KR20200058625A - 디젤 마일드 하이브리브 차량의 dpf 온도 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DPF의 내부온도 상승을 억제하여 DPF의 파손을 방지할 수 있도록 한 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 DPF 재생 중 아이들 진입(DTI)시, 시동발전기를 작동시켜 엔진 부하를 상승시키는 동시에 연료 분사량을 증가시킴으로써, DPF의 전단부 산소량이 감소하여 DPF의 내부온도 상승을 억제시킬 수 있도록 한 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF DPF IN THE DIESEL MILD HYBRID VEHICLE}

본 발명은 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DPF의 내부온도 상승을 억제하여 DPF의 파손을 방지할 수 있도록 한 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 하이브리드 차량은 엔진 외에 모터의 동력을 이용하여 연비 향상 및 배기가스 저감 효과를 얻을 수 있는 일종의 친환경 차량으로서, 엔진과 모터의 동력 배분에 따라 마일드(mild) 타입 하이브리드 차량과 하드(hard) 타입 하이브리드 차량으로 구분하고 있다.

디젤 마일드 하이브리드 차량의 경우에는 엔진을 시동시키거나 또는 엔진 동력에 의하여 발전을 하는 시동발전기(MHSG : Mild Hybrid Starter & Generator)가 탑재되어 있다.

상기 디젤 마일드 하이브리드 차량은 상기 시동 발전기의 토크만으로 차량을 구동시키는 주행 모드는 없지만, 시동발전기를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있고, 시동발전기의 회생제동을 통해 배터리(예를 들어, 48 V 배터리)를 충전할 수 있으므로, 차량의 연비 향상을 도모할 수 있다.

이러한 디젤 마일드 하이브리드 차량의 배기 라인에도 엔진 구동에 따른 배기가스 저감을 도모하고자, 디젤 엔진의 배기 가스 성분들 중에서 입자상 물질들(PM: particulate matters)을 필터링하기 위한 DPF(Diesel Particulate Filter)가 설치되어 있다.

상기 DPF에 축적된 입자상 물질량이 과도할 경우, 엔진의 출력 저하 내지 DPF의 성능 저하 등이 발생될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 DPF에 축적된 입자상 물질을 연소시켜 없애기 위한 DPF 재생(regeneration) 로직이 적용되고 있다.

대개, 상기 DPF 재생 로직은 엔진으로부터 발생되는 배기 가스의 온도를 상승시키기 위한 과정으로 진행되고 있으며, 예를 들어 엔진의 각 실린더에 DPF 재생을 위한 연료를 후분사함으로써 배기 가스를 승온시키는 방법이 적용되고 있다.

이러한 DPF 재생 초기에 차량이 아이들(idle) 상태와 같은 저속/저부하 상태로 진입하는 경우, DPF를 투과하는 배기 가스 유량이 감소됨에 따라 DPF에서 발생하는 연소열이 외부로 적절히 방출되지 못하여 DPF 내부 온도가 한계 온도 이상으로 승온됨으로써, DPF가 파손되는 문제점이 발생될 수 있다.

좀 더 상세하게는, 상기 DPF 재생 중 아이들 진입(DTI, Drop To Idle)시 배기유량 급감소와 이에 따른 열확산 감소로 인하여 DPF의 내부온도가 상승하고, 또한 산소 농도가 급상승하여 포집되어 있던 입자상 물질인 슈트(soot)가 급속히 산화하며 DPF의 내부 온도가 더 상승하게 되어, 결국 DFP의 과도한 온도 상승으로 인하여 DPF의 한계치(최대온도 및 온도 상승 한계)를 초과하여 DPF의 파손이 발생될 수 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, DPF 재생 중 아이들 진입(DTI)시, 시동발전기를 작동시켜 엔진 부하를 상승시키는 동시에 연료 분사량을 증가시킴으로써, DPF의 전단부 산소량이 감소하여 DPF의 내부온도 상승을 억제시킬 수 있도록 한 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하고, 아이들 진입 상태로 판정되면 시동발전기 작동 플래그를 출력하는 아이들 판단부; 상기 아이들 판단부로부터 시동발전기 작동 플래그를 수신하는 경우, 엔진과 연결된 시동발전기에 충전 작동을 위한 목표 토크를 인가하는 모터 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템을 제공한다.

이에, 상기 모터 제어부의 목표 토크 인가에 따른 상기 시동발전기의 충전 작동에 의하여 엔진 부하 증가에 따른 연료 분사량이 증대되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모터 제어부는 DPF 전단 온도센서의 감지 신호를 수신하여, DPF의 전단 온도가 임계치 미만이면 시동발전기의 충전 동작을 위한 토크 인가를 해제하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 아이들 판단부에서 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하는 단계; 아이들 판단부에서 아이들 진입 상태로 판정하면 시동발전기 작동 플래그를 모터 제어부에 출력하는 단계; 상기 모터 제어부에서 아이들 판단부로부터 시동발전기 작동 플래그를 수신하면, 엔진과 연결된 시동발전기에 충전 작동을 위한 목표 토크를 인가하는 단계; 상기 모터 제어부의 목표 토크 인가에 따라 상기 시동발전기의 충전 작동이 진행되어, 엔진 부하 증가에 따른 연료 분사량 증대가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법을 제공한다.

