KR100228982B1 - 산소센서 안정화 온도 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 산소센서 안정화 온도 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 엔진 냉각수의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 냉각수온 감지부(10)와, 흡입 공기량을 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 흡입 공기량 감지부(20)와, 배기가스의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 배기가스 온도 감지부(30)와, 산소센서의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 산소센서 온도 감지부(40)와, 상기 냉각수온 온도 감지부(10)와, 흡입 공기량 감지부(20)와, 배기가스 온도 감지부(30)와, 산소센서 온도 감지부(40)로부터 출력되는 신호를 입력받아, 산소센서가 안정된 상태에서 활성화하도록 가열시키는 신호를 출력하는 제어부(50), 상기 제어부(50)로부터 출력되는 가열제어신호에 따라 동작하여, 산소센서를 가열하는 산소센서 히터(60)로 이루어져 있으며, 자동차 배기가스 규제 및 산소센서 조기 활성화를 위해, 배기가스 온도와 흡입 공기량을 이용하여, 산소센서의 온도를 최적의 제어 전환시점을 결정하여 제어하고, 특히 엔진 온도를 고려하여, 냉온 시동시나 가열 시동시에 가열 온/오프 시간을 보정함으로써, 산소센서의 손상을 방지하고, 조기 활성화하도록 하는 산소센서 안정화 온도 제어방법 및 그 제어장치에 관한 것이다.

Description

산소센서 안정화 온도 제어장치 및 그 방법
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 산소센서 안정화 온도 제어장치를 적용한 블록도이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 산소센서 안정화 온도 제어방법을 적용한 동작 순서도이다.
이 발명은 산소센서(oxygen sensor) 안정화 온도 제어방법 및 그 제어장치에 관한 것으로서, 더 상세히 말하자면, 자동차 배기가스(gas) 규제 및 산소센서 조기 활성화를 위해, 배기가스 온도와 흡입 공기량을 이용하여, 산소센서의 온도를 최적의 제어 전환시점을 결정하여 제어하고, 특히 엔진 온도를 고려하여, 냉온 시동시나 가열 시동시에 가열 온/오프(on/off) 시간을 보정하도록 하는 산소센서 안정화 온도 제어방법 및 그 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 산소센서는 배기가스 중의 산소와 대기중의 산소농도 차에 따라, 산소 이론 공연비를 중심으로 출력전압이 급격히 변화되는 것을 이용하여, 피드백(feedback) 조정의 기준신호를 공급해주는 역할을 한다.
상기 산소센서는 배기 매니폴드(manifold)에 설치되어, 한쪽은 배기가스에 접하게 되고, 다른 쪽은 대기중의 신선한 산소와 접하여, 혼합기가 이론 공연비를 중심으로 농후하거나, 희박함에 따라 출력이 즉각적으로 변하는 반응을 이용하여, 인젝터(injector) 열림 시간을 마이크로 컴퓨터가 조정할 수 있도록 피드백시켜 준다.
공연비가 이론 공연비보다 진하거나 희박해지면 3원 촉매의 CO, HC, NOx의 정화 능력이 현저히 저하된다.
따라서 배기관에 산소센서를 설치하여 배기가스 중의 산소 농도에 의해 공연비를 측정하고, 그 결과에 따라 연료 공급 장치에 피드백 제어를 실행하여 공연비를 이론 공연비 부근으로 조정될 수 있도록 한다.
그러므로 상기 산소센서는 배기가스 내에 포함되어 있는 산소량을 감지하여, 감지된 산소의 농도량에 따라 연료의 공연비가 이론 공연비보다 농후한지 또는 희박한지를 판단하여 연료의 분사량을 보정하므로 연료의 효율을 높이고, 엔진 출력을 향상시킬 수 있고 배기가스의 정화 능력을 향상시킨다.
일반적으로 산소센서는 배기가스 내에 포함되어 있는 산소량을 감지하기 위해, 배기가스가 배출되는 배기 매니폴드 내에 장착되어 있기 때문에 커넥터(connector)나 본체는 실리콘(silicon) 고무로 만들어져 있고, 대기와 배기가스 내의 산소 농도차에 따라 해당 크기의 기전력을 발생시키는 지르코니아(zirconia, 산화 지르코늄) 소자는 세라믹(ceramic)으로 코팅되어 있다.
