으로부터 출력된 토크가 차동기어장치(60)를 경유하여 차축에 전달된다. 상기 차축이 휠(65)을 회전시킴으로써 상기 엔진(10)의 토크에 의해 상기 마일드 하이브리드 차량이 주행하게 된다.
변속기(20)는 자동 변속기 또는 수동 변속기일 수 있다. 상기 자동 변속기는 마일드 하이브리드 차량의 속도 및 가속 페달의 위치 등에 따라 다수의 솔레노이드 밸브를 구동시켜 유압을 제어함으로써 목표 기어단의 변속 기어가 작동되어 자동으로 변속이 이루어진다. 상기 수동 변속기는 클러치 페달을 밟고 기어 레버를 원하는 기어단으로 움직이는 운전자의 조작에 의해서 변속이 이루어진다.
MHSG(30)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 즉, 상기 MHSG(30)는 상기 엔진(10)을 시동하거나 상기 엔진(10)의 출력에 의해 발전할 수 있다. 또한, 상기 MHSG(30)는 상기 엔진(10)의 토크를 보조할 수 있다. 상기 마일드 하이브리드 차량은 상기 엔진(10)의 연소 토크를 주동력으로 하면서 상기 MHSG(30)의 토크를 보조동력으로 이용할 수 있다. 상기 MHSG(30)는 엔진(10)의 크랭크 샤프트(12)와 캠 샤프트(14)에 벨트를 통해 연결될 수 있다.
스타터(40)는 엔진(10)을 시동한다. 스타터(40)는 엔진(10)의 크랭크 샤프트(12)에 직접 연결되어 엔진(10)을 시동할 수 있다.
고전압 배터리(50)는 상기 MHSG(30)에 전력을 공급하거나, 상기 MHSG(30)를 통해 회수되는 전력을 통해 충전될 수 있다. 상기 고전압 배터리(50)는 48 V 전압을 가지는 리튬-이온(lithium-ion) 배터리일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
저전압 배터리(52)는 전장 부하(예를 들어, 헤드 램프, 에어컨 등)나 상기 스타터(40)에 저전압 전류를 공급할 수 있다. 상기 저전압 배터리(52)는 12 V 배터리일 수 있다.
컨버터(low voltage DC-DC converter, LDC)(54)는 상기 고전압 배터리(50)로부터 공급되는 전압을 저전압으로 변환하여 상기 저전압 배터리(52)를 충전할 수 있다.
또한, 컨버터(54)는 시동 시 검출된 저전압 배터리(52)의 SOC가 일정 기준 이하이면 상기 고전압 배터리(50)의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 스타터에 직접 공급할 수 있다.
GPF(56)는 물리적인 다공성 필터 재질로 구성되며, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 수트와 입자상 물질을 포집하고, 퇴적된 수트량, 차량의 주행 거리, 시간 등이 조건으로 퇴적된 수트를 태워버리는 재생동작을 한다.
이러한 GPF(56)는 가솔린 직접분사(Gasoline Direct Injection, GDI) 엔진 등의 고출력 엔진이 늘어나면서 연소실 내 불완전 연소구간의 증가로 입자상 물질(Particulate Matters, PM)의 배출이 늘어남에 따른 규제강화(PN/PM/유로6C)에 대응하도록 장착된다.
GPF 배압 센서(78)는 GPF(56)의 전단 및 후단 압력을 측정하여 전후단 압력 차이를 검출한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MHSG의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MHSG 휠의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 MHSG(30)는 회전자(31), 고정자(32), 제1 케이스(33a), 제2 케이스(33b), 제3 케이스(33c), 파워 모듈(34), 제어 모듈(35), MHSG 휠(300), 및 MHSG 위치 센서(96)을 포함할 수 있다.
회전자(31)는 중심부 측에 회전 샤프트(31a)가 결합되며, 그 외주면이 고정자(32)의 내경면과 일정 공극을 두고 고정자(32)의 내측에 배치된다. 회전자(31)는 고정자(32)의 내측에 회전 가능하게 설치된다.
고정자(32)는 전기 강판으로 이루어진 고정자 코어(32a)와 고정자 코어(32a)에 권선되어 있는 코일(32b)를 포함한다. 상기 코일(32b)은 파워 모듈(34)과 전기적으로 연결되어 파워 모듈(34)로부터 전류를 입력 받는다. 상기 파워 모듈(34)로부터 상기 코일(32b)로 전류 인가 시 발생되는 자속에 의해 회전자(31)가 회전하게 되고 MHSG(30)의 토크를 발생시킨다.
