KR100783890B1 - 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬형 하이브리드 차량에서 엔진의 냉시동에 의해 촉매를 처음 웜업할 때, 엔진의 안정된 공회전 상태를 확보하기 위한 토크를 발생시켜야 한다는 제한을 극복하고, 엔진의 점화효율을 충분히 낮추어 촉매의 보다 신속한 웜업이 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진의 안정된 아이들 상태를 확보하면서 엔진의 시동초기에 발생되는 배기가스의 유해물질을 보다 효과적으로 정화할 수 있도록 한다.

Description

병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법{catalyst heating method of a parallel type hybrid vehicle}

도 1은 본 발명의 제어방법을 설명한 순서도 이다.

본 발명은 차량의 배기가스를 정화하는 촉매의 온도를 신속히 상승시키도록 하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터와 엔진에 의한 병렬형 하이브리드 차량에서 촉매의 온도를 보다 신속하게 상승시켜서 엔진의 시동 초기에 배기가스의 정화가 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

배기가스의 유해성분은 엔진의 시동 초기에 많다. 따라서 엔진의 시동초기에 촉매가 빠른 시간 내에 가열됨으로써, light off point에 도달하여 신속히 정화작용을 정상적으로 개시할 수 있도록 하는 것은, 배기가스의 정화효율을 향상시키는 데에 있어서 매우 중요한 문제이다.

엔진 시동 초기에 촉매를 신속히 가열하는 방법 중에는 엔진의 연소과정에 개입하여 배기가스의 열을 조절하여 촉매를 가열하는 방법이 주로 사용되는데, 그 중 희박연소제어 방법은 공연비를 희박하게 하면서 인위적으로 점화지각을 발생시 켜서 배기가스의 온도가 정상적인 연소의 경우에 비하여 상대적으로 높은 상태로 촉매컨버터로 공급되도록 하는 방식이 있다.

즉, 점화 시점을 지각시켜서 점화효율(ignition efficiency)을 낮추어서 엔진의 토크를 희생하는 대가로 배기포트가 개방될 때의 배기가스의 온도를 상대적으로 높게 하도록 하여, 이 배기가스의 높은 열이 촉매를 직접 가열하도록 하는 것이다.

그런데, 상기한 바와 같이 점화효율을 낮추어서 촉매의 가열을 신속하게 하는 것에는 한계가 있는데, 이는 엔진의 안정된 공회전 상태를 확보할 수 있는 토크를 낼 수 있는 한도 내에서 점화효율을 저하시켜야 한다는 것이다.

본 발명은 병렬형 하이브리드 차량에서 엔진의 냉시동에 의해 촉매를 처음 웜업할 때, 엔진의 안정된 공회전 상태를 확보하기 위한 토크를 발생시켜야 한다는 제한을 극복하고, 엔진의 점화효율을 충분히 낮추어 촉매의 보다 신속한 웜업이 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진의 시동초기에 발생되는 배기가스의 유해물질을 보다 효과적으로 정화할 수 있도록 한 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법은

엔진의 시동조작 후, 현재의 엔진회전수와 충진효율에 의해 결정되는 엔진 의 상태에서 최고의 토크를 낼 수 있도록 하는 최대점화효율에 비하여, 소정비율로 저하된 값을 가지도록 설정되는 목표촉매가열점화효율을 결정하는 단계와;

상기 엔진이 상기 목표촉매가열점화효율과 충진효율에 의해 발생시키는 토크인 촉매가열엔진토크를 계산하는 단계와;

엔진의 공회전 상태를 안정적으로 유지하기 위한 엔진공회전요구토크를 계산하는 단계와;

상기 엔진공회전요구토크와 상기 촉매가열엔진토크의 차를 구하여 모터보상요구토크를 구하는 단계와;

상기 모터보상요구토크로 모터를 제어하여, 상기 목표촉매가열점화효율로 운전되는 엔진의 토크를 보상하여 엔진의 공회전 상태를 안정적으로 확보할 수 있도록 하는 단계

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진의 시동조작 직후, 촉매 가열 제어가 필요한지의 여부를 엔진 냉각수온도에 의해 판단하여 본 발명의 촉매 가열 제어를 진행하거나, 진행하지 않도록 하는 제어진입여부판단단계를 수행한다.

이는 엔진이 냉시동 상태가 아니라 직전에 운전된 이력이 있는 경우에는 본 발명의 촉매 가열 제어가 필요 없기 때문에 이러한 경우에 촉매 가열 제어를 하지 않도록 하기 위한 것이다.

상기 제어진입여부판단단계 이후, 통상적인 엔진 공회전 제어를 개시한다.

