KR100405091B1 - 내연기관용배기가스정화장치의진단장치 - Google Patents

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가부시키 가이샤 히다치 카 엔지니어링
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Abstract

[목적] 복수의 촉매를 가지는 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 각 촉매의 전후에 공연비센서를 설치하고, 각각의 촉매 전후의 공연비센서의 출력신호의 상관관계를 조사함으로써 각각의 촉매진단을 행하고, 또한 상기 각각의 진단을 서로 다른 운전영역에 있어서 실시함으로써 각 촉매를 개별적으로 진단할 수 있는 시스템을 제공한다.
[구성] 내연기관의 배기경로에 복수의 배기가스 정화용 촉매를 설치하고, 배기경로의 상류측 촉매의 상류에 제 1공연비센서, 상류측 촉매와 배기경로의 하류측 촉매 사이에 제 2공연비센서 및 하류측 촉매의 하류에 제 3공연비센서를 설치하고, 상류측 촉매의 진단을 제 1공연비센서와 제 2공연비센서의 출력신호에 의거하여 행하고, 상류측 촉매와 하류측 촉매를 맞춘 전촉매장치의 진단을 제 1공연비센서와 제 3공연비센서의 출력신호에 의거하여 행하고, 상류측 촉매와 전촉매장치의 진단을 서로 다른 운전영역에서 행하도록 한다.
[효과] 복수의 촉매를 가지는 배기가스 정화장치임에도 불구하고, 각각의 촉매 전후의 공연비센서의 출력신호의 상관관계를, 각각의 촉매를 서로 다른 운전영역에 있어서 조사하여 진단함으로써 각각의 촉매의 개별진단을 가능하게 한다.

Description

내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치
본 발명은 직렬로 배치된 복수의 촉매컨버터를 사용한 내연기관의 배기가스 정화장치의 진단장치에 관한 것으로서, 특히 상기 복수의 촉매컨버터의 상하류에 복수의 공연비센서를 구비하여 그 출력신호에 의거하여 진단하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치에 관한 것이다.
내연기관의 연소배기가스를 정화하는 장치는 일반적으로 촉매컨버터와 공연비 피드백 제어장치로 구성되어 있다. 촉매컨버터는 배기가스속에 포함되는 유해성분, 특히 HC, NOx, CO를 제거하기 위하여 배기관부에 설치되는 것이고, 공연비피드백 제어장치는 촉매컨버터의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는 공연비를 일정하게 유지할 필요가 있기 때문에 배기관부의 촉매컨버터의 상류에 공연비센서 또는 산소센서를 설치하여 공연비를 구하고, 상기 공연비에 의거하여 연료공급량을 제어하는 것이다.
그런데 상기 촉매컨버터에 이용되고 있는 3원 촉매는 예를 들면 유연가솔린을 연료로 하여 내연기관에 주유하는 것 등에 의하여 상기 촉매컨버터의 촉매부분에 불순물이 부착하는 등, 사용년수의 변화에 따라 설정된 사용기간내이더라도 성능열화가 생긴다고 하는 문제가 있었다.
이와 같은 문제에 대해서는 예를 들면, 일본국 특개소 63-97852호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 내연기관의 배기계에 설치된 촉매컨버터의 하류측에 산소농도를 검출하는 제 2배기센서를 설치하고, 이 배기센서를 이용한 공연비피드백제어시에 있어서의 출력반전회수에 의하여 상기 촉매컨버터의 촉매작용의 열화를 판정하도록 한 것이 제안되어 있다. 이것은 촉매작용의 열화시, 산소흡장능력의 저하에 의하여 촉매 하류측의 산소농도가 상류측과 거의 차가 없어지는 것에 착안하여 간접적으로 촉매의 열화를 판정하는 것이다.
또 직렬로 배치된 복수의 촉매진단에 관한 종래기술로서는 일본국 특개평 5-26032호 공보를 들 수 있다. 이 종래기술에 있어서는 배기계에 있어서의 상류 및 하류의 촉매컨버터의 중간부에 제 2배기센서를 설치하고, 또한 하류 촉매의 하류측에 제 3배기센서를 설치한 시스템으로서 상기 시스템에 있어서의 제 1배기센서에 의거하는 공연비피드백 제어하에 있어서 제 2배기센서의 반전횟수에 의하여 상류 촉매의 열화판정을 행하도록 한 것이다. 또한 상기 제 2배기센서에 의거하여 공연비피드백제어를 행하고, 제 3배기센서의 반전횟수에 의하여 하류의 촉매의 열화판정을 행하도록 한 것이다.
그런데 이와 같은 상기 종래의 배기경로에 복수의 촉매컨버터를 설치한 것에 있어서는 하류측 촉매컨버터의 하류에 배기센서를 설치하고, 그 출력변동에 의거하여 촉매의 열화를 판정하는 구성으로 하면, 다음과 같은 문제점이 생긴다.
즉, 상류측 및 하류측 촉매컨버터에 작용하는 연소배기가스의 분위기가 각각 다르기 때문에 각 촉매컨버터의 열화의 정도도 다르게 되어 신뢰성을 유지하기 어렵다고 하는 문제가 있다.
