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KR20230020286A - 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법 - Google Patents

하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법 Download PDF

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KR20230020286A
KR20230020286A KR1020210102193A KR20210102193A KR20230020286A KR 20230020286 A KR20230020286 A KR 20230020286A KR 1020210102193 A KR1020210102193 A KR 1020210102193A KR 20210102193 A KR20210102193 A KR 20210102193A KR 20230020286 A KR20230020286 A KR 20230020286A
Authority
KR
South Korea
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heating disk
internal combustion
combustion engine
temperature
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020210102193A
Other languages
English (en)
Inventor
최성무
조지호
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020210102193A priority Critical patent/KR20230020286A/ko
Priority to US17/728,397 priority patent/US12115969B2/en
Priority to DE102022111355.8A priority patent/DE102022111355A1/de
Publication of KR20230020286A publication Critical patent/KR20230020286A/ko
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Abstract

개시된 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법은, 외기온도가 설정온도 미만일 때, 구동모터을 구동시키고, 내연기관의 배기관에 배치된 전열촉매의 히팅디스크를 설정된 작동시간 동안 작동시키며, 히팅디스크로 외기를 공급하고, 상기 히팅디스크의 온도변화에 따라 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량을 가변한다.

Description

하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING POWERTRAIN OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 촉매의 활성화를 매우 신속하게 달성함으로써 강화된 배기규제(EU 7 등)를 충족할 수 있는 하이브리드차량의 파워트레인 제어방법에 관한 것이다.
최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할수 있는 하이브리드차량 등과 같은 친환경차량이 개발 및 출시되고 있다. 하이브리드차량은 내연기관 및 전기모터에 구동되도록 구성되고, 전기모터는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용하도록 구성된다. Hybrid electric vehicles are powered by an internal combustion engine and an electric motor, which uses energy stored in batteries.
최근 EU 7(EU 7 emission regulations) 등과 같이 배기규제가 점차 강화되고 있다. 강화되는 규제대응을 위해서는, 전체 에미션(emission)의 약 80~90%를 차지하는 냉시동조건에서 발생하는 냉시동에미션(cold start emission)을 저감하는 것이 필수적인 과제이다. 이를 위해서는 촉매(catalytic converter)의 온도가 촉매 활성화온도로 지칭된 작동온도(an operating temperature called the light-off temperature)까지 도달하는 촉매활성화시간(light-off time)을 단축시키는 것이 가장 중요한 요소로 인식되고 있다.
냉시동조건(cold start condition) 등과 같이 외기온도가 상대적으로 낮은 조건에서 촉매활성화시간을 단축하기 위하여 전열촉매(electrically heated catalyst)가 하이브리드차량의 촉매시스템에 제공된다. 전열촉매는 촉매하우징 내에 제공된 히팅디스크와, 히팅디스크의 하류에 배치된 촉매담채와, 촉매담채의 외면에 코팅된 촉매층을 포함한다. 히팅디스크는 배터리로부터 공급된 전기에너지에 의해 가열되도록 구성되고, 히팅디스크는 일정량의 외기가 공급되는 상태에서 작동되고, 히팅디스크에 의해 발생된 열이 외기를 통해 촉매담체 및 촉매층으로 전달됨으로써 촉매의 온도는 활성화온도까지 신속하게 도달하며, 이에 냉시동조건에서 발생하는 냉시동에미션은 촉매에 의해 제거 내지 감소된다. 특히, 히팅디스크의 온도가 증가할수록 배출되는 에미션은 더 감소될 수 있다.
하지만, 전열촉매의 히팅디스크의 작동시간이 경과함에 따라 히팅디스크의 온도가 상대적으로 상승할 수 있고, 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량이 상대적으로 저유량(예컨대, 5kg/h)으로 일정함에 따라 히팅디스크의 온도가 과도하게 상승할 수 있다. 특히, 히팅디스크의 온도가 한계온도(예컨대, 850℃)이상으로 상승할 경우, 히팅디스크는 고열로 인해 손상 내지 파손될 수 있다.
이와 같이, 종래의 하이브리드 차량에 따르면, 히팅디스크의 작동 시에 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량을 가변할 수 없으므로, 히팅디스크의 최적화를 달성하기 어려운 단점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 전열촉매의 활성화를 매우 신속하게 달성하고, 전열촉매의 히팅디스크가 과열됨을 방지함으로써 강화된 배기규제를 충족할 수 있는 하이브리드차량의 파워트레인 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 내연기관 및 구동모터를 포함한 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법으로, 외기온도가 설정온도 미만인지를 판단하고, 외기온도가 설정온도 미만일 때, 상기 구동모터을 구동시키고, 상기 내연기관의 배기관에 배치된 전열촉매의 히팅디스크를 설정된 작동시간 동안 작동시키며, 상기 히팅디스크로 외기를 공급하고, 상기 히팅디스크의 온도변화에 따라 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량을 가변한다.
