KR102429053B1

KR102429053B1 - 자동차의 촉매 열화도 검출 방법

Info

Publication number: KR102429053B1
Application number: KR1020170115169A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 조병훈
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2022-08-04
Also published as: US20190078490A1; US10480382B2; KR20190028113A

Abstract

본 발명은 자동차의 촉매 열화도 검출 방법에 관한 발명이다. 본 발명에서는 촉매 열화도 검출을 위해 산소 저장 용량을 계산할 때에 공연비를 인위적으로 변화시키지 않고, 차량의 주행 상태에 따라 연료 컷을 실행할 때에 연료 컷 기간을 이용하여 산소 센서로 촉매의 산소 저장 용량을 계산하도록 한다. 이렇게 계산된 촉매의 산소 저장 용량을 이용하여 촉매 열화도를 검출함으로써, 연비를 개선시킬 수 있으며, 공연비 변조에 따른 운전성의 악화를 억제하여 운전성을 개선할 수 있다.

Description

자동차의 촉매 열화도 검출 방법{DIAGNOSING METHOD OF CATALYST DETERIORATION OF CAR}

본 발명의 자동차의 촉매 열화도 검출 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 촉매의 산소 저장 용량을 측정함으로서 촉매 열화도를 검출하는 방법에 관한 발명이다.

자동차 엔진은 연료를 실린더 내에서 연소시켜 이때 발생하는 열에너지를 동력으로 이용하고 있다. 그런데, 연소에 따라 생성되는 배기 가스내에는 실린더 내의 연료의 연소에 따른 질소 산화물, 불완전 연소에 따른 일산화탄소 또는 탄화 수소등의 유해한 성분이 함유되어 있다.

배기가스로부터 이러한 유해 가스 성분을 제거하기 위한 방책으로서, 차량의 배기계에는 촉매가 설치된다. 촉매는 배기가스가 농후할 경우 흡착되어 있는 산소를 방출하여 배기가스 중의 유해 물질을 산화시켜 배기가스를 저감시킨다. 그런데, 장시간 사용으로 촉매가 열화되는 경우 유해 물질 제거 효율도 저하되게 되므로, 배기가스 배출 기준을 만족시키기 위해서는 촉매의 열화 정도를 정확하게 판단하는 것이 중요하게 된다.

특허문헌 1에서는 촉매의 열화도를 측정하는 방법의 일 예를 나타내고 있다. 촉매가 열화되면 촉매의 산소 흡장 능력이 저하되어, 최대로 흡착 가능한 산소량이 저하되게 된다. 따라서, 특허문헌 1에서 개시된 장치에서는 촉매 컨버터가 흡착할 수 있는 산소량을 검출하여 그 산소량으로부터 촉매 컨버터의 열화를 판단하고 있다.

특허문헌 1: 일본국 등록특허 제3218747호(2001.10.15.)

특허문헌 1에서는 촉매의 산소 저장량을 계산하기 위하여 임의로 공연비를 린에서 리치 영역으로 변조하여 그때 촉매 후단의 산소 센서의 신호가 리치를 나타내는 시점까지의 배기가스 총량과 공연비를 이용하여 산소 저장 용량(Oxygen Storage Capacity, OSC)를 계산하고, 이를 이용하여 촉매 열화도를 검출하도록 하고 있다.

하지만, 특허문헌 1에서 개시되어 있는 방식과 같이 연료의 공연비를 임의로 린에서 리치 방향으로 변조하게 되면 연비와 배출 가스 측면에서 악영향을 끼칠 수 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 임의로 공연비를 변조하지 않고서도 차량의 운전 상황에 따라 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 촉매의 열화도를 검출해 낼 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 촉매의 산소 저장 용량을 계산하기 위해 임의로 공연비를 변조하지 않고, 차량의 오버 런 상태에서의 연료 컷 진입 시 연료의 공연비가 린으로 전환되는 것을 이용하여 산소 저장 용량을 계산하도록 하고 있다.