이것에 대하여 배기경로에 있어서의 상류 및 하류측 촉매컨버터의 중간부에 상류측 촉매의 열화판정용 배기센서를 설치하는 것을 고려할 수 있으나, 촉매컨버터가 단독인 경우에 비교하여 상류 및 하류측 촉매컨버터로 배기가스 속의 산소가 다량으로 흡착되게 되기 때문에 상류 촉매컨버터의 상류의 배기센서에 의거하여 공연비피드백 제어할 경우에는 하류측의 촉매컨버터의 하류에 있어서의 연소배기가스속의 산소분압이 극히 변동하기 어렵고, 따라서 촉매능력이 극히 열화한 경우가 아니면, 하류측 촉매컨버터의 하류의 배기센서의 출력에 변화가 나타나지 않고, 특히 이 하류의 촉매컨버터의 열화판정의 정밀도가 저하되게 된다고 하는 문제가 생긴다.
상기 종래기술은 상하류의 촉매의 중간부에 설치된 배기센서에 의거하여 공연비피드백을 행함으로써 이와 같은 문제를 해결하고자 하고 있으나, 촉매의 열화진단을 위하여 엔진제어파라미터 등을 강제적으로 변화시키게 되기 때문에 배기에의 영향 등과 같은 새로운 문제가 생기는 것을 고려하지 않으면 안되게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 특히 복수의 촉매를 가지는 내연기관의 배기가스정화장치에 있어서, 각 촉매의 전후에 공연비센서를 설치하고, 각각의 촉매 전후의 공연비센서의 출력신호의 상관관계를 조사함으로써 각각의 촉매진단을 행하고, 또한 상기 각각의 진단을 다른 운전영역에 있어서 실시함으로써 각 촉매를 개별적으로 진단할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관한 내연기관의 배기가스정화장치의 진단장치는 내연기관의 운전상태를 검출하는 수단과, 배기가스 속의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 조정하는 공연비 제어수단을 가지는 내연기관에 있어서, 내연기관의 배기경로에 복수의 배기가스 정화용 촉매를 설치하고, 배기경로의 상류측 촉매의 상류에 설치한 제 1공연비센서와, 상기 상류측 촉매와 배기경로의 하류측 촉매 사이에 설치한 제 2공연비센서와, 상기 하류측 촉매의 하류에 설치한 제 3공연비센서와, 상기 상류측 촉매의 진단을 제 1공연비센서와 제 2공연비센서의 출력신호에 의거하여 행하는 진단수단과, 상기 상류측 촉매와 하류측 촉매를 맞춘 전촉매장치의 진단을 제 1공연비센서와 제 3공연비센서의 출력신호에 의거하여 행하는 진단수단을 가지는 것을 특징으로 하고, 또 배기경로의 상류측 촉매의 진단정보와 전촉매장치의 진단정보에 의거하여 배기경로의 하류측 촉매의 진단, 즉, 배기경로의 상류측 촉매의 진단정보와 전촉매장치의 진단정보를 격자축으로 하는 데이터 맵으로부터 배기경로의 하류측 촉매의 열화도를 추정하는 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한 배기경로의 상류측 촉매를 진단하는 내연기관 운전영역과 전촉매장치를 진단하는 내연기관 운전영역을 다른 영역으로 하고, 배기경로의 상류측 촉매의 진단시 운전영역보다 고부하의 운전영역에 있어서 전촉매장치의 진단을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한 배기경로의 상류측 촉매와 배기경로의 하류측 촉매의 정화능력의 차가 소정치 이상인 경우에는 제 1공연비센서와 제 3공연비센서의 출력신호, 제 2공연비센서와 제 3공연비센서의 출력신호의 양자, 또는 한쪽의 출력상태에 의거하여 상기 하류측 촉매의 진단을 행하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 관한 내연기관의 배기가스 정화장치의 진단장치의 촉매진단방식은 촉매전후의 공연비센서의 출력신호의 상관관계를 구하는 상관법을 이용하여 행하고, 상류측 촉매 또는 하류측 촉매가 열화하고 있지 않으면, 촉매의 산화 ·환원작용에 의하여 촉매장치의 하류에서는 공연비의 움직임은 작아지고, 하류측 공연비센서의 검출신호의 움직임도 작아지는 한편, 촉매장치가 열화하기 시작하면, 하류 공연비의 움직임이 상류 움직임에 근접하기 시작한다. 이와 같은 촉매장치의 전후에 있어서의 공연비 움직임의 유사성에 착안하여 촉매열화를 진단한다.
촉매장치 전후의 공연비의 유사성을 나타낸 값으로서 촉매장치 전후의 공연비센서의 검출신호의 상호상관 함수를 구한다. 상관함수는 대수학에서 공지된 함수이며, 신호의 유사성 평가에 응용할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 촉매장치의 전후에 있어서의 공연비 움직임의 유사성, 즉, 촉매장치 전후의 공연비센서의 출력신호의 유사성이 높으면, 상관함수가 큰값을 나타내고, 유사성이 낮으면, 상관함수는 작은 값을 나타낸다.
