KR100354031B1 - A method for monitoring catalytic of vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매의 온도를 모니터링하고 이 모니터링된 촉매 온도를 촉매 활성화 수준과 비교하여 촉매의 성능을 판단함으로써 촉매 모니터링에 신뢰성을 갖도록 한 차량의 촉매 모니터링 방법에 관한 것으로,The present invention relates to a method for monitoring a catalyst in a vehicle which makes the catalyst monitoring reliable by monitoring the temperature of the catalyst and comparing the monitored catalyst temperature with the catalyst activation level to determine the performance of the catalyst.
본 발명은 엔진 시동이 시작되면 촉매의 실측 온도를 측정하고 상기 측정된 실측 온도가 촉매의 활성화 온도 조건인가를 판단하여 실측 온도가 비활성 온도 조건이면 임의로 기설정된 촉매 모델 온도 로직으로 운전 조건과 흡입 공기량, 점화시기를 계산하여 이상적인 촉매의 모델 온도를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 촉매 모델 온도가 활성화 온도 조건에 도달하면 실측 온도와 모델 온도와의 차를 계산하고, 임의로 기설정된 온도와 비교하여 촉매 활성화 지연 비트 처리 및 저장하는 단계와; 상기 촉매 베드에서 측정된 실측 온도가 촉매의 활성화 온도 조건이면 이전 운전 싸이클에서 촉매 활성화 비트 처리 및 저장하는 단계와; 상기 단계에서 촉매 활성화 지연 비트 처리 및 저장된 상태에서 촉매의 모니터 조건을 판단하여 촉매의 산소 저장 능력을 모니터링 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention measures the measured temperature of the catalyst when the engine starts, and determines whether the measured measured temperature is the activation temperature condition of the catalyst. If the measured temperature is an inert temperature condition, the operating condition and the intake air amount are arbitrarily set by the predetermined catalyst model temperature logic. Calculating the model temperature of the ideal catalyst by calculating the ignition timing; Calculating a difference between the measured temperature and the model temperature when the catalyst model temperature reaches the activation temperature condition, and processing and storing the catalyst activation delay bit in comparison with a predetermined temperature; Processing and storing the catalyst activation bit in a previous operating cycle if the measured temperature measured in the catalyst bed is an activation temperature condition of the catalyst; In this step, the catalyst activation delay bit processing and the storage condition of the catalyst in the stored state is determined by monitoring the oxygen storage capacity of the catalyst.
Description
본 발명은 차량의 촉매 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매의 온도를 모니터링하고 이 모니터링된 촉매 온도를 촉매 활성화 수준과 비교하여 촉매의 성능을 판단함으로써 촉매 모니터링에 신뢰성을 갖도록 한 차량의 촉매 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring a catalyst of a vehicle. More particularly, the present invention relates to a catalyst of a vehicle, which monitors the temperature of the catalyst and compares the monitored catalyst temperature with a catalyst activation level to determine the performance of the catalyst. It is about a monitoring method.
통상적으로 차량의 촉매는 엔진으로부터 배출된 유해 성분의 배기가스를 배기 계통에서 산화 및 환원 반응으로 정화시켜 배출하는 작용을 한다.Typically, the catalyst of the vehicle serves to purify the exhaust gas of harmful components emitted from the engine by oxidizing and reducing reactions in the exhaust system.
그러므로 북미나 유럽에서는 배기가스 배출과 관련된 부품들의 고장이나 기능 저하를 판단할 수 있는 장치나 로직을 갖추도록 법규로서 규제하고 있다.Therefore, in North America and Europe, regulations are regulated to have a device or logic that can determine the failure or deterioration of components related to exhaust emissions.
이러한 법규 중의 한 항목인 촉매 모니터링에 대한 방법으로, 대부분의 촉매 모니터링에 사용하는 방법은 촉매의 산소 저장 능력(OXYGEN STORAGE CAPACITY)을 하나의 지수로서 수치화하여 촉매로서의 기능이 어느 정도인가를 판단하고 있다.As a method for catalyst monitoring, which is one of the regulations, the method used for most catalyst monitoring quantifies the OXYGEN STORAGE CAPACITY of the catalyst as an index to determine how much it functions as a catalyst. .
물론 모니터링 방법은 각 배기가스 배출 관련 부품 업체에 따라 다르지만 원리는 촉매의 산소 저장 능력(OSC)이 어떤 상태인가로 판단하여 촉매의 기능을 점검하도록 되어 있다.Of course, the monitoring method is different depending on each exhaust gas manufacturer, but the principle is to determine the state of the catalyst's oxygen storage capacity (OSC) to check the function of the catalyst.
그 일예로서 지멘스(SIEMENS)사의 촉매 모니터링 방법을 설명하면, 상기 지멘스사의 촉매 모니터링 방법은 역시 산소 저장 능력(OSC)을 판단하는 것으로, 그 실시 방법은 촉매 전단의 산소센서와 촉매 후단 산소센서의 희박(LEAN) / 농후(RICH)지속시간을 계산하여, 전후단 산소센서의 희박(LEAN)지속시간비, 농후(RICH)지속시간비를 각각 이용하는 것으로 특징 지울 수 있다.As an example, Siemens (SIEMENS) catalyst monitoring method, the Siemens catalyst monitoring method is also to determine the oxygen storage capacity (OSC), the implementation method is the lean of the oxygen sensor in the front end of the catalyst and the oxygen sensor in the rear end of the catalyst It is characterized by calculating the LEAN / RICH duration and using the LAN duration ratio and the RICH duration ratio of the front and rear oxygen sensors, respectively.