보다 구체적으로는 본 발명에 따른 자동차의 촉매 열화도 검출 방법은 차량의 주행 상태에 따라 엔진의 연료 컷을 실시하는 단계; 엔진의 연료 컷 기간 중 산소 센서를 이용하여 촉매의 산소 저장 용량(Oxygen Storage Capacity)을 계산하는 단계; 계산된 산소 저장 용량에 근거하여 촉매 열화도를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. ,

보다 바람직하세는, 상기 엔진의 연료 컷 기간 중 소정의 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건을 만족하는 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다.

상기 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 엔진의 연료 컷 기간 중 상기 산소 센서의 출력 전?陋だ? 소정 범위 내에 있는 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다.

상기 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 엔진의 연료 컷 시작 후 소정 시간이 경과한 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다.

상기 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 엔진의 연료 컷 시작 후 배기 가스의 유량이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다.

상기 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 엔진의 연료 컷 시작 후 상기 촉매 온도가 소정 범위 내에 있는 경우에 산소 저장 용량을 계산을 시작하도록 한다.

상기 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 연료 컷 개시 전에 연료 컷 미진입 지속 시간을 측정하고, 상기 연료 컷 미진입 지속 시간이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 현재 계산된 산소 저장 용량이 그 이전에 계산된 산소 저장 용량보다 소정값 이상 큰 경우, 상기 현재 계산된 산소 저장 용량이 촉매 열화도 계산에 사용되지 않도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 산소 저장 용량을 계산하는 단계는, 연료 컷 시작시점으로부터, 상기 산소 센서로부터 측정 신호가 공연비의 린(lean) 영역을 나타내는 시점까지 산소 유량의 적분을 실시하고 이때까지 계산된 산소 적분값을 촉매의 산소 저장 용량으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 촉매 열화도를 계산하는 단계는; 사용되지 아니한 신품 촉매의 산소 저장 용량 및 배출 가스 기준의 경계값의 정화 능력을 가진 경계 촉매의 산소 저장 용량과, 상기 계산된 산소 저장 용량을 비교하여 촉매 열화도를 계산한다.

보다 바람직하게는, 상기 산소 저장 용량을 계산하는 단계에서는 소정 회수 이상 산소 저장 용량을 계산하고, 상기 촉매 열화도를 계산하는 단계에서는 상기 소정 회수 이상 측정된 산소 저장 용량의 평균값을 이용하여 촉매 열화도를 계산하도록 한다.

보다 바람직하게는, 상기 산소 저장 용량을 계산하는 단계에서는 산소 센서의 측정 신호를 특정 조건에서 필터링한 후 필터링 된 신호를 이용하여 상기 산소 저장 용량을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 계산된 촉매 열화도를 이용하여, 촉매 재생을 위한 촉매 퍼지 제어를 실시한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 계산된 촉매 열화도를 이용하여, 촉매 활성화 제어를 실시한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 계산된 촉매 열화도가 미리 정해진 경계값을 초과한 경우, 이를 운전자에게 경보하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법에 따르면, 임의로 공연비를 변조하지 않고 연료 컷 구간에서의 산소 유량의 적분을 통해 산소 저장 용량을 계산하여 촉매의 열화도를 검출하고 있다. 따라서, 연료 변조를 위해 불필요하게 소모되는 연료량을 감소할 수 있어 연비를 개선시킬 수 있으며, 공연비 변조에 따른 운전성의 악화를 억제하여 운전성을 개선할 수 있다.

또한, 상기한 방법으로 계산된 촉매 열화도를 이용하는 경우, 촉매 히팅이나 촉매 퍼지의 최적 제어가 가능하게 되어 연비 향상 및 배기가스 배출 저감의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법이 적용될 수 있는 차량의 배기계 구성을 간략하게 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에서 촉매의 산소 저장 용량 계산을 위해 사용되는 신호도,
도 4는 본 발명에서, 촉매의 산소 저장 용량값으로부터 촉매 열화도를 검출해 내기 위해 사용되는 산소 저장 용량과 촉매 열화 지수의 관계를 나타내는 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법이 적용될 수 있는 차량의 배기계 구성을 간략하게 도시한 도면이다.

