KR20240011789A - 하이브리드 전기 차량 내 다중 연소 모드 내연 기관에서의 전환들을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 전기 차량 내 다중 연소 모드 내연 기관에서의 전환들을 제어하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량 설계자들은 대부분 내연 기관들로부터 배터리와 전기 모터들로 전환하고 있다. 완전한 전기화를 지원하는 인프라가 개발될 때까지는 내연 기관과 전기 기계가 모두 포함된 하이브리드 전기 차량들(HEV들)은 예상되는 차량 주행 거리를 유지하면서 전기화와 시스템 연비를 높이기 위한 단계이다. 시스템 연비를 훨씬 더 높이려면 스파크 점화(SI) 작동보다 더 높은 효율을 제공하는 연소 모드들을 HEV들에 사용할 수 있다. 이러한 연소 모드들의 문제점은 이들 연소 모드들이 SI 작동만큼 넓은 작동 범위에서 사용할 수 없고, 모드들 간 전환들이 느리고 번거롭다는 것이다. HEV에 설치된 ICE를 다중 연소 모드 엔진으로 만들고, EM이 모드 전환들을 원활하게 조정하면, 대체 연소 모드들의 높은 연비를 활용하면서 차량 사용자들이 기대하는 부드러운 작동을 제공할 수 있다.

Description

하이브리드 전기 차량 내 다중 연소 모드 내연 기관에서의 전환들을 제어하기 위한 장치 및 방법
[0001] 본 개시내용은 하이브리드 전기 차량에서의 연소 모드 스위칭에 관한 것이다.
[0002] 내연 기관들은 자동차 운송에 있어서 여전히 중요한 동력원이다. 안타깝게도, 화석 연료들의 연소는 기후 변화에 크게 영향을 미치는 온실 가스의 주요 원인이다. 차량들의 전기화는 빠른 속도로 진행되고 있다. 전기 차량들이 보편화될 때 그 격차를 해소하기 위해서는 고효율 자동차들이 필요하다. 대안적으로, 태양열이나 풍력에 의해 전력을 공급받아 전기분해를 통해 메탄올이나 그린 수소와 같은 합성 연료들이 계속 개발되어 지속 가능하고 경제적인 경쟁력을 갖추게 되면 내연 기관들은 전기 차량들과 함께 미래에도 오랫동안 지속될 수 있다.
[0003] 대부분의 현대 내연 기관들은 가솔린으로 작동하는 스파크 점화(SI) 또는 디젤 연료로 작동하는 압축 점화(CI)이다. CI 엔진들이 SI 엔진들보다 높은 효율을 제공하지만, CI 엔진들은 쉽게 해결되지 않는 배출 문제들을 야기한다. 특히, CI 엔진들은 스모그를 유발하는 질소 산화물들을 생성하고, 요소와 트랩을 사용하는 후처리 해결책들이 번거롭다. 또한, CI 엔진은 미립자 물질을 생성하며, 이 미립자 물질은 미립자 필터에 수집되어 재생되어야 하는데, 이 역시 번거로운 해결책이다.
[0004] 수년 동안 연구되어 온 대체 연소 모드들에는 균일 혼합 압축 점화(HCCI) 엔진들, 제어 자동 점화(CAI) 엔진들, 최적화 운동 프로세스(OKP) 엔진들 및 스파크 보조 압축 점화(SACI) 엔진들이 있다. 이들 엔진들은 CO2 저감(연비 향상)에 큰 가능성을 보였지만, 전체 작동 범위에서 최첨단 차량들에 필적하는 주행 성능을 온전히 기능하는 차량에 제공하는 데는 적합하지 않다. 즉, 이러한 대체 연소 모드들 중 하나로 작동하는 내연 기관은 엔진이 종래 연소 모드들(CI 또는 SI)로 작동할 때보다 어림잡아 절반의 출력만 낼 수 있다. 따라서, 자동차는 가능하면 이러한 대체 연소 모드들 중 하나로 작동하고 대체 연소 모드로는 높은 출력을 얻을 수 없는 작동 범위들에서만 SI 또는 CI 작동으로 스위칭하는 것이 오랫동안 제안되어 왔다. 이러한 방식으로, 전반적인 차량 효율이 향상된다.
[0005] 또한, 종래의 차량에서 연소 모드-스위칭을 하는 것은, 사람이든 자율적이든 차량의 조작자가 작동 포인트의 변경을 요청할 때, 완전한 연소 부족을 포함한 토크 변동들 및 수용 불가능할 정도로 느린 전환들과 같은 작동 상의 어려움들 없이 수행하기는 어렵다는 것이 당업계에 잘 알려져 있다. 전환이 느릴 뿐만 아니라 전환 동안 불안정한 연소가 발생할 가능성이 높다. 이는 현대식 차량 운전자에게는 용납할 수 없는 일이다. 또한, 불안정한 연소는 허용할 수 없을 정도로 높은 배기가스들로 이어질 수 있다. 이러한 연소 모드들 간의 스위칭으로 인해 수반되는 작동상의 단점들 없이 고효율 연소 모드들의 장점들을 실현하는 시스템들 및 방법들이 요구된다.
[0006] 종래 기술의 단점들을 극복하기 위해, 하이브리드 전기 차량(HEV)의 내연 기관(ICE)은 두 연소 모드들 사이의 전환으로 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이의 전환 작동 포인트에 대해 지시된다. 전환 작동 포인트는, 안정 포인트로 공지되어 있고 그리고 또한, ICE가 새로운 연소 모드로 진입하기 위해 필수적인 조정들을 수행하는 것을 허용하는 포인트이다. 필요한 조정들에는 흡기 압력, 흡기 공기 온도, 압축비, 밸브 타이밍, 배출 가스 재순환량 등 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 전기 기계가 없는 종래 엔진에서는 전환 작동 포인트에서의 토크의 양이 차량 조작자가 요구하는 것과 일치해야 하기 때문에 전환 작동 포인트에 접근할 수 없다. 이러한 전환 동안 토크가 떨어지거나 치솟는 것은 전적으로 용납할 수 없는 일이다. 그러나, HEV에서, 전기 기계 및 전기 기계가 결합된 배터리는 조작자 요구가 충족될 수 있도록 여분의 토크를 흡수하거나 토크를 공급하는 데 사용될 수 있다.
[0007] 연소 모드들 사이를 전환하기 위해 HEV의 장점들을 이용하는 방법이 개시된다. HEV는 내연 기관(ICE)에 기계적으로 연결된 전기 기계(EM) 및 EM에 전기적으로 결합된 배터리를 갖는다. 이 방법은, 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 한다는 것을 결정하는 단계; 전환 구간 동안 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하는 단계; 및 전환 구간 동안 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 ICE에 지시하는 단계를 포함한다. ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 불충분한 토크를 생성할 때, EM이 모터로서 작용하고 ICE를 구동시켜, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다. ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 증가하는 것을 유발시킬 것인 토크를 생성할 때, EM은 발전기로서 작용하고 ICE에 부하를 가하여, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다.
[0008] ICE는 전환 구간 동안 새로운 연소 모드로 작동하기 위한 준비를 거친다. 준비는 (전환되는 연소 모드의 성질에 따라) ICE의 흡기 공기 시스템을 가열 또는 냉각하는 것, ICE의 흡기 공기 시스템 내의 압력을 높이거나 낮추는 것, ICE로 유입되는 흡기 내의 배출 가스 분율을 높이거나 낮추는 것, ICE의 압축비를 변경하는 것, ICE로의 공기-연료 비율을 변경하는 것, ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 변경하는 것, ICE의 점화 타이밍을 변경하는 것, ICE의 밸브들의 밸브 타이밍을 변경하는 것 중 적어도 하나를 수반한다. 또한, 연소 모드에 따라 연료 공급을 중단하거나 재시작할 수 있다. 이 방법은 또한, 준비가 완료되면, 새로운 연소 모드로 작동하도록 ICE에 지시하는 것을 포함한다.
[0009] 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트는 배터리의 충전 상태에 기초한다. 일부 실시예들에서, 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트는 추가로, 차량의 조작자에 의한 HEV로부터의 토크에 대한 수요 및 전환 구간의 예상 기간에 기초하여 결정된다. 차량의 조작자는 전형적으로 가속 페달을 통해 통신하는 HEV를 운전하는 사람일 수 있다. 대안적으로, 조작자는 자율 주행 제어기의 자동 주행 제어기일 수 있다.
[0010] 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 지시되어야 한다는 결정은 새로운 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율보다 더 높다는 것에 기초한다.
[0011] 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환 결정은 배터리의 충전 상태 및 ICE가 새로운 연소 모드에서 안정적인 연소를 지원하기에 적합한 온도에 있는지에 기초한다. 일부 실시예들에서, 이는 새로운 연소 모드로 전환하기 위해 ICE가 충분히 예열되어야 하는 콜드 스타트 상황일 수 있다. 다른 유형들의 전환들에서, 새로운 연소 모드에서 안정적인 연소가 발생하도록 ICE, 특히 흡기 내의 온도가 미리 결정된 수준보다 더 낮아야 한다.
[0012] 일부 HEV들은 EM이 배터리에 전기적으로 결합되고, EM과 ICE 둘 모두가 기계적으로 연결되는 직렬 구성이다. 또한, HEV에는 배터리에 전기적으로 결합된 제2 EM이 있다. 구동 바퀴들은 제2 EM에 기계적으로 연결된 HEV이다.
[0013] 다른 실시예들에서, HEV는 EM이 배터리에 전기적으로 결합되고, EM과 ICE 둘 모두가 기계적으로 연결되는 병렬 구성이다. EM 및 ICE는 전환 동안 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결된다.
[0014] 또한, 전기 기계(EM), EM에 기계적으로 연결된 내연 기관(ICE), EM에 전기적으로 결합된 배터리 및 EM, ICE 및 배터리에 전자적으로 결합된 조정 제어기(CC)를 포함하는 하이브리드 전기 차량(HEV)이 개시되어 있다. CC는, 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이에 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 하는 것을 결정하고, 전환 구간 동안 ICE를 작동시키기 위한 복수의 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하고, 전환 구간 동안 ICE가 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 지시한다. ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트가 전환 구간 동안 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 불충분한 토크를 생성하는 경우, EM은 모터로서 작용하고 ICE를 구동시켜, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다. 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 전환 동안 ICE 속도가 증가하는 것을 유발시킬 것인 토크를 생성하면, EM은 발전기로서 작용하고 ICE에 부하를 가하여 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다.
[0015] 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트는 배터리의 충전 상태 및 구동 바퀴들에서의 조작자 요구 토크 중 적어도 하나에 기초한다.
[0016] ICE는 전환 구간 동안 새로운 연소 모드로 작동하기 위한 준비를 거친다. 이러한 준비는, ICE의 흡기 공기 시스템 내의 온도 조정, ICE의 흡기 공기 시스템 내의 압력 조정, ICE로 유도되는 흡기 내의 배기 가스 분율 변경, ICE의 압축비 변경, ICE로의 공기-연료 비율 변경, ICE의 연료 분사 타이밍 및 양의 변경, ICE의 점화 타이밍 변경 및 ICE의 밸브들의 밸브 타이밍 변경 중 적어도 하나를 수반한다. CC는 준비가 완료되면, 새로운 연소 모드로 작동하도록 ICE에 지시한다.
[0017] 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환을 지시할지 여부의 결정은, 새로운 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율보다 더 큰 것에 기초하여 결정된다.
[0018] 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환을 지시할지 여부에 대한 결정은 추가로, 조작자가 요구하는 토크, 새로운 연소 모드에서 안정적인 연소를 지원하기에 (일부 실시예들에 있어서) 충분히 따뜻하거나, (다른 실시예들에 있어서) 충분히 차가운 ICE 및 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나에 기초하여 결정된다.