제1 케이스(33a) 및 제2 케이스(33b)는 서로 결합되어 상기 회전자(31) 및 고정자(32)가 그 내부에 배치될 수 있는 공간을 형성한다. 상기 고정자(32)는 상기 제2 케이스(33b)의 내부에 고정되게 설치될 수 있다.
제2 케이스(33b) 및 제3 케이스(33c)는 서로 결합되어 상기 파워 모듈(34) 및 제어 모듈(35)이 그 내부에 배치될 수 있는 공간을 형성한다. 상기 파워 모듈(34) 및 제어 모듈(35)은 상기 제3 케이스(33c)의 내부에 고정되게 설치될 수 있다.
파워 모듈(34)은 제어 모듈(35)의 제어 신호에 따라 상기 고정자(32)의 코일(32b)로 전류를 인가한다.
제어 모듈(35)은 제어기(80; 도 4 참조)의 제어 신호에 따라 파워 모듈(34)의 작동을 제어하여 상기 고정자(32)의 코일(32b)로 인가되는 전류를 제어한다. 또한, 제어 모듈(35)은 MHSG 위치 센서(96)의 신호를 검출하여 제어기(80)에 전달한다.
MHSG 휠(300)은 상기 회전자(31)와 일체로 회전한다. MHSG 휠(300)의 중심부에는 홀(340)이 형성되고, 상기 회전자(31)의 회전 샤프트(31a)가 상기 홀(340)을 관통하여 고정될 수 있다. MHSG 휠(300)의 원주 상에는 적어도 3개의 투쓰들(teeth)(310, 320, 및 330) 형성되어 있다. 상기 복수개의 투쓰들(310, 320, 330) 각각의 크기들 및 그들 사이의 간격은 서로 다를 수 있다.
상기 적어도 3개의 투쓰들(310, 320, 및 330) 각각은 포지티브 플랭크(positive flank)와 네거티브 플랭크(negative flank)를 포함한다. 여기서, 상기 포지티브 플랭크는 MHSG 휠(300)의 회전 방향을 따라 투쓰가 시작되는 부분이고, 상기 네거티브 플랭크 MHSG 휠(300)의 회전 방향을 따라 투쓰가 끝나는 부분이다.
제1 투쓰(310)의 포지티브 플랭크(312)와 네거티브 플랭크(314) 사이의 거리(b`), 제2 투쓰(320)의 포지티브 플랭크(322)와 네거티브 플랭크(324) 사이의 거리(d`), 및 제3 투쓰(330)의 포지티브 플랭크(332)와 네거티브 플랭크(334) 사이의 거리(f`)는 서로 다를 수 있다. 또한, 제1 투쓰(310)의 네거티브 플랭크(314)와 제2 투쓰(320)의 포지티브 플랭크(322) 사이의 거리(c`), 제2 투쓰(320)의 네거티브 플랭크(324)와 제3 투쓰(330)의 포지티브 플랭크(332) 사이의 거리(e`), 및 제3 투쓰(330)의 네거티브 플랭크(334)와 제1 투쓰(310)의 포지티브 플랭크(312) 사이의 거리(a`)는 서로 다를 수 있다.
MHSG 위치 센서(96)는 상기 적어도 3개의 투쓰들(310, 320, 및 330)(즉, MHSG 휠(300)의 위치)을 검출하여, 이에 대한 신호를 제어 모듈(35)에 전달한다. MHSG 위치 센서(96)는 파워 모듈(34)에 고정되게 배치되며, 상기 MHSG 휠(300)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 장치는 이그니션 스위치(72), 외기온 센서(74), SOC 센서(76), GPF 배압 센서(78), MHSG 휠(300), MHSG 위치 센서(96), 제어기(80), MHSG(30) 및 스타터(40)를 포함한다.
그리고, 도면에서는 생략되었으나 차량의 위치를 파악할 수 있는 GPS, 가속, 브레이크, 차속, 경사도, 등의 운전정보 검출을 위한 각종 센서를 더 포함할 수 있다.
