KR0127129B1 - 내연기관의 배기가스 정화용 촉매 전환효율 측정장치와 그 방법 - Google Patents

내연기관의 배기가스 정화용 촉매 전환효율 측정장치와 그 방법

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Abstract

촉매의 전환효율은 상류 및 하류측 공연비 센서의 출력신호에 관한 상관함수에 의해 추정된다. 전환효율은 상기 상관함수와 상기 상관함수의 보상치와 비교함으로써 측정된다.

Description

내연기관의 배기가스 정화용 촉매 전환효율 측정장치와 그 방법
제1도는 본 발명에 인가된 시스템의 다이어그램.
제2(a), 2(b), 2(c), 2(d) 및 2(e)도는 촉매의 상류와 하류측에 제공된 공연비센서의 출력신호에 근거한 엔진제어 수단내에서 발생되는 출력신호를 설명하는 도.
제3도는 본 발명에서 상관된 상관함수와 상관함수의 보상치의 연산예를 설명하는 다이어그램.
제4도는 본 발명에서 발생된 제3도에 도시된 신호 y의 주기와 촉매전환 효율의 추정치 사이의 특성도.
제5도는 본 발명의 일실시예에서 단계 510에서 단계 590까지의 플로우챠트.
제6도는 본 발명의 일실시예에서 단계 610에서 단계 640까지의 플로우챠트.
제7도는 본 발명의 일실시예에서 단계 710에서 단계 770까지의 플로우챠트.
제8도는 본 발명의 일실시예에서 단계 810에서 단계 860까지의 플로우챠트.
본 발명은 내연기관은 배기가스에 포함된 유해 성분을 제거하는 기능을 갖는 촉매의 열화를 판별하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특별히, 본 발명은 내연기관의 배기가스 통로에 위치한 촉매의 상류 및 하류측에서 공연비 센서를 갖는 시스템의 촉매 열화를 판별하는 장치와 방법에 관한 것이다.
내연기관의 배기가스 통로에 위치한 촉매의 상류 및 하류측에 공연비 센서를 구비한 시스템은 예를 들어, 1990. 7. 26.에 발간되고 촉매의 상태 검출 방법 및 장치로 표제된 일본국 특허 공개번호 제90-190756호에서 기술된다.
종전 기술은 촉매의 연화가 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 상류 및 하류측에 위치한 두개의 O2센서사이의 위상차로 판별되고 위상차가 소정치보다 적을 때 촉매가 열화되는 방식으로 판정된다.
종전 기술은 다음의 단점을 갖는다.
촉매의 하류측에 위치한 센서는 전기적 노이즈, 예를 들어, 점화 노이즈에 영향을 받기 때문에, 하류측에 위치한 센서는 센서를 통과하는 배기가스의 정확한 정보를 줄 수 없다. 따라서, 촉매의 열화는 상기 언급한 위상차만을 이용하여서는 정확히 검출할 수 없다.
본 발명의 목적은 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 열화를 정확히 판별할 수 있는 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 통상의 공연비 피드백 제어 주기동안 촉매의 상류 및 하류측에 제공된 공연비 센서의 출력의 보정 함수를 연산하여 성취된다.
본 발명에 따르면, 내연기관에 접속된 촉매의 열화는 후에 언급되는 설명에서 명백해지듯이 설정된 공연비 제어에서 벗어난 실제의 공연비 제어없이 판별될 수 있다.
제1도를 참조하여, 내연기관에 공급된 공기량(4)은 공기류량계(5)로 측정된다. 내연기관의 온도를 검출용 센서(2)로부터의 출력신호, 드로틀밸브의 개방정도 검출용 센서, 공기류량계(5) 및 엔진의 회전 검출용 센서(33)가 엔진 제어수단(11)에 입력된다. 엔진 제어수단(11)은 연료 주입량 및 점화타이밍을 연산한다. 연료 주입밸브(12)는 연산된 연료 주입신호에 따라서 엔진에 연료를 공급한다. 점화장치(13)는 점화플러그(15)에 점화신호를 출력한다. 엔진은 냉각수(1)에 의해 냉각된다.
