KR20200075312A - Aaf 작동과 연계한 gpf 히팅 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GPF 히팅 제어 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 GPF(Gasoline Particle Filter) 히팅 제어에 AAF(Active Air Flap)의 작동을 연계시켜, 엔진의 토크 리저브(Toque Reserve)를 통한 배기온 상승 외에 GPF 재생에 필요한 열원을 AAF의 작동에 의해 추가 확보하여 GPF의 효율적인 히팅을 수행할 수 있도록 하는 GPF 히팅 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

Description

AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법 {Method for control GPF heating in conjunction with AAF operation}
본 발명은 GPF 히팅 제어 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 GPF 히팅 제어에 AAF 작동을 연계하여 GPF 히팅 효율을 향상하기 위한 GPF 히팅 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 GPF(Gasoline Particle Filter) 시스템은 엔진 연소 시 발생하는 SOOT(수트)를 GPF내에 포집하고 GPF내에 포집되는 수트의 양이 일정량 이상이 되면 GPF내 포집된 수트가 연소가능한 조건을 만들어주어 강제적 또는 자연적으로 수트를 연소시켜 최종적으로 배기계로 배출되는 수트를 감소시킨다.
상기 GPF내에 포집된 수트를 연소시키는 과정을 수트 재생 또는 필터 재생이라고 하며, 수트 재생을 위해서는 GPF내 온도 상승 제어가 필요하고, 수트 재생 시 THC(Total HydroCarbon)나 일산화탄소(CO)의 배출량이 증가할 가능성도 있기 때문에, GPF의 수트 재생 주기는 EM(engine emission)과 연비 측면에서 밀접한 연관성을 가진다.
상기 GPF는 GPF내 온도가 일정 임계값 이상 도달해야 수트 재생이 이루어지며, GPF 온도가 높을수록 수트 재생율은 좋아진다. 따라서, 차량내 전자제어유닛(ECU)은 통상적으로 엔진의 토크 리저브(Reserve)를 적용하여 공기량 증가 및 점화지각 제어에 의해 인위적으로 배기가스 온도를 상승시키고, 이렇게 상승된 배기가스가 GPF를 통과하면서 GPF내 온도를 상승시키게 된다.
그러나, 토크 리저브는 엔진 구동에 필요한 공기량 대비 잉여 공기량의 연소를 통해 GPF내 온도를 상승시키기 때문에, 연비 측면에서는 토크 리저브의 작동량 및 작동 구간이 많아질수록 악영향을 미치게 된다.
또한 일부 차량에서는 토크 리저브를 적용하여도 원하는 GPF 온도에 도달하지 못하는 경우도 존재한다.
등록특허 제10-1856259호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, GPF(Gasoline Particle Filter) 히팅 제어에 AAF(Active Air Flap)의 작동을 연계시켜, 엔진의 토크 리저브(Toque Reserve)를 통한 배기온 상승 외에 GPF 재생에 필요한 열원을 AAF의 작동에 의해 추가 확보하여 GPF의 효율적인 히팅을 수행할 수 있도록 하는 GPF 히팅 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, GPF(Gasoline Particle Filter)내에 포집된 수트(soot) 재생을 위한 GPF 히팅 제어 방법으로서, 상기 GPF의 히팅이 필요한 경우, 엔진 운전점에 따른 토크 리저브량을 결정하고, AAF(Active Air Flap)의 오픈작동이 가능한지 여부를 판단하는 단계; 차량의 주행조건이 상기 AAF의 오픈작동을 위한 조건을 충족하면 AAF의 오픈 작동을 요청하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법을 제공한다.
상기 AAF는, 차량의 엔진룸 전방에 배치된 라디에이터 그릴부에 장착되어 평상시 클로즈 상태를 유지하는 것으로, 그 오픈작동 시 차량의 언더바디에 장착된 상기 GPF측으로 유입되는 공기량이 감소하게 되어 GPF의 온도 상승을 유도할 수 있다.
본 발명의 구현예에 의하면, 상기 AAF의 오픈작동이 가능한지 여부는 차속, 외기온도, 및 엔진 운전점에 따른 AAF의 작동값을 기초로 판별할 수 있다. 상기 차속과 외기온도가 각각 설정된 임계범위에 포함되고, 상기 AAF의 작동값이 엔진 운전점에서의 오픈작동이 가능함을 나타내는 오픈값이면, 상기 AAF의 오픈작동이 가능하다고 판단할 수 있다. 이때 상기 AAF의 작동값은 엔진 회전수 및 흡기량에 따라 결정될 수 있다.