[0019] 일부 실시예들에서, HEV는 EM이 제1 EM이고, 배터리에 전기적으로 결합된 제2 EM을 포함하는 직렬 구성이다. HEV의 구동 바퀴들은 제2 EM에 기계적으로 연결된다.
[0020] 다른 실시예들에서, HEV는 EM 및 ICE가 기계적으로 연결되는 병렬 구성이다. EM과 ICE는 모두 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결된다.
[0021] 또한, 직렬 하이브리드 전기 차량(HEV)을 제어하는 방법이 개시되며, 직렬 하이브리드 전기 차량은 내연 기관(ICE)에 기계적으로 연결된 제1 전기 기계(EM1), HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결된 제2 전기 기계(EM2), EM1 및 EM2에 전기적으로 연결된 배터리를 갖는다. 이 방법은 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 한다는 것을 결정하는 단계; 전환 구간 동안 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하는 단계; 전환 구간 동안 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 ICE에 지시하는 단계; 및 전환 구간 후 ICE에 새로운 연소 모드를 작동하도록 지시하는 단계를 포함한다.
[0022] 전환 구간 동안, ICE는 새로운 연소 모드로 작동하도록 준비되고, 이러한 준비는 ICE의 흡기 공기 온도들의 조정; ICE의 흡기 압력 조정; ICE의 흡기로 재순환되는 배기 가스들의 분율 조정; ICE의 압축비 변경; ICE로의 공기-연료 비율 변경, ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략 변경 및 ICE의 밸브들의 리프팅 및 밸브 타이밍의 변경 중 적어도 하나의 조정을 포함한다.
[0023] ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE의 속도가 감소하는 것을 방지하기 위한 토크가 불충분하게 발생하면, EM1이 모터로서 작용하고 ICE를 구동시켜, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다. 배터리는 ICE를 구동시키기 위해 EM1에 전력을 공급하고, 배터리는 연소 모드-전환 동안 HEV의 바퀴들을 구동시키기 위해 EM2에 전력을 공급한다.
[0024] ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE의 속도를 증가시킬 수 있는 토크가 발생하면, EM1이 발전기로서 작용하고 ICE에 부하를 가하여 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다. 배터리는 ICE에 부하를 가하기 위해 EM1로부터 전력을 흡수한다. 따라서, 배터리와 EM1은 연소 모드 전환 동안 HEV의 바퀴들을 구동시키기 위해 EM2에 전력을 공급한다.
[0025] 또한, 병렬 하이브리드 전기 차량(HEV)을 제어하는 방법이 개시되며, 병렬 하이브리드 전기 차량은 내연 기관(ICE)에 기계적으로 연결된 제1 전기 기계(EM1) 및 EM1에 전기적으로 결합된 배터리를 가지며, EM1 및 ICE 모두는 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결된다. 이 방법은 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 한다는 것을 결정하는 단계; 전환 구간 동안 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하는 단계; 전환 구간 동안 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 ICE에 지시하는 단계; 및 전환 구간 후 ICE에 새로운 연소 모드를 작동하도록 지시하는 단계를 포함한다.
[0026] 전환 구간 동안, ICE는 새로운 연소 모드로 작동하도록 준비되는데, 이러한 준비는, ICE의 흡기 공기 온도들의 조정; ICE의 흡기 압력의 조정, ICE의 흡기로 재순환되는 배출 가스들의 분율의 조정; ICE의 압축비의 변경; ICE로의 공기-연료비의 변경; ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략의 변경 및 ICE의 밸브들의 리프팅 및 밸브 타이밍의 변경 중 적어도 하나를 포함한다.
[0027] ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE의 속도가 감소하는 것을 방지하기에 토크가 불충분하게 발생하면, EM1은 모터로서 작용하고 ICE를 구동시켜, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다. EM1이 모터로 작용할 때, 배터리는 연소 모드 전환 동안 ICE와 HEV의 구동 바퀴들 모두를 구동시키기 위해 EM1에 전력을 공급한다.
[0028] ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도를 증가시킬 수 있는 토크를 발생시키면, EM1은 발전기로서 작용하고 ICE에 부하를 가하여 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다. EM1이 발전기로서 작용할 때 배터리는 ICE에 부하를 가하기 위해 EM1의 전력을 흡수한다. ICE는 연소 모드 전환 동안 HEV의 구동 바퀴들 및 EM1을 구동시키도록 토크를 제공한다.
[0029] 도 1a 내지 도 1d는 직-병렬 하이브리드 전기 차량들의 실시예들을 개략적인 형태로 도시하고;
[0030] 도 2는 직렬 하이브리드 전기 차량의 개략도이고;
[0031] 도 3은 내연 기관의 단일 실린더의 개략도이고;
[0032] 도 4a 내지 도 4c는 각각 스파크 점화 연소 모드; 스파크 보조, 압축 점화 연소 모드 및 균일 혼합 압축 점화 연소 모드를 나타낸 도면이고;
[0033] 도 5는 하나의 연소 모드로부터 다른 연소 모드로의 전환을 나타내는 흐름도이고; 그리고
[0034] 도 6a 내지 도 6d, 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환들의 예에 대한 그래프들을 도시한다.
[0035] 당업자들이 이해하는 바와 같이, 도면들 중 어느 하나를 참조하여 예시되고 설명된 실시예들의 다양한 특징들은 하나 이상의 다른 도면들에 예시된 특징들과 결합되어 명시적으로 예시되거나 설명되지 않은 대안적인 실시예들을 생성할 수 있다. 예시된 특징들의 조합들은 전형적인 적용예들에 대한 대표적인 실시예들을 제공한다. 그러나, 본 개시내용의 교시내용들에 부합하는 특징들의 다양한 조합들 및 수정들이 특정 적용예들 또는 구현예들을 위해 바람직할 수 있다. 당업자들은 명시적으로 설명되거나 예시되지 않더라도 유사한 적용예들 또는 구현예들을 인식할 수 있을 것이다.
[0036] 20 여 년 전, 하이브리드 전기 차량들(HEV들)이 시장에 등장하기 시작했다. 이러한 종류의 차량은 전통적인 내연 기관(ICE)을 동력원으로 사용한다. 그러나 이러한 차량의 파워트레인에는 변속기나 기어트레인 외에 배터리와 전기 기계(들)가 통합되어 있다. 전기 기계는 발전 모드, 즉 회생 제동의 경우들에 있어서 엔진 또는 차량으로부터의 회전 동력을 추출하여 배터리에 저장되는 전력을 생산하는 발전기로 작동할 수 있다. 다른 경우들에 있어서, 전기 기계가 차량을 구동시키는 모터로서 작동하여 차량을 추진하기 위한 동력원으로서 ICE를 부분적으로 또는 완전히 대체한다. 배터리는 작동 모드에 따라 전기 기계로부터 전기 에너지를 저장하거나 전기 기계에 전력을 공급하는 디바이스이다.
[0037] 도 1a는 ICE(12)와 2 개의 전기 기계들(22, 24)을 포함하는 직-병렬 HEV의 개략도이다. 구동 바퀴들(50)에 제공되는 추진력은 클러치(34)가 맞물려 있을 때 ICE(12)에 의해 단독으로 제공되거나, ICE(12)와 전기 기계(22)에 의해 함께 제공될 수 있다. 즉, ICE(12) 또는 ICE(12)와 전기 기계(22)는 모두 샤프트(31)를 통해 클러치(34)의 일측에 토크를 제공한다. 맞물리면 토크는 변속기(40)에 연결된 샤프트(36)로 전달된 다음 변속기(40)의 출력 샤프트(42)로 전달된다. 샤프트(42)는 하프 샤프트들(46)에 연결된 차동 장치(44)에 연결되고, 차동 장치는 바퀴들(50)을 구동시킨다(병렬 하이브리드 구성에서). 이러한 작동 모드에서 병렬 하이브리드는 전기 기계(24) 없이 구성될 수 있다. 전기 기계(24)가 샤프트(62)를 통해 변속기(50)에 연결되는 경우, 전기 기계(24)는 클러치(34)가 맞물려 있을 때 구동 바퀴들(50)에 토크를 제공할 수도 있다. 또는, 다른 작동 모드에서는, 클러치(34)가 결합해제되고 구동 바퀴들(50)에 대한 추진 토크가 전기 기계(24)에 의해서만 제공되며, 전기 기계(22)는 전기 기계(24) 및 충전 배터리(20)에 공급하는 전력을 생성하기 위해 ICE(12)에 부하를 가한다(직렬 하이브리드 구성에서).
[0038] 전기 기계들(22 및 24)은 모두 케이블들(26)을 통해 배터리(20)에 전기적으로 결합된다. 전기 기계(22)는 기어 세트(30)를 갖는 샤프트(60)와 샤프트(31)를 통해 ICE(12)에 연결된다. 전기 기계(22)는 비부하 상태일 경우 단순히 ICE(12)에 대해 회전한다. 부하가 걸린 경우, 즉 전기 기계(22)가 발전기 모드에 있는 경우, 전기 기계(22)는 ICE(12)로부터 토크를 끌어와서 배터리(20)에 저장되는 전기를 생성한다. 대안적으로, 전기 기계(22)는 클러치(34)가 결합해제될 때 ICE(12)를 시동하거나, 예를 들어 ICE(12)가 연소 모드 전환을 거치는 동안 ICE(12)를 구동시키기 위한 모터로 작용할 수 있다. 이 둘이 함께 또는 전기 기계에 의해 또는 ICE에 의해 단독으로 구동될 수 있기 때문에, 이를 병렬 HEV라고 부른다.
[0039] 기계적 하드웨어 외에도, 도 1a의 HEV는 다양한 전자 하드웨어를 포함한다. 엔진 전자 제어 유닛(EECU)(74)이 ICE(12)에 결합된다. ICE(12)의 제어는 아래에서 더 자세히 설명한다. 배터리 제어기(76)는 배터리(20)에 결합된다. 배터리 제어기(76)는 배터리(20)로부터 배터리(20)의 개별 셀들의 온도들 및 충전 상태 및 충전과 방전 중 전류 및 전압 속도에 관한 신호들을 수신한다. 이들 데이터로부터 배터리 제어기는 배터리를 보호하기 위한, 예를 들어 과열을 방지하기 위한 작동 파라미터들을 결정한다. 이러한 정보는 경우들에 따라 배터리(20)의 방전 또는 충전 속도를 제한하거나 배터리(20)의 충전 상태를 나타내는 데 사용되며, 이는 HEV의 작동 모드에 영향을 미친다. 제1 전기 기계 제어기(78)는 전기 기계(22)에 결합되고; 제2 전기 기계 제어기(80)는 전기 기계(24)에 결합된다. 제어기들(78 및 80)은 이들 제어기들의 개개의 전기 기계들이 발전기 또는 모터로서 작동하고 있는지 여부 및 권선들에 제공되는 전류의 양을 제어하여 전기 기계에 의해 제공되거나 흡수되는 토크 수준을 제어한다. 변속기 제어부(82)는 변속기(40)에 전자적으로 결합된다. 많은 제어 경우들에서, 제어기가 통신하는 신호들은 실제로 디바이스 드라이버와 통신하여 원하는 제어에 영향을 미친다. 이러한 디바이스 드라이버들은 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 명확성을 위해 여기서는 별도로 도시하지 않는다. 물론, 제어기들(72, 74, 76, 78, 80 및 82)은 별도의 유닛들이거나 단일 제어기 또는 중복되는 기능을 갖는 복수의 제어기들로 결합될 수 있다. 제어기들은 차량 시스템 제어기(VSC)(90)로 그룹화되어 도시된다. 또한, 입력들(70)은 조정 제어기(72)에 제공되는 것으로 도시되어 있으나; 이러한 예시는 제한적인 것은 아니다. 입력들(70)은 제어기들 중 임의의 제어기에 직접 제공될 수 있으며; 모든 VSC(90) 제어기들은 상호 연결되어 데이터 공유를 허용한다. 이루어져야 할 결정들이 많은 만큼, 예를 들어, 변속기(40)가 위치할 적절한 기어는 엔진 rpm 및 전기 기계(22)가 발전기/모터 모드에 있는지 여부와 같은 다른 요인들에 따라 달라지고, 다른 요인들이 상호 연관되어 있기 때문에, 조정 제어기(72)도 제공된다. 조정 제어기(72)는 다른 모든 제어기들과 통신한다. 또한, 조정 제어기는 몇몇 예들에서와 같이, 온도들, 압력들, 가속 페달 포지션, 습도, 내비게이션 정보와 같은 다른 입력들(70)을 제공받을 수 있다. 대안적으로, 입력들(70)은 관련 제어기에 직접 제공될 수 있는데, 예를 들어, 습도는 EECU(74)에만 관련될 수 있고, 그러한 제어기에 직접 제공될 수 있다. 입력들(70)은 대안적으로 센서들로 불린다.
