KR100333868B1 - 촉매 및 산소 센서의 고장 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법에 관한 것이다. 모델링 방법은 엔진이 점화되도록 키 온한 후에, 테이블(Tm, Ta)에 따라서 초기 촉매 온도를 모델링하는 단계와; 엔진의 작동이 시작되었을 때, 스로틀 밸브의 개방 유무를 판단하는 단계와; 스로틀 밸브가 개방되었을 때, 테이블(rpm,Ma) 및 테이블(Vs)과 각각의 스로틀 밸브 개방 적분 상수를 이용하여 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링하는 단계와; 스로틀 밸브가 개방되지 않았을 때 연료 공급량의 유무를 감지하여, 연료 공급량의 유무에 따라서, 테이블(rpm,Ma) 및 테이블(Vs)과 각각의 연료 공급 및 차단 적분 상수를 이용하여 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링하는 단계를 포함하며; 테이블(Tm, Ta)은 점화가 온되었을 때 계산되는 외기 온도(Ta)와 엔진 수온(Tm)에 따른 촉매 온도 테이블이며, 테이블(rpm,Ma)은 운전중에 계산되는 엔진 회전수와 흡입공기량에 따른 촉매 온도 테이블이며, 테이블(Vs)은 주행풍을 고려하기 위한 차속에 따른 온도 보정값 테이블이다.
Description
본 발명은 자동차의 배기가스 대책시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스 대책시스템에 사용되는 촉매 및 산소(O2) 센서의 고장 진단을 정확히 판단할 수 있도록 배기계의 온도를 모델링하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서 발생되는 대기 오염 물질은 배기계로부터의 배출 가스와 그 외의 부위에서 배출되는 블로바이 가스 및 증발 가스로 분류된다. 배출 가스 중에는 CO, HC, NOx가 함유되고, 또한 블로바이 가스와 증발 가스의 대부분은 HC이다.
한편, 이러한 자동차 배기 가스로 인한 환경 오염을 방지하기 위해, 자동차 배기 가스 규제가 강화되고 있으며, 비교적 배기량이 큰 엔진에서는 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR)장치나 점화시기 제어장치와 같은 사전처리만에 의한 방식이 있으나, 이러한 장치는 그 크기가 매우 커서, 엔진성능(출력성능, 연비성능 등)이 크게 떨어져 버리는 단점이 있었다.
따라서, 사전처리는 될 수 있는 한 가벼운 정도로 하고, 엔진 성능을 중시하여 배출해 버린 NOx를 대기에 배출되기까지 배기계통에서 사후처리하는 3원 촉매 방식이 현재는 주류를 이룬다.
3원 촉매는 배기계통에서 배출해 버린 CO, HC, NOx 등의 유해성분을 일종의 촉매로 무해화시키는 것으로, CO, HC에 대해서는 촉매에 의한 산화를 NOx에 대해서는 촉매에 의한 환원반응을 이용하고 있다.
이러한 3원 촉매 컨버터는 펠릿형식 , 모노리스형식 등이 있으나, 어느 것이든간에 촉매는 알루미나 담체에 백금과 소량의 리듐을 혼합한 것이 표면에 소성되어 있다. 여기서, 백금은 주로 CO, HC의 산화작용에 대해서, 리듐은 주로 NOx의 환원작용에 대해 이용된다.
