KR100263897B1 - Failure detecting method of oxygen sensor for a catalytic converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공연비의 피드백 제어 및 촉매의 고장 판정의 위해 사용되는 O2센서의 고장검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a failure detection method of an O 2 sensor used for feedback control of an air-fuel ratio and failure determination of a catalyst.
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.The exhaust gas exhausted from the engine contains a large amount of CO, HC, and NOx, which are harmful to the human body and cause environmental pollution. Therefore , the catalytic converter is used to oxidize and reduce these harmful gases to harmless CO 2, H 2, and N 2 . In the middle of the exhaust pipe or in the exhaust manifold.
그런데 촉매 변환기의 촉매는 고온의 배기가스에 노출되어 있어 열화되거나 배기가스등속에 포함된 탄화물 등이 벌집 모양의 촉매의 표면에 침착되어 촉매의 정화 기능을 저하시키는 일이 발생하게 된다.However, the catalyst of the catalytic converter is exposed to high temperature exhaust gas, and deterioration or carbides contained in the exhaust gas constant velocity may be deposited on the surface of the honeycomb catalyst, thereby degrading the purification function of the catalyst.
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.However, in recent years, countries are seriously restricting the emission of emissions due to the seriousness of environmental pollution. Therefore, if the catalytic converter is left uncleaned below the standard value, it will not meet the legal requirements. There is a possibility of being punished for excessive emissions.
한편 촉매 변환기, 특히 현재까지 정화 효율이 가장 높은 것으로 알려져 있는 삼원촉매 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.The catalytic converter, in particular a three-way catalytic converters that are known to present a conversion efficiency highest up is therefore only in the strict stoichiometric air-fuel ratio range conversion efficiency remains at the optimum mounting the O 2 sensor in the middle of the exhaust pipe to the feedback control means to the stoichiometric air-fuel ratio maintained By detecting the rich and lean state of the fuel by the oxygen concentration contained in the exhaust gas, this information is used for feedback control for air-fuel ratio control.
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.The other O 2 sensor or the like essential for and at the same time the inventors another patent application of even a failure diagnosis of the catalytic converter provided by O 2 sensor bar these O 2 sensors are disconnected for use or short circuit to maintain the purification efficiency of the catalytic converter In case of damage, feedback control and detection of damage to the catalyst are not possible, which leads to a problem of causing air pollution due to the failure of the catalyst.
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.Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above problems, and its object is to provide a method for detecting a failure caused by disconnection of an O 2 sensor installed in front and rear of the catalyst for use in feedback control of air-fuel ratio and catalyst failure diagnosis. It is.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 촉매의 전방에 마련되어 배기가스중의 산소량을 검출하여 전기적 신호를 전자제어장치에 출력하는 전방 O2센서의 고장 검출 방법에 있어서, O2센서의 단선 진단을 위한 엔진의 구동 조건이 성숙되었는가를 판단하는 단계와 상기 O2센서로부터의 출력 전압이 하한기준치보다 크면 정상으로 판정하고 그보다 작으면 다음 단계를 실행하는 단계와 상기 저전압 출력 상태가 규정시간 동안 계속되면 +5V를 온(0N)하는 단계와 상기 +5V의 온 상태가 1초이상 지속된 후 상기 O2센서의 출력 전압이 상한기준치 이상인가를 판단하여 그보다 낮으면 정상으로 판정하고 높으면 고장으로 판정하는 단계와; 로 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a failure detection method of the front O 2 sensor provided in front of the catalyst to detect the amount of oxygen in the exhaust gas and outputs an electrical signal to the electronic control device, the diagnosis of disconnection of the O 2 sensor Determining whether the driving condition of the engine has matured; if the output voltage from the O 2 sensor is greater than the lower limit reference value, determining that it is normal; if it is smaller than that, executing the next step; and if the low voltage output state continues for a specified time, After the + 5V is turned on (0N) and the + 5V ON state lasts for 1 second or more, it is determined whether the output voltage of the O 2 sensor is higher than the upper limit reference value. Steps; Characterized in that made.
