KR100634597B1 - 차량의 촉매 활성화 제어방법 - Google Patents

Abstract

차량에서 연료 차단 제어 조건에 의한 공연비 제어 금지 이후 공연비 제어가 재개되는 경우 촉매에 과충전된 산소를 신속하게 제거하여 촉매의 정화 효율을 높여 배기가스의 안정화를 제공하도록 하는 것으로,

정상상태의 공연비 제어과정에서 연료 차단제어의 조건으로 진입되면 연료 차단제어의 시작시간을 검출하는 과정과, 연료 차단제어가 진행되는 상태에서 연료 차단제어의 해제 조건이 검출되면 그 시간을 검출하여 연료차단 제어가 실행된 시간이 설정된 기준시간을 초과하였는지 판단하는 과정과, 연료 차단제어가 실행된 시간이 설정된 기준시간을 초과하지 않은 상태이면, 연료 차단제어의 해제에 따라 정상상태의 공연비 제어를 수행하고, 설정된 기준시간을 초과하였으면 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어를 실행하는 과정 및, 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어를 실행하는 상태에서 해제 조건을 만족하면 정상상태의 공연비 제어를 실행하는 과정을 포함한다.

촉매, 연료 차단제어, 과충전 산소제거, 촉매 활성화

Description

차량의 촉매 활성화 제어방법{A CATALYST ACTIVATE CONTROL METHOD OF VEHICLE}

도 1은 일반적인 차량의 공연비 제어장치에 대한 개략에서 구성도.

도 2는 종래의 차량에서 촉매 활성화 제어에 대한 제1실시예의 타이밍도.

도 3은 종래의 차량에서 촉매 활성화 제어에 대한 제2실시예의 타이밍도.

도 4는 본 발명에 따른 차량에서 촉매 활성화 제어 실행에 대한 일 실시예의 흐름도.

도 5는 도 4에서 촉매의 과충전 산소 제어 공연비 제어에 대한 흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 차량에서 촉매 활성화 제어에 대한 타이밍도.

본 발명은 차량의 공연비 제어에 관한 것으로, 더 상세하게는 연료 차단 제어 조건에 의한 공연비 제어 금지 이후 공연비 제어가 재개되는 경우 촉매에 과충전된 산소를 신속하게 제거하여 촉매의 정화 효율을 높여 배기가스의 안정화를 제공하도록 하는 차량의 촉매 활성화 제어방법에 관한 것이다.

지속적으로 강화되고 있는 자동차 배출가스 규제는 차량전자제어장치(ECU : Engine Control Unit)를 통한 공연비 제어(A/F Control, Fuel metering Control, Lambda Control) 및 OBD II(On-Board Diagnosis II)와 같은 진단로직을 반드시 수행할 것을 요구하고 있다.

엔진에서 공연비 제어는 촉매가 최대 정화 효율에서 동작할 수 있도록 공기 : 연료 혼합비를 14.7 : 1로 연료의 분사량을 제어하는 것으로, 전체 운전영역에서 수행되는 것은 아니며 오버 런(Over-Run) 상태와 같은 연료 차단제어(Fuel-Cut Off)의 조건에서는 공연비 제어가 금지된다.

상기와 같이 연료 차단 제어의 조건에 따라 공연비 제어가 금지되면, 즉 연료 차단 제어의 조건에 의해 연료분사를 하지 않게 되면 연소실내의 공연비는 매우 희박(Lean)한 상태가 되고, 이런 희박한 연소가스는 배기 행정시 그대로 배기포트를 통해 배출된다.

따라서, 희박한 연소가스의 배출에 따라 촉매는 최대 산소저장능력(OSC : Oxygen Storage Capacity)만큼 과충전 된다.

그러므로, 연료 차단 제어의 해제에 따라 공연비 제어가 재개되었을 때 과충전된 산소로 인해 촉매는 본래의 정화효율을 갖지 못하고, 유해 배출가스를 그대로 방출하게 된다.

결과적으로 자동차 배출가스규제를 만족하기 위해서는 위와 같은 상황에서 촉매에 과충전된 산소를 빠르게 제거하여 촉매가 갖는 본래의 정화효율에 따라 삼원 촉매가 정상적으로 반응하게 함으로써 배출가스를 줄일 수 있는 방안이 요구된다.

따라서, 상기와 같은 상황에서 촉매에 과충전된 산소를 제거하도록 하는 방법이 제공되고 있는데, 그중 하나는 연료 차단 제어가 종료된 이후 공연비 제어를 바로 재개하지 않고, 일정시간 동안 목표 공연비 λ값을 1보다 작은 임의의 값으로 고정하여 인위적으로 농후하게 연료가 분사되도록 제어함으로써, 촉매에 과충전된 산소를 제거하는 방법이다.

