KR100588553B1

KR100588553B1 - 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법

Info

Publication number: KR100588553B1
Application number: KR1020040081796A
Authority: KR
Inventors: 한동욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-06-14
Also published as: KR20060032817A

Abstract

지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법이 개시된다. 개시된 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법은, (a) 엔진 시동 후, 일정 시간이 경과되었는지 판단하여, 일정 시간이 경과되었으면, 옵셋 전압이 정상치 범위에 있는지 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있으면, 산소센서의 출력전압이 제1기준치 이하인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)의 조건을 만족하는 경우, 상기 산소센서의 출력전압이 제2기준치 이하인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하는 경우, 배터리 전압이 기준치 이상인지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)의 조건을 만족하는 경우, 오픈 또는 그라운드 쇼트로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, OBD 법규에 적합하게 대응할 수 있고, 연비가 유리하고 배출가스 발생이 적으며, 운전자가 고장을 즉시 인지할 수 있는 이점이 있다.

ECU, 산소센서, 옵셋 전압

Description

지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법{METHOD OF FINDING CONTINUOUSLY TROUBLE FOR CIRCUIT OF ZIRCONIA OXYGEN SENSOR}

도 1a는 통상의 운전 중의 개략적인 ECU 회로도.

도 1b는 산소센서의 오픈 고장 판정시 개략적인 ECU 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법이 적용된 엔진 ECU 내의 산소센서의 개략적인 입력 회로도.

본 발명은 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 OBD 법규에 적합하게 대응하고, 연비가 유리하고 배출가스 발생이 적으며, 운전자가 고장을 즉시 인지하게 하기 위한 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법에 관한 것이다.

일반적으로 지르코니아(zirconia) 산소센서(O2 sensor)는 촉매 전방에 장착되어 이 촉매의 정화효율이 최대가 되도록 연소를 제어하기 위해 사용되고 있으며, 공기와 연료의 혼합비에 의해서 0∼1V의 전압이 발생하는 특성을 가지고 있다.

이와 같은 산소센서는 도 1a에 도시된 바와 같이, 배기가스 중에 잔존하는 산소량에 따라 이론 공연비(λ=1) 부근에서 급격히 변화하는 특성을 갖고 있는데, 활성화된 온도(370∼900℃)에서 이론공연비보다 린(lean)한 경우 0∼0.2V, 이론공연비보다 리치(rich)한 경우 0.6∼0.9V의 출력 전압을 나타낸다. 이러한 기전력의 신호를 ECU에 피드백(feedback)시켜 이론공연비를 유지하도록 연료 분사량을 제어한다.

그리고 도 1b를 참조하여 지르코니아 산소센서의 회로 고장인 오픈 쇼트(open short) 검출의 원리를 설명한다.

산소센서는 온도에 따른 출력의 차이가 크고 정상 신호와 그랜드 쇼트(short) 또는 오픈 고장의 판정이 되지 않아 특수한 방법으로 고장 판정을 행하고 있다. 또한 산소센서가 웜업(worm-up)된 상태에서의 출력값은 통상 0V∼1.0V가 된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 엔진이 충분히 웜업되어 산소센서가 활성화조건에 들어간 상태에서 출력 신호가 멈추고, 수온/흡기온/부하/RPM 조건이 모두 만족하면 한번씩 강제로 5V를 스위칭(switching)한 후, 출력 전압 레벨(level)이 4.5V를 넘을 때 오픈 고장을 검출한다.

그리고 그라운드 쇼트(ground short) 고장 검출의 원리를 설명한다.

엔진이 충분히 웜업된 상태에서 A/F(공기/연료)를 최대한 리치(rich)하게 만든 후, 산소센서의 출력 신호가 멈추고 8초간 0.2V 이하로 내려가면 그라운드 쇼트 로 판정한다.

또한 하이 쇼트(high short) 고장 검출의 원리를 설명하면, 아이들(idle) 상태에서 산소센서가 1.2V 이상 출력이 되면 고장 판정한다.

그런데, 정상적인 산소센서라도 공연비가 린(lean)해지면 전압이 0V 정도가 출력되므로 그라운드 쇼트와 회로의 오픈 판정을 하기가 어렵다. 즉, 오판정 우려가 있다.

그리고 오픈 쇼트 판정을 위해서는 웜업이 이루어져야하기 때문에 판정에 시간이 걸린다. 따라서 공장에서 신차 생산시, 커넥터 장착이 누락되더라도 라인 오프(line off)시까지 고장 검출을 못하는 문제가 많이 발생하고 있다.