[0040] 도 1b에서, 대안적인 HEV가 두 세트들의 구동 바퀴들(150 및 152)을 갖는다. 바퀴들(152)은 모터 모드에서 전기 기계(124)에 의해서만 구동되거나, 전기 기계(124)가 발전기 모드로 작동할 때 전기 기계(124)가 바퀴들(152)을 제동할 수 있다. 전기 기계(124)는 샤프트(162), 차동 장치(164) 및 하프 샤프트들(166)을 통해 바퀴들(152)에 연결된다. 바퀴들(150)은 ICE(112)와 전기 기계(122) 중 하나 또는 둘 모두에 의해 구동된다. 클러치(133)와 클러치(164)가 맞물려 샤프트(131 및 132)를 결합할 때 ICE(112)가 바퀴들(150)을 구동시킨다. 샤프트(132)는 기어세트(130) 및 샤프트(160)를 통해 변속기(140)에 연결되고, 변속기(140)는 샤프트(142)를 통해 차동 장치(144)에 연결된다. 차동 장치(144)는 하프 샤프트들(146)을 통해 구동 바퀴들(150)에 연결된다. 전기 기계(122)는 클러치(133)가 맞물려 있을 때 ICE(112)에 연결된다. 기어 세트(130)는 샤프트들(160, 131 및 132)을 통해 전기 기계(122)와 ICE(112) 사이에 제공된다. 전기 기계들(122 및 124)은 케이블들(126)을 통해 배터리(120)에 전기적으로 결합된다. 도 1a와 유사하게, 도 1b의 HEV는 ICE 제어기(174), 배터리 제어기(176), 전기 모터 제어기들(178 및 180), 변속기 제어기(182) 및 조정 제어기(172)를 구비한다. 이러한 제어기들은 개개의 요소들, 예를 들어 배터리 제어기(176)와 배터리(120)에 직접 또는 디바이스 드라이버를 통해 간접적으로 전자적으로 결합된다. 도 1b에 도시된 바와 같은 배열은, 클러치(133)가 결합해제된 경우에만 전기 기계들(122 및 124)에 의해 바퀴들(150 및 152)을 구동시키는 것, 및 클러치(133)가 맞물려 있고 전기 기계(122)가 수동적일 때, 즉 전기 기계(122)의 코일들에 전류가 제공되지 않을 때, ICE(112)에 의해서만 구동 바퀴들(150)을 구동시키는 것을 허용해서, 회전하는 동안 시스템에서의 마찰을 제외하고는 ICE(112)를 구동시키지 않거나 부하를 가하지 않는다. 그리고, 전기 기계들(122 및 124)과 ICE(112)는 모두 동시에 차량을 구동시키는 데 사용될 수 있다. 전기 기계(124)가 제거된 실시예들에서 병렬 HEV를 형성하는 경우. 클러치(164)가 결합해제되고, 클러치(133)가 맞물리고, HEV가 전기 기계(124)에 의해서만 추진되는 실시예들에서, 직렬 HEV를 형성한다.
[0041] 도 1c에서는, 바퀴들(250 및 252)의 세트들 모두 구동될 수 있는 대안적인 HEV가 도시되어 있다. 바퀴들(252)이 모터 모드에서 전기 기계(224)에 의해서만 구동되거나, 전기 기계(224)가 발전기 모드로 작동할 때 전기 기계(224)가 바퀴들(252)을 제동할 수 있다. 바퀴들(250)은 샤프트(232)와 샤프트(236)를 결합하는 클러치(233)가 맞물려 있을 때 ICE(212)에 의해 구동된다. 샤프트(236)는 바퀴들(250)에 연결된 하프 샤프트들(246)에 결합되는 차동 장치(244)에 샤프트(242)를 통해 결합되는 변속기(240)에 결합된다. 전기 기계(222)는 벨트 구동 시스템(260)을 통해 ICE(212)에 결합된다. 벨트 구동 시스템(260)이 톱니형 벨트인 경우, ICE(212)가 전기 기계(222)를 구동시키는 것이 가능하거나 전기 기계가 ICE(212)를 구동할 수 있다. 도 1a와 유사하게, 전기 기계(224)가 제거되는 경우, 대안적인 실시예에서, 결과적인 구성은 순수한 병렬 HEV이다. 클러치(233)가 결합해제되고 HEV가 전기 기계(224)에 의해서만 추진되는 실시예들에서, 직렬 HEV를 형성된다.
[0042] 도 1c의 제어기 상황은 도 1a 및 도 1b 모두의 제어기 상황과 유사하다. 도 1c의 HEV는 센서들로부터의 입력들(270)을 갖는 조정 제어기(272), EECU(274), 배터리 제어기(276), 전기 기계 제어기들(278 및 280) 및 변속 제어기(282)를 포함한다.
[0043] 도 1d에서, 대안적인 HEV는 ICE(312), 전기 기계(322), 전기 기계(324) 및 바퀴들(350)이 기계적으로 연결되는 유성 기어셋 기어트레인을 갖는다. 바퀴들(350)은 ICE(312) 및 전기 기계(324) 모두에 의해 동시에 또는 개별적으로 구동될 수 있다. 직렬 하이브리드 모드에 있어서, 발전기 모드의 전기 기계(322)는 ICE(312)에 의해 구동되어 전기 기계(324)에 전력을 공급하거나 배터리(320)를 충전할 수 있다. 병렬 하이브리드 모드에 있어서, 전기 기계(324) 및 ICE(312)는 모두 유성 기어트레인을 통해 바퀴들(350)을 추진할 수 있다. 유성 기어트레인은 샤프트(342), 차동 장치(344) 및 하프 샤프트들(346)을 통해 바퀴들(350)에 연결된다.
[0044] 도 1d의 제어기 상황은 도 1a 내지 도 1c의 제어기 상황과 유사하다. 도 1d의 HEV는 센서들로부터의 입력들(370)을 갖는 조정 제어기(372), EECU(374), 배터리 제어기(376), 전기 기계 제어기들(378 및 380)을 포함한다.
[0045] 도 1a 내지 도 1d의 HEV들은 병렬 모드로 작동될 수 있는데, 이는 ICE 및 전기 기계가 모두 차량을 추진할 수 있음을 의미한다. HEV는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 클러치를 통해 엔진과 구동 바퀴들 사이의 기계적 연결이 분리되거나, 도 1d에 도시된 바와 같이 바퀴들이 동력 분할 메커니즘 및 제어를 통해 엔진에 의해 구동되지 않는 직렬 모드로 작동될 수 있다.
[0046] 직렬 구성에서는 엔진과 차량 구동 시스템 사이에 직접적인 기계적 연결이 없으며, 이는 때때로 주행 거리 연장 장치라고도 하며, 차량은 전기 기계에 의해서만 구동된다. 이러한 시스템은 도 2에 도시되어 있으며, 바퀴들(450)은 모터 모드에서 전기 기계(424)에 의해서만 구동된다. 회생 제동과 같은 특정 작동 모드들에서, 전기 기계(424)는 발전기 모드로 작동된다. 전기 기계는 샤프트(442), 차동 장치(444) 및 하프 샤프트들(446)을 통해 바퀴들(450)에 연결된다. ICE(412) 및 전기 기계(422)는 샤프트(431 및 460) 및 기어셋(430)을 통해 연결되며, ICE(412)는 전기 기계(422)를 구동시켜 전기 기계(422)에 공급되고 배터리(420)를 충전하기 위한 전력을 생성한다. 바퀴들(450)은 모터 모드에서 전기 기계(424)에 의해서만 구동되거나; 또는 전기 기계(424)가 샤프트(436)를 통해 발전기 모드로 작동할 때 전기 기계(424)가 바퀴들(450)을 제동할 수 있다. 샤프트(436)는 전기 기계(424)를 기어트레인(440)에 연결하고, 기어트레인(440)은 샤프트(442)를 통해 차동 장치(444)에 연결된다. 차동 장치(444)는 하프 샤프트들(446)을 통해 구동 바퀴들(450)에 연결된다. 전기 기계들(422 및 424)은 케이블들(426)을 통해 배터리(420)에 전기적으로 결합된다. 도 1a와 유사하게, 도 2의 HEV는 엔진 제어기(474), 배터리 제어기(476), 전기 모터 제어기들(478 및 480) 및 조정 제어기(472)를 구비한다. 이러한 제어기들은 개개의 요소들에, 예를 들어 배터리 제어기(476)가 배터리(420)에 직접 또는 디바이스 드라이버를 통해 간접적으로 전자적으로 결합된다. 도 2의 배열은 전기 기계(424)에 의해서만 구동 바퀴들(450)에 추진력을 제공할 수 있게 한다.
[0047] 도 1a 내지 도 1d 및 도 2 모두에 있어서 전자 제어기들은 개별 유닛들로서 도시되어 있다. 이들은 함께 수용될 수 있다. 또는, 단일 제어기가 개별적으로 도시된 제어기들 중 2 개 이상의 제어기의 기능들을 관리하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 개별 제어기들 중 하나의 제어기의 기능을 두 제어기들이 공유할 수도 있다. 본 출원의 목적상, 도 1a 내지 도 1d 및 도 2에 도시된 프로세싱 능력은 차량 시스템 제어기(VSC)(도 1a의 90, 도 1b의 190, 도 1c의 290, 도 1d의 390 및 도 2의 490)로 간주될 수 있다.
[0048] VSC는 서로 통신하는 복수의 제어기들을 포함한다. 복수의 제어기들 중 하나는 다른 제어기들을 조정하는 조정 제어기(CC)이다.
[0049] 도 1a 내지 도 1d 또는 도 2 중 어느 곳에도 그와 같이 예시되어 있지 않지만, 다른 실시예들에서, 도 1a 내지 도 1d 및 도 2의 다수의 전자 제어기들의 기능들은 프로세싱 유닛들의 임의의 적절한 조합에 의해 제공된다.
[0050] 당업자에게는, 전자 제어기들이 HEV의 다양한 요소들을 관리하는 디바이스 제어기들에 신호들을 제공하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, ICE에 제공되는 연료의 양을 제어하기 위한 EECU로부터의 신호는 신호 전압 레벨들에 있으며, 연료 인젝터에 펄스 폭을 지시할 수 있는 전기적 능력을 갖는 디바이스 드라이버에 제공된다. 당업자들은, 제어를 조정하는 많은 제어기들을 의미하는 VSC가 배터리, ICE 등과 같은 HEV의 요소들을 제어하기 위해 중개 디바이스들에 신호들을 제공할 뿐이라는 것을 알 것이다.
[0051] 상술한 하이브리드 시스템들의 배터리를 외부에서 충전할 수 없는 경우, 이들을 하이브리드 전기 차량(HEV)이라고 한다. 상기 하이브리드 시스템들의 배터리를 외부 전원에 의해 충전할 수 있고, 상기 하이브리드 시스템들의 전기 기계가 차량을 구동시키기에 충분한 전력을 갖는 경우, 이들을 플러그인 하이브리드 전기 차량(PHEV)이라 한다. 본 명세서에서, HEV라는 용어는, 전기 플러그를 통해 배터리를 충전할 수 있다는 점과 배터리 용량의 차이만 있을 뿐, 종래의 HEV와 PHEV 모두 ICE 및 EM에 의존하기 때문에 이들 종래의 HEV와 PHEV 모두를 지칭한다.
