KR101807020B1 - 엔진 제어 장치 및 엔진의 제어 방법 - Google Patents

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이주원
이형복
박종일
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치는 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인에 설치되고 상기 배기 가스에 의해 회전하는 터빈, 및 상기 터빈과 연동하여 회전하여 흡기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저; 상기 연소실로 과급 공기를 공급하도록 모터와 상기 모터에 의해 작동하는 전동식 컴프레서를 포함하는 전동식 슈퍼차저; 상기 터빈 후단의 배기 라인에 설치되고 배기 가스를 정화시키는 촉매가 포함된 촉매 유닛; 상기 연소실과 상기 터빈 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 촉매 유닛의 전단으로 합류하는 배기 바이패스 라인에 설치되고 상기 터빈으로 공급되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 및 엔진 속도를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 상기 운전 정보에 의해 결정되는 운전 모드와 운전 영역에 따라 상기 스로틀 밸브, 상기 전동식 슈퍼차저에 의한 부스팅 압력, 및 상기 터보차저에 의한 부스팅 압력을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

엔진 제어 장치 및 엔진의 제어 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING ENGIINE}
본 발명은 엔진 제어 장치 및 엔진의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보차저와 전동식 슈퍼차저를 구비한 차량에서 시동 초기에 촉매를 신속하게 가열시킬 수 있는 엔진 제어 장치 및 엔진의 제어 방법에 관한 것이다.
차량의 엔진은 외부로부터 유입된 공기를 연료와 적절한 비율로 혼합하여 연소시켜 동력을 발생한다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.
일반적으로 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 그 회전력을 이용하여 연소실로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다. 터보차저는 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있다.
한편, 최근 들어 차량의 배기가스(Exhaust gas) 중 유해물질(emission)에 대한 각국의 환경 규제가 점차 강화되고 추세이다. 이에 따라, 차량에는 배기가스 규제에 따라 배기가스에 포함된 NOx, CO, THC 등의 유해물질을 제거시키는 다양한 형태의 촉매장치가 장착된다.
이러한 촉매 장치는 촉매의 온도가 활성화 온도(예를 들어, 섭씨 350도)에 도달하기 전에는 촉매로써의 역할을 수행하지 못하기 때문에, 시동 초기에는 신속하게 촉매를 가열하여야 한다.
촉매가 활성화 온도에 신속히 도달하도록 하기 위해, 분사시기 지연, 후 분사 등 연료분사계를 제어하거나, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 량 제어 등 흡배기계를 제어하는 방법이 사용된다.
특히, 배기 가스를 우회시키는 배기 바이패스 라인에 설치되는 웨이스트 게이트 밸브를 개방하고 터보차저로 공급되는 배기 가스를 우회시켜 촉매의 온도를 신속하게 증가시키는 방법이 촉매의 온도를 신속하게 증가시키는 가장 효과적인 방법이다.
그러나 시동 초기에 터보차저를 통해 부스트 압력을 엔진의 연소실로 공급해야 하는 경우에는, 터보차저로 공급되는 배기 가스를 우회시킬 수 없기 때문에 앞에서 설명한 방법을 사용하지 못하게 된다.
따라서, 촉매를 가열시키는 촉매 가열 운전 모드에서 촉매의 온도를 신속하게 증가시킬 수 있는 기술에 대한 연구가 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시동 초기 배기 가스를 정화시키는 촉매의 온도를 활성화 온도까지 신속하게 증가시킬 수 있는 엔진 제어 장치 및 엔진의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치는 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인에 설치되고 상기 배기 가스에 의해 회전하는 터빈, 및 상기 터빈과 연동하여 회전하여 흡기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저; 상기 연소실로 과급 공기를 공급하도록 모터와 상기 모터에 의해 작동하는 전동식 컴프레서를 포함하는 전동식 슈퍼차저; 상기 터빈 후단의 배기 라인에 설치되고 배기 가스를 정화시키는 촉매가 포함된 촉매 유닛; 상기 연소실과 상기 터빈 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 촉매 유닛의 전단으로 합류하는 배기 바이패스 라인에 설치되고 상기 터빈으로 공급되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 및 엔진 속도를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 상기 운전 정보에 의해 결정되는 운전 모드와 운전 영역에 따라 상기 스로틀 밸브, 상기 전동식 슈퍼차저에 의한 부스팅 압력, 및 상기 터보차저에 의한 부스팅 압력을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 촉매의 온도에 따라 운전 모드를 촉매 가열 운전 모드와 일반 운전 모드로 구분할 수 있다.