이에, 상기 연료 분사량이 증대되면, 엔진 연소에 의한 산소 소모량이 증가하여 엔진 연소실의 출구측 배기라인에 설치된 DPF의 전단 산소량이 감소되는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명의 다른 구현예는 상기 모터 제어부에서 DPF 전단 온도센서의 감지 신호를 수신하여, DPF의 전단 온도가 임계치 미만이면 시동발전기의 충전 동작을 위한 토크 인가를 해제시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

엔진과 모터가 직접 연결된 디젤 마일드 하이브리드 차량에 있어서, 배기라인에 설치된 DPF의 재생 중 아이들 진입 시 모터 제어를 이용하여 DPF의 내부온도 상승 폭을 축소함으로써, 다양한 운전 조건에서 DPF 내부온도를 한계치 이내로 안정적으로 유지할 수 있고, DPF 파손을 방지하여 차량 주행 성능 향상 및 에미션(emission) 악화를 방지할 수 있다.

도 1은 아이들 토크 변화에 따른 DPF의 산소 농도와 아이들 진입시 DPF 최대 온도를 비교한 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템을 도시한 제어 구성도,
도 3은 본 발명의 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법을 도시한 제어 선도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, DPF 재생 중 아이들 진입(DTI) 시에는 배기유량 급감소와 이에 따른 열확산 감소로 인해 DPF의 내부온도가 상승할 수 밖에 없고, 더욱이 DPF 내의 산소 농도가 급상승하여 포집되어 있던 입자상물질인 슈트(soot)가 급속히 산화하여 DPF의 내부 온도가 더 상승하게 되며, 결국 DPF의 과도한 온도 상승으로 인해 DPF 필터의 내구 한계가 초과되어 DPF 필터의 파손이 발생될 수 있다.

이때, 상기 DPF 재생 중 아이들 진입(DTI)의 DPF의 온도 상승 폭은 포집되어 있던 잔존 슈트(soot)량, 산도 농도, 필터 포진 탄화수소(THC) 농도 등에 영향을 받는데, 이 중 산소 농도가 DPF의 온도 상승을 초래하는 가장 중요한 인자이다.

따라서, 상기 산소 농도를 낮추기 위해서 다양한 방법이 있는데, 아이들 부하를 상승시키는 것도 그 중 하나이다.

첨부한 도 1을 참조하면, 아이들 토크 변화에 따른 DPF의 산소 농도와 이에 따른 아이들 진입시 DPF 최대 온도를 평가하였는 바, 아이들 부하가 높을수록 DPF 내부온도가 낮아짐을 알 수 있다.

이에, 본 발명은 엔진과 모터가 벨트로 연결되거나 크랭크축으로 연결된 디젤 하이브리드 차량에 있어서, 디젤 엔진의 아이들 진입 시 모터(MHSG : Mild Hybrid Starter Generator)를 일시적으로 작동(충전 모드)시켜 엔진 부하를 상승시키고, 엔진 부하 상승에 따른 엔진 연료 분사량이 증가되도록 함으로써, 엔진의 연소실 출구쪽 배기라인에 장착되는 DPF의 전단 산소량을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 DPF의 내부온도 상승 폭을 축소시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템을 도시한 제어 구성도이고, 도 3은 그 제어 선도를 나타낸다.

본 발명에 따른 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정한 후 아이들 진입 상태로 판정되면 시동발전기 작동 플래그를 출력하는 아이들 판단부(100)와, 상기 아이들 판단부로부터 시동발전기 작동 플래그를 수신하는 경우 엔진과 연결된 시동발전기에 충전 작동을 위한 목표 토크를 인가하는 모터 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 아이들 판단부(100)는 현재 차속, 엔진 RPM, 연료분사량, 브레이크 신호, 배기가스 유량 등의 센싱 신호를 기반으로 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하는 것으로서, 디젤 엔진의 전반적인 제어를 위한 엔진 제어기가 사용될 수 있다.

상기 모터 제어부(200)는 디젤 마일드 하이브리드 차량의 엔진을 시동시키거나 또는 엔진 동력에 의하여 발전을 하는 시동발전기(MHSG)를 제어하기 위한 것으로서, 상기 아이들 판단부(100)로부터 아이들 진입시 시동발전기 작동 플래그를 수신하는 경우 시동발전기에 목표 토크를 인가한다.

여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 DPF 온도 제어 방법을 더 구체적으로 순차 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 아이들 판단부(100)에서 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하는 단계가 진행된다.

통상, 상기 아이들 판단부(100)는 차량의 현재 차속, 엔진 RPM, 연료분사량, 브레이크 신호, 배기가스 유량 등의 센싱 신호를 기반으로 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하게 된다.

