KR100962785B1

KR100962785B1 - 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법

Info

Publication number: KR100962785B1
Application number: KR1020070127740A
Authority: KR
Inventors: 이동근
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2010-06-09
Also published as: KR20090060803A

Abstract

본 발명에 따른 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법은, 히터 제어 진단을 수행하여, 히터 제어 고장 징후가 판정되면, 가상 접지 와이어 회로를 진단하는 단계; 상기 가상 접지 와이어 회로 진단시, 누적 카운트가 소정 시간을 초과하면, 히터 제어 고장으로 판정하는 단계; 및 상기 가상 접지 와이어 회로 진단시, 누적 카운트가 소정 시간을 초과하지 않으면, 람다 오실레이터를 이용하여, 가상 접지 와이어의 단선 여부를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 소프트웨어로 구현한 오실레이터를 이용하여, 람다 세트 포인트(Lambda Set Point)에 진동을 줌으로써, 차량의 배기가스를 측정하기 위한 리니어 산소센서(Linear O2 Sensor)의 고장 여부를 보다 정확하게 진단할 수 있게 되므로, 산소센서의 고장임에도 불구하고도, 다른 부분의 고장으로 잘못 판정하는 것을 미연에 방지할 수 있게 되며, 또한 배출가스의 증가로 인해 대기 오염에 악영향을 주게 되는 것을 효율적으로 예방할 수 있게 되는 효과가 있다.

리니어 산소센서, 람다 오실레이터, 가상 접지 와이어, 람다 세트 포인트, 진동

Description

람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법 {Linear O2 sensor diagnosis using a lambda oscillator}

본 발명은, 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법에 관한 것으로, 예를 들어 차량의 배기가스를 측정하기 위한 리니어 산소센서(Linear O2 Sensor)의 고장 여부를 보다 정확하게 진단할 수 있도록 하기 위한 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 배기가스를 측정하는 산소센서에는, 온/오프(On/Off) 산소센서와, 리니어(Linear) 산소센서가 있는 데, 상기 온/오프 산소 센서는, Binary O2 Sensor Zirconia 등을 소재로 한 세라믹이 사용되며, 소재 양측의 산소 농도의 차이가 있으면, 기전력이 발생하는 특성이 있다.

그리고, 상기와 같은 특성을 이용하여 배기와 대기 사이의 산소농도를 비교한 후, 배기가스의 공연비가 농후(예: Output(V) > 0.45V)한 지 또는 희박(예: Output(V) < 0.45V)한 지를 판정하게 된다.

한편, 상기 리니어 산소센서는, 상기 Binary O2 Sensor의 특성 이외에도, 세라믹 소재에 전류를 인가시키면, 전류의 방향에 따라 산소 이온이 이동하는 특성을 이용하여, 산소 농도가 농후한 지 또는 희박한 지를, 보다 정확한 공연비로 판정하게 된다.

도 1은, 리니어 산소센서의 측정 원리를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, Vs Cell의 전위차를 항상 0.45V로 맞추기 위하여, 컨트롤러 내의 Ip drive(10)에서는, 좌 또는 우 방향으로 전원을 공급하는 데, 예를 들어 우 방향으로 전원을 공급하는 경우, 산소농도가 농후한 경우이고, 좌 방향으로 전원을 공급하는 경우는 산소농도가 희박한 경우이다.

한편, 이때 공급되는 전류는, 상기 컨트롤러 내의 Vs Output Detection(20)에서 검출되는 Vs Cell의 전위차가 0.45V가 될 때까지 증가하며, 최종 수렴된 전류 값으로 공연비를 알 수 있게 되는 데, 대기의 산소농도는, 상기 컨트롤러 내의 Icp Supply(30)에서 출력되는 Icp로 제어하여 가상으로 만드는 방식으로서, 대기 측의 산소농도를 O2 Reference Electrode로 대체한 경우이다.