상기 제어기는 상기 촉매의 온도가 활성화 온도보다 작으면 촉매 가열 운전 모드를 만족하고, 상기 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면 일반 운전 모드를 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어기는 촉매 가열 운전 모드에서 상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고, 상기 운전 영역이 저속 중부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하며 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며, 상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 최대로 하며 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고, 상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 일반 운전 모드에서 상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며, 상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 다른 엔진 제어 방법은 다수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 흡기를 압축시키는 고용량 터보차저; 상기 연소실로 압축 공기를 공급하도록 모터와 상기 모터에 의해 작동하는 전동식 컴프레서를 포함하는 전동식 슈퍼차저; 및 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스를 정화시키는 촉매가 포함된 촉매 유닛;을 포함하는 엔진의 제어 방법에 있어서, 운전 정보 감지부에 의해, 상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 엔진 속도, 및 엔진 토크를 포함하는 운전 정보를 감지하는 단계; 제어기에 의해, 상기 운전 정보로부터 운전 모드와 운전 영역을 판단하는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 운전 모드와 운전 영역에 따라 상기 엔진의 연소실로 공급되는 공기량을 조절하는 스로틀 밸브의 개도량, 상기 터빈으로 공급되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브의 개도량, 및 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 운전 모드는 상기 촉매의 온도에 따라 상기 촉매의 온도에 따라 운전 모드를 촉매 가열 운전 모드와 일반 운전 모드로 구분될 수 있다.
상기 촉매의 온도가 활성화 온도보다 작으면 촉매 가열 운전 모드를 만족하고, 상기 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면 일반 운전 모드를 만족할 수 있다.
촉매 가열 운전 모드에서 상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고, 상기 운전 영역이 저속 중부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하며 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며, 상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 최대로 하며 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고, 상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어할 수 있다.
일반 운전 모드에서 상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고, 상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며, 상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치 및 엔진의 제어 방법에 의하면, 시동 초기에 전동식 슈퍼차저를 이용하여 촉매 가열 운전 모드에서 촉매의 온도를 활성화 온도까지 신속하게 활성화시킬 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 따른 엔진 제어 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운전 영역을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 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 엔진 제어 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치는 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실(12)을 포함하는 엔진(10), 상기 연소실(12)로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브(64), 상기 연소실(12)로 과급 공기를 공급하는 터보차저(40), 상기 연소실(12)로 과급 공기를 공급하고 모터(51)에 의해 작동하는 전동식 슈퍼차저(50), 상기 연소실(12)에서 배출되는 배기 가스를 정화시키는 촉매 유닛(80), 상기 터보차저(40)로 공급되는 배기 가스 유량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브(34), 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부(90), 및 상기 엔진(10), 상기 스로틀 밸브(64), 상기 터보차저(40), 상기 전동식 슈퍼차저(50), 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 동작을 제어하는 제어기(100)를 포함한다.
상기 터보차저(40)는 상기 연소실(12)로 과급 공기를 공급하기 위한 것으로, 상기 연소실(12)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(41)과, 상기 터빈(41)과 연동하여 회전하여 외기를 압축하는 컴프레서(43)를 포함한다.
상기 엔진(10)의 연소실(12)에서 배출되는 배기 가스는 배기 매니폴드(20)를 통해 배기 라인(30)을 통해 배출된다. 이때, 상기 배기 라인(30)에 상기 터빈(41)이 장착되고, 배기 가스에 의해 상기 터빈(41)이 회전하며, 상기 터빈(41)의 회전력에 의해 상기 컴프레서(43)가 회전하여 외기를 압축한다.
