KR100219203B1 - 피드백 제어용 산소센서의 고장 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 공연비의 피드백 제어 및 촉매 고장 진단에 사용하도록 촉매의 전후방에 설치되는 O2센서의 단선에 의한 고장을 검출하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배기가스중의 산소량을 검출하여 전기적 신호를 전자제어장치에 출력하는 O2센서의 고장 검출 방법에 있어서, O2센서의 고장 진단을 위한 엔진의 구동조건(Monitoring conditions)이 성숙되었는가를 판단하는 단계와 엔진의 정상 구동 상태임이 확인되면 연료 분사의 피드백 제어를 중단하고 연료 분사량을 규정치 이상으로 농후하게 하여 유지하는 단계와 연료 분사량이 희박에서 농후 상태로 전환되었음을 O2센서가 판정하여 신호를 출력하는데 소요된 시간(TLR)을 측정하는 단계와 다시 연료 분사량을 규정치 이하로 분사하여 농후에서 희박상태로 변경하고 O2센서가 희박 상태로 판정하여 신호를 출력하는데 소요된 시간(TRL)을 측정하는 단계와 상기 소요시간 TLR이 농후 상태를 판정하는 기준시간 T1과를 비교하여 TLR이 T1보다 크다면 고장으로 판정하며 만일 작다면 다음상태에서 TRL이 희박상태를 판정하는 기준시간 T2와를 비교하여 TRL이 T2보다 크다면 O2센서의 고장으로 판정하고 그 보다 작다면 정상으로 판정하게 되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

피드백 제어용 O2센서의 고장 검출 방법
본 발명은 공연비의 피드백 제어 및 촉매 고장 판정을 위해 사용되는 O2센서의 고장검출방법에 관한 것이다.
엔진으로부터 배기되는 배기가스 속에는 인체에 유해하고 환경오염을 유발하는 CO, HC, NOx 등이 다량 포함되어 있기 때문에 이들 유해가스를 무해한 CO2,H2,N2로 산화 환원시켜 배출하기 위하여 촉매컨버터를 배기 파이프의 도중 또는 배기 매니폴드에 설치하고 있다.
그런데 촉매 변환기의 촉매는 고온의 배기가스에 노출되어 있어 열화되거나 배기가스속에 포함된 탄화물 등이 벌집 모양의 촉매의 표면에 침착되어 촉매의 정화 기능을 저하시키는 일이 발생하게 된다.
그러나 최근 각국은 환경 오염의 심각성을 인식하여 배기가스 배출을 엄격하게 규제하는 추세이므로 정화 기능이 기준치 이하로 저하된 촉매 변환기를 방치할 경우 법규 요건을 충족치 못하여 관계 당국에 적발시 차량 운전자 및 소유자가 배기가스 과다 배출로 처벌 받을 수 있는 개연성이 존재한다.
한편 촉매 변환기, 특히 현재까지 정화 효율이 가장 높은 것으로 알려져 있는 삼원 촉매 변환기는 엄격한 이론 공연비 범위 내에서만 정화 효율이 최적으로 유지되므로 이론 공연비 유지를 위한 피드백 제어수단으로 배기 파이프의 도중에 O2센서를 장착하여 배기가스 중에 포함된 산소 농도량에 의해 연료의 농후와 희박 상태를 검출한 후 이 정보를 공연비 제어를 위한 피드백 제어에 사용한다.
