KR101283127B1

KR101283127B1 - 하이브리드 차량의 엔진운영방법

Info

Publication number: KR101283127B1
Application number: KR1020110106291A
Authority: KR
Inventors: 김장헌
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-07-05
Also published as: DE102012103875A1; US20130096750A1; KR20130042151A; US8793043B2

Abstract

본 발명의 하이브리드 차량은 모터에 의해 시동되고 일정한 엔진회전수까지 도달된 후, 엔진출력이 주행동력으로 이용되지 않는 고효율 발전 가능한 운전영역에서 HCCI 연소제어되는 적어도 2개를 한쌍으로 하는 리니어 엔진(2,7)과; 모터를 갖추고, 상기 HCCI 연소로 발생된 상기 리니어 엔진의 엔진 출력을 모두 발전동력으로 전환해 대용량 배터리를 충전시켜주는 모터겸용 제너레이터(20);로 구성됨으로써, 비록 리니어 엔진(2,7)을 이용하더라도 일정 RPM 및 일정 부하에서 디젤엔진 대비 열효율이 더 우수하고, 특히 저압축비와 다공노즐 및 로우 스월(Low Swirl)실린더헤드에 의해 고효율 및 저 EM을 얻을 수 있는 특징을 갖는다.

Description

하이브리드 차량의 엔진운영방법{Engine Operation Method for Hybrid Vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 특히 균일 예혼합 압축 착화 연소(HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition)로 대용량 배터리의 충전을 위한 발전용량을 제공하는 4행정 사이클 리니어 엔진이 적용된 하이브리드 차량 및 엔진운영방법에 관한 것이다.

친환경 및 고유가와 같은 외부 환경요인으로 인해 상품화되고 있는 하이브리드차량은 수소 연료의 열효율이 낮아 가솔린 엔진이나 디젤 엔진에 비해 상대적으로 저 출력일 수밖에 없지만, 엔진과 모터를 함께 사용하는 특성상 모터와 비슷하거나 모터쪽으로 더 치우치는 동력 분배율을 통해 저 출력 엔진이 보상될 수 있다.

하지만, 하이브리드차량에 대용량 배터리가 적용되면, 고출력 모터의 적용이 가능해 차량 성능을 크게 높여줄 수 있고 더불어 전력을 필요로 하는 다양한 성능구현장치의 사용가능성을 크게 높여 줌으로써, 결국 하이브리드차량의 상용화를 크게 앞당기고 상품성도 크게 높일 수 있게 된다.

통상, 배터리는 지속적으로 충전되어야 함으로써 대용량 배터리는 고 출력 발전기를 요구하고, 고 출력 발전기는 고 출력 엔진을 필요로 할 수밖에 없다.

그러므로, 하이브리드차량에 대용량 배터리가 적용되기 위해선 고 출력 엔진이 우선적으로 적용되어야 한다.

일반적으로 연료의 열효율을 높이면 출력도 높일 수 있는데, 이를 엔진 구조의 변경이 없이 연소방식 만으로 구현한 예로서 균일 예혼합 압축 착화 연소방식인 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)를 들 수 있다.

1. 국내특허공개 10-2009-0069163(2009.06.29)은 하이브리드 사이클 로터리 엔진에 관한 것이며, 이는 도 1내지 도 3 참조.

그러나, 상기와 같은 HCCI 연소제어는 압축시 고압력을 형성하는 디젤엔진이나 또는 디젤엔진에 비해 상대적으로 압축시 압력이 낮은 가솔린엔진에 적합한 방식으로서, 이를 수소를 연료로 쓰는 하이브리드차량의 엔진에 그대로 적용하기에는 상대적으로 동력손실율이 너무 커 그 효율성 측면에서 실용화시켜줄 기술적인 어려움이 있는 실정이다.

상기와 같은 엔진의 동력손실율 최소화는 4행정 사이클 가솔린 엔진이나 디젤 엔진에 비해 2행정 사이클 타입 리니어 엔진을 하이브리드차량에 적용함으로써 어느 정도 해소될 수 있다.

하지만, 2행정 사이클 타입 리니어 엔진은 그 특성상 가솔린 엔진이나 디젤 엔진에 비해 압축비 증가에 한계가 있고, 이러한 압축비 증가 제약은 HCCI 연소제어를 불가능하게 함으로써 하이브리드차량에 대한 적용이 어렵게 된다.