이렇게 3원 촉매는 배기가스 중의 CO, HC, NOx의 3가지 성분을 하나의 촉매로, 동시에 처리할 수 있는 능력을 갖고 있다. 이러한 3원 촉매로서의 성능을 최대한 발휘시키기 위해서는 혼합기의 공연비를 모든 조건하에서 언제나 이론 공연비(λ= 1) 부근의 범위에서 정확히 유지해 주어야 한다.하지만, 기관의 모든 운전조건에서 'λ= 1' 부근의 좁은 영역으로 공연비를 유지한다는 것은 최신식 분사제어장치로도 불가능하다. 이런 이유에서 공연비 제어(Lambda closed loop control)가 필요하게 되고, 기관에 공급되는 혼합기가 공연비 제어 시스템에 의해 공연비 'λ= 1'부근의 좁은 영역내에서 제어된다.공연비를 'λ= 1' 부근으로 유지하기 위해 배기가스 중의 산소농도를 측정하고, 이 측정값에 근거하여 연료 분사량을 그 때마다 수정하여야 한다.배기가스 중의 산소농도를 측정하는 데는 산소센서가 이용된다. 이 센서는 공연비 'λ= 1'를 기준으로 하여 공연비가 그 보다 높거나 낮을 경우에 출력전압신호가 급격히 변화하는 특성을 가진다. 한편, 산소센서의 출력특성이 안정되는 작동온도는 약 600℃ 정도이고, 혼합비의 변화에 따른 전압변화의 응답속도는 온도의 영향을 크게 받는다. 센서의 온도가 300℃ 이하일 경우에 반응속도는 초단위이지만, 약 600℃ 정도의 정상작동온도 범위에서는 50 ms(밀리초) 이내에 반응한다. 이러한 이유때문에 산소 센서의 온도가 300℃ 이하일 경우에는 제어회로가 기능하지 않도록 한다. 그러나, 온도가 지나치게 높으면 센서의 수명을 단축시키게 되어, 전부하로 기관을 계속 운전할 경우에도 센서의 온도가 850℃를 초과하지 않을 위치에 센서를 설치해야 한다. 따라서, 센서의 최저 작동온도는 300℃이며, 600℃가 최적 상태이고, 850℃ 이상이 되면 기능이 저하된다.
한편, 이러한 배기 가스를 정화하는 촉매의 진단은 촉매 전후에 제공되는 산소 센서의 신호의 진폭비를 계산하여 촉매의 열화 정도를 판단하고, 또한 산소 센서의 고장 유무는 단순히 전기적인 단선, 단락의 문제와, 전기적인 고장외에 센서의 기능 불량 즉, 전기적으로는 문제가 없으나 센서가 피독 또는 열화(열화되어 정상적인 기능을 할 수 없을 때)에 대한 고장 진단 방법이 제안되었다.
그러나, 이러한 것은 엔진의 시동 후에, 충분히 워밍업되지 않았을 때(O2센서가 활성화 되지 않았을 때) 오진단(정상 또는 고장이라고 판정하는)하는 경우가 있으며, 엔진이 장시간 동안 공회전하거나 내리막길에서 장시간 타력 주행할 때, 진단 변수들의 정도가 떨어짐으로써 오진단하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 다수의 입력 신호에 의거하여, 촉매, 및 촉매의 전, 후단에 설치되는 O2센서와 같은 자동차의 배기계의 온도를 모델링하여 워밍업 전에는 촉매 및 O2센서의 고장 진단을 중단함으로써, 촉매 및 산소센서의 고장 진단의 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 하는 촉매 및 O2센서의 고장 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법을 수행하기 위한 제어 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법을 수행하는 흐름도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 전자 제어 장치
상기된 바와 같은 목적은, 엔진이 점화되도록 키 온한 후에, 테이블(Tm, Ta)에 따라서 초기 촉매 온도를 모델링하는 단계와; 엔진의 작동이 시작되었을 때, 스로틀 밸브의 개방 유무를 판단하는 단계와; 상기 스로틀 밸브가 개방되었을 때, 테이블(rpm,Ma) 및 테이블(Vs)과 각각의 스로틀 밸브 개방 적분 상수를 이용하여 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링하는 단계와; 스로틀 밸브가 개방되지 않았을 때 연료 공급량의 유무를 감지하여, 연료 공급량의 유무에 따라서, 테이블(rpm,Ma) 및 테이블(Vs)과 각각의 연료 공급 및 차단 적분 상수를 이용하여 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링하는 단계를 포함하며; 테이블(Tm, Ta)은 점화가 온되었을 때 계산되는 외기 온도(Ta)와 엔진 수온(Tm)에 따른 촉매 온도 테이블이며, 테이블(rpm,Ma)은 운전중에 계산되는 엔진회전수와 흡입공기량에 따른 촉매 온도 테이블이며, 테이블(Vs)은 주행풍을 고려하기 위한 차속에 따른 온도 보정값 테이블인 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법에 의하여 달성될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법을 수행하기 위한 제어 시스템의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 제어 장치(1)에는 자동차의 각종 센서에 의하여 감지된 외기온도(Ta), 엔진으로 흡입되는 공기량(Ma), 스로틀 밸브의 개도(△T), 엔진수온(Tm), 엔진 회전수(rpm), 차속(Vs), 및 엔진으로 공급되는 연료 공급량(Mf)이 입력된다.