이와 같이, 외기온도가 설정온도 미만일 때 하이브리드차량은 주행초기에 구동모터에 의한 EV모드로 주행하고, 히팅디스크에 의해 전열촉매 및 전열촉매의 하류에 위치한 하나 이상의 촉매가 매우 신속하게 촉매활성화온도까지 신속하게 도달할 수 있으므로 에미션의 배출을 저감할 수 있고, 특히 히팅디스크의 온도변화에 따라 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량이 가변될 수 있으므로 히팅디스크의 열적 내구성이 개선될 수 있다.
상기 히팅디스크의 온도가 한계온도를 초과하는지를 판단하고, 상기 히팅디스크의 온도가 한계온도 이하인 경우에 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량은 설정된 제1작동시간 동안 제1유량으로 유지될 수 있다.
이에 따라, 히팅디스크의 온도가 제1작동시간 동안 급격하게 상승함을 방지할 수 있고, 이를 통해 히팅디스크의 열적 내구성을 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 제1유량은 공기공급장치의 작동에 의해 결정될 수 있고, 상기 공기공급장치는 액티브 캐니스터 퍼지시스템의 액티브 퍼지펌프일 수 있다. 상기 내연기관의 흡기밸브 및 배기밸브가 일정 개도로 개방된 상태에서 액티브 퍼지펌프가 작동함에 따라 외기는 상기 제1유량으로 상기 히팅디스크로 공급될 수 있다.
상기 액티브 캐니스터 퍼지시스템은 상기 내연기관의 흡기관에 유체적으로 연결된 캐니스터와, 상기 캐니스터에 연결된 에어밸브와, 상기 에어밸브에 연결된 에어인렛을 포함할 수 있다. 상기 에어밸브가 개방됨으로써 외기가 상기 에어인렛, 상기 내연기관의 흡기관, 상기 내연기관의 연소실, 상기 내연기관의 배기관을 통해 상기 히팅디스크로 공급될 수 있다.
상기 히팅디스크의 온도가 한계온도를 초과할 때, 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량은 설정된 제2작동시간 동안 제2유량으로 유지될 수 있고, 상기 제2유량은 상기 제1유량 보다 클 수 있다.
이와 같이, 히팅디스크의 온도가 한계온도를 초과할 때 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량이 가변됨으로써 히팅디스크의 온도를 한계온도 이하로 안정적으로 유지할 수 있고, 이를 통해 히팅디스크의 열적 내구성을 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 제2유량은 상기 액티브 퍼지펌프의 작동 및 상기 내연기관의 모터링에 의해 결정될 수 있고, 상기 내연기관의 모터링은 상기 내연기관의 흡기관 및 배기관이 소통하고 연료가 상기 내연기관으로 공급되지 않은 상태에서 내연기관이 스타터에 의해 크랭킹되는 것으로 정의될 수 있다.
이와 같이, 제2유량은 액티브 퍼지펌프의 작동에 의해 공급되는 외기의 유량과, 내연기관의 모터링에 의해 추가적으로 공급되는 외기의 유량이 합해진 유량이고, 이에 제2유량은 제1유량 보다 상대적으로 많으므로 히팅디스크의 온도가 한계온도 이하로 감소할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전열촉매의 활성화를 매우 신속하게 달성하고, 전열촉매의 히팅디스크가 과열됨을 방지함으로써 강화된 배기규제를 충족할 수 있다.
본 발명에 의하면, 냉시동조건을 발생할 정도로 외기온도가 설정온도 미만일 때 하이브리드차량은 주행초기에 구동모터에 의한 EV모드로 주행하고, 히팅디스크에 의해 전열촉매 및 전열촉매의 하류에 위치한 하나 이상의 촉매가 매우 신속하게 촉매활성화온도까지 신속하게 도달할 수 있으므로 에미션의 배출을 저감할 수 있고, 특히 히팅디스크의 온도변화에 따라 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량이 가변될 수 있으므로 히팅디스크가 한계온도 이상으로 증가함이 방지될 수 있고, 이를 통해 히팅디스크의 열적 내구성이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량의 파워트레인을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량의 주행모드 및 외기 공급 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량의 파워트레인의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 하이브리드차량이 EV모드로 주행할 때, 파워트레인의 히팅디스크, 촉매들의 온도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량의 파워트레인(10)은 내연기관(11)과, 내연기관(11)에 대해 클러치(14)를 통해 연결 및 분리되도록 구성된 구동모터(12, traction motor)와, 구동모터(12)에 연결된 변속기(13)를 포함할 수 있다.