또 촉매의 후방에 마련되는 후방 O2센서의 고장 검출 방법은 촉매의 후방에 마련되어 배기가스중의 산소량을 검출하여 전기적 신호를 전자제어장치에 출력하는 O2센서의 고장검출 방법에 있어서, O2센서의 단선 진단을 위한 엔진의 구동 조건이 성숙되었는가를 판단하는 단계와 상기 단계에서 조건이 성숙되었으면 상기 O2센서로 부터의 출력 전압이 하한기준치보다 높으면 정상으로 판정하고 낮으면 다음 단계를 실행하는 단계와 상기 저전압 출력 상태가 규정시간 동안 계속되면 +5V를 온(ON)하는 단계와 상기 +5V 온 상태가 1초이상 경과하는 것을 기다려 O2센서의 출력 전압이 상한 기준치보다 크면 고장으로 판정하고 상한 기준치 보다는 낮고 하한 기준치보다는 크면 정상으로 판정하며 하한 기준치보다 낮으면 엔진의 구동 조건이 O2센서의 고장 판정에 적합한 조건인가를 확인하는 단계와 상기 단계에서 다시 엔진의 구동 조건이 적합한 것으로 확인되면 공연비(A/F)를 농후하게 변경하도록 제어하는 단계와 공연비의 농후 상태에서 O2센서의 출력 전압(Vr)이 하한기준치보다 크면 정상으로 판정하고 그 보다 작은 전압 상태가 2초이상 지속되면 고장으로 판정하는 단계와; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In failure detection method of the rear O 2 sensor is provided at the rear of the catalyst is in the failure detecting method of the O 2 sensor that outputs an electrical signal to the electronic control unit detects the amount of oxygen in the provided the exhaust gas to a rear of a catalyst, O 2 Determining whether the driving condition of the engine for diagnosing the disconnection of the sensor is mature, and if the condition is mature in the step, if the output voltage from the O 2 sensor is higher than the lower limit, it is determined to be normal, and if it is low, the next step If the low voltage output state continues for a predetermined time, turn on + 5V and wait for more than 1 second for the + 5V ON state to be judged as a failure if the output voltage of the O 2 sensor is greater than the upper limit. lower than the upper limit reference value is greater than the lower limit reference value is determined as normal, and high in the drive condition of the engine is lower than the lower limit reference value if the O 2 sensor If we find that the method to determine the applied conditions suitable for determining appropriate back drive condition of the engine in the phase output voltage of the O 2 sensor in the rich state of the step and the air-fuel ratio control to change the air-fuel ratio rich (A / F) ( Determining that the condition is normal when Vr) is greater than the lower limit reference value, and determining a failure when the smaller voltage state lasts more than 2 seconds; Characterized in that consists of.
도 1 은 본 발명의 구성도1 is a block diagram of the present invention
도 2 는 본 발명에 의한 전방 O2센서의 고장판정을 위한 플로우챠트2 is a flow chart for the failure determination of the front O 2 sensor according to the present invention
도 3 은 본 발명에 의한 후방 O2센서의 고장판정을 위한 플로우챠트3 is a flow chart for fault determination of the rear O 2 sensor according to the present invention
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 촉매 변환기 2 : 배기 파이프1: catalytic converter 2: exhaust pipe
3 : 엔진 4 : 전방 O2센서3: engine 4: front O 2 sensor
5 : 후방 O2센서 6 : 전자제어장치5: rear O 2 sensor 6: electronic control device
7 : 표시기 Vf : 출력전압7: indicator Vf: output voltage
Vr : 출력전압Vr: Output voltage
이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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.FIG. 1 is a block diagram of the present invention, in which 1 is a catalytic converter (abbreviated as a catalyst) provided in the middle of an exhaust pipe 2 to remove harmful components in exhaust gas exhausted from the engine 3.
상기 촉매(1)의 전방 위치인 배기파이프(2)상에는 전방 O2센서(4)가 마련되어 있으며, 촉매(1)의 후방 위치인 배기 파이프(2)에는 후방 O2센서(5)가 설치되어 있다.The front O 2 sensor 4 is provided on the exhaust pipe 2, which is the front position of the catalyst 1, and the rear O 2 sensor 5 is provided on the exhaust pipe 2, which is the rear position of the catalyst 1. have.
상기 O2센서(4)(5)는 촉매(1)의 정화성능을 최대로 발휘하기 위해 공연비(A/F)를 모든 운전조건하에서 항상 이론 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.The O 2 sensors (4) and (5) feedback control the fuel injection amount such that the air-fuel ratio (A / F) is always the theoretical air-fuel ratio (14.7: 1) under all operating conditions in order to maximize the purification performance of the catalyst (1). It is a device installed to detect the oxygen concentration in the exhaust gas, output it as an electrical signal and apply it to the electronic control device (6).