그러므로 배기가스에 의해 고온으로 가열된 질코니아 관에 습기가 묻게 되면, 심한 온도 차이로 인해 질코니아 소자의 코팅 상태가 파손되어 질코니아 소자의 상태가 비정상적인 상태가 된다.
따라서 산소센서의 동작이 정상적으로 이루어지지 않으므로, 공연비 상태가 이론 공연비보다 희박한지 농후한지를 판정할 수 없게 된다.
따라서 자동차 주행 상태에 따른 연료의 보정 동작 동작을 실행하지 못하므로 연료의 효율이나 엔진의 출력 효율을 감소시키고 촉매 장치의 동작 효율을 감소시켜 배기가스의 정화 능력이 현저히 감소된다.
그러므로 심각한 대기 오염의 문제와 비효율적인 연료의 소모를 초래하는 문제가 발생한다.
일반적으로 이용되는 산소센서의 동작이 정상적으로 활성화되기 위해서는 어느 설정 온도 이상으로 가열되어야 하므로, 산소센서의 내부에 소형 히터(heater)를 장착하여 산소센서가 활성화되기까지 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 구성되어 있다.
종래에는, 산소센서가 활성화되는 시간을 단축하기 위해, 항상 일정하게 히터를 가동하였는데, 산소센서가 세라믹 계열로 구성되어 있기 때무넹, 급작스런 가열 전류가 계속적으로 공급되면, 균열이 발생하여, 센서로서의 기능을 상실하는 문제점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동차 배기가스 규제 및 산소센서 조기 활성화를 위해, 배기가스 온도와 흡입 공기량을 이용하여, 산소센서의 온도를 최적의 제어 전환시점을 결정하여 제어하고, 특히 엔진 온도를 고려하여, 냉온 시동시나 가열 시동시에 가열 온/오프 시간을 보정함으로써, 산소센서의 손상을 방지하고, 조기 활성화하도록 하는 산소센서 안정화 온도 제어방법 및 그 제어장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은,
엔진 냉각수의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 냉각수온 감지수단과;
흡입 공기량을 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 흡입 공기량 감지수단과;
배기가스의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 배기가스 온도 감지수단과;
산소센서의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 산소센서 온도 감지수단과;
상기 냉각수온 온도 감지수단과, 흡입 공기량 감지수단과, 배기가스 온도 감지수단과, 산소센서 온도 감지수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아, 산소센서가 안정된 상태에서 활성화하도록 가열시키는 신호를 출력하는 제어수단과;
상기 제어수단으로부터 출력되는 가열제어신호에 따라 동작하여, 산소센서를 가열하는 산소센서 가열수단으로 이루어져 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 또 다른 구성은,
냉각수온을 판독하여, 제1기준온도와 그 값을 비교하는 단계와;
상기 단계에서, 냉각수온이 제1기준온도보다 큰 경우, 흡입 공기량을 판독하여, 기준 공기량과 그 값을 비교하는 단계와;
상기 단계에서, 흡입 공기량이 기준 공기량보다 많은 경우, 배기가스 온도를 판독하여, 제2기준온도와 비교하는 단계와;
상기 단계에서, 배기가스 온도가 기준온도보다 높은 경우, 히터를 계속 가동하도록 제어하는 단계와;
산소센서의 온도를 판독하여, 산소센서의 온도가 최고온도가 되었는지의 여부를 판단하여, 그렇지 않은 경우, 다시 히터를 계속 가동시키는 단계로 돌아가는 단계와;
상기 냉각수온을 비교하는 단계에서, 냉각수온이 제1기준온도보다 작은 경우, 히터 온/오프 시간을 보정하는 단계와;
상기 보정 이후, 그리고, 흡입 공기량을 비교하는 단계에서, 흡입 공기량이 기준 공기량보다 적은 경우, 그리고, 배기가스 온도를 비교하는 단계에서, 배기가스 온도가 제2기준온도보다 작은 경우, 히터를 온/오프시키면서 가동시키도록 제어하는 단계와;
산소센서의 온도를 판독하여, 산소센서의 온도가 최고온도가 되었는지의 여부를 판단하여, 그렇지 않은 경우, 다시 냉각수온을 판독하는 단계로 돌아가는 단계로 이루어져 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 설명한다.