도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이, 촉매의 모니터링 조건에 진입하면, 촉매 전단 센서의 1 싸이클을 기준으로 촉매 전후단 산소센서의 농후/희박의 시간을 계측하여 촉매 전후단의 농후 시간비와 희박 시간비를 계산한다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the catalyst monitoring condition is entered, the rich / lean time ratio of the catalyst before and after the catalyst is measured based on one cycle of the catalyst shear sensor. Calculate the lean time ratio.
이어서 상기 계산된 촉매 전후단의 농후 시간비와 희박 시간비를 최소값으로 촉매 열화지수를 산출하고, 이 산출된 최소값 촉매 열화지수를 누적하고 회수를 저장하여 임의로 설정된 소정 모니터 회수를 수행한 후 촉매의 기능 저하 및 고장 인식을 판단하도록 로직이 구성되어 있다.Subsequently, the catalyst deterioration index is calculated using the calculated rich time ratio and the lean time ratio at the minimum before and after the catalyst, and the accumulated minimum catalyst deterioration index is accumulated and stored to perform a predetermined monitor recovery. Logic is configured to determine degradation and fault recognition.
이때 상기 산출된 최소값 촉매 열화지수를 누적하고 회수를 저장은 정상적인 산소 저장 능력 기능을 갖는 촉매는 촉매 전단의 산소센서의 출력값의 변동주기 보다 촉매 후단 산소센서의 주기가 굉장히 느리므로, 즉 촉매 전단 산소센서의 1 싸이클을 기준으로 촉매 후단 산소센서는 농후하거나 희박하거나 둘중의 하나가 되며 농후 시간비나 희박 시간비 중의 하나는 각각 0 또는 2 에 가까운 값이 나오게 되어 결국 촉매 열화지수에 누적되는 값은 최속값인 0 에 가까운 값이 누적되게 된다.At this time, the catalyst having a normal oxygen storage capability accumulates the calculated minimum catalyst deterioration index and stores the recovery, since the cycle of the oxygen sensor at the rear end of the catalyst is much slower than the change cycle of the output value of the oxygen sensor at the front end of the catalyst, that is, the catalyst shear oxygen. Based on one cycle of the sensor, the oxygen sensor at the rear end of the catalyst is either rich, lean, or one of the two. One of the rich or lean time ratios is close to 0 or 2, respectively, and the value accumulated in the catalyst deterioration index is the fastest. Values close to zero, the value, are accumulated.
만약 촉매가 정상적이지 않은 경우라면 촉매 전후단 산소센서의 주기는 거의 동일하므로 농후, 희박 시간비가 둘다 1 에 가까운 값이 나오게 되며, 최소값을 취하더라도 1 에 가까운 값이 누적되어 촉매 열화지수가 증가하므로 촉매의 산소 저장 능력 기능에 대한 변별력이 생긴다.If the catalyst is not normal, the oxygen sensor cycles before and after the catalyst are almost the same, so the rich and lean time ratios are both close to 1, and even if the minimum value is taken, the value close to 1 accumulates and the catalyst deterioration index increases. Discrimination arises for the function of the oxygen storage capacity of the catalyst.
이와 같이 종래의 촉매 모니터링 방법은 촉매의 산소 저장 능력(OSC)에 대한 변별력으로 촉매의 성능을 가늠하므로 활성화된 상태에서의 촉매 정화 능력을 측정할 수 있으나, 배기가스 배출량에 지배적인 부분인 촉매 활성화되기 전에 상태에서의 배출량을 알수 없는 문제점이 있다.As such, the conventional catalyst monitoring method measures the catalyst performance by the ability of the catalyst to discriminate against the oxygen storage capacity (OSC) of the catalyst, so that the catalyst purification ability in the activated state can be measured. There is a problem that the emissions from the state are not known before it becomes possible.
촉매의 성능을 대표하는 특성으로서 활성화가 얼마나 빨리 이루어지는가를 알 수 있는 T 50 (정화율 50%에 도달하는 촉매의 온도/ 촉매 활성화 온도에 대한 특성)과, 공연비의 변동폭에 대한 촉매의 정화 성능을 알 수 있는 촉매의 정화 밴드(BAND)가 있다. 현재 대부분의 배기가스 배출 관련 부품 업체에서 촉매 모니터링 방법으로 채택하고 있는 촉매의 산소 저장 능력(OSC)을 기준으로는 촉매의 정화 밴드에 대한 특성을 반영할 수는 있지만, 촉매가 얼마나 빨리 활성이 되는지를 정확히 알수 없으므로 배기 가스 배출량과의 상관관계에 대한 의미를 부여할 수 없다는 것이다.As a representative characteristic of the performance of the catalyst, the T 50 (characteristic of the catalyst temperature / catalyst activation temperature reaching 50% purification rate) and the purification performance of the catalyst with respect to the fluctuation range of the air-fuel ratio are shown. There is a known purification band (BAND) of the catalyst. The catalyst's oxygen storage capacity (OSC), which is currently adopted by most exhaust component manufacturers as a catalyst monitoring method, may reflect the characteristics of the catalyst's purification band, but how quickly the catalyst becomes active. Since it is not known exactly, it cannot give meaning to the correlation with the emissions.
실제로 에프 티 피(FTP)나 배기모드로 주행했을 때 촉매가 활성화되기 전에 배출되는 것이 전체 배기 결과의 대부분이므로 촉매의 활성화 시간이 배기 결과를 대변한다고 할 수 있다.In fact, when the vehicle is operated in the FTP or exhaust mode, the catalyst is activated before the catalyst is activated. Therefore, the activation time of the catalyst represents the exhaust result.