또한 상기 전 후방 센서(4)(5)는 연료의 농후시, 즉 배기가스중의 산소농도가 낮은 때에는 최대 5V(또는 1V)의 전압을 출력하고 연료희박시, 즉 배기가스중의 산소농도가 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(또는 0V∼1V)사이를 유지하게 된다.The front and rear sensors 4 and 5 output a maximum voltage of 5 V (or 1 V) when the fuel is rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is low, and when the fuel is thin, that is, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced. When it is high, it outputs the signal of minimum OV and the air-fuel ratio maintains the target air-fuel ratio in the course of the rich and lean state. Therefore, the output voltage V of the O 2 sensor 4 and 5 is OV to 5V (or 0V to 1V).
그러나 이때 O2센서(4)(5)의 정상, 비정상(단선, 쇼트)의 판단 기준은 출력전압이 하한 기준치인 0.1V이하이거나 또는 상한기준치인 4.5V 이상으로 규정시간을 초과하여 지속되면 O2센서(4)(5)의 고장(단선, 쇼트)으로 판정하게 되는 것이다.However, at this time, the criterion for determining whether the O 2 sensor 4 or 5 is normal or abnormal (disconnected or shorted) is O if the output voltage is lower than the lower limit of 0.1V or higher than the upper limit of 4.5V. It is determined by the failure (disruption or short) of the two sensors (4) and (5).
이하 도 2 에 도시하는 플로우챠트에 의해 전방 O2센서(4)의 고장 판정 방법에 대해 설명한다.Hereinafter will be described for a failure diagnosis method of the front O 2 sensor 4 by the flow chart shown in Fig.
엔진이 구동되면 전방 O2센서(4)의 고장 진단 조건이 성립되었는가를 판단하게 되며(단계 가) 이는 예를 들면 엔진의 냉각수 온도가 정상일 때, 즉 냉간 아이들 구동 상태에서 벗어나 정상적인 피드백 제어 구간이 되었을 때 고장판정 프로그램을 실행하게 된다.When the engine is running, it is determined whether a failure diagnosis condition of the front O 2 sensor 4 is established (step a). For example, when the coolant temperature of the engine is normal, that is, out of the cold idle driving state, a normal feedback control section is established. When it is executed, the fault determination program is executed.
이때 O2센서(4)로부터의 출력 전압(Vf)이 하한기준치로 규정된 0.1V와 비교하여(단계 나) 그 보다 크면 정상으로 판정하고(단계 사) 그 보다 작으면 다음단계를 실행한다.At this time, the output voltage Vf from the O 2 sensor 4 is compared with 0.1V specified as the lower limit reference value (step b), and if it is larger than that (step 4), the next step is executed.
상기 저전압 상태, 즉 0.1V보다 작은 전압이 계속 출력되어 규정시간, 예를 들어 180초 동안 지속되는가를 기다려(단계 다) 지속상태가 아니면 다시 초기 상태(단계 가)로 돌아가고 지속되었다면 +5V를 온(ON)하고 단계 라) 그 상태를 1초 동안 지속한다(단계 마). 1초가 경과한 후 O2센서의 출력 전압(Vf) 이 상한 기준치인 4.5V와 비교하여(단계 바) 그보다 작으면 정상으로 판정하고(단계 사) 그보다 크면 고장으로 판정한 후 전자제어장치(6)는 시각적 또는 청각적 표시기(7)를 구동하여 운전자에게 이를 알려준다.The low voltage state, i.e., a voltage less than 0.1V is continuously output and waits for a predetermined time, e.g., 180 seconds (step C), if it is not continuous, returns to the initial state (step A) and turns on + 5V if it is continued. (ON) and step d) The state is continued for 1 second (step e). After one second has elapsed, the output voltage (Vf) of the O 2 sensor is compared with the upper limit of 4.5V (step bar). If it is smaller than that, it is determined as normal (step 4). ) Drives the visual or auditory indicator 7 to inform the driver.
다음에는 도 3 에 도시하는 플로우챠트에 의해 후방 O2센서(5)의 고장 판정 방법에 대해 설명한다.It will now be described in the failure diagnosis process of the rear O 2 sensor 5 by the flow chart shown in Fig.
