KR100354083B1 - 자동차의 공연비 피드백 제어용 산소 센서 가열 방법 - Google Patents

자동차의 공연비 피드백 제어용 산소 센서 가열 방법 Download PDF

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Abstract

자동차의 공연비 피드백 제어용 산소 센서 가열 방법은, 배기 가스의 온도(Tg)를 검출하여 제 1 기준 온도(T1)와 비교하고, 배기 가스의 온도(Tg)가 제 1 기준 온도(T1) 이상일 경우 히터를 오프시키는 단계; 배기 가스의 온도(Tg)가 제 1 기준 온도(T1) 이하일 경우, 상기 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)를 비교하여 그 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이상이면 상기 히터를 온시키는 단계; 및 상기 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)의 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이하면, 상기 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)의 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이상으로 될 때까지, 상기 히터가 온 상태이면 히터를 오프시킨 다음 소정 시간을 지연하고 상기 히터가 오프 상태이면 상기 히터를 온시킨 다음 소정 시간은 지연함으로써 히터의 가열량을 감소시키는 단계를 포함한다. 이에 따르면, 배기 가스의 온도(Tg)가 듀 포인트(T2) 범위에 있을 때, 히터의 가열량을 감소시킴으로써 수분에 의한 열적 충격을 방지하여 산소 센서의 파손을 방지할 수 있다.