또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 GPF의 히팅 필요 여부는 GPF내 포집된 수트량 및 GPF 온도를 기준으로 판단할 수 있고, 상기 엔진 운전점에 따른 토크 리저브량은 GPF 온도와 엔진 회전수 및 흡기량을 기준으로 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법에 의하면, 엔진의 토크 리저브를 통한 배기온 상승과 더불어 AAF의 오픈작동을 통한 GPF의 온도상승을 유발하게 되며, 그에 따라 종래 대비 GPF의 수트 재생에 필요한 열원이 추가되어 GPF의 효율적인 히팅 제어가 구현된다.
또한 본 발명의 GPF 히팅 제어에 의하면, 엔진 토크 리저브량의 저감으로 인한 연비 하락을 최소화하고 토크 리저브로 인해 운전자가 느끼는 이질감을 최소화할 수 있다.
도 1은 주행중 AAF의 작동상태에 따른 공기 유동량의 변화를 나타낸 도면
도 2는 차량 주행중 AAF 작동상태에 따른 GPF 전단의 온도 변화를 측정하여 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 GPF 히팅 제어 시 AAF의 오픈작동을 요청하기 위한 조건을 설명하기 위한 도면
본 발명을 설명하기에 앞서 차량에 적용되는 AAF(Active Air Flap)에 대해 설명하도록 한다.
일반적으로 AAF는 고속 주행 중 AAF의 클로즈작동을 통해 차량의 공기 저항력을 저감하여 연비를 개선시키는 것으로, 차량의 전면부 라디에이터 그릴부(엔진룸 전방부에 배치되어 있음)에 장착되고 있다. 통상(평상시) AAF는 클로즈 상태를 유지하며 차량 엔진룸의 쿨다운(cool down)이 필요한 경우에 한하여 제한적으로/선택적으로 오픈 제어를 수행하고 있다.
상기 AAF가 오픈작동하는 경우, 클로즈작동할 때 대비 차량 언더바디(under body)로 유입되는 공기량이 감소하게 되므로, 상기 언더바디에 장착된 GPF(Gasoline Particle Filter)의 쿨다운에 미치는 영향이 감소하게 되어 GPF 온도 상승을 유발할 수 있다(도 1 참조).
실제 차량에서 정속 주행 중 AAF의 작동상태에 따른 GPF 전단 온도값의 변화를 체크해보면, AAF가 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환될 때 높은 온도 상승 효과가 발생한다(도 2 참조).
이에 본 발명에서는 GPF 히팅 제어 시 AAF의 작동을 연계시켜 제어함으로써, 엔진의 토크 리저브(Toque Reserve)를 통한 배기온 상승 외에, GPF의 수트 재생에 필요한 열원을 AAF의 작동에 의해 추가 확보하여 GPF의 효율적인 히팅 제어가 수행되도록 한다.
상기 AAF의 오픈작동 시 차량의 언더바디에 위치하는 GPF측으로 유입되는 공기량이 감소하게 되어 GPF의 온도 상승을 유도할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
본 발명의 GPF 히팅 제어 방법은 GPF내에 포집된 수트(soot)의 재생을 위해 GPF 온도를 임계값까지 효율적으로 상승시키기 위한 것으로, 차량내 엔진제어기와 AAF 제어기의 협조제어에 의해 수행될 수 있으며, 상기 엔진제어기는 GPF의 히팅 제어가 필요하다고 판단하면 GPF 히팅 제어를 활성화(active)하기 위해 즉, GPF 온도 상승을 유발하기 위해, 엔진 운전점(운전조건)에 따른 토크 리저브량을 산출하여 결정하고, 동시에 차량의 주행조건이 AAF의 오픈작동을 수행가능한 조건을 충족하는지 여부를 판단한다(도 3 참조).
상기 GPF의 히팅 제어가 필요한지 여부를 판단하기 위해, GPF내 포집된 수트량을 실시간으로 모니터링하여 검출하고 GPF 온도 정보를 실시간 모니터링하여 취득하고, 상기 GPF내 포집된 수트량 및 GPF 내부 온도를 기준으로 GPF 히팅 제어의 필요 여부를 판단한다.