상기 배기 라인(30)에는 배기 바이패스 라인(32)이 설치된다. 상기 배기 바이패스 라인(32)은 상기 연소실(12)과 상기 터빈(41) 사이의 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 촉매 유닛(80)의 전단으로 합류한다. 상기 배기 바이패스 라인(32)에는 상기 웨이스트 게이스 밸브가 설치되고, 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량에 의해 상기 터빈(41)으로 공급되는 배기 가스 량이 조절된다.
상기 촉매 유닛(80)은 디젤산화촉매(DOC; diesel oxidation catalyst)와 디젤매연필터(170)(DPF; diesel particulate filter)를 포함한다. 상기 디젤산화촉매는 주로 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키고, 상기 디젤매연필터는 주로 배기가스에 포함된 입자상 물질을 거르고, 제거하는 기능을 수행한다.
상기 전동식 슈퍼차저(50)(electric supercharger)는 상기 연소실(12)로 과급 공기를 공급하기 위한 것으로, 모터(51)와 전동식 컴프레서(53)를 포함한다. 상기 전동식 컴프레서(53)는 상기 모터(51)에 의해 작동하여 운전 조건에 따라 외기를 압축하고 압축된 공기는 상기 연소실(12)로 공급된다.
한편, 상기 흡기 라인(60)에는 상기 전동식 슈퍼차저(50)로 유입되는 흡기를 바이패스 시키는 흡기 바이패스 라인(62)이 형성될 수 있다. 상기 흡기 바이패스 라인(62)에는 흡기 바이패스 밸브(61)가 설치되어, 상기 제어기(100)의 제어 신호에 따라 상기 흡기 바이패스 개도량이 조절되어 상기 전동식 슈퍼차저(50)에 의한 부스트 압력 또는 압축 공기량이 조절될 수 있다.
상기 터보차저(40)의 상기 컴프레서(43)와 상기 전동식 슈퍼차저(50)는 외기가 유입되는 흡기 라인(60)에 구비된다. 상기 흡기 라인(60)의 입구에는 유입되는 외기를 필터링하기 위한 에어 클리너(68)가 장착된다. 그리고 상기 흡기 라인(60)에는 상기 터보차저(40)에 의해 압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러(66)가 장착된다.
즉, 상기 터보차저(40)의 컴프레서(43)는 상기 흡기 라인(60)의 상류측에 배치되고, 상기 전동식 슈퍼차저(50)는 상기 흡기 라인(60)의 하류측에 배치된다. 상기 흡기 라인(60)을 통해 유입된 공기는 흡기 매니폴드(70)를 통해 상기 연소실(12)로 공급된다. 상기 흡기 매니폴드(70)에는 스로틀 밸브(64)가 장착되어 상기 연소실(12)로 공급되는 흡기량이 조절된다.
상기 운전 정보 감지는 상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 및 엔진 속도를 포함하는 운전 정보를 감지하고, 감지된 운전 정보는 상기 제어기(100)로 전송된다. 상기 촉매의 온도는 상기 촉매 유닛(80)에 구비된 온도 센서(도시는 생략)에 의해 감지될 수 있고, 상기 요구 토크는 가속 페달 센서(APS: acceleration pedal sensor)(도시는 생략)의 계측값을 통해 감지될 수 있고, 엔진 속도는 크랭크 축의 회전 속도로부터 감지될 수 있다.
상기 제어기(100)는 상기 운전 정보로부터 운전 모드와 운전 영역을 판단하고, 상기 운전 모드와 운전 영역에 따라 상기 스로틀 밸브(64), 상기 전동식 슈퍼차저(50)에 의한 부스팅 압력, 및 상기 터보차저(40)에 의한 부스팅 압력을 조절하여 엔진 토크를 제어한다.
상기 제어기(100)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 운전 모드는 상기 촉매의 온도에 따라 촉매 가열 운전 모드와 일반 운전 모드로 구분될 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매의 온도가 활성화 온도(예를 들어, 섭씨 350도)보다 작으면 상기 제어기(100)는 운전 모드를 촉매 가열 운전 모드로 설정하고, 상기 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면 상기 제어기(100)는 운전 모드를 일반 운전 모드로 설정한다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 의한 엔진 제어 장치의 제어 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운전 영역을 도시한 그래프이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2A는 촉매 가열 운전 모드에서의 운전 영역을 도시한 그래프이고, 도 2B는 일반 운전 모드에서의 운전 영역을 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 운전 정보 감지부(90)는 상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 및 엔진 속도를 포함하는 운전 정보를 감지하고, 감지된 운전 정보를 상기 제어기(100)로 전송한다(S10).