일예로 촉매의 산소 저장 능력 기능을 가지는 물질인 산화 세륨(Ceria)을 없앤 상황에서도 탄화수소(HC)에 대한 촉매의 정화율은 90% 이상이며, 일산화탄소(C0), 질산화물(NOx)에 대한 정화율도 70~80% 수준이다.For example, even when cerium oxide (Ceria), which is a material having an oxygen storage capability of the catalyst, is removed, the purification rate of the catalyst for hydrocarbon (HC) is 90% or more, and the purification rate for carbon monoxide (C0) and nitrate (NOx) is also higher. 70-80%.
현재 촉매 모니터링 규제는 탄화수소(HC)에만 대한 것이므로 촉매 산소 저장 능력이 떨어져 기존 모니터링 방법으로 고장이나 기능 저하품이라 판단되더라도 배기가스를 충분히 정화할 수 있는 기능을 갖고 있다고 볼 수 있는 것이다.Currently, the catalyst monitoring regulation is only for hydrocarbons (HC), so the catalytic oxygen storage capacity is low, so even if it is considered to be a malfunction or a deterioration product by the existing monitoring method, it has a function to sufficiently clean the exhaust gas.
그럼에도 불구하고 고장이나 기능 저하로 판단하지 않아도 될 촉매를 단순히 산소 저장 능력이 저하되었다고 촉매의 기능이 상실된 것으로 판단하는 문제점을 가지고 있었다.Nevertheless, the catalyst which does not have to be determined as a failure or deterioration has a problem in that the function of the catalyst is lost because the oxygen storage capacity is lowered.
따라서 본 발명의 목적은 촉매의 온도를 모니터링 하여 엔진 운전 조건에 따라 정상적인 촉매의 경우에 예상되어지는 모델 촉매 온도와 실측된 촉매 온도를 서로 비교하여 촉매 성능을 판단하도록 함으로써, 촉매 성능 모니터링에 신뢰성을 부여하고자 하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to monitor the temperature of the catalyst to compare the model catalyst temperature and the measured catalyst temperature expected in the case of the normal catalyst according to the engine operating conditions to determine the catalyst performance, thereby improving the reliability of the catalyst performance monitoring To grant.
도 1은 종래 촉매 모니터링 방법에 대한 플로우챠트.1 is a flow chart for a conventional catalyst monitoring method.
도 2는 본 발명 촉매 모니터링 방법에 대한 제어 블록도.2 is a control block diagram of the catalyst monitoring method of the present invention.
도 3은 본 발명 촉매 모니터링 방법에 대한 플로우챠트.3 is a flow chart for the catalyst monitoring method of the present invention.
도 4는 본 발명 촉매 모델 온도에 대한 플로우챠트.4 is a flow chart for the inventive catalyst model temperature.
도 5는 본 발명에 이용되는 정화율에 따른 촉매 온도 그래프.5 is a catalyst temperature graph according to the purification rate used in the present invention.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 엔진 시동이 시작되면 촉매의 실측 온도를 측정하는 단계와; 상기 단계에서 측정된 실측 온도가 촉매의 활성화 온도 조건인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 실측 온도가 비활성 온도 조건이면 임의로 기설정된 촉매 모델 온도 로직으로 운전 조건과 흡입 공기량, 점화시기를 계산하여 이상적인 촉매의 모델 온도를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 촉매 모델 온도가 활성화 온도 조건에 도달하면 실측 온도와 모델 온도와의 차를 계산하고, 임의로 기설정된 온도와 비교하여 촉매 활성화 지연 비트 처리 및 저장하는 단계와; 상기 촉매 베드에서 측정된 실측 온도가 촉매의 활성화 온도 조건이면 이전 운전 싸이클에서 촉매 활성화 비트 처리 및 저장하는 단계와; 상기 단계에서 촉매 활성화 지연 비트 처리 및 저장된 상태에서 산소 저장 능력 모니터 조건인가를 판단하여 촉매 전단 센서의 1 싸이클을 기준으로 촉매 전후단 산소센서의 농후/희박의 지속시간을 계측하여 촉매 전후단의 농후 지속시간비와 희박 지속시간비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 촉매 전후단의 농후/희박 지속시간비를 최소값으로 촉매 열화지수를 산출하고, 이 산출된 최소값 촉매 열화지수를 누적하고 회수를 저장하여 임의로 설정된 소정 모니터 회수를 수행한 후 촉매의 기능 저하 및 고장 인식을 판단하는 단계로 이루어진다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of measuring the measured temperature of the catalyst when the engine starts; Determining whether the measured temperature measured in the step is an activation temperature condition of the catalyst; Calculating a model temperature of an ideal catalyst by calculating operating conditions, intake air amount, and ignition timing using a predetermined catalyst model temperature logic if the measured temperature is an inert temperature condition; Calculating a difference between the measured temperature and the model temperature when the catalyst model temperature reaches the activation temperature condition, and processing and storing the catalyst activation delay bit in comparison with a predetermined temperature; Processing and storing the catalyst activation bit in a previous operating cycle if the measured temperature measured in the catalyst bed is an activation temperature condition of the catalyst; In this step, it is determined whether the oxygen storage capacity is monitored under the catalyst activation delay bit processing and stored state, and the rich / lean duration of the oxygen sensor before and after the catalyst is measured based on one cycle of the catalyst front end sensor. Calculating a duration ratio and a lean duration ratio; Calculate the catalyst deterioration index to the minimum value of the rich / lean duration ratios calculated before and after the catalyst, and accumulate the calculated minimum catalyst deterioration index and store the number of times to perform a predetermined monitor number of the catalyst. Determining functional degradation and fault recognition.
