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KR101755802B1 - 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법 Download PDF

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KR101755802B1
KR101755802B1 KR1020150096237A KR20150096237A KR101755802B1 KR 101755802 B1 KR101755802 B1 KR 101755802B1 KR 1020150096237 A KR1020150096237 A KR 1020150096237A KR 20150096237 A KR20150096237 A KR 20150096237A KR 101755802 B1 KR101755802 B1 KR 101755802B1
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electric supercharger
vehicle
exhaust gas
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신범식
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진 측으로 공기를 가압하여 공급하는 과급기로서 전동식 수퍼차저를 탑재한 차량의 급가속시 배기가스를 저감하기 위한 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법에 관한 것으로, 차량의 급가속시에 터보 랙 현상을 방지하고 엔진의 연소를 위한 과급압 및 공기량을 목표량으로 과급하여 엔진 출력을 증대하고, 또한 EGR 제어를 위한 공기량을 충분히 확보하여 배기가스의 원활한 재순환을 도모할 수 있는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법 {Method for reducing exhaust gas of Mild hybrid system}
본 발명은 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 측으로 공기를 가압하여 공급하는 과급기로서 전동식 수퍼차저를 탑재한 차량의 급가속시 배기가스를 저감하기 위한 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 외부의 공기를 유입한 다음에 상기 공기와 연료를 혼합하여 엔진으로 공급하고, 상기 엔진은 연료와 공기의 혼합물을 연소에서 차량의 구동에 필요한 동력을 얻도록 되어 있다.
상기 엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급해야만 엔진의 원하는 출력과 연소 효율을 얻게 되는바, 엔진의 연소 효율을 높이고 엔진의 출력을 향상시키기 위해 연소용 공기를 가압하여 공급하는 과급기 혹은 터보차저가 차량에 적용되고 있다.
상기 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 엔진으로 공급되는 공기를 압축하는 구조로 이루어진다. 좀더 설명하면, 터보차저는 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력에 의해 터빈을 회전시키고 터빈과 동축으로 연결된 컴프레서가 회전되면서 흡기필터를 통해 들어오는 외부의 공기를 압축하여 엔진 연소실로 보내는 구조로 이루어진다.
그런데 차량의 주행 상황에 따라 배기가스의 압력만으로 흡입 공기를 압축하여 엔진으로 공급하는 데에는 한계가 있다.
예를 들면, 차량의 주행시 과도 운전(transient operating)으로 인해 엔진 부하가 높아지고 가속량이 급격히 증가하는 경우 그에 따른 터보차저의 과급이 이루어져야 하는데, 배기가스의 압력에 의해 터빈이 회전될 때에만 터보차저가 작동하게 되므로 터보 랙(turbo lag, 터보 응답 지연) 현상이 발생하게 된다.
그에 따라 터보차저가 엔진 부하의 증가 및 급격한 가속에 비해 원하는 만큼의 과급 기능을 달성하기 어려워 엔진의 연소를 위한 과급압 및 공기량이 목표량 대비 미달되어 엔진 연소가 악화되고, 또한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 제어를 위한 공기량이 목표량 대비 부족하게 됨에 의해 배기가스를 터보차저의 전단으로 공급되게 하는 EGR 밸브가 클로즈되어 배기가스의 재순환이 이루어지지 못하게 되고, 이에 배기가스가 증가하고 배기가스 내에 함유되어 있는 질소산화물이 최대치로 발생하여 공기 오염도가 악화되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량의 급가속시에 터보 랙 현상을 방지하고 엔진의 연소를 위한 과급압 및 공기량을 목표량으로 과급하여 엔진 출력을 증대하고, 또한 EGR 제어를 위한 공기량을 충분히 확보하여 배기가스의 원활한 재순환을 도모할 수 있는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, a) 엑셀 페달의 개도를 기반으로 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태인지 부분부하 영역에 진입한 상태인지 판단하는 과정; b) 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행중이면 엔진회전수 정보를 기반으로 전동식 수퍼차저의 작동을 제어하는 과정; c) 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태이면 엑셀 페달 개도의 상승기울기를 기반으로 차량의 가속 여부를 판단하여 전동식 수퍼차저의 작동을 제어하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 구현예에 의하면, 상기 a)과정에서는, 엑셀 페달의 개도가 100%이면 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행중인 것으로 판단하고, 엑셀 페달의 개도가 100% 미만이면 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태인 것으로 판단한다.