내연기관(11)은 스타터(15)에 의해 시동되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 스타터(15)는 벨트(16)를 통해 내연기관(11)에 기계적으로 연결되고, 인버터(17)를 통해 배터리(18)에 전기적으로 연결된 하이브리드 스타터 제너레이터(hybrid starter generator)일 수 있다.
내연기관(11)은 가솔린엔진 또는 디젤엔진일 수 있고, 내연기관(11)은 엔진 제어기(21)에 의해 제어될 수 있다. 엔진 제어기(21)가 제어명령을 스로틀밸브, 연료 인젝터(미도시), 가변밸브타이밍장치(미도시) 등으로 전송함으로써 내연기관(11)의 작동은 제어될 수 있다.
구동모터(12)는 회전자에 영구자석을 매설하고 고정자에 고정자 코일이 권치된 동기형 모터제너레이터일 수 있고, 구동모터(12)는 모터 제어기(22)에 의해 제어될 수 있다. 모터 제어기(22)가 제어명령을 구동모터(12)에 전송함으로써 구동모터(12)의 작동은 제어될 수 있다.
클러치(14)는 내연기관(11) 및 구동모터(12) 사이에 장착될 수 있고, 내연기관(11)은 클러치(14)의 결합(engagement) 및 해제(disengagement)에 의해 구동모터(12)에 기계적으로 연결 및 분리될 수 있다.
변속기(13)는 자동변속기, 더블클러치 변속기 등과 같은 다단 변속기일 수 있다. 변속기(13)는 운전자의 의도(차속, 가속페달의 위치값, 요구토크 등)에 따라 변속단을 전환하도록 구성될 수 있다. 변속기(13)는 변속기 제어기(23)에 의해 제어될 수 있다.
하이브리드 제어기(20)는 차량의 구동, 전체 상태를 관리하도록 구성될 수 있고, 하이브리드 제어기(20)는 엔진 제어기(21), 모터 제어기(22), 변속기 제어기(23)와 CAN 통신을 통해 연결될 수 있다.
하이브리드 제어기(20)는 운전자의 요구, 엔진 상태, 배터리 상태 등의 다양한 상태를 확인하고 주행 상황에 따라 최적으로 동력을 분배하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 하이브리드 제어기(20)는 주행 상황에 필요한 토크를 엔진과 전기 모터 두 동력원이 가장 효율적으로 작동할 수 있도록 분배할 수 있다. 예들 들면, 하이브리드 제어기(20)는 구동모터(12)의 효율이 높은 차량 출발 시나 저속 구간에서는 구동모터(12)만을 구동하도록 제어하고, 내연기관(11)의 효율이 높은 중/고속 구간에서는 내연기관(11)만을 구동하도록 제어할 수 있다. 급가속이나 언덕길 등판 시와 같이 높은 토크가 필요한 구간에서 하이브리드 제어기(20)는 내연기관(11) 및 구동모터(12)를 동시에 구동시킵니다.
하이브리드 제어기(20)는 주행 중 운전자의 가속 및 감속 요구를 토크로 계산하도록 구성될 수 있다. EBS(Electric Brake System)가 제동에 요구되는 전체 토크와 허용 가능한 회생 제동량을 연산하고, 하이브리드 제어기(20)는 하이브리드 시스템의 상태를 고려하여 실제 회생제동량을 모터 제어기(22)로 전송하도록 구성될 수 있다. 효과적인 동력 분배를 위해서는 고전압 배터리의 충전상태를 최적으로 제어할 필요가 있다. 이를 위하여 하이브리드 제어기(20)는 고전압 배터리의 충전량과 방전량을 결정하고 적정한 충전상태를 유지하도록 하이브리드 파워트레인 시스템을 전체적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 충전상태가 낮을 경우 구동모터 작동을 제한하여 고전압 전원 사용량을 줄이고, 동시에 구동모터에 의한 회생제동과 엔진에 의한 발전제어를 수행할 수 있다. 신호 등의 이유로 차량이 정지할 경우, 연료소비와 배출가스를 저감시키기 위하여 하이브리드 제어기(20)는 내연기관(11)을 자동으로 정지시키는 오토스톱기능(auto stop function)을 실행하고, 오토스톱기능이 해제되면 하이브리드 제어기(20)는 스타터(15)를 통해 내연기관(11)을 다시 시동시키도록 구성될 수 있다.