또 하나의 방법은 연료 차단 제어의 종료 직후, 바로 공연비 제어를 재개하고, 일반적인 공연비 제어시 사용되는 P-Jump 지연시간을 보정함으로써 평균적으로 공연비를 농후한 상태로 유지하여 과충전 산소를 제거하는 것이다.

상기한 두 가지 방법이 현재 양산 차종에 적용되고 있는 상황이지만, 지속적으로 강화되는 배출가스 규제를 만족하기 위해서는 보다 빠르게 촉매에 과충전된 산소를 제거하여 정상적인 공연비 제어를 수행할 필요가 있다.

이에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

통상적으로 차량에서 공연비 제어장치는 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에 유입되는 공기량을 계측하는 공기량 계측장치(20)와, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 포함된 유해 물질을 산화 및 환원작용을 통해 정화하는 촉매(30)와, 상기 촉매(30)의 전방에 장착되어 배기가스에 포함된 산소의 농도를 계측하는 제1산소센서(40)와, 상기 촉매(30)의 후방에 장착되어 촉매(30)에 의해 정화되어 대기중으로 배출되는 배기가스에 포함된 산소의 농도를 계측하는 제2산소센서(50)와, 상기 공기량 계측장치(20)에서 인가되는 공기량에 대한 정보와 상기 제1,2산소센서(40)(50)에서 계측된 공연비의 희박 혹은 농후에 대한 정보, 엔 진 회전수에 대한 정보를 기반으로 엔진(10)의 공연비 제어에 대한 제반적인 동작을 제어하는 제어유닛(60) 및 상기 제어유닛(60)의 제어신호에 따라 노즐의 개폐시간이 조정되어 공연비 제어를 위해 산출된 연료량을 상기 엔진(10)에 분사하는 인젝터(70)를 포함하여 구성된다.

상기에서 제어유닛(60)은 정상적인 공연비 제어의 조건에서는 엔진 회전수와 공기량에 대하여 매핑된 기본 분사시간(tp)을 계산하고, 제1산소센서(40)와 제2산소센서(50)로부터 검출되는 희박 농후에 대한 정보에 따라 연료량 펙터값(FR)을 계산하여 기본 분사시간(tp)에 곱함으로써 실제 분사시간(Ti)를 계산하게 된다.

또한, 촉매(30)는 공연비 제어값인 λ가 1 혹은 1보다 약간 작은 값 근처(람다 윈도우)에서 최대 정화효율을 가지기 때문에 제1산소센서(40)로부터 희박에서 농후로 천이되는 상태를 감지하여 희박 방향으로의 기본제어 적용을 지연시키는 P-Jump 지연시간을 가짐으로써 인위적으로 람다 윈도우내에서 동작하도록 제어한다.

상기와 같은 구성을 갖는 공연비 제어장치에서 연료 차단 제어의 실행에 따라 촉매에 과충전된 산소를 제거하는 동작은 도 2와 같이 수행된다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 연료 차단 제어가 t0 시점에서 인에이블되면 해당 시점에서부터 인젝터는 연료분사를 하지 않는다.

이후, 연료 차단제어가 t2의 시점에서 다시 재개되어지면 해당 시점에서 연료 펙터값(FR)은 1보다 크게 설정한다.

연료 펙터값은 직접적으로 분사시간(Ti~FR*tp)에 영향을 주게 되므로, 이를 1보다 크게 설정함으로써 실제 분사시간이 기본 분사시간(tp)보다 길게 설정하게 되어 연료가 농후하게 분사되게 된다.

이와 같은 제어로직이 적용되는 동안에는 정상상태 공연비 제어는 금지되게 되고, 제2산소센서 전압이 미리 결정된 임계값을 통과하거나 공기량과 제1산소센서의 신호로부터 촉매내에서 소진된 산소량을 추정한 값이 일정값 이상이 되었을 경우 다시 정상상태 공연비 제어를 수행하게 된다.

정리하면 연료 차단제어가 종료된 후 인위적으로 연료량 펙터값을 1 보다 크게 설정하여 농후하게 연료분사를 함으로써 촉매의 과충전 산소를 제거하는 것이다.

이와 같은 방법은 폐루프 방식으로 제어되는 것이 아니기 때문에 산소센서 및 촉매의 노후화 등과 같은 비정상적인 상황에서 강인성을 가지지 못하는 단점이 있다.

또한, 다른 하나의 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 연료 차단제어가 종료되면 정상적인 공연비 제어를 수행하면서 P-Jump 지연시간을 보정하여 촉매에 과충전된 산소를 제거하는 방식이기 때문에 폐루프 방식이라고 할 수 있다.

