KR100405728B1 - 차량의 배기가스 제어방법 - Google Patents

Abstract

차량의 배기가스 제어방법에서 피드백 검출되는 프런트 산소 센서의 신호에 대한 비례제어 지연시간을 이원화하여 연료량을 제어하도록 함으로써 배기가스를 안정화시키도록 하는 차량의 배기가스 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 시동 온의 상태에서 검출되는 냉각수온과 프런트 산소센서의 상태가 이론 공연비 피드백 제어 조건인지를 판단하는 과정과, 이론 공연비 피드백 조건이면 차량 상태 조건에 직접 이득 제어 맵 값과 비례 제어 맵 값 및 비례 제어 이득 지연 맵 값을 적용하여 이론 공연비 유지를 위한 피드백 제어를 수행하는 과정과, 프런트 산소센서의 전압값을 통해 피드백 제어를 수행하는 상태에서 리어 산소센서의 활성화가 진행되면 리어 산소센서의 전압에 대한 비례 제어 지연 맵 값을 보상하여 이론 공연비 피드백 제어를 수행하는 과정과, 리어 산소센서의 전압값이 설정된 기준 전압 이하의 상태로 검출되면 차량 상태 조건에 직접 제어 맵 값과 비례 제어 지연 맵 값 및 비례 제어 지연 보상 맵 값을 적용하여 이론 공연비의 피드백 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 배기가스의 에미션을 제어함에 있어 피드백 개시부터 프런트 산소센서의 활성화가 완전하게 진행되는 시점까지 흡입되는 공기량이 과농하게 유지되도록 비례제어 지연 맵 값을 추가 적용함으로 배기가스 에미션이 북미 규제에 적합하게 안정화된다.

Description

차량의 배기가스 제어방법{Exhaust Gas Contorlling Method Of Vehicle}

본 발명은 차량의 배기가스 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 피드백 검출되는 프런트(Front) 산소 센서의 신호에 대한 비례제어 지연시간을 이원화하여 연료량을 제어하도록 함으로써 배기가스를 안정화시키도록 하는 차량의 배기가스 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 미국을 비롯한 세계 각국에서는 환경 오염방지를 위하여 차량의 배기가스의 기준을 엄격하게 규제하고 있어, 이 규제를 만족시키기 위해서는 HC와 CO를 산화시키고 NOx를 N2와 O2로 환원하는 촉매장치의 사용이 필수적이며, 촉매장치의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는 연소실로 공급되는 혼합기를 이론 공연비로 유지하여야 한다.

따라서, 차량은 각종 운전 조건에서 배기가스의 에미션 저감을 위한 대책으로 촉매장치와 이 촉매장치의 전후에 산소센서를 두 개 적용하고, 산소센서의 신호를 피드백 받아 연소실에 분사되는 연료량을 가감시켜 이론 공연비를 유지시키는 전자제어가 적용되고 있다.

상기에서 이론 공연비의 유지를 위해 연료량을 가감하는 제어는 직접 이득을 처리하는 부분과 비례제어 이득을 처리하는 부분으로 구분되며, 통상적인 산소센서의 중립 상태에서 출력되는 전압은 0.45V로 공연비가 희박(Lean)한 상태에서는 0.45V 미만의 전압값이 출력되고 공연비가 과농(Rich)한 상태에서는 0.45V 이상의 전압값이 출력된다.

일반적으로 공연비가 과농한 상태에서 희박한 상태로 또는 희박한 상태에서 과농한 상태로 전환되어 질 때 산소센서의 반응 시간 차이는 물리적으로 항상 존재하므로, 이러한 반응시간 차이를 보상하여 배기가스 에미션을 최적화시키기 위한 방법들이 여러 가지로 적용되고 있다.

이에 일예로 BOSCH 및 SIEMENS의 경우 산소센서에서 검출되는 공연비의 신호가 과농에서 희박으로 전환되거나 희박에서 과농한 상태로 전환되어짐이 검출되면비려제어를 즉시 적용하지 않고 일정시간의 지연을 주어 배기가스의 에미션을 최적화하는 방법을 적용하고 있다.

또한, 다른 방법으로 촉매장치의 후방에 산소센서를 하나 더 구비하는 경우 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 전자제어장치는 촉매장치의 전방에 설치되는 프런트 산소센서의 정보와 냉각수온의 정보를 검출하여(S10) 프런트 산소센서의 활성화가 진행되었는지를 판단하고(S20), 프런트 산소센서의 활성화가 진행되었으면 냉각수온이 피드백 개시를 기준으로 하는 기준값 이상을 유지하는지를 판단한다 (S30).

상기에서 프런트 산소센서가 활성화 진행되었고 냉각수온이 기준온도 이상을 유지하는 것으로 판단되면 전자제어장치는 산소센서로부터 검출되는 정보에 대하여 직접이득과 비례제어 이득으로 연소실에 분사되는 연료량을 가감 제어하여 이론 공연비가 유지되도록 피드백 제어를 수행한다(S40).