즉, 상기 제어진입여부판단단계는 엔진의 시동조작이 있으면 빠른 시간 내에 촉매를 웜업시키기 위하여 가급적 신속하게 수행하는 것이 바람직하므로, 엔진의 시동이 완료되어 공회전 상태를 유지하기 위한 엔진 공회전 제어가 이루어지기 전에 실시하도록 하는 것이다.

상기 엔진 공회전 제어는 제어진입여부판단단계의 실시 결과 본 발명의 촉매 가열 제어를 할 필요가 없는 경우에도 실시함은 물론이다.

다음, 현재의 엔진 회전수와 정상적인 엔진공회전수의 차이인 엔진회전수차 ΔN 을 계산하는 단계와, 상기 엔진의 시동 조작 후 경과하는 시간을 누적하는 단계를 수행하여; 상기 엔진회전수차 ΔN 이 소정값 이하이거나 상기 누적된 경과시간이 소정시간 이상이 되면 상기 엔진 공회전 제어를 멈추고 상기 목표촉매가열점화효율을 결정하는 단계를 수행한다.

이는 엔진이 시동되어 엔진 회전수가 안정화된 이후에 본 발명의 촉매 가열 제어를 수행할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 예컨대 현재의 엔진 회전수가 정상적인 경우에 제어 목표가 되는 엔진공회전수에 비하여 50rpm 이상 크지 않은 범위로 안정화 되거나, 엔진 시동조작후의 경과시간이 적어도 7초 이상 되는 경우에 본 발명의 촉매 가열제어를 수행하도록 하는 것이다.

상기 목표촉매가열점화효율은 현재의 엔진회전수와 충진효율에 의해 결정되는 엔진의 상태에서 최고의 토크를 낼 수 있도록 하는 최대점화효율에 비하여, 소정비율로 저하된 값을 가지도록 설정된다.

상기 목표촉매가열점화효율은 엔진회전수와 충진효율에 의해 결정되는 최대점화효율에 비하여 50~70%의 범위로 결정되는 것이 바람직하다.

통상 촉매의 가열을 고려하지 않는 경우 엔진회전수와 충진효율에 따라 제어 목표가 되는 점화효율은 상기 최대점화효율의 약 80%정도의 수준으로 에어컨의 가동 등과 같은 외란에 대비하고, 노크가 발생하지 않도록 하는 범위 내에 위치하는바, 본 발명에서는 촉매의 가열을 신속히 하기 위하여 상기 목표촉매가열점화효율을 상기와 같이 낮은 수준으로 설정하도록 하고, 이에 의해 발생하는 엔진의 토크 부족은 이후의 제어에 의해 모터에 의해서 보충하도록 한다.

참고로, 상기 목표촉매가열점화효율을 계산하는 단계는 엔진회전수와 충진효율을 독립변수로 하고 목표촉매가열점화효율을 종속변수로 하는 맵을 미리 컨트롤러에 저장해두고, 이 맵으로부터 목표촉매가열점화효율을 선택하는 방법이 사용될 수 있다.

다음, 상기 엔진이 상기와 같이 구해진 상기 목표촉매가열점화효율과 현재의 엔진 충진효율에 의하면 발생시키게 되는 토크인 촉매가열엔진토크를 계산하는 단계를 수행한다.

즉, 상기 목표촉매가열점화효율과 충진효율을 독립변수로 하고 상기 촉매가열엔진토크를 종속변수로 하는 3차원 맵이 미리 실험에 의해 컨트롤러에 저장되어 있고, 컨트롤러는 현재의 목표촉매가열점화효율과 충진효율에 의해 상기 촉매가열엔진토크값을 상기 맵에서 선택하는 과정을 수행하게 된다.

상기와 같이 구해진 촉매가열엔진토크는 인위적으로 엔진의 점화효율을 상기 목표촉매가열점화효율로 낮추어서, 배기포트가 열릴 때 배기가스의 온도를 상대적으로 높아지게 하는 상태로 엔진을 작동시킬 때, 엔진에서 발생되는 토크로서 정상적인 공회전 상태보다는 적은 토크 값이 된다.

다음, 엔진의 공회전 상태를 안정적으로 유지하기 위한 엔진공회전요구토크를 계산하는 단계를 수행한다.

이는 상기 엔진이 정상적인 공회전 상태를 유지하기 위해 필요한 기본적인 점화효율을 의미하는 기본점화효율과 그 때의 충진효율에 의해 작동되면 출력되는 상기 엔진의 토크를 계산하는 것으로서, 역시 미리 실험에 의해 상기 기본점화효율과 충진효율을 독립변수로 하고 상기 엔진공회전요구토크를 종속변수로 하는 맵을 구축해 두고 이 맵을 통해 엔진공회전요구토크를 구하도록 하는 방법이 사용될 수 있다.

