KR100345143B1

KR100345143B1 - 자동차의 산소센서 모니터링 방법

Info

Publication number: KR100345143B1
Application number: KR1020000025356A
Authority: KR
Inventors: 김용식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2002-07-24
Also published as: DE10122842A1; US6414590B2; JP2002004935A; KR20010104001A; US20020005776A1

Abstract

산소센서의 보정에 대한 학습치가 있는 경우, 운전 영역에 따른 기본 지연과 학습치의 차이에 따라 P-Jump Delay를 산소센서 모니터링 방법에 적용함으로써, 산소센서의 고장 인식을 보다 정확하게 하여 신뢰성을 향상시킴은 물론 빠른 시간내에 고장 수리가 이루어져 배기가스의 배출을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 산소센서 모니터링 방법을 제공할 목적으로;

현재 차량의 상태가 모니터링 조건인가를 판단하여, 현재의 조건이 모니터링 상태라면, 산소센서의 희박/농후 지속 시간을 측정하여 현재의 운전 영역에 따라 설정된 비교 테이블에서 산소센서 희박 지속 비교 시간/ 산소센서 농후 지속 비교 시간을 계산하고, 상기 지속 시간과 지속 비교 시간을 각각 누적시키면서 계속 카운트를 반복하여, 카운트 횟수가 일정값 이상일 때에는 실제 측정값과 비교값의 누적치를 비교하여 실제 측정값이 비교값 보다 크면, 산소센서의 고장으로 인식할 수 있도록 하되, 상기 지속 시간과 지속 비교 시간 누적 단계전에 산소센서의 열화 및 기능 저하에 따른 보상을 실시하거나 정확한 고장 판단을 위하여 P-Jump Delay를 실시함을 특징으로 하는 산소센서 모니터링 방법을 제공한다.

Description

자동차의 산소센서 모니터링 방법{AUTOMOTIVE O2 SENSOR MONITORING METHOD}

본 발명은 자동차의 배출가스 제어장치에 적용되는 프론트 산소센서의 고장시 이를 보상하여 줌과 동시에 정확하게 고장을 인식하여 경보함으로써, 빠른 시간내에 고장 수리가 이루어져 배기가스의 배출을 최소화하고 북미 및 유럽 시장의 배기가스 규제 법규중의 하나인 OBD 법규를 대응할 수 있도록 한 자동차의 산소센서 모니터링 방법에 관한 것이다.

예컨대, 자동차 배출가스는 대기오염의 주원인으로 지목 받게 되면서 공장에서 배출되는 매연, 유해 가스와 함께 엄격한 규제를 받고 있으며, 특히 북미 선진국에서는 자동차의 배출가스 규제 법규를 엄격하게 정하여 이에 적합한 자동차만 생산하거나 판매하도록 허가하고 있다.

이에 따라 각 자동차 생산 메이커에서는 배기가스의 배출을 최소화하면서 연비를 향상시킬 수 있는 전자제어식 가솔린 엔진을 개발하고 있으며, 이에 부응하는 기술적 수단의 하나로 배기 계통의 촉매 효율을 가장 좋은 상태로 유지시켜 전체적인 배기가스를 저감시킬 수 있도록 촉매의 전,후에 각각 산소센서를 적용하고 있다.

그리고 상기 산소센서의 고장시에는 이를 정확하게 인식하여 운전석에 있는 경고 수단으로 운전자에게 이를 빨리 알려줌으로써, 제때에 고장 수리가 이루어져 대기오염을 방지할 수 있도록 하고 있다.

이러한 산소센서 고장 인식 방법의 일예를 살펴보면, 이미 설정된 운전 영역(엔진 회전수, 부하)에서 산소센서의 희박/농후 지속(Lean/Rich Duration)을 측정하고, 그 운전 영역에서의 엔진 제어 유닛(ECU)에 입력되어 있는 비교 희박/농후 지속을 계산하여 일정 모니터 횟수 동안 누적시킨 상태에서 실제 측정값과 비교값의 누적치를 비교하여 실제 측정값이 비교값 보다 크면, 산소센서의 고장으로 인식할 수 있도록 하고 있다.

상기와 같은 종래 산소센서의 고장 인식 방법을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 3에서와 같이, 현재 차량의 상태가 모니터링 조건인가를 판단하여(S300), 현재의 조건이 모니터링 상태라면, 산소센서의 희박(L)/농후(R) 지속 시간을 측정하여 현재의 운전 영역에 따라 설정된 비교 테이블에서 산소센서 희박 지속 비교 시간(TL)/ 산소센서 농후 지속 비교 시간(TR)을 계산하게 된다(S310).