상관법에 의거하는 상관함수연산에 의하여 제 1공연비센서와 제 2공연비센서의 출력신호의 상관함수치를 계산하여 상류측 촉매의 열화진단을 행한다. 또 상관함수 연산수단에 의하여 제 1공연비센서와 제 3공연비센서의 상관함수치를 계산하고, 상류측 촉매와 하류측 촉매를 합친 전촉매장치의 열화진단을 행한다.
각각의 상관함수의 연산은 내연기관의 운전상태가 촉매진단영역의 판정에 의하여 촉매진단영역으로 들어가 있을 때부터 행한다.
또한 본 발명에 관한 내연기관 배기가스 정화장치의 진단장치는 상류측 촉매를 바이패스하는 바이패스통로 및 배기가스의 흐름을 상류측 촉매와 바이패스통로측 사이로 변환하는 바이패스밸브를 설치하고, 또한 바이패스통로의 출구의 상류 또는 하류측에 제 2공연비센서를 설치함으로써 하류측 촉매의 진단에 있어서의 진단의 신뢰성 저하에 관한 문제를 해결할 수 있고, 상류측 및 하류측 촉매의 개별진단이 가능하게 된다.
이하에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
제 1도는 본 발명의 내연기관의 배기가스 정화장치의 진단장치의 기본구성도이다.
본 실시예의 시스템에서는 도시생략한 에어클리너 및 드로틀밸브를 통과하고, 드로틀각을 검출하는 드로틀센서(2)부를 통과하는 흡입공기량은 에어플로우센서(1)에 의하여 계측된다. 내연기관의 제어장치(3)는 상기 에어플로우센서(1)의 계측치나 도시생략한 회전센서 등에 의하여 적절한 연료분사량을 계산하고, 상기 계산결과에 의거하여 인젝터(4)에 의하여 연료를 분사하도록 내연기관을 제어한다.
이와 같이 계측되고, 계산되어 얻어진 공기와 연료의 혼합기는 흡기매니폴드(5)를 통과하여 내연기관(E)의 연소실내로 도입되고, 내연기관(E)의 압축, 폭발, 팽창행정이 행하여진 후에 배기된다. 그 배기가스 속의 산소농도를 알기위하여 제 1공연비센서(6)를 배기매니폴드(5')중, 또는 배기매니폴드(5')의 직후에 설치하고, 상기 제 1공연비센서(6)의 검출신호에 의거하여 상기 인젝터(4)로부터의 연료분사량의 보정을 행한다. 본 실시예의 시스템에서는 연소배기가스의 정화수단으로서 직렬로 배치된 상류측 촉매(9)와 하류측 촉매(10)가 설치되어 촉매장치를 구성한다.
또한 상류측 촉매(9)의 하류측에 제 2공연비센서(7), 하류측 촉매(10)의 하류측에 제 3공연비센서(8)를 설치한다. 본 실시예에서는 공연비센서로서 산소센서를 이용하고 있으나, 다른 공연비센서라도 상관없다.
본 실시예의 시스템의 촉매진단부(11)의 각각의 부분에 관하여 설명한다. 먼저, 촉매장치의 진단을 행하는 촉매진단부(11)의 구성을 설명한다. 촉매진단부(11)는 각 엔진 파라미터의 값에 의해서 촉매장치의 진단을 행하는 영역인지 여부를 판정하는 촉매진단영역 판정수단(12), 제 1 공연비 센서(6)의 신호와 제 2 공연비 센서(7)의 신호의 상관함수를 연산하는 상관함수 연산수단(13), 제 1 공연비 센서(6)의 신호와 제 3 공연비 센서(8)의 신호의 상관함수를 연산하는 상관함수 연산수단(14), 상관함수 연산수단(13)과 상관함수 연산수단(14)의 연산결과에 의거하여 하류측 촉매(10)의 진단을 행하는 하류측 촉매진단수단(15), 상관함수 연산수단(12)과 상관함수 연산수단(13)과 하류측 촉매진단수단(15)의 결과에 의거하여 상류측 촉매장치(9)와 하류측 촉매장치(10)와 촉매장치 총체의 진단을 행하는 열화판정수단(16)으로 구성된다.
촉매진단영역 판정수단(12), 하류측 촉매진단수단(15), 열화판정수단(16)은, 예를 들어 나중에 상세하게 설명하는 각 수단의 동작이나 그 플로우차트를 실현하도록 프로그래밍된 마이크로 컴퓨터에 의해서 실현된다.
또, 상관함수의 일례로서는 하기의 식으로 계산된다.
따라서, 공연비 센서(6)의 신호를 X로 하고 공연비 센서(7)의 신호를 Y로 하여 상기 식의 연산을 행함으로써, 상관함수 연산수단(13)이 실현된다. 또, 공연비센서(6)의 신호를 X로 하고 공연비 센서(8)의 신호를 Y로 하여 상기 식의 연산을 행함으로써, 상관함수 연산수단(14)이 실현된다. 예를 들어 상기의 식을 계산하도록 프로그래밍된 마이크로 컴퓨터에 의해서 각 상관함수의 연산이 실현된다.
또, 도시되어 있지 않으나, 촉매진단부(11)는 공연비 센서(6, 7, 8)의 신호의 처리를 행하는 신호처리회로를 포함한다. 신호처리회로는 예를 들어 공연비 센서(6, 7, 8)의 신호의 특정주파수 성분을 추출하는 밴드 패스 필터에 의해서 구성된다.