즉, 보다 간단히 설명하면, 상기 엔진공회전요구토크는 본 발명의 촉매 가열 제어가 없는 경우, 당해 엔진이 공회전시에 정상적으로 발생시키는 토크에 해당한다.

다음, 상기 엔진공회전요구토크와 상기 촉매가열엔진토크의 차를 구하여 모터보상요구토크를 구하는 단계를 수행한다.

즉, 본 발명의 촉매 가열 제어를 수행하지 않는 경우에 엔진이 안정된 공회 전 상태를 가지도록 하는 상기 엔진공회전요구토크로부터, 본 발명의 촉매 가열 제어를 수행하는 경우에 엔진에서 발생하게 되는 상기 촉매가열엔진토크를 빼면, 상기 엔진을 본 발명의 촉매 가열 제어를 수행하면서도 안정적인 공회전 상태를 확보할 수 있도록 운전하기 위해 필요한 상기 모터보상요구토크가 계산되는 것이다.

따라서, 엔진을 상기 촉매가열엔진토크를 낼 수 있는 상태로 점화효율을 낮추어서 상기 목표촉매가열점화효율로 운전하면서, 상기와 같이 구해진 모터보상요구토크를 낼 수 있도록 모터를 제어하여, 상기 목표촉매가열점화효율로 운전되는 엔진의 토크를 보상하면, 상기 엔진의 공회전 상태를 안정적으로 확보할 수 있음은 물론, 점화효율의 인위적인 저하에 의한 배기가스의 온도 상승으로 촉매를 신속히 웜업시킬 수 있게 된다.

즉, 상기와 같이 모터가 모터보상요구토크를 발생시키면, 엔진은 종래의 통상적인 경우보다 낮은 점화효율에 의해 발생되는 토크는 낮지만 배기가스의 온도를 충분히 높게 배출하여 촉매의 신속한 웜업이 이루어질 수 있도록 하면서도, 상기 모터보상요구토크에 의해 안정적인 공회전상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

물론, 상기 모터보상요구토크를 내도록 모터를 제어하는 방법은 종래의 비례적분제어 등의 제어방법으로 제어하도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 병렬형 하이브리드 차량에서 엔진의 냉시동에 의해 촉매를 처음 웜업할 때, 엔진의 안정된 공회전 상태를 확보하기 위한 토크 를 발생시켜야 한다는 제한을 극복하고, 엔진의 점화효율을 충분히 낮추어 촉매의 보다 신속한 웜업이 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진의 안정된 아이들 상태를 확보하면서 엔진의 시동초기에 발생되는 배기가스의 유해물질을 보다 효과적으로 정화할 수 있도록 한다.

Claims (4)

1. 엔진의 시동조작 후, 현재의 엔진회전수와 충진효율에 의해 결정되는 엔진의 상태에서 최고의 토크를 낼 수 있도록 하는 최대점화효율에 비하여, 소정비율로 저하된 값을 가지도록 설정되는 목표촉매가열점화효율을 결정하는 단계와;

   상기 엔진이 상기 목표촉매가열점화효율과 충진효율에 의해 발생시키는 토크인 촉매가열엔진토크를 계산하는 단계와;

   엔진의 공회전 상태를 안정적으로 유지하기 위한 엔진공회전요구토크를 계산하는 단계와;

   상기 엔진공회전요구토크와 상기 촉매가열엔진토크의 차를 구하여 모터보상요구토크를 구하는 단계와;

   상기 모터보상요구토크로 모터를 제어하여, 상기 목표촉매가열점화효율로 운전되는 엔진의 토크를 보상하여 엔진의 공회전 상태를 안정적으로 확보할 수 있도록 하는 단계

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 목표촉매가열점화효율은 엔진회전수와 충진효율에 의해 결정되는 최대점화효율에 비하여 50~70%의 범위로 결정되는 것

   을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 엔진의 시동조작 직후 상기 목표촉매가열점화효율을 결정하기 전에, 촉매 가열 제어가 필요한지의 여부를 엔진 냉각수온도에 의해 판단하여 상기 촉매 가열 제어를 진행하거나, 진행하지 않도록 하는 제어진입여부판단단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제어진입여부판단단계 이후,

   엔진 공회전 제어를 개시하고;

   현재의 엔진 회전수와 정상적인 엔진공회전수의 차이인 엔진회전수차를 계산하는 단계와, 상기 엔진의 시동 조작 후 경과하는 시간을 누적하는 단계를 수행하여; 상기 엔진회전수차가 소정값 이하이거나 상기 누적된 경과시간이 소정시간 이상이 되면 상기 엔진 공회전 제어를 멈추고 상기 목표촉매가열점화효율을 결정하는 단계를 수행하는 것

   을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 촉매 가열 제어방법.

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