[0052] 전기 기계를 사용하여 구동시키는 차량은 저속에서의 높은 토크 출력, 부드러운 속도 조절, 빠른 응답 시간 및 고효율과 같은 차량 구동력 수요에 대응하여 명백한 이점들을 갖는다. 또한, 전기 기계는 도로 및 교통 조건들에 기초하여 출력 전력을 크고 빠르게 변경하기 위해 운전자의 무작위 수요를 더 잘 충족시킬 수 있다.
[0053] 현재 (플러그인) 하이브리드 전기 차량들은 주로 SI 가솔린 엔진들 또는 CI 디젤 엔진들을 사용한다. 모터/발전기로서의 전기 기계와 전기 에너지 저장 및 방전을 위한 배터리. ICE는 연료 소비가 적은 작동 포인트에서 작동하도록 조절된다. 전기 기계는 구동 바퀴들에서의 추진을 위해 ICE를 보완하거나 다른 작동 포인트들에서는 전기 기계가 차량 감속 및 제동과 같이 차량으로부터 에너지를 회수하기 위해 발전기로서 작동한다. 도심 지점들에서 하이브리드 전기 차량들의 연료 소비는 종래 엔진 차량들보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 일부 플러그인 하이브리드 전기 차량들(PHEV)은 완전 전기 주행거리(AER)를 가지므로, 전력망으로부터의 전기 에너지가 탄화수소 연료들 대신 차량을 구동시키는 데 사용되어 연료 소비를 더욱 감소시킬 수 있다.
[0054] 도 3은 내연 기관(ICE)(500)의 단일 실린더를 개략적인 형태로 도시한다. 이러한 ICE는 앞선 도면들에 있어서의 ICE들(12, 112, 212, 312 및 412)에 대한 하나의 대안이다. 도 1a 내지 도 1d 및 도 2의 HEV들의 엔진은 대부분 다기통 엔진들일 가능성이 높다. 도 3의 도식에는 명료성의 목적들로 이러한 엔진의 실린더가 하나만 도시되어 있다. ICE(500)에는 흡기 통로(530), 배기 통로(540) 및 터보차저(550)가 있다. ICE(500)에는 실린더 블록(510) 및 실린더 헤드(520)가 있다. 실린더 블록(510) 내에는 피스톤(502)이 왕복 운동하는 실린더(511)가 있다. 연소실(509)은 실린더 헤드(520), 피스톤(502)의 최상부 및 실린더(511)의 표면에 의해 획정된다.
[0055] 실린더 헤드(520)는 흡기 포트(503) 및 배기 포트(504)를 갖는다. 흡기 포트(503)는 연소실(509)에 흡기 공기를 공급한다. 배기 가스들은 배기 포트(504)를 통해 연소실(509)로부터 배출된다. 연소실(509) 안팎의 흐름은 흡기 포트(503) 내의 흡기 포핏 밸브(505) 및 배기 포트(504) 내의 배기 포핏 밸브(506)를 통해 제어된다.
[0056] 캠(575)은 흡기 밸브(505)를 개폐한다. 유사하게, 캠(576)은 배기 밸브(506)를 개폐한다. 캠들(575 및 576)은 각각 캠샤프트들(577 및 578)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 캠샤프트들(577 및 578)은 크랭크샤프트(도 3에 도시되어 있지 않음)와 고정된 관계로 회전한다. 가변 밸브 타이밍 실시예들에서, 캠 샤프트들(577 및 578)은 크랭크샤프트와 독립적으로 움직일 수 있는 권한의 일부 제한된 범위를 가지므로, 해당 크랭크샤프트 상의 캠들의 개폐 시간들을 조정할 수 있다.
[0057] 실린더 헤드(520)는 중앙에 위치하는 점화 플러그(507)를 갖는다. 점화 플러그(507)는 연소실(509) 내의 다른 위치들에 포지셔닝될 수 있다.
[0058] 도 3의 실시예에서, 터보차저(550)는 흡기 공기를 가압하기 위해 제공된다. 본 개시내용의 발명가가 고려한 다른 실시예들에서, 내연 기관은 압력 충전되지 않고, 터보차저(500) 및 연관된 하드웨어를 생략한다. 터보차저(550)는 압축기(551), 터빈(552) 및 압축기(551)와 터빈(552)을 결합하는 샤프트(553)를 포함한다. 배기 가스들의 에너지는 배기 통로(540)에 위치한 터빈(552)에 의해 추출된다. 샤프트(553)를 통해 컴프레서(551)가 회전하여 흡기 통로(530) 내의 흡기 공기를 가압한다. 흡기 통로(530)는 또한 흡기 공기 필터(531)(흡기 공기로부터 엔진(500)에 해를 끼칠 수 있는 원치 않는 입자들 또는 액적들의 제거용), 공기 유량계(532)(공기 통로(530)를 통과하는 공기의 양 측정용), 압력 센서(536), 스로틀(533)(ICE(500)로 들어가는 공기의 양 제어용) 및 인터쿨러(534)(압축기(551)를 통해 가열된 흡기 공기 냉각용)를 구비한다.
[0059] 일부 적용예들에서, 엔진(500)은 흡기 공기 가열이 바람직한 연소 모드로 작동한다. 흡기 공기 히터(539)는 흡기 통로(530)에 배치된다.
[0060] 연료 인젝터(508)는 도 3에서 흡기 포트(503)의 바로 상류에 도시된 흡기 통로(530)에 배치된다. 다른 실시예들에서, 연료 인젝터(508)는 흡기 포트(503)에 배치된다. 이들 두 위치들에서, 연료 인젝터(508)는 상대적으로 저압의 인젝터이다. 또 다른 실시예들에서, 연료 인젝터(508)는 연료 인젝터(508)의 팁이 연소실(509) 내에 위치하는 고압 인젝터이다. 이러한 구성을 직접 분사라고 한다. 일부 실시예들에서, 흡기 통로(530) 내에 위치한 연료 인젝터와 연소실(509) 내에 위치한 연료 인젝터가 모두 제공된다. 이러한 구성은 사용될 서로 다른 특성들의 서로 다른 연료들의 사용을 수용할 뿐만 아니라, 일부 연소 모드 제어 적용예들(예를 들어, SACI)에 대해 서로 다른 연료 분사 전략들의 사용을 수용할 수 있다.
[0061] 스로틀(533)과 압축기(551) 사이의 흡기 통로(530)에서, 압력 센서(536)는 흡기 통로(530) 내의 과급 압력을 측정하기 위해 제공된다. 일부 실시예들에서, 압력 센서는 스로틀(533)의 하류에 있는 흡기 통로에도 제공된다.
[0062] 촉매 컨버터(541)가 터빈(552)의 하류에 있는 배기 통로(540)에 제공된다. 다른 실시예들에서는, 희박한 NOx 트랩들 또는 미립자 필터들과 같은 다른 배기 후처리 디바이스들이 촉매 변환기(541) 대신에 또는 촉매 변환기(541)에 추가하여 배기 통로(540)에 제공된다.
[0063] 일부 실시예들에서, ICE(500)는 흡기 재순환 밸브(561)를 구비한 흡기 순환 통로(560)를 갖는다. 밸브(561)는 압축기(551)로부터 수신된 공기의 압력이 바람직한 것보다 더 높을 때 개방된다.
[0064] ICE(500)는 바이패스 통로(570)에 배치된 웨이지 게이트 밸브(571)를 갖는다. 바이패스는 터빈(552)의 상류측 및 터빈(552)의 하류측에서 배기 통로(540)에 연결된다. 웨이스트 게이트 밸브(571)는 터빈(552)에 제공되는 압력을 제어하고, 이에 따라 터보차저(550)의 터빈(552)의 속도를 적절한 수준으로 제어한다.
[0065] ICE(500)는 배기 가스 재순환(EGR) 시스템을 또한 구비하며, 배기 가스 재순환(EGR) 시스템은 배기 통로(540)(터빈(552)의 하류)와 흡기 통로(530)(압축기(551)의 상류)를 결합하는 EGR 통로(580), 배기로부터 흡기로 흐르는 EGR의 양을 제어하는 EGR 밸브(582) 및 EGR 냉각기(581)를 포함한다. EGR은 실린더(509)의 연소 온도를 낮춰 질소산화물(NOx) 형성을 줄이기 위한 조치로서 흡기 공기를 배기 가스로 희석하는 데 사용된다. 또한 EGR은 스로틀링 손실들의 레벨을 감소시킴으로써 엔진 효율을 향상시킨다. 또한, 일부 연소 모드들에서는 연소 이벤트의 속도를 제어하기 위해 흡기 혼합물의 배기 가스 희석이 필요하다. 너무 빠른 연소(자동 점화)는 사이클에서 잘못된 시간에 발생하기 때문에 소음이 심하고 비생산적일 수 있다. 또한, 자동 점화는 연소실 표면들의 과열로 이어지며, 이를 확인하지 않고 방치하면 표면들이 녹아 엔진(500)이 파괴될 수 있다.
[0066] EGR 냉각기(581)는 흡기 내에서 재순환된 배기 스트림의 온도를 감소시켜 연소 이벤트가 NOx를 덜 생성하게 되는데, NOx는 심각할 정도로 온도에 민감하다.
[0067] ICE(500)는 센서들로부터 신호들을 제공받고, 센서 데이터에 기초하여 원하는 작동 포인트를 계산하고, 엔진과 연관된 액추에이터들에 작동을 지시하는 엔진 전자 제어 유닛(EECU)(574)을 포함한다. 신호들은 기류 센서(532), 흡기 압력 센서(536) 및 기타 센서들(592)로부터 제공된다. 기타 센서들에는 엔진 속도 및 엔진 포지션이 결정되는 엔진 크랭크 각도 센서; 조작자의 차량 추진 욕구를 결정하기 위한 가속 페달 포지션 센서; 브레이크 페달 센서; 습도 센서; 온도 센서(엔진 냉각수, 공기 온도들, EGR 온도 등), 압력 강하 센서들(예를 들어, 공기 필터(531)에 걸친), 압력 센서들, 밸브 포지션 센서들 등 중 임의의 것이 포함된다. 자율 주행 모드에서, 엔진의 바람직한 작동 포인트는 다른 제어기를 통해 또는 EECU(574) 내에서 결정될 수 있다. EECU(574)는 변속기 제어기, 전기 기계 제어기 및 배터리 제어기와 같은 다른 제어기들과 통신할 수 있다. 심지어 일부 실시예들에서는 조정 제어기도 포함된다.
[0068] 센서 데이터 및 EECU(574)에 제공된 다른 정보에 기초하여, 엔진(500)의 적절한 작동 포인트, 예를 들어, 연료 분사 타이밍 및 양, 점화 플러그(507) 타이밍, 스로틀 밸브(553) 포지션, EGR 밸브(582) 포지션, 웨이스트 게이트 밸브(571) 포지션, 흡기 재순환 밸브(561) 포지션, 히터(539)를 통한 흡기 가열, 포핏 밸브들(505 및 506)의 개폐 시간 등을 결정한다.
[0069] 가속 페달(594)은 제어기(574)에 신호를 제공한다. 이러한 제어기(574)는 EECU(도 1a의 74, 도 1b의 174, 도 1c의 274, 도 1d의 374)이다. 가속 페달(594)은 차량 조작자가 차량을 추진하고자 하는 의사를 표시하는 방식이다. 대안적으로, 자율 주행 차량에서 차량은 원하는 경로와 교통 및 장애물들과 같은 기타 입력들에 기초하여 제어된다. 종래의 HEV에서 차량 조작자는 가속 페달(594)을 통해 원하는 속도를 전달한다. 가속 페달 신호가 결합된 제어기는 해당 요청을 희망 토크로 변환하고, 이는 일부 작동 모드에서 제어기(574)의 토크 요청 신호로 추가로 변환될 수 있다. 조작자가 감속하기 위해 가속 페달에서 발을 떼면, 희망 토크가 감소하고 차량이 감속한다. 조작자가 가속 페달을 밟으면, 희망 토크가 증가하고 차량의 속도가 빨라진다.