또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 b)과정에서는, 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행시 엔진회전수가 설정된 기준회전수 이상이면 전동식 수퍼차저를 작동시키고, 발전기 일체형 모터의 모터를 작동시켜 엔진 출력에 모터 출력을 추가하여 시스템 출력을 증대한다.
또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 c)과정에서는, 엑셀 페달 개도의 상승기울기를 사전 설정된 기준값과 비교하여 차량의 가속 여부를 판단하며, 엑셀 페달 개도의 상승기울기가 기준값 이상이면 차량이 가속 중인 것으로 판단하고, 엑셀 페달 개도의 상승기울기가 기준값 이하이면 차량이 미가속 중인 것으로 판단한다.
또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 c)과정에서는, 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태에서 차량이 가속중인 것으로 판단되면 전동식 수퍼차저를 작동시켜 LP-EGR 밸브의 후단에 부압을 형성시키고, 발전기 일체형 모터의 모터를 작동시켜 엔진의 운전 부하를 감소시키며, 또한 상기 전동식 수퍼차저의 작동중 차량이 비가속 상태에 도달한 것으로 판단되면 전동식 수퍼차저의 작동을 정지시킨다.
본 발명에 따른 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법에 의하면, 엔진의 운전 부하 조건에 따른 차량 가속 여부를 판단하여 전동식 수퍼차저 및 LP-EGR(Low pressure Exhaust Gas Recirculation)의 작동을 최적화함에 의해, 종래의 터보 랙에 의한 부스트(Boost) 지연 형성을 개선하는 동시에, LP-EGR 작동을 위해 LP-EGR 밸브의 후단에 순간적으로 부압을 형성시킴으로써 배기 재순환 측과 엔진 흡기 측 사이에 차압 형성을 위한 흡기 측에 쓰로틀밸브 혹은 배기 측에 배압조절밸브 등의 사용을 최소화하여 엔진 효율을 증대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법이 적용되는 마일드 하이브리드 시스템을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법을 개략적으로 나타낸 순서도
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
본 발명에서는 차량의 급가속 등과 같은 과도 운전시 터보 랙(turbo lag, 터보 응답 지연) 현상이 발생함에 따라 터보차저가 엔진에서 필요한 만큼의 과급 기능을 달성하기 어려워 초래되는 문제점을 개선하기 위하여, 차량에 장착된 전동식 수퍼차저를 주요 구성으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 작동 제어를 통해 전동식 수퍼차저를 작동시켜 과도 운전중 터보 랙 발생을 방지하고 이에 의해 EGR(Exhaust Gas Recirculation)에 의한 배기가스의 원활한 재순환을 도모하여 배기가스를 저감하고자 한다.
첨부한 도 1에는 전동식 수퍼차저를 주요구성으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 구성이 도시되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 마일드 하이브리드 시스템은 모터 일체형 발전기(미도시, 또는 발전기 일체형 모터)와 전동식 수퍼차저(20) 및 저압 배기가스 재순환장치(30, LP-EGR; Low pressure Exhaust Gas Recirculation)를 포함하여 구성된다.
상기 발전기 일체형 모터는 모터와 발전기가 일체로 구성되어 모터와 발전기의 2가지 역할을 수행하는 장치로서 작은 엔진에서 장착공간을 확보하기에 유리하며, 이러한 이유로 전기에너지 출력이 일정치 이하로 제한되어 용량이 큰 풀(full) 하이브리드 시스템이 아닌 마일드 하이브리드 시스템을 구성하게 된다.
이러한 발전기 일체형 모터는 엑셀 페달의 개도가 100%인 경우에는 그 모터 구동에 의해 시스템 출력을 추가로 증가하고, 엑셀 페달의 개도가 100%가 아닌 경우에는 그 모터 구동에 의해 순간적으로 엔진 부하를 감소시키는 역할을 한다.
또한 상기 발전기 일체형 모터는 고전압(예를 들면, 48볼트)을 기반으로 하므로, 전압을 높이는 경우에 전선 직경을 증가하지 않고도 전기에너지를 공급받거나 공급할 수 있어 에너지효율 관점에서 유리하다.