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 산소센서 안정화 온도 제어장치를 적용한 블록도이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 산소센서 안정화 온도 제어방법을 적용한 동작 순서도이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 산소센서 안정화 온도 제어장치의 구성은,
엔진 냉각수의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 냉각수온 감지부(10)와;
흡입 공기량을 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 흡입 공기량 감지부(20)와;
배기가스의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 배기가스 온도 감지부(30)와;
산소센서의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 산소센서 온도 감지부(40)와;
상기 냉각수온 온도 감지부(10)와, 흡입 공기량 감지부(20)와, 배기가스 온도 감지부(30)와, 산소센서 온도 감지부(40)로부터 출력되는 신호를 입력받아, 산소센서가 안정된 상태에서 활성화하도록 가열시키는 신호를 출력하는 제어부(50);
상기 제어부(50)로부터 출력되는 가열제어신호에 따라 동작하여, 산소센서를 가열하는 산소센서 히터(60)로 이루어져 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.
냉각수온 감지부(10)는 엔진 냉각수의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하고, 흡입 공기량 감지부(20)는 흡입 공기량을 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력한다.
그리고, 배기가스 온도 감지부(30)는 배기가스의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하고, 산소센서 온도 감지부(40)는 산소센서의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력한다.
배기가스 온도 감지부(30)는 상기 냉각수온 온도 감지부(10)와, 흡입 공기량 감지부(20)와, 배기가스 온도 감지부(30)와, 산소센서 온도 감지부(40)로부터 출력되는 신호를 입력받아, 산소센서가 안정된 상태에서 활성화하도록 가열시키는 신호를 출력하며, 산소센서 히터(60)는 상기 제어부(50)로부터 출력되는 가열제어신호에 따라 동작하여, 산소센서를 가열한다.
상기 배기가스 온도 감지부(30)의 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
제어부(50)는 상기 냉각수온 감지부(10)로부터 감지하여 출력되는 냉각수온을 판독하여(S10), 미리 설정되어 있는 제1기준온도와 그 값을 비교한다(S20).
상기 단계(S20)에서, 판독된 냉각수온이 제1기준온도보다 큰 경우, 제어부(50)는 상기 흡입 공기량 감지부(20)로부터 감지하여 출력된 흡입 공기량을 판독하여(S30), 기준 공기량과 그 값을 비교한다(S40).
상기 단계(S40)에서, 흡입 공기량이 기준 공기량보다 많은 경우, 제어부(50)는 배기가스 온도 감지부(30)로부터 감지하여 출력된 배기가스 온도를 판독하여(S50), 미리 설정되어 있는 제2기준온도와 그 값을 비교한다(S60).
상기 단계(S60)에서, 배기가스 온도가 기준온도보다 높은 경우, 제어부(50)는 히터를 계속적으로 가동하도록 제어하는 신호를 출력한다(S70).
산소센서 히터(60)는 상기 제어부(50)로부터 출력되는 제어신호에 따라 계속 가동되어, 산소센서를 가열한다.
그리고, 제어부(50)는 산소센서 온도 감지부(40)로부터 출력되는 신호를 감지하여, 감지된 온도가 미리 설정되어 있는 최고온도에 도달하였는지의 여부를 판단한다(S80).
상기 단계(S80)에서 산소센서의 온도가 최고온도가 되지 않았을 경우, 제어부(50)는 다시 히터를 계속 가동시키는 단계(S70)로 돌아가서, 히터를 계속 가동하도록 하는 제어신호를 출력하며, 산소센서의 온도가 최고온도가 될 때까지 계속 그 동작을 반복한다.
한편, 상기 냉각수온을 비교하는 단계(S10)에서, 냉각수온이 제1기준온도보다 작은 경우, 제어부(50)는 히터 온/오프 시간을 보정한다(S90).
그리고, 제어부(50)는 아직 산소센서가 계속적인 가열을 받을만한 상태가 되지 않았으므로, 산소센서를 가열시키는 히터를 온/오프시키는 신호를 출력한다(S100).
산소센서 히터(60)는 상기 제어부(50)로부터 출력되는 신호에 따라 온/오프되어, 산소센서를 점차적으로 가열한다.
