KR20200071174A

KR20200071174A - 하이브리드 차량에서의 엔진부하별 최적화 방식 cda 모드 제어방법

Info

Publication number: KR20200071174A
Application number: KR1020180158114A
Authority: KR
Inventors: 박재범
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-19

Abstract

본 발명의 하이브리드 차량(100)에 적용된 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법은 컨트롤러(30)에 의해 엔진 회전수와 요구토크로 이루어지는 CDA 작동영역 판단제어, CDA 작동영역 판단에 따른 CDA 모드 전환시 저부하 CDA 모드, 중부하 CDA 모드, 고부하 CDA 모드로 분류하여 엔진(10)의 휴지 기통을 달리하는 엔진부하구분제어가 수행됨으로써 CDA 시스템(1)의 운전영역확장으로 CDA 활용성이 크게 높아지고, 특히 엔진부하구분제어에 의한 CDA 작동으로 저부하의 배기 및 냉간 승온 개선/연비 개선과 중부하의 NOx 개선 및 고부하의 NOx 증가 영향 최소화가 모두 가능함으로써 디젤엔진에서도 연비/NOx 개선 효과를 크게 높여주는 특징이 구현된다.

Description

하이브리드 차량에서의 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법{Method for CDA Mode Control Based On Optimization Individual Engine Load In Hybrid Vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어에 관한 것으로, 특히 CDA(Cylinder DeActivation) 작동을 저/중/고 엔진 부하영역으로 확장하여 연비/NOx 개선 효과를 함께 향상시킬 수 있도록 하이브리드 차량에 적용된 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량 중 마일드 하이브리드 차량(Mild Hybrid Electric Vehicle)은 내연기관 엔진(예, 디젤엔진 또는 가솔린엔진), MHSG 시스템((Mild Hybrid Starter & Generator System), 엔진과 모터를 연결/단락시켜주는 엔진클러치 및 변속기를 포함한다.

그러므로 상기 디젤 마일드 하이브리드 차량 및 상기 가솔린 디젤 마일드 하이브리드 차량은 통상의 하이브리드 차량과 동일하게 모터만 동력원으로 사용하는 EV모드(Electric Vehicle Mode), 엔진과 모터를 동력원으로 사용하는 HEV모드(Hybrid Electric Vehicle Mode), 회생제동모드를 기본적인 운행 모드로 구현한다.

나아가 상기 디젤/가솔린 마일드 하이브리드 차량은 엔진 기통을 흡/배기 밸브에 연계된 CDA 기구와 연계시킴으로써 엔진운전영역에 맞춰 엔진의 전체 기통 중 CDA 작동으로 밸브 휴지된 일부 기통을 정지시켜 준다.

그 결과 상기 디젤 마일드 하이브리드 차량이나 상기 가솔린 마일드 하이브리드 차량은 CDA 작동으로 연비/NOx 개선 효과가 보다 향상된다.

국내공개특허 10-2010-0063308(2010년06월11일)

하지만 상기 디젤 마일드 하이브리드 차량은 엔진회전수 1000rpm 이하/연소압력 1bar 이하의 저부하 운전영역에서는 과다 엔진진동억제로 엔진회전수 2000rpm 이상/연소압력 2.5bar 이상의 고부하 운전영역에서는 NOx 증가로 CDA 작동이 금지된다.

이로 인해 상기 디젤 마일드 하이브리드 차량은 엔진회전수 1000 ~ 2500rpm/연소압력 2 ~ 2.5bar 이하의 중부하 운전영역에 NOx 개선 효과 상승을 근거로 CDA 작동이 이루어진다.

그 결과 상기 디젤 마일드 하이브리드 차량은 극히 일부 운전영역을 이용하는 제한적인 CDA 작동으로 CDA의 주요 장점인 연비 향상에서 그 효과가 미미할 수밖에 없다.