이그니션 스위치(72)는 복수개의 접점을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 접점은 OFF 접점, ACC 접점, ON 접점, 및 START 접점을 포함할 수 있다. 상기 OFF 접점이 선택되면, 엔진(10)이 오프된다. 상기 ACC 접점이 선택되면, 라디오와 같은 악세서리 장치들의 사용이 가능하다. 상기 ON 접점이 선택되면, 고전압 배터리(50)의 전압을 사용하는 전자 장치들의 사용이 가능하다. 상기 SATRT 접점이 선택되면 엔진(10)이 시동된다. 상기 이그니션 스위치(72)의 접점들은 시동 키 또는 시동 버튼에 의해 선택될 수 있다.
외기온 센서(74)는 마일드 하이브리드 차량의 외기온을 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(80)에 전달한다.
SOC 센서(76)는 고전압 배터리(50) 및 저전압 배터리(52)의 SOC(state of charge)를 각각 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(80)에 전달한다.
GPF 배압 센서(78)는 GPF(56)의 전단 압력 및 후단 압력을 측정하여 전후단 압력차이(배압차)를 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(80)에 전달한다.
크랭크 샤프트 휠(100)은 엔진(10)의 크랭크 샤프트(12)와 일체로 회전하도록 장착되며, 원주 상에 복수개의 투쓰들(110)이 형성되어 있다. 상기 복수개의 투쓰들(110)의 크기 및 간격은 동일하며, 크랭크 샤프트 휠(100)의 일부에는 엔진(10)의 크랭크 샤프트(12)의 기준 위치를 검출할 수 있도록 가이드 홈(115)이 형성될 수 있다.
크랭크 샤프트 위치 센서(92)는 상기 복수개의 투쓰들(110)의 위치(즉, 크랭크 샤프트의 위치)를 검출하여, 이에 대한 신호를 제어기(80)에 전달한다. 제어기(80)는 상기 크랭크 샤프트 위치 센서(92)의 신호를 기초로 엔진(10)의 회전 속도를 계산할 수 있다.
캠 샤프트 휠(200)은 엔진(10)의 캠 샤프트(14)와 일체로 회전하도록 장착되며, 원주 상에 불균일한 간격으로 복수개의 투쓰들(210, 220, 및 230)이 형성되어 있다. 상기 복수개의 투쓰들(210, 220, 및 230) 각각의 크기 및 그들 사이의 간격은 서로 다를 수 있다.
캠 샤프트 위치 센서(94)는 상기 복수개의 투쓰들(210, 220, 및 230)의 위치(즉, 캠 샤프트의 위치)를 검출하여, 이에 대한 신호를 제어기(80)에 전달한다. 제어기(80)는 상기 캠 샤프트 위치 센서(94)의 신호를 기초로 설정된 실린더(16)의 상사점(top dead center; TDC)을 검출할 수 있다. 4기통 엔진의 경우 상기 설정된 실린더(16)는 1번 실린더일 수 있으며, 크랭크 샤프트(12)의 2회전 당 캠 샤프트(14)는 1회전할 수 있다.
MHSG 휠(300)은 MHSG(30)와 일체로 회전하도록 장착되며, 원주 상에 적어도 3개의 투쓰들(310, 320, 및 330)이 형성되어 있다. 상기 적어도 3개의 투쓰들(310, 320, 및 330) 각각의 크기 및 그들 사이의 간격은 서로 다를 수 있다. 또한, MHSG 휠(300)의 투쓰들(310, 320, 및 330)은 캠 샤프트 휠(200)의 투쓰들(210, 220, 및 230)과 소정의 각도 차이(x3-x2)를 가지고 동일 간격으로 형성될 수 있다.
MHSG 위치 센서(96)는 상기 적어도 3개의 투쓰들(310, 320, 및 330)(즉, MHSG 휠(300)의 위치)를 검출하여, 이에 대한 신호를 제어 모듈(35)에 전달하고, 제어 모듈(35)은 상기 신호를 제어기(80)에 전달한다. 제어기(80)는 상기 MHSG 위치 센서(96)의 신호를 기초로 상기 설정된 실린더(16)의 상사점을 검출할 수 있다.
제어기(80)는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동을 위한 전반적이 동작을 제어한다.
제어기(80)는 크랭크 샤프트 위치 센서(92), 캠 샤프트 위치 센서(94), 및 MHSG 위치 센서(96)의 신호를 기초로 MHSG(30)의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(80)는 이그니션 스위치(72), 외기온 센서(74), SOC 센서(76) 및 GPF 배압 센서(78)의 신호를 기초로 MHSG(30) 및 스타터(40)의 작동을 제어할 수 있다.