상기 전동식 수퍼차저(20)는 별도의 전동모터를 사용하여 컴프레서(22)를 구동해서 흡입공기를 압축하여 엔진 연소실로 공급하는 것으로, 터보차저(40)의 작동이 지연되는 터보 랙 구간에서 엔진(10)의 응답성을 향상하는 것이 가능하다.
즉, 마일드 하이브리드 시스템은 차량의 급가속시 엔진 응답성을 고려하여 기계식이 아닌 전기 구동 방식의 수퍼차저(20)를 사용한다.
이러한 전동식 수퍼차저(20)는 터보차저(40)의 컴프레서(44) 전단과 흡기필터(12) 후단 사이에 배치된 저압 EGR 밸브(32, LP-EGR 밸브)의 후단에 위치된다. 이는 흡기필터(12)의 후단에 배치된 저압 EGR 밸브(32)의 작동을 위한 부압을 형성하고, 저압 EGR 쿨러(34)를 통과하여 재순환된 배기가스의 온도와 압력이 낮아 수퍼차저의 효율을 높이기에 유리한 위치이기 때문이다.
그리고, 저압 배기가스 재순환장치(LP-EGR, 30)는 터보차저(40)의 터빈(42)과 배기 후처리장치(디젤산화촉매기(DOC, 52) 및 디젤미립자필터(DPF, 54))를 통과한 배기가스를 재순환시켜 엔진으로 공급되는 흡기에 혼합시킴으로써 엔진(10)의 연소실 온도를 낮추어 배기가스 및 질소산화물(NOX)을 저감하기 위한 것으로, 배기가스 및 질소산화물의 저감이 필요한 디젤엔진 혹은 린번엔진(lean burn engine) 등의 배기가스 저감을 위해 구성된다.
이론공연비에 따라 연소를 하는 엔진은 삼원촉매가 배기가스를 저감하나 희박(lean) 조건에서는 삼원촉매의 정화율이 높지 않아 부족하여 질소산화물의 저감이 필요하다.
참고로, 연소를 위한 공기와 연료의 적절한 비율을 나타내는 이론공연비보다 연료량이 적은 경우를 희박(lean) 상태라고 하며, 이 희박 상태의 혼합기를 연소시키는 엔진을 린번엔진이라고 한다.
즉, 린번엔진은 엔진의 연소실로 유입되는 혼합기(연료+공기)에서 공기의 비율을 높이고 연료의 비율을 적게 하여 연비 성능을 향상시키는 엔진을 말한다.
그리고, 삼원촉매는 질소산화물(NOx)로부터 산소를 분리하고 무해한 질소(N2)나 산소(O2)로 변화시키는 환원 작용을 위한 배기가스 정화장치의 하나로, 백금·팔라듐 등을 사용한 촉매컨버터를 가리키며 혼합기를 이론공연비로 유지하여 배기 중에 산소가 남지 않도록 한다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 방법을 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자가 연비를 고려하지 않고 차량을 가속하기 위하여 엑셀 페달을 최대한(FULL)으로 밟아 100%로 개도시킨 것으로 파악되면, 차량은 스로틀밸브(16)가 최대한(FULL) 열려 엔진(10)이 전부하 혹은 스로틀완전개도(WOT; Wide Open Throttle) 영역에 진입한 상태로 구동되어 가속하게 된다.
엔진은 엑셀 페달을 100%로 개도시켜 전부하 영역에 진입한 상태로 구동시 스로틀밸브(16)가 최대한 열린 상태로 흡기를 공급받아 구동되며, 이때 차량은 가속 주행중인 것으로 판단된다.
엔진(10)이 전부하 영역에 진입한 상태로 차량의 가속 주행시 검출된 엔진회전수를 기반으로, 터보차저(40)에 의한 과급압 형성이 충분한지, 즉 엔진 구동시 필요로 하는 터보차저(40)에 의한 과급압 형성이 가능한지, 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 엔진회전수가 일정치(기준회전수) 이상으로 발생하면 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력 및 온도가 높아 터보차저(40)에 의해 형성 공급되는 과급압이 목표치(엔진 구동을 위해 필요한 과급압)에 도달하게 되고, 엔진회전수가 일정치(기준회전수) 이하로 발생하면 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력 및 온도가 낮아 터보차저(40)에 의해 형성 공급되는 과급압이 목표치(엔진 구동을 위해 필요한 과급압)에 미달하게 된다.