그러므로 본 발명에 의하면, 엔진 운전중인 조건에서 촉매의 베드(Bed)로부터 실측 온도를 측정하여 이 측정된 촉매 온도가 활성화 상태인가 비 활성화 상태인가를 판단하여 비활성화 상태이면 예상되는 모델 촉매 온도 로직을 이용하여 운전 조건과 흡입 공기량, 점화시기를 계산하여 이상적인 촉매의 모델 온도를 계산하고 촉매 모델 온도가 활성화 조건에 도달하면 상기 측정된 촉매 온도와 모델 온도와의 차를 계산하고 비교하여 현재 촉매가 활성화 조건 이상보다 지연되는가를 판단하면서 변수를 저장하고, 상기 측정된 촉매 온도가 활성화 상태이며 이전의 운전 조건에서 저장된 촉매 활성화 판단 변수를 사용하여 모니터링 하도록 함으로써 촉매 모니터링 판단에 신뢰성을 향상할 수 있도록 한 것이다.Therefore, according to the present invention, by measuring the measured temperature from the bed of the catalyst under the engine operating conditions, it is determined whether the measured catalyst temperature is activated or inactivated state and uses the expected model catalyst temperature logic if it is inactive. Calculate the operating conditions, the intake air amount, the ignition timing, calculate the ideal model temperature of the catalyst, and when the catalyst model temperature reaches the activation condition, calculate and compare the difference between the measured catalyst temperature and the model temperature By determining whether the delay is longer than the above, the variable is stored, and the measured catalyst temperature is activated and monitored by using the catalyst activation judgment variable stored in the previous operating conditions, thereby improving reliability in the catalyst monitoring judgment.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention.
도 2 는 본 발명 촉매 모니터링 방법에 대한 제어 블록도로서, 촉매의 전단에 1 싸이클을 기준하여 산소 농후/ 희박의 지연시간을 감지하는 촉매 전단 산소센서(20)와; 상기 촉매의 후단에 1 싸이클을 기준하여 산소 농후/희박의 지연시간을 감지하는 촉매 후단 산소센서(21)와; 상기 촉매 베드(Bed)에 장착되어 촉매의 온도를 감지하는 촉매 베드 온도센서(22)와; 상기 촉매 베드 온도센서(22)로부터 감지된 촉매 온도에 대하여 활성화 여부를 판단하여 비활성화이면 정상적인 촉매에 예상되는 촉매 온도와 비교하여 온도차를 계산하고 지연시간을 산출, 저장하고, 상기 촉매 온도가 활성화이면 이전 지연시간으로 산소 저장 능력을 연산하여 촉매 기능 저하와 고장인식을 판단하는 전자제어장치(23)와; 상기 전자제어장치(23)에서 제어된 신호를 표시하는 다기능 표시부(24)로 구성하게 된다.2 is a control block diagram of the catalyst monitoring method of the present invention, the catalyst shear oxygen sensor 20 for detecting the oxygen rich / lean delay time based on one cycle at the front of the catalyst; A catalyst rear end oxygen sensor 21 for detecting an oxygen rich / lean delay time based on one cycle at the rear end of the catalyst; A catalyst bed temperature sensor 22 mounted on the catalyst bed to sense the temperature of the catalyst; If it is deactivated by determining the activation of the catalyst temperature detected from the catalyst bed temperature sensor 22, the temperature difference is calculated and the delay time is calculated and stored in comparison with the catalyst temperature expected for the normal catalyst. An electronic controller (23) for calculating the deterioration of the catalyst function and the failure recognition by calculating the oxygen storage capacity with the previous delay time; The multi-function display unit 24 for displaying the signal controlled by the electronic control device 23 is configured.
도 3 은 본 발명 촉매 모니터링 방법에 대한 플로우챠트로서, 엔진 시동이 되었는가를 판단하는 단계(300)와; 상기 단계(300)에서 엔진이 시동된 상태에서 촉매의 실측 온도를 측정하는 단계(301)와; 상기 단계(301)에서 측정된 촉매 실측 온도가 촉매의 활성화 온도 조건인가를 판단하는 단계(302)와; 상기 단계(302)에서촉매 실측 온도가 비활성 온도 조건이면 임의로 기설정된 촉매 모델 온도 로직으로 운전 조건과 흡입 공기량, 점화시기를 계산하여 이상적인 촉매의 모델 온도를 계산하는 단계(303)와; 상기 단계(303)에서 촉매의 모델 온도를 계산한 상태에서 실측 촉매 온도를 측정하는 단계(304)와; 상기 단계(303)에서 계산된 촉매의 모델 온도가 활성화 온도인가를 판단하는 단계(305)와; 상기 단계(305)에서 촉매의 모델 온도가 활성화 온도이면 측정된 실측 촉매 온도가 계산된 촉매 모델 온도와의 차를 계산하는 단계(306)와; 상기 단계(306)에서 계산된 차온도가 임의로 기설정된 온도와 비교하는 단계(307)와; 상기 단계(307)에서 비교 결과 계산된 차온도가 임의로 기설정된 온도보다 작으면 촉매 활성화 지연 비트 처리를 "0" 으로 하여 저장하는 단계(308)와; 상기 단계(307)에서 계산된 차온도가 임의로 기설정된 온도와 비교하여 크면 촉매 활성화 지연 비트 처리를 "1"로 처리하고 저장하는 단계(309)와; 상기 단계(302)에서 촉매 베드로부터 측정된 실측 온도가 촉매의 활성화 온도 조건이면 이전 운전 싸이클에서 촉매 활성화 비트 처리 및 저장하는 단계(310)와; 상기 단계(310)에서 촉매 활성화 비트 처리 및 저장한 상태에서 산소 저장 능력 모니터 조건인가를 판단하는 단계(311)와; 상기 단계(311)에서 산소 저장 능력 모니터 조건이면 촉매 전단 센서의 1 싸이클을 기준으로 촉매 전후단 산소센서의 농후/희박의 시간을 계측하는 단계(312)와; 상기 단계(312)에서 계측된 농후/ 희박 시간에 대하여 지속시간비를 계산하는 단계(313)와; 상기 단계(313)에서 계산된 촉매 전후단의 농후 시간비와 희박 지연 시간비를 최소값으로 촉매 열화지수를 산출하는 단계(314)와; 상기 단계(314)에서 산출된 최소값 촉매 열화지수를 누적하고 회수를저장하는 단계(315)와; 상기 단계(315)에서 촉매 열화지수 누적이 임의로 설정된 소정 모니터 회수 이상인가를 판단하는 단계(316)와; 상기 단계(316)에서 누적 회수 판단에 따라 촉매의 기능 저하 및 고장인식을 판단하는 단계(317)로 구성된다.3 is a flowchart of the catalyst monitoring method of the present invention, comprising: determining whether the engine has been started; Measuring (301) an actual