전자 제어 장치(1)는 상기된 바와 같은 다양한 입력 신호에 따라서, 도 2에 도시된 바와 같은 순서에 따라서 촉매, 촉매 전방 및 후방의 O2센서에 대한 온도를 모델링한다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 및 O2
여기서, 상기 표 1의 각 수치는 다양한 설계 조건 및 다양한 변수 들에 의해 변경될 수도 있다.
| Tm ＼ Ta | -40 | -20 | 0 | 20.25 | 40 | 60 |
| -40 | 0.8 | 0.82 | 0.86 | 0.9 | 1 | 1.1 |
| -20 | 0.82 | 0.84 | 0.88 | 0.92 | 1.02 | 1.12 |
| 0 | 0.84 | 0.86 | 0.9 | 0.94 | 1.04 | 1.14 |
| 20 | 0.86 | 0.88 | 0.92 | 0.96 | 1.06 | 1.16 |
| 50 | 0.88 | 0.9 | 0.94 | 0.98 | 1.08 | 1.18 |
| 90 | 0.9 | 0.92 | 0.96 | 1 | 1.1 | 1.2 |
이러한 상태에서, 엔진의 작동이 시작되었을 때(S3), S4단계에서, 스로틀 밸브 개도(△T)의 상태가 체크되며, 스로틀 밸브가 개방되었을 때, 즉 스로틀 밸브의 개도(△T)가 0보다 클 때, 촉매의 온도 모델링(TC1), 촉매의 전방에 위치되는 O2센서의 온도 모델링(TAC1) 및 촉매의 전방에 위치되는 O2센서의 온도 모델링(TBC1)이 다음 각 식과 같이 수행된다(S6).
TC1 = TC(n-1) + α1{(테이블(rpm,Ma) X 테이블(Vs) X 테이블(Tm,Ta)},
TAC1 = TAC(n-1) + (1-β1)ㆍTC1
TBC1 = TBC(n-1) +(1- γ1)ㆍTC1이다.
| rpm＼Ma | idle | 10% | 20% | 30% | 40% | 50% | 70% | 100% |
| 750 | 365 | 366 | 371 | 382 | 425 | 502 | 547 | 549 |
| 1000 | 410 | 415 | 420 | 462 | 509 | 608 | 670 | 680 |
| 1500 | 472 | 488 | 501 | 533 | 596 | 676 | 760 | 780 |
| 2000 | 532 | 545 | 569 | 620 | 668 | 735 | 800 | 850 |
| 3000 | 660 | 672 | 681 | 726 | 770 | 826 | 880 | 910 |
| 4000 | 730 | 746 | 758 | 802 | 832 | 883 | 920 | 950 |
| 5000 | 734 | 795 | 830 | 857 | 895 | 970 | 1000 | 1030 |
| 6000 | 853 | 840 | 885 | 920 | 950 | 980 | 1020 | 1060 |
| Vs | 0 | 20 | 40 | 80 | 120 | 160 |
| 1 | 1 | 0.98 | 0.96 | 0.94 | 0.92 |
여기서, 상기 표 3의 각 수치는 다양한 설계 조건 및 다양한 변수 들에 의해 변경될 수도 있다.또한, α1은 운전중에 촉매온도 계산을 위한 적분 상수로서 온도 증가 인자이며, β1은 운전중에 촉매 전방 온도 계산을 위한 적분 상수로서 온도 증가 인자이며, γ1 운전중에 촉매 후방 온도 계산을 위한 적분 상수로서 온도 증가 인자이다.
한편, 단계 S4에서, 스로틀 밸브가 개방되지 않았을 때, 연료 공급량(Mf)의 유무를 감지하며(S5), 연료 공급량의 유무에 따른 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링한다. 즉, S5 단계에서, 연료 공급량(Mf)이 있는 경우에, 바꾸어 말하면 연료 공급량(Mf)이 0보다 클 때, 촉매의 온도 모델링(TC2), 촉매의 전방에 위치되는 O2센서의 온도 모델링(TAC2) 및 촉매의 전방에 위치되는 O2센서의 온도 모델링(TBC2)이 다음의 각 식과 같이 수행된다(S7).