상기와 같이 프런트 산소센서의 활성화에 따라 피드백 제어를 수행하는 과정에서 촉매장치의 후방에 설치되어 있는 리어 산소센서의 활성화가 진행되었는지를 판단하여(S50) 활성화가 진행된 것으로 판단되면 리어 산소센서이 출력 전압에 의한 비례제어이득 지연 보상 맵 데이터를 적용하여 연소실에 분사되는 연료량을 가감 제어함으로써 이론 공연비가 유지되도록 피드백 제어를 수행한다.

전술한 바와 같은 종래의 차량에서 적용되고 있는 피드백 제어 이론 공연비 제어방법은 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 전반적인 연료량이 이론 공연비의 상태로 매칭(Matching)되었다고 가정하는 경우 피드백 제어가 시작되는 시점에서부터촉매장치가 완전히 활성화 되기까지 수십초의 구간에서 'NOx' 이 과다하게 배출되는 단점이 있다.

이는 피드백을 시작하는 영역은 프런트 산소센서가 완전 활성화가 덜 된 관계로 센서의 반응시간에 지연이 발생되고, 촉매장치 역시 완전 활성화 영역에 진입되지 않은 관계로 이 두가지의 효과가 작용하여 'NOx'가 과다하게 배출 되어진다.

이를 위해 의도적으로 흡입 공기량(A/F)을 과농하게 제어할 수 있다면 'NOx'의 저감에는 상당히 기여할 수 있으나, 현행은 비례제어 지연 맵 값 만을 적용하고 있어 초기 'NOx' 저감을 위해 과농하게 매칭하면 촉매의 활성화 이후의 영역에서는 'HC' 및 'CO'가 증가되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 프런트 산소센서의 활성화에 따라 프런트 산소센서의 전압에 대한 비례 제어 지연시간 맵 데이터 테이블 이외에 별도의 비례 제어 지연시간 맵 데이터 테이블을 추가하여 프런트 산소센서의 활성화에 의한 피드백 제어 개시부터 리어 산소센서의 활성화까지 흡입 공기량(A/F) 피드백 밴드를 의도적으로 과농하게 제어하도록 하는 별도의 지연시간 값으로 연료량 피드백 제어를 수행하도록 함으로써 배기가스 에미션을 안정화시키도록 한 것이다.

또한, 리어 산소센서에 의한 희박 및 과농 판정 전압의 보정 개시 이후에도 리어 산소센소의 시그널을 모니터링 하여 리어 산소센서의 출력 전압이 희박 및 과농 판정전압 보다 작은 상태가 일정시간 이상 지속하는 경우 별도로 추가한 비례제어 지연시간 맵 데이터 테이블로 연료량 피드백 제어를 수행하여 배기가스 에미션을 안정화시키도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 차량의 배기가스 제어를 위한 피드백 시스템의 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따라 차량의 배기가스 제어를 수행하는 일 실시예의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 제어에서 촉매장치의 정화 효율 특성을 보인 그래프.

도 4는 종래의 차량에서 적용되는 배가가스 제어의 흐름도.

도 5는 종래의 차량에서 적용되는 피드백 제어에서의 배기가스 관련 데이터 그래프.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 시동 온의 상태에서 검출되는 냉각수온과 프런트 산소센서의 상태가 이론 공연비 피드백 제어 조건인지를 판단하는 과정과, 상기에서 이론 공연비 피드백 조건이면 차량 상태 조건에 직접 제어 맵 값과 비례 제어 맵 값 및 비례 제어 지연 맵 값을 적용하여 이론 공연비 유지를 위한 피드백 제어를 수행하는 과정과, 상기 프런트 산소센서의 전압값을 통해 피드백 제어를 수행하는 상태에서 리어 산소센서의 활성화가 진행되면 리어 산소센서의 전압에 대한 비례 제어 지연 보상 맵 값을 적용하여 이론 공연비 피드백 제어를 수행하는 과정과, 리어 산소센서의 전압값이 설정된 기준 전압 이하의 상태로 검출되면 차량 상태 조건에 비례 제어 지연 맵 값과 비례 제어 지연 보상 맵 값을 적용하여 이론 공연비의 피드백 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 차량의 배기가스 제어를 위한 피드백 시스템은 분사되는 연료량을 흡입되는 공기와 이론 공연비로 혼합시키는 스로틀 바디(10)와, 스로틀 바디(10)에서 혼합된 혼합기를 연소시켜 동력을 발생시킨 다음 연소 가스를 배출하는 연소실(20)과, 연소실(20)에서 배출되는 배기가스에 포함되어 있는잔류 산소의 농도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(60)에 피드백 전송하는 프런트 산소센서(30)와, 배기가스에 포함되어 있는 'HC', 'CO', 'NOx' 등의 유해 물질을 산화 및 환원 작용을 통해 무해한 물질로 변환시키는 촉매장치(40)와, 촉매장치(40)를 통해 배출되는 배기가스에 포함되어 있는 잔류 산소의 농도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(60)측에 피드백 전송하는 리어 산소센서(50) 및, 상기 프런트 산소센서(30)와 리어 산소센서(50)에서 피드백되는 정보와 엔진 회전수,냉각수온 및 부하 등의 정보를 종합 분석하여 연소실에 유입되는 혼합기를 이론 공연비로 제어하는 제어부(60)로 구성된다.