도 2는, 산소농도가 농후한 경우 배기가스를 측정하는 원리를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도 2에 도시한 바와 같이, Gas Detecting Cavity안으로 유입된 농후한 배기가스와, Vs Cell 내부의 O2 Reference Electrode를 비교하면, Reference 450mV 보다 크게 되므로, Ip Cell에 Ip가 Ip Drive 방향으로 공급되어 산소이온이 배기로부터 Gas Detecting Cavity로 Pumping된다.

한편, 이때 Pumping된 산소이온의 양은, 전류의 크기와 비선형으로 비례하는 데, 도 2는 OmA 보다 작은 전류(-1.25mA)가 Pumping에 사용되어 14.6보다 작은 공연비를 측정하게 되는 실시예를 도시한 것이다.

도 3은, 산소농도가 농후한 경우 배기가스를 측정하는 원리를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도 3에 도시한 바와 같이, Gas Detecting Cavity안으로 유입된 농후한 배기가스와, Vs Cell 내부의 O2 Reference Electrode를 비교하면 Reference 450mV 보다 작게 되므로, Ip Cell에 Ip가 Ip Drive 반대 방향으로 공급되어 산소이온이 Gas Detecting Cavity로부터 배기로 Pumping된다.

한편, 이때 Pumping된 산소이온의 양은 전류의 크기와 비선형으로 비례하는데, 도 3은 OmA 보다 큰 전류(+1.09mA)가 Pumping에 사용되어 14.6보다 큰 공연비를 측정하게 되는 실시예를 도시한 것이다.

그리고, 도 4는, 종래의 리니어 산소센서가 Open Circuit인 경우 나타는 물리적 현상을 도시한 것이고, 도 5는 종래의 리니어 산소 Circuit 다이어그램을 도시한 것이고, 도 6은 종래의 리니어 산소센서 공연비 측정 원리를 도시한 것이다.

한편, 상기 리니어 산소센서의 Virtual Ground 가, 단선의 경우에는, 일반적인 경우에서처럼 전압이 Low 또는 High로 변화하는 것을 판단하지 못하게 되는 데, 이는, O2 Sensor Controller로부터 Ip Pumping 전류가 Virtual Ground 또는 Nernst wire 에 공급되어 전압 값으로는 정상 센서와 구분되지 않기 때문이다.

그리고. Virtual GND wire가 단선되는 경우 Sensor Signal 출력 값이 2V로 유지되는 데, 상기 Sensor 출력 값 2V는, 공연비가 이론 공연비(A/F=14.6)일 때의 출력 값과 동일하며, 실제로 차량은 Sensor 출력 값 2V를 기준으로 제어되고 있으 므로, 단순한 전압 차에 의한 단선 여부 판단으로는 고장 여부를 확인할 수 없게 된다.

한편, 종래의 리니어 산소센서는, 다음과 같은 Plausibility 진단을 통하여 Virtual Ground 가 단선되었는지를 구분하게 되는 데, 상기 Plausibility 진단은 Virtual GND wire가 단선되는 경우 Sensor Signal 출력 값이 항상 2V를 유지하는 현상을 이용하여 진단하도록 되어 있다.

하지만, 실제의 배기가스의 공연비 변화는, Downstream O2 센서에도 영향을 주므로, 가속 또는 Full Load 운전 시, 공연비가 농후한 운전을 하는 경우(예: Downstream O2 Sensor 출력 값 > 0.75 V), 또는 감속 운전 시 Fuel Cut Off에 의해 공연비가 희박한 상태로 운전을 하는 경우(예: Downstream O2 Sensor 출력 값 < 0.12 V) Linear Sensor 출력 값을 비교하면, Virtual GND wire의 단선 여부를 판정할 수 있게 된다.

즉, 배기가스가 농후(Rich) 또는 희박(Lean)함에도 불구하고 센서 값이 항상 2V를 유지하게 되는 것을, 비정상적인 현상이라는 판정을 통해 센서의 이상을 판정하게 되는 것이다.