하이브리드 제어기(20)는 엔진 제어기(21), 모터 제어기(22), 변속기 제어기(23), 다양한 센서들로부터 정보를 수신받고 파워트레인(10)의 각 엑츄에이터들에 대해 엔진 제어기(21), 모터 제어기(22), 변속기 제어기(23) 등을 통해 간접적으로 또는 직접적으로 제어신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 하이브리드 제어기(20)는 프로세서(51) 및 메모리(52)를 포함할 수 있고, 프로세서(51)는 메모리(52)에 저장된 제어명령(instruction) 및 데이터를 수신받고 엑츄에이터들에 제어명령(instructions)을 전송할 수 있다. 메모리(52)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), EPROM(electrically programmable read only memory), high speed clock 등을 포함할 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 파워트레인(10)의 내연기관(11) 및 구동모터(12)가 클러치(14)를 통해 연결된 TMED 방식의 하이브리드 차량을 예시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 FMED 방식의 하이브리드 차량, 동력분기식 하이브리드 차량 등과 같이 다양한 방식의 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.
내연기관(11)은 외기가 내연기관(11)의 연소실로 흡입됨을 허용하도록 구성된 흡기관(11a) 및 배기가스가 내연기관(11)의 연소실로부터 배치됨을 허용하도록 구성된 배기관(11b)을 포함할 수 있다. 공기유량센서(11f, mass airflow sensor)가 흡기관(11a)에 배치될 수 있고, 복수의 촉매(31, 32)가 배기관(11b)에 배치될 수 있다.
복수의 촉매(31, 32) 중에서 적어도 하나는 전열촉매(31, electrically heated catalystic converter)일 수 있다. 전열촉매(31)는 촉매하우징(31a)과, 촉매하우징(31a) 내에 배치된 히팅디스크(31b)와, 촉매하우징(31a) 내에서 히팅디스크(31b)의 하류에 위치한 촉매엘리먼트(31c)를 포함할 수 있다. 히팅디스크(31b)는 배터리부터 공급받은 전기에너지에 의해 열을 발생하도록 구성될 수 있다. 촉매엘리먼트(31c)는 촉매담체와, 촉매담체의 표면에 코팅된 촉매층을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 촉매담체는 메탈 재질로 만들어질 수 있고, 촉매층은 귀금속 재질로 만들어질 수 있다.
하나 이상의 촉매(32)가 전열촉매(31)의 하류측에 배치될 수 있고, 촉매(32)는 촉매하우징과, 촉매하우징 내에 배치된 촉매엘리먼트를 포함할 수 있다. 촉매(32)의 촉매엘리먼트는 세라믹 재질로 만들어진 촉매담체와, 촉매담체의 표면에 코팅된 촉매층을 포함할 수 있다. 촉매층은 귀금속 재질로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 외기온(T)이 설정온도(a) 미만일 때 하이브리드 제어기(20)는 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)를 작동시키고, 외기가 전열촉매(31)로 흘러가도록 공기공급장치 및 내연기관(11)을 제어하도록 구성될 수 있다. 외기가 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b) 및 촉매엘리먼트(31c), 촉매(32)를 통과함에 따라 히팅디스크(31b)의 열이 외기를 통해 촉매엘리먼트(31c), 촉매(32)에 전달됨으로써 촉매엘리먼트(31c) 및 촉매(32)는 촉매활성화온도로 신속하게 상승할 수 있다.
일 예에 따르면, 공기공급장치는 액티브 캐니스터 퍼지시스템(40)의 액티브 퍼지펌프(43)일 수 있다.
액티브 캐니스터 퍼지시스템(40)은 연료탱크(41)에서 발생된 증발가스를 포집하는 캐니스터(42)와, 캐니스터(42)에 포집된 증발가스(fuel vapor)를 내연기관(11)의 흡기관(11a)으로 퍼지하는 액티브 퍼지펌프(43)를 포함할 수 있다.
연료탱크(41)는 연료를 저장하도록 구성되고, 연료탱크(41) 내에서 연료가 기화됨에 따라 증발가스(fuel vapor)가 발생한다. 캐니스터(42)는 제1도관(44)을 통해 연료탱크(41)에 연결될 수 있고, 연료탱크(41)에서 발생된 증발가스가 도관(41a)을 통해 캐니스터(42)에 전달될 수 있으며, 증발가스가 캐니스터(42)에 포집될 수 있다. 일 예에 따르면, 캐니스터(42)는 활성탄(activated-carbon)을 가질 수 있다.
