KR102597543B1 - Ehc 기반 촉매 시스템의 제어 장치 - Google Patents

Ehc 기반 촉매 시스템의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, EHC 기반 촉매 시스템을 제어하는 제어 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 타 제어 장치로부터 촉매 시스템의 구동 요청 메시지를 수신하는 경우에 한해 전원이 공급되어 동작하도록 구성되므로, 배터리 소모 전력이 절감될 수 있고, 제어 장치의 대부분 구성이 슬립 모드인 상태에서 히터 구동부가 배터리로부터 상시 전원을 공급받도록 구성되어 상기 구동 요청 메시지를 수신하지 않는 경우에도 차량의 냉 시동 여부를 판단 및 히터를 구동시킬 수 있다.

Description

EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치{Control unit of EHC-based catalyst system}
본 발명은, EHC 기반 촉매 시스템을 제어하는 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타 제어 장치로부터 촉매 시스템의 구동 요청 메시지를 수신하는 경우에 한해 전원이 공급되어 동작하되, 저온 시동의 경우 장치의 프리 히팅이 가능하도록 구성된 제어 장치에 관한 것이다.
최근, 환경 오염문제가 부각됨에 따라 차량의 배기 가스 규제가 점차 강화되고 있다. 이에 따라 차량에는 배기 가스 중의 유해 물질을 정화하기 위한 배기 가스 후처리 수단이 필요한 바, 배기 파이프의 도중에 촉매 장치를 설치하여 배기 가스 중의 유해 성분을 촉매 작용으로 정화하는 촉매 시스템이 그 수단으로 구비될 수 있다.
한편, 촉매 시스템이 정화기능을 발휘하기 위해서는 촉매의 활성화가 이루어져야 하는데 촉매가 제기능을 발휘하기 위한 활성화 온도는 대략 300 ~ 400
Figure 112021141131356-pat00001
이상에 도달해야하는 것으로 알려져 있다.
그러나, 엔진의 저온 시동(냉 시동) 상태에서는 배기 가스의 온도가 낮고 냉각수의 온도가 낮기 때문에, 촉매가 가열되어 활성화 온도에 도달하기까지에는 어느 정도 시간(시동 후 대략 100초 이후)이 걸리게 된다.
따라서, 차량의 냉 시동 상태 하에서는 촉매 시스템이 제기능을 발휘하지 못해 정화 처리되지 못하고 미연 탄화수소나 일산화탄소를 다량 함유한 배기 가스가 그대로 배출되므로 대기오염의 중요한 요인이 되고 있다
상기한 문제를 방지하기 위한 종래 기술로, 촉매 시스템의 전단부에 히터를 구비한 후 차량의 시동 시(이그니션 온(on)) 냉 시동인 경우를 판단하여 히터를 작동시킴으로써 배기가스의 온도 상승 및 촉매의 신속한 활성화를 도모하는 기술이 개시되어 있다. 이때, 상기 히터는 당 업계에서 EHC(Electrically Heated Catalyst)라고도 하며 제어 장치(ECU, Electronic Control Unit)를 통해 전류를 인가받아 소정 온도의 열을 발생시키도록 구성될 수 있다.
한편, EHC 기반 촉매 시스템의 기본 동작 원리에 대해서는 등록특허 제10-1491297호와 공개특허공보 제10-2018-0029678호에 개시되어 있다.