measurement temperature of the catalyst in a state where the engine is started in the step (300); Determining (302) whether the catalyst measured temperature measured in the step (301) is an activation temperature condition of the catalyst; Calculating (303) an ideal catalyst model temperature by calculating operating conditions, intake air amount, and ignition timing using a predetermined catalyst model temperature logic if the catalyst measured temperature is an inert temperature condition in step 302; Measuring (304) the measured catalyst temperature while calculating the model temperature of the catalyst in step (303); Determining (305) whether the model temperature of the catalyst calculated in the step (303) is an activation temperature; Calculating (306) a difference between the measured measured catalyst temperature and the calculated catalyst model temperature if the model temperature of the catalyst is an activation temperature in the step (305); Comparing (307) the difference temperature calculated in the step (306) with a predetermined temperature; Storing (308) the catalyst activation delay bit process as " 0 " if the difference temperature calculated as a result of the comparison in the step (307) is less than a predetermined temperature; Processing (309) and storing the catalyst activation delay bit processing as "1" if the difference temperature calculated in the step (307) is large compared with the arbitrarily preset temperature; Processing and storing the catalyst activation bit in a previous operating cycle if the measured temperature measured from the catalyst bed in step 302 is an activation temperature condition of the catalyst; Determining (311) whether the oxygen storage capacity monitoring condition is performed in the state where the catalyst activation bit is processed and stored in the step (310); If the oxygen storage capacity monitoring condition in step 311, measuring 312 the rich / lean time of the oxygen sensor before and after the catalyst based on one cycle of the catalyst front end sensor; Calculating a duration ratio (313) with respect to the rich / lean time measured in the step (312); Calculating (314) a catalyst deterioration index with a minimum value of the rich time ratio and the lean delay time ratio calculated before and after the catalyst in the step (313); Accumulating the minimum catalyst degradation index calculated in step 314 and storing the number of recovery; Determining (316) whether the accumulation of the catalyst deterioration index is equal to or more than a predetermined number of monitors set in the step (315); In the step 316, the step of determining the deterioration and failure recognition of the catalyst according to the cumulative number of determinations is configured (317).
도 4 는 본 발명 촉매 모델 온도에 대한 플로우챠트로서, 이상적인 촉매의 모델 온도 계산은 배기가스 온도 및 이동 평균 촉매 온도를 초기화하는 단계(400)와; 상기 단계(400)에서 초기화 한 상태에서 엔진 운전 조건 및 흡입 공기량을 검출하는 단계(401)와; 상기 단계(401)에서 엔진 운전 조건 및 흡입 공기량을 검출한 상태에서 냉각수온, 흡기온에 따른 지각 및 노크 방지를 위한 지각으로 기본 점화시기 대비 점화 지각량 및 보상 요소를 계산하는 단계(402)와; 상기 단계(402)에서 계산된 보상요소 및 부하와 연산으로 운전영역에 따른 배기가스 온도를 계산하는 단계(403)와; 상기 단계(403)에서 운전영역에 따른 배기가스 온도가 이동평균 촉매 온도 이상인가를 판단하는 단계(404)와; 상기 단계(404)에서 운전영역에 따른 배기가스 온도가 이동평균 촉매 온도 이상이 아니면, 흡입 공기량에 따른 감소보상 요소를 계산하는 단계(405)와; 상기 단계(404)에서 운전영역에 따른 배기가스 온도가 이동평균 촉매 온도 이상이면, 흡입 공기량에 따른 증가 보상요소를 계산하는 단계(406)와; 상기 단계(405)(406)에서 흡입 공기량에 따라 감소, 증가 보상요소를 계산한 상태에서 이동 평균 촉매 온도를 계산하는 단계(407)와; 상기 단계(407)에서 촉매 온도를 계산한 상태에서 엔진 온 인가를 판단하여 엔진 온이면 반복 수행하고, 엔진 온이 아니면 종료하는 단계(408)로 이루어지게 된다.4 is a flowchart for the catalyst model temperature of the present invention, wherein the model temperature calculation of the ideal catalyst comprises: initializing the exhaust gas temperature and the moving average catalyst temperature; Detecting an engine operating condition and an intake air amount in a state initialized in the step 400; Calculating an ignition crust amount and a compensation factor relative to a basic ignition time as a crust for preventing perception and knocking according to cooling water temperature and intake temperature in a state where the engine operating condition and the intake air amount are detected in the step 401; ; Calculating (403) exhaust gas temperature according to the operation region by calculating the compensation factor and the load calculated in the