또, 도시되어 있지 않으나, 촉매진단부(11)는 열화판정수단(16)에 의해서 촉매장치가 고장이라고 판정되었을 경우, 고장발생을 운전자에게 알게 하는 고장발생표시수단을 포함한다. 고장발생 표시수단은 예를 들어 열화판정수단(16)에 의해서 촉매장치가 고장이라고 판정되었을 경우에 고장발생램프(MIL)를 점등함으로써 실현된다.
또한, 도시되어 있지는 않으나, 촉매진단부(11)는 촉매장치의 진단결과를 저장, 기억하는 메모리를 포함하고, 열화판정수단(16)에 의한 판정결과를 메모리에 저장, 기억한다. 메모리는 비휘발성 메모리가 바람직하며, 예를 들어 백업 전원을 가지는 RAM, 또는 EEPROM에 의해서 실현할 수 있다. 촉매장치의 고장이 발생하였을 경우, 서비스 엔지니어는 메모리에 기억되어 있는 진단결과를 테스터 등으로 읽어냄으로써 참고로 할 수 있다.
이상의 구성과 그 실현방법예에 의한 촉매진단부(11)를 이용함으로써, 본원의 촉매장치의 진단수단이 실현된다. 또한, 촉매진단부(11)는 내연기관 제어장치(3)를 포함하는 엔진 컨트롤 유닛 내에 구성하는 것도 가능하고, 또한 엔진 컨트롤 유닛과는 별개체로서 구성하는 것도 가능하다.
촉매진단부(11)를 구성하는 각각의 수단에 의한 동작을 설명한다.
먼저, 촉매진단영역 판정수단(12)에는 내연기관의 운전상태를 나타내는 신호가 입력되고, 상기 운전상태가 촉매진단에 적합한 영역인지의 여부를 판정한다.
본 실시예에 있어서의 촉매장치의 촉매진단은 촉매전후의 공연비센서의 출력신호의 상관함수를 구하는 상관법을 이용하고 있다. 즉, 상류측 촉매(9) 또는 하류측 촉매(10)가 열화되어 있지 않으면, 촉매의 산화 ·환원작용에 의하여 촉매장치의 하류에서는 공연비의 움직임은 작아지고, 하류측 공연비센서(8)의 검출신호의 움직임도 작아진다. 한편, 촉매장치가 열화되기 시작하면, 하류공연비의 움직임이 상류의 움직임에 근접하기 시작한다. 이와 같은 촉매장치의 전후에 있어서의 공연비의 움직임의 유사성에 착안하여 촉매열화를 진단한다.
촉매장치 전후의 공연비의 유사성을 나타낸 값으로서 촉매장치 전후의 공연비센서의 검출신호의 상호상관 함수를 구한다. 촉매장치의 전후에 있어서의 공연비 움직임의 유사성, 즉, 촉매장치 전후의 공연비센서의 출력신호의 유사성이 높으면, 상관함수가 큰 값을 나타내고, 유사성이 낮으면, 상관함수는 작은 값을 나타낸다.
또한 촉매장치 전후의 공연비 움직임의 유사성을 나타낸 값이면, 상호상관 함수이외의 값이어도 열화도를 나타낸 값으로서 이용할 수 있다.
상관법에 의거하는 상관함수 연산수단(13)에 의하여 제 1공연비센서(6)와 제 2공연비센서(7)의 출력신호의 상관함수치를 계산하고, 상류측 촉매(9)의 열화진단을 행한다. 또 상관함수 연산수단(14)에 의하여 제 1공연비센서(6)와 제 3공연비센서(8)의 상관함수치를 계산하고, 상류측 촉매(9)와 하류측 촉매(10)를 합친 전촉매장치의 열화진단을 행한다.
각각의 상관함수의 연산은 내연기관의 운전상태가 촉매진단영역 판정수단(12)에 의하여 촉매진단영역으로 들어가 있다고 판정되고 나서 행한다. 진단을 행하는 조건으로서는 적어도 내연기관의 회전수, 부하, 흡입공기량, 공연비피드백조건, 촉매온도 등의 조건이 포함된다.
또, 제 1도에는 도시생략하였으나, 상기 상관함수 연산수단(13)과 상기 상관함수 연산수단(14)은 적어도 공연비센서(6, 7, 8)의 출력신호의 샘플링수단과 공연비센서(6, 7, 8)의 출력신호의 신호처리수단을 구비한다.
또한 하류측 촉매진단수단(15)에 있어서, 상류측 촉매(9)의 진단결과와 전촉매장치의 진단결과에 의거하여 하류측 촉매(10)의 열화도를 추정한다. 하류측 촉매(10)의 열화도의 추정방법으로서는 상류측 촉매(9)의 진단결과와 전촉매장치의 진단결과를 격자축으로 하는 하류측 촉매(10)의 열화도의 지도에서 검색되는 값에 의거하여 행한다.