도 1에서 예시된 엔진에서는, 차량의 흡기계로부터 공급되는 신기(fresh air)는 흡기 밸브(40)를 통해 실린더(10) 내의 연소실로 공급된다. 또한 연료 탱크로부터 압송되는 연료는 인젝터(20)를 통해 실린더(10) 내의 연소실로 공급된다. 도 1에서 예시된 엔진에서 인젝터(20)는 직접 연소실 내로 연료를 분사하고 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법은 상기한 방식에 엔진에 국한되지 않고, 연료와 공기의 혼합기가 흡기 밸브(40)를 통해 연소실 내로 공급되는 엔진에서도 당연히 적용될 수 있다.

연소실 내에 분사된 연료는 점화기(60)에 의해 점화되어 연소가 이루어진다. 연소 후에 생성된 배기가스는 배기 밸브(50)를 통해 배기계의 배기로(70)로 배출된다. 도 1에서는 점화기(60)에 의해 연료가 불꽃 점화되는 경우를 나타내고 있으나, 디젤 엔진과 같이 연료가 압축 점화되는 경우에도 당연히 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 적용될 수 있다.

배기로(70)로 배출되는 배기가스는 촉매 컨버터(80) 내의 삼원 촉매에 의해 유해 성분이 제거되어 차량 외부로 배출되게 된다. 한편 배기로(70) 상에는 배기가스의 유량을 검출하기 위한 배기가스 유량 센서(90)가 설치되어 있으며, 촉매 컨버터(80)의 상류 측과 하류 측에는 배기가스 중의 산소 농도를 검출하기 위한 산소 센서(100)가 설치되어 있다.

제어부(Electronic Control Unit, ECU)(30)는 인젝터(20)로부터 실린더 내부로의 연료 공급 여부를 검출하여 연료 컷 실행 여부를 검출하는 한편, 배기가스 유량 센서(90) 및 산소 센서(100)로부터 배기가스 유량 정보와 산소 농도에 관한 정보를 전달받아 후술하는 바와 같이, 산소 저장 용량 및 촉매 열화도를 검출한다.

또한 제어부(30)는 촉매의 열화도가 검출되면 검출된 촉매 열화도에 따라, 인젝터 흡기 밸브(40), 배기 밸브(50) 및 점화기(60)등을 제어하여, 연료의 분사량, 연료 점화 시기 등을 조절함으로써, 촉매 활성화 제어 또는 촉매 퍼지 제어등을 실시할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법을 도시한 순서도이다. 이하에서는 도 2를 참조하여 제어부(30)에서 행해지는 촉매 열화도 검출 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

촉매 열화도 검출을 위해 제어부(30)는 우선 차량의 운전 상태가 오버런 상태에 해당하는지 여부를 판단한다(S10). 오버 런 여부는 차속, 엔진 회전수, 서지탱크(surge tank)내에 작용하는 압력의 크기, 엔진의 냉각수 온도에 관한 정보로부터 판단할 수 있다. 차량의 오버 런 상태가 감지되면 엔진의 동작 상태를 정상 상태로 되돌리기 위하여 연료 컷을 실시하게 된다.

다음으로 제어부(30)는 연료 컷 실시 여부를 판단하게 된다(S20). 도 2에서 도시된 예에서는 차량의 주행 상태 중 오버 런 상태에서 이를 정상 상태로 되돌리기 위해 연료 컷을 실시하는 실시예에 대해서 나타내고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 오버 런 상태가 아닌 경우에도, 연료 컷을 수행하는 상황에서는 본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법이 적용될 수 있다. 예컨대, 오버 런 상태에 해당하지는 않으나, 차량의 주행 상태에 따라 연비 절감을 위해 연료 컷을 실시하는 경우에도 본 발명에 따른 촉매 열화도 검출 방법이 적용될 수 있다.