step (402); Determining whether the exhaust gas temperature according to the operation region is equal to or greater than the moving average catalyst temperature in step 403; Calculating a reduction compensation element according to the amount of intake air if the exhaust gas temperature according to the operation region is not equal to or greater than the moving average catalyst temperature in the step 404; Calculating (406) an increase compensation factor according to the intake air amount if the exhaust gas temperature according to the operation region is equal to or greater than the moving average catalyst temperature in the step (404); Calculating (407) a moving average catalyst temperature in a state where the decrease and increase compensation factors are calculated according to the intake air amount in the steps (405, 406); In step 407, the engine temperature is determined in the state where the catalyst temperature is calculated, and the engine is repeatedly performed if the engine is turned on.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 초기에 전자제어장치(23)에서는 엔진 시동이 걸렸는가를 판단하여 엔진 시동이 걸려져 있으면(단계300), 상기 전자제어장치(23)에서는 촉매를 모니터링 하게 되는바, 상기 모니터링 시 촉매의 성능은 촉매의 활성화 도달시간과 활성화 후의 산소 저장 능력으로 구분하게 된다.According to the present invention made as described above, if the engine is started by determining whether the engine is started in the electronic controller 23 (step 300), the catalyst is monitored by the electronic controller 23. The performance of the catalyst in monitoring is divided into the catalyst arrival time and the oxygen storage capacity after activation.
즉 상기 활성화 도달시간은 촉매 온도에 따른 것이므로, 촉매의 셀(cell)을 하나의 터널이라 단순하게 가정하고 셀를 통과하는 배기가스와 셀의 벽면과의 열전달 양은 식은 다음과 같다.That is, since the activation arrival time depends on the catalyst temperature, the heat transfer amount between the exhaust gas passing through the cell and the wall surface of the cell is simply expressed by assuming that the cell of the catalyst is a tunnel.
q = mC (T gas - T wall)q = mC (T gas-T wall)
배기가스에 의한 열전단은 배기가스의 유량과 배기가스 온도에 의해 좌우됨을 알 수 있다. 또한 촉매에서 자체적으로 발생하는 산화, 환원 반응열도 촉매의 온도에 중요한 인자이므로 다음과 같이 촉매의 온도 함수를 정의할 수 있다.It can be seen that the thermal shear by the exhaust gas depends on the flow rate of the exhaust gas and the exhaust gas temperature. In addition, since the heat of oxidation and reduction reactions occurring in the catalyst is also an important factor for the temperature of the catalyst, the temperature function of the catalyst can be defined as follows.
촉매 베드 온도에 대한 함수Function of catalyst bed temperature
촉매 베드 온도 = Fn 0f (배기유량, 배기가스 온도, 촉매 반응열)Catalyst Bed Temperature = Fn 0f (Exhaust Flow Rate, Exhaust Gas Temperature, Catalytic Reaction Heat)
상기 관계식을 비교하여 볼 때 동일한 운전 조건으로 주행하는 경우는 배기 유량과 배기가스 온도가 같고, 촉매의 정화율이 같다면 촉매의 반응열도 같으므로 촉매의 온도는 동일하다.Comparing the above relations, when running under the same operating conditions, the exhaust flow rate and the exhaust gas temperature are the same, and if the purification rate of the catalyst is the same, the reaction heat of the catalyst is the same, so the temperature of the catalyst is the same.
만약 촉매의 정화율이 다르다면 이것은 촉매 내부에서 발생하는 반응열의 차이가 발생한다는 것이고, 이것은 바로 촉매 온도의 차이를 발생할 수 있다는 것이므로, 실제 정상적인 촉매와 기능이 저하된 촉매의 차이를 구분할 수 있다는 것이다. 정상적인 촉매와 촉매로서의 기능이 전혀 없는 촉매끼리 비교시 도 5 에 도시한 바와 같이 정상적인 촉매가 촉매 기능이 없는 담체 보다 시간이 흐를수록 빠르고, 높게 나타났다.If the purification rate of the catalyst is different, this means that there is a difference in the heat of reaction generated inside the catalyst, which can cause a difference in the catalyst temperature, and thus it is possible to distinguish the difference between a normal catalyst and a degraded catalyst. . As shown in FIG. 5, the normal catalyst was faster and higher over time than the carrier without the catalyst function as compared with the normal catalyst and the catalyst having no function as the catalyst.
그러므로 상기 전자제어장치(23)에서는 촉매 베드에 장착된 촉매 베드 온도센서(22)를 제어하여 촉매 실측 온도를 측정하게 되고(단계301), 이어서 측정된 촉매 실측 온도가 활성화 온도 상태인가 아니면 비활성화 온도 상태인가를 판단하게 된다(단계302).Therefore, the electronic control device 23 controls the catalyst measurement temperature by controlling the catalyst bed temperature sensor 22 mounted on the catalyst bed (step 301), and then the measured catalyst measurement temperature is the activation temperature or the deactivation temperature. It is determined whether or not the status (step 302).