나아가 CDA 기구(또는 CDA 시스템)는 엔진의 전기통 중 일부 기통에만 적용되어 운영됨으로써 CDA 작동을 저/중/고 엔진 부하영역에 모두 적절하게 운영하기 어려운 근본적인 한계성도 갖고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 저/중/고 부하영역에서 엔진의 전기통에 장착된 CDA 기구(또는 CDA 시스템)의 작동을 제어하면서 CDA 작동에 따른 엔진의 부하별 요구토크를 모터 구동과 연계함으로써 CDA 모드의 전체 엔진운전영역 확장으로 CDA 활용성을 크게 높이고, 특히 CDA 작동으로 저부하의 배기 및 냉간 승온 개선/연비 개선과 중부하의 NOx 개선 및 고부하의 NOx 증가 영향 최소화가 모두 가능함으로써 디젤엔진에서도 연비/NOx 개선 효과를 크게 높여줄 수 있도록 하이브리드 차량에 적용된 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CDA 모드 제어방법은 엔진의 전기통에 장착된 CDA 시스템의 CDA 모드 전환시 컨트롤러에 의해 엔진작동상태로 CDA 모드구분이 이루어지고, 상기 CDA 모드구분으로 엔진의 휴지 기통을 달리하면서 CDA 모드 적용의 휴지 기통을 모터 작동으로 대체하여 주는 엔진부하구분제어;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 CDA 모드 전환은 엔진 회전수와 요구토크를 엔진정보로 하여 CDA 작동영역을 판단하여 이루어진다. 상기 엔진 회전수와 상기 요구토크의 각각은 상/하한 임계값을 적용하고, 상기 CDA 모드 전환은 상기 엔진 회전수와 상기 요구토크의 각각이 상기 상한 임계값 또는 하한 임계값을 충족할 때 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 회전수와 상기 요구토크의 각각이 상기 임계값을 충족하지 않은 경우 CDA 미작동 제어를 유지하여 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진부하구분제어는, 상기 CDA 모드 전환시 엔진 회전수와 요구토크로 상기 CDA 모드구분이 저부하 CDA 모드, 중부하 CDA 모드, 고부하 CDA 모드로 분류되는 단계, 상기 저부하 CDA 모드 또는 상기 중부하 CDA 모드 또는 상기 고부하 CDA 모드에 맞춰 상기 휴지 기통을 달리하는 CDA 구분모드적용이 이루어지는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 회전수는 상기 저부하 CDA 모드의 분류에 적용되고, 상기 요구토크는 상기 중부하 CDA 모드와 상기 고부하 CDA 모드로의 분류에 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 저부하 CDA 모드는 상기 엔진 회전수에 적용된 임계값 충족으로 분류되고, 상기 휴지 기통을 연소 사이클 마다 가변시켜 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 중부하 CDA 모드는 상기 요구토크에 적용된 하한 임계값 충족으로 분류되고, 상기 휴지 기통을 연소 사이클과 무관하게 고정시켜 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 고부하 CDA 모드는 상기 요구토크에 적용된 상한 임계값 충족 및 미충족으로 분류된다. 상기 고부하 CDA 모드는 상기 상한 임계값 충족시 상기 휴지 기통을 연소 사이클과 무관하게 고정시켜 주거나 또는 상기 고부하 CDA 모드는 상기 상한 임계값 미충족시 상기 휴지 기통을 연소 사이클에 맞춰 순차적으로 변경시켜준다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 차량은 엔진 회전수와 요구토크로 이루어지는 CDA 작동영역 판단제어, CDA 작동영역 판단에 따른 CDA 모드 전환시 저부하 CDA 모드, 중부하 CDA 모드, 고부하 CDA 모드로 분류하여 엔진의 휴지 기통을 달리하는 엔진부하구분제어가 수행되는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 제어로 상기 엔진의 전기통에 장착된 가변밸브 제어기구를 작동시켜 상기 기통을 휴지 상태로 전환시켜 주는 CDA 시스템; 이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진은 모터와 벨트로 연결된 P0 시스템을 구성하거나 또는 상기 엔진은 모터와 플라이휠로 연결된 P1 시스템을 구성한다.

