KR101619248B1 - 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치는 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 실린더를 구비하는 엔진; 상기 실린더를 개폐하는 적어도 하나의 흡기 밸브 및 적어도 하나의 배기 밸브; 상기 흡기 밸브 및 배기 밸브의 리프트 및 개방 시기를 조절하는 가변 밸브 장치; 상기 엔진을 시동시키고 엔진이 시동된 상태에서 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하는 시동 발전기; 주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 상기 배기 밸브를 통해 배출된 배기 가스를 정화시키는 촉매를 포함하는 배기 가스 정화 장치; 및 상기 운전 정보 감지부에서 감지된 운전 정보를 바탕으로 하이브리드 차량이 회생 제동 조건이면, 상기 실린더 내부로 공급되는 연료를 차단하고, 흡입 행정 중에 상기 가변 밸브 장치를 통해 상기 배기 밸브를 개방하며, 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD ACTIVATING CATALYST OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 회생 제동 조건에서 흡입 행정 중에 배기 밸브를 개방하여 배기 가스가 실린더 내부로 재유입되도록 함으로써 배기 가스의 온도를 상승시키는 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차는 기존 내연 엔진에 전기 자동차의 모터를 적용하거나, 내연 엔진과 연료전지를 조합하여 사용하는 등 2가지 이상의 구동원을 조합 적용한 것으로, 기존의 차량에 비해 친환경적이고 연비나 성능면에서 많은 부분이 개선된 자동차로 인식되고 있다.
최근 들어, 환경 문제가 중요한 이슈로 부각되면서 자동차의 배기 가스를 효율적으로 처리하는 방법에 대한 관심이 커지고 있다.
하이브리드 자동차의 경우에도 엔진의 배기 가스를 저감하기 위해 촉매를 사용하고 있으나, 촉매가 활성화되는 온도가 상온에 비해 상당히 높기 때문에 엔진을 가동하여 촉매 온도를 높여 활성화시키고 있다.
이때 엔진에서 발생하는 에너지 중 동력 에너지는 줄이고, 배기로 배출되는 열 에너지는 늘리기 위해 연소를 충분히 지연(retard)시켜주는 것이 좋다.
그러나 이 과정에서 지연 분사된 연료는 엔진의 동력에 거의 사용되지 않고, 배기 가스의 온도를 높이는데만 사용되기 때문에 연료 소모량이 증가하는 문제가 있다.
그리고 하이브리드 차량의 회생 제동 조건(예를 들면, 타력 주행 상황, 제동 상황)에서는 연소에 의한 배기 가스 온도가 낮거나 열이 발생하지 않아 배기계로 배출되는 배기 가스 온도가 낮기 때문에 촉매의 온도를 상승시키기 어려워 촉매의 배출 가스 정화율이 낮아지는 문제가 발생한다.
특히, 시동 초기 냉간 조건에서 배기가스 열에 의해서 히팅된 촉매는 연료 분사 중지 모드 운전시(예를 들면, 오버런)에는 외부 공기만 흡입 후에 연소없이 배기밸브를 통해 배출하기 때문에 낮은 온도의 배기가스로 인해 촉매를 냉각시키게 되고 이는 촉매의 배기가스 정화율을 저감시키는 결과로 이어진다.
통상적으로 차량 운전시 엔진에서는 운전 조건에 따라 연료 분사와 중지가 빈번하게 일어나는데 연료 분사 중지시에는 (특히 냉간 초기시) 촉매의 온도를 상승시키기가 어려워 촉매의 배출가스 정화율이 낮을 수 밖에 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회생 제동 조건에서 촉매의 온도를 상승시켜 배기 가스를 저감시킬 수 있는 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치는 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 실린더를 구비하는 엔진; 상기 실린더를 개폐하는 적어도 하나의 흡기 밸브 및 적어도 하나의 배기 밸브; 상기 흡기 밸브 및 배기 밸브의 리프트 및 개방 시기를 조절하는 가변 밸브 장치; 상기 엔진을 시동시키고 엔진이 시동된 상태에서 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하는 시동 발전기; 주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 상기 배기 밸브를 통해 배출된 배기 가스를 정화시키는 촉매를 포함하는 배기 가스 정화 장치; 및 상기 운전 정보 감지부에서 감지된 운전 정보를 바탕으로 하이브리드 차량이 회생 제동 조건이면, 상기 실린더 내부로 공급되는 연료를 차단하고, 흡입 행정 중에 상기 가변 밸브 장치를 통해 상기 배기 밸브를 개방하며, 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 회생 제동 조건은 차량이 타력 주행 조건이거나 제동 조건일 수 있다.