상기 제어기(100)는 상기 운전 정보로부터 운전 모드를 판단하고(S20), 엔진의 운전 영역을 판단한다(S30, S40).
앞에서 설명한 바와 같이, 상기 운전 모드는 촉매의 온도가 활성화 온도보다 낮으면 촉매 가열 운전 모드로 설정되고, 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면 일반 운전 모드로 설정된다.
먼저, 상기 운전 모드가 일반 운전 모드일 때, 운전 영역에 따른 제어 방법에 대해 설명한다.
상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 스로틀 밸브(64)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S32).
상기 운전 영역이 저속 저부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하고 상기 모터(51)의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S34).
상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S36).
즉, 상기 운전 모드가 일반 운전 모드일 때, 상기 엔진의 운전점을 도 2B에 도시된 바와 같이, 저속 고부하 영역일 때만 상기 전동식 슈퍼차저(50)를 통해 부스트 압력을 발생시켜 엔진 토크를 제어하고, 중고속 중고부하 영역일 때는 상기 터보차저(40)를 통해 부스트 압력을 발생시켜 엔진 토크를 제어함으로써, 상기 전동식 슈퍼차저(50)의 작동 시간을 최소화하여 전력 부하가 손실되는 것을 최소화할 수 있다.
다음으로, 상기 운전 모드가 촉매 가열 운전 모드일 때, 운전 영역에 따른 제어 방법에 대해 설명한다.
상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브(64)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S42).
상기 운전 영역이 저속 중부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하며 상기 모터(51)의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S44).
상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하고 상기 모터(51)의 출력을 최대로 하며 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S46).
상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 제어기(100)는 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다(S48).
즉, 상기 운전 모드가 촉매 가열 운전 모드일 때, 엔진의 운전점은 도 2A에 도시된 바와 같이, 저속 저부하 영역 -> 저속 중부하 영역 -> 저속 고부하 영역으로 이동하는 것이 일반적이다.
따라서, 운전 영역이 저속 저부하 영역일 때는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 최대로 개방하여 대부분의 배기 가스가 상기 촉매 유닛(80)으로 우회하도록 하고 상기 터빈(41)으로 유입되는 것을 최소화하며, 상기 전동식 슈퍼차저(50)는 사용하지 않고 상기 스로틀 밸브(64)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다.
운전 영역이 저속 중부하 영역일 때는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 최대로 개방하여 대부분의 배기 가스가 상기 촉매 유닛(80)으로 우회하도록 하고 상기 터빈(41)으로 유입되는 것을 최소화한다. 그리고 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하고 상기 전동식 슈퍼차저(50)의 모터(51) 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어한다.
운전 영역이 저속 고부하 영역일 때는 상기 스로틀 밸브(64)를 최대로 개방하고 상기 모터(51)의 출력을 최대로 하며 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어한다.
이와 같이, 촉매 가열 운전 모드에서는 엔진의 운전점이 이동함에 따라 스로틀 밸브(64) 제어 -> 전동식 슈퍼차저(50) 제어 -> 웨이스트 게이트 밸브(34) 제어의 순서대로 제어가 이루어진다. 따라서, 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 시점을 최대한으로 늦추고, 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)가 최대로 개방되는 시간을 최대한 늘림으로써 상기 촉매가 신속하게 활성화될 수 있다.
다시 말해, 촉매 가열 운전 모드에서 도 2A에 도시된 저속 중부하 영역일 때 웨이스트 게이트 밸브(34)를 조절하여 엔진 토크를 제어하면, 촉매로 바이패스되는 배기 가스량이 감소하기 때문에 촉매의 활성화 시간이 길어진다.
따라서, 촉매 가열 운전 모드에서 저속 중부하 영역일 때 전동식 슈퍼차저(50)를 통해 부스트 압력을 형성시켜 엔진 토크를 제어하면, 배기 가스를 최대로 촉매로 바이패스 시킬 수 있기 때문에 촉매의 활성화 시간이 짧아진다.