즉, 2행정 사이클 타입 리니어 엔진을 적용한 하이브리드차량은 엔진의 저출력으로 발전기도 저출력일 수밖에 없고, 배터리도 저 출력 발전기에 맞춰 저용량 배터리가 적용됨으로써, 결국 하이브리드차량의 성능을 낮추고 상품성도 낮아지는 전술한 종래의 한계를 극복할 수 없게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 2행정 사이클 리니어 엔진을 2개로 묶어 4행정 사이클을 형성함으로써, 고효율 발전 운전영역에서 균일 예혼합 압축 착화 연소(HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition)를 통한 엔진출력을 모두 대용량 배터리 충전을 위한 발전용량으로 전용하는 하이브리드 차량 및 엔진운영방법을 제공 하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 4행정 사이클을 형성하는 2개의 2행정 사이클 리니어 엔진이 2개를 한쌍으로 하여 서로 병렬로 배열하여 엔진 기통수량이 증가됨으로써, 엔진성능 증대를 위한 확정성을 보다 용이하게 구현할 있는 하이브리드 차량 및 엔진운영방법을 제공 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 차량은 모터에 의해 시동되고 일정한 엔진회전수까지 도달된 후, 엔진출력이 주행동력으로 이용되지 않는 고효율 발전 가능한 운전영역에서 HCCI( Homogeneous Charge Compression Ignition) 연소제어 되는 리니어 엔진과;

상기 모터를 갖추고, 상기 HCCI 연소로 발생된 상기 리니어 엔진의 엔진 출력을 모두 발전 동력으로 전환해 대용량 배터리를 충전시켜주는 모터겸용 제너레이터;

을 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 리니어 엔진은 2행정 사이클 리니어 엔진을 서로 병렬로 배열된 2개로 묶어 4행정 사이클을 형성한다.

상기 4행정 사이클을 형성하는 2개의 2행정 사이클 리니어 엔진은 2개를 한쌍으로 하여 서로 병렬로 배열됨으로써 엔진 기통수량을 증가시키게 된다.

상기 리니어 엔진은 전체 행정사이클중 45도와 90도에서 폭발에 따른 팽창행정이 일어나는 제1 리니어 엔진과, 상기 제1 리니어 엔진에 병렬 배열되어 전체 행정사이클중 135도와 180도에서 폭발에 따른 팽창행정이 일어나는 제2 리니어 엔진으로 구성되고, 상기 제1 리니어 엔진 및 상기 제 2 리니어 엔진의 엔진 출력은 상기 제너레이터와 연결된 크랭크로 전달된다.

상기 제1 리니어 엔진과 상기 제 2 리니어 엔진은 동일하게 구성되고, 상기 크랭크에 연결된다.

상기 제1 리니어 엔진과 상기 제 2 리니어 엔진은 연료와 공기의 연소가 이루어지도록 실린더헤드와 결합되어 상기 크랭크의 좌우 양쪽으로 형성된 연소실과, 상기 연소실에 각각 구비되고 각각의 커넥팅로드로 상기 크랭크에 결합된 피스톤으로 구성된다.

상기 제1 리니어 엔진의 한쪽 연소실은 크랭크각 45도에서 팽창행정이 일어나고 그 반대쪽 다른 연소실은 크랭크각 90도에서 팽창행정이 일어나며, 상기 제2 리니어 엔진의 한쪽 연소실은 크랭크각 135도에서 팽창행정이 일어나고 그 반대쪽 다른 연소실은 크랭크각 180도에서 팽창행정이 일어난다.

상기 실린더헤드에는 연료분사장치와 밸브트레인 및 배기 생성물을 배출을 위한 여러 장치들이 포함된다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진운영방법은 엔진회전수와 엔진온도를 체크한 후 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 운전조건이 충족되는지 여부를 판단하는 HCCI판단단계;

상기 HCCI 운전조건 충족시, 제1 리니어 엔진의 한쪽 연소실은 크랭크각 45도에서 팽창행정이 일어나고 그 반대쪽 다른 연소실은 크랭크각 90도에서 팽창행정이 일어나도록 제어되며, 상기 제1 리니어 엔진에 대해 병렬로 배열된 제2 리니어 엔진의 한쪽 연소실은 크랭크각 135도에서 팽창행정이 일어나고 그 반대쪽 다른 연소실은 크랭크각 180도에서 팽창행정이 일어나도록 제어하는 HCCI운전제어단계;