그러나, 상기 Downstream O2 Sensor가 0.75 V 보다 크거나, 0.12 V 보다 작을 경우를 진단하는데, 이는 짧은 거리의 간단한 차량 운행할 때에는, 부적절하기 때문에, 리니어 센서가 비정상이라고 판정하지 못하게 되며, 또한 다른 부분의 고장으로 잘못 판정하게 된다.

예를 들어, 산소센서가 고장난 상태임에도 불구하고 O2 sensor Heater 제어 고장 등으로 잘못 판정하게 되는 문제점이 있으며, 또한 이와 같은 잘못된 판정으로 인해, 공연비 제어가 잘못 수행되고 있음에도 불구하고 정상적으로 제어되고 있다고 판정하게 되므로, 배출 가스가 계속 증가하게 되어 대기 오염에 악영향을 주게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 예를 들어 소프트웨어(Software)로 구현한 오실레이터(Oscillator)를 이용하여, 람다 세트 포인트(Lambda Set Point)에 진동을 줌으로써, 차량의 배기가스를 측정하기 위한 리니어 산소센서(Linear O2 Sensor)의 고장 여부를 보다 정확하게 진단할 수 있도록 하기 위한 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법을 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법은, 히터 제어 진단을 수행하여, 히터 제어 고장 징후가 판정되면, 가상 접지 와이어 회로를 진단하는 단계; 상기 가상 접지 와이어 회로 진단시, 누적 카운트가 소정 시간을 초과하면, 히터 제어 고장으로 판정하는 단계; 및 상기 가상 접지 와이어 회로 진단시, 누적 카운트가 소정 시간을 초과하지 않으면, 람다 오실레이터를 이용하여, 가상 접지 와이어의 단선 여부를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 람다 오실레이터는, 소프트웨어로 구현되어, 람다 세트 포인트에 진동을 주는 것이며, 상기 가상 접지 와이어의 단선 여부 판정은, 실제의 업스트림(Upstream) 산소센서의 움직임을 검출하여 판정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법에 의하면, 소프트웨어로 구현한 오실레이터를 이용하여, 람다 세트 포인트에 진동을 줌으로써, 차량의 배기가스를 측정하기 위한 리니어 산소센서(Linear O2 Sensor)의 고장 여부를 보다 정확하게 진단할 수 있게 되므로, 산소센서의 고장임에도 불구하고도, 다른 부분의 고장으로 잘못 판정하는 것을 미연에 방지할 수 있게 되며, 또한 배출가스의 증가로 인해 대기 오염에 악영향을 주게 되는 것을 효율적으로 예방할 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 리니어 산소센서 진단방법에서는, 소프트웨어로 구현한 오실레이터를 이용하여, 람다 세트 포인트(Lambda Set Point)에 진동을 줌으로 써, 실제의 Upstream O2 sensor의 움직임을 검출하여, 리니어 산소센서(Linear O2 Sensor)의 고장 여부를 보다 정확하게 진단하게 되는 데, 본 발명에서는, 이를 위한 새로운 Plausibility 진단 프로그램을 제안한다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 람다 세트 포인트 오실레이터에 의한 Plausibility 진단 개념도를 도시한 것이고, 도 8은 종래의 Plausibility 진단 개념도를 도시한 것이다.

즉, 도 7에 도시한 바와 같이, Lambda=1인 이론 공연비를 기준으로 산소 농도가 희박한 Lean 제어 Part와, 산소 농도가 농후한 Rich 제어 Part 반복되도록 Lambda를 제어하는 Lambda 목표 값에 진동을 주는 Lambda Oscillator를 소프트웨어로 구현하여 작동시킨다. 그러면, Lambda 목표값의 진동에 따라 공연비 제어가 수행되기 때문에, 정상적인 Upstream O2 Sensor signal은, Lambda 목표 값을 추종하게 된다.