[0070] 간략하게 전술한 바와 같이, ICE(500)는 다수의 연소 모드들로 작동될 수 있으며, 그 중 일부는 종래의 스파크 점화(SI) 작동보다 현저히 감소된 연료 소비를 제공한다. SI 및 다른 연소 모드들 사이의 전환들을 돕기 위해 HEV가 어떻게 사용되는지 설명하기 전에, 대체 연소 모드들이 아래에 논의된다.
[0071] 균일 혼합 압축 점화(HCCI)는 주요 관심대상의 연소 모드이다. 압축 점화(CI) 엔진과 마찬가지로, 압축 스트로크 동안 가스들을 압축할 때 발생하는 고온들로부터 연소가 자발적으로 발생한다. 또한 압축 점화 엔진과 마찬가지로 스로틀링이 없는, 즉 실린더에 공기가 완전히 충전되지 않는다. SI 엔진들에서는 엔진으로 유입되는 공기의 양이 스로틀 밸브를 통해 제어되어 연소실에 연료와 공기의 정확한 비율이 존재한다. 스로틀링을 피함으로써 HCCI 엔진들은 CI 엔진에 근접하는 연비를 제공한다. 연소가 시작되는 시점은 혼합물의 온도가 자동 점화 온도까지 올라가는 시간에 의해 제어되는데, 이는 상대적으로 제어하기 어렵다. 혼합물이 미리 혼합되고 희박하기 때문에, HCCI를 사용한 연소 이벤트에서 그을음 또는 NOx가 거의 또는 전혀 생성되지 않는다.
[0072] HCCI 연소는 일반적으로 중간 및 저부하 조건들에서만 사용할 수 있다. 이는 엔진 부하와 혼합물의 연료 농도가 일정 수준까지 증가한 후 연소가 거칠어지고 소음이 발생하기 때문이다. ICE로부터의 토크 요구량이 HCCI에 적합한 작동 범위를 초과하면, SI 또는 다른 연소 모드로 전환된다. 또한, HCCI는 엔진 본체 온도가 낮고 저온의 벽들로의 열 전달 손실이 크기 때문에, ICE의 콜드 스타트 시에는 적합하지 않다. SI 연소는 ICE가 충분히 예열되고 요구되는 작동 포인트가 HCCI에 적합한 경우 콜드 스타트시 HCCI로 전환하는 것이 적절하다.
[0073] HCCI 연소 제어를 달성하기 위한 서로 다른 기술적 접근 방식들이 있다. 제어식 자동 점화(CAI)라고 불리는 한 가지 해결책은 저부하 조건들에서 흡기 및 배기 밸브들의 개폐 시간을 변경하여 실린더에 추가 배기 가스가 갇히도록 하는 것이다. 다량의 고온 잔류 배기 가스가 존재하면 실린더 내 혼합 가스의 온도가 상승하여 ICE의 압축 스트로크에서 적절한 시간 동안 자동 점화 온도에 도달할 수 있으며 자발적인 연소가 발생한다.
[0074] 최적화 동역학 프로세스(OKP)라고 불리는 다른 해결책은 엔진의 압축비를 약 15 : 1로 증가시키는 것으로, 배기 가스와 냉각수의 열을 사용하여 흡기 공기를 가열하고 가열되지 않은 흡기 공기와 함께 실린더로 들어간다. 두 기류들의 비율을 제어함으로써, 흡기 공기 온도를 빠르게 조절할 수 있어 HCCI의 연소 시간을 제어할 수 있다. 벤치 테스트들은 이 방식이 연료 소비를 크게 줄일 수 있으며 HCCI의 작동 범위도 상대적으로 넓어 자동차 엔진들에서 통상적으로 사용되는 중간 및 저 부하 조건들을 커버할 수 있음이 입증되었다.
[0075] HCCI보다 더 높은 토크에서 사용할 수 있는 HCCI와 관련된 다른 연소 모드인 스파크 보조 압축 점화(SACI)는 스파크 보조를 사용한다. 점화될 수 있고 화염 전파를 달성할 수 있으며(여전히 자동 점화 온도 미만임), 그 후 점화 플러그로 점화할 수 있는 임계 온도를 초과하는 공기-연료 혼합물의 온도. 점화된 혼합물은 화염을 통해 전파되어 더 많은 혼합물이 연소에 참여하고 열을 방출하여 실린더의 압력과 온도가 더욱 상승하고 나머지 미연소 혼합물이 자동 점화 온도에 도달하여 자연 연소가 발생한다. 이 "점화 유도 균일 혼합 압축 점화" 연소 모드는 HCCI와 SI의 두 연소 모드들 사이의 전환 모드로서 사용할 수 있다.
[0076] "점화 유도 균일 혼합 압축 점화"에 필요한 최소 혼합물 온도를 낮추고 연소 제어에 필요한 혼합물의 온도 범위를 확장하기 위해, 점화 플러그 근처의 혼합물을 국부적으로 농축시킬 수 있다. 이러한 이유로, 실린더 내의 압축 사이클 동안 소량의 연료 분사가 이루어질 수 있다.
[0077] 또한, 가변 압축비들의 사용, 이중 연료들의 사용 등과 같은 일부 다른 HCCI 방식들이 있다. 실린더 내의 온도, 및 이에 따른 HCCI 엔진에서의 점화 타이밍은 또한 흡기 공기 온도를 가열함으로써 보조될 수 있다.
[0078] HCCI 및 SACI 연소 모드들은 상당한 연료 소비 감소를 제공할 수 있는 큰 가능성을 보여 주며, 테스트를 위해 플리트 차량들에 설치되었지만, 연소 제어의 기술적 어려움들로 인해 상업적 판매를 위해 생산되지는 않았다.
[0079] HCCI의 제어는 더욱 복잡하고 까다롭기 때문에, 종래의 연소 모드로부터 HCCI 모드로 스위칭하기 위해서는 연소 모드-스위칭 전략들 및 제어 알고리즘들을 사전에 면밀히 연구하여 제어 디바이스가 적절한 지시들을 내리고 엔진 제어 구동 디바이스들이 단계적으로 조정될 수 있도록 명확하게 이해해야 한다. 그러나 모드 스위치 전 엔진 작동 포인트들의 수와 엔진 열 상태에는 제한이 없다. 따라서, 가능한 모든 스위칭 포인트들을 사전에 신중하게 연구하는 것은 너무 많은 작업이며, 이는 자동차 제품들에 다중 연소 모드 엔진들을 적용하는 데 큰 어려움이 되었다.
[0080] 상기와 같은 이유들에 따라, 자동차 제품들에 다중 연소 모드 엔진의 적용을 실현하기 위해 효과적이고, 신뢰할 수 있고, 안정적이며, 실용적인 엔진 연소 모드-스위칭 전략들 및 제어 알고리즘들을 찾는 것이 필수적이다.
[0081] 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 여러 연소 모드들이 비교된다. 도 4a를 시작으로, SI 연소가 예시된다. 연소실(600)은 스파크 커널(604)을 생성하는 스파크 플러그(602)를 갖는다. 연소실(600)의 혼합물은 상당히 높은 농도의 연료(606)를 갖는 것으로 예시되어 있다. 연소실(600) 아래에는 하사점(BDC) 이전에 시작하여 상사점(TDC) 및 그 약간 너머에서 끝나는 압축 스트로크에 도달하는 이벤트들의 타임라인이 도시되어 있다. 연료는 연료와 공기가 거의 균일하게 혼합되도록 사전 혼합 시간을 제공하기 위해 BDC 이전에 분사된다. 연료 분사 시간은 블록(620)으로서 예시된다. 스파크 점화(624)는 TDC 직전에 발생한다. 스파크 커널(604)과 두 개의 연료 혼합 영역들: 즉, 연료가 풍부한 영역(610) 및 희박한 연료 영역(608)이 도시되어 있는 도 4b에는 SACI 연소가 예시된다. 이벤트들의 타이밍을 도시하는 도면의 아래쪽 부분에서는 연료의 일부가 BDC 이전인 630에서 분사된다. 또 다른 적은 연료 충전은 632에서 TDC에 가깝게 분사된다. 630에서 분사된 연료는 혼합 전하(608)를 발생시키고, 632에 분사된 연료는 스파크(604) 근처의 풍부한 영역(610)을 발생시킨다. 도 4c에는 HCCI가 예시되어 있다. 실린더(600)에는 매우 희박한 혼합물(612)이 있다. HCCI에는 스파크가 없다. 이벤트들의 타이밍에서 BDC 전에 실린더(600)에 공급되는 연료를 보여준다. 일부 HCCI 작동 포인트들에서는 혼합물을 압축한 후 혼합물이 자동 점화될 만큼 충분히 따뜻해 흡기 공기가 가열된다. HCCI에 적합한 범위의 다른 작동 포인트들에서는 적절한 연소를 위해 혼합물의 흡기 가열이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않다. 예시되어 있지는 않지만, 다른 옵션으로는 연소 모드 전환 동안 흡기 공기 온도 및 압축비 등과 같은 엔진 제어 파라미터 조정을 위해 연료 분사 및 스파크 점화를 하지 않고 전기 기계에 의해 엔진 샤프트를 회전시키는 것이 있다. 이러한 경우, 차량은 전기 기계에 의해서만 추진된다.
[0082] 본 명세서에서는 HCCI 및 SACI 연소에 대해 설명하지만, 많은 차량 제조사들은 이러한 연소 모드들과 약간의 차이들이 있는 효율적인 연소 모드들에 대해 연구하고 있다. 본 개시내용의 발명자는 임의의 연소 모드-스위칭을 고려한다.
[0083] 본 개시내용에 따르면, 적어도 하나의 전기 기계, 적어도 하나의 배터리 및 다중 연소 모드 엔진을 포함하는 HEV는, 고유의 특성들을 이용하여 EM과 ICE 및 배터리를 통합함으로써 시너지들을 달성하고, EM과 ICE의 조정된 제어를 통해 안정적인 작동 포인트들로 알려진 전환 동안의 엔진 작동 포인트들에 접근한다. 전환 동안 ICE로부터의 출력 토크는 차량의 조작자(조작자는 차량을 운전하는 사람이거나 자율 제어기일 수 있음)로부터의 토크 요구 사항을 따를 필요가 없는데, 이는 배터리의 지원을 받는 EM이 ICE 토크가 요구 사항보다 적을 경우 토크를 보충하거나 ICE 토크가 요구 사항보다 클 경우 여분의 토크를 흡수할 수 있기 때문이다.
[0084] 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환을 지시할지 여부의 결정은, 새로운 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율보다 큰지의 여부, 운전자가 요구하는 토크, ICE가 새로운 연소 모드에서 안정적인 연소를 지원하기에 충분히 따뜻한지(일부 실시예들에서) 또는 충분히 차가운지(다른 실시예들에서)의 여부 및 배터리 충전 상태 중 적어도 하나에 기초하여 결정한다. 예를 들어, 콜드 스타트 후 ICE가 작동되는 경우, 불안정한 연소로 인해 ICE가 충분히 따뜻해질 때까지 HCCI 연소에 접근하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 다른 예로, 습도는 스파크에 의해 개시되지 않은 연소 모드들, 즉 자동 점화에 큰 영향을 미친다. 일부 초고습 환경들에서는, 불안정한 연소로 인해, HCCI 또는 SACI 연소에 전혀 접근하지 못할 수도 있다.