따라서 전동식 수퍼차저(20)의 작동을 제어하는 전자제어장치(ECU, 미도시)는, 엔진(10)이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행시 검출된 엔진회전수 정보를 기반으로 전동식 수퍼차저(20)의 작동을 제어하며, 검출된 엔진회전수가 상기 기준회전수 이하인 것으로 파악되면 배기가스의 압력 및 온도가 낮아 터보차저(40)에 의한 과급압 형성이 목표치에 미달한 것으로 판단하여 전동식 수퍼차저(20)를 작동시키고, 검출된 엔진회전수가 상기 기준회전수 이상인 것으로 파악되면 배기가스의 압력 및 온도가 높아 터보차저(40)에 의한 과급압 형성이 목표치에 도달한 것으로 판단하여 전동식 수퍼차저(20)를 미작동시킨다.
즉, 상기 전자제어장치(ECU)는 검출된 엔진회전수가 배기가스의 압력 및 온도가 낮아 터보차저(40)에 의한 과급압 형성이 적은 엔진회전수인 것으로 파악되면 전동식 수퍼차저(20)를 작동시키고, 검출된 엔진회전수가 배기가스의 압력 및 온도가 충분히 높아 터보차저(40)에 의한 과급압 형성이 적절한 엔진회전수인 것으로 파악되면 전동식 수퍼차저(20)를 미작동시킨다.
여기서, 상기 기준회전수는 터보차저에 의해 엔진으로 공급되는 과급압이 엔진 구동을 위해 필요한 목표치에 도달한 때의 엔진회전수로서, 통상적으로 알려진 값으로 결정되거나 또는 실차 조건에서 사전 실험 및 평가 등에 의해 도출된 값으로 결정된다.
이때 발전기 일체형 모터는, 전동식 수퍼차저(20)의 작동 여부에 상관없이, 그 모터(혹은 마일드 하이브리드 모터)가 작동됨에 의해 시스템 출력을 추가로 증가시켜 차량의 가속력을 높이게 되고 차량 내 배터리의 전기 공급의 한계까지 지속적으로 작동하여 차량의 가속력을 극대화한다.
여기서, 상기 발전기 일체형 모터의 작동은 전동식 수퍼차저(20)의 작동을 제어하는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어될 수 있다.
이러한 조건에서의 마일드 하이브리드 시스템은 터보차저(40)에 의한 과급압을 공급받아 구동된 엔진(10)의 출력과, 전동식 수퍼차저(20)에 의한 과급압 공급에 의해 추가로 분사된 연료로 구동된 엔진(10)의 출력, 및 발전기 일체형 모터의 모터 출력을 합산한 출력을 형성하게 된다.
한편, 운전자가 차량을 가속하기 위한 의지는 있으나 연비와 배기가스 등을 중요하게 고려하는 조건으로 운전하기 위하여 엑셀 페달을 밟아 100% 미만으로 개도시킨 것으로 파악되면, 스로틀밸브(16)가 일부만 열려 엔진(10)은 부분부하 혹은 스로틀부분개도(part throttle) 영역에 진입한 상태로 판단된다.
엔진은 엑셀 페달을 100% 미만으로 개도시켜 부분부하 영역에 진입한 상태로 구동시 스로틀밸브(16)가 일부만 열린 상태로 흡기를 공급받아 구동된다.
엔진(10)이 부분부하 영역에 진입시, 엑셀 페달의 개도를 미분한 값(즉, 엑셀 페달 개도의 상승기울기)을 기준으로 차량의 가속 여부를 판단하며, 엑셀 페달 개도의 미분값(상승기울기)을 사전 설정된 기준값과 비교하여 미분값이 기준값 이상이면 가속 상태인 것으로 판단하고 미분값이 기준값 이하이면 가속 상태가 아닌 것으로 판단한다.
여기서, 상기 기준값은 차량이 가속 상태인 때의 엑셀 페달 개도의 상승기울기 값으로, 통상적으로 알려진 값으로 결정되거나 또는 실차 조건에서 사전 실험 및 평가 등에 의해 도출된 값으로 결정된다.