반면, 도 8에 도시한 바와 같이, 종래 기술에서는, Virtual GRD wire가 단선이 된 경우, Upstream O2 Sensor signal이 2V 상태를 계속 유지하기 때문에, 정상적으로 Lambda 목표 값을 추종할때와 상이하므로 이러한 차이를 검출하여, 산소센서의 정상 여부를 판정하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 리니어 산소센서 진단방법에서는, Lambda Set Point에 진동을 주게 되는 데, 이러한 진동 제어는 2 가지 Part의 순환으로 구성되어 있다. 예를 들어, Lambda=1의 이론 공연비를 기준으로 산소농도가 희박한 Lean 제어 Part와, 산소농도가 농후한 Rich 제어 Part가 반복됨으로써 Lambda 진동 제어가 구현되게 되는 것으로, 이에 대한 소프트웨어 프로그램은 다음과 같다.

If LV_LAMB_FRQ_L = 1 (Lambda 진동제어Lean Part 제어 조건 On)

LV_LAMB_FRQ_R = 0 (Lambda 진동제어 Rich Part 제어 조건 Off)

LV_LAMB_FRQ = 0 (Lambda 진동제어 유지 조건 Off)

Then T_DLY_LAMB_FRQ_L = 0 (Lambda 진동제어Lean Part 제어 Counter 초기화)

T_DLY_LAMB_FRQ_R = 0 (Lambda 진동제어 Rich Part 제어 Counter 초기화)

T_DLY_LAMB_FRQ = 0 (Lambda 진동제어유지 Counter 초기화

LAMB_SP_i = LAMB_SP_i-1 + C_LAMB_FRQ_L

where LAMB_SP : Lambda set point

i : TDC Counter

C_LAMB_FRQ_L : Lambda 진동제어 Lean Part Amplitude Calibration 상수

T_DLY_LAMB_FRQ_L_i = T_DLY_LAMB_FRQ_L_i -1 + 1

If T_DLY_LAMB_FRQ_L_i > C_T_DLY_LAMB_FRQ_L

(Lean Part period의 Calibration 상수)

Then LV_LAMB_FRQ_L = 0

LV_LAMB_FRQ_R = 0

T_DLY_LAMB_FRQ = 1

T_DLY_LAMB_FRQ_i = T_DLY_LAMB_FRQ_i -1 + 1

If T_DLY_LAMB_FRQ_i > C_T_DLY_LAMB_FRQ (Lambda 유지 period의 Calibration 상수)

Then LV_LAMB_FRQ_L = 0

LV_LAMB_FRQ_R = 1

T_DLY_LAMB_FRQ = 0

T_DLY_LAMB_FRQ_L = 0 (Lambda 진동제어 Lean Part 제어 Counter 초기화)

T_DLY_LAMB_FRQ_R = 0 (Lambda 진동제어 Rich Part 제어 Counter 초기화)

T_DLY_LAMB_FRQ = 0 (Lambda 진동제어유지 Counter 초기화)

LAMB_SP_i = LAMB_SP_i-1 - C_LAMB_FRQ_R

where LAMB_SP : Lambda set point

i : TDC Counter

C_LAMB_FRQ_R : Lambda 진동제어 Rich Part Amplitude Calibration 상수

T_DLY_LAMB_FRQ_R_i = T_DLY_LAMB_FRQ_R_i -1 + 1

If T_DLY_LAMB_FRQ_R_i > C_T_DLY_LAMB_FRQ_R

(Rich Part period의 Calibration 상수)

Then LV_LAMB_FRQ_L = 0

LV_LAMB_FRQ_R = 0

T_DLY_LAMB_FRQ = 1

한편, 도 9는 본 발명에 따른 람다 오실레이터의 상세 제어 설명도를 도시한 것으로, 도 10을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 산소센서 진단방법은, 히터 제어 진단 모드(S10)에서, 히터의 온도가 사전에 설정된 온도를 초과하는 경우(S11), 예를 들어 센서에 의해 검출되는 온도가 840도 이상이면서, Tip 온도가 690도를 초과하는 경우, 히터 제어 고장 징후로 판정하게 된다(S12).