상기 HCCI 운전제어에 따라 상기 크랭크를 통해 발전되는 모터겸용 제너레이터의 주파수 안정상태를 이용해 엔진운전조건에 변화를 줄지 여부를 판단하는 운전조건교정단계;

상기 엔진운전조건이 변화되지 않으면 상기 HCCI운전제어단계에 적용된 HCCI 운전제어를 지속하고, 상기 엔진운전조건의 변화시 변화된 조건값을 상기 HCCI운전제어단계에 적용하는 HCCI운전지속단계;

를 포함해 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 HCCI 운전조건은 엔진 출력을 주행동력으로 이용하지 않고 상기 모터겸용 제너레이터의 발전동력으로 모두 이용하는 고효율 발전 운전영역이다.

상기 HCCI 운전조건이 충족되지 않으면, 이어 발전조건인지 여부를 판단한 후, 상기 발전조건이 충족되지 않으면 이어 시동조건인지를 판단한 다음, 상기 발전조건일 경우나 또는 상기 시동조건인 경우 엔진 시동을 걸어주는 반면, 상기 시동조건이 아니면 운전 정지 상태로 전환되는 HCCI회피제어단계; 가 더 포함된다.

상기 엔진 시동은 상기 모터겸용 제너레이터에 구비된 모터로 구현된다.

상기 엔진운전조건은 엔진교정값(Engine Correction Factor)이고, 상기 엔진교정값은 연료분사시기와 연료량 등이 포함된다.

이러한 본 발명은 리니어 엔진을 이용해 균일 예혼합 압축 착화 연소(HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition)를 통한 엔진출력을 모두 대용량 배터리 충전을 위한 발전용량으로 전용해줌으로써, 대용량 배터리 사용에 따른 차량성능의 향상은 물론 상품성도 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 2행정 사이클 리니어 엔진을 2개를 묶어 4행정 사이클을 형성함으로써 가솔린엔진이나 디젤엔진에 비해 크랭크들에 의한 동력소모율을 크게 낮출 수 있고, 특히 2개의 2행정 사이클 리니어 엔진이 2개를 한쌍으로 한 병렬 배열로 엔진 기통수량을 증가시켜줌으로써 하이브리드차량의 출력증대를 용이하게 구현할 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 대용량 배터리 충전을 위해 주로 이루어지는 균일 예혼합 압축 착화 연소(HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition)방식으로 리니어 엔진이 운전됨으로써, 리니어 엔진에서도 고효율 및 저 에미션(Low EM)을 통한 연소의 청정성을 크게 개선할 수 있는 효과도 있다.

도 1과 도2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드에 적용된 리니어 엔진의 운영로직이며, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드에 적용된 리니어 엔진의 4행정 사이클 구현도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 하이브리드 차량에 적용된 4행정 사이클 리니어 엔진(1)을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 4행정 사이클 리니어 엔진(1)은 전체 행정사이클중 45도와 90도에서 폭발에 따른 팽창행정이 일어나는 제1 리니어 엔진(2)과, 상기 제1 리니어 엔진(2)에 병렬 배열되어 전체 행정사이클중 135도와 180도에서 폭발에 따른 팽창행정이 일어나는 제2 리니어 엔진(7)과, 상기 제1 및 제 2 리니어 엔진(2,7)의 행정 사이클을 통해 발생되는 엔진 출력을 뽑아내는 크랭크(12)와, 크랭크(12)를 움직여 엔진을 시동하고 고효율 발전 운전영역에서 HCCI 연소로 주행 동력을 발생하며 그 외의 운전영역에선 대용량 배터리를 충전할 수 있는 발전용량을 발생하는 발전기로 전환되는 모터겸용 제너레이터(20)로 구성된다.

여기서, HCCI는 Homogeneous Charge Compression Ignition으로서, 균일 예혼합 압축 착화 연소를 의미한다.

상기 모터겸용 제너레이터(20)는 발전기로서, 특정 RPM까지 엔진 회전수를 상승시켜주는 모터 작용도 함께 구현된다.