캐니스터(42)는 증발가스가 유입되는 입구포트(42a)와, 증발가스가 배출되는 출구포트(42b)를 가질 수 있다. 입구포트(42a)는 제1도관(44)을 통해 연료탱크(41)와 소통하고, 이에 연료탱크(41)에서 발생된 증발가스가 입구포트(42a)를 통해 캐니스터(42)에 유입됨으로써 증발가스가 캐니스터(42)에 포집될 수 있다. 출구포트(42b)는 제2도관(45)을 통해 액티브 퍼지펌프(43)와 소통하고, 액티브 퍼지펌프43)는 제3도관(46)을 통해 흡기관(11a)과 소통하며, 이에 캐니스터(42)에 포집된 증발가스가 출구포트(42b)를 통해 배출됨으로써 증발가스가 캐니스터(42)로부터 내연기관(11)의 흡기관(11a)으로 퍼지될 수 있다.
캐니스터(42)는 벤트포트(42c, vent port)를 가질 수 있고, 벤트포트(42c)는 제4도관(47)을 통해 에어밸브(50, air isolation valve)와 소통할 수 있다. 에어인렛(48)이 에어밸브(50)에 연결될 수 있고, 에어필터(49)가 에어인렛(48)의 단부에 배치될 수 있다. 예컨대, 에어밸브(50)는 평상 시에는 개방되고 누설진단 시에는 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 에어밸브(50)가 개방됨으로써 외기가 캐니스터(42)로 흘러갈 수 있고, 외기는 증발가스와 함께 액티브 퍼지펌프(43)를 통해 흡기관(11a)으로 흘러갈 수 있다.
액티브 캐니스터 퍼지시스템(40)은 캐니스터(42) 및 액티브 퍼지펌프(43) 사이에 배치된 퍼지 컨트롤밸브(미도시)를 더 포함할 수 있고, 퍼지 컨트롤밸브는 제2도관(45)에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 퍼지 컨트롤밸브는 솔레노이드밸브로 구성될 수 있고, 이에 퍼지 컨트롤밸브는 설정된 듀티사이클을 따라 구동할 수 있다.
하이브리드차량이 주차된 상태에서 외기온도(T)가 설정치(Ta) 보다 상대적으로 낮을 때, 하이브리드 제어기(20)는 모터 제어기(22)를 통해 구동모터(12)만을 구동시킬 수 있다. 이에, 차량은 주행초기에 일정시간(t1) 동안 EV모드(electric vehicle mode)로 주행할 수 있다. EV모드는 구동모터(12)만이 차량에 구동력(propulsion force)을 제공하는 주행모드로 정의될 수 있다. 즉, 하이브리드 제어기(20)는 하이브리드차량이 주차된 상태에서 외기온도(T)가 설정치(Ta) 보다 상대적으로 낮을 때, 하이브리드차량이 주행초기에 EV모드로 주행하도록 파워트레인(10)을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 차량 이그니션(vehicle ignition)이 온된 이후에, 하이브리드 차량은 주행초기에 일정시간(t1) 동안 EV모드(electric vehicle mode)로 주행할 수 있고, EV모드 이후에 내연기관(11)이 작동함으로써 내연기관(11)은 차량에 구동력(propulsion power)을 제공할 수 있다. 차량 이그니션시스템은 키 이그니션시스템(key ignition system), 키리스 이그니션시스템(keyless ignition system), 및/또는 무선 이그니션시스템(wireless ignition)을 포함할 수 있고, 차량 이그니션시스템은 이에 한정되지 않는다. 차량 이그니션이 온위치에 있을때, 전력이 차량의 다양한 전장부품, 제어기들에 공급될 수 있다.
외기온도(T)가 설정치(Ta) 보다 낮고 하이브리드차량이 EV모드로 주행할 때, 하이브리드 제어기(20)는 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)가 작동하도록 히팅디스크(31b)를 제어함으로써 히팅디스크(31b)는 내연기관(11)의 배기관(11b)에 배치된 촉매(31, 32)들이 그 촉매활성화온도까지 신속하게 도달할 수 있다. 이와 같이, 외기온도(T)가 상대적으로 낮고, 히팅디스크(31b)의 작동시간(t)이 일정 시간을 경과할 때 히팅디스크(31b)의 온도는 그 한계온도(c)까지 증가할 수 있다. 한계온도(c)는 히팅디스크(31b)가 고온의 열에 의해 파손 내지 손상됨을 초래하는 온도이다. 이에, 하이브리드 제어기(20)는 외기가 히팅디스크(31b)로 공급되도록 공기공급장치 및/또는 내연기관(11)의 모터링을 제어하도록 구성될 수 있다. 외기가 히팅디스크(31b)로 공급됨에 따라 가열되는 히팅디스크(31b)를 적절히 냉각함으로써 히팅디스크(31b)의 온도가 한계온도(c)까지 증가함을 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하이브리드 차량이 EV모드로 주행하는 동안 외기는 제1작동시간(t1-1) 동안 공기공급장치의 작동에 의해 제1유량으로 히팅디스크(31b)로 공급될 수 있고, 외기는 공기공급장치의 작동 및 내연기관(11)의 작동에 의해 제2유량으로 히팅디스크(31b)로 공급될 수 있다(t1-2). 제2유량은 제1유량 보다 큰 유량일 수 있다. 예컨대, 제1유량은 5kg/h일 수 있고, 제2유량은 10~15kg/h일 수 있다. 즉, 히팅디스크(31b)가 작동하는 동안, 히팅디스크(31b)의 온도가 상승함에 따라 히팅디스크(31b)로 공급되는 외기의 유량이 가변될 수 있고, 이를 통해 히팅디스크(31b)의 최적화 작동이 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 하이브리드차량이 일정시간 동안 주차된 상태에서 하이브리드 제어기(20)는 하이브리드차량의 외기온센서에 의해 센싱된 외기온도(T)를 리딩한다(S1). 외기온도(T)는 하이브리드차량이 주차된 상태에서 하이브리드차량의 외부온도일 수 있다.