이러한 본 발명의 하이브리드 차량에 적용된 CDA 모드 제어는 엔진의 전기통에 장착된 CDA 기구(또는 CDA 시스템)로 CDA의 운용 활용성을 높여줌으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 엔진 기통을 정지시켜 연료소모량을 줄이는 CDA 모드가 전체 엔진운전영역으로 확장된다. 둘째, CDA 작동으로 저부하의 배기 및 냉간 승온 개선/연비 개선과 중부하의 NOx 개선 및 고부하의 NOx 증가 영향 최소화가 모두 가능함으로써 디젤엔진에서도 연비/NOx 개선 효과를 크게 높여줄 수 있다. 셋째, 엔진의 저/중/고 부하영역에서 엔진 기통을 CDA 작동으로 제어하면서 모터 구동을 연계시킴으로써 CDA 작동시에도 부하별 요구 토크를 충족할 수 있다. 넷째, CDA 모드 확장으로 디젤 마일드 하이브리드 차량의 성능이 크게 개선된다. 다섯째, 디젤 마일드 하이브리드 차량의 성능개선으로 P0 시스템 및 P1 시스템의 적용으로 발생되던 저효율 운전점 운전의 엔진마찰증가/엔진효율저하를 크게 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서의 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어가 적용되도록 엔진의 전기통에 CDA 기구(또는 CDA 시스템)를 장착한 하이브리드 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 CDA모드에서 CDA의 작동/미작동 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량이 벨트의 모터 구동방식 P0 시스템을 적용한 디젤 마일드 하이브리드 차량으로 구성된 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량이 플라이휠의 모터 구동방식 P1 시스템을 적용한 디젤 마일드 하이브리드 차량으로 구성된 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법은 엔진의 전기통에 장착된 CDA 모드시스템의 CDA 작동영역 판단제어(S10~S20) 후 CDA 모드 시스템 운영이 엔진부하 각각에 최적화되면서 동시에 모터 작동이 CDA 모드 적용의 휴지 기통을 대체해 주는 엔진부하구분제어(S30~S60-2)를 수행한다.

특히 상기 엔진부하구분제어(S30~S60-2)는 저/중/고부하 CDA 모드(S40~S60)로 구분된 CDA 모드에 대해 CDA 가변/고정/순차제어(S400-1~S60-2)로 각각 달리하여 주고, 이를 통해 CDA 시스템이 전기통에 적용된 4기통 엔진에서 EM 영향이 낮은 저부하 구간(예, ~ BMEP 1bar)을 1기통 CDA 적용과 모터 구동의 조합에 의한 배기 승온/연비개선 효과를 증대하고 반면 고부하 구간(예, BMEP 2.5bar~5bar)을 1/3기통 CDA 적용과 모터 구동의 조합에 의한 Nox 증가 영향 최소화함으로써 CDA 모드 영역을 연비개선과 냉간 승온 개선으로 확장하여 준다.

그러므로 상기 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법은 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법으로 특징된다.

이어 도 2를 참조하면, 하이브리드 차량(100)은 엔진(10)의 전기통에 장착된 CDA 모드 시스템(1)을 포함한다. 특히 상기 CDA 시스템(1)은 엔진(10)의 밸브계(11)에 연계된 가변밸브 제어기구(20), 가변밸브 제어기구(20)에 연계된 컨트롤러(30)로 구성된다.

일례로 상기 엔진(10)은 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)으로 연소실(즉, 실린더)을 형성한다. 상기 밸브계(11)는 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)의 각각에 연계된 흡/배기 밸브를 갖추고 캠 샤프트와 연계된다.

일례로 상기 가변밸브 제어기구(20)는 밸브계(11)를 통해 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)의 각각을 제어하는 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d)로 구성되고, 상기 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d)의 각각은 CDA(Cylinder DeActivation)(21)와 오일제어밸브(Oil Control Valve)(23) 및 유압라인(25)을 포함한다. 상기 CDA(21)는 유압 작용으로 래칭(latching)(즉, 온(ON) 동작)/언래칭(Unlatching)(즉, 오프(OFF) 동작)되는 래칭핀을 구비한다. 상기 오일제어밸브(23)는 CDA(21)에 대한 유압공급을 단속한다. 상기 유압라인(25)은 CDA(21)의 래칭 시 유압을 오일제어밸브(23)에서 CDA(21)로 보내주고 반면 CDA(21)의 언래칭 시 유압을 CDA(21)에서 오일제어밸브(23)로 빼내준다.