그리고 상기 지속 시간(L)(R)과 지속 비교 시간(TL)(TR)을 각각 누적시키면서(S320) 계속 카운트를 반복하여(S330), 카운트 횟수가 일정값 이상일 때에는(S340) 실제 측정값과 비교값의 누적치를 비교하여(S350) 실제 측정값이 비교값 보다 크면, 산소센서의 고장으로 인식할 수 있도록 하고 있다(S360).

물론, 상기에서 산소센서 희박 지속 비교 시간(TL)과 산소센서 농후 지속 비교 시간(TR)은 엔진의 회전수와 부하의 함수로 엔진 제어 유닛(ECU)내에 설정된 값이다.

그리고 상기와 같은 산소센서의 고장 인식 방법에는 프론트 산소센서의 열화 보상 로직{일반적으로 엔진제어유닛(ECU) 제조업체에서는 P-Jump Delay(Siemens사) 또는 PTV/ATV(Bosch사)로 칭하므로, 이하에서도 P-Jump Delay 라고 칭함)이 적용되고 있는데, 이의 P-Jump Delay 로직은 산소센서의 희박/ 농후 반전이 이루어질 때 공연비 컨트롤러의 피 게인(P gain)에 의한 반전이 일정 시간의 지연후에 이루어지도록 하는 로직이다.

즉, 엔진 공연비가 프론트 산소센서의 신호에 의해 기본적으로 제어되므로, 만약 프론트 산소센서의 기능 저하나 열화등의 문제가 발생되면, 이론 공연비로 제어할 수 없게 되는 바, 리어 산소센서의 신호를 이용하여 촉매를 지난 상태의 배기가스를 피드 백함으로써 프론트 산소센서의 열화 또는 기능 저하의 문제점을 보상할 수 있도록 한 것이다.

상기 P-Jump Delay의 개념은, 정상적인 상태에서는 도 4의 (A)에서와 같이, 산소센서가 희박에서 농후로 반전될 때 P gain 적용전 공연비 컨트롤러 지연시간(DLY_POS)과 산소센서가 농후에서 희박으로 반전될 때 P gain 적용전 공연비 컨트롤러 지연시간(DLY_NEG)을 주어 촉매 입장에서의 공연비를 제어하고자 하는 것이다.

공연비 컨트롤러의 네가티브(Negative) 방향의 지연시간(DLY_NEG)이나 포지티브(Positive) 방향의 지연시간(DLY_POS)은 각각 운전영역에 따라 엔진 회전수와 부하의 함수로 엔진제어유닛에 설정되어 있는 기본 설정값 POS나 NEG에 따라 제어된다.

또한, 상기한 바와 같이 프론트 산소센서가 기능 저하나 열화가 되면, 공연비가 농후하거나 희박한 상태로 되므로, 이를 보상하기 위한 학습 기능도 포함하고 있다.

일반적으로 촉매 프론트 센서가 열화되면, 공연비가 희박해지는 경향이 일반적이며, 이를 보상하기 위하여 학습치(PJ_AD)가 학습되어 포지티브 방향에서의 지연시간을 늘려 이론 공연비에 가깝도록 제어한다.

만약 프론트 산소센서의 열화로 인해 공연비가 희박한 것으로 판단되어 학습 기능에 의해 학습치(PJ_AD)가 일정값으로 저장되면, 공연비 컨트롤러의 포지티브 방향으로 지연을 더 주어야 하지만, 바로 포지티브 방향으로 적용하게 되면, 불필요하게 공연비 컨트롤러의 주기가 늘어나므로 이를 위해 일단 공연비 컨트롤러의네가티브 방향의 기본 설정값과 비교하게 되며, 학습치가 기본 설정값(NEG) 보다 작은 경우에는 도 4의 (B)에서와 같이 일단 연료량을 일정시간 동안 감소시키는 네가티브 방향의 지연에서 학습치 만큼 빼 주도록 설정되어 있다.

또한, 학습치가 네가티브의 기본 설정값 NEG보다 보다 큰 경우에는 네가티브 방향에 (-) 값의 지연이 적용되어야 하지만, 시간의 개념인 P-Jump delay는 (-)적용할 수 없으므로 도 4의 (C)에서와 같이, 그 차이만큼을 포지티브측에 더하여 주어 전체 공연비를 맞출 수 있도록 한 것이다.