이는 정상상태에서 P-Jump 지연시간은 엔진회전수와 부하로부터 미리 설정된 기본 지연시간으로 설정되어 있으므로, 연료 차단제어의 조건이 종료되는 시점에서는 기본 지연시간에 제2산소센서와 공기량의 함수로 구해지는 보정값을 적용한다.

즉, 연료 차단 제어의 재개에 따라 촉매에 과충전 산소를 제거하기 위한 P-Jump 지연시간 = 기본 지연시간 + f(제2산소 센서값, 공기량)로 결정된다.

이후, 전술한 바와 같이 제2산소센서의 전압값이 일정값 이상으로 되거나 추 정된 촉매의 제거 산소량이 일정값 이상이 되면 P-Jump 기본 지연시간을 기본 지연시간으로 설정하여 정상상태의 공연비 제어를 수행한다.

상기한 방법은 촉매에 과충전 산소의 제거에 대하여 어느 정도의 신뢰성이 제공되고 있으나, 지속적으로 강화되고 있는 배기가스 규제를 만족시키는데 있어 보다 빠른 응답성이 요구되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 연료 차단 제어의 종료 시점에서 공연비 제어를 재개한 후 기존 방법에서 사용하는 상방 산소센서가 희박에서 농후로 상태 변화를 감지했을 때 적분제어를 중지하고 P-jump 지연시간을 보정하는 것과 달리 적분제어를 계속 유지하면서 엔진 회전수와 부하조건 그리고 상방산소값의 변화율을 가지고 적분제어계수(기울기)를 보정하도록 한 것이다.

즉, 상방 산소센서가 희박에서 농후로 상태 변화를 감지하였을 때, 엔진상태를 고려하여 최대한 농후하게 연료를 분사할 수 있게 되고, 결과적으로 기존 P-jump 지연시간의 보정하는 방법과 비교했을 때 더 빠른 과충전 제거 효과를 가질 수 있게 된다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은
정상상태의 공연비 제어과정에서 연료 차단제어의 조건으로 진입되면 연료 차단제어의 시작시간을 검출하는 과정과; 상기 연료 차단제어가 진행되는 상태에서 연료 차단제어의 해제 조건이 검출되면 그 시간을 검출하여 연료차단 제어가 실행된 시간이 설정된 기준시간을 초과하였는지 판단하는 과정과; 연료 차단제어가 실행된 시간이 설정된 기준시간을 초과하지 않은 상태이면, 연료 차단제어의 해제에 따라 정상상태의 공연비 제어를 수행하고, 설정된 기준시간을 초과하였으면 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어를 실행하는 과정 및 상기 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어를 실행하는 상태에서 해제 조건을 만족하면 정상상태의 공연비 제어를 실행하는 과정을 포함하는 차량의 촉매 활성화 제어방법에 있어서,
상기 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어는 연료 차단제어의 해제에 따라 정상상태의 비례적분 제어를 실행하며, 이 과정에서 촉매의 상측에 장착되는 산소센서의 신호가 희박에서 농후로의 변환으로 검출되는지 판단하는 과정과; 산소센서의 전압 변환이 검출되면 과충전 산소 제거 적분기의 값을 초기화한 다음 시간 카운터 값을 초기화하고, 엔진 회전수와 공기량 및 촉매의 상측 산소센서의 전압값 변화율을 감안한 적분 기울기를 결정하여 연료 펙터값을 적용하는 과정과; 상기 과충전 산소 제거 적분기의 적용시간이 기준시간을 초과하였는지를 판단하여, 기준시간의 경과로 판단되면 정상상태의 공연비 비례적분 제어를 적용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 촉매 활성화 제어방법을 제공한다.

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

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 정상상태의 공연비 제어가 실행되는 상태에서(S101) 연료 차단제어로 진입되었는지를 판단한다(S102).

연료 차단제어로의 진입이 개시되면 연료 차단제어의 시작시간(Ts)을 기억하며(S103), 연료 차단제어가 유지되는 상태에서 연료 차단제어의 종료가 검출되는지를 판단한다(S104).

상기 S104에서 연료 차단제어의 종료가 검출되면 연료 차단제어가 종료되는 시간(Te)을 검출하여(S105), 연료 차단제어가 개시된 이후부터 연료 차단제어가 종료된 시점까지의 경과 시간이 설정된 기준시간을 초과하였는지를 판단한다(S106).

상기 S106의 판단에서 설정된 기준시간을 초과한 것으로 판단되면 촉매에 산소가 과충된 상태인 것으로 판단하여 촉매의 과충전 산소 제거를 위한 공연비 제어를 실행한다(S107).