연료 컷이 실시되면 실린더(10) 내부로 연료 공급이 중단되어, 연료를 완전히 함유하지 않는 공기가 배기로(70) 내로 유통하게 된다.

연료 컷이 실시되는 것으로 판단되면, 제어부(30)는 산소 저장량 계산 조건이 만족되는지 여부를 판단하고(S30), 산소 저장량 계산 조건이 만족되는 경우, 산소 센서(100)로부터의 신호를 이용하여 촉매 컨버터(80) 내의 삼원 촉매의 산소 저장 량을 계산한다(S40).

여기서 산소 저장량 계산 조건은 안정적이고 정확하게 산소 저장량을 계산하기 위해 만족되어야 하는 조건들을 의미한다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에서 규정하는 산소 저장량 계산 조건에 대해서는 다음에 보다 상세하게 설명하고, 이하에서는 먼저 산소 저장량 계산 방법에 대해서 설명한다.

도 3에서 도시되어 있듯이, 산소 저장 용량은 단계 S30에서의 산소 저장량 계산 조건이 만족되어 있음을 전제로 연료 컷 시점으로부터 산소 센서(100) 중 촉매 후단에 설치된 산소 센서의 전압이 공연비의 린(lean) 상태를 나타내는 시점까지 산소 유량을 적분하여 계산한다.

상술한 바와 같이, 연료 컷이 실시되면 실린더(10) 내부로 연료 공급이 중단되어, 연료를 완전히 함유하지 않는 공기가 배기로(70)내로 유통하게 된다. 따라서, 배기가스 내에 산소 농도가 증가하게 되고, 증가된 과잉의 산소는 촉매 컨버터 (80) 내의 삼원 촉매에 의해 흡장되게 된다. 그리고, 연료 컷 상태가 지속되어, 촉매의 산소 저장 능력을 넘어서 린 상태의 혼합기가 계속 공급되면, 촉매 후단에 설치되는 산소 센서에 의해 측정되는 공연비는 촉매의 상류에서의 공연비와 동일하게, 즉 린 상태를 나타내게 된다.

따라서, 연료 컷을 실시한 시점(t1)으로부터, 촉매 컨버터(80) 내의 촉매 후단의 산소 센서로부터 출력되는 전압이 나타내는 공연비 상태가 린 상태로 전환되는 시점(t2)까지 촉매를 통과한 배기 가스 중의 과잉 산소량이 촉매의 산소 저장 용량에 해당하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 도 3에서 도시된 바와 같이, 연료 컷이 실시된 시점으로부터 산소 센서(100) 중 촉매 후단에 위치하는 산소 센서로부터의 출력 전압이 일정 기준 이하(공연비 린 상태)로 저하되는 시점까지, 산소 유량을 적분함으로써, 촉매의 산소 저장 용량을 계산하도록 하고 있다.

여기서 산소 유량은, 산소 센서(100) 중 촉매 전단에 위치하는 산소 센서로 부터 검출되는 촉매 상류 측의 배기가스 중의 산소 농도와 배기가스 센서(90)로부터 검출되는 배기가스 유량으로부터 계산해 낼 수 있다.

상기한 바와 같이, 촉매의 산소 저장 용량의 계산은 연료 컷 시의 산소 센서 및 배기가스 유량 센서에 의해 검출되는 산소 유량을 이용하고 있으므로, 산소 저장 용량을 안정적이고 정확하게 제어하기 위해서는, 연료 컷 상태 및 산소 센서와 배기가스 유량이 안정적으로 검출될 수 있는 상태가 전제되어야 한다.