유휴속도 제어밸브(14)는 또한 엔진 제어수단(11)으로부터의 제어신호로 또한 제어된다. 삼원촉매(three way catalyst)(10)는 배기가스관(7)을 통하는 유해물질을 무해 물질로 전환한다. 공연비센서(8)는 촉매(10)의 상류측에 제공되며 배기가스의 산소농도에 대응하는 신호를 출력한다. 엔진에 공급된 연료량은 이론적인 공연비에 가까운 공연비를 가져오도록 공연비 센서(8)의 출력신호를 피드백하여 제어된다. 공연비 센서(9)는 촉매(10)의 하류측에 제공되고 그곳의 공연비를 검출한다.
제2(a)도는 공연비센서(8)의 파형과 비교레벨 1을 보여준다. 비교레벨 1의 값은 공연비 센서(8)파의 최대 및 최소값의 중간값에 일치한다. 제2(b)도는 공연비센서(8)의 출력신호를 비교레벨 1과 비교하여 발생된 이진 코드신호를 보여준다. 제2(c)도는 제2(a)도에서 도시된 공연비센서(8)의 출력신호에 따른 공연비의 피드백 계수의 변형을 보여준다. 제2(d)도는 공연비센서(9)의 파형과 비교레벨 2를 보여준다. 비교레벨(2)의 값은 센서(8)에 의한 공연비의 피드백 제어기에 관련한 공연비센서(8)의 특성에 근거하여 결정된다. 제2(e)도는 공연비센서(9)의 출력신호를 비교레벨 2과 비교하여 발생된 이진코드신호를 도시한다. 제2(b)와 2(e)도에서 부호 y와 z는 상관 함수가 산출되는 기간을 나타낸다. 구형파가 발생되지 않는 공간을 포함하는 영역 z는 공연비의 피드백 계수의 고정간격에 동일하게 한다. 상관관계는 y와 z로 출력된다.
제3도를 참조하여, 부호 y와 z는 각각 y와 z의 보상신호를 나타낸다.
상관함수 φ(τ)는 다음과 같이 유사하게 보여진다.
f1와 f2: 통신시스템의 입력 및 출력 등의 시간 함수
τ : 시간지연 파라미터
T : 주기
본 발명에서, 상관함수 φj는 다음식으로 연산된다.
i : y의 샘플링수
j : i와의 위상차
상관함수 φj의 보상함수는 다음과 같다.
제3도에서, 상관함수 φj의 파형과 상관함수 φj의 보상함수가 도시된다. 제3도의 상관함수 φj와 보상함수의 파형은 각각 y와에 관한 1주기(T)에서 연산된다.
촉매의 전환효율 CE는 상류측 공연비 센서(8)의 고레벨 출력주기와 저레벨 출력주기 사이의 출력비 효과를 보상하기 위해 다음 식으로 산출된다.
φmax= max(φj)
전환효율 CE은 원칙적으로 식(4)로 산출된다. 그러나, 전환효율 CE는 φmax또는 max로 산출된다. 전환효율 CE가 φmax또는 max에 근거해 산출될 때, φmax또는 max는 각각 y 또는신호의 듀티비로 보상되어야 한다.
제4도를 참조하여, 점선으로 둘러싸인 부분은 촉매의 전환효율이 효과적으로 수행될 수 없으며 배기가스에 포함된 유해물질이 완전히 전환될 수 없는 영역을 나타낸다. 촉매의 전환효율이 점선으로 둘러싸인 영역에 있을 때, 자동차의 운전자에게 램프같은 알림수단으로 알려진다.