하이브리드 제어기(20)는 리딩된 외기온도(T)가 설정온도(a) 미만인지를 판단한다(S2). 설정온도(a)는 냉시동조건(cold start condition)을 발생시킬 수 있는 기준온도일 수 있다. 예컨대, 설정온도(a)는 0℃일 수 있다. 이에, 하이브리드 제어기(20)는 외기온도(T)가 설정온도(a) 미만인 경우 냉시동조건이 존재하는 것으로 판단할 수 있고, 냉시동조건은 내연기관의 워터자켓을 순환하는 냉각수의 온도가 설정온도 미만인 조건일 수 있다.
S2단계에서 리딩된 외기온도(T)가 설정온도(a) 미만일 때, 하이브리드 제어기(20)는 모터 제어기(22)를 통해 구동모터(12)만을 설정된 시간(t)동안 작동시킴으로써 하이브리드차량은 그 주행초기의 설정된 시간(t) 동안 EV모드로 주행할 수 있다(S3). 이때, 하이브리드 제어기(20)는 엔진 제어기(21)를 통해 내연기관(11)이 연소작동하지 않도록 제어할 수 있다.
구동모터(12)만이 작동한 이후에, 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)가 가열되도록 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)는 하이브리드 제어기(20)에 의해 작동한다(S4). 히팅디스크(31b)가 작동함에 따라 전열촉매(31)의 촉매엘리먼트(31c) 및 그의 하류측에 배치된 하나 이상의 촉매(32)가 승온될 수 있고, 각 촉매(31, 32)의 온도는 촉매활성화온도까지 신속하게 증가할 수 있다. 이를 통해 하이브리드차량이 냉시동조건에서 주행할 때, 냉시동에미션이 효과적으로 감소될 수 있다.
히팅디스크(31b)가 작동할 때, 외기가 제1작동시간(t1-1)동안 제1유량(b1)으로 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급되도록 공기공급장치의 작동이 하이브리드 제어기(20)에 의해 제어될 수 있다(S5). 제1작동시간(t1-1)은 히팅디스크(31b)의 초기 작동시간으로, 히팅디스크(31b)의 온도(THD)가 한계온도(c)에 도달하기 전까지의 작동시간일 수 있다. 즉, 히팅디스크(31b)가 작동하는 동안 히팅디스크(31b)의 온도(THD)가 한계온도(c)에 도달하기 전에, 외기는 제1작동시간(t1-1)동안 제1유량(b)으로 히팅디스크(31b)에 공급될 수 있다. 이에, 히팅디스크(31b)의 온도가 제1작동시간(t1-1) 동안 급격하게 상승함을 방지할 수 있고, 이를 통해 히팅디스크(31b)의 열적 내구성을 안정적으로 유지할 수 있다.