엔진이 구동되면 O2센서(5)의 고장 검출 조건이 성숙되었는가를 기다려(단계 고) 성숙되었다면 후방 O2센서(5)의 출력전압(Vr)이 하한 기준치로 규정된 0.1V와 비교하여(단계 도) 그보다 작으면 다음 단계를 실행한다.When the engine is running, it waits for the failure detection condition of the O 2 sensor 5 to mature (step high), and if it matures, the output voltage Vr of the rear O 2 sensor 5 is compared with 0.1 V specified as the lower limit reference value ( If it is less than that, execute the next step.
상기 전압상태, 즉 0.1V보다 작은 전압이 계속 출력되어 규정시간, 예를 들어 180초 동안 지속되는가를 기다려(단계 로) 지속되지 아니하면 다시 초기단계로 돌아가고 지속되었다면 +5V를 온(ON)하고(단계 모) 그 상태를 1초 동안 지속한다(단계 보). 1초가 경과하면 출력전압(Vr)을 상한 기준치인 4.5V와 비교한다(단계 소), 출력전압이 상한 기준치보다 크면 즉시 고장으로 판정하며(단계 오) 그보다 작으면 출력 전압(Vr)이 하한기준치인 0.1V보다는 작은가를 비교하여(단계 조), 4.5V<Vr<0.1V라면 정상으로 판정하며(단계 도), 0.1V보다도 낮으면 다시 고장 판정 가능 상태의 운전조건인가를 확인한다.(단계 초)If the voltage state, that is, the voltage less than 0.1V is continuously output and waits for a predetermined time, for example, 180 seconds (step), if it does not continue, it returns to the initial stage and if it is continued, + 5V is ON (Step Mode) The state lasts for 1 second (Step Beam). When 1 second has elapsed, the output voltage Vr is compared with the upper limit reference value of 4.5V (step small) .If the output voltage is higher than the upper limit reference value, it is immediately determined to be a failure (step 5). Is less than 0.1V (step group), and 4.5V <Vr <0.1V is determined to be normal (step diagram). second)
고장판정조건 상태임이 확인되면 공연비(A/F)를 농후상태로 변경시키며(단계 코), 농후상태에서의 O2센서의 출력전압(Vr)이 0.1V보다 큰가 작은가를 비교한다(단계 토).When it is confirmed that the condition is a fault determination condition, the air-fuel ratio (A / F) is changed to a rich state (step nose), and the output voltage (Vr) of the O 2 sensor in the rich state is compared to less than 0.1V (step Sat). .
상기 단계에서 Vr이 0.1V보다 크면 후방O2센서를 정상, 즉 단선 상태가 아님으로 판정하고(단계 도) 0.1V보다 작으면 2초의 경과를 기다려(단계 포), 2초가 경과하지 아니하였다면 상기 단계(토)로 되돌아가고 시간이 경과하여서도 출력전압의 저전압상태가 계속되면 최종적으로 고장으로 판정한 후(단계 오) 전자제어장치(6)는 표시기(7)를 구동하여 운전자에게 이를 알려준다.If Vr is greater than 0.1V in this step, the rear O 2 sensor is determined to be normal, i.e., not disconnected (step). If it is less than 0.1V, wait 2 seconds to elapse (step Po), and if 2 seconds have not elapsed, If the low voltage state of the output voltage continues even after the return to the step (Sat) and time elapses, the electronic controller 6 drives the indicator 7 to inform the driver after finally determining the failure (step 5).
이상과 같은 본 발명에 의하면 배기가스중의 산소농도를 검출하여 이를 전압으로 출력하는 O2센서의 단선시 출력전압이 정상범위를 벗어나게 되므로 이를 감지하여 O2센서의 고장으로 판정토록 하므로써 O2센서의 기능을 항상 정상으로 유지할 수 있게 되어 정확한 공연비의 피드백 제어가 가능하고 촉매 손상의 미검출에 따른 대기오염을 방지하게 되는 효과가 있다.According to the present invention as described above O 2 sensor by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas and outputting it as a voltage, the output voltage is out of the normal range when disconnection of the O 2 sensor by detecting it to determine the failure of the O 2 sensor It is possible to maintain the function of the normal at all times to enable accurate feedback control of the air-fuel ratio, there is an effect to prevent the air pollution due to the detection of the catalyst damage.
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