[0085] 둘 모두 기계적으로 서로 연결되어 있을 때, EM 및 ICE의 조정된 제어를 통해, ICE 출력 토크 또는 동력은 연소 모드-스위칭 동작 동안, 즉 전환 동안 구동 바퀴들에서의 토크와 크게 무관하다. 전환 동안, EM의 작용에 따라 ICE는 동일한 연소 모드에서 임의의 현재 ICE 작동 포인트로부터 연소 모드-스위칭 작동 포인트로 작동하도록 지시된다.
[0086] ICE 연소 모드-스위칭 작동 포인트는 시스템 개발 시 미리 결정된 ICE 회전 속도 및 토크로 구성된 단일 또는 제한된 수의 ICE 작동 포인트들일 수 있다. 서로 다른 ICE 작동 조건에 기초하여, 하나의 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 선택할 수 있다. 임의의 현재 ICE 작동 포인트로부터 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트들에 도달함으로써, ICE는 시스템 개발 중에 미리 결정된 ICE 연소 모드-스위칭 전환 제어 전략들에 따라 전환 구간 동안 새로운 연소 모드로 작동할 준비를 수행한다.
[0087] 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 ICE 작동 준비는 ICE의 적어도 하나의 조정 또는 제어: 즉, ICE의 흡기 공기 온도, ICE의 흡기 공기 시스템 내 압력, ICE로 유입되는 흡기 공기 내 배기 가스 분율, ICE의 압축비, ICE로의 공기-연료 비율, ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략, ICE의 점화 타이밍, ICE의 밸브들의 리프팅 및 밸브 타이밍의 변경 중 적어도 하나를 포함한다.
[0088] ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 토크가 불충분하게 발생하면, EM은 모터로서 작용하고 ICE를 구동시켜, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다.
[0089] ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동에서 ICE 속도를 증가시킬 수 있는 토크를 발생시키면, EM은 발전기로서 작용하고 ICE에 부하를 가하여, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지한다.
[0090] ICE 작동이 준비를 완료하고 ICE 연소 모드-스위칭 전환 제어 전략들에 따라 새로운 연소 모드 스위치 조건을 충족한 후, ICE는 새로운 연소 모드에서 작동하도록 지시된다.
[0091] ICE는 새로운 연소 모드 범위에서 작동된다. ICE 작동 포인트는 새로운 연소 모드 하에서 필요에 따라 임의의 목표 작동 포인트로 제어될 수 있다.
[0092] 연소 모드-스위칭 전환 동안, 실린더 내의 가스 작업 변동과 같은 ICE 작동이 비정상적일 수 있으며, 이는, ICE 회전 속도 및 토크를 포함하는 ICE 출력 동력의 불안정, 변동 또는 심지어 중단을 유발시킬 수 있다. 그러나, EM 및 ICE의 조정 제어를 통해, EM과 ICE 모두가 기계적으로 연결될 때, EM 및 배터리는 이들 변동 또는 심지어 중단을 흡수, 보상 및 억제하여 필요한 연소 모드-스위칭 작동 포인트, 즉 ICE 회전 속도 및 토크를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 원활한 연소 모드-스위칭 전환을 보장할 뿐만 아니라, 차량 구동력 또는 토크 요구를 충족시키기 위해 차량의 구동 바퀴들에 연결된 ICE와 EM 및 임의의 추가 EM(들)의 총 출력 동력 또는 결과 토크를 보장한다.
[0093] 또한, ICE는 연소 및 배기 가스 제어가 어려운 일부 작동 영역들 또는 임계값을 피하기 위해 일부 효율적이고 안정적인 일부 작동 범위 또는 제한된 작동 포인트들에서 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, HCCI 연소 모드 하에서 ICE 작동 포인트들이 SACI와 HCCI의 중첩 영역(664)과 같이 작동 범위의 상한 또는 하한 임계값에 가까울 경우, 연소 제어 및 배기 가스 후처리가 어려워진다.
[0094] 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트들의 수가 제한되어 있기 때문에, 시스템 개발 시 미리 필요한 적어도 하나의 작동 포인트인 ICE 작동 포인트들을 하나 또는 한정하여 선택하고, 연소 모드-스위칭 전략들 및 제어 알고리즘들을 신중하게 최적화하는 것이 가능하다. 예를 들어, 연소 모드 스위칭 동안 ICE 연소 모드-스위칭 포인트들 또는 ICE 열 조건들에 있어서의 약간의 편차를 처리하는 방법에 대해 ICE 제어 디바이스들 또는 액추에이터들의 시퀀스 조정을 선택적으로 수행하기 위한 여러 세트의 제어 명령들을 개발하는 것이 포함된다(그러나, 이에 제한되지 않음). 연소 모드-스위칭 작동이 완료된 후, ICE는 새로운 연소 모드 하에서 작동된다.
[0095] 이제 도 5를 참조하면, 흐름도는 하나의 연소 모드로부터 다른 연소 모드로 전환하는 데 수반되는 프로세스들을 도시한다. 프로세스는 750에서 개시하여 가솔린 엔진에서 도 4a에 예시된 바와 같이 정상적인 스파크 점화 모드일 가능성이 높은 제1 연소 모드에서 예열된다. 일단 ICE가 예열되면, 제어는 블록(754)으로 넘어가 새로운 연소 모드에서 요청된 토크를 원하는지 여부를 결정한다. 원하지 않는 것으로 결정된 경우, 제어는 블록(754)으로 돌아가 연소 모드 전환이 필요하거나 권장될 때까지 계속 대기한다. 원하는 것으로 결정된 경우, 제어는 블록(756)으로 넘어가는데, 여기서는 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 전환 작동이 ICE와 제1 EM을 기계적으로 연결하고 제1 EM의 작용하에서 ICE를 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트로 조정하여 제어하도록 지시된다. 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트는 전환 구간 동안 ICE 제어 디바이스들 및 작동 파라미터들의 조정을 포함하여 ICE가 원하는 새로운 연소 모드로 작동할 준비를 할 수 있는 것이다. 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하기 위해, ICE는 요청된 토크를 제공하지 않을 수 있다.
[0096] 제어가 블록(766)으로 이동한다: ICE에 의해 제공된 토크가 요청된 것보다 큰 경우, 제1 EM은 ICE에 부하를 가하도록 발전기로서 작용한다. ICE에 의해 제공되는 토크가 요청된 것보다 작으면, 제1 EM은 ICE를 구동시키는 모터로서 작용한다. ICE가 토크를 제공하지 않는 경우(연료 공급 차단), 제1 EM은 미리 결정된 RPM과 제로 토크로 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 포인트로 ICE를 구동시킨다. 병렬 하이브리드의 경우, ICE와 제1 EM이 공동으로 차량을 추진하며, 제1 EM은 ICE 토크 출력과 차량 요구 토크 사이의 토크 차이를 보상하거나 흡수한다. 직렬 하이브리드의 경우, 배터리와 제1 EM은 차량을 추진하는 제2 EM에 공동으로 전력을 공급하고, 배터리는 제1 EM 출력과 (차량이) 요구하는 제2 EM 사이의 전력 차이를 공급하거나 흡수한다.
[0097] 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE가 안정적으로 동작하면, 제어는 블록(760)으로 이동하고, ICE는 원하는 새로운 연소 모드를 작동하기 위한 조건들을 충족하도록 ICE 제어 디바이스들 및 작동 파라미터들을 조정하여 원하는 새로운 연소 모드로 작동할 준비를 수행한다. 이러한 준비는 ICE의 흡기 공기 온도, ICE의 흡기 공기 시스템 내의 압력, ICE로 유도되는 흡기 공기 내의 배기 가스 분율, ICE의 압축비, ICE로의 공기-연료 비율, ICE에 대한 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략, ICE의 점화 타이밍, ICE의 밸브들의 리프팅 및 밸브 타이밍의 변경 중 적어도 하나의 조정을 포함한다.
[0098] 준비가 완료되면, 제어는 블록(762)으로 넘어가고, 여기서 ICE가 새로운 연소 모드로 스위칭될 준비가 되었는지 여부가 결정된다. 준비가 되어 있지 않은 경우, 제어는 블록(760)으로 돌아가서 스위칭 연소 모드 조건이 준비될 때까지 준비를 계속한다. 준비가 되어 있는 경우, 제어는 블록(764)으로 이동하여 ICE가 새로운 연소 모드로 작동하도록 지시한다.
[0099] 블록(764)에서 ICE가 작동하는 동안, 제어는 블록(754)으로 계속 이동하여 요청된 ICE 토크가 새로운 연소 모드가 요구되는지 여부를 결정한다. 새로운 연소 모드가 요구되지 않는 경우, ICE는 현재의 연소 모드로 작동하기 위해 블록(764)에 계속 유지된다. 새로운 연소 모드가 요구되는 경우에는, 제어는 블록(756)으로 이동한다.
[00100] 전환 구간은 매우 짧은 기간의 여러 사이클들일 수 있다. 예를 들어, 일부 연소 모드-스위칭에서는 흡기 매니폴드 내 압력이 증가해야 하며, 이는 몇 번의 ICE 회전들을 취한다. 다른 예에서, HCCI 연소로 전환할 때 흡기 매니폴드는 전기 저항 가열 또는 기타 가열 방법들로 가열되며, 이는 몇 초 정도 소요될 수 있다. 제어는 블록(760)으로부터 블록(762)으로 전달되며, 여기에서는 새로운 연소 모드에서의 연소를 지원하기 위해 변경해야 하는 ICE 파라미터들이 필요한 변경을 달성했는지 여부가 결정된다. 즉, ICE가 새로운 연소 모드로 안정적으로 스위칭될 준비가 되었는 여부에 대해 준비가 되지 않은 경우에는 전환 모드를 계속하기 위해 제어가 블록(760)으로 넘어간다. 이 루프는 새로운 연소 모드에서 안정적인 연소를 초래하는 흡기 공기 온도, 유효 압축비, 흡기 압력 및 배기 가스 재순환 등과 같은 파라미터들에 도달할 때까지 계속되어, 제어가 블록(764)으로 넘어가 ICE에 새로운 연소 모드로 변경하도록 지시한다. 제어는 다시 블록(754)으로 넘어가서 다른 전환이 필요하다는 것을 나타내는 토크의 변화를 기다린다. 다시 말하지만, 전환이 이루어져야 한다는 표시가 없는 경우, 제어는 블록(754)에서 긍정적인 결과가 나올 때까지 작동 중인 연소 모드에 머문다.
[00101] 도 6a에서, 전형적인 SI 엔진의 작동 범위는 엔진 토크(646) 대 엔진 속도(648)의 그래프에 도시되어 있다. 속도의 함수로서 ICE가 전개할 수 있는 최대 토크는 곡선(650)으로 도시된다. 곡선(650)에서 최저 엔진 속도(652)와 최고 엔진 속도(654) 사이의 작동 범위는 SI 연소를 통해 접근할 수 있다. 그러나 앞서 언급했듯이, 가능하면 연비가 높은 연소 모드들로 작동하는 것이 바람직하다. 도 6b에서 SI 범위(점선들(648, 650, 652, 654)로 둘러싸임)에 겹쳐진 저토크 레벨들의 HCCI는 점선들(660) 안에 도시되어 있고 중간 토크들의 SACI는 점선들(662) 안에 도시되어 있다. 영역(660) 내에서는 HCCI 또는 SI 작동을 사용할 수 있다. 영역(662) 내에서는 SACI 또는 SI 작동을 사용할 수 있다. 그리고, HCCI와 SACI 작동 사이의 중첩되는 영역(664) 내에서, SI, HCCI 및 SACI 작동 중 임의의 작동이 선택될 수 있다.