이러한, 제어기(80)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
특히, 제어기(80)는 하이브리드 차량의 GPF(56) 장착 여부를 판단하여 미장착 시의 스타터 스타터 시동 모드로 제어하고, GPF(56) 장착 시 MHSG 및 스타터를 동시에 구동하는 협조제어를 하여 시동토크의 출력을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법의 흐름도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 제어기(80)는 이그니션 스위치(72)의 START 접점이 선택되면(S110), 차량에 GPF(56) 장착여부를 판단한다(S120).
상기 S120 단계에서 차량에 GPF(56)가 장착된 것을 확인하면(S120; 예), 제어기(80)는 GPF 배압 센서(78)를 통해 GPF(56)의 전후단 압력 차이를 검출하여 설정된 제1 기준치(예; 0.5bar)를 초과하는지 비교한다(S130). 여기서, 상기 제1 기준치는 GPF(56)의 배압이 높아 시동성에 영향을 미치는 것을 판단하기 위한 기준 압력으로 실험을 통해 결정될 수 있다.
상기 S130 단계에서 GPF(56)의 전후단 압력 차이가 제1 기준치를 초과하면(S130; 예), 제어기(80)는 고전압 배터리(50)의 SOC를 설정된 제2 기준치와 비교한다(S140). 상기 제2 기준치는 고전압 배터리(50)가 완전히 방전될 가능성이 있는지 판단하기 위하여 설정된 하한 SOC 값으로 설정될 수 있다.
상기 S140 단계에서 고전압 배터리(50)의 SOC가 제2 기준치를 초과하면(S150; 예), 제어기(80)는 MHSG(30)와 스타터(40)를 동시 구동하는 협조 제어 모드(Back-up)로 진입한다(S150).
제어기(80)는 상기 MHSG(30)를 구동시켜 엔진(10)의 캠 샤프트(14)의 위치를 설정된 TDC의 위치로 회전시킨다(S160). 즉, 제어기(80)는 상기 캠 샤프트(14)의 위치를 TDC에 위치시켜 엔진 시동 시 최대 시동토크를 발생시킬 수 있도록 준비시킨다.
제어기(80)는 상기 캠 샤프트(14)의 위치가 TDC에 위치되면 상기 MHSG(30)와 스타터(40)를 동시에 구동하여 엔진(10)을 시동한다(S170). 즉, MHSG(30)와 스타터(40)로 동시에 시동하여 크랭크샤프트 벨트를 돌리는 최대 시동토크를 발생함으로써 GPF(56)의 장착에 따른 배압이 높은 상황에서도 엔진(10)의 시동성을 향상시킬 수 있다.
반면에, 상기 S120 단계에서 차량에 GPF(56)가 장착되지 않은 것을 확인하거나(S120; 아니오), 상기 S130 단계에서 GPF(56)의 전후단 압력 차이가 제1 기준치를 초과하지 않거나(S130; 아니오), 상기 S140 단계에서 고전압 배터리 SOC가 제2 기준치를 초과하지 않으면(S140; 아니오), 제어기(80)는 스타터 시동 모드로 진입하여(S180), 스타터(40)를 구동시켜 엔진(10)을 시동한다(S190).