구체적으로, 상기 수트량이 GPF의 히팅 제어가 필요한 값으로서 설정된 임계수트량 이상이고 상기 GPF 온도가 GPF의 히팅 제어가 가능한 온도범위로서 설정된 제1임계온도값(T3) 이상 제2임계온도값(T4) 이하의 온도범위에 포함되면 GPF의 히팅 제어가 필요한 것으로 판단하고, 상기 수트량이 임계수트량 미만인 조건과 GPF 온도(T)가 상기 온도범위(T3≤T≤T4)에 미포함되는 조건 중 적어도 하나 이상의 조건이 충족되면 GPF의 히팅 제어가 불필요한 것으로 판단한다.
상기 GPF 온도는 GPF 전단에 설치된 온도센서의 의해 측정된 값으로 취득될 수 있다. 그리고 상기 GPF내 퇴적된 수트량을 검출하는 기술은 공지되어 있으며 그에 의해 수트량 검출이 가능하다. 예를 들어, 상기 수트량은 6가지의 케이스에 대한 모델값을 이용하여 계산될 수 있다. 즉, 상기 수트량은 제1 수트 모델에 의해 결정되는 제1 수트량, 제2 수트 모델에 의해 결정되는 제2 수트량, 제3 수트 모델에 의해 결정되는 제3 수트량, 제4 수트 모델에 의해 결정되는 제4 수트량을 모두 합산한 값에서, 제5 수트 모델에 의해 결정되는 제5 수트량, 제6 수트 모델에 의해 결정되는 제6 수트량을 차감하여 산출될 수 있다.
GPF내 퇴적된 수트량 = [제1 수트량 + 제2 수트량 + 제3 수트량 + 제4 수트량] - [제5 수트량 + 제6 수트량]
구체적으로, 상기 제1 수트량은 엔진 시동 시의 수트 적산값으로서, 엔진 회전수와 엔진 흡기량 그리고 시동 시 엔진 냉각수온과 엔진 흡기온과 엔진 오일온 및 외기온에 따라 시동 시의 수트 적산값을 결정하는 제1 수트 모델에 의해 추정될 수 있다. 상기 제2 수트량은 스테디(steady) 주행 상태(즉, 정속 주행 상태)에서 발생하는 수트 적산값으로서, 엔진 회전수와 엔진 흡기량에 따라 정속 주행 시의 수트 적산값을 결정하는 제2 수트 모델에 의해 추정될 수 있다. 상기 제3 수트량은 다이나믹(dynamic) 주행 상태(즉, 가감속 주행 상태)에서 발생하는 수트 적산값으로서, 엔진 회전수와 엔진 흡기량에 따라 가감속 주행 시의 수트 적산값을 결정하는 제3 수트 모델에 의해 추정될 수 있다. 상기 제4 수트량은 냉간 시동 조건에서 발생하는 수트 적산 보정값으로서, 시동 시 엔진 냉각수온과 엔진 흡기온과 엔진 오일온 및 외기온에 따라 냉간 시동 시의 수트 적산 보정값을 결정하는 제4 수트 모델에 의해 추정될 수 있다. 상기 제5 수트량은 GPF의 수트 패시브(passive) 재생량으로서, 엔진 회전수와 엔진 흡기량에 따라 수트 패시브 재생량을 결정하는 제5 수트 모델에 의해 추정될 수 있다. 상기 제6 수트량은 GPF의 수트 액티브(active) 재생량으로서, 엔진 회전수와 엔진 흡기량 및 공연비에 따라 수트 액티브 재생량을 결정하는 제6 수트 모델에 의해 추정될 수 있다.
그리고, 상기 엔진 운전점에 따른 토크 리저브량은 GPF 온도와 엔진 회전수(회전속도) 및 엔진 흡기량을 기준으로 산출할 수 있다. 구체적으로, 엔진의 토크 리저브량은 GPF 온도와 엔진 회전수 및 엔진 흡기량을 기초로 엔진의 토크 리저브량을 결정하도록 구축된 토크 리저브량 결정맵에 의해 계산될 수 있다.
상기 GPF의 히팅 제어 시 엔진 운전조건을 포함하는 차량 주행조건이 AAF의 오픈작동을 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하기 위해, 엔진제어기는 차량에 설치되어 있는 차속 센서, 외기온 센서, 및 엔진제어기내에 구성되어 있는 AAF 작동값 결정부로부터 각각 검출정보 및 출력값을 취득하고 그에 따라 AAF의 오픈작동 가능 여부를 판별한다.