또한 오픈 고장 판정시 RPM/로드(load)/수온과 같은 부가조건이 많이 존재하므로 오픈 고장 검출이 오래 걸린다. 따라서 고장판정 전에 배출가스가 많이 발생하므로 미국 정부에 강화된 OBD 시스템의 인가를 받기가 어렵다.

그리고 판정을 위해 강제로 연료량을 증가시키기도 하며, 산소센서를 스위칭 시킴으로 잠시 산소센서의 신호를 이용할 수 없어 피드백(feedback) 지연에 의한 연비 및 배출가스를 악화시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, OBD 법규에 적합하게 대응하고, 연비가 유리하고 배출가스 발생이 적으며, 운전자가 고장을 즉시 인지하도록 한 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법은, (a) 엔진 시동 후, 일정 시간이 경과되었는지 판단하여, 일정 시간이 경과되었으면, 옵셋 전압이 정상치 범위에 있는지 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있으면, 산소센서의 출력전압이 제1기준치 이하인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)의 조건을 만족하는 경우, 상기 산소센서의 출력전압이 제2기준치 이하인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하는 경우, 배터리 전압이 기준치 이상인지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)의 조건을 만족하는 경우, 오픈 또는 그라운드 쇼트로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법이 적용된 엔진 ECU 내의 산소센서의 입력 회로도가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법은, 우선, 엔진 시동 후, 일정 시간 예컨대, 2sec가 경과되었는지 판단하여 상기한 일정 시간이 경과되지 않았으면 본 제어를 처음부터 재 수행한다.

이에 반해, 상기한 일정 시간 이 경과되었으면, 옵셋 전압(Voffset; offset voltage)이 정상치 범위 예컨대, 0.4V∼0.6V에 있는지 판단한다.(단계 110,120)

상기 단계 120에서 옵셋 전압이 상기한 정상치 범위에 있으면, 프론트/리어 산소센서(21)의 출력전압(output voltage)(VO2)이 제1기준치 예컨대, 1.8V 이하인지 판단한다.(단계 130)

그리고 상기 단계 130의 조건을 만족하는 경우, 상기 산소센서(21)의 출력전압(VO2)이 제2기준치 예컨대, 0.2V 이하인지 판단한다.(단계 140)

이어서, 상기 단계 140의 조건을 만족하는 경우, 엔진 ECU(10)로 입력(input)되는 배터리 전압(VBAT)이 기준치 이상인지 판단한다.(단계 150)

상기 단계 150의 조건을 만족하는 경우, 오픈(open) 또는 그라운드 쇼트(ground short)로 판정한다.(단계 160)

한편, 상기 단계 120에서 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있지 않으면, 일정 시간동안 예컨대, 2sec 동안 산소센서(21)의 연속적인 고장이 있는지 판단한다.(단계 210)

상기 단계 210의 조건을 만족하는 경우, 옵셋 회로 폐일(offset circuit fail)로 판정한다.(단계 220)

그리고 상기 단계 210의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 120의 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있는지 다시 판단한다.

또한 상기 단계 130의 조건을 만족하지 못하는 경우, 일정 시간동안 예컨대, 2sec동안 상기 산소센서(21)의 연속적인 고장이 있는지 판단한다.(단계 310)

상기 단계 310의 조건을 만족하는 경우, 하이 쇼트 폐일(high short fail)로 판정한다.(단계 320)

상기 단계 310의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 130을 재 수행한다.

다른 한편으로, 상기 단계 140 또는 150의 조건을 만족하지 못하는 경우에는 산소센서(21)가 정상 작동하는 것으로 판정하고 본 제어를 처음부터 재 수행한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법은, 산소센서(21)에서 다수 발생하는 회로 고장을 어떤 운전 조건이라도 항상 고장 판정하도록 엔진의 ECU(10)에서 공급하는 산소센서(21) 신호 그라운드(-단)에 0.5V의 옵셋 전압을 추가해 부가 조건 없이도 오픈/쇼트 등의 회로 고장에 대한 연속적인 판정을 행하는 것이다.

한편, 본 발명의 하드웨어 구성은 도 3에 도시된 바와 같이, 산소센서(21)의 엔진 ECU(10)의 입력 단자(+단자)외에 풀업(pull up) 저항과 OP AMP(11)를 이용해 0.5V의 옵셋 전압을 걸어주는 -단자를 포함하여 구성되어 있다.

그리고 도 3에서 참조부호 12는 산소센서(21)의 입력 전압과 옵셋 전압 신호가 입력되면 이를 처리하는 중앙처리장치(CPU)이다.