상기 배기 밸브를 통해 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하는 배기 온도 감지 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 배기 온도 감지 센서를 통해 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도보다 작으면, 상기 실린더의 내부로 상기 흡기 밸브를 통해 미량의 연료를 분사하고 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성할 수 있다.
상기 배기 온도 감지 센서를 통해 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도 이상이면, 상기 제어부는 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법은 주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전 정보를 감지하는 단계; 감지된 운전 정보로부터 하이브리드 차량이 회생 제동 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 회생 제동 조건을 만족하면, 엔진의 실린더로 분사되는 연료를 차단하고, 흡입 행정 중에 상기 실린더를 개폐하는 배기 밸브를 개방하는 단계;를 포함할 수 있다.
엔진의 실린더에서 배출되는 배기 가스의 온도가 설정 온도보다 작은지 여부를 감지하는 단계; 및 배기 가스의 온도가 설정 온도보다 작으면, 상기 실린더로 미량의 연료를 분사하고, 시동 발전기를 통해 회생 제동을 실행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
배기 가스의 온도가 설정 온도 이상이면, 시동 발전기를 통해 회생 제동만을 실행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 회생 제동 조건은 차량이 타력 주행 조건이거나 제동 조건일 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법에 의하면, 회생 제동 조건에서 흡입 행정 중에 배기 밸브를 개방함으로써, 실린더 내부로 배기 가스를 재유입시키고 유입된 배기 가스가 배기 행정 중에 배출될 때 배기 가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
그리고 배출된 배기 가스의 온도가 상승됨으로써, 촉매의 온도를 상승시켜 촉매의 배기 가스 정화율을 높일 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법을 도시한 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치는 구동력을 발생시키는 엔진(110)과 모터(150), 상기 엔진(110)에서 발생하는 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 장치(130), 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부(160), 및 상기 운전 정보 감지부(160)에서 감지된 운전 정보에 따라 상기 엔진(110), 모터(150)를 제어하는 제어부(170)를 포함한다.
상기 엔진(110)의 내부에는 다수의 실린더(111)가 구비되고, 상기 실린더(111)의 내로 유입된 연료의 연소에 의해 차량이 주행할 수 있는 구동력이 발생한다.
상기 엔진(110)에는 시동 발전기(140)가 구비되는데, 상기 시동 발전기(140)는 상기 엔진(110)을 시동시키고, 엔진(110)이 시동된 상태에서 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성한다.
상기 시동 발전기(140)는 HSG(hybrid starter and generator) 또는 ISG(integrated starter and generator)라고 호칭되기도 한다.
상기 모터(150)는 상기 엔진(110)의 구동력을 보조하고, 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성한다.
상기 시동 발전기(140)와 모터(150)에서 생성된 전기 에너지는 배터리에 저장된다.
상기 실린더(111)에는 상기 실린더(111)로 연료가 선택적으로 유입되도록 적어도 하나의 흡기 밸브(113)가 구비되고, 상기 실린더(111)에서 연소된 연료의 배기 가스가 선택적으로 배출되도록 적어도 하나의 배기 밸브(115)가 구비된다.
한편, 상기 흡기 밸브(113) 및 상기 배기 밸브(115)는 가변 밸브 장치(120)(VVA: variable valve apparatus)에 의해 개폐 시기와 리프트가 조절된다.
상기 흡기 밸브(113) 및 상기 배기 밸브(115)의 개폐는 캠 샤프트(122)의 회전에 의해 수행되는데, 상기 가변 밸브 장치(120)는 상기 제어부(170)의 제어에 의해 상기 흡기 밸브(113) 및 상기 배기 밸브(115)의 승강 시기를 늦추거나 앞당긴다.