제1유량(b)은 공기공급장치의 작동에 의해 결정될 수 있다. 일 예에 따르면, 공기공급장치는 액티브 캐니스터 퍼지시스템(40)의 액티브 퍼지펌프(43)일 수 있다. 내연기관(11)의 흡기밸브(11c) 및 배기밸브(11d)가 일정 개도로 개방되도록 하이브리드 제어기(20)는 내연기관(11)의 흡배기시스템을 직/간접적으로 제어할 수 있다. 흡기밸브(11c) 및 배기밸브(11d)가 일정 개도로 개방됨으로써 흡기관(11a) 및 배기관(11b)이 서로 소통할 수 있고, 이에 외기는 흡기관(11a) 및 배기관(11b)을 통해 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급가능한 상태이다. 그리고, 액티브 캐니스터 퍼지시스템(40)의 에어밸브(50)가 개방되고 액티브 퍼지펌프(43)의 RPM이 적절히 조절되도록 하이브리드 제어기(20)는 에어밸브(50)의 작동 및 액티브 퍼지펌프(43)의 작동을 직/간접적으로 제어될 수 있다. 내연기관(11)의 흡기밸브(11c) 및 배기밸브(11d)가 일정개도로 개방되고, 액티브 퍼지펌프(43)가 일정 RPM으로 작동됨으로써 외기가 에어인렛(48), 내연기관(11)의 흡기관(11a), 내연기관(11)의 연소실, 및 내연기관(11)의 배기관(11b)을 통해 전열촉매(31)로 공급될 수 있다. 제1유량은 액티브 퍼지펌프(43)의 RPM에 기초하여 결정될 수 있고, 액티브 퍼지펌프(43)는 그 토출유량의 한계가 있으므로 액티브 퍼지펌프(43)에 의해 공급되는 외기의 유량은 상대적으로 저유량인 제1유량일 수 있다. 예컨대, 제1유량은 5kg/h일 수 있다.
이와 같이, 외기가 공기공급장치의 작동에 의해 제1유량으로 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급됨으로써 히팅디스크(31b)의 온도가 급격하게 상승함을 방지할 수 있다.
외기가 제1유량으로 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급된 이후에, 히팅디스크(31b)의 온도가 한계온도(c)를 초과하는 지를 판단한다(S6).
S6단계에서 히팅디스크(31b)의 온도가 한계온도(c)를 초과할 때, 외기가 제1유량(b1) 보다 큰 제2유량(b2)으로 제2작동시간(t1-2)동안 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급되도록, 하이브리드 제어기(20)는 공기공급장치인 액티브 퍼지펌프(43)의 작동 및 내연기관(11)의 작동을 제어한다(S7). 내연기관(11)의 흡기밸브(11c) 및 배기밸브(11d)가 일정 개도로 개방되도록 하이브리드 제어기(20)는 내연기관(11)의 흡배기시스템을 직/간접적으로 제어할 수 있다. 흡기밸브(11c) 및 배기밸브(11d)가 일정 개도로 개방됨으로써 흡기관(11a) 및 배기관(11b)이 서로 소통할 수 있고, 이에 외기는 흡기관(11a) 및 배기관(11b)을 통해 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급가능한 상태이다. 그리고, 액티브 캐니스터 퍼지시스템(40)의 에어밸브(50)가 개방되고 액티브 퍼지펌프(43)의 RPM이 적절히 조절되도록 하이브리드 제어기(20)는 에어밸브(50)의 작동 및 액티브 퍼지펌프(43)의 작동을 직/간접적으로 제어함으로써 외기는 에어인렛(48), 내연기관(11)의 흡기관(11a), 내연기관(11)의 연소실, 및 내연기관(11)의 배기관(11b)을 통해 전열촉매(31)로 공급될 수 있다. 또한, 외기는 내연기관(11)의 모터링을 통해 전열촉매(31)로 추가적으로 공급될 수 있다. 내연기관(11)의 모터링은 내연기관(11)의 흡기밸브(11c) 및 배기밸브(11d)가 일정 개도로 개방되고 연료가 내연기관(11)으로 공급되지 않은 상태에서 내연기관(11)이 스타터(15)에 의해 크랭킹되는 것으로 정의될 수 있다. 이때, 연료가 내연기관(11)으로 공급되지 않으므로 내연기관(11)은 연소작동하지 않는다. 외기는 내연기관(11)의 모터링을 통해 내연기관(11)의 흡기관(11a), 내연기관(11)의 연소실, 내연기관(11)의 배기관(11b) 등을 통해 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급될 수 있다. 제2유량(b2)은 액티브 퍼지펌프(43)의 작동에 의해 공급되는 외기의 유량과, 내연기관(11)의 모터링에 의해 추가적으로 공급되는 외기의 유량이 합해진 유량일 수 있고, 외기가 액티브 퍼지펌프(43)의 작동 및 내연기관(11)의 모터링을 통해 히팅디스크(31b)로 공급될 수 있으므로 제2유량(b2)은 제1유량(b1) 보다 상대적으로 많을 수 있다. 예컨대, 제2유량(b2)은 10~15kg/h일 수 있다.
외기가 제2유량으로 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)로 공급된 이후에, 하이브리드 제어기(20)는 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)의 작동시간(t)이 설정된 시간(t1)을 초과하는 지를 판단한다(S8).