즉, 상기 AAF의 오픈작동 가능 여부는 차속, 외기온, 및 AAF의 작동값(오픈/클로즈)을 기초로 판별된다. 이때 상기 AAF의 작동값은 엔진 운전점(엔진 운전조건)에 따라 AAF 작동값 결정부에 의해 결정되며, 상기 AAF 작동값 결정부는 엔진 회전수(회전속도) 및 공기량(엔진 흡기량)에 따라 AAF의 작동값(오픈/클로즈)을 결정하기 위한 AAF 작동값 결정맵으로 구성되어 엔진제어기에 저장될 수 있다.
엔진제어기는, 상기 차속과 외기온도 값이 각각 설정된 임계범위에 포함되는 동시에, 상기 AAF의 작동값이 현재(실시간) 엔진 운전점에서의 오픈작동이 가능함을 나타내는 오픈값이면, 상기 AAF의 오픈작동을 수행하기 위한 차량 조건이 모두 충족되는 것으로 판단하고, 상기 AAF의 오픈작동이 가능하다고 판단한다.
구체적으로, 실시간 차속 값이 제1기준차속값(V1) 이상 제2기준차속값(V2) 이하(V1 < V2)의 임계범위에 포함되고, 실시간 외기온 값이 제1기준온도값(T1) 이상 제2기준온도값(T2) 이하의 임계범위에 포함되며, AAF의 실시간 작동값이 오픈값이면, 엔진제어기는 현재 차량의 주행조건이 AAF의 오픈작동이 가능한 조건(즉, AAF의 오픈작동을 실행하기 위한 조건)을 모두 충족한다고 판단하여 AAF 제어기에 AAF의 오픈작동을 요청하게 된다.
여기서, 상기 제1기준차속값(V1)과 제2기준차속값(V2), 제1기준온도값(T1)과 제2기준온도값(T2)은, 각각 사전 실험 및 평가 등을 도출된 값으로 설정될 수 있다.
상기 엔진제어기로부터 AAF 오픈작동을 요청받은 AAF 제어기는, 엔진제어기로부터 요청을 받은 즉시 AAF가 오픈작동하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 GPF 히팅 제어를 수행하는 경우, 엔진의 토크 리저브를 통한 배기온 상승과 더불어 AAF의 오픈작동을 통한 GPF의 온도상승을 유발하게 되며, 그에 따라 종래 대비 GPF의 수트 재생에 필요한 열원이 추가되어 GPF의 효율적인 히팅 제어가 구현된다.
또한 상기의 GPF 히팅 제어에 의하면, 엔진 토크 리저브량의 저감을 통해 EM(engine emission)과 연비에 미치는 악영향을 최소화하고 토크 리저브로 인해 운전자가 느끼는 이질감을 최소화할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. GPF(Gasoline Particle Filter)내에 포집된 수트(soot) 재생을 위한 GPF 히팅 제어 방법으로서,
    상기 GPF의 히팅이 필요한 경우, 엔진 운전점에 따른 토크 리저브량을 결정하고, AAF(Active Air Flap)의 오픈작동이 가능한지 여부를 판단하는 단계;
    차량의 주행조건이 상기 AAF의 오픈작동을 위한 조건을 충족하면 AAF의 오픈 작동을 요청하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 AAF는 차량의 엔진룸 전방에 배치된 라디에이터 그릴부에 장착되어 평상시 클로즈 상태를 유지하며, 그 오픈작동 시 차량의 언더바디에 장착된 상기 GPF측으로 유입되는 공기량이 감소하게 되어 GPF의 온도 상승을 유도하게 되는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 AAF의 오픈작동이 가능한지 여부는 차속, 외기온도, 및 엔진 운전점에 따른 AAF의 작동값을 기초로 판별하는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차속과 외기온도가 각각 설정된 임계범위에 포함되고, 상기 AAF의 작동값이 엔진 운전점에서의 오픈작동이 가능함을 나타내는 오픈값이면, 상기 AAF의 오픈작동이 가능하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 AAF의 작동값은 엔진 회전수 및 흡기량에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 GPF의 히팅 필요 여부는 GPF내 포집된 수트량 및 GPF 온도를 기준으로 판단하는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 운전점에 따른 토크 리저브량은 GPF 온도와 엔진 회전수 및 흡기량을 기준으로 결정하는 것을 특징으로 하는 AAF 작동과 연계한 GPF 히팅 제어 방법.
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