상기 가변 밸브 장치(120)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 기술로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 운전 정보 감지부(160)는 차량의 주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 차량의 전반적인 운전 정보를 감지하고, 상기 운전 정보 감지부(160)에서 감지된 운전 정보는 상기 제어부(170)로 제공된다.
예를 들면, 차량의 주행 속도는 차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도 감지 센서일 수 있으면, 가속 페달의 변위는 가속 페달 센서(APS: acceleration pedal sensor)를 통해 감지될 수 있으며, 브레이크 페달의 변위는 브레이크 페달 센서(BPS: brake pedal sensor)를 통해 감지될 수 있다.
상기 제어부(170)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 제어부(170)는 상기 운전 정보 감지부(160)에서 감지된 운전 정보를 바탕으로 하이브리드 차량이 회생 제동 조건인지 여부를 판단한다. 만약, 하이브리드 차량이 회생 제동 조건이면 상기 실린더(111) 내부로 공급되는 연료를 차단하고, 흡입 행정 중에 상기 가변 밸브 장치(120)를 통해 상기 배기 밸브(115)를 개방하며, 상기 시동 발전기(140)를 통해 전기 에너지를 생성하도록 제어한다.
상기 회생 제동 조건은 하이브리드 차량이 타력 주행 중(타력 주행 조건)이거나, 제동 중인 경우(제동 조건)일 수 있다.
이와 같이, 회생 제동 조건을 만족하는 경우에, 흡입 행정 중에 상기 배기 밸브(115)를 개방하면, 이전에 배출된 배기 가스가 상기 실린더(111)로 재유입된다. 상기 실린더(111)로 재유입된 배기 가스는 압축 행정을 거쳐 다음 배출 행정 때 상기 배기 가스 정화 장치(130)로 배출된다. 이 과정에서 재배출된 배기 가스는 온도가 상승하고 상기 배기 가스 정화 장치(130)에 구비된 촉매의 온도를 상승시켜, 촉매에 의해 배기 가스 정화율이 상승된다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치는 상기 실린더(111)에서 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하는 배기 온도 감지 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 배기 온도 감지 센서에서 감지된 배기 가스 온도는 상기 제어부(170)로 제공된다.
상기 제어부(170)는 상기 배기 온도 감지 센서를 통해 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도(예를 들면, 섭씨 200도)보다 작으면, 상기 실린더(111)의 내부로 상기 흡기 밸브(113)를 통해 미량의 연료를 분사하고 상기 시동 발전기(140)를 통해 전기 에너지를 생성한다.
만약, 상기 배기 온도 감지 센서를 통해 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도 이상이면, 상기 제어부는 상기 시동 발전기(140)를 통해 전기 에너지를 생성한다. 즉, 상기 흡기 밸브(113)를 통해 미량의 연료를 분사하지 않고, 상기 시동 발전기(140)를 통한 회생 제동만 수행한다.
이와 같이, 상기 배기 가스 온도가 설정 온도보다 작은 경우에는 정상 상태에서 실린더(111) 내부로 분사되는 연료량과 비교하여 미량의 연료를 분사함으로써, 상기 실린더(111)에서 배출되는 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 따라서, 상기 배기 가스 정화 장치(130)의 촉매 온도를 상승시켜 배기 가스 정화율을 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운전 정보 감지부(160)는 주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전 정보를 감지한다(S10). 상기 운전 정보 감지부(160)에서 감지된 운전 정보는 상기 제어부(170)로 제공된다.
상기 제어부(170)는 상기 운전 정보 감지부(160)에서 감지된 운전 정보로부터 하이브리드 차량이 회생 제동 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S20).
상기 S20 단계에서, 상기 회생 제동 조건을 만족한 것으로 판단되면, 상기 제어부(170)는 상기 엔진(110)의 실린더(111)로 분사되는 연료를 차단하고 흡입 행정 중에 배기 밸브(115)를 개방한다(S30). 만약, 상기 회생 제동 조건을 만족하지 않으면, 통상의 운전 방법에 따른 제어가 이루어진다(S25).
상기 제어부(170)는 상기 배기 온도 감지 센서에서 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도보다 작은지 여부를 판단한다(S40).
상기 S40 단계에서, 배기 가스 온도가 설정 온도보다 작으면, 상기 실린더(111)로 미량의 연료를 분사하고, 상기 시동 발전기(140)를 통해 회생 제동을 실행한다(S50).