이에 더해, 상기 연소실(3,5,8.10)의 좌우양 끝단부에는 실린더 헤드가 설치되며, 상기 실린더 헤드에는 연료와 공기를 도입 연소를 수행하게 하는 연료분사장치와 밸브트레인등을 갖추고 배기 생성물을 배출하는 매니폴드등을 갖춤으로써, 4행정 사이클 리니어 엔진(1)은 통상의 디젤엔진과 같은 구조를 갖게 된다.

또한, 상기 4행정 사이클 리니어 엔진(1)은 서로 병렬배열된 제1 리니어 엔진(2)과 제2 리니어 엔진(7)을 한쌍으로 하고, 이를 다시 병렬로 배열해 인접시켜줌으로써 엔진 용량을 용이하게 증대할 수 있게 된다.

도 2는 본 실시예에 따른 리니어 엔진(2,7)을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 제1 리니어 엔진(2)은 좌우 양쪽으로 연료와 공기의 연소가 이루어지는 연소실(3,5)이 각각 형성되고, 상기 연소실(3,5)중 한쪽(도 2의 좌측)의 연소실(3)로 제1L 피스톤(4)이 그 반대쪽(도 2의 우측)의 연소실(5)로 제1R 피스톤(6)이 구비되며, 상기 제1L 피스톤(4)에 연결된 커넥팅로드(4a)와 상기 제1R 피스톤(6)에 연결된 커넥팅로드(6a)는 중앙으로 위치되어 엔진 출력을 뽑아내고 모터겸용 제너레이터(20)와 결합된 크랭크(12)에 연결된다.

또한, 제2 리니어 엔진(7)은 좌우 양쪽으로 연료와 공기의 연소가 이루어지는 연소실(8,10)이 각각 형성되고, 상기 연소실(8,10)중 한쪽(도 2의 좌측)의 연소실(8)로 제2L 피스톤(9)이 그 반대쪽(도 2의 우측)의 연소실(10)로 제2R 피스톤(11)이 구비되며, 상기 제2L 피스톤(9)에 연결된 커넥팅로드(9a)와 상기 제2R 피스톤(11)에 연결된 커넥팅로드(11a)는 중앙으로 위치되어 엔진 출력을 뽑아내고 모터겸용 제너레이터(20)와 결합된 크랭크(12)에 연결된다.

상기 제1 리니어 엔진(2)과 제2 리니어 엔진(7)이 서로 병렬로 배열되어 45도와 90도 및 135도와 180도에서 폭발에 따른 팽창행정이 일어남으로써 4행정 사이클 리니어 엔진(1)을 구성하는 최소 단위를 이루게 된다.

여기서, 상기 45도와 90도 및 135도와 180도는 크랭크각을 의미한다.

도 3은 본 실시예에 따른 리니어 엔진의 행정 사이클을 나타낸다.

도 3(가)는 제1 리니어 엔진(2)이 45도와 90도 폭발행정이 일어나는 과정으로서, 전체 행정 사이클중 45도일 때 한쪽의 연소실(3)에서 폭발에 따른 팽창행정(a)이 일어나면, 상기 연소실(3)의 제1L 피스톤(4)이 밀려남으로써 이에 연결된 커넥팅로드(4a)가 크랭크(12)를 회전시켜준다.

상기와 같이 회전되는 크랭크(12)는 동시에 함께 연결된 또 다른 커넥팅로드(6a)를 움직여주고, 상기 커넥팅로드(6a)는 이에 연결된 제1R 피스톤(6)을 밀어냄으로써 또 다른 연소실(5)에선 배기가스를 배출시키는 압축행정이 일어난다.

이어, 상기 연소실(5)의 압축행정이 진행된 후 행정 사이클이 90도에 도달되면, 상기 연소실(5)에선 폭발에 따른 또 다른 팽창행정(b)이 일어나 제1R 피스톤(6)을 밀어냄으로써, 이에 연결된 커넥팅로드(6a)는 회전되고 있는 크랭크(12)에 회전력을 더 부가시켜준다.

상기와 같이 연소실(5)의 팽창행정(b)으로 회전되는 크랭크(12)는 동시에 함께 연결된 상기 커넥팅로드(4a)를 움직여주고, 상기 커넥팅로드(4a)는 이에 연결된 제1L 피스톤(4)을 밀어냄으로써 상기 연소실(3)에선 배기가스를 배출시키는 압축행정이 일어난다.