S8단계에서 히팅디스크(31b)의 작동시간(t)이 설정된 시간(t1)을 초과할 때, 하이브리드 제어기(20)가 액티브 퍼지펌프(43) 및 내연기관(11)을 정지하도록 제어함으로써 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)에 대한 외기의 공급이 정지된다(S9). 도 2를 참조하면, 히팅디스크(31b)의 작동시간(t)은 하이브리드차량이 EV모드로 작동하는 시간일 수 있다.
도 4를 참조하면, 하이브리드 차량이 주행초기에 EV모드로 주행하는 동안, 일정한 전력이 전열촉매(31)의 히팅디스크(31b)에 공급되고(P선 참조), 이에 히팅디스크(31b)의 온도는 제1작동시간(t1-1) 동안 증가한다. 이때, 제1작동시간(t1-1)동안 외기는 제1유량으로 히팅디스크(31b)에 공급됨에 따라 히팅디스크(31b)의 온도는 완만하게 증가한다. 그리고, 히팅디스크(31b)의 온도가 한계온도(c)에 도달할 때 제2작동시간(t1-2)동안 외기는 제2유량으로 히팅디스크(31b)에 공급됨에 따라 히팅디스크(31b)는 한계온도(c) 보다 점차 낮아진다(THD 선 참조). 이때, 히팅디스크(31b)가 설정된 작동시간(t1) 동안 작동함에 따라 전열촉매(31)의 촉매엘리먼트(31c)의 온도(Tw1선 참조) 및 전열촉매(31)의 하류에 위치한 촉매(32)의 온도(Tw2선 참조)는 서서히 증가할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 파워트레인 11: 내연기관
11a: 흡기관 11b: 배기관
11c: 흡기밸브 11d: 배기밸브
11f: 공기유량센서 12: 구동모터
13: 변속기 14: 클러치
15: 스타터 16: 벨트
17: 인버터 18: 배터리
20: 하이브리드 제어기 21: 엔진 제어기
22: 모터 제어기 23: 변속기 제어기
31: 전열촉매 32: 촉매
40: 액티브 캐니스터 퍼지시스템 41: 연료탱크
42: 캐니스터 43: 액티브 퍼지펌프
50: 에어밸브

Claims (7)

  1. 내연기관 및 구동모터를 포함한 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법으로,
    외기온도가 설정온도 미만인지를 판단하고,
    외기온도가 설정온도 미만일 때, 상기 구동모터을 구동시키고, 상기 내연기관의 배기관에 배치된 전열촉매의 히팅디스크를 설정된 작동시간 동안 작동시키며,
    상기 히팅디스크로 외기를 공급하고,
    상기 히팅디스크의 온도변화에 따라 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량을 가변하는 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히팅디스크의 온도가 한계온도를 초과하는지를 판단하고,
    상기 히팅디스크의 온도가 한계온도 이하인 경우에 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량은 설정된 제1작동시간 동안 제1유량으로 유지되는 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1유량은 공기공급장치의 작동에 의해 결정되고,
    상기 공기공급장치는 액티브 캐니스터 퍼지시스템의 액티브 퍼지펌프인 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 내연기관의 흡기밸브 및 배기밸브가 일정 개도로 개방된 상태에서 액티브 퍼지펌프가 작동함에 따라 외기는 상기 제1유량으로 상기 히팅디스크로 공급되는 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 액티브 캐니스터 퍼지시스템은 상기 내연기관의 흡기관에 유체적으로 연결된 캐니스터와, 상기 캐니스터에 연결된 에어밸브와, 상기 에어밸브에 연결된 에어인렛을 포함하고,
    상기 액티브 퍼지펌프는 상기 캐니스터 및 상기 흡기관 사이에 배치되며,
    상기 에어밸브가 개방되고 상기 액티브 퍼지펌프가 작동함으로써 외기가 상기 에어인렛, 상기 내연기관의 흡기관, 상기 내연기관의 연소실, 상기 내연기관의 배기관을 통해 상기 히팅디스크로 공급되는 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 히팅디스크의 온도가 한계온도를 초과할 때, 상기 히팅디스크로 공급되는 외기의 유량은 설정된 제2작동시간 동안 제2유량으로 유지되고,
    상기 제2유량은 상기 제1유량 보다 많은 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2유량은 상기 액티브 퍼지펌프의 작동 및 상기 내연기관의 모터링에 의해 결정되고,
    상기 내연기관의 모터링은 상기 내연기관의 흡기관 및 배기관이 소통하고 연료가 상기 내연기관으로 공급되지 않은 상태에서 내연기관이 스타터에 의해 크랭킹되는 것으로 정의된 하이브리드차량의 파워트레인의 제어방법.

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