이러한 개념으로 산소센서의 열화를 보상함에 있어서, 학습치가 기본으로 설정한 값 이상이면, 도 5에서와 같이 작동이 이루어지게 된다.

즉, 현재 차량의 산소센서의 조건이 P-Jump Delay 적용 조건이라고 판단되면(S400), 산소센서가 농후에서 희박으로 반전될 때 지연시간의 기본 설정 테이블 값(NEG)과 학습치(PJ_AD)의 차로서 산소센서가 농후에서 희박으로 반전될 때 P gain 적용전 공연비 컨트롤러 지연시간(DLY_NEG)을 연산한다(S410).

그리고 상기 DLY_NEG가 0 보다 큰 가를 판단하여, 크다고 판단되면(S420), 산소센서가 희박에서 농후로 반전될 때 P-Gain 적용전 공연비 컨트롤러 지연시간(DLY_POS)을 산소센서가 희박에서 농후로 반전될 때 지연시간의 기본 설정 테이블 값(POS)과 동일하게 하여(S430) 산소센서 희박/농후 반전에 따른 컨트롤 지연으로 적용한다.(S440)(도 4B참조)

또한, 상기 S420에서 DLY_NEG가 0 보다 작다고 판단되면 DLY_POS를 POS - NEG + PJ_AD, DLY_NEG = 0 (도 4C참조)으로 연산한 후, 산소센서 희박/농후 반전에따른 컨트롤 지연으로 적용하는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래 산소센서의 고장 인식 방법에 있어서는 상기 산소센서 P-Jump Delay의 학습치를 단순히 산소센서 농후 지속 비교 시간에만 반영되도록 설정되어 있는 바(도3의 S320), P-Jump Delay 학습치에 의해 영향을 받는 센서의 농후/희박 지속시간 영향을 적절히 보상하지 못함으로써 고장 판단의 신뢰성이 떨어진다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 학습치가 있는 경우, 운전영역에 따른 기본 지연과 학습치의 차이에 따라 P-Jump Delay를 산소센서 모니터링 방법에 적용함으로써, 산소센서의 고장 인식을 보다 정확하게 하여 신뢰성을 향상시킴은 물론 빠른 시간내에 고장 수리가 이루어져 배기가스의 배출을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 산소센서 모니터링 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명을 운용하기 위한 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 산소센서 모니터링 방법의 작동 흐름도.

도 3은 종래 산소센서 모니터링 방법의 작동 흐름도.

도 4는 프론트 산소센서의 고장시 보상 개념도로서,

(A)는 학습치가 없는 경우이며,

(B)는 학습치가 네가티브의 기본 설정치 보다 작은 경우이고,

(C)는 학습치가 네가티브의 기본 설정치 보다 큰 경우이다.

도 5는 프론트 산소센서의 보상 흐름도이다.

상기 목적을 실현하기 위하여, 현재 차량의 상태가 모니터링 조건인가를 판단하는 S100 단계와; 상기 S100 단계의 조건이 만족되면, 산소센서의 희박(L)/농후(R) 지속시간을 측정하여 현재의 운전영역에 따라 설정된 비교 테이블에서 산소센서 희박 지속 비교 시간(TL)/ 산소센서 농후 지속 비교 시간(TR)을 계산하는 S110 단계와; 상기 S110 단계 후 P-Jump Delay 학습치(PJ_AD)가 0 보다 큰가를 판단하는 S120 단계와; 상기 S120 단계에서 조건이 만족되면, 농후에서 희박으로의 P-gain 지연시간 기본값에 P-Jump Delay 학습이 반영된 시간(DLY_NEG)이 0 보다 큰가를 판단하는 S130 단계와; 상기 S130 단계의 조건이 만족되면, 포지티브에 대한 P-Jump Delay 학습 적용에 따른 보상 시간(L_COR)을 P-Jump Delay 학습치(PJ_AD)와 동일하게 하고, 네가티브에 대한 P-Jump Delay 학습 적용에 따른 보상 시간(R_COR)을 0 으로 연산하는 S140 단계와; 상기 S140 단계 진행후 산소센서의 희박 지속시간(L), 산소센서의 농후 지속시간(R), 산소센서의 희박 지속 비교 시간(TL), 산소센서의 농후 지속 비교 시간(TR)을 누적 연산하는 S150 단계와; 상기 S130 단계에서 건이 만족되지 않으면 L_COR과 R_COR을 0으로 보정하여 제6 단계로 진행시키는 S160 단계와; 상기 S140 단계에서 조건이 만족되지 않으면 L_COR은 농후에서 희박으로의 P-gain 지연 기본 설정 시간(NEG)과 동일하게 하고, R_COR은 P- Jump Delay 학습치(PJ_AD)와 NEG와의 차이로 보정하여 S150 단계로 진행시키는 S170 단계와; 상기 제6 단계까지의 반복 카운트를 실시하는 S180 단계와; 상기 반복 카운트가 일정값 이상인가를 판단하는 S190 단계와; 상기 S190 단계를 만족하면, 실제 측정값과 비교값의 누적치를 비교하여(S200) 실제 측정값 누적치(ΣL),(ΣR)가 비교값 누적치(ΣTL),(ΣTR) 보다 큰가를 판단하는 S200 단계와; 상기 S200 단계의 조건을 만족하면, 산소센서의 고장으로 인식하는 S210 단계로 이루어지는 자동차의 산소센서 모니터링 방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 운용하기 위한 블록도로서, 자동차 배기 계통의 촉매 전,후에 설치되는 프론트 및 리어 산소센서(2)(4)에서 신호가 엔진 제어 유닛(ECU)으로 입력되면, 엔진 제어 유닛(ECU)에서는 이들 신호와 입력되어진 데이터와 비교 판단하여 운전석에 배치되어 있는 경보 수단(6)을 작동시키는 구성을 갖는다.