상기와 같이 전체 행정 사이클중 45도와 90도 일 때 제1 리니어 엔진(2)의 연소실(3)과 또 다른 연소실(5)에선 연속적으로 팽창행정(a,b)이 일어나고, 이를 통해 크랭크(12)가 회전됨으로써 제1 리니어 엔진(2)은 제1출력상태(A)로 전환된다.

상기 제1출력상태(A)는 차량 주행동력이나 모터겸용 제너레이터(20)의 발전동력을 의미한다.

하지만, 제2 리니어 엔진(7)은 전체 행정 사이클중 45도와 90도 일 때 팽창행정이 일어나지 않고 제1준비상태(B)를 유지하게 된다.

상기 제1준비상태(B)란, 전체 행정 사이클중 45도 일 때 제2 리니어 엔진(7)의 한쪽 연소실(8)에선 공기와 연료를 도입하는 흡기행정이 일어나고 반대쪽 또 다른 연소실(10)에선 배기가스를 배출하는 배기행정이 일어나며, 반면 전체 행정 사이클중 90도 일 때 그 역으로 상기 연소실(8)에선 배기가스를 배출하는 배기행정이 일어나고 상기 연소실(10)에선 공기와 연료를 도입하는 흡기행정이 일어나는 상태를 의미한다.

한편, 도 3(나)는 제2 리니어 엔진(7)이 135도와 180도에서 폭발행정이 일어나는 과정으로서, 전체 행정 사이클중 135도일 때 한쪽의 연소실(8)에서 폭발에 따른 팽창행정(c)이 일어나면, 상기 연소실(8)의 제2L 피스톤(9)이 밀려남으로써 이에 연결된 커넥팅로드(9a)가 회전되고 있는 크랭크(12)에 회전력을 부가시켜준다.

상기와 같이 회전되는 크랭크(12)는 동시에 함께 연결된 또 다른 커넥팅로드(11a)를 움직여주고, 상기 커넥팅로드(11a)는 이에 연결된 제2R 피스톤(11)을 밀어냄으로써 또 다른 연소실(10)에선 배기가스를 배출시키는 압축행정이 일어난다.

이어, 상기 연소실(5)의 압축행정이 진행된 후 행정 사이클이 180도에 도달되면, 상기 연소실(10)에선 폭발에 따른 또 다른 팽창행정(d)이 일어나 제2R 피스톤(11)을 밀어냄으로써, 이에 연결된 커넥팅로드(11a)는 회전되고 있는 크랭크(12)에 회전력을 더 부가시켜준다.

상기와 같이 연소실(10)의 팽창행정(d)으로 회전되는 크랭크(12)는 동시에 함께 연결된 상기 커넥팅로드(9a)를 움직여주고, 상기 커넥팅로드(9a)는 이에 연결된 제2L 피스톤(9)을 밀어냄으로써 상기 연소실(8)에선 배기가스를 배출시키는 압축행정이 일어난다.

상기와 같이 전체 행정 사이클중 135도와 180도 일 때 제2 리니어 엔진(7)의 연소실(8)과 또 다른 연소실(10)에선 연속적으로 팽창행정(c,d)이 일어나고, 이를 통해 크랭크(12)가 회전됨으로써 제2 리니어 엔진(7)은 제2출력상태(C)로 전환된다.

상기 제2출력상태(D)는 차량 주행동력이나 모터겸용 제너레이터(20)의 발전동력을 의미한다.

이에 반해, 제1 리니어 엔진(2)은 전체 행정 사이클중 135도와 180도 일 때 팽창행정이 일어나지 않고 제2준비상태(C)를 유지하게 된다.

상기 제2준비상태(C)란, 전체 행정 사이클중 135도 일 때 제1 리니어 엔진(2)의 한쪽 연소실(3)에선 공기와 연료를 도입하는 흡기행정이 일어나고 반대쪽 또 다른 연소실(5)에선 배기가스를 배출하는 배기행정이 일어나며, 반면 전체 행정 사이클중 180도 일 때 그 역으로 상기 연소실(3)에선 배기가스를 배출하는 배기행정이 일어나고 상기 연소실(5)에선 공기와 연료를 도입하는 흡기행정이 일어나는 상태를 의미한다.