따라서 전동식 수퍼차저(20)의 작동을 제어하는 전자제어장치(ECU)는, 엔진(10)이 부분부하 영역에 진입한 상태에서 엑셀 페달 개도의 미분값이 기준값 이상인 가속 조건으로 판단되면, 차량 연비 향상 및 배기가스 저감을 고려한 작동이 이루어져야 하므로 가속시 증가하는 배기가스 및 질소산화물의 증가를 방지하기 위하여 저압 배기가스 재순환장치(LP-EGR, 30)를 효과적으로 작동시킨다.
엔진(10)이 부분부하 영역에 진입한 상태로 차량을 가속시키는 경우, 전자제어장치(ECU)는 순간적으로 LP-EGR을 작동시키기 위해 전동식 수퍼차저(20)를 작동시킨다. 이는 LP-EGR 밸브(32)의 후단에 위치된 전동식 수퍼차저(20)를 작동시켜 수퍼차저(20)의 컴프레서(22)를 빠르게 회전시킴으로써 LP-EGR 밸브(32)의 후단(혹은 LP-EGR의 전단)에 부압을 형성시켜 디젤미립자필터(DPF, 54) 후단에 배기가스를 엔진 흡기쪽으로 빠르게 유입시키기 위한 것이다.
LP-EGR(30)은 디젤미립자필터(54)와 머플러(14) 사이에서 분기된 형태로 연결된 배기 재순환라인(36)에 재순환되는 배기가스의 냉각을 위한 LP-EGR 쿨러(34)가 위치 구성되고, 상기 배기 재순환라인(36)의 최종부에 흡기쪽으로 배기가스를 재순환시키기 위한 LP-EGR 밸브(32)가 위치 구성된다. 이러한 LP-EGR(30)은 상기 LP-EGR 밸브(32)가 오픈된 상태에서 LP-EGR 밸브(32)의 전후단 간에 차압이 형성됨에 의해 배기가스의 재순환이 이루어진다.
종래에는 전동식 수퍼차저의 작동 없이, 엔진 배기 쪽에 배압조절밸브를 위치 구성하여 배압 증가에 의해 엔진 흡기 쪽과 배기 재순환 쪽 간에 차압을 형성하거나, 또는 엔진 흡기 쪽에 스로틀밸브를 구성하여 스로틀밸브의 개폐에 의해 엔진 흡기 측과 배기 재순환 측 간에 차압을 형성하여, LP-EGR 밸브의 오픈시 배기가스가 재순환되는 구조를 구성하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 배기가스 재순환 구조는 흡기 측과 배기 재순환 측 간에 차압 형성을 위한 밸브를 닫음으로써 배기가스를 재순환되게 하므로 그에 따른 유동 손실을 발생시키게 되어 효율이 떨어질 수밖에 없다.
반면, 본 발명에서와 같이 전동식 수퍼차저(20)를 작동시켜 배기가스를 재순환시키는 경우에는, 오픈된 LP-EGR 밸브(32)를 통해 배기가스를 재순환시키기 위하여, 전동식 수퍼차저(20)를 작동시켜 LP-EGR 밸브(32)의 후단에 부압을 형성하는 동시에, 인터쿨러(18) 후단에 엔진(10)으로 공급되는 과급압을 증가시키는 효과가 있어, 앞서 언급한 통상적인 종래 방법에 비해 효율적이다.
그런데, 전동식 수퍼차저(20)를 작동시켜 배기가스를 재순환시키는 경우에는 전동식 수퍼차저(20)의 컴프레서(22)를 회전 작동시키기 위해 차량 내 배터리로부터 전기에너지를 공급받아야 하므로, 전동식 수퍼차저(20)의 장기간 사용은 연비 악화를 초래하게 된다.
따라서 전동식 수퍼차저(20)의 작동중에 엑셀 페달 개도의 상승기울기(미분값)가 감소하여 기준값 이하에 도달한 것으로 판단되면, 다시 말해 전동식 수퍼차저(20)의 작동중 차량이 비가속 상태에 도달하여 가속 상태가 아닌 것으로 판단되면, 전동식 수퍼차저(20)의 작동을 정지하고 LP-EGR 밸브(32) 및 차압 형성 밸브(배기 재순환 측과 엔진 흡기 측 간에 차압 형성을 위한 밸브)만 작동시킨다. 이는 차량이 비가속 상태에 도달하게 되면 가속시에 비해 배기가스 및 질소산화물의 발생이 감소하기 때문이다.