일례로 상기 컨트롤러(30)는 CDA(21)의 동작을 위해 오일제어밸브(23)를 온/오프(ON/OFF) 제어하도록 데이터 프로세서(30-1)와 모드신호 출력부(30-2)를 구비한다.

상기 데이터 프로세서(30-1)는 엔진(10)의 동작에 따른 차량 정보를 검출하여 컨트롤러(30)로 전달하고, 상기 차량 정보는 EV/HEV/회생제동/CDA모드로 구분된 운전모드, 연료량, 기통번호, CDA 번호 등을 포함한다. 특히 상기 데이터 프로세서(30-1)는 엔진 제어기(또는 엔진 ECU)로 대체될 수 있으므로 컨트롤러(30)는 엔진 제어기(또는 엔진 ECU)와 연계된 ECU 드라이버(Electronic Control Unit Driver)로 구성될 수 있다.

상기 모드신호 출력부(30-2)는 컨트롤러(30)의 출력신호를 오일제어밸브(23)에 전달한다. 특히 상기 모드신호 출력부(30-2)는 출력신호를 저부하 CDA 모드(S40)에 대한 CDA 가변제어(S40-1)의 신호, 중부하 CDA 모드(S50)에 대한 CDA 고정제어(S50-1)의 신호, 고부하 CDA 모드(S60)에 대한 CDA 고정제어(S60-1)의 신호 또는 CDA 순차제어(S60-2)의 신호로 구분하여 준다.

이하 도 1의 하이브리드 차량에서의 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법을 도 2 및 도 3을 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 컨트롤러(30)이고, 제어 대상은 CDA 시스템(1)이나 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d)의 오일제어밸브(23)로 특정하여 설명된다.

컨트롤러(30)는 CDA 작동영역 판단제어(S10~S20)를 S10의 차량정보검출 단계, S20의 CDA 모드 진입조건판단 단계, S20-1의 CDA 미작동 확인단계로 수행한다.

도 2를 참조하면, 컨트롤러(30)는 데이터 프로세서(30-1)로부터 EV/HEV/회생제동으로 구분된 운전모드, 연료량, 기통번호, CDA 번호를 차량 정보로 전달받고, 이들 정보로 내장된 CFA 모드 프로그램(또는 로직)으로 처리하여 상기 CDA 작동영역 판단제어(S10~S20)를 수행한다.

일례로 상기 차량정보검출(S10)에선 데이터 프로세서(30-1)의 정보로 차량 운행조건이 검출된다. 상기 CDA 모드 진입조건판단(S20)에선 데이터 프로세서(30-1)의 정보 중 엔진(10)의 엔진 회전수와 엔진(10)에 대한 요구토크를 이용한 CDA 모드 진입 조건식이 적용된다.

CDA 모드 진입 조건식 : a_1 < A < a_2 & b_1 < B < b_2

여기서 “A"는 엔진 회전수(RPM)로 ”a_1"은 엔진 회전수의 하한 임계값(lower threshold)을 “a_2"는 엔진 회전수의 상한 임계값(upper threshold)을 나타내고, “B"는 요구토크로 ”b_1"은 요구토크로의 하한 임계값(lower threshold)을 “b_2"는 요구토크로의 상한 임계값(upper threshold)을 나타내며, ”a_1"은 800rpm, “a_2"는 2500rpm, ”b_1"은 0(zero), “b_2"는 30Nm를 적용하나 엔진사양 등 조건에 따라 다르게 설정될 수 있다. “<”은 두 값의 크기를 나타내는 부등호이고, “&”는 두 값의 동시 성립조건(and)을 의미한다.

특히 상기 엔진 회전수(A)의 영역이 800rpm ~ 2500rpm 사이로 설정됨은 엔진 진동 과다한 1000rpm 이하 엔진 회전수 영역을 제외하면서 연비/NOx 개선이 필요한 2.5바 이하 연소압력 영역이 CDA 작동 영역으로 고려된 예이다. 그러므로 상기 엔진 회전수(A)의 영역은 엔진 사양 등에 따라 CDA 작동 영역 변화로 가변될 수 있다.