이로 인해, 모터겸용 제너레이터(20)의 발전용량으로 대용량 배터리가 충분히 충전될 수 있다.

한편, 도 4는 상기 제1 리니어 엔진(2)과 제2 리니어 엔진(7)이 본 실시예에 따라 제어되는 운영로직을 나타낸다.

엔진의 운영로직이 실행되면, 단계S10과 같이 엔진회전수와 엔진온도를 먼저 체크한 후 이어 단계S20으로 넘어가 HCCI(균일 예혼합 압축 착화 연소; Homogeneous Charge Compression Ignition) 운전조건이 충족되는지 여부를 판단하여 준다.

여기서, 상기 HCCI는 희박한 연료와 공기 혼합기를 연소실에 도입하여 압축해 연소실 전영역에서 반응과 연소가 일어나는 고효율을 달성함으로써, 매우 낮은 수준의 질산화물(NOx)과 입자성물질(P.M)이 발생하면서 직접 분사 디젤엔진 수준의 높은 효율을 만족할 수 있는 연소방식이다.

단계S20에서 체크하는 HCCI 운전조건은 엔진 출력을 주행동력으로 이용하지 않고 모터겸용 제너레이터(20)의 발전동력으로 모두 이용하는 고효율 발전 운전영역을 의미한다.

하지만, 단계S20의 체크 결과 HCCI 운전조건이 충족되지 않으면, 단계S21로 넘어가 발전조건인지 여부를 판단한 후, 만약 발전조건이 아니면 단계S211로 넘어가 시동조건인지 여부를 연속적해서 판단하게 된다.

상기와 같은 판단시, 단계S21에서 발전조건일 경우와 단계S211에서 시동조건이면, 단계S70으로 넘어가 시동을 걸어주는 제어를 수행한다.

시동은 모터겸용 제너레이터(20)에 구비된 모터를 이용해 구현된다.

그러나, 단계S211에서 시동조건이 아니면 단계S80과 같이 운전정지상태로서, 이는 모든 제어로직의 중단과 초기화 전환을 의미한다.

한편, 단계S20의 체크 결과 HCCI 운전조건이 충족되면, 단계S30과 같이 HCCI방식으로 운전되면서 제1 리니어 엔진(2)과 제2 리니어 엔진(7)의 행정 사이클이 제어된다.

도 5는 HCCI방식으로 운전될 때, 제1 리니어 엔진(2)과 제2 리니어 엔진(7)의 행정 사이클을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 제1 리니어 엔진(2)은 전체 행정 사이클중 45도 일 때 연소실(3)의 팽창행정(a)이 90도 일 때 또 다른 연소실(5)의 팽창행정(b)이 연속적으로 일어나 크랭크(12)를 회전시키고, 제2 리니어 엔진(7)은 전체 행정 사이클중 135도 일 때 연소실(8)의 팽창행정(c)이 180도 일 때 또 다른 연소실(10)의 팽창행정(d)이 연속적으로 일어나 크랭크(12)를 회전시켜 주게 된다.

그러므로, 상기 제1 리니어 엔진(2)과 상기 제2 리니어 엔진(7)을 병렬 배열한 4행정 사이클 리니어 엔진(1)은 180도를 주기로 4개의 연소실(3,5,8,10)에서 팽창행정(a,b,c,d)이 이루어짐으로써, 모터겸용 제너레이터(20)의 발전 동력 및 연소 사이클을 유지하는 동력이 발생될 수 있다.

이를 통해, 모터겸용 제너레이터(20)는 대용량 배터리를 충전시킬 수 있는 충분한 발전용량을 가질 수 있게 된다.

이어, 단계S40은 상기와 같은 HCCI 운전제어시 모터겸용 제너레이터(20)의 발전상태를 체크함으로써 엔진운전조건에 변화를 줄지 여부를 판단하는 과정으로서, 이를 위해 모터겸용 제너레이터(20)의 주파수 안정상태가 체크된다.

단계S40 판단결과, 모터겸용 제너레이터(20)의 주파수가 안정상태를 유지하지 못하면 단계S41로 넘어가 엔진운전조건에 변화를 주어 HCCI 운전제어를 수행한 다음, 이어 단계S411과 같이 새로 수행된 HCCI 운전제어에 따른 모터겸용 제너레이터(20)의 주파수 안정상태를 체크하여 준다.