또, 상기 흡입 공기량을 비교하는 단계(S40)에서, 흡입 공기량이 기준 공기량보다 적은 경우, 그리고, 배기가스 온도를 비교하는 단계(S60)에서, 배기가스 온도가 제2기준온도보다 작은 경우, 상기 제어부(50)는 산소센서 히터를 온/오프시키는 제어신호를 출력한다(S100).
그리고, 산소센서 히터(60)는 상기 제어부(50)로부터 출력되는 신호에 따라 온/오프되어, 산소센서를 점차적으로 가열한다.
그리고 나서, 제어부(50)는 산소센서의 온도를 판독하여, 산소센서의 온도가 최고온도가 되었는지의 여부를 판단하여(S110), 그렇지 않은 경우, 다시 냉각수온을 판독하는 단계(S10)로 돌아간다.
상기와 같이 함으로써, 산소센서를 활성화하기 위해 가열하는 경우, 갑작스런 가열에 의해, 산소센서에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는, 자동차 배기가스 규제 및 산소센서 조기 활성화를 위해, 배기가스 온도와 흡입 공기량을 이용하여, 산소센서의 온도를 최적의 제어 전환시점을 결정하여 제어하고, 특히 엔진 온도를 고려하여, 냉온 시동시나 가열 시동시에 가열 온/오프 시간을 보정함으로써, 산소센서의 손상을 방지하고, 조기 활성화하도록 하는 산소센서 안정화 온도 제어방법 및 그 제어장치를 제공하도록 한 것이다.

Claims (2)

  1. 엔진 냉각수의 온도에 대한 전기적인 신호를 출력하는 냉각수온 감지수단과; 흡입 공기량에 대한 전기적인 신호를 출력하는 흡입 공기량 감지수단과; 배기가스의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 배기가스 온도 감지수단과; 산소센서의 온도를 감지하여, 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 산소센서 온도 감지수단과; 상기 냉각수온 온도 감지수단과, 흡입 공기량 감지수단과, 배기가스 온도 감지수단과, 산소센서 온도 감지수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아, 제1기준온도와 냉각수온을 비교하고, 기준 공기량과 흡입 공기량과 비교하며, 제2기준 온도와 배기가스 온도와 비교하여 산소센서를 가열할 것인지를 판단하고, 산소센서의 온도가 기준치의 최고온도에 도달하였는지를 판단하여 산소센서를 가열할 것인지를 판단하는 제어수단과; 상기 제어수단으로부터 출력되는 가열제어신호에 따라 동작하여, 산소센서를 가열하는 산소센서 가열수단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 산소센서 안정화 온도 제어장치.
  2. 냉각수온을 판독하여, 제1기준온도와 그 값을 비교하는 단계와; 상기 단계에서, 냉각수온이 제1기준온도보다 큰 경우, 흡입 공기량을 판독하여, 기준 공기량과 비교하는 단계와; 상기 단계에서, 흡입 공기량이 기준 공기량보다 많은 경우, 배기가스 온도를 판독하여, 제2기준온도와 비교하는 단계와; 상기 단계에서, 배기가스 온도가 기준온도보다 높은 경우, 히터를 계속 가동하도록 제어하는 단계와; 산소센서의 온도를 판독하여, 산소센서의 온도가 최고온도가 되었는지의 여부를 판단하며, 산소센서의 온도가 최고온도가 아닐 경우 히터를 계속 가동시키는 단계로 돌아가는 단계와; 상기 냉각수온을 비교하는 단계에서, 냉각수온이 제1기준온도보다 작은 경우, 히터 온/오프 시간을 보정하는 단계와; 상기 보정 이후, 그리고, 흡입 공기량을 비교하는 단계에서, 흡입 공기량이 기준 공기량보다 적은 경우, 그리고, 배기가스 온도를 비교하는 단계에서, 배기가스 온도가 제2기준온도보다 작은 경우, 히터를 온/오프시키면서 가동시키도록 제어하는 단계와; 산소센서의 온도를 판독하여, 산소센서의 온도가 최고온도가 되었는지의 여부를 판단하여, 그렇지 않은 경우, 다시 냉각수온을 판독하는 단계로 돌아가는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 산소센서 안정화 온도 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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