그 결과 상기 CDA 모드 진입조건판단(S20)에서, 엔진 회전수(A)가 하한 임계값(a_1)과 상한 임계값(a_2) 사이에 존재하지 않거나 요구토크(B)가 하한 임계값(b_1)과 상한 임계값(b_2) 사이에 존재하지 않으면 컨트롤러(30)는 S20-1의 CDA 미작동 확인으로 전환한다. 이 경우 상기 CDA 미작동 확인(S20-1)은 CDA 모드시스템(1)이 동작하지 않아 엔진(1)의 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)이 모두 활성화된 상태를 의미한다.

반면 상기 CDA 모드 진입조건판단(S20)에서, 엔진 회전수(A)가 하한 임계값(a_1)과 상한 임계값(a_2) 사이에 존재하고 동시에 요구토크(B)가 하한 임계값(b_1)과 상한 임계값(b_2) 사이에 존재하면 컨트롤러(30)는 엔진부하구분제어(S30~S60-2)로 진입한다.

이어 컨트롤러(30)는 엔진부하구분제어(S30~S60-2)를 S30의 CDA 모드 구분 단계, CDA 구분 모드 적용 단계(S40~S60-2)로 수행한다. 이 경우 상기 CDA 구분 모드 적용 단계(S40~S60-2)는 S40-1의 CDA 가변제어로 진입하는 S40의 저부하 CDA 모드 단계, S50-1의 CDA 고정제어로 진입하는 S50의 중부하 CDA 모드 단계, S60-1의 CDA 고정제어 또는 S60-2의 CDA 순차제어로 진입하는 S60의 고부하 CDA 모드 단계로 구분된다.

도 3을 참조하면, CDA 시스템(1)이 저부하 CDA 모드(S40)/중부하 CDA 모드(S50)/고부하 CDA 모드(S60)로 작동시 가변밸브 제어기구(20)의 제어 상태가 예시된다. 이 경우 컨트롤러(30)의 출력은 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d) 중 일부만 부분적으로 동작시켜 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)을 일부만 휴지상태로 제어할 수 있으나 전체 기통을 제어하는 경우로 가정한다.

도 3(가)의 CDA 작동은 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)에서 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d)가 각각 동작됨을 나타낸다. 이 경우 컨트롤러(30)의 모드신호 출력부(30-2)는 저부하 CDA 모드(S40) 또는 중부하 CDA 모드(S50) 또는 고부하 CDA 모드(S60)에 상응하는 출력 신호(예 12V 전원 인가)를 인가하여 오일제어밸브(23)를 동작(온(ON))시키고, 오일제어밸브(23)는 내부 유로를 공급유로로 변경함으로써 외부에서 공급된 유압이 유압라인(25)을 통해 CDA(21)로 보내진다.

이로부터 CDA(21)는 유압하중을 통해 래칭핀의 락핀 하중을 이기고 언래칭(Unlatching)에서 래칭(latching)으로 전환됨으로써 밸브계(11)를 작동시켜주고, 밸브계(11)의 작동은 엔진(10)을 휴지상태로 유지시켜준다. 그 결과 엔진(610)은 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)이 밸브계(11)로부터 받는 영향을 줄일 수 있다.

반면 도 3(나)의 CDA 미작동은 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)에서 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d)가 각각 미 동작 상태임을 예시한다.

이러한 미 동작 상태에선 컨트롤러(30)의 모드신호 출력부(30-2)는 출력 신호(예 12V 전원 인가)를 인가하지 않아 오일제어밸브(23)는 정지(OFF)를 유지하고, 이로 인해 오일제어밸브(23)는 내부 유로를 배출유로로 변경된다. 이로부터 유압라인(25)은 외부로부터 유압 공급이 차단된 상태에서 CDA(21)의 유량을 오일제어밸브(23)를 거쳐 외부로 배출시켜준다.