Description

자동차의 공연비 피드백 제어용 산소 센서 가열 방법{Method for heating an O2 sensor for feedback controlling of air-fuel ratio for a motor vehicle}
본 발명은 자동차의 3원 촉매의 효율을 향상시키기 위한 공연비 피드백 제어장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 배기 가스 중의 산소량을 검출하는 산소 센서를 활성화시키기 위하여 가열하는 방법에 관한 것이다.
자동차의 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중에는 NOx, HC, CO와 같은 공해 물질이 포함되어 있으며, 이러한 공해 물질들은 자동차의 배기관 중간에 설치된 촉매를 이용하여 산화 또는 환원시키는 것에 의해 제거한다.
이중, 하나의 촉매로 NOx의 환원 작용과, HC, CO의 산화 작용을 동시에 행하여 NOx, HC, CO룰 동시에 제거할 수 있는 3원 촉매가 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 3원 촉매에서 NOx, HC, CO의 동시 처리를 위해서, 즉 3원 촉매의 성능을 최대한 발휘시키기 위해서는 혼합기의 공연비를 모든 조건하에서 언제나 이론 공연비 부근의 범위로 정확히 유지해주어야 한다는 조건이 있다.
이에 따라 3원 촉매를 이용하는 자동차의 엔진에는 엔진에서 연소되는 혼합기를 항상 이론 공연비로 유지하기 위한 공연비 피드백 제어 장치가 설치되어 있다.
이러한 공연비 피드백 제어 장치의 구성과 작용을 도 1 및 도 2를 참조하여 간단히 살펴보면 다음과 같다.
즉, 배기관(1) 내에 설치된 산소 센서(2)는 배기 가스중의 산소량에 대응되는 출력 전압을 발생시켜 이를 전자 제어 유닛(3)으로 입력한다. 전자 제어 유닛(3)은 산소 센서(2)로부터 입력된 값과 기준 전압을 비교하여 혼합기의 공연비가 이론 공연비보다 농후한지 아니면 희박한지 판단하고, 그 결과에 따라 공연비제어 계수를 변화시켜 연료 분사 장치(4)로 피드백(feedback)시킨다. 연료 분사 장치4는 전자 제어 유닛(3)으로부터 피드백된 공연비 제어 계수에 따라 엔진(5)으로 분사되는 연료량을 증감함으로써 혼합기의 공연비가 이론 공연비로 유지되게 된다. 참고로 도 2에서 부호 6은 흡기관이고, 7은 흡기량 센서, 8은 드로틀 밸브다.
그런데, 배기 가스중의 산소량을 검출하기 위한 산소 센서(2)는, 통상 지르코니아(ZrO2) 소자를 이용한 것으로, 그 자체의 온도가 적어도 300℃ 이상이어야 활성화되어 제대로 작동되는 특성이 있다. 이에 따라, 통상의 산소 센서에는 히터가 설치되어 있다. 이 히터는 시동 직후와 같이 주위 온도 즉, 배기 가스의 온도가 낮아 산소 센서가 활성화되지 못할 경우, 산소 센서를 가열하여 산소 센서를 활성화시킨다.
그러나, 상기와 같이 히터를 이용하여 산소 센서를 가열할 경우 다음과 같은 문제점이 발생된다.
즉, 배기 가스 중에는 미연소 또는 불완전 연소된 연료가 섞여 있는 바, 이 연료 성분은 배기관을 통과하는 중에도 배기 가스의 고온에 의해 산화되어 수분을 발생시킨다. 이렇게 미연소 또는 불완전 연소된 연료가 완전 연소될 수 있는 온도는 대략 350℃ 이상이다. 그런데, 만약 배기 가스의 온도가 350℃보다 고온인 경우에는 연소에 의해 발생된 수분이 곧바로 고온의 수증기로 변하지만, 대략 배기 가스의 온도가 350℃ 근처에서는 연소에 의해 발생된 수분이 우선 액체 상태로 응결되었다가 주위의 고온의 배기가스에 의해 수증기로 증발된다. 문제는 이렇게 액체 상태로 응결된 수분이 산소 센서의 근처에서 발생될 경우, 히터에 의해 가열된 고온의 산소 센서의 표면에 저온의 수분이 닿을 경우 열적 충격(thermal shock)에 의해 산소 센서가 파손될 우려가 높았다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 상기와 같은 열적 충격으로 인한 산소 센서의 파손을 방지할 수 있는 자동차의 공연비 피드백 제어용 산소 센서 가열 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 산소 센서를 이용한 자동차의 공연비 피드백 제어 방법을 도시한 개념도.
도 2는 종래의 산소 센서를 이용한 자동차의 공연비 피드백 제어 장치를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 산소 센서 가열 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 산소 센서 가열 방법에 따른 배기 가스의 온도와 히터의 동작을 도시한 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 배기관 2 ; 산소 센서
3 ; 전자제어유닛 4 ; 연료분사장치
5 ; 엔진
상기의 목적은, 배기 가스의 온도(Tg)를 검출하여 제 1 기준 온도(T1)와 비교하고, 배기 가스의 온도(Tg)가 제 1 기준 온도(T1) 이상일 경우 히터를 오프시키는 단계; 배기 가스의 온도(Tg)가 제 1 기준 온도(T1) 이하일 경우, 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)를 비교하여 그 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이상이면 히터를 온시키는 단계; 및 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)의 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이하면, 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)의 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이상으로 될 때까지, 히터가 온 상태이면 히터를 오프시킨 다음 소정 시간을 지연하고 히터가 오프 상태이면 히터를 온시킨 다음 소정 시간은 지연함으로써 히터의 가열량을 감소시키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 자동차의 산소 센서 가열 방법에 의해 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소 센서 가열 방법을 설명하기 위한 흐름도가 도 3에 도시되어 있고, 배기 가스의 온도에 따른 히터의 작동을 보인 그래프가 도 4에 도시되어 있다.
우선, 산소 센서를 가열하기 위해서는 산소 센서의 작동 조건이 만족되어야 한다(S1). 즉, 산소 센서를 이용한 공연비 피드백 제어가 가능한 상태에서 산소 센서가 활성화되도록 히터를 이용하여 산소 센서를 가열할 수 있는 것이다. 이 경우, 엔진의 회전수가 시동시의 회전수를 초과하면 산소 센서의 작동 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
산소 센서의 작동 조건이 만족되면, 배기 가스의 온도(Tg)와 제 1 기준 온도(T1)를 비교한다(S2). 여기서 제 1 기준 온도(T1)는 배기 가스 자체의 온도만으로 산소 센서가 활성화될 수 있는 온도로 대략 790~810℃의 범위에 있으며, 바람직하게는 800℃다. 만약, Tg가 T1보다 높으면 산소 센서를 가열할 필요가 없기 때문에, 히터를 오프(OFF)시킨다(S3).
Tg가 T1보다 낮으면, |Tg-T2|, 즉 Tg과T2의 차이가 N보다 작은지 비교한다(S4). 여기서, T2는 대략 345~355℃로서 수분에 의해 열적 충격(thermal shock)이 발생될 수 있는 온도(이하, 듀 포인트(dew point)라 한다)고, N은 10이다. 즉, S4 단계는 배기 가스의 온도(Tg)가 듀 포인트(T2)의 범위에 있는지 비교하는 것이다.
만약, |Tg-T2|가 N보다 크면, Tg가 듀 포인트(T2)의 범위를 벗어나 있는 것이므로, 산소센서가 활성화되도록 히터를 온(ON)시켜 산소 센서를 가열한다(S5).
만약, |Tg-T2|가 N보다 적으면, Tg가 듀 포인트(T2)의 범위 내에 있다. 따라서, 이 경우 산소 센서와 수분의 온도차를 줄여 열적 충격을 방지할 수 있도록 히터의 가열량을 감소시킨다(S6~S8). 이는 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, |Tg-T2|가 N보다 적은 범위에서 히터를 주기적으로 온(ON)/오프(OFF)시키는 것에 의해 이루어진다. 즉, |Tg-T2|가 N보다 적으면, 히터가 온(ON) 상태인지를 판단하여(S6), 히터가 온(ON) 상태면 히터를 오프(OFF) 시키고(S7), 히터가 오프(OFF) 상태면 히터를 온(ON)시킨다(S8). 그리고 나서, 소정 시간을 지연한 다음 S4단계로 되돌아가서, Tg가 듀 포인트(T2)의 범위를 벗어날 때까지 계속 히터를 단속적으로 온(ON)/오프(OFF)시킨다.
상기와 같은 본 발명은, 산소 센서의 가열시 배기 가스의 온도가 듀 포인트온도 범위에 있을 경우 히터의 가열량을 감소시킨다. 따라서, 산소 센서와 수분의 온도차가 감소되어 수분에 의한 열적 충격으로 산소 센서가 파손되는 것이 방지되는 장점이 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 배기 가스의 온도(Tg)를 검출하여 제 1 기준 온도(T1)와 비교하고, 배기 가스의 온도(Tg)가 제 1 기준 온도(T1) 이상일 경우 히터를 오프시키는 단계;
    배기 가스의 온도(Tg)가 제 1 기준 온도(T1) 이하일 경우, 상기 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)를 비교하여 그 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이상이면 상기 히터를 온시키는 단계; 및
    상기 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)의 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이하면, 상기 배기 가스의 온도(Tg)와 제 2 기준 온도(T2)의 차이(|Tg- T2|)가 소정치(N) 이상으로 될 때까지, 상기 히터가 온 상태이면 히터를 오프시킨 다음 소정 시간을 지연하고 상기 히터가 오프 상태이면 상기 히터를 온시킨 다음 소정 시간은 지연함으로써 히터의 가열량을 감소시키는 단계를 포함하는 자동차의 공연비 피드백 제어용 산소 센서 가열 방법.
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