다른 한편 O2센서는 촉매 변환기의 정화 효율 유지에 필수적임과 동시에 본 발명인이 다른 특허 출원을 통하여 제시한 촉매 변환기의 고장 판정에도 O2센서가 이용되는 바 이들 O2센서가 단선이나 쇼트 등에 의해 손상시에는 피드백 제어와 촉매의 손상 검출이 불가능하여 촉매의 고장시에 이를 알 수 없어 대기 오염을 유발하는 문제점이 있게 된다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안된 것으로서 그의 목적으로 하는 바는 공연비의 피드백 제어 및 촉매 고장 진단에 사용하도록 촉매의 전후방에 설치되는 O2센서의 단선에 의한 고장을 검출하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배기가스중의 산소량을 검출하여 전기적 신호를 전자제어장치에 출력하는 O2센서의 고장 검출 방법에 있어서, O2센서의 고장 진단을 위한 엔진의 구동조건(Monitoring conditions)이 성숙되었는가를 판단하는 단계와 엔진의 정상 구동 상태임이 확인되면 연료 분사의 피드백 제어를 중단하고 연료 분사량을 규정치 이상으로 농후하게 하여 유지하는 단계와 연료 분사량이 희박에서 농후 상태로 전환되었음을 O2센서가 판정하여 신호를 출력하는데 소요된 시간(TLR)을 측정하는 단계와 다시 연료 분사량을 규정치 이하로 분사하여 농후에서 희박상태로 변경하고 O2센서가 희박 상태로 판정하여 신호를 출력하는데 소요된 시간(TRL)을 측정하는 단계와 상기 소요시간 TLR이 농후 상태를 판정하는 기준시간 T1과를 비교하여 TLR이 T1보다 크다면 고장으로 판정하며 만일 작다면 다음상태에서 TRL이 희박상태를 판정하는 기준시간 T2와를 비교하여 TRL이 T2보다 크다면 O2센서의 고장으로 판정하고 그 보다 작다면 정상으로 판정하게 되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명의 구성도
도 2 는 본 발명에 의한 O2센서의 고장 검출 방법을 실행하기 위한 플로우챠트
도 3 은 공연비의 농후, 희박에 따른 O2센서의 출력전압의 상관관계를 나타내는 그래프
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 촉매변환기 2 : 배기파이프
4,5 : O2센서 6 : 전자제어장치
7 : 표시기 TLR: 농후판정 소요시간
TRL: 희박판정 소요시간
TI: 농후판정 기준시간
T2: 희박판정 기준시간
이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 구성도로서 도면중 부호 1은 배기파이프(2)의 도중에 마련되어 엔진(3)으로부터 배기되는 배기가스중의 유해성분을 제거하는 촉매변환기(간략히 촉매라 한다)이다.
상기 촉매(1)의 전방 위치인 배기파이프(2)상에는 전방 O2센서(4)가 마련되어 있으며, 촉매(1)의 후방 위치인 배기파이프(2)에는 후방 O2센서(5)가 설치되어 있다.
상기 O2센서(4)(5)는 촉매(1)의 정화성능을 최대로 발휘하기 위해 공연비(A/F)를 모든 운전 조건하에서 항상이론 공연비(14.7 : 1)가 되도록 연료 분사량을 피드백 제어하기 위해 설치되는 장치로서 배기가스중의 산소 농도를 검출하여 이를 전기적신호로써 출력하여 전자 제어장치(6)에 인가한다.
또한 상기 전 후방 센서(4)(5)는 연료의 농후시, 즉 배기가스중의 산소 농도가 낮은 때에는 최대 5V(또는 1V)의 전압을 출력하여 연료희박시, 즉 배기가스중의 산소 농도가 높을 때는 최소 OV의 신호를 출력하게 되며 공연비는 농후와 희박 상태가 반복되는 과정에서 목표 공연비를 유지하게 되므로 O2센서(4)(5)의 출력 전압(V)은 OV∼5V(또는0V∼IV)사이를 유지하게 된다.
이하 본 발명에 의한 O2센서의 고장 검출 방법을 도 2의 플로우챠트와 도 3 의 공연비의 농후 희박과 O2센서의 신호출력 그래프를 통하여 설명한다.
먼저 엔진이 구동되면 전자제어장치(6)는 O2센서(4)(5)의 고장 검출 프로그램을 실행하기에 앞서 적합한 조건(Monitoring conditions)이 될 때가지 기다린다(단계 가).