계산된 각각의 상관함수치를 열화판정수단(16)에 입력하고, 미리 결정된 촉매별 열화판정레벨과 비교하여 판정레벨을 초과한 경우에는 촉매의 열화로 판단한다. 열화판정수단(16)에는 진단시의 운전상태를 입력하고, 운전상태에 의한 판정결과의 보정도 행한다. 또한 판정의 결과를 기억하고, 촉매장치가 열화하고 있다고 판정된 경우는, 예를 들면 표시램프가 점등됨으로써 운전자에게 촉매의 고장을 알린다.
본 실시예에 있어서의 진단시스템의 특징으로 하는 점은 각각의 상관함수연산을 동시에 행하지 않고, 다른 운전영역에 있어서 행한다고 하는 것이다. 예를 들면, 상류측 촉매(9)의 진단을 어느 정도 저부하의 운전영역하에서 행하고, 전촉매장치의 진단을 고부하의 운전영역하에서 행하는 것이다. 이와 같은 다른 운전영역에서 진단을 행함으로써 각각의 촉매에 가장 적합한 진단조건을 줄 수 있다.
제 2도는 본 실시예에 있어서의 진단시스템의 제어플로우챠트이고, 이하, 제 2도에 따라 설명한다.
내연기관이 시동되면, 제어장치(3)가 작동하여 제어가 개시되고, 프로그램이 스타트하면, 처음에 스텝S201에서 상류측 촉매(9)의 진단을 위한 운전영역이 성립하고 있는 지의 여부를 판단하고, 성립하고 있으면, 스텝S202로 진행하고, 상기 스텝S202에서 제 1공연비센서(6)와 제 2공연비센서(7)의 출력신호에 의거하여 상관함수 연산수단(13)으로 상관함수 계산을 행한다.
스텝S201이 성립하고 있지 않으면, 스텝S203으로 진행하고, 전촉매시스템진단을 위한 운전영역이 성립하고 있는 지의 여부를 촉매함수 연산수단(12)으로 판단한다. 운전영역이 성립하고 있는 경우는 스텝S204로 진행하고, 제 1공연비센서(6)와 제 3공연비센서(8)의 출력신호에 의거하여 상관함수 연산수단(14)으로 상관함수 계산을 행한다.
스텝S203에서 전촉매장치의 진단의 운전영역이 성립하고 있지 않은 경우에는 스텝S210에서 리턴하여 스타트로 되돌아오고, 프로그램을 재스타트시킨다.
상기 상류측 촉매(9)의 진단과 전촉매장치의 진단이 종료하였을 때, 다시 스텝S205로 진행하고, 상류측 촉매(9)의 진단과 전촉매장치의 진단의 각각의 진단결과를 입력하고, 상류측 촉매의 진단결과와 전촉매장치의 진단결과를 격자축으로 한 데이터 맵으로부터 하류측 촉매의 열화도를 추정한다.
또한, 스텝S206으로 진행하고, 상기 스텝S206에서는 상기 3개의 각각의 진단 결과 및 하류측 촉매열화도 추정치를 기억하여 스텝S207로 진행한다.
스텝S207에서는 상류측 촉매(9)의 진단결과, 전촉매장치의 진단결과 및 하류측 촉매열화도 추정치를 각각에 대응하는 미리 결정된 열화판정레벨과 비교한다. 상기 어느 하나의 촉매의 진단결과가 판정레벨을 초과하였을 때, 스텝S208에서 그 촉매가 열화하고 있다고 판정하고, 스텝S209로 진행한다. 스텝S209에서는 촉매가 열화하고 있는 것을 운전자에게 알린다.
스텝S207에서 어느 하나의 촉매의 진단결과도 판정레벨을 초과하지 않은 경우는 스텝S210에서 리턴하여 스타트로 되돌아가, 프로그램을 재스타트시킨다.
제 3도에 나타낸 진단시스템은 상류측 촉매(9)와 하류측 촉매(10) 사이에 정화능력의 차가 있는 경우(예를 들면, 하류측 촉매(10)가 상류측 촉매보다 큰 경우)의 예이고, 상기 진단시스템에서는 하류측 촉매의 진단방법으로서 제 1공연비센서(6)와 제 3공연비센서(8)의 출력신호의 상관관계, 또는 제 2공연비센서(7)와 제 3공연비센서(8)의 출력신호의 상관관계에 의한 진단이 가능하다. 이 진단시스템에 있어서도 제 1도에 나타낸 진단시스템의 진단방법을 적용할 수 있다. 단, 이 진단시스템에 있어서는 하류측 촉매(10)의 진단을 직접 할 수 있기 때문에 하류측 촉매 진단수단(15)은 필요없어, 하류측 촉매(10)의 열화도 추정지도가 불필요하게 된다. 만약 전촉매장치의 열화상태도 알 필요가 있는 경우에는 상류측 촉매(9)와 하류측 촉매(10)의 각각의 진단결과로부터 추정하여도 좋다. 예를 들면, 상류측 촉매(9)의 진단결과와 하류측 촉매(10)의 진단결과를 격자축으로 한 전촉매장치의 열화상태지도를 마련함으로써 추정한다.