이어서, 상기 아이들 판단부(100)에서 차량이 아이들 상태로 진입한 것으로 판정되면, 상기 모터 제어기(200)에 시동발전기 작동 플래그를 출력한다.

다음으로, 상기 모터 제어부(200)에서 아이들 판단부(100)로부터 시동발전기 작동 플래그를 수신하면, 엔진과 연결된 시동발전기에 충전 작동을 위한 목표 토크를 인가한다.

바람직하게는, 상기 모터 제어부(200)는 현재 모터 토크, 배터리 SOC, DPF의 전단 온도 등의 센싱 신호를 기반으로, 시동발전기에 인가되는 최종 목표 모터 토크를 결정한다.

예를 들어, DPF의 전단 온도가 소정 수준 보다 높으면 시동발전기에 인가하는 목표 토크를 증가시키고, DPF의 전단 온도가 소정 수준 보다 낮으면 시동발전기에 인가하는 목표 토크를 감소시켜 결정할 수 있고, 이는 시험을 통한 맵 데이터로 결정할 수 있다.

이에, 상기 모터 제어부(200)의 목표 토크 인가에 따라 상기 시동발전기의 충전 작동이 이루어지고, 시동발전기는 엔진과 벨트 또는 크랭크 축으로 연결된 상태이므로 시동발전기의 충전 작동에 따라 엔진 부하가 증가하게 되고, 또한 엔진 부하가 증가하면 엔진 연소를 위한 연료 분사량이 증대된다.

따라서, 상기 연료 분사량이 증대되면, 엔진에서 연료 연소를 위한 산소 소모량이 증가하게 되므로, 결국 엔진 연소실의 출구측 배기라인에 설치된 DPF의 전단 산소량이 감소하게 된다.

즉, 엔진과 모터가 결합된 디젤 마일드 하이브리드 차량의 아이들 진입시, 시동발전기의 작동(충전 모드)으로 엔진 부하를 상승시켜고 연료 분사를 증가시킴으로써, 그 결과로 연소에 의한 산소 소모량이 증가하여 아이들 진입시의 DPF 전단 산소량을 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 DPF 재생 중 아이들 진입(DTI)시 DPF의 온도 상승을 초래하는 인자 중 산소 농도를 감소시킴으로써, DPF의 내부온도 상승 폭을 축소시킬 수 있고, 그에 따라 다양한 운전 조건에서 DPF 내부온도를 한계치 이내로 안정적으로 유지할 수 있고, DPF 파손을 방지하여 차량 주행 성능 향상 및 에미션(emission) 악화를 방지할 수 있다.

한편, 상기 모터 제어부(200)에서 DPF 전단 온도센서의 감지 신호를 수신하여, DPF의 전단 온도가 임계치 미만으로 판정되면, 상기 시동발전기의 충전 동작을 위한 토크 인가를 해제시키는 제어를 하게 된다.

100 : 아이들 판단부
200 : 모터 제어부

Claims (6)

1. 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하고, 아이들 진입 상태로 판정되면 시동발전기 작동 플래그를 출력하는 아이들 판단부;
   상기 아이들 판단부로부터 시동발전기 작동 플래그를 수신하는 경우, 엔진과 연결된 시동발전기에 충전 작동을 위한 목표 토크를 인가하는 모터 제어부;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터 제어부의 목표 토크 인가에 따른 상기 시동발전기의 충전 작동에 의하여 엔진 부하 증가에 따른 연료 분사량이 증대되는 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터 제어부는 DPF 전단 온도센서의 감지 신호를 수신하여, DPF의 전단 온도가 임계치 미만이면 시동발전기의 충전 동작을 위한 토크 인가를 해제하는 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 시스템.
   
4. 아이들 판단부에서 디젤 엔진의 아이들 진입(DTI) 여부를 판정하는 단계;
   아이들 판단부에서 아이들 진입 상태로 판정하면 시동발전기 작동 플래그를 모터 제어부에 출력하는 단계;
   상기 모터 제어부에서 아이들 판단부로부터 시동발전기 작동 플래그를 수신하면, 엔진과 연결된 시동발전기에 충전 작동을 위한 목표 토크를 인가하는 단계;
   상기 모터 제어부의 목표 토크 인가에 따라 상기 시동발전기의 충전 작동이 진행되어, 엔진 부하 증가에 따른 연료 분사량 증대가 이루어지는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 연료 분사량이 증대되면, 엔진 연소에 의한 산소 소모량이 증가하여 엔진 연소실의 출구측 배기라인에 설치된 DPF의 전단 산소량이 감소되는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 모터 제어부에서 DPF 전단 온도센서의 감지 신호를 수신하여, DPF의 전단 온도가 임계치 미만이면 시동발전기의 충전 동작을 위한 토크 인가를 해제시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 마일드 하이브리브 차량의 DPF 온도 제어 방법.

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