즉, 전자제어장치(ECU)는 엑셀 페달 개도의 미분값을 기준값과 비교하여 가속 상태가 아닌 것으로 판단되면, 전동식 수퍼차저(20) 및 발전기 일체형 모터(미도시)의 작동을 오프하고, 차압 형성 밸브와 LP-EGR 밸브(32)만 작동시킨다.
여기서, 상기 차압 형성 밸브는 LP-EGR(30)을 작동시키기 위한 부압 형성을 위하여 엔진 흡기 측에 설치된 스로틀밸브(16)이거나 또는 머플러(14) 전단에 설치되는 배압조절밸브(미도시)일 수 있다.
그리고, 동일 유량의 LP-EGR 유동 조건일 때, 차량 가속 조건에서의 차압 형성 밸브의 개도(혹은 포지션)는 미가속 조건에서의 차압 형성 밸브의 개도(혹은 포지션) 대비 상대적으로 작게 형성된다. 이는 가속 조건에서는 전동식 수퍼차저(20)의 작동에 의해 LP-EGR 밸브(32) 후단에 부압이 형성되기 때문이다.
즉, 가속 조건에서 전동식 수퍼차저(20)를 작동시킴에 의해, 동일 유량의 배기가스를 재순환시키는 조건에서는 Va가 Vb 이하이고, 반대로 Va와 Vb가 동일한 조건에서는 배기가스 재순환 유량을 보다 증가시킬 수 있어, 순간적인 질소산화물의 최대치를 감소시키는 데에 효과적이다.
상기 Va는 과도한 급가속 조건에서 배기가스 재순환을 위한 차압 형성 밸브의 개도(포지션)이고, Vb는 정속 조건에서 배기가스 재순환을 위한 차압 형성 밸브의 개도(포지션)이다.
따라서, 전동식 수퍼차저(20)를 미작동시킨 경우 차압 형성 밸브의 개도는 Vb이고, 전동식 수퍼차저(20)를 작동시키다가 정지시킨 경우 차압 형성 밸브의 개도는 Va이며, 동일 유량의 배기가스를 재순환시키는 조건에서는 Va가 Vb 이하이고, Va와 Vb가 동일한 조건에서는 배기가스 재순환 유량을 보다 증가시킬 수 있게 된다. 즉, 차압 형성 밸브의 닫힘량이 적은 상태(스로틀밸브(16)의 닫힘량이 낮은 상태 혹은 머플러(14) 전단에 배압조절밸브가 덜 닫힌 상태)에서 충분한 배출가스 재순환을 시킬 수 있다.
또한, 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태로 차량의 가속시에, 발전기 일체형 모터는 순간적으로 작동하게 되는데, 이는 시스템 출력을 추가로 증가시켜 추가적인 가속력을 발생하기 위한 것이 아니라, 운전자가 원하는 가속력에서 엔진 출력이 차지하는 부하를 감소시켜 엔진의 운전 부하를 낮추기 위함이다. 엔진의 부하가 낮아지면 엔진에서 연소되는 연료가 감소하여 배기가스 및 질소산화물 감소를 유도할 수 있다.
이때 운전자가 엑셀 페달을 밟아 요구하는 운전자 가속 출력은 엔진 출력과 발전기 일체형 모터의 모터 출력의 합이 된다.
그런데, 발전기 일체형 모터를 지속적으로 사용시에는 모터 구동에 필요한 전기에너지를 차량 내 배터리에서 공급받아야 하기 때문에 연비 악화 가능성이 있다. 따라서, 전자제어장치(ECU)는 짧은 순간만 발전기 일체형 모터를 구동하고 일정 이하의 가속 조건 즉, 가속 상태가 아닌 것으로 판단되는 조건(엑셀 페달 개도의 상승기울기가 기준값 이하인 조건)으로 진입하게 되면 모터 작동을 정지시킨다.