또한 제 1도와 제 3도에 나타낸 진단시스템에 있어서 상류측 촉매 전후의 공연비센서(6, 7)의 상관치가 미리 결정된 값을 초과하였을 때, 공연비센서(7)의 출력신호에 의거하여 공연비피드백제어를 보정하거나, 또는 공연비센서(7)의 출력신호에 의거하여 공연비피드백제어를 행하는 수단을 구비한다.
제 4도는 본 발명의 다른 실시예의 진단시스템도이다. 제 1도에 나타낸 제 1실시예의 진단시스템과의 큰 상위점은 바이패스밸브(17)와 바이패스통로(18)를 설치하여 배기가스를 하류측 촉매로 바이패스시킨 데에 있고, 제 1도의 제 1실시예와 동일부재, 동일수단은 동일부호를 달아 설명을 생략한다.
본 실시예의 진단시스템에 있어서는 하류측 촉매(10)를 진단할 때 바이패스밸브(17)를 개방하고, 전배기가스가 바이패스통로(18)를 통하여 하류측 촉매(10)를 통과하도록 한다. 이렇게 함으로써 하류측 촉매(10)의 진단을 단독촉매의 진단과 같이 실시할 수 있다. 단, 하류측 촉매(10)의 진단조건으로서는 하류측 촉매(10)가 충분히 활성화한 상태, 또는 배기의 악화에 이르지 않는 바와 같은 조건하에 있어서, 진단을 행하지 않으면 안된다. 제 4도에 있어서는 제 2공연비센서(7)를 바이패스통로(18)의 출구부보다도 상류위치에 설치하고 있으나, 하류위치에 설치할 수도 있다.
또한 바이패스밸브(17)가 개방되는 것은 진단시뿐만 아니라, 특히 고회전 · 고부하운전시에 있어서는 상류측 촉매(9)를 고온 등에 대한 보호를 위해 개방하는 바와 같은 제어도 본 실시예의 진단시스템에 구비하는 것으로 한다.
상기 제 1실시예와 마찬가지로 본 실시예의 진단시스템에 있어서도 상류측 촉매(9)의 진단은 제 1공연비센서(6)와 제 2공연비센서(7)의 출력신호의 상관관계에 의거하여 진단하고, 하류측 촉매(10)의 진단일 경우에는 제 1공연비 센서(6)와 제 3공연비센서(8)의 출력신호의 상관관계에 의거하여 진단하나, 제 2공연비센서(7)를 바이패스통로(18)의 하류위치에 설치한 경우는 제 2공연비센서(7)와 제 3공연비센서(8)의 출력신호의 상관관계에 의거하여 진단할 수도 있다. 제 2공연비센서(7)와 제 3공연비센서(8)의 출력신호의 상관관계에 의거하여 진단하는 경우는 제 2공연비센서(7)가 하류측 촉매(10)에 접근하여 배치되어 있기 때문에 양 공연비센서(7, 8)의 검출시간 지연이 적어지기 때문에 보다 정확한 상관관계를 구할 수 있다.
제 5도는 본 실시예의 진단시스템에 있어서의 제어플로우챠트이고, 이하, 제 5도에 따라 설명한다.
내연기관이 시동되면 제어장치(3)가 작동하여 제어가 개시되고, 프로그램이 스타트하면, 처음에 스텝S401에서 상류측 촉매(9)의 진단영역이 성립하고 있는지의 여부를 촉매진단 영역판정수단(12)으로 현재의 운전상태가 상류측 촉매(9)의 진단영역으로 들어가 있는지의 여부를 판단하고, 성립하고 있으면, 스텝S402로 진행한다. 스텝S402에서는 바이패스밸브(17)가 오프, 즉 바이패스통로(18)가 폐쇄되어 있는 상태로 되어 있는지의 여부를 판단하고, 폐쇄되어 있는 경우는 스텝S404로 진행한다. 한편, 바이패스통로(18)가 개방되어 있는 경우에는 스텝S403으로 진행하고, 상기 스텝403에서 바이패스통로(18)를 상기 진단중에 폐쇄시키기 위하여 바이패스밸브(17)를 오프로 지령한 다음 스텝S404로 진행한다.
스텝S404에서는 상류측 촉매(9)의 전후에 배치된 제 1과 제 2공연비센서(6, 7)의 출력신호의 상관함수를 계산한다. 한편, 스텝S401에서 현재의 운전상태가 상류측 촉매(9)의 진단영역으로 들어가 있지 않다고 판정된 경우는 스텝S405로 진행하고, 상기 스텝S405에서 하류측 촉매(10)의 진단영역으로 들어가 있는지의 여부를 판단한다. 하류측 촉매(10)의 진단영역이 성립하고 있는 경우에는 스텝S406으로 진행하여 바이패스밸브(17)가 온, 즉 바이패스통로(18)가 개방되어 있는 상태로 있는지의 여부를 판단한다. 바이패스밸브(17)가 오프로 되어 있는 경우는 스텝S407로 진행하고, 상기 스텝S407에서 바이패스통로(18)를 상기 진단중에 개방시키기 위하여 바이패스밸브(17)를 온으로 지령한 다음 스텝S408으로 진행한다. 스텝S408에서 제 1과 제 3공연비센서(6, 8) 또는 제 2와 제 3공연비센서(7, 8)의 출력신호의 상관함수를 계산한다.