그 결과 CDA(21)는 유압하중 해제로 래칭핀의 락핀 하중을 받아 래칭(latching)에서 언래칭(Unlatching)으로 전환됨으로써 밸브계(11)를 작동시켜주고, 밸브계(11)의 작동은 엔진(10)을 가동상태로 유지시켜준다.

이하 상기 저부하 CDA 모드(S40), 상기 중부하 CDA 모드(S50), 상기 고부하 CDA 모드(S60)의 각각에 대한 상세 작동은 도 3의 설명에 기반 된다.

도 2를 참조하면, 컨트롤러(30)는 CDA 모드를 프로그램(또는 로직)으로 분류된 저부하 CDA 모드/중부하 CDA 모드/고부하 CDA 모드(S60)로 분류하여 CDA 모드 구분(S30)을 수행한다. 또한 컨트롤러(30)는 데이터 프로세서(30-1)의 정보 중 엔진 회전수에 의한 차속 판단식 및 요구토크에 의한 토크 판단식을 CDA 구분 모드 적용 단계(S40~S60-2)에 선별적으로 적용한다.

일례로 상기 저부하 CDA 모드(S40)는 차속 판단식을 적용한다.

차속 판단식 : A < K

여기서 “A"는 엔진 회전수(RPM)이고, ”K"는 엔진 회전수의 임계값(threshold)으로 약 1000rpm이 설정된다. “<”은 두 값의 크기를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 저부하 CDA 모드(S40)에서 엔진 회전수(A)가 임계값(K)보다 작은 경우엔 S40-1의 CDA 가변제어로 진입하여 CDA 시스템(1)을 작동시켜 준다.

반면 상기 저부하 CDA 모드(S40)에서 엔진 회전수(A)가 임계값(K)보다 큰 경우엔 토크 판단식 적용을 위해 중/고부하 CDA 모드(S50~S60)로 전환된다. 이 경우 상기 토크 판단식은 하한 토크 판단식과 상한 토크 판단식으로 구분된다.

일례로 상기 중부하 CDA 모드(S50)는 하한 토크 판단식을 적용한다.

하한 토크 판단식 : B < t_1

여기서 “B"는 요구토크이고, “t_1"은 요구토크의 하한 임계값(lower threshold)으로 약 10Nm가 설정된다. “<”은 두 값의 크기를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 중부하 CDA 모드(S50)에서 요구토크(B)가 하한 임계값(t_1)보다 작은 경우엔 S50-1의 CDA 고정제어로 진입하여 CDA 시스템(1)을 작동시켜 준다.

반면 상기 중부하 CDA 모드(S50)에서 요구토크(B)가 하한 임계값(t_1)보다 큰 경우엔 상한 토크 판단식 적용을 위해 S60의 고부하 CDA 모드로 전환된다.

일례로 상기 고부하 CDA 모드(S60)는 상한 토크 판단식을 적용한다.

상한 토크 판단식 : B < t_2

여기서 “B"는 요구토크이고, “t_2"은 요구토크의 상한 임계값(upper threshold)으로 약 20Nm가 설정된다. “<”은 두 값의 크기를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 고부하 CDA 모드(S60)에서 요구토크(B)가 상한 임계값(t_2)보다 작은 경우엔 S60-1의 CDA 고정제어(또는 CDA 상한 고정제어)로 진입하여 CDA 시스템(1)을 작동시켜 준다.

반면 상기 고부하 CDA 모드(S60)에서 요구토크(B)가 상한 임계값(t_2)보다 큰 경우엔 S60-2의 CDA 순차제어로 진입하여 CDA 시스템(1)을 작동시켜 준다.

한편 표1 내지 표 4는 하이브리드 차량에서의 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어에 대한 CDA 시스템(1)과 엔진 및 모터의 운영 관계를 각각 나타낸다.

표 1은 CDA 시스템(1)과 엔진(10) 및 모터의 조합에 의한 CDA 영역 개선을 예시한다.