한국등록특허공보 제10-1491297호 한국공개특허공보 제10-2018-0029678호
본 발명은, 배터리 전력 소모의 절감이 가능한 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기한 배터리 전력 소모의 절감을 달성하면서도 온도 조건에 따라 상기 촉매 시스템을 예열(프리 히팅, pre-heating)시키는 제어가 가능한 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는, EHC(Electrically Heated Catalyst) 기반 촉매 시스템의 구동을 제어하는 제어 장치로서, 상기 제어 장치의 외부에 마련된 배터리로부터 외부 전원을 공급받으며, 인에이블시 상기 외부 전원을 상기 제어 장치의 내부에 포함된 적어도 하나의 구성에 공급할 내부 전원으로 변환하도록 동작하는 전원부; 상기 촉매 시스템의 촉매를 가열하도록 상기 촉매 시스템의 히터를 제어하는 히터 구동부; 상기 촉매 시스템에 공기를 공급하도록 상기 촉매 시스템의 블로워를 제어하는 블로워 구동부; 타 제어 장치와 통신하여 상기 촉매 시스템에 대한 구동 요청 메시지를 수신하는 통신부; 및 상기 통신부가 상기 구동 요청 메시지를 수신하면 상기 히터 구동부와 상기 블로워 구동부가 동작하도록 제어하는 메인 제어부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전원부는, 상기 통신부가 상기 구동 요청 메시지를 수신하는 경우 인에이블되어 상기 내부 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 히터 구동부는, 상기 외부 전원과 직접 연결되어 동작하며, 이그니션 신호의 입력시 인에이블되고, 상기 통신부가 상기 구동 요청 메시지를 미수신한 상태에서도 상기 촉매 시스템의 온도 측정 결과에 따라 상기 히터의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 히터 구동부는, 상기 촉매 시스템의 온도를 측정하는 NTC(Negative temperature coefficient thermistor) 센서와 연결되어, 상기 촉매 시스템이 기 설정된 레벨보다 저온인 경우 상기 히터를 구동할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 외부 전원과 직접 연결되어 동작하며, 상기 구동 요청 메시지의 수신시 웨이크업(wake up) 되고, 상기 웨이크업 상태에서 하이(HIGH)로 출력되는 구동 요청 신호를 상기 전원부와 상기 메인 제어부에 전달할 수 있다.
또한, 상기 메인 제어부는, 상기 구동 요청 메시지의 미수신시 상기 통신부가 슬립(sleep) 모드로 전환되도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 통신부는, 상기 슬립 모드에서 상기 구동 요청 신호를 로우(low)로 출력할 수 있다.
또한, 상기 메인 제어부는, 상기 구동 요청 신호의 상태에 따라 상기 통신부의 고장을 진단할 수 있다.
또한, 상기 메인 제어부는, 상기 통신부를 상기 슬립 모드로 전환 제어한 이후에 수신한 상기 구동 요청 신호가 하이(HIGH)인 경우 상기 통신부를 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 메인 제어부는, 상기 내부 전원을 공급받아 동작하며, 상기 구동 요청 신호가 로우(low)로 전환된 후에도 기 설정된 시간 동안 상기 내부 전원을 유지하는 파워 래치(power latch) 모드로 동작하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 메인 제어부는, 상기 파워 래치 모드에서 하이(HIGH)로 출력되는 파워 래치 신호를 상기 전원부에 전달할 수 있다.
이때, 상기 전원부는, 상기 파워 래치 신호와 상기 구동 요청 신호 중 적어도 하나가 하이(HIGH)인 경우 인에이블될 수 있다.
한편, 상기 블로워 구동부는, 상기 내부 전원을 공급받아 동작할 수 있다.
한편, 상기 통신부는, 상기 타 제어 장치로부터 CAN 통신 BUS를 이용하여 상기 구동 요청 메시지를 수신할 수 있다.
본 발명에 따르면, 타 제어 장치로부터 촉매 시스템의 구동 요청 메시지를 수신하는 경우에 한해 전원이 공급되어 동작하도록 구성되므로, 배터리 소모 전력이 절감될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제어 장치의 대부분 구성이 슬립 모드인 상태에서 히터 구동부가 배터리로부터 상시 전원을 공급받도록 구성되어 상기 구동 요청 메시지를 수신하지 않는 경우에도 차량의 냉 시동 여부를 판단 및 히터를 구동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 있어서 각 구성간 신호가 전달되는 연결 라인을 더 상세히 나타낸 구성도이다.
도 3은 전원부가 인에이블되는 조건을 나타내는 테이블이다.
도 4는 구동 요청 메시지의 수신 또는 미수신시 히터와 블로워의 구동 상태를 나타내는 테이블이다.
도 5는 도 1의 제어 장치가 수행하는 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 방법의 흐름을 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치(10)의 구성도이고, 도 2는 도 1에 있어서 각 구성간 신호가 전달되는 연결 라인을 더 상세히 나타낸 구성도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치(10)는 전원부(100), 히터 구동부(200), 블로워 구동부(300), 통신부(400) 및 메인 제어부(500)를 포함할 수 있다.
전원부(100)는, 제어 장치(10)의 외부에 마련된 배터리(1)와 연결되어 상기 배터리(1)로부터 외부 전원을 공급받도록 구성된다. 여기서, 배터리(1)는 차량에 장착된 12V 납축 전지일 수 있다.