그리고 상기 구성에 의한 작동은 기본적으로 프론트 산소센서(2)의 신호에 의하여 기본적으로 엔진 공연비가 기본적으로 제어되고, 상기 프론트 산소센서의 열화 또는 기능 저하로 공연비가 희박하게 제어되면 리어 산소센서(4)가 이를 감지하여 보상을 통해 공연비가 정상적으로 복원되도록 함과 동시에 경보 수단(6)의 작동에 의하여 운전자가 쉽게 산소센서의 고장을 인식하여 제때 고장 수리가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

이러한 작동이 이루어지는 본 발명의 제어 방법을 살펴보면 도2에서와 같이 이루어진다.

먼저, ECU에서는 현재 차량의 상태가 모니터링 조건인가를 판단하게 된다.(S100)

상기에서 모니터링 조건이라고 함은, 각종 센서나 액튜에이터의 고장이 없는 상태에서 촉매가 활성화 상태이고, 냉각 수온, 차속, 엔진 회전수, 흡입 공기량이 일정 범위내에 있음을 의미하는 것이다.

물론 상기 조건은 차량의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있으나, 대개 차속은 5 KM/H 이상 72 KM/H 이하, 엔진 회전수는 800 RPM 이상 2700RPM이하, 흡입 공기량은 160 mg/TDC 이상 260 mg/TDC 의 조건이다.

상기와 같은 조건이 만족되면, 산소센서의 희박(L)/농후(R) 지속시간을 측정하여 현재의 운전영역에 따라 설정된 비교 테이블에서 산소센서 희박 지속 비교 시간(TL)/ 산소센서 농후 지속 비교 시간(TR)을 계산하게 된다(S110).

그리고 P-Jump Delay 학습치(PJ_AD)가 0 보다 큰가를 판단하여(S120), 크다고 판단되면, 농후에서 희박으로의 P-gain 지연시간 기본값에 P-Jump Delay 학습이 반영된 시간(DLY_NEG)이 0 보다 큰가를 판단하게 된다(S130).

상기 S130에서 DLY_NEG가 0 보다 크다고 판단되면, 포지티브에 대한 P-Jump Delay 학습 적용에 따른 보상 시간(L_COR)을 P-Jump Delay 학습치(PJ_AD)와 동일하고, 네가티브에 대한 P-Jump Delay 학습 적용에 따른 보상 시간(R_COR)을 0 으로 연산한 후(S140), 산소센서의 희박 지속시간(L), 산소센서의 농후 지속시간(R), 산소센서의 희박 지속 비교 시간(TL), 산소센서의 농후 지속 비교 시간(TR)을 누적시키게 된다.(S150)

상기에서 L, R, TL, TR의 누적은

(ΣL) = (ΣL) + L

(ΣR) = (ΣR) + R

(ΣTL) = (ΣTL) + TL - L_COR

(ΣTR) = (ΣTR) + TR + R_COR 으로 연산된다.