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.
10: 엔진
12: 연소실
20: 배기 매니폴드
30: 배기 라인
32: 배기 바이패스 라인
34: 웨이스트 게이트 밸브
40: 터보차저
41: 터빈
43: 컴프레서
50: 전동식 슈퍼차저
51: 모터
53: 전동식 컴프레서
60: 흡기 라인
61: 흡기 바이패스 밸브
62: 흡기 바이패스 라인
64: 스로틀 밸브
66: 인터쿨러
68: 에어 클리너
70: 흡기 매니폴드
80: 촉매 유닛
90: 운전 정보 감지부
100: 제어기

Claims (10)

  1. 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진;
    상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브;
    상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인에 설치되고 상기 배기 가스에 의해 회전하는 터빈, 및 상기 터빈과 연동하여 회전하여 흡기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저;
    상기 연소실로 과급 공기를 공급하도록 모터와 상기 모터에 의해 작동하는 전동식 컴프레서를 포함하는 전동식 슈퍼차저;
    상기 터빈 후단의 배기 라인에 설치되고 배기 가스를 정화시키는 촉매가 포함된 촉매 유닛;
    상기 연소실과 상기 터빈 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 촉매 유닛의 전단으로 합류하는 배기 바이패스 라인에 설치되고 상기 터빈으로 공급되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브;
    상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 및 엔진 속도를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부;
    상기 운전 정보에 의해 결정되는 운전 모드와 운전 영역에 따라 상기 스로틀 밸브, 상기 전동식 슈퍼차저에 의한 부스팅 압력, 및 상기 터보차저에 의한 부스팅 압력을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 제어기;
    를 포함하고,
    상기 운전 모드는 상기 촉매의 온도에 따라 촉매 가열 운전 모드와 일반 운전 모드로 구분되고,
    상기 제어기는
    촉매 가열 운전 모드에서
    상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
    상기 운전 영역이 저속 중부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하며 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며,
    상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 최대로 하며 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
    상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 엔진 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 촉매의 온도가 활성화 온도보다 작으면 촉매 가열 운전 모드를 만족하고, 상기 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면 일반 운전 모드를 만족하는 것으로 판단하는 엔진 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    일반 운전 모드에서
    상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
    상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며,
    상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 엔진 제어 장치.
  6. 다수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 흡기를 압축시키는 고용량 터보차저; 상기 연소실로 압축 공기를 공급하도록 모터와 상기 모터에 의해 작동하는 전동식 컴프레서를 포함하는 전동식 슈퍼차저; 및 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스를 정화시키는 촉매가 포함된 촉매 유닛;을 포함하는 엔진의 제어 방법에 있어서,
    운전 정보 감지부에 의해, 상기 촉매의 온도, 운전자의 요구 토크, 엔진 속도, 및 엔진 토크를 포함하는 운전 정보를 감지하는 단계;
    제어기에 의해, 상기 운전 정보로부터 운전 모드와 운전 영역을 판단하는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 운전 모드와 운전 영역에 따라 상기 엔진의 연소실로 공급되는 공기량을 조절하는 스로틀 밸브의 개도량, 상기 터보차저의 터빈으로 공급되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브의 개도량, 및 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 운전 모드는 상기 촉매의 온도에 따라 상기 촉매의 온도에 따라 운전 모드를 촉매 가열 운전 모드와 일반 운전 모드로 구분되고,
    촉매 가열 운전 모드에서
    상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
    상기 운전 영역이 저속 중부하 영역일 때, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 최대로 개방하고 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하며 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며,
    상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 최대로 하며 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
    상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 엔진의 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 촉매의 온도가 활성화 온도보다 작으면 촉매 가열 운전 모드를 만족하고, 상기 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면 일반 운전 모드를 만족하는 엔진의 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    일반 운전 모드에서
    상기 운전 영역이 저부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하고,
    상기 운전 영역이 저속 고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 모터의 출력을 조절하여 엔진 토크를 제어하며,
    상기 운전 영역이 중고속 중고부하 영역일 때, 상기 스로틀 밸브를 최대로 개방하고 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 조절하여 엔진 토크를 제어하는 엔진의 제어 방법.
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