전원부(100)는 특정 신호가 인에이블 단자(EN)로 입력되면 인에이블(enable)되며, 인에이블시 12V의 외부 전원을 제어 장치(10)의 내부에 포함된 적어도 하나의 구성에 공급할 내부 전원(VCC)으로 변환할 수 있다. 이때의 변환은 전압의 강압을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 12V 외부 전원은 5V의 내부 전원으로 전압이 강압될 수 있다. 전원부(100)는 레귤레이터(regulator) IC일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 레귤레이터 IC는 입력 단자(in)로 입력되는 신호(배터리(1) 전원)를 미리 정해진 크기로 변환(VCC)하여 출력 단자(OUT)를 통해 출력한다.
후술할 메인 제어부(500), 블로워 구동부(300)는 상기한 내부 전원(VCC)을 공급받아 구동될 수 있다.
후술할 히터 구동부(200)는 외부 전원과 직접 연결되어 구동될 수 있다. 통신부(400)는 외부 전원과 연결되어 구동되나 구동 요청 메시지의 미수신시에는 슬립 모드로 전환될 수 있다.
다시 말해, 본 발명 제어 장치(10)는 일부 구성만이 외부 전원에 연결되어 있고 다른 구성은 내부 전원(VCC)을 공급받아 구동된다. 내부 전원(VCC)을 공급하는 전원부(100)는 이그니션 신호(7)의 입력과 동시에 인에이블되는 것이 아닌 특정 조건에서 인에이블되도록 구성되어 배터리(1) 전력의 소모를 절감할 수 있다.
이때, 상기 특정 조건은 후술할 통신부(400)가 타 제어 장치(30)로부터 촉매 시스템의 구동을 요청하는 구동 요청 메시지를 수신하는 경우일 수 있다. 자세한 동작은 후술하기로 한다.
히터 구동부(200)는, 촉매 시스템의 촉매를 가열하도록 히터(2)를 제어할 수 있다. 상기 제어는 히터(2)에 소정 시간 동안의 전류를 공급하는 것을 의미할 수 있다.
블로워 구동부(300)는, 촉매 시스템에 공기를 공급하도록 에어 블로워(3)를 제어할 수 있다. 상기 제어는 에어 블로워(Air Blower)(3)가 촉매 시스템에 공기를 공급하도록 제어 신호를 보내는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 잘 알려진 바와 같이 에어 블로워(3)는 일산화탄소, 탄화수소의 산화를 돕기 위해 배기 파이프에 2차 공기를 공급하는 역할을 하는 구성이다. 에어 블로워(3)에 의해 공급되는 2차 공기는 탄소수소를 산화시키고 이때 생성된 환원가스에 의해 촉매에서 흡착된 질소산화물이 효과적으로 정화될 수 있다. 다른 실시예에서 에어 블로워(300) 대신 에어 펌프가 구비될 수 있다. 이때, 블로워 구동부(300)는 에어 블로워(3)가 아닌 에어 펌프를 제어하도록 구성될 수 있다.
히터 구동부(200)와 블로워 구동부(300)는 드라이버 IC 또는 FET 등의 부품을 포함하여 온오프 요청에 따라 구동되는 회로 모듈일 수 있다.
통신부(400)는 타 제어 장치(30)와 통신하여 촉매 시스템에 대한 구동 요청 메시지를 수신할 수 있다. 여기서, 타 제어 장치(30)는 구동 요청 메시지를 생성하여 전송하는 클라이언트(client)로서 차량에 설치된 다른 전자 제어 장치(ECU)가 상기 클라이언트가 될 수 있다.
예를 들어, 타 제어 장치(30)는 엔진을 제어하는 ECU일 수 있다. 엔진 제어 ECU는 촉매의 온도 정보를 수신하여 이를 기초로 구동 요청 메시지를 본 발명 제어 장치(10)의 통신부(400)에 전송할 수 있다.
예를 들어, 타 제어 장치(30)는 차량의 온도 정보를 수신하는 ECU일 수 있다. 이때는, 촉매의 온도 정보가 아니더라도 차량의 온도가 기 설정된 레벨보다 낮은 경우 냉 시동인 것으로 판단하고 본 발명 제어 장치(10)의 통신부(400)에 구동 요청 메시지를 보내도록 기 설정될 수 있다.
통신부(400)와 타 제어 장치(30)간의 통신은 차량에 구비된 CAN(Controller Area Network) 통신 프로토콜을 기반으로 이루어질 수 있다. 즉, 통신부(400)는 타 제어 장치(30)의 통신부(미도시)로부터 CAN 통신 BUS를 이용하여 구동 요청 메시지를 수신할 수 있다.
