In-Cylinder Pressure Based 48V MHSG Control for Minimizing Engine Torque Deviation in a Cylinder Deactivation Engine

Abstract

실린더 비활성화는 특정 조건에서 일부의 실린더를 비활성화하거나 활성화하여 엔진의 배기량을 가변적으로 조절하는 기술입니다. 이때 하나 이상의 실린더를 비활성화하면 엔진 작동이 더 높은 부하 지점으로 이동하고 연료 소비를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

그러나 이 실린더 비활성화 기술은 엔진 토크 편차로 인해 실질적인 적용에 어려움을 겪어왔습니다. 엔진의 커다란 토크 편차는 운전자로 하여금 엔진의 발화 간격이 길어진 것처럼 느끼게 합니다. 이러한 간격의 변화는 차량 진동의 주파수를 사람이 느낄 수 있는 범위까지 낮추어 NVH문제의 원인이 됩니다.

이 논문에서는 실린더 비활성화 엔진에서 발생하는 엔진 토크 편차를 저감하기 위한 연소압력 기반의 48V MHSG 제어전략을 제안합니다. 실린더의 연소압력은 빠른 반응성으로 실시간으로 측정될 수 있으며 이것은 개별 실린더의 연소 상태에 대한 즉각적인 정보를 제공할 수 있습니다. 이러한 연소에 대한 정보를 이용하여 48V MHSG를 빠르고 정밀하게 제어할 수 있다면 엔진의 토크 편차를 효과적으로 저감할 수 있습니다.

그런데 이 연구를 진행하기에 앞서 타겟 엔진이 실린더 비활성화와 48V 마일드 하이브리드 시스템 적용으로 인해 시스템의 복잡도가 굉장히 높아졌습니다. 때문에 효과적인 제어 전략 개발을 위해 시뮬레이션 환경에 타겟 엔진이 모델링 되고 이러한 모델을 기반으로 제어 전략이 개발되었습니다. 모델링에 대한 결과는 실제 엔진 실험 데이터와 비교하여 검증이 이루어졌으며 이 때 공기량과 제동 연료 소비율, 제동 평균 유효 압력, 도시 평균 유효 압력 및 최고 연소압력 등의 R2 값은 모두 0.94 이상이었습니다.

제안된 알고리즘에서는 엔진 토크는 실린더 내부 연소압력을 이용하여 계산하였습니다. 이후 이렇게 계산된 토크와 48V MHSG의 물리적 제약조건을 고려하여 48V MHSG의 토크 set-point를 생성하였습니다. 그리고 제안된 알고리즘은 성공적으로 엔진의 토크 편차를 저감할 수 있었습니다. 고속-고부하 운전 조건의 경우 48V MHSG의 출력 한계로 인해 토크 저감 효과는 한정적이었습니다. 그러나 저속-저부하 운전 조건의 경우 최대 99%까지 효과적으로 엔진 토크 편차를 저감하는 것을 확인하였습니다.