상기 표 1은, 저부하 영역(~1bar BMEP)에서 기존의 엔진 구동(firing)을 대체하여 모터 구동하면서 모터 구동 토크를 엔진 토크 대비 낮춤으로써 엔진 부하 증대로 연비 및 배기온 개선 가능함을 예시한다. 이로부터 연비, 배기온 개선에 기여하는 CDA 적용이 저부하 영역(~1bar BMEP)으로 넓혀져 CDA 영역 개선이 이루어진다.

표 2 내지 표 4는 CDA 시스템(1)과 엔진(10) 및 모터의 조합에 의한 CDA 영역 확장을 예시한다.

상기 표 2는, 진동 과다로 CDA 미적용 영역이던 저속 영역(1000rpm 이하 영역)에 모터 구동을 통해 진동 억제함으로써 저속 영역(1000rpm 이하 영역)에서도 CDA 구현이 가 능함을 예시한다.

상기 표 3은, 진동 과다로 CDA 미적용 영역인 고부하 영역(2.5bar BMEP~)에서 모터 구동을 통한 진동 억제가 이루어짐으로써 진동 문제 영역인 고부하 영역(2.5bar BMEP~)에서도 CDA 구현이 가능 함을 예시한다.

상기 표 4는, 2기통 CDA 시 엔진 부하 증대로 Nox 과다 발생되는 CDA 미적용 영역이 모터 구동으로 엔진 부하를 저감함으로써 Nox 과다 영역에서도 CDA 구현이 가능함을 예시한다.

한편 도 4 및 도 5는 마일드 하이브리드 차량(100)의 예를 나타낸다.

도 4의 마일드 하이브리드 차량(100)은 CDA 시스템(1), HSG의 반대쪽으로 플라이 휠을 매개로 변속기와 연결된 엔진(10), P0 시스템(100-1)을 포함한다. 반면 도 5의 마일드 하이브리드 차량(100)은 CDA 시스템(1), HSG의 반대쪽으로 플라이 휠을 매개로 변속기와 연결된 엔진(10), P1 시스템(100-2)을 포함한다.

일례로 상기 P0 시스템(100-1)은 엔진(10)과 연결된 벨트로 구동이 이루어지는 모터를 갖추고, 모터를 위환 배터리 시스템을 포함한다. 상기 P1 시스템(100-2)은 엔진(10)과 연결된 플라이휠로 구동이 이루어지는 모터를 갖추고, 모터를 위환 배터리 시스템을 포함한다.

일례로 상기 CDA 시스템(1)은 엔진(10)의 제1,2,3,4 기통(10a,10b,10c,10d)에 맞춰진 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구(20a,20b,20c,20d)로 이루어진 가변밸브 제어기구(20), 데이터 프로세서(30-1)와 모드신호 출력부(30-2)를 갖춘 컨트롤러(30)로 구성된다. 그러므로 상기 CDA 시스템(1)은 도 2의 CDA 시스템(1)과 동일하다.

따라서 마일드 하이브리드 차량(100)은 P0 시스템(100-1) 또는 P1 시스템(100-2)을 갖추더라도 공통 구성 요소인 CDA 시스템(1)에서 구현되는 도 1의 CDA 작동영역 판단제어(S10~S20)와 엔진부하구분제어(S30~S60-2)로 CDA 모드 영역을 연비개선과 냉간 승온 개선에 의한 성능 향상이 이루어질 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 하이브리드 차량(100)에 적용된 엔진부하별 최적화 방식 CDA 모드 제어방법은 컨트롤러(30)에 의해 엔진 회전수와 요구토크로 이루어지는 CDA 작동영역 판단제어, CDA 작동영역 판단에 따른 CDA 모드 전환시 저부하 CDA 모드, 중부하 CDA 모드, 고부하 CDA 모드로 분류하여 엔진(10)의 휴지 기통을 달리하는 엔진부하구분제어가 수행됨으로써 CDA 시스템(1)의 운전영역확장으로 CDA 활용성이 크게 높아지고, 특히 엔진부하구분제어에 의한 CDA 작동으로 저부하의 배기 및 냉간 승온 개선/연비 개선과 중부하의 NOx 개선 및 고부하의 NOx 증가 영향 최소화가 모두 가능함으로써 디젤엔진에서도 연비/NOx 개선 효과를 크게 높여준다.