이처럼, 통신 BUS를 이용하여 촉매 시스템의 구동을 제어하는 경우, 종래와 같이 타 제어 장치(30)와 1 대 1로 와이어링 연결되었을 때 대비, 다량의 릴레이 회로, 와이어링 하네스 등의 사용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
메인 제어부(500)는, 통신부(400)가 타 제어 장치(30)로부터 구동 요청 메시지를 수신하면 히터 구동부(200)와 블로워 구동부(300)가 동작하도록 제어하는 구성이다.
메인 제어부(500)는, 전원부(100)가 인에이블된 이후 공급하는 내부 전원에 의해 동작할 수 있다. 메인 제어부(500)는 구동 요청 신호(INH_STATE)가 로우(LOW)로 전환된 경우에도 전원부(100)로부터 내부 전원(VCC)의 공급이 유지되도록 기 설정된 시간 동안 파워 래치(power latch) 모드로 동작할 수 있다.
메인 제어부(500)는, 구동 요청 신호(INH_STATE)가 로우(LOW)로 전환된 이후 기 설정된 시간 동안 파워 래치 신호(PWL)를 하이(HIGH)로 출력할 수 있다. 상기 파워 래치 신호(PWL)는 전원부(100)로 전달될 수 있다. 전원부(100)는 파워 래치 신호(PWL)를 입력 받는 동안 내부 전원(VCC)의 공급을 유지하도록 동작할 수 있다. 즉, 인에이블 상태를 유지할 수 있다.
메인 제어부(500)는, 구동 요청 신호(INH_STATE)가 HIGH가 되어 전원부(100)가 인에이블되면 전원부(100)로부터 내부 전원(VCC)을 공급받아 파워 래치 신호(PWL)를 HIGH로 출력할 수 있다. 메인 제어부(500)는, 구동 요청 신호(INH_STATE)가 HIGH에서 LOW로 전환된 시점에서부터 기 설정된 시간 동안 파워 래치 신호(PWL)가 HIGH를 유지하도록 구성될 수 있다.
이로써, 메인 제어부(500)는 구동 요청 신호(INH_STATE)가 로우(LOW)로 전환된 이후에도 바로 오프되지 않고 기 설정된 파워 래치 모드 시간동안 제어 또는 연산을 수행할 수 있다.
메인 제어부(500)는, 통신부(400)가 구동 요청 메시지를 미수신하는 경우에 통신부(400)를 제어하여 슬립(sleep) 모드로 전환할 수 있다. 상기 통신부(400)의 제어에는 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신이 이용될 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, SPI는 직렬 통신 방식 중 한가지이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 통신부(400)의 제어에는 UART 통신이 이용될 수도 있다.
통신부(400)는, 슬립 모드에서 구동 요청 신호(INH_STATE)를 로우(LOW)로 출력하게 된다.
이때, 메인 제어부(500)는 구동 요청 신호(INH_STATE)의 상태에 따라 통신부(400)의 고장을 진단할 수 있도록 구성된다. 보다 구체적으로, 메인 제어부(500)가 통신부(400)를 슬립 모드로 전환하도록 제어한 이후에 통신부(400)로부터 수신한 구동 요청 신호(INH_STATE)가 하이(HIGH)인 경우라면, 통신부(400)가 슬립 모드로 전환되지 않은 것이다. 따라서, 이때, 메인 제어부(500)는 통신부(400)가 고장 상태인 것으로 판단할 수 있다.
이하에서, 구동 요청 메시지의 수신과 연동되는 본 발명 제어 장치(10)의 촉매 시스템 제어 동작에 대해 설명한다.
통신부(400)는 타 제어 장치(30)로부터 CAN 통신을 통해 구동 요청 메시지를 수신하면 웨이크업(wake up)된다. 통신부(400)가 웨이크업 상태가 되면 구동 요청 신호(INH_STATE)가 하이(HIGH)로 출력된다. 통신부(400)는 외부 전원인 배터리(1)와 직접 연결되어 있어, CAN 통신 메시지의 수신시 바로 동작이 가능하다.
통신부(400)는 전원부(100) 및 메인 제어부(500)와 각각 연결되어 있으며, 출력되는 구동 요청 신호(INH_STATE)는 전원부(100)와 메인 제어부(500)에 전달된다.