이와 같이 엔진이 정상구동 될때까지 기다리는 이유는 냉간시동상태에서는 정상적인 피드백 제어가 이루어지지 않기 때문에 O2센서의 정상여부를 체크할 수 없기 때문으로 예를 들어 냉각수 온도가 정상임이 검출되면 (정상적으로 피드백 제어가 실행됨)일정시간이 경과하기를 기다려 조건이 완전히 성숙된 것으로 판정된 후 정상적인 피드백 제어를 중지하고 연료의 분사를 희박상태(L)에서 정상보다 많은 가산치를 준 농후 상태(R)로 강제 가진시킨다(단계 나).
이에 따라 O2센서(4)(5)는 연료의 농후 상태(R)를 감지하여 신호출력(농후판정전압)하게 되며 전자제어장치(6)는 농후판정 전압을 출력하는데 걸린 시간 TLR을 측정하여 기억한다(단계 다).
다음에는 다시 연료 분사량을 강제로 급감시켜 공연비를 농후상태(R)에서 희박 상태(L)로 변경한다(단계 라).
이때 O2센서(4)(5)는 배기가스중의 산소 농도가 급증하므로 이로부터 연료의 희박상태임을 신호출력(희박판정 전압으로 OV에 가까움)하게 되며 희박판정 전압을 출력하는데 까지의 소요시간 TRL을 측정한다(단계 마).
다음 단계에서 농후 판정 소요시간 TLR이 농후상태를 판정하는데 정상적 범위인 기준시간 T1과를 비교하여(단계 바) TLR이 T1보다 크다면 고장으로 판정하고(단계 사), 만일 작다면 다음 단계에서 TRL이 희박상태를 판정하는데 정상적 범위인 기준시간 T2와를 비교하여(단계 아) TRL이 T2보다 크다면 고장으로 판정하며(단계 사) 그보다 작다면 정상으로 판정(단계 자)한 후 정상적인 피드백 제어로 복귀한다.
여기서 O2센서의 고장 판정시 전자제어장치(6)는 시각적, 청각적 표시기(7)를 구동하여 운전자에게 경고하여 정비를 받도록 한다. 또한 상기와 같은 고장 판정이 복수회 반복하여 판정될 때 최종적인 고장으로 판정토록 할 수도 있다.
이상과 같은 본 발명에 의하면 O2센서의 고장이 있을시 이를 자동으로 검출하여 운전자에게 알려줌으로써 O2센서 고장에 따른 배기가스 과다 배출을 방지하게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 배기가스중의 산소량을 검출하여 전기적 신호를 전자제어장치에 출력하는 O2센서의 고장 검출 방법에 있어서, O2센서의 고장 진단을 위한 엔진의 구동조건(Monitoring conditions)이 성숙되었는가를 판단하는 단계와, 엔진의 정상 구동 상태임이 확인되면 연료 분사의 피드백 제어를 중단하고 연료 분사량을 규정치 이상으로 농후하게 하여 유지하는 단계와, 연료 분사량이 희박에서 농후 상태로 전환되었음을 O2센서가 판정하여 신호를 출력하는데 소요된 시간(TLR)을 측정하는 단계와, 다시 연료 분사량을 규정치 이하로 분사하여 농후에서 희박상태로 변경하고 O2센서가 희박 상태로 판정하여 신호를 출력하는데 소요된 시간(TRL)을 측정하는 단계와, 상기 소요시간 TLR이 농후 상태를 판정하는 기준시간 T1과를 비교하여 TLR이 T1보다 크다면 고장으로 판정하며 만일 작다면 다음상태에서 TRL이 희박상태를 판정하는 기준시간 T2와를 비교하여 TRL이 T2보다 크다면 O2센서의 고장으로 판정하고 그 보다 작다면 정상으로 판정하게 되는 단계와; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드백 제어용 O2센서의 고장 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 O2센서의 정상 판정시 전자제어장치는 즉시 정상적인 피드백 제어로 복귀토록 제어하는 것을 특징으로 하는 피드백 제어용 O2센서의 고장 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 O2센서의 고장 판정시 전자제어장치는 표시기를 구동하여 운전자에게 이를 알려주게 되는 것을 특징으로 하는 피드백 제어용 O2센서의 고장 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 O2센서의 고장 판정이 복수회 반복하여 검출될 때 최종 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는 피드백 제어용 O2센서의 고장 검출 방법.
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