따라서 상기 측정된 촉매 실측 온도가 비활성 온도 조건이면 도 4 에 도시한 바와 같이, 임의로 기설정된 촉매 모델 온도 로직으로 운전 조건과 흡입 공기량, 점화시기를 계산하여 이상적인 촉매의 모델 온도를 계산하게 된다(단계303).Therefore, if the measured catalyst measured temperature is an inert temperature condition, as shown in FIG. 4, the model temperature of the ideal catalyst is calculated by calculating the operating conditions, the intake air amount, and the ignition timing using a predetermined catalyst model temperature logic (step) 303).
즉 상기 촉매 온도는 상기 배기유량과 배기 온도, 촉매 반응열의 함수이므로, 배기유량에 의한 부분과 엔진 운전 조건에 따른 배기가스의 온도에 대한 부분을 반영하여 촉매의 모델 온도를 계산할 수 있다.That is, since the catalyst temperature is a function of the exhaust flow rate, the exhaust temperature, and the heat of the catalyst reaction, the model temperature of the catalyst may be calculated by reflecting the portion of the exhaust flow rate and the portion of the exhaust gas temperature according to the engine operating conditions.
그래서 상기 배기가스 온도와 촉매 셀 벽면과의 열전달 계산식처럼 구성하기 위하여 배기가스 온도에 대한 것을 즉 엔진 회전수와 부하의 함수로 설정하여 운전영역에 따른 기본 배기가스 온도를 설정하고 점화시기 지각에 따른 영향을 정확하게 보상하기 위하여 도 4 에 도시한 바와 같이, 운전영역에 따른 배기가스 온도 와 이동 평균 촉매 온도를 초기화 상태에서(단계400)에서 전자제어장치(23)에서는 엔진의 운전 조건 및 흡입 공기량을 검출한다(단계401).Therefore, in order to construct the heat transfer equation between the exhaust gas temperature and the catalyst cell wall, the exhaust gas temperature is set as a function of the engine speed and the load to set the basic exhaust gas temperature according to the operating region and according to the ignition timing. In order to accurately compensate for the effect, as shown in FIG. 4, in the initializing state (step 400), the exhaust gas temperature and the moving average catalyst temperature according to the operating region are controlled by the electronic controller 23 in the engine operating condition and the intake air amount. Is detected (step 401).
그리고 냉각수온, 흡기온에 따른 지각 및 노크 방지를 위한 지각으로 기본 점화시기 대비 점화 지각량 및 기본 점화시기 대비 지각에 따른 배기가스 온도 보상요소를 계산하고(단계402), 이어서 기본 점화시기 대비 지각에 따른 배기가스 온도 보상요소와 부하를 연산하여 운전영역에 따른 배기가스 온도를 계산한다(단계403).In addition, the amount of ignition perception compared to the basic ignition timing and the exhaust gas temperature compensation factor according to the perception relative to the basic ignition timing are calculated as the perception for preventing cooling and knocking according to cooling water temperature and intake temperature (step 402). The exhaust gas temperature is calculated according to the operation region by calculating the exhaust gas temperature compensation element and the load (step 403).
상기 계산된 운전영역에 따른 배기가스 온도가 이동 평균 촉매 온도 이상인가를 판단하게 되고(단계404), 이때 상기 운전영역에 따른 배기가스 온도가 이동 평균 촉매 온도 이상이 아니면, 흡입 공기량에 따른 감소보상 요소를 계산하고(단계405),반면에 상기 운전영역에 따른 배기가스 온도가 이동 평균 촉매 온도 이상이면, 흡입 공기량에 따른 증가 보상요소를 계산한 후(단계406), 상기 계산된 흡입 공기량에 따라 감소, 증가 보상요소로 합하여 이동 평균 촉매 온도를 계산하게 된다(단계407).It is determined whether the exhaust gas temperature according to the calculated operating region is greater than or equal to the moving average catalyst temperature (step 404), and if the exhaust gas temperature according to the operating region is not greater than or equal to the moving average catalyst temperature, the reduction compensation according to the intake air amount Calculate the element (step 405), and if the exhaust gas temperature according to the operation region is equal to or greater than the moving average catalyst temperature, calculate the increase compensation factor according to the intake air amount (step 406), and then according to the calculated intake air amount The moving average catalyst temperature is calculated by adding the decreasing and increasing compensation factors (step 407).
이어서 상기 전자제어장치(23)에서는 상기와 같이 계산된 촉매 모델 온도가 계산된 상태에서 촉매 베드 온도센서(22)를 통해서 촉매의 실측 촉매 온도를 측정하고(단계304), 상기 전자제어장치(23)에서는 계산된 촉매의 모델 온도가 활성화 온도인가를 판단하여(단계305), 상기 촉매의 모델 온도가 활성화 온도이면 측정된 실측 촉매 온도와 상기 계산된 촉매 모델 온도와의 차를 계산하며(단계306), 상기 계산된 차온도가 임의로 기설정된 온도와 비교하게 된다(단계307).Subsequently, the electronic controller 23 measures the measured catalyst temperature of the catalyst through the catalyst bed temperature sensor 22 in the state where the catalyst model temperature calculated as described above is calculated (step 304), and the electronic controller 23 ) Determines whether the calculated model temperature of the catalyst is an activation temperature (step 305), and if the model temperature of the catalyst is an activation temperature, calculates a difference between the measured actual catalyst temperature and the calculated catalyst model temperature (step 306). In step 307, the calculated difference temperature is compared with a predetermined temperature.