또한, 스텝S404 또는 스텝S408에서 계산된 어느 한 개의 촉매의 상관함수치를 스텝S409에 있어서 미리 결정된 열화판정레벨과 비교한다. 상관함수치가 열화판정 레벨을 초과한 경우는 촉매가 열화하고 있다고 판정하고, 스텝S410에 의하여 열화를 표시하고, 예를 들면, 램프의 점등 등에 의하여 촉매가 열화하고 있다고 운전자에게 알린다.
스텝S405에서 하류측 촉매(10)의 진단 운전영역이 성립하고 있지 않은 경우는 스텝S412에서 리턴하여 스타트로 되돌와 프로그램을 재스타트한다.
또한 스텝S411에 의하여 판정결과를 메모리에 기억한다. 본 실시예에 의하면, 각각의 촉매(즉 상류측 촉매(9)와 하류측 촉매(10))를 단독촉매와 마찬가지로 처리할 수 있기 때문에 개별진단을 용이하게 할 수 있다.
이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이 본 발명에 관한 내연기관의 배기가스 정화장치의 진단장치는 복수의 촉매를 가지는 배기가스 정화장치임에도 불구하고, 각각의 촉매 전후의 공연비센서의 출력신호의 상관관계를 각각의 촉매를 다른 운전영역에 있어서 조사하여 진단함으로써 각각의 촉매의 개별진단을 가능하게 한다.
제 1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 진단장치의 기본 구성도,
제 2도는 제 1도에 도시된 실시예의 제어플로우챠트,
제 3도는 제 1도에 도시된 실시예의 배기가스 정화장치의 진단장치의 촉매진단부를 일부 변경한 구성도,
제 4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 진단장치의 구성도,
제 5도는 제 4도에 도시된 다른 실시예의 제어플로우챠트이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 에어플로우센서 2 : 드로틀센서
3 : 내연기관 제어장치 4 : 인젝터
5 : 흡기매니폴드 6 : 제 1공연비센서
7 : 제 2공연비센서 8 : 제 3공연비센서
9 : 상류측 촉매 10 : 하류측 촉매
11 : 촉매진단부 12 : 진단영역 판정수단
13 : 상관함수 연산수단 14 : 상관함수 연산수단
15 : 하류측 촉매 진단수단 16 : 촉매열화 판정수단
17 : 바이패스밸브 18 : 바이패스통로

Claims (12)

  1. 내연기관의 운전상태를 검출하는 수단과 검출된 상기 운전상태에 응답하여 상기 내연기관의 배기가스내의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 제어하는 공연비 제어수단을 구비한 상기 내연기관내에서의, 상기 내연기관의 배기가스 통로의 상류측에 배치된 제 1배기가스 촉매유닛과 하류측에 배치된 제 2배기가스 촉매유닛을 포함하는 배기가스 정화장치의 진단장치에 있어서,
    상기 배기가스 통로내에서 상기 제 1유닛의 상류측에 위치된 제 1공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 제 1유닛과 상기 제 2유닛 사이에 위치된 제 2공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 제 2유닛의 하류측에 위치된 제 3공연비센서와; 상기 제 1 및 제 2공연비센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 1유닛을 진단하는 제 1진단수단과; 상기 제 1 및 제 3공연비센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 1유닛과 상기 제 2유닛의 결합유닛을 진단하는 제 2진단수단을 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1진단수단은 상기 내연기관의 제 1운전영역하에서 상기 제 1유닛을 진단하도록 구성되고, 상기 제 2진단수단은 상기 내연기관의 부하가 상기 제 1운전영역보다 큰 제 2운전영역하에서 상기 결합유닛을 진단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1유닛에 대한 상기 제 1진단수단으로부터의 진단정보와 상기 결합유닛에 대한 상기 제 2진단수단으로부터의 진단정보에 근거하여 상기 제 2유닛을 진단하는 제 3진단수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 3진단수단은, 상기 제 1유닛에 대한 상기 제 1진단수단으로부터의 상기 진단정보와 상기 결합유닛에 대한 상기 제 2진단수단으로부터의 상기 진단정보를, 직사각 좌표시스템상의 두 변수로서 사용하는 데이타 지도를 참고하여, 상기 제 2유닛의 열화도를 추정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2유닛의 정화용량은 상기 제 1유닛의 정화용량보다 일정량이상 크며, 상기 진단장치는 상기 제 1 및 제 3공연비 센서로부터의 출력신호 및/또는 상기 제 2 및 제 3공연비 센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 2유닛을 진단하는 제 3진단수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1진단수단은 상기 제 1 및 제 2공연비센서로부터의 출력신호들 사이의 상관함수를 계산하는 제 1상관함수 계산수단을 포함하며,
    상기 제 2진단수단은 상기 제 1 및 제 3공연비센서로부터의 출력신호들 사이의 상관함수를 계산하는 제 2상관함수 계산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치용 진단장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    진단결과를 통지하는 수단 및 상기 진단결과를 저장하는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치용 진단장치.