이를 위해서 본원의 바람직한 실시예에서는 산소 센서(100)의 출력 전?陋だ? 소정 범위 내에 있는 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하도록 하고 있다. 산소센서(100)의 센싱부 요소의 재질은 700℃ 정도 되어야 활성화되어 감지율이 좋아진다.

따라서, 통상적으로는 산소 센서(100) 자체에 구비되어 있는 히터에 의해 산소 센서(100)를 가열하여 활성화시키고 있다. 따라서, 산소 센서(100)가 활성화되기 전, 즉 산소 센서(100)의 출력 전압이 소정값 이상이 되기 전에는 배기가스의 산소 농도를 정확하게 검출하기 어려우므로, 산소 센서(100)의 출력 전압값이 소정의 하한값 이상이 되어야 한다.

한편, 산소 저장 용량을 정확하게 계산하기 위해서는, 산소 센서(100)의 출력 전압값의 하한값 뿐만 아니라 상한값도 고려대상이 될 수 있다. 배기계의 배기로(70) 등의 위치에 연료등이 잔류되어 있는 경우, 이러한 잔류 연료의 기화 등에 의해 산소 센서(100)에 의해 측정되는 공연비가 실제로 연소실 내에 공급된 연료량보다 지나치게 높게 검출될 수 있다. 이 경우, 정확한 공연비의 측정이 어려워지기 때문에, 산소 센서(100)의 출력 전압값의 상한 경계값을 규정하고, 산소 센서(100)의 출력 전압값이 위 상한 경계값 이내에 있는 경우에 산소 저장 용량을 계산하도록 함이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는 연료 컷 시작 후 소정 시간이 경과한 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하도록 하고 있다. 촉매 후단에 설치되는 산소 센서(100)의 경우 배기가스 성분에 따라 공연비의 린 상태 또는 리치 상태로의 전환시 히스테리시스(hysteresis) 특성을 가지고 있다. 따라서, 연료 컷이 시작된 후 일정 시간 동안에는 산소 센서(100)의 검출 결과가 부정확할 가능성이 있다. 따라서, 정확한 측정을 위하여 연료 컷 시작 후 소정 시간이 경과한 경우에 촉매의 산소 저장 용량의 계산을 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 연료 컷 시작 후 배기 가스의 유량이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다. 배기가스의 유량이 충분하지 않으면 배기가스 내에 포함된 산소량도 작기 때문에 산소 농도를 어느 정도 이상의 정확도로 검출해 내기 어렵다. 따라서, 정확한 측정을 위하여, 배기가스 유량 센서(90)를 통해 배기가스 유량을 모니터링 하여, 연료 컷 시작 후 배기 가스의 유량이 소정값 이상 경우에 촉매의 산소 저장 용량의 계산을 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 엔진의 연료 컷 시작 후 촉매 온도가 소정 범위 내에 있는 경우에 산소 저장 용량을 계산을 시작하도록 하는 것이 바람직하다. 촉매는 일정 온도 이상으로 가열되어야만 비로소 활성화되어 촉매작용이 시작된다. 예컨대, 촉매 컨버터(80)에 장착되는 촉매로서 가장 널리 사용되는 삼원 촉매의 경우, 촉매 온도가 약 250℃ 이상으로 가열되어야만 촉매작용이 시작된다. 따라서, 정확한 산소 저장 용량의 계산을 위해서는, 촉매 컨버터(80) 내에 장착된 온도 센서 등을 통해 촉매의 온도를 모니터링 하여, 연료 컷 시작 후 촉매 온도가 소정 온도 이상 경우에 촉매의 산소 저장 용량의 계산을 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 연료 컷 개시 전에 연료 컷 미진입 지속 시간을 측정하고, 연료 컷 미진입 지속 시간이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한다. 도로 사정에 따라 가속과 감속을 주기적으로 반복하거나 반복적으로 악셀 페달을 구동시키는 운전자의 운전 습관 등에 의해 연료 컷 상태와 정상 주행 상태가 짧은 시간에 반복되는 경우가 있다. 이러한 상태에서는 연료 컷이 종료되어 일반 주행 상태로 전환되었다가 다시 연료 컷에 진입하는 사이의 시간이 지나치게 짧게 된다. 이 경우, 연료 컷 실시 전에 촉매 후단의 산소 센서(100)에 의해 검출되는 공연비가 충분한 리치 상태에 있지 않은 상태에서 연료 컷이 실시되게 되어, 연료 컷 이후의 산소 저장 용량 계산이 부정확하게 될 우려가 있다. 또한 짧은 시간에 연료 컷 상태와 정상 주행 상태가 반복되게 되어 산소 농도 측정값도 불안정하게 되게 된다. 따라서, 제어부(30)는 안정적인 산소 저장 용량의 계산을 위해, 연료 컷 개시 전에 연료 컷 미진입 지속 시간을 측정하고, 연료 컷 미진입 지속 시간이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하도록 한다.