촉매(10)의 하류측에 위치한 공연비 센서(9)의 출력이 촉매(10)의 상류측에 위치한 공연비 센서(8)의 출력에 대해 시간 지연을 갖기 때문에, 적당한 위상차가 상류측 공연비 센서(8)와 하류측 공연비 센서(9)의 출력 신호 사이의 위상차로서 엔진제어수단(11)의 메모리(비도시)에 준비되어야 한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 언급한 위상차는 와시코트(wash coat) 촉매를 이용하여 상류측 공연비 센서(8)의 출력 신호와 하류측 공연비 센서(9)의 출력신호 사이에 주어지고, 제3도에서 도시된 φmax가 측정된다. 제2(b)도에서 도시된 구형파의 듀티비는 상관관계가 산출되는 1주기 동안 신호 y의 펄스폭 T의 반주기가 제3도에서 도시되듯이 T2일 때 약 50% 이다. 주기 T2가 신호 y의 듀티비 에러 때문에 상류측 공연비 센서(8)에 의해 피드백 제어를 수행하는 시스템에서 T3로 전환될 때, 상관함수 φj의 파형은 제3도에서 도시되듯이 예상되는 에러 S를 갖는다. 상관 함수를 산출하기 위한 신호 y의 듀티비 에러에 근거하여 촉매의 전환효율의 예상되는 에러를 방지하기 위해, 식 (4)의 계수 CE가 연산된다. 신호 y의 주기는 듀티비의 다른 보상방법으로 T3대 T 비율로 보상될 수 있다. 제4도의 맵은 촉매의 전환효율이 판정되는 경우에 엔진상태에 따라 또한 변화될 수 있다.
제5도를 참조하여, 단계 510은 현상태가 엔진 구동상태, 촉매온도 및 엔진 발동에서부터의 진행시간을 요소로 하여 촉매의 전환효율을 판정하기에 적합한지의 여부를 판별한다. 단계 520은 촉매의 전환효율 CE의 추정 연산이 종료되었는지를 판별한다. 단계 530은 촉매의 전환효율을 연산용 공연비의 피드백 제어가 수행되기 전에 발생된 제2c도의 오픈 루프 제어 주기 I가 종료되었는지를 판별한다. 단계 540는 촉매의 상류측에 제공되며 촉매의 전환효율을 연산하는데 이용되는 공연비 센서의 출력이 공연비 피드백 제어동안에 소정의 주기에서 샘플링되었는지 판별한다. 공연비 피드백 제어가 단계 550에서 발생된다. 단계 560은 비교 레벨 1의 발생여부를 판별한다. 이진코드 신호 y는 단계 570에서 촉매의 상류측의 공연비 센서 출력과 비교레벨 1을 비교하여 발생된다. 단계 580은 비교레벨 1이 신호 y의 최소한 일싸이클에서 정수주기(integer period)동안 발생되었는지를 판별한다. 단계 590은 촉매의 전환효율의 추정 연산에 이용되는 공연비의 피드백 제어가 종료되었는지를 판별한다.
제6도를 참조하여, 단계 610은 공연비피드백 제어발생 후 제2(c)도의 오픈 루프 제어주기 II가 종료되었는지 판별한다. 오픈 루프 제어주기 I 및 II는 단계 620에서 일어난다. 오픈루프 제어주기 I 및 II를 제외한 피드백 제어는 단계 630에서 일어난다. 단계 640은 공연비 오픈루프 제어를 선택한다.
제7도에서, 단계 710은 상류측 공연비 센서와 하류측 공연비 센서 사이의 위상차에 따른 시간지연을 연산한다. 단계 720은 촉매용 하류측 공연비 센서의 출력의 샘플링 주기가 완료되었는지를 판별한다. 단계 730은 하류측 공연비 센서의 샘플링을 수행한다. 단계 740은 비교레벨 2이 발생되었는지를 판별한다. 이진코드 신호 z가 단계 750에서 발생된다. 단계 760은 소정의 시간, 예를 들어 신호 z의 최소한 일싸이클이 진행되는지를 판별한다. 단계 770은 하류측 공연비 출력의 샘플링 완료여부를 판별한다.