여기서, 엔진운전조건 변화는 연료분사시기와 연료량 등과 같은 엔진교정값(Engine Correction Factor)이 변화되어 새롭게 적용됨을 의미한다.

상기 단계S411의 체크결과, 모터겸용 제너레이터(20)의 주파수가 안정상태를 유지하지 못하면 단계S80로 넘어가 운전을 정지하여 준다.

이는, 모든 제어로직의 중단과 초기화 전환을 의미한다.

반면, 상기 단계S411의 체크결과, 모터겸용 제너레이터(20)의 주파수가 안정상태를 유지하면, 새롭게 적용된 엔진운전조건에 맞춰 HCCI 운전제어를 지속하여 준다.

한편, 단계S40 판단결과, 모터겸용 제너레이터(20)의 주파수가 안정상태를 유지하면 단계S50과 같이 현재 조건에 따라 HCCI 운전제어를 지속하여 준다.

상기와 같이 엔진이 HCCI 운전제어 됨으로써, 비록 리니어 엔진(2,7)을 이용하더라도 일정 RPM 및 일정 부하에서 디젤엔진 대비 열효율이 더 우수하고, 특히 저압축비와 다공노즐 및 로우 스월(Low Swirl)실린더헤드에 의해 고효율 및 저 EM을 얻을 수 있음이 실험적으로 증명되었다.

1 : 4 행정 사이클 리니어 엔진
2 : 제1 리니어 엔진
3,5,8,10 : 연소실 4 : 제1L 피스톤
4a,6a,9a,11a : 커넥팅로드
6 : 제1R 피스톤 7 : 제2 리니어 엔진
9 : 제2L 피스톤 11 : 제2R 피스톤
12 : 크랭크기구 20 : 모터겸용 제너레이터

Claims

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엔진회전수와 엔진온도를 체크한 후 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 운전조건이 충족되는지 여부를 판단하는 HCCI판단단계;
상기 HCCI 운전조건 충족시, 제1 리니어 엔진의 한쪽 연소실은 크랭크각 45도에서 팽창행정이 일어나고 그 반대쪽 다른 연소실은 크랭크각 90도에서 팽창행정이 일어나도록 제어되며, 상기 제1 리니어 엔진에 대해 병렬로 배열된 제2 리니어 엔진의 한쪽 연소실은 크랭크각 135도에서 팽창행정이 일어나고 그 반대쪽 다른 연소실은 크랭크각 180도에서 팽창행정이 일어나도록 제어하는 HCCI운전제어단계;
상기 HCCI 운전제어에 따라 상기 크랭크를 통해 발전되는 모터겸용 제너레이터의 주파수 안정상태를 이용해 엔진운전조건에 변화를 줄지 여부를 판단하는 운전조건교정단계;
상기 엔진운전조건이 변화되지 않으면 상기 HCCI운전제어단계에 적용된 HCCI 운전제어를 지속하고, 상기 엔진운전조건의 변화시 변화된 조건값을 상기 HCCI운전제어단계에 적용하는 HCCI운전지속단계;
를 포함해 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진운영방법.
청구항 9에 있어서, 상기 HCCI 운전조건은 엔진 출력을 주행동력으로 이용하지 않고 상기 모터겸용 제너레이터의 발전동력으로 모두 이용하는 고효율 발전 운전영역인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진운영방법.
청구항 9에 있어서, 상기 HCCI 운전조건이 충족되지 않으면, 이어 발전조건인지 여부를 판단한 후, 상기 발전조건이 충족되지 않으면 이어 시동조건인지를 판단한 다음, 상기 발전조건일 경우나 또는 상기 시동조건인 경우 엔진 시동을 걸어주는 반면, 상기 시동조건이 아니면 운전 정지 상태로 전환되는 HCCI회피제어단계;
가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진운영방법.
청구항 11에 있어서, 상기 엔진 시동은 상기 모터겸용 제너레이터에 구비된 모터로 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진운영방법.
청구항 9에 있어서, 상기 엔진운전조건은 엔진교정값(Engine Correction Factor)이고, 상기 엔진교정값은 연료분사시기와 연료량 등이 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진운영방법.