한편, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제어부(30)는 현재 계산된 산소 저장 용량이 그 이전에 계산된 산소 저장 용량보다 소정값 이상 큰 경우, 상기 현재 계산된 산소 저장 용량이 촉매 열화도 계산에 사용되지 않도록 제어한다. 이전의 촉매 열화도 검출 시에 제어부(30)에 의해 계산된 산소 저장 용량은 제어부(30) 내의 저장 공간에 저장된다. 그리고, 제어부(30)는 저장된 산소 저장 용량과, 그 이후의 촉매 열화도 검출 시에 계산되는 산소 저장 용량을 서로 비교한다. 촉매의 열화가 진행되면 산소 저장 능력이 열화되게 된다. 따라서, 이전에 산소 저장 용량을 측정한 후 일정 시간이 경과한 다음에는 촉매의 열화가 어느 정도 진행되게 되어, 새로이 측정된 산소 저장 용량은 이전에 측정된 산소 저장 용량보다 크기가 작게 된다. 그럼에도 불구하고, 새로이 측정된 산소 저장 용량이, 그 이전에 저장된 산소 저장 용량보다 일정 정도 이상 큰 값인 경우에는, 새로이 측정된 산소 저장 용량의 측정 시에 오류가 발생한 것을 합리적으로 의심해 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는 현재 계산된 산소 저장 용량이 그 이전에 계산된 산소 저장 용량보다 소정값 이상 큰 경우에는 현재 계산된 산소 저장 용량값의 신뢰성이 부족한 것으로 판단하여 그 이후의 촉매 열화도 계산(S50)에서 사용되지 않도록 한다.

상술한 바와 같은 산소 저장 용량 계산 조건이 만족되는 경우에는, 제어부(30)는 산소 저장 용량을 계산(S40)하게 되고, 계산된 산소 저장 용량을 이용하여 촉매 열화도를 계산한다(S50).

도 4의 그래프에서는 본 발명에서, 촉매의 산소 저장 용량값으로부터 촉매 열화도를 검출해 내기 위해 사용되는 산소 저장 용량과 촉매 열화 지수의 관계를 나타내고 있다.

본 발명에서 촉매의 열화도는 단계 S40에서 계산된 산소 저장 용량을 기준으로 사용되지 않은 신품 촉매와 배출 가스 기준의 상한 경계값에 대응되는 여과 능력을 갖는 경계 촉매의 산소 저장 용량을 참고하여 결정한다.

이를 위해서는 예컨대, 먼저 도 4에서 도시되어 있는 바와 같이, 신품 촉매의 산소 저장 용량에 해당하는 촉매 열화 지수를 1로 하고, 경계 촉매의 산소 저장 용량에 해당하는 열화지수를 1보다 작은 값으로 설정한다. 그리고, 이 두 값 사이에서의 산소 저장 용량에 대한 촉매 열화 지수의 관계를, 현재 촉매의 측정된 산소 저장 용량과 비교하여 내삽법으로 촉매 열화 지수를 구한다. 도 4에서는 신품 촉매와 경계 촉매의 촉매 열화 지수가 산소 저장 용량에 대해서 선형 관계를 갖는 것으로 나타나 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 촉매 특성에 따라 다양한 관계를 가질 수 있다.