제8도를 참조하여, 단계 810은 공연비 오픈루프 제어주기 I를 리세트하고 그 전환효율을 연산하기 위한 조건이 성립되었을 때 촉매의 전환효율의 추정연산을 행하기 위해 준비한다. 단계 820은 공연비 오픈루프 제어주기 II를 리세트하고 단계 810과 마찬가지로 추정연산을 행하기 위해 준비한다. 단계 830은 촉매의 전환효율의 추정연산을 리세트한다. 통상의 공연비 피드백 제어가 단계 840에서 일어난다. 단계 850에서, 촉매의 전환 효율의 추정연산이 일어나고, 이것은 단계 860에서 종료한다.
본 발명은 촉매의 상류측 공연비 센서의 출력변화, 즉 위상차, 그 진폭이나 출력파형과 연산된 상관함수의 최대 진폭의 형태로 상류 및 하류측 공연비 센서의 동일 주파수 성분에 관련하여 연산된 상관함수의 최대 진폭을 촉매가 열화되는지 여부를 보여주는 기준치와 비교하는 하류측 공연비 센서의 출력변화사이의 동일성을 측정하여 내연기관의 배기가스 경로에서 촉매의 열화를 판정하기 때문에, 본 발명은 실제의 공연비와 설정된 공연비 사이의 편차를 야기하지 않고 촉매의 열화를 정확히 측정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치에 있어서, 내연기관의 배기가스 경로에 제공된 배기가스 정화용 촉매와 ; 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상류측 및 하류측에 제공된 배기가스 성분 감시수단과 ; 상기 배기가스 성분 감지수단으로부터의 출력신호에 근거한 상관함수를 연산하고, 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 배기가스 정화를 추정하기 위해 이용된 비교레벨과 상기 상관함수의 연산값을 비교함으로써 발생된 신호에 근거하여 상기 전환효율을 구하기 위한 상기 촉매의 전환효율을 추정하는 수단을 포함하는 내연기간의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상류측에 제공된 상기 배기가스 성분 감지수단의 출력 신호에 근거하여 상기 내연기관에 공급되는 연료량의 피드백 제어수단을 더욱 포함하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 하류측에 제공된 상기 배기가스 성분 감지수단의 출력신호에 근거하여 상기 내연기관에 공급되는 연료량의 피드백 제어수단을 더욱 포함하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상관함수를 연산하고 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환 효율을 추정하는 상기 수단은, 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 상류측에 제공된 상기 배기가스 성분 감지수단으로부터의 출력신호를 제1비교레벨과 비교하여 발생된 제1구형파신호와 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 하류측에 제공된 상기 배기가스 성분 감지수단으로부터의 다른 출력 신호를 제2비교레벨과 비교하여 발생된 제2구형파 신호에 근거하여 상기 상관 함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상관함수를 연산하고 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환효율을 측정하기 위한 상기 수단은, 상기 상관함수를 역전하여 얻어진 보상신호를 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환효율을 추정하기 위한 비교레벨과 비교하여 발생된 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상관함수를 연산하고 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환효율을 측정하기 위한 상기 수단은, 상기 상관함수의 절대치, 상기 상관함수의 최대치 또는 상기 상관함수의 최대치를 갖는 위상중에서 최소한 한개의 신호를 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환효율을 추정하기 위한 비교레벨과 비교하여, 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 전환효율을 추정하기 위한 출력신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상관함수를 연산하고 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환 효율을 측정하는 상기 수단은 공연비 피드백 제어주기의 정수배 간격내에서 상기 상관함수를 연산하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 상관함수를 연산하고 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 전환효율을 추정하기 위한 상기 수단은 상기 상관함수가 연산되기 전, 후 또는 전과 후에 상기 공연비의 오픈루프 제어주기를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상관함수를 연산하고 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 상기 전환효율을 추정하기 위한 상기 수단은 상기 상관함수 산출용 연산수단과, 상기 배기가스 정화용 상기 촉매의 전환효율 추정에 사용되는 비교레벨을 기억하기 위한 메모리 수단과, 상기 산출수단으로부터의 출력신호를 상기 메모리 수단으로부터의 출력수단과 비교하기 위한 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화용 촉매의 전환효율 측정장치.
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