TC2 = TC(n-1) + α2{(테이블(rpm,Ma) X 테이블(Vs) X 테이블(Tm,Ta)},
TAC2 = TAC(n-1) + (1-β2)ㆍTC2
TBC2 = TBC(n-1) +(1- γ2)ㆍTC2이다.
여기에서, α2는 스로틀 밸브가 닫혔으나 연료가 공급되는 경우의 촉매의 적분 상수이며, β2는 스로틀 밸브가 닫혔으나 연료가 공급되는 경우의 촉매 전방의 적분 상수이며, γ2는 스로틀 밸브가 닫혔으나 연료가 공급되는 경우의 촉매 후방의 적분 상수이다.
그러나, S5 단계에서, 연료 공급량(Mf)이 없는 경우에, 바꾸어 말하면 연료 공급량(Mf)이 0보다 작을 때, 촉매의 온도 모델링(TC3), 촉매의 전방에 위치되는 O2센서의 온도 모델링(TAC3) 및 촉매의 전방에 위치되는 O2센서의 온도 모델링(TBC3)이 수행된다(S8).
TC3 = TC(n-1) + α3{(테이블(rpm,Ma) + 테이블(Vs) + 테이블(Tm,Ta)},
TAC3 = TAC(n-1) + (1-β3)ㆍTC2
TBC3 = TBC(n-1) +(1- γ3)ㆍTC2이다.
여기에서, α3은 스로틀 밸브가 닫혔으며 연료의 공급이 차단된 경우의 촉매의 적분 상수이며, β3는 스로틀 밸브가 닫혔으며 연료의 공급이 차단된 경우의 촉매 전방의 적분 상수이며, γ3는 스로틀 밸브가 닫혔으며 연료의 공급이 차단된 경우의 촉매 후방의 적분 상수이다.
상기된 바와 같은 본 발명에 따른 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법에 의하면, 외기온, 흡입 공기량, 스로틀 밸브의 개도, 시동시 엔진수온, 연료공급중단신호 등과 같은 다수의 입력 신호에 의거하여, 촉매, 및 촉매의 전, 후단에 설치되는 O2센서와 같은 자동차 배기계의 온도를 모델링하여 워밍업 전에는 촉매 및 O2센서의 고장 진단을 중단함으로써, 고장 진단의 신뢰도가 향상될 수 있다.
Claims (1)
- 엔진이 점화되도록 키 온한 후에, 테이블(Tm, Ta)에 따라서 초기 촉매 온도를 모델링하는 단계와;엔진의 작동이 시작되었을 때, 스로틀 밸브의 개방 유무를 판단하는 단계와;상기 스로틀 밸브가 개방되었을 때, 테이블(rpm,Ma) 및 테이블(Vs)과 각각의 스로틀 밸브 개방 적분 상수를 이용하여 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링하는 단계와;스로틀 밸브가 개방되지 않았을 때 연료 공급량의 유무를 감지하여, 연료 공급량의 유무에 따라서, 테이블(rpm,Ma) 및 테이블(Vs)과 각각의 연료 공급 및 차단 적분 상수를 이용하여 촉매 온도 모델링 및 촉매 전후의 O2센서의 온도를 모델링하는 단계를 포함하며;테이블(Tm, Ta)은 점화가 온되었을 때 계산되는 외기 온도(Ta)와 엔진 수온(Tm)에 따른 촉매 온도 테이블이며, 테이블(rpm,Ma)은 운전중에 계산되는 엔진 회전수(rpm)와 흡입공기량(Ma)에 따른 촉매 온도 테이블이며, 테이블(Vs)은 주행풍을 고려하기 위한 차속에 따른 온도 보정값 테이블인 것을 특징으로 하는 촉매 및 O2센서의 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법.
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| KR1019990039687A KR100333868B1 (ko) | 1999-09-15 | 1999-09-15 | 촉매 및 산소 센서의 고장 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법 |
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ID=19611742
Family Applications (1)
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| KR1019990039687A KR100333868B1 (ko) | 1999-09-15 | 1999-09-15 | 촉매 및 산소 센서의 고장 진단을 위한 배기계 온도 모델링 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101592776B1 (ko) * | 2014-10-21 | 2016-02-18 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배기온도센서 조작 감지장치 및 방법 |
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- 1999-09-15 KR KR1019990039687A patent/KR100333868B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR20010027779A (ko) | 2001-04-06 |
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