보다 정확한 촉매 열화도 계산을 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서의 촉매 열화도를 계산하는 단계(S50)에서는 단계 S40에서의 산소 저장 용량의 계산 소정 회수 이상 실시하고, 소정 회수 이상 측정된 산소 저장 용량값들의 평균값을 촉매 열화도 계산에 이용한다.

또한 정확한 촉매 열화되 계산을 위해 산소 센서(100)의 측정 신호를 필터링 하여 불필요한 노이즈를 제거한 후 필터링된 신호에 근거하여 산소 저장 용량을 계산하고, 이 계산값을 촉매 열화도에 이용할 수도 있다.

다음으로 제어부(30)는 계산된 촉매 열화도가 미리 정해진 경계값을 초과하였는지 여부를 판단한다(S60). 촉매 퍼지 등의 실행 후에도 촉매 열화도가 개선되지 않고, 여전히 높은 촉매 열화도를 유지하고 있는 경우, 제어부(30)는 운전석 계기판 경고등의 점멸 등을 통해 운전자에게 경고하여 촉매 상태의 이상 상태를 알리고 촉매의 교체를 유도하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 제어부(30)는 계산된 촉매 열화도, 촉매 재생이나 촉매 활성화 시에 활용할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 촉매는 일정 온도 이상 가열되어야 촉매 작용이 활성화된다. 그런데 촉매의 열화도의 진행 정도에 따라 촉매 활성화를 위한 가열 시간이나 촉매 가열을 위한 공급열량이 달라지게 된다. 예컨대, 촉매의 열화가 진행되지 않은 신품 촉매의 경우, 어느 정도 촉매의 열화도가 진행된 촉매와 대비하여 단시간에 보다 작은 열량 공급으로 촉매를 활성화 시킬 수 있다. 따라서, 촉매 열화도를 고려하지 않고, 일괄적으로 촉매 활성화 제어를 실시하면, 촉매 가열을 위해 불필요한 열량이 소모되게 되므로 연비가 나빠지는 문제점이 생긴다.

따라서, 제어부(30)는 단계 S50에서 계산된 촉매의 열화도를 이용하여 촉매 활성화 제어 시의 촉매 가열 시간 또는 가열 시 공급 열량을 조정함으로써, 최적화된 촉매 활성화 제어를 실시한다(S80).

한편, 촉매는 연료차단제어 이후 정상 분사로 복귀되는 경우 과충전된 산소로 인해 본래의 정화효율을 갖지 못하고 다량의 배출가스(NOx)를 그대로 방출하게 된다.

따라서, 연료 컷 이후 촉매의 정화효율을 안정되게 유지시키기 위해서는 연료차단제어의 과정에서 촉매에 과충전된 산소를 신속하게 제거해야 한다. 이를 위해서 제어부(30)는 인위적으로 농후하게 연료가 분사되도록 제어한다. 이와 같이 공연비가 리치하게 제어되면 촉매 컨버터(80)내의 촉매에 흡착되어 있던 산소가 방출되게 된다. 촉매가 열화되면 농후 연료 분사시의 산소 방출 특성 또한 달라지게 된다. 따라서 촉매 열화도를 고려하지 않고, 촉매 퍼지를 수행하게 되면 배기가스 제거 효율저하되거나 촉매 파손의 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서는 위 계산된 촉매의 열화도에 따라 연료의 농후 정도 및 촉매 퍼지 시간을 상이하게 조정함으로써, 최적화된 촉매 퍼지 제어를 실시한다(S90).