이와 같이, 배기 가스 온도가 설정 온도보다 작은 경우에는, 미량의 연료를 상기 실린더(111) 내부로 분사하여, 다음 배기 행정때 배출되는 배기 가스의 온도를 상승시키고, 이에 따라 상기 배기 가스 정화 장치(130)의 촉매 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 촉매에 의한 배기 가스 정화율을 높일 수 있다.
만약, 배기 가스 온도가 설정 온도 이상이면, 상기 시동 발전기(140)를 통해 회생 제동만을 실행한다(S45).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치 및 방법에 의하면, 회생 제동 조건을 만족하는 경우, 흡입 행정 중에 배기 밸브(115)를 개방하여 이미 배출된 배기 가스를 실린더(111) 내부로 재유입시킨다. 그리고 재유입된 배기 가스는 압축 행정을 거쳐 다음 배기 행정 때 배기 가스 정화 장치(130)로 배출되는데, 이때, 배출된 배기 가스의 온도는 배기 밸브(115)를 개방하지 않은 경우와 비교하여 높아진다. 따라서, 촉매의 온도가 상승하게 되어 촉매에 의한 배기 가스 정화율이 높일 수 있다.
또한, 배기 가스의 온도가 설정 온도보다 낮으면, 미량의 연료를 실린더(111) 내부로 분사하여 배출되는 배기 가스의 온도를 상승시켜 촉매에 의한 배기 가스 정화율을 상승시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
110: 엔진
111: 실린더
113: 흡기 밸브
115: 배기 밸브
120: 가변 밸브 장치
122: 캠 샤프트
130: 배기 가스 정화 장치
140: 시동 발전기
150: 모터
160: 운전 정보 감지부
170: 제어부

Claims (8)

  1. 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 실린더를 구비하는 엔진;
    상기 실린더를 개폐하는 적어도 하나의 흡기 밸브 및 적어도 하나의 배기 밸브;
    상기 흡기 밸브 및 배기 밸브의 리프트 및 개방 시기를 조절하는 가변 밸브 장치;
    상기 엔진을 시동시키고 엔진이 시동된 상태에서 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하는 시동 발전기;
    주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부;
    상기 배기 밸브를 통해 배출된 배기 가스를 정화시키는 촉매를 포함하는 배기 가스 정화 장치;
    상기 운전 정보 감지부에서 감지된 운전 정보를 바탕으로 하이브리드 차량이 회생 제동 조건이면, 상기 실린더 내부로 공급되는 연료를 차단하고, 흡입 행정 중에 상기 가변 밸브 장치를 통해 상기 배기 밸브를 개방하며, 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 배기 밸브를 통해 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하는 배기 온도 감지 센서;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 배기 온도 감지 센서를 통해 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도보다 작으면, 상기 실린더의 내부로 상기 흡기 밸브를 통해 미량의 연료를 분사하고 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성하며,
    상기 배기 온도 감지 센서를 통해 감지된 배기 가스 온도가 설정 온도 이상이면, 상기 제어부는 상기 시동 발전기를 통해 전기 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회생 제동 조건은
    차량이 타력 주행 조건이거나 제동 조건인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 주행 속도, 가속 페달의 변위, 및 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전 정보를 감지하는 단계;
    감지된 운전 정보로부터 하이브리드 차량이 회생 제동 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 회생 제동 조건을 만족하면, 엔진의 실린더로 분사되는 연료를 차단하고, 흡입 행정 중에 상기 실린더를 개폐하는 배기 밸브를 개방하는 단계;
    엔진의 실린더에서 배출되는 배기 가스의 온도가 설정 온도보다 작은지 여부를 감지하는 단계;
    배기 가스의 온도가 설정 온도보다 작으면, 상기 실린더로 미량의 연료를 분사하고, 시동 발전기를 통해 회생 제동을 실행하는 단계; 및
    배기 가스의 온도가 설정 온도 이상이면, 시동 발전기를 통해 회생 제동만을 실행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 회생 제동 조건은
    차량이 타력 주행 조건이거나 제동 조건인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배기 가스 촉매 활성화 방법.
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