전원부(100)로 전달되는 구동 요청 신호(INH_STATE)는 전원부(100)의 인에이블 단자(EN)로 입력된다. 잘 알려진 바와 같이 전원부(100)는 인에이블 단자에 HIGH 신호가 입력되면 인에이블되고 LOW 신호가 입력되면 디스에이블(disable) 된다. 즉, 구동 요청 신호(INH_STATE)가 HIGH인 경우 전원부(100)가 인에이블될 수 있다. 인에이블된 전원부(100)는 내부 전원(VCC)을 출력하여 제어 장치(10)의 각 구성에 전달한다.
전원부(100)로부터 공급되는 내부 전원(VCC)은 메인 제어부(500)에도 전달되어 비로소 메인 제어부(500)의 동작이 개시된다. 메인 제어부(500)는 통신부(400)로부터 구동 요청 신호(INH_STATE)를 전달받아 히터 구동부(200)와 블로워 구동부(300)가 동작하도록 제어할 수 있다.
이때, 히터 구동부(200)는 외부 전원인 배터리(1)와 직접 연결되어 있고 이그니션 신호(7)에 의해 인에이블되어 동작가능한 상태이며, 블로워 구동부(300)는 전원부(100)에서 공급하는 내부 전원(VCC)을 공급받아 동작가능한 상태이다.
한편, 전원부(100)는, 구동 요청 신호(INH_STATE)와 파워 래치 신호(PWL)를 모두 입력 받을 수 있도록 통신부(400) 및 메인 제어부(500)와 연결되어 있다. 보다 구체적으로, 도 2의 RC와 D1을 통해 연결되는 라인은 파워 래치 신호(PWL)가 전달되는 라인이다. Ra,Rb 및 D2를 통해 연결되는 라인은 구동 요청 신호(INH_STATE)가 전달되는 라인이다. 즉, 전원부(100)는 구동 요청 신호(INH_STATE) 뿐 아니라 파워 래치 신호(PWL)도 전달받을 수 있으며, 두 신호 중 적어도 하나가 HIGH인 경우에 인에이블될 수 있다.
도 3은 전원부(100)가 인에이블되는 조건을 나타내는 테이블이다.
도 3을 참조하면, Case 1과 3에서 구동 요청 신호(INH_STATE)와 파워 래치 신호(PWL) 중 어느 하나의 신호가 HIGH인 경우에 전원부(100)가 인에이블되는 것을 알 수 있다. 모든 신호가 LOW인 Case 2에서는 전원부(100)가 디스에이블된다.
이는 Case 4에서도 마찬가지이다. Case 4에 대해 자세히 설명하자면, 통신부(400)가 구동 요청 메시지를 받아 구동 요청 신호(INH_STATE)가 HIGH로 출력되다가 LOW로 전환된 이후에 파워 래치 신호(PWL)가 HIGH로 출력되는 경우이다. 이때에도 전원부(100)는 인에이블된다.
다만, 구동 요청 신호(INH_STATE)가 HIGH에서 LOW로 전환된 경우가 아니라 Case 5와 같이 계속 LOW 상태였던 경우라면 애초에 전원부(100)가 인에이블될 수 없으므로 파워 래치 신호(PWL) 또한 HIGH로 출력될 수 없다. 즉, Case 5는 Case 4와는 달리 불가능한 신호 상태이다.
이처럼, 종래와는 달리 전원부(100)의 인에이블 단자(EN)가 이그니션 신호(7)가 아닌 통신부(400)와 메인 제어부(500)에 연결되어 인에이블이 제어됨으로써 각 구성에 대한 내부 전원(VCC)의 공급 여부는 촉매 시스템의 구동 필요성에 따라 제어될 수 있다.
이를 통해, 배터리(1) 전력 소모가 절감되는 이점이 있다. 차량에 전자 장치가 증가할수록 이와 같은 전력 절감은 차량 시스템의 전체 효율을 증대시키기 위해서 필수 해결과제이다.
다만, 전력을 절감하면서도 촉매 시스템의 효율이 지나치게 저하되는 것은 바람직하지 못하다.
이와 관련하여, 이하에서는 전원부(100)를 인에이블시키지 않고도 즉, 제어 장치(10)의 메인 제어부(500)와 통신부(400)에 전원을 공급하지 않고도 촉매 시스템을 예열하는 동작에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명 실시예의 제어 장치(10)에 포함된 히터 구동부(200)는 외부 전원과 직접 연결되어 동작할 수 있다.