[00102] 도 6c에는, 작동 포인트(P1)가 도시되어 있다. 이는 SI 작동이 유일한 선택인 맵의 영역에서 피크 토크 곡선 아래의 영역에 있다. 예를 들어 포인트(P2)에서와 같이 더 적은 토크에 대한 요구가 필요한 경우, SI 연소 모드를 사용할 수 있지만 HCCI 작동의 높은 효율도 허용가능한 작동 포인트이다. HCCI의 높은 효율을 활용하기 위해 HCCI로 전환이 실행된다. HCCI에서 작동하려면 스로틀이 완전히 개방되는 반면, SI가 있는 작동 포인트(P1)에서는 스로틀이 부분적으로 폐쇄된다. HCCI를 위해 흡기를 가열하여 보다 확실한 점화를 얻는 데 도움이 된다. 흡기 가열은 몇몇 엔진 회전들 내에 변경할 수 있는 흡기 압력 변경과 달리 몇 초 정도 걸리는 느린 프로세스이다. 포인트(P1)로부터 포인트(P2)로 직접 전환하는 대신 P1과 P2 사이에 있는 중간 작동 포인트(T1)에 액세스한다. 따라서, 전환은 P1으로부터 T1으로 그리고 P2로 이루어진다. 도 6c에 막대(R1)가 도시되어 있다. 위에서 설명한 대로 P1과 P2의 작동 사이의 전환 구간 동안 ICE는 미리 결정된 작동 포인트를 채택한다. P1로부터 P2로 전환할 때 엔진 속도는 증가하는 반면 토크는 감소하는 것을 유의해야 한다. 이러한 상황의 예시적인 시나리오는 차량이 정지 신호등에서 출발할 때 차량 가속을 위해 높은 토크가 필요한 때이다. 차량이 필요한 속도에 거의 도달한 후 차량 조작자는 가속 페달에서 발을 떼어 가속을 늦추고 약간 증가한 속도로 계속 주행하지만, 차량이 거의 속도를 올렸기 때문에 토크가 덜 필요하다. R1은 미리 결정된 작동 포인트를 선택할 수 있는 속도 범위이다. 물론, T1은 운전자의 요구가 충족되도록 R1 범위를 따라 P2와 동일한 엔진 속도를 갖도록 선택된다.
[00103] 전환은 토크 대 시간 그래프로 도 6d에 도시된다. 3 개의 구간: 즉, ICE가 제1 연소 모드로 작동하는 시간, 즉 도 6d에서 구간(674)으로 도시된 P1에서 작동하는 시간. 토크 변화에 대한 요구가 들어오면, ICE는 전환 구간(676)으로 진입한다. ICE 파라미터들이 전환을 완료하기에 적합하면, ICE는 구간(678)에서 새로운 연소 모드(P2)로 작동하도록 지시된다. 점선 곡선(672)은 시간의 함수로서의 ICE의 토크 출력을 나타낸다. 토크는 구간(674)으로부터 구간(676)으로 감소한 후 구간(678)에서 다시 감소한다. 원하는 엔진 토크는 점선(670)으로 도시된다. 구간(676) 동안, ICE 토크가 희망 토크를 초과한다. 이는 EM이 ICE에 부하를 가하는 전기 발전기로서 작동하여 구동 바퀴들에 제공되는 토크가 병렬 HEV에 대해 희망 토크가 되도록 하는 상황이다. 도 1에 도시된 바와 같은 일부 병렬 HEV 구성들의 경우, 제2 EM이 차량의 구동 바퀴들에 연결되며(도 1a의 24, 도 1b의 124, 도 1c의 224, 도 1d의 324), 제2 EM 토크가 ICE 토크를 보완하여 차량을 추진한다. 초과 토크는 680, 즉 구간(676) 동안 곡선들(670 및 672)의 차이로 예시되며, 배터리는 EM으로부터 초과 전력을 흡수하고, 작동 모드에 따라 제2 EM으로부터 전력을 흡수하거나 제2 EM으로 전력을 공급한다. 도 2에 도시된 바와 같은 직렬 하이브리드 HEV의 경우, EM(422)이 ICE의 초과 토크로 인해 초과 전력을 공급하기 때문에, 배터리는 EM(422)으로부터 초과 전력을 흡수하여 연소 모드-스위칭 전환 동안에만 차량을 추진하는 EM(424)에 전력을 공급한다.
[00104] 도 7a의 엔진 맵은 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 동일하다. 그러나, 도 7a에서의 전환은 도 6c에 예시된 것과는 서로 다르다. 즉, ICE는 포인트(P3)에서 시작하여 HCCI 연소 모드로 작동한다. 차량 조작자는 추월 기동이나 언덕을 오르는 것과 같은 갑작스러운 토크의 폭발을 요구한다. 새로이 원하는 작동 포인트는 SI 연소 모드 영역에 있는 작동 포인트(P4)로서 도시된다. HCCI로 작동하는 경우 흡기 매니폴드가 가열될 수 있으며, 흡기 가스들의 가열로 인한 엔진 노킹 및 체적 효율 감소로 인해 ICE가 즉시 포인트(P4)로 전환할 수 없다. ICE의 파라미터들이 포인트(P4)에 액세스하기 적합해질 때까지의 시간을 허용하기 위해 도 7a에서 T3으로 표시된 SACI 연소 모드의 한 포인트로 이동하라는 지시가 ICE에 내려진다. 다시 말하지만, 이는 엔진 속도들의 범위에 따라 발생하는 R1로 표시된 미리 결정된 토크 작동 포인트들 중 하나를 따라 발생한다.
[00105] 시간의 함수로서의 엔진 토크의 플롯이 도 7b에 도시되어 있다. 희망 토크는 점선 곡선(681)이고, ICE 제공 토크는 점선 곡선(682)으로 도시된다. ICE 토크(682)는 ICE가 현재의 연소 모드로 작동하는 제1 구간(684) 동안의 P3 동안의 희망 토크(681)와 일치하며, 이는 본 예에서 HCCI이다. ICE가 새로운 연소 모드로 작동하는 제3 구간(688)에서, ICE 토크(682)와 희망 토크(681)는 다시 거의 동일하다. 제2 구간(686) 동안, ICE가 전환 포인트인 T3에서 작동할 때, ICE 토크(682)는 희망 토크(681)보다 낮다. 구간(686) 동안, EM은 ICE를 구동시키는 모터로서 작용하고, 690으로 표시되는 부족분의 토크를 제공함으로써, 차량의 구동 바퀴들에 제공되는 결과적인 토크가 병렬 HEV의 희망 토크가 되도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 일부 병렬 HEV 구성들의 경우, 제2 EM이 차량의 구동 바퀴들에 연결되며(도 1a의 24, 도 1b의 124, 도 1c의 224, 도 1d의 324), 제2 EM 토크가 ICE 토크를 보완하여 차량을 추진한다. 부족한 토크의 양은 690, 즉 구간(686) 동안 곡선들(681 및 622)의 차이로 예시되며, 배터리는 EM에 전력을 공급한다. 배터리는 작동 모드에 따라 제2 EM에 전력을 공급하거나 제2 EM으로부터 전력을 흡수한다. 도 2에 도시된 바와 같은 직렬 하이브리드 HEV의 경우, ICE의 토크가 부족하여 EM(422)이 모터로서 작용하므로, 배터리는 ICE를 구동시키는 EM(422)에 전력을 공급하고, 연소 모드-스위칭 전환 동안에만 차량을 추진하는 EM(424)에 전력을 공급한다.
[00106] 이제 도 8a를 참조하면, ICE의 엔진 맵이 도시되어 있다. 다시 말하지만, 맵의 설명은 도 6a 및 도 6b와 동일하지만, ICE 작동 맵에는 서로 다른 전환이 도시되어 있다. 시작 포인트는 현재의 연소 모드의 P5이며, 목표는 다른 연소 모드의 포인트(P6)로 이동하는 것이다. 이 예에서는 전환(T5)이 진행되는 동안 ICE가 꺼져 있다. 도 8b에서 이 전환의 타임라인은 제1 구간(694) 동안 ICE가 포인트(P5)에서 작동하고 있음을 보여준다. 엔진에 의해 생성되는 토크는 점선 곡선(692)으로서 도시되고, 희망 토크는 점선 곡선(691)으로 도시된다. 전환 구간(696) 동안 ICE는 어떠한 토크도 생성하지 않는다. 희망 토크를 제공하기 위해, EM은 모터로서 작동하여 미리 결정된 연소 모드-스위칭 RPM으로 ICE를 구동시키고 동시에 토크(699)를 제공하여 연소 모드-스위칭 전환 동안 병렬 하이브리드 HEV를 위해 차량을 추진한다. 도 1에 도시된 바와 같은 일부 병렬 HEV 구성들의 경우, 차량의 구동 바퀴들에 연결되는 제2 EM이 제공되며(도 1a의 24, 도 1b의 124, 도 1c의 224 및 도 1d의 324), 제2 EM 토크는 차량을 추진하기 위해 ICE 토크를 보완한다. 토크의 양은 699, 즉 구간(696) 동안 곡선들(691 및 692)의 차이로 표시되며, 배터리는 EM에 전력을 공급한다. 배터리는 작동 모드에 따라 제2 EM에 전력을 공급하거나 제2 EM으로부터 전력을 흡수한다. 도 2에 도시된 직렬 하이브리드 HEV의 경우, 연소 모드-스위칭 전환 동안 EM(422)이 EM(424)에 전력을 공급하지 않기 때문에, 배터리(420)는 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 RPM으로 ICE를 구동시키는 EM(422)에 전력을 공급하고, 차량을 단독으로 추진하는 EM(424)에 전력을 공급한다. ICE가 새로운 연소 모드로 진입할 준비가 되면(P6으로 도시됨), 전환이 완료되고 ICE 토크(692)는 희망 토크(691)와 동일하다.
[00107] 도 6d, 도 7b 및 도 8b에서, 전환의 지속시간은 시간적으로 동일한 것으로 보인다. 그러나, 이는 단지 예시적인 편의를 위한 것이다. 일부 전환들은 매우 짧고, 몇 회전들에 불과하다. 다른 전환들은 더 오래 걸린다.
[00108] 실시예들과 관련하여 최상의 구성이 상세히 설명되었지만, 당업자들은 다음 청구항들의 범위 내에서 다양한 대안적인 설계들 및 실시예들을 인식할 것이다. 다양한 실시예들이 하나 이상의 바람직한 특성들과 관련하여 이점들을 제공하거나 다른 실시예들보다 선호되는 것으로 설명되었지만, 당업자가 알 수 있듯이, 하나 이상의 특성들은 특정 적용예 및 구현예에 의존하는 바람직한 시스템 속성들을 달성하기 위해 타협될 수 있다. 이러한 속성들에는 비용, 효율성, 강도, 내구성, 수명 주기 비용, 시장성, 속도, 내구도, 범위, 외관, 패키징, 크기, 서비스 가능성, 중량, 제조 가능성, 조립 용이성 등이 포함된다(그러나, 이에 제한되지 않음). 하나 이상의 특성들과 관련하여 다른 실시예들 또는 종래 기술의 구현예들보다 덜 바람직한 것으로 특징지어지는 본 명세서에 설명된 실시예들은 본 개시내용의 범위를 벗어나는 것이 아니며 특정 적용예들에 바람직할 수 있다.