그리고 상기 S120과 S130에서 조건이 만족되지 않으면 보정 단계를 거쳐 S150으로 진행되는데, 상기 S120에서 조건이 만족되지 않으면 L_COR과 R_COR을 0으로 보정한 후(S160), S150으로 진행되며, 상기 S130에서 조건이 만족되지 않으면 L_COR은 농후에서 희박으로의 P-gain 지연 기본 설정 시간(NEG)과 동일하게 하고,R_COR은 P- Jump Delay 학습치(PJ_AD)와 NEG와의 차이로 보정한 후(S170) S150으로 진행된다.

또한, S150에서와 같이 상기와 같이 지속시간(L)(R)과 비속 비교 시간(TL)(TR)을 각각 누적시키면서 계속 카운트를 반복하여(S180), 카운트 횟수가 일정값 이상일 때에는(S190) 실제 측정값과 비교값의 누적치를 비교하여(S200) 실제 측정값 누적치(ΣL),(ΣR)가 비교값 누적치(ΣTL),(ΣTR) 보다 크면, 산소센서의 고장으로 인식할 수 있도록 하고 있다(S210).

상기에서 S120, S130, S140, S160, S170의 단계는 보상 단계로서, P- Jump Delay의 기본 개념으로 보상이 이루어지게 함은 물론 산소센서(2)(4)의 고장을 보다 정확하게 판단할 수 있도록 한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 프론트 산소센서의 열화 또는 기능 저하로 학습치가 발생되면, 현재의 운전영역에 따른 기본 지연과 학습값에 따라 산소센서의 모니터링을 실시할 수 있도록 함으로써, 적절한 보상이 이루어짐과 동시에 산소센서의 고장을 정확히 판단할 수 있는 발명인 것이다.

Claims

현재 차량의 상태가 모니터링 조건인가를 판단하는 S100 단계와;

상기 S100 단계의 조건이 만족되면, 산소센서의 희박(L)/농후(R) 지속시간을 측정하여 현재의 운전영역에 따라 설정된 비교 테이블에서 산소센서 희박 지속 비교 시간(TL)/ 산소센서 농후 지속 비교 시간(TR)을 계산하는 S110 단계와;

상기 S110 단계 후 P-Jump Delay 학습치(PJ_AD)가 0 보다 큰가를 판단하는 S120 단계와;

상기 S120 단계에서 조건이 만족되면, 농후에서 희박으로의 P-gain 지연시간 기본값에 P-Jump Delay 학습이 반영된 시간(DLY_NEG)이 0 보다 큰가를 판단하는 S130 단계와;

상기 S130 단계의 조건이 만족되면, 포지티브에 대한 P-Jump Delay 학습 적용에 따른 보상 시간(L_COR)을 P-Jump Delay 학습치(PJ_AD)와 동일하게 하고, 네가티브에 대한 P-Jump Delay 학습 적용에 따른 보상 시간(R_COR)을 0 으로 연산하는 S140 단계와;

상기 S140 단계 진행후 산소센서의 희박 지속시간(L), 산소센서의 농후 지속시간(R), 산소센서의 희박 지속 비교 시간(TL), 산소센서의 농후 지속 비교 시간(TR)을 누적 연산하는 S150 단계와;

상기 S130 단계에서 건이 만족되지 않으면 L_COR과 R_COR을 0으로 보정하여 제6 단계로 진행시키는 S160 단계와;

상기 S140 단계에서 조건이 만족되지 않으면 L_COR은 농후에서 희박으로의 P-gain 지연 기본 설정 시간(NEG)과 동일하게 하고, R_COR은 P- Jump Delay 학습치(PJ_AD)와 NEG와의 차이로 보정하여 S150 단계로 진행시키는 S170 단계와;

상기 제6 단계까지의 반복 카운트를 실시하는 S180 단계와;

상기 반복 카운트가 일정값 이상인가를 판단하는 S190 단계와;

상기 S190 단계를 만족하면, 실제 측정값과 비교값의 누적치를 비교하여(S200) 실제 측정값 누적치(ΣL),(ΣR)가 비교값 누적치(ΣTL),(ΣTR) 보다 큰가를 판단하는 S200 단계와;

상기 S200 단계의 조건을 만족하면, 산소센서의 고장으로 인식하는 S210 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 산소센서 모니터링 방법.
청구항 1에 있어서, S150 단계의 L, R, TL, TR의 누적은

(ΣL) = (ΣL) + L

(ΣR) = (ΣR) + R

(ΣTL) = (ΣTL) + TL - L_COR

(ΣTR) = (ΣTR) + TR + R_COR 으로 연산함을 특징으로 하는 자동차의 산소센서 모니터링 방법.