또한, 도 5에서는 생략되었으나 제어기(80)는 상기 협조 제어 모드 또는 스타터 시동 모드로 엔진(10)을 시동시에 상기 스타터(40)에 전력을 공급하는 저전압 배터리(54)의 SOC가 일정 기준 이하이면 상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 스타터(40)에 직접 공급할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 마일드 하이브리드 차량에 적용된 GPF의 배압에 따른 출력저하를 해결하기 위하여 고전압 배터리의 SOC를 고려한 MHSG 및 스타터를 동시에 구동하는 협조제어를 통해 시동토크를 최대로 함으로써 GPF 적용 시의 시동 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 전술한 본 발명의 실시예에서의 마일드 하이브리드 차량은 가솔린 엔진과 그에 따른 가솔린 매연저감필터(GPF)가 장착된 것을 가정하여 설명하겠으나 이에 한정되지 않으며, 마일드 하이브리드 차량에 디젤 엔진이 적용된 경우, 디젤 매연저감필터(Diesel Particulate Filter, DPF)가 장착되고 그 배압차이를 검출하는 센서를 구성함으로써 동일한 작용과 효과를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 엔진 20: 변속기
30: MHSG 31: 회전자
32: 고정자 33a: 제1 케이스(33a)
33b: 제2 케이스 33c: 제3 케이스(33c)
34: 파워 모듈 35: 제어 모듈
40: 스타터 50: 고전압 배터리
52: 저전압 배터리 54: 컨버터
56: GPF 78: GPF 배압 센서
60: 차동기어장치 65: 휠
72: 이그니션 스위치 74: 외기온 센서
76: SOC 센서 80: 제어기
92: 크랭크 샤프트 위치 센서 94: 캠 샤프트 위치 센서
96: MHSG 위치 센서 100: 크랭크 샤프트 휠
200: 캠 샤프트 휠 300: MHSG 휠

Claims (13)

  1. 엔진;
    상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild hybrid starter & generator);
    상기 엔진을 시동킬 수 있는 스타터;
    상기 엔진의 배기가스에 포함된 수트와 입자상 물질을 포집하는 GPF(Gasoline Particulate Filter);
    고전압 배터리와 저전압 배터리의 SOC(state of charge)를 검출하는 SOC 센서;
    상기 GPF의 전후단 압력 차이를 검출하는 GPF 배압 센서; 및
    검출된 상기 GPF의 전후단 압력 차이가 설정된 제1 기준치를 초과하고, 상기 고전압 배터리의 SOC가 설정된 제2 기준치를 초과하면 협조 제어 모드로 진입하여 상기 MHSG와 스타터를 동시에 구동하여 상기 엔진을 시동 시키는 제어기;
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 MHSG의 회전자와 일체로 회전하는 MHSG 휠의 위치를 검출하는 MHSG 위치 센서의 신호를 기초로 설정된 실린더의 상사점을 판단하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 협조 제어 모드에 진입하면 상기 MHSG를 구동하여 상기 엔진의 캠 샤프트의 위치를 설정된 상사점의 위치로 회전시키는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 GPF의 전후단 압력 차이가 설정된 제1 기준치 이하이거나 상기 고전압 배터리의 SOC가 설정된 제2 기준치 이하이면 상기 스타터를 구동하여 상기 엔진을 시동시키는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 저전압 배터리를 충전하는 컨버터를 더 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 엔진의 시동 시 검출된 상기 저전압 배터리의 SOC가 일정 기준 이하이면 상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 스타터에 공급하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 MHSG 휠은 원주 상에 적어도 3개의 투쓰들이 형성되고, 상기 적어도 3개의 투쓰들 각각의 크기 및 그들 사이의 간격은 서로 다른 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 MHSG 휠의 중심부에는 홀이 형성되고, 상기 회전자의 회전 샤프트가 상기 홀을 관통하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 MHSG는,
    상기 고전압 배터리의 전력으로 구동되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  10. 엔진, 상기 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild hybrid starter & generator), 상기 엔진을 시동하는 스타터 및 상기 엔진의 시동을 제어하는 제어기를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법에 있어서,
    a) GPF(Gasoline Particulate Filter)의 장착여부를 판단하는 단계;
    b) 상기 GPF가 장착된 것을 확인하면, GPF 배압 센서를 통해 상기 GPF의 전후단 압력 차이를 검출하여 설정된 제1 기준치를 초과하는지 비교하는 단계;
    c) 상기 전후단 압력 차이가 상기 제1 기준치를 초과하면 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)가 설정된 제2 기준치를 초과하는지 비교하는 단계;
    d) 상기 고전압 배터리의 SOC가 상기 제2 기준치를 초과하면 협조 제어 모드로 진입하여 상기 MHSG와 스타터를 동시에 구동하여 상기 엔진을 시동 시키는 단계;
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 MHSG를 구동시켜 상기 엔진의 캠 샤프트의 위치를 상사점의 위치로 회전시키는 단계를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 GPF가 장착되지 않은 것을 확인하거나, 상기 GPF의 전후단 압력 차이가 제1 기준치를 초과하지 않거나, 상기 고전압 배터리의 SOC가 제2 기준치 이하로 낮으면 상기 스타터를 구동하여 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  13. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 엔진의 시동 시 상기 스타터에 전력을 공급하는 저전압 배터리의 SOC가 일정 기준 이하이면 상기 고전압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 상기 스타터에 공급하는 단계를 더 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
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