Claims (20)

  1. 내연 기관(internal-combustion engine, ICE)에 기계적으로 연결된 전기 기계(electric machine, EM) 및 상기 EM에 전기적으로 결합된 배터리(battery)를 구비한 하이브리드 전기 차량(hybrid electric vehicle, HEV)을 제어하는 방법으로서,
    현재의 연소 모드(combustion mode)로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 한다는 것을 결정하는 단계;
    상기 전환 구간 동안 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트(combustion mode-switching operating point)들 중 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 전환 구간 동안 상기 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 상기 ICE에 지시하는 단계를 포함하며,
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서, 상기 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 불충분한 토크를 생성할 때, 상기 EM은 모터로서 작용하고, 상기 ICE를 구동시켜, 이에 의해 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하고; 그리고
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 증가하는 것을 유발시킬 것인 토크를 생성하는 경우, 상기 EM은 발전기로서 작용하고 상기 ICE에 부하를 가하여, 이에 의해 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하는,
    하이브리드 전기 차량 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 ICE는 전환 구간 동안 새로운 연소 모드로 작동하기 위한 준비를 거치고; 그리고
    상기 준비는 상기 ICE의 흡기 공기 온도, 상기 ICE의 흡기 공기 시스템 내 압력, 상기 ICE로 유도되는 흡기 공기 내 배기 가스 분율, 상기 ICE의 압축비, 상기 ICE로의 공기-연료 비율, 상기 ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략, 상기 ICE의 점화 타이밍 및 상기 ICE의 밸브들의 리프팅(lifting) 및 밸브 타이밍(valve timing)의 변경 중 적어도 하나의 조정을 수반하며,
    상기 방법은,
    상기 준비가 완료되면 상기 ICE에 새로운 연소 모드로 작동하도록 지시하는 단계를 더 포함하는,
    하이브리드 전기 차량 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 현재의 연소 모드로부터 상기 새로운 연소 모드로의 전환은,
    상기 배터리의 충전 상태;
    새로운 연소에서 안정적인 연소를 지원하기 위한 ICE 작동 포인트들;
    차량의 조작자에 의한 상기 HEV로부터의 토크 수요 및 상기 전환 구간의 예상 기간; 및
    새로운 연소 모드로 작동하는 상기 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 상기 HEV의 효율보다 높은 상태 중 적어도 하나에 기초하는,
    하이브리드 전기 차량 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 HEV는 직렬 구성이고;
    상기 EM은 ICE에 기계적으로 연결되고, 배터리에 전기적으로 결합된 제1 EM이고;
    상기 HEV는,
    상기 배터리에 전기적으로 결합된 제2 EM; 및
    상기 제2 EM에 기계적으로 연결된 HEV인 구동 바퀴들을 더 포함하는,
    하이브리드 전기 차량 제어 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 HEV는 병렬 구성이고;
    상기 EM은 배터리에 전기적으로 결합된 제1 EM이고; 그리고
    상기 EM은 상기 ICE에 기계적으로 연결되고, 그리고 상기 전환하는 동안 상기 EM 및 상기 ICE는 모두 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결되는,
    하이브리드 전기 차량 제어 방법.
  6. 하이브리드 전기 차량(HEV)으로서,
    전기 기계(EM);
    상기 EM에 기계적으로 연결된 내연 기관(ICE);
    상기 EM에 전기적으로 결합된 배터리; 및
    서로 통신하는 복수의 제어기들을 포함하는 차량 시스템 제어기(vehicle system controller, VSC)를 포함하며,
    상기 복수의 제어기들 중 하나는 상기 복수의 제어기들 중 다른 제어기들을 조정하는 조정 제어기(coordination controller, CC)인,
    하이브리드 전기 차량(HEV).
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 조정 제어기(CC)는 EM 제어기, ICE 제어기 및 배터리 제어기에 전자적으로 결합되고;
    상기 CC는, 현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 상기 현재의 연소 모드와 상기 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 하는 것을 결정하고;
    상기 CC는 상기 전환 구간 동안 상기 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하고;
    상기 CC는 상기 전환 구간 동안 상기 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 상기 ICE에 지시하고;
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트가 상기 전환 동안 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 불충분한 토크를 생성하는 경우, 상기 EM은 모터로서 작용하고, 상기 ICE를 구동시켜, 이에 의해 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하고; 그리고
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트가 상기 전환 동안 ICE 속도가 증가하는 것을 유발시킬 것인 토크를 생성하는 경우, 상기 EM은 발전기로서 작용하고 ICE에 부하를 가하여, 이에 의해 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하는,
    하이브리드 전기 차량(HEV).
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트는 배터리의 충전 상태, 구동 바퀴들에서 조작자가 요구하는 토크, 상기 새로운 연소 모드에서 안정적인 연소를 지원할 수 있는 ICE 작동 포인트들, 상기 새로운 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율보다 더 높은 상태 중 적어도 하나에 기초하는,
    하이브리드 전기 차량(HEV).
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 ICE는 상기 전환 구간 동안 새로운 연소 모드로 작동하기 위한 준비를 거치고;
    상기 준비는 상기 ICE의 흡기 공기 온도, 상기 ICE의 흡기 공기 시스템 내 압력, 상기 ICE로 유도되는 흡기 공기 내 배기 가스 분율, 상기 ICE의 압축비, 상기 ICE로의 공기-연료 비율, 상기 ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략, 상기 ICE의 점화 타이밍, 및 상기 ICE의 밸브들의 리프팅 및 밸브 타이밍의 변경 중 적어도 하나의 조정을 수반하고, 그리고
    상기 CC는, 상기 준비가 완료되면, 상기 ICE가 새로운 연소 모드로 작동하도록 지시하는,
    하이브리드 전기 차량(HEV).
  10. 제6 항에 있어서,
    현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환을 지시할지 여부의 결정은, 새로운 연소 모드로 작동하는 상기 HEV의 효율이 상기 현재의 연소 모드로 작동하는 상기 HEV의 효율보다 더 높은 상태, 조작자가 요구하는 토크, 상기 새로운 연소 모드가 안정적인 연소를 지원할 수 있는 상태, 및 상기 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는,
    하이브리드 전기 차량(HEV).
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 HEV는 직렬 구성이고; 및
    상기 EM은 상기 ICE에 기계적으로 연결되고 그리고 상기 배터리에 전기적으로 결합된 제1 EM이며, 상기 HEV는,
    상기 배터리에 전기적으로 결합된 제2 EM; 및
    상기 제2 EM에 기계적으로 연결되는 HEV의 구동 바퀴들을 더 포함하는,
    하이브리드 전기 차량(HEV).
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 HEV는 병렬 구성이고;
    상기 EM은 배터리에 전기적으로 결합된 제1 EM이고; 그리고
    상기 EM은 상기 ICE에 기계적으로 연결되고, 상기 EM 및 상기 ICE는 상기 전환 동안 상기 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결되는,
    방법.
  13. 직렬 하이브리드 전기 차량(HEV)을 제어하는 방법으로서,
    상기 직렬 하이브리드 전기 차량은 내연 기관(ICE)에 기계적으로 연결된 제1 전기 기계(EM1), 상기 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결된 제2 전기 기계(EM2), 상기 EM1 및 상기 EM2에 전기적으로 결합된 배터리, 상기 E0M2에 전자적으로 결합된 EM2 제어기 및 상기 EM2 제어기에 전자적으로 결합된 조정 제어기(CC)를 가지며,
    상기 방법은,
    현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 상기 현재의 연소 모드와 상기 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 한다는 것을 결정하는 단계;
    상기 전환 구간 동안 상기 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하는 단계;
    상기 전환 구간 동안 상기 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 상기 ICE에 지시하는 단계; 및
    상기 전환 구간 후 상기 준비가 완료되면 상기 ICE에 상기 새로운 연소 모드를 작동하도록 지시하는 단계를 포함하는,
    직렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전환 구간 동안, 상기 ICE는 상기 새로운 연소 모드로 작동하도록 준비되고, 이러한 준비는 상기 ICE의 흡기 공기 온도, 상기 ICE의 흡기 공기 시스템 내 압력, 상기 ICE로 유도되는 흡기 공기 내 배기 가스 분율, 상기 ICE의 압축비, 상기 ICE로의 공기-연료 비율, 상기 ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략, 상기 ICE의 점화 타이밍, 및 상기 ICE의 밸브들의 리프팅 및 밸브 타이밍의 변경 중 적어도 하나의 조정을 포함하는,
    직렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 상기 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 불충분한 토크를 생성할 때, 상기 EM1은 모터로서 작용하고 상기 ICE를 구동시켜, 이에 의해 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하고; 그리고
    상기 배터리는 연소 모드-전환 동안 상기 ICE를 구동시키기 위해 상기 EM1에 전력을 공급하고, HEV의 바퀴들을 구동시키기 위해 상기 EM2에 전력을 공급하며;
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 증가하는 것을 유발시킬 것인 토크를 생성할 때, 상기 EM1은 발전기로서 작용하고 상기 ICE에 부하를 가하여, 이에 의해 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하고; 그리고
    상기 ICE에 부하를 가하기 위한 상기 EM1의 출력 전력은 상기 배터리에 의해 흡수되고, 연소 모드 전환 동안, 상기 HEV의 바퀴들을 구동시키기 위해 상기 EM2에 공급되는,
    직렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환을 지시할지 여부의 결정은, 새로운 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 HEV의 효율보다 더 높은 상태, 조작자 요구 토크, 새로운 연소에서 안정적인 연소를 지원하기 위한 ICE 작동 포인트들 및 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는,
    직렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  17. 내연 기관(ICE)에 기계적으로 연결된 전기 기계(EM) 및 상기 EM에 전기적으로 결합된 배터리를 구비하는 병렬 하이브리드 전기 차량(HEV)을 제어하는 방법으로서,
    상기 EM 및 상기 ICE 둘 모두는 상기 HEV의 구동 바퀴들에 기계적으로 연결되고,
    상기 방법은,
    현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환이 현재의 연소 모드와 새로운 연소 모드 사이에서 발생하는 전환 구간으로 지시되어야 한다는 것을 결정하는 단계;
    상기 전환 구간 동안 ICE를 작동하기 위해 미리 결정된 복수의 연소 모드-스위칭 작동 포인트들 중 하나를 선택하는 단계;
    상기 전환 구간 동안 상기 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에 도달하도록 상기 ICE에 지시하는 단계; 및
    상기 전환 구간 후 새로운 연소 모드로 작동하도록 상기 ICE에 지시하는 단계를 포함하는,
    병렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 전환 구간 동안, 상기 ICE는 새로운 연소 모드로 작동하도록 준비되고, 이러한 준비는, 상기 ICE의 흡기 공기 온도, 상기 ICE의 흡기 공기 시스템 내 압력, 상기 ICE로 유도되는 흡기 공기 내 배기 가스 분율, 상기 ICE의 압축비, 상기 ICE로의 공기-연료 비율, 상기 ICE의 연료 분사 타이밍 및 양을 포함한 연료 공급 전략, 상기 ICE의 점화 타이밍, 상기 ICE의 밸브 타이밍, 및 상기 ICE의 밸브들의 리프트 프로파일(lift profile) 중 적어도 하나의 조정을 포함하는,
    병렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 감소하는 것을 방지하기에 불충분한 토크를 생성할 때, 상기 EM이 모터로서 작용하여, 이에 의해 상기 ICE를 구동함으로써 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하고, 상기 배터리는 연소 모드-전환 동안 상기 ICE 및 상기 HEV의 구동 바퀴들 모두를 구동시키기 위해 상기 EM에 전력을 공급하고; 그리고
    상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트에서 ICE 속도가 증가하는 것을 유발시킬 것인 토크를 생성할 때, 상기 EM이 발전기로서 작용하여 상기 ICE에 부하를 가함으로써 상기 ICE의 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 작동 포인트를 유지하고, 상기 ICE에 부하를 가하기 위한 상기 EM의 출력 전력은 상기 배터리에 의해 흡수되고, 상기 ICE는 상기 선택된 미리 결정된 연소 모드-스위칭 전환 동안 상기 HEV의 바퀴들을 구동시키기 위한 토크를 제공하는,
    병렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    현재의 연소 모드로부터 새로운 연소 모드로의 전환을 지시할지 여부의 결정은, 상기 새로운 연소 모드로 작동하는 상기 HEV의 효율이 현재의 연소 모드로 작동하는 상기 HEV의 효율보다 더 높은 상태, 조작자 요구 토크, 새로운 연소 모드 지원 안정적인 연소에서의 상기 ICE 작동 포인트들, 및 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는,
    병렬 하이브리드 전기 차량(HEV) 제어 방법.
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