그리고, 상기와 같이 히터 제어 고장 징후가 판정되면, 가상 접지 와이어 회 로 진단을 수행하게 되는데(S13), 이 경우, 고장 카운터와 누적 카운터를 모두 영(0)으로 초기화하는 카운터 초기화 동작을 수행하게 되며(S14), 이후 고장 진단 회수를 카운트하여 누적하게 된다(S15).

한편, 상기와 같이 고장 진단 회수를 누적 카운트하던 도중, 사전에 설정된 일정 시간, 예를 들어 180초를 초과하게 되면(S16), 히터 제어 고장으로 판정하게 되며(S17), 만일 180초를 초과하지 않으면, 본 발명에 따른 람다 오실레이터를 동작시켜(S18), 람다 세트 포인트에 진동을 줌으로써, 실제의 Upstream O2 sensor의 움직임을 검출하게 된다.

그리고, 상기 Upstream O2 sensor의 움직임을 검출하던 도중, 2+/-0.2V 전압 이상의 진폭이 검출되지 않으면(S19), 고장 카운터를 증가시키고(S20), 상기 증가된 고장 카운터가, 사전에 설정된 시간, 예를 들어 30초를 초과하면(S21), 가상 접지 와이어가 단선되었다고 고장으로 판정하게 된다(S22).

따라서, 본 발명에 의하면, 리니어 산소센서의 고장 여부를 보다 정확하게 진단할 수 있게 되므로, 산소센서가 고장임에도 불구하고도, 다른 부분의 고장으로 잘못 판정하는 것을 미연에 방지할 수 있게 되며, 또한 배출가스의 증가로 인해 대기 오염에 악영향을 주게 되는 것을 효율적으로 예방할 수 있게 된다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

도 1은 리니어 산소센서의 측정 원리도를 도시한 것이고,

도 2는 농후한 배기가스를 측정하는 원리도를 도시한 것이고,

도 3은 희박한 배기가스를 측정하는 원리도를 도시한 것이고,

도 4는 종래의 리니어 산소센서 오픈 회로의 경우 나타내는 물리적 현상을 도시한 것이고,

도 5는 종래의 리니어 산소센서 다이어그램을 도시한 것이고,

도 6은 종래의 리니어 산소센서 공연비 측정 원리도를 도시한 것이고,

도 7은 본 발명에 따라 람다 세트 포인트 오실레이터에 의한 진단 개념도를 도시한 것이고,

도 8은 종래 기술에 의한 진단 개념도를 도시한 것이고,

도 9는 본 발명의 람다 오실레이터의 상세 제어 설명도를 도시한 것이고,

도 10은 본 발명에 따른 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : Ip 드라이브 20 : VS 출력 검출부

30 : Icp 공급부 40 : 기준 전압 출력부

Claims

히터의 온도가 사전에 설정된 온도를 초과하는 경우 히터 제어 고장 징후로 판정하고, 상기 히터 제어 고장 징후가 판정되면, 고장 카운트 및 누적 카운트를 초기화한 후에, 고장 진단 횟수를 카운트하여 누적하는 가상 접지 와이어 회로를 진단하는 단계;

상기 가상 접지 와이어 회로 진단시, 누적 카운트가 소정 시간을 초과하면, 히터 제어 고장으로 판정하는 단계; 및

상기 가상 접지 와이어 회로 진단시, 누적 카운트가 소정 시간을 초과하지 않으면, 람다 오실레이터를 이용하여 람다 세트 포인트를 진동시키고, 진동된 람다세트 포인트와 산소 센서의 신호를 비교하여 가상 접지 와이어의 단선 여부를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 가상 접지 와이어의 단선 여부 판정은, 실제의 업스트림(Upstream) 산소센서의 신호를 검출하고, 검출된 산소 센서의 신호가 람다 세트 포인트와 상이하게 2+/-0.2V 이상의 진폭이 검출되지 않으면 고장 카운터를 증가시키고, 고장 카운터가 일정시간 초과하면 가상 접지 와이어가 단선된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 람다 오실레이터를 이용한 리니어 산소센서 진단방법.