상기와 같이 촉매의 과충전 산소 제거를 위한 공연비 제어가 실행되는 과정 에서 촉매의 산소 제거량 추정값이 최대 산소 저장량 이상으로 판단되거나 촉매의 하측에 장착되어 있는 산소센서에서 검출되는 전압이 설정된 임계값 이상으로 검출되는 과충전 산소 제거 디스에이블의 조건을 만족하는지 판단한다(S108).

상기 S108의 판단 결과 과충전 산소 제거 디스에이블 조건을 만족하지 않으면 상기 S107의 과정으로 리턴되어 촉매에 충전되어 있는 과충전 산소의 제거를 위한 동작을 반복하고, 과충전 산소 제거 디스에이블 조건을 만족하면 도 6에 도시된 바와 같이 정상상태의 공연비 제어를 실행한다(S109).

상기의 과충전 산소 제거를 위한 공연비 제어의 실행에 대하여 도 5를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

정상상태의 공연비 비례적분 제어를 실행하는 과정에서 촉매의 상측에 장착되어 있는 산소센서에서 검출되는 전압이 희박 공연비에서 농후로 전환됨이 검출되는지를 판단한다(S201)(S202).

상기에서 희박 공연비에서 농후 공연비의 전환으로 검출되면 과충전 산소 제거 적분기를 초기화하고, 과충전 산소 제거 적분기를 적용하여 시간 카운터 값(T2count)를 초기화한다(S203).

이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 엔진 회전수와 공기량 및 촉매 상방에 장착되는 산소센서의 변화율 등 엔진의 상태를 감안하여 적분 기울기(적분 펙터)를 결정한 다음 이를 적용한 2차 적분으로 연료 펙터를 산출하여 공연비 제어를 실행한다(S204).

상기와 같이 엔진의 상태를 감안한 적분 기울기의 적용을 통한 2차 적분이 유지되는 시간이 설정된 기준시간(Tend)을 초과하였는지를 판단한다(S205).

상기에서 설정된 기준시간을 경과하였으면 촉매에 과충전된 산소의 제거가 이루어진 것으로 판단하여 정상 상태의 공연비 비례적분 제어를 실행한다(S206).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 촉매에 과충전된 산소를 제거하기 위한 P-jump 지연시간이 적용되는 단계에서 2차 적분기와 적분 기울기를 엔진회전수와 공기량, 상방 산소센서의 변화율을 통해 결정하는 일련의 과정을 거쳐 엔진의 상태에 따라 최대의 연료 펙터값을 적용함으로써 연료를 최대한 농후하게 분사함으로써 기존 폐루프 방식이 단지 P-jump 지연시간을 길게 하여 과충전산소를 제거하는 것보다 훨씬 빠른 응답성을 가지게 효과가 제공된다.

Claims (3)

1. 정상상태의 공연비 제어과정에서 연료 차단제어의 조건으로 진입되면 연료 차단제어의 시작시간을 검출하는 과정과; 상기 연료 차단제어가 진행되는 상태에서 연료 차단제어의 해제 조건이 검출되면 그 시간을 검출하여 연료차단 제어가 실행된 시간이 설정된 기준시간을 초과하였는지 판단하는 과정과; 연료 차단제어가 실행된 시간이 설정된 기준시간을 초과하지 않은 상태이면, 연료 차단제어의 해제에 따라 정상상태의 공연비 제어를 수행하고, 설정된 기준시간을 초과하였으면 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어를 실행하는 과정 및 상기 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어를 실행하는 상태에서 해제 조건을 만족하면 정상상태의 공연비 제어를 실행하는 과정을 포함하는 차량의 촉매 활성화 제어방법에 있어서,

   상기 촉매의 과충전 산소 제거 공연비 제어는 연료 차단제어의 해제에 따라 정상상태의 비례적분 제어를 실행하며, 이 과정에서 촉매의 상측에 장착되는 산소센서의 신호가 희박에서 농후로의 변환으로 검출되는지 판단하는 과정과;

   산소센서의 전압 변환이 검출되면 과충전 산소 제거 적분기의 값을 초기화한 다음 시간 카운터 값을 초기화하고, 엔진 회전수와 공기량 및 촉매의 상측 산소센서의 전압값 변화율을 감안한 적분 기울기를 결정하여 연료 펙터값을 적용하는 과정과;

   상기 과충전 산소 제거 적분기의 적용시간이 기준시간을 초과하였는지를 판단하여, 기준시간의 경과로 판단되면 정상상태의 공연비 비례적분 제어를 적용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 촉매 활성화 제어방법.
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