통상적으로 산소센서의 +신호가 0V∼1.0V 범위로 출력되나, 본 발명에서는 -단자의 옵셋 전압이 더해져서 +신호가 0.5V∼1.5V 범위로 출력된다. 그리고 산소센서에서 그라운드 쇼트 또는 오픈에 의한 회로 고장 발생시는 0V가 출력이 된다.

종래에는 고장시의 출력전압 0V가 정상 전압 범위(0V∼1.0V)에 포함되어 부가적인 조건 없이는 고장 판정이 불가능하였지만, 본 발명을 적용하면, 고장시의 출력전압은 0V이고, 정상 전압 범위(0.5V~1.5V)와 확연히 구분되므로 부가조건 없이 연속적인 회로 고장 판정이 가능하다.

또한 본 발명에 의한 고장 판정시에 고장 판정의 정확성을 고려하여 추가로 -단자에 주어지는 옵셋 전압의 안정성에 대한 고장 판정을 추가시켰다. 이는 옵셋 전압이 0.4∼0.6V를 벗어날 때 고장을 판정하기 위한 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 도 2에 전술한 바와 같이, 오픈 또는 그라운드 쇼트 고장 판정은, 시동 2초 후 옵셋 전압이 정상치(0.4V∼0.6V)에 있고 배터리 전압이 정상치(11V 이상)에 있으며, 산소센서(21)의 출력 전압이 0.2V 미만이면 고장 판정한다.

그리고 전원단 쇼트 고장 판정은, 시동 2초 후 옵셋 전압이 정상치(0.4V∼0.6V)에 있으며, 산소센서(21)의 출력 전압이 1.8 V 이상이면 고장 판정한다.

또한 엔진 ECU(10) 내부 옵셋 회로의 고장 판정은, 시동 2초 후 옵셋 전압이 정상치(0.4V∼0.6V) 이외의 범위에 있으면 고장 판정한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

회로 고장을 오판정 없이 즉시 판정하므로 북미 강화 OBD 법규에 적합하게 대응할 수 있다.

그리고 판정을 위해 강제로 연료량을 증량시키는 제어를 하지 않고, 항상 산소센서 신호를 이용할 수 있어 연비가 유리하고 배출가스 발생이 적다.

또한 회로 고장이 발생하면 즉시 고장 판정이 가능해지므로 운전자가 고장을 즉시 인지할 수 있다.

그리고 라인 오프 커넥터 미장착 또는 쇼트시 시동 후 즉시 오작동경고등(MIL)이 점등되므로 과거처럼 라인 오프 시험시 미검출되고, 주행 평가장 등에서 고장 검출이 되어 다시 인라인(inline)하여 재 작업하는 등의 수고를 덜 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

(a) 엔진 시동 후, 일정 시간이 경과되었는지 판단하여, 일정 시간이 경과되었으면, 옵셋 전압이 정상치 범위에 있는지 판단하는 단계와;

(b) 상기 단계 (a)에서 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있으면, 산소센서의 출력전압이 제1기준치 이하인지 판단하는 단계와;

(c) 상기 단계 (b)의 조건을 만족하는 경우, 상기 산소센서의 출력전압이 제2기준치 이하인지 판단하는 단계와;

(d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하는 경우, 배터리 전압이 기준치 이상인지 판단하는 단계와;

(e) 상기 단계 (d)의 조건을 만족하는 경우, 오픈 또는 그라운드 쇼트로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법.
제1항에 있어서,

(f) 상기 단계 (a)에서 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있지 않으면, 일정 시간동안 상기 산소센서의 연속적인 고장이 있는지 판단하는 단계와;

(g) 상기 단계 (f)의 조건을 만족하는 경우, 옵셋 회로 폐일로 판정하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법.
제2항에 있어서,

상기 단계 (f)의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 (a)의 상기 옵셋 전압이 정상치 범위에 있는지 다시 판단하는 것을 특징으로 하는 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법.
제1항에 있어서,

(h) 상기 단계 (b)의 조건을 만족하지 못하는 경우, 일정 시간동안 상기 산소센서의 연속적인 고장이 있는지 판단하는 단계와;

(i) 상기 단계 (h)의 조건을 만족하는 경우, 하이 쇼트 폐일로 판정하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법.
제4항에 있어서,

상기 단계 (h)의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 (b)를 재 수행하는 것을 특징으로 하는 지르코니아 산소센서 회로고장 연속 판정방법.