상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 열화도 검출 방법에 따르면, 임의로 공연비를 변조하지 않고 연료 컷 구간에서의 산소 유량의 적분을 통해 산소 저장 용량을 계산하여 촉매의 열화도를 검출하고 있다. 따라서, 연료 변조를 위해 불필요하게 소모되는 연료량을 감소할 수 있어 연비를 개선시킬 수 있으며, 공연비 변조에 따른 운전성의 악화를 억제하여 운전성을 개선할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 계산된 촉매 열화도를 이용하는 경우, 촉매 히팅이나 촉매 퍼지의 최적 제어가 가능하게 되어 연비 향상 및 배기가스 배출 저감의 효과가 있다.

10: 실린더 20: 인젝터
30: ECU 40: 흡기 밸브
50: 배기 밸브 60: 점화기
70: 배기로 80: 촉매 컨버터
90: 배기가스 유량 센서 100: 산소 센서

Claims

차량의 운전 상태가 오버 런 상태에 해당하는지 여부를 판단하는 단계:
상기 차량의 운전 상태가 오버 런 상태에 있는 것으로 판단되는 경우, 임의로 공연비를 변조하지 않은 상태에서 엔진의 연료 컷을 실시하는 단계;
상기 엔진의 연료 컷 기간 중 산소 센서를 이용하여 촉매의 산소 저장 용량(Oxygen Storage Capacity)을 계산하는 단계;
상기 계산된 산소 저장 용량에 근거하여 촉매 열화도를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진의 연료 컷 기간 중 소정의 촉매의 산소 저장 용량 계산 조건을 만족하는 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진의 연료 컷 기간 중 상기 산소 센서의 출력 전?陋だ? 소정 범위 내에 있는 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진의 연료 컷 시작 후 소정 시간이 경과한 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진의 연료 컷 시작 후 배기 가스의 유량이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진의 연료 컷 시작 후 상기 촉매의 온도가 소정 범위 내에 있는 경우에 산소 저장 용량을 계산을 시작하도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 연료 컷 개시 전에 연료 컷 미진입 지속 시간을 측정하고, 상기 연료 컷 미진입 지속 시간이 소정값 이상인 경우에 촉매의 산소 저장 용량을 계산하여 그 계산값을 촉매 열화도 계산에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
현재 계산된 산소 저장 용량이 그 이전에 계산된 산소 저장 용량보다 소정값 이상 큰 경우, 상기 현재 계산된 산소 저장 용량이 촉매 열화도 계산에 사용되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 산소 저장 용량을 계산하는 단계는, 연료 컷 시작시점으로부터, 상기 산소 센서로부터 측정 신호가 공연비의 린(lean) 영역을 나타내는 시점까지 산소 유량의 적분을 실시하고 이때까지 계산된 산소 적분값을 촉매의 산소 저장 용량으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 촉매 열화도를 계산하는 단계는;
사용되지 아니한 신품 촉매의 산소 저장 용량 및 배출 가스 기준의 경계값의 정화 능력을 가진 경계 촉매의 산소 저장 용량과, 상기 계산된 산소 저장 용량을 비교하여 촉매 열화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 산소 저장 용량을 계산하는 단계에서는 소정 회수 이상 산소 저장 용량을 계산하고,
상기 촉매 열화도를 계산하는 단계에서는 상기 소정 회수 이상 측정된 산소 저장 용량의 평균값을 이용하여 촉매 열화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 산소 저장 용량을 계산하는 단계에서는 산소 센서의 측정 신호를 특정 조건에서 필터링한 후 필터링 된 신호를 이용하여 상기 산소 저장 용량을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 계산된 촉매 열화도를 이용하여, 촉매 재생을 위한 촉매 퍼지 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 계산된 촉매 열화도를 이용하여, 촉매 활성화 제어를 실시하는 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 계산된 촉매 열화도가 미리 정해진 경계값을 초과한 경우, 이를 운전자에게 경보하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 촉매 열화도 검출 방법.