  7. 내연기관의 운전상태를 검출하는 수단과 상기 검출된 운전상태에 응답하여 상기 내연기관의 배기가스내의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 제어하는 공연비 제어수단을 구비한 상기 내연기관내에서의, 상기 내연기관의 배기가스 통로의 상류측에 배치된 제 1배기가스 정화유닛과 하류측에 배치된 제 2배기가스 정화유닛을 포함하는 배기가스 정화장치의 진단장치에 있어서,
    상기 제 1유닛을 바이패스하도록 구성된 바이패스통로와; 상기 제 1유닛과 상기 바이패스통로사이에서 배기가스흐름을 변환하도록 구성된 바이패스밸브와; 상기 바이패스밸브의 상류측에 위치된 제 1공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 바이패스통로의 출구의 상류측 및 하류측 중 한 곳에 위치된 제 2공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 제 2유닛의 하류측에 위치된 제 3공연비센서와; 상기 바이패스밸브가 바이패스통로를 차단하도록 변환되어 상기 배기가스가 상기 제 1유닛을 통해 흐를 때, 상기 제 1 및 제 2공연비센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 1촉매유닛을 진단하는 제 1진단수단과; 상기 바이패스밸브가 상기 배이패스통로를 개방하도록 변환되어 상기 배기가스가 상기 바이패스통로를 통해 흐를 때, 상기 제 1 및 제 3공연비센서로부터의 출력신호들 및 상기 제 2 및 제 3공연비센서로부터의 출력신호들 중 하나에 근거하여 상기 제 2촉매유닛을 진단하는 제 2진단수단을 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1진단수단은 상기 내연기관의 제 1운전영역하에서 상기 제 1유닛을 진단하도록 구성되고, 상기 제 2진단수단은 상기 내연기관의 부하가 상기 제 1운전영역보다 큰 제 2운전영역하에서 상기 제 2유닛을 진단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    진단결과를 통지하는 수단 및 상기 진단결과를 저장하는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  9. 내연기관의 운전상태를 검출하는 수단과 검출된 상기 운전상태에 응답하여 상기 내연기관의 배기가스내의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 제어하는 공연비 제어수단을 구비한 내연기관내에서의, 상기 내연기관의 배기가스통로의 상류측에 배치된 제 1배기가스 정화촉매유닛과 하류측에 배치된 제 2배기가스 정화촉매유닛을 포함하는 배기가스 정화장치의 진단장치에 있어서,
    상기 제 1촉매유닛을 바이패스하도록 구성된 바이패스통로와; 상기 제 1촉매유닛과 상기 바이패스통로사이에서 배기가스흐름을 변환하도록 구성된 바이패스밸브와; 상기 바이패스밸브의 상류측에 위치된 제 1공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 바이패스통로의 출구의 상류측 및 하류측중 한 곳에 위치된 제 2공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 제 2촉매유닛의 하류측에 위치된 제 3공연비센서와; 상기 바이패스밸브가 상기 배이패스통로를 개방하도록 변환되어 상기 배기가스가 상기 바이패스통로를 통해 흐를 때, 상기 제 1 및 제 3공연비센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 2촉매유닛을 진단하는 제 2진단장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  10. 내연기관의 운전상태를 검출하는 수단과 검출된 상기 운전상태에 응답하여 상기 내연기관의 배기가스내의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 제어하는 공연비 제어수단을 구비한 상기 내연기관내에서의, 상기 내연기관의 배기가스 통로의 상류측에 배치된 제 1배기가스 정화촉매유닛과 하류측에 배치된 제 2배기가스 정화촉매유닛을 포함하는 배기가스 정화장치의 진단장치에 있어서,
    상기 제 1촉매유닛을 바이패스하도록 구성된 바이패스통로와; 상기 제 1촉매유닛과 상기 바이패스통로사이에서 배기가스흐름을 변환하도록 구성된 바이패스밸브와; 상기 바이패스밸브의 상류측에 위치된 제 1공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 바이패스통로의 출구의 상류측 및 하류측중 한 곳에 위치된 제 2공연비센서와; 상기 배기가스 통로내에서 상기 제 2촉매유닛의 하류측에 위치된 제 3공연비센서와; 상기 바이패스밸브가 바이패스통로를 차단하도록 변환되어 상기 배기가스가 상기 제 1유닛을 통해 흐를 때, 상기 제 1 및 제 2공연비센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 1촉매유닛을 진단하는 제 1진단장치와; 상기 바이패스밸브가 상기 배이패스통로를 개방하도록 변환되어 상기 배기가스가 상기 바이패스통로를 통해 흐를 때, 상기 제 1 및 제 3공연비센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 제 2촉매유닛을 진단하는 제 2진단장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1진단장치는 상기 내연기관의 제 1운전영역하에서 상기 제 1촉매유닛을 진단하도록 구성되고, 상기 제 2진단장치는 상기 내연기관의 부하가 상기 제 1운전영역과 다른 제 2운전영역하에서 상기 제 2촉매유닛을 진단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1진단장치는 상기 내연기관의 제 1운전영역하에서 상기 제 1촉매유닛을 진단하도록 구성되고, 상기 제 2진단장치는 상기 내연기관의 부하가 상기 제 1운전영역보다 큰 제 2운전영역하에서 상기 제 2촉매유닛을 진단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 정화장치의 진단장치.
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