따라서 상기 전자제어장치(23)에서는 상기 온도 비교 결과 계산된 차온도가 임의로 기설정된 온도보다 작으면 촉매 활성화 지연 비트 처리를 "0" 으로 하여 저장하고(단계308), 반면에서 상기 계산된 차온도가 임의로 기설정된 온도와 비교하여 크면 촉매 활성화 지연 비트 처리를 "1"로 처리하고 저장한 후(단계309), 촉매 모니터링하게 된다.Therefore, if the difference temperature calculated as a result of the temperature comparison is smaller than a predetermined temperature, the electronic controller 23 stores the catalyst activation delay bit processing as "0" (step 308), whereas the calculated difference temperature Is large compared to the arbitrarily preset temperature, the catalyst activation delay bit process is treated as " 1 " and stored (step 309), followed by catalyst monitoring.
한편 상기 촉매 베드로부터 측정된 실측 온도가 상기 촉매의 활성화 온도 조건이면 상기 전자제어장치(23)에서는 이전 운전 싸이클에서 촉매 활성화 비트 처리 및 저장하게 된다(단계310).Meanwhile, if the measured temperature measured from the catalyst bed is the activation temperature condition of the catalyst, the electronic controller 23 processes and stores the catalyst activation bit in the previous operation cycle (step 310).
상기와 같이 측정된 촉매 실측 온도에 따른 활성화 및 비활성화에 따른 촉매 온도에 대하여 상기 전자제어장치(23)에서는 촉매의 산소 저장 능력 모니터링할 수 있는 조건인가를 판단하게 되고(단계311), 이때 산소 저장 능력 모니터 조건이 아니면 촉매 모니터링 조건이 될 때까지 반복 수행하고, 반면에 촉매 모니터링 조건이면 전자제어장치(23)에서는 촉매 전단 산소센서(20)과 촉매 후단 산소센서(21)를 각각 제어하여 촉매 전단 센서의 1 싸이클을 기준으로 촉매 전후단 산소센서의 농후/희박의 시간을 계측한다(단계312).The electronic controller 23 determines whether the oxygen storage capacity of the catalyst can be monitored with respect to the catalyst temperature according to the activation and deactivation according to the measured catalyst measurement temperature as described above (step 311). If it is not the capacity monitoring condition, the catalyst is repeatedly executed until it becomes a catalyst monitoring condition. On the other hand, if the catalyst monitoring condition is performed, the electronic controller 23 controls the catalyst front end oxygen sensor 20 and the catalyst rear end oxygen sensor 21, respectively. Based on one cycle of the sensor, the thick / lean time of the oxygen sensor before and after the catalyst is measured (step 312).
이어서 상기 전자제어장치(23)에서는 상기 계측된 농후/ 희박 시간에 대하여 지속시간비를 계산하고(단계313), 상기 계산된 촉매 전후단 농후 시간비와 희박 지연 시간비를 최소값으로 상기 촉매 전후단 센서(20)(21)의 1 싸이클 당 촉매 열화지수를 산출한다(단계314),Subsequently, the electronic control apparatus 23 calculates a duration ratio with respect to the measured rich / lean time (step 313), and the front and rear ends of the catalyst with the calculated catalyst front and rear end rich time ratio and lean delay time ratio as minimum values. The catalyst degradation index per cycle of the sensors 20 and 21 is calculated (step 314).
그리고 상기 전자제어장치(23)에서는 상기 산출된 최소값 촉매 열화지수를 누적하고 회수를 계산하여 저장하고(단계315), 상기 촉매 열화지수 누적이 임의로 설정된 소정 모니터 회수 이상인가를 판단하여(단계316), 상기 누적 회수 판단에 따라 촉매의 기능 저하 및 고장인식을 판단하게 되는 바, 즉 촉매의 활성화가 이상적인 경우 보다 늦고, 촉매의 산소 저장 능력이 떨어지면 촉매의 고장으로 판단하게 된 것이다(단계317).The electronic controller 23 accumulates the calculated minimum catalyst deterioration index, calculates and stores the calculated number of deterioration catalysts (step 315), and determines whether the accumulation of the catalyst deterioration indexes is equal to or more than a predetermined number of predetermined monitors (step 316). In addition, it is determined that the catalyst deterioration and failure recognition are determined according to the cumulative number of times, that is, if the activation of the catalyst is later than the ideal, the oxygen storage capacity of the catalyst is deteriorated (step 317).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 촉매의 모니터링시 촉매의 베드(Bed)로부터 실측 온도를 측정하여 이 측정된 촉매 온도가 비활성화 영역인 경우 예상되는 모델 촉매 온도 로직으로 운전 조건과 흡입 공기량, 점화시기를 계산하여 이상적인 촉매 모델 온도를 계산하고 촉매 모델 온도가 활성화 온도 조건에 도달하면, 상기 측정된 촉매 온도외 모델 온도차를 계산하고 비교하여 현재 촉매의 상태가 활성화가 이상적인 상태보다 지연이 되는 가를 판단하여 내부 변수로 저장한 후 모니터링 단계를 진행하도록 함으로써, 촉매의 성능 모니터링에 신뢰성을 부여하게 된 것이다.As described above, the present invention measures the measured temperature from the bed of the catalyst during monitoring of the catalyst, and when the measured catalyst temperature is an inactive region, the operating conditions, intake air amount, and ignition timing are predicted by the model catalyst temperature logic expected. Calculate the ideal catalyst model temperature by calculating, and when the catalyst model temperature reaches the activation temperature condition, calculate and compare the measured catalyst temperature and the model temperature difference to determine whether the activation of the current catalyst is later than the ideal state. By storing it as a variable and then proceeding with the monitoring step, it gives reliability to the performance monitoring of the catalyst.
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