전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 차량의 피드백 시스템에서 배기가스 에미션 저감을 위한 이론 공연비 제어에 대한 동작을 도 2를 통해 설명하면 다음과 같다.

엔진의 시동이 온을 유지하게 되면 도 1에 도시되어 있는 제어부(60)는 촉매장치(40)의 전후에 장착되어 있는 프런트 산소센서(30)와 리어 산소센서(50)의 상태정보를 판독하고, 냉각수온의 정보를 판독한다(S101)(S102)(S103).

상기 판독되는 프런트 산소센서(30)의 상태가 활성화 상태에 진입하였는지의여부를 판단하여 활성화 상태로의 진입인 것으로 판단되면(S104), 검출되는 수온의 정보가 피드백 제어를 진행하는 온도 이상을 유지하는지를 판단한다(S105).

상기에서 프런트 산소센서(30)가 활성화 상태에 진입하였고 냉각수온이 피드백 제어의 온도 이상을 유지하는 것으로 판단되면 제어부(50)는 설정된 맵 데이터 테이블로부터 프런트 산소센서(30)의 전압에 대하여 직접 제어값과 비례 제어값 및비례 제어 지연값을 적용하여 이론 공연비 유지를 위한 연료 분사량을 산출한 다음 스로틀 바디(10)를 통해 배기가스의 에미션을 제어하는 피드백 제어를 수행한다 (S106)(S107).

상기와 같이 프런트 산소센서(30)의 전압에 대하여 이론 공연비 제어를 위한 피드백 제어를 수행하는 과정에서 제어부(60)는 촉매장치(40)의 후방에 장착되어 있는 리어 산소센서(50)의 활성화 상태를 검출하여 활성화의 상태로 진입 하였는지의 여부를 판단한다(S108).

상기 리어 산소센서(50)의 활성화가 진행된 상태로 판단되면 리어 산소센서 (50)로부터 검출되는 출력전압에 대하여 비례제어 지연 보상 값을 추가하여 이론 공연비 제어를 위한 동작을 반복적으로 수행하여 배기가스의 에미션을 제어하는 피드백 제어를 수행한다(S109).

상기와 같이 제어부(60)는 프런트 산소센서(30)와 리어 산소센서(50)의 출력전압에 따라 직접 제어 맵 값과 비례제어 맵 값 및 비례 제어 지연 맵 값의 적용을 통해 이론 공연비를 제어하는 상태에서 리어 산소센서(50)로부터 검출되는 전압이 공연비의 과농 및 희박을 검출하기 위한 기준 전압 이하의 전압으로 검출되는지를 판단하며(S110), 기준전압 이하의 상태가 리어 산소센서(50)로부터 검출되면 직접 제어 맵 값과 비례제어 지연 맵 값 및 비례 제어 지연 보상 맵 값을 감안하여 이론 공연비 제어를 위한 피드백 제어를 반복적으로 수행한다(S111).

따라서, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 혼합기의 이론 공연비는 촉매장치의 정화 효율이 최적이 유지되는 상태로 조정되어 배기가스 에미션의 안정화를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 배기가스의 에미션을 제어함에 있어 피드백 개시부터 프런트 산소센서의 활성화가 완전하게 진행되는 시점까지 흡입되는 공기량이 과농하게 유지되도록 비례제어 지연 맵 값을 추가 적용함으로 배기가스 에미션이 북미 규제 및 유럽 규제 등 규제치가 강화된 지역에 적합하게 안정화된다.

Claims (2)

1. 시동 온의 상태에서 검출되는 냉각수온과 프런트 산소센서의 상태가 이론 공연비 피드백 제어 조건인지를 판단하는 과정과;

   상기에서 이론 공연비 피드백 조건이면 차량 상태 조건에 직접 제어 맵 값과 비례 제어 맵 값 및 비례 제어 지연 맵 값을 적용하여 이론 공연비 유지를 위한 피드백 제어를 수행하는 과정과;

   상기 프런트 산소센서의 전압값을 통해 피드백 제어를 수행하는 상태에서 리어 산소센서의 활성화가 진행되면 리어 산소센서의 전압에 대한 비례 제어 지연 보상 맵 값을 적용하여 이론 공연비 피드백 제어를 수행하는 과정과;

   리어 산소센서의 전압값이 설정된 기준 전압 이하의 상태로 검출되면 차량 상태 조건에 직접 제어 맵 값과 비례 제어 지연 맵 값과 비례 제어 지연 보상 맵 값을 적용하여 이론 공연비의 피드백 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 리어 산소센서의 전압값과 비교되는 기준 전압은 이론 공연비의 희박 및 과농을 판정하는 파라메타값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.