1 : CDA 시스템 10 : 엔진
10a,10b,10c,10d : 제1,2,3,4 기통
11 : 밸브계 20 : 가변밸브 제어기구
20a,20b,20c,20d : 제1,2,3,4 가변밸브 제어기구
21 : CDA(Cylinder DeActivation)
23 : 오일제어밸브(Oil Control Valve)
25 : 유압라인 30 : 컨트롤러
30-1 : 데이터 프로세서 30-2 : 모드신호 출력부
100 : 하이브리드 차량
100-1 : P0 시스템 100-2 : P1 시스템

Claims

엔진의 전기통에 장착된 CDA 시스템의 CDA 모드 전환시 컨트롤러에 의해 엔진작동상태로 CDA 모드구분이 이루어지고, 상기 CDA 모드구분으로 엔진의 휴지 기통을 달리하면서 CDA 모드 적용의 휴지 기통을 모터 작동으로 대체하여 주는 엔진부하구분제어;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 CDA 모드 전환은 엔진정보로 CDA 작동영역을 판단하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 엔진정보는 엔진 회전수와 요구토크인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 엔진 회전수와 상기 요구토크의 각각은 임계값을 적용하고, 상기 CDA 모드 전환은 상기 엔진 회전수와 상기 요구토크의 각각이 상기 임계값을 충족할 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 임계값은 하한 임계값과 상한 임계값의 범위로 적용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 엔진 회전수와 상기 요구토크의 각각이 상기 임계값을 충족하지 않은 경우 CDA 미작동 제어를 유지하여 주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진부하구분제어는, 상기 CDA 모드 전환시 엔진 회전수와 요구토크로 상기 CDA 모드구분이 저부하 CDA 모드, 중부하 CDA 모드, 고부하 CDA 모드로 분류되는 단계, 상기 저부하 CDA 모드 또는 상기 중부하 CDA 모드 또는 상기 고부하 CDA 모드에 맞춰 상기 휴지 기통을 달리하는 CDA 구분모드적용이 이루어지는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 엔진 회전수는 상기 저부하 CDA 모드의 분류에 적용되고, 상기 요구토크는 상기 중부하 CDA 모드와 상기 고부하 CDA 모드로의 분류에 적용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 저부하 CDA 모드는 상기 엔진 회전수에 적용된 임계값 충족으로 분류되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 9에 있어서, 상기 저부하 CDA 모드는 상기 휴지 기통을 연소 사이클 마다 가변시켜 주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 중부하 CDA 모드는 상기 요구토크에 적용된 하한 임계값 충족으로 분류되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 중부하 CDA 모드는 상기 휴지 기통을 연소 사이클과 무관하게 고정시켜 주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 고부하 CDA 모드는 상기 요구토크에 적용된 상한 임계값 충족 및 미충족으로 분류되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 13에 있어서, 상기 고부하 CDA 모드는 상기 상한 임계값 충족시 상기 휴지 기통을 연소 사이클과 무관하게 고정시켜 주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
청구항 13에 있어서, 상기 고부하 CDA 모드는 상기 상한 임계값 미충족시 상기 휴지 기통을 연소 사이클에 맞춰 순차적으로 변경시켜 주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 CDA 모드 제어방법.
엔진 회전수와 요구토크로 이루어지는 CDA 작동영역 판단제어, CDA 작동영역 판단에 따른 CDA 모드 전환시 저부하 CDA 모드, 중부하 CDA 모드, 고부하 CDA 모드로 분류하여 엔진(10)의 휴지 기통을 달리하는 엔진부하구분제어가 수행되는 컨트롤러;
상기 컨트롤러의 제어로 상기 엔진의 전기통에 장착된 가변밸브 제어기구를 작동시켜 상기 기통을 휴지 상태로 전환시켜 주는 CDA(Cylinder DeActivation) 시스템;
이 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량,
청구항 16에 있어서, 상기 엔진은 모터와 벨트로 연결된 P0 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량,
청구항 16에 있어서, 상기 엔진은 모터와 플라이휠로 연결된 P1 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량,