따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 엔진이 부분부하 영역에 진입시, 엑셀 페달 개도의 미분값(상승기울기)을 사전 설정된 기준값과 비교하여 가속 상태가 아닌 것으로 판단되면, 전자제어장치(ECU)는 전동식 수퍼차저(20) 및 모터(발전기 일체형 모터)를 오프시키고 LP-EGR 밸브(32) 및 차압 형성 밸브만 작동시킨다.
이때 차압 형성 밸브는 정속 주행조건에서 배기가스 재순환을 위한 개도(포지션)로 오픈된다.
이와 같이 본 발명에서는 엔진의 운전 부하 조건에 따른 차량 가속 여부를 판단하여 전동식 수퍼차저 및 LP-EGR의 작동을 최적화함에 의해, 종래의 터보 랙에 의한 부스트(Boost) 지연 형성을 개선하는 동시에, LP-EGR 작동을 위해 LP-EGR 밸브의 후단에 순간적으로 부압을 형성시킴으로써 배기 재순환 측과 엔진 흡기 측 사이에 차압 형성을 위한 흡기 측에 쓰로틀밸브 혹은 배기 측에 배압조절밸브 등의 사용을 최소화하여 엔진 효율을 증대할 수 있다.
또한 본 발명에서는 엔진의 전체적인 에너지 효율화를 위하여 차량 내 배터리에서 전기에너지를 공급받아 작동하는 전동식 수퍼차저 및 발전기 일체형 모터를 순간적으로 단기간 동안만 작동시킴에 의해 연비 악화를 방지하고 에너지 사용을 최적화할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 전동식 수퍼차저의 컴프레서가 발전기 일체형 모터의 모터 대비 응답이 늦을 것으로 예상하고 전동식 수퍼차저를 발전기 일체형 모터보다 우선하여 작동시킨다.
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.
10 : 엔진
20 : 전동식 수퍼차저
30 : LP-EGR
32 : LP-EGR 밸브
40 : 터보차저

Claims (8)

  1. a) 엑셀 페달의 개도를 기반으로 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태인지 부분부하 영역에 진입한 상태인지 판단하는 과정;
    b) 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행중이면 엔진회전수 정보를 기반으로 전동식 수퍼차저의 작동을 제어하는 과정;
    c) 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태이면 엑셀 페달 개도의 상승기울기를 기반으로 차량의 가속 여부를 판단하여 전동식 수퍼차저의 작동을 제어하는 과정;을 포함하며,
    상기 c)과정에서는 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태에서 차량이 가속중인 것으로 판단되면 전동식 수퍼차저를 작동시켜 LP-EGR 밸브의 후단에 부압을 형성시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 a)과정에서는, 엑셀 페달의 개도가 100%이면 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행중인 것으로 판단하고, 엑셀 페달의 개도가 100% 미만이면 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 b)과정에서는, 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행시 엔진회전수가 설정된 기준회전수 이상이면 전동식 수퍼차저를 작동시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 b)과정에서는, 엔진이 전부하 영역에 진입한 상태로 가속 주행시 엔진회전수가 설정된 기준회전수 이상이면, 전동식 수퍼차저를 작동시키고, 발전기 일체형 모터의 모터를 작동시켜 엔진 출력에 모터 출력을 추가하여 시스템 출력을 증대하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 c)과정에서는, 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태에서 차량이 가속중인 것으로 판단되면 전동식 수퍼차저를 작동시켜 LP-EGR 밸브의 후단에 부압을 형성시키고, 상기 전동식 수퍼차저의 작동중 차량이 비가속 상태에 도달한 것으로 판단되면 전동식 수퍼차저의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 c)과정에서는, 엔진이 부분부하 영역에 진입한 상태에서 차량이 가속중인 것으로 판단되면, 전동식 수퍼차저를 작동시켜 LP-EGR 밸브의 후단에 부압을 형성시키고, 발전기 일체형 모터의 모터를 작동시켜 엔진의 운전 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 c)과정에서는, 엑셀 페달 개도의 상승기울기를 사전 설정된 기준값과 비교하여 차량의 가속 여부를 판단하며, 엑셀 페달 개도의 상승기울기가 기준값 이상이면 차량이 가속 중인 것으로 판단하고, 엑셀 페달 개도의 상승기울기가 기준값 이하이면 차량이 미가속 중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템의 배기가스 저감 제어 방법.
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