히터 구동부(200)는, 이그니션 신호(7)의 입력시 인에이블된다. 다시 말해, 히터 구동부(200)의 인에이블 단자(EN)는 이그니션 신호(7)에 연결되어 이그니션 신호(7)가 입력되면 히터 구동부(200)가 인에이블되는 것이다.
히터 구동부(200)는, 촉매 시스템의 온도를 측정하는 NTC(Negative temperature coefficient thermistor) 센서(5)와 연결되도록 구성될 수 있다. 히터 구동부(200)는 통신부(400)가 구동 요청 메시지를 미수신한 상태에서도 NTC 센서(5)에 의한 촉매 시스템의 온도 측정 결과에 따라 히터(2)의 구동을 제어할 수 있다.
히터 구동부(200)는, 촉매 시스템의 온도 측정 결과, 기 설정된 레벨보다 저온인 경우 히터(2)가 구동되도록 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 촉매 내부에 설치된 NTC 센서(5)가 촉매의 온도 측정을 한다. 시동에 의해 이그니션이 온(on) 되면 이그니션 전압(12V)은 R_PU와 NTC에 의해 분압되어 NMOSFET(M1)의 Gate에 입력된다. 잘 알려진 바와 같이 NTC 센서(5)는 온도가 낮을 수록 저항값이 높아지는 소자이다. R_PU는 검출하고자 하는 저온 임계 레벨에서의 NTC 센서(5) 저항값 및 NMOSFET(M1)의 문턱 전압값을 고려하여 기 설정될 수 있다.
이때, 이그니션이 온인 상태에서 촉매 온도가 기 설정된 임계 레벨보다 더 저온인 경우에만 NMOSFET(M1)이 온(ON) 동작하고, 이그니션 전압은 R1과 R2 그리고 NMOSFET(M1)의 RDS에 의해 분압되며, 분압된 전압은 D3를 통해 히터 구동부(200)를 구동시키는 입력 신호로서 전달될 수 있다.
즉, 히터 구동부(200)의 입력 단자(IN)를 살펴보면, D3을 통하여 신호가 입력되는 라인은 촉매 시스템을 예열하기 위한 입력 신호의 경로이다.
한편, 상술한 경우에서 전원부(100)는 디스에이블 상태이므로 메인 제어부(500)는 제어 장치(10)로부터 내부 전원(VCC)을 공급받지 못하는 상태이다. 즉, 제어 장치(10)의 내부 구성 중 동작하는 것은 히터 구동부(200)가 유일하게 된다. 이러한 구성에 의해, 적은 전력으로도 차량의 냉 시동을 감지하여 촉매 시스템을 예열할 수 있다.
다시, 히터 구동부(200)의 입력 단자(IN)를 살펴보면, D4를 통하여 신호가 입력되는 라인은 통신부(400)가 타 제어 장치(30)로부터 구동 요청 메시지를 수신한 경우로서, 메인 제어부(500)에 의해 입력 신호가 전달되는 경로이다. 이때는 상술한 바와 같이 블로워 구동부(300)도 함께 동작하게 된다.
정리하자면, 히터 구동부(200)의 동작 모드를 두 가지로 구분할 수 있다.
제1 동작 모드는 촉매 시스템의 촉매를 예열하는 동작 모드로서, 제어 장치(10)에서 히터 구동부(200)만이 인에이블되어 히터(2)를 구동하는 모드이다.
제2 동작 모드는 촉매 시스템을 구동하는 데 수반되는 동작 모드로서, 제어 장치(10)의 전원부(100)가 인에이블되고 메인 제어부(500)가 히터 구동부(200) 및 블로워 구동부(300)를 모두 동작시키는 경우의 동작 모드이다.
도 4는 구동 요청 메시지의 수신 또는 미수신시 히터(2)와 에어 블로워(3)의 구동 상태를 나타내는 테이블이다.
도 4를 참조하면, 통신부(400)가 구동 요청 메시지를 수신한 경우에는 촉매의 온도와 상관없이 히터(2)와 에어 블로워(3)가 구동된다. 통신부(400)가 구동 요청 메시지를 미수신하는 경우에는 촉매의 온도가 기 설정된 레벨보다 저온인 경우에 히터(2)만 구동되며 에어 블로워(3)는 구동되지 않는다. 구동 요청 메시지의 수신 및 미수신시의 각 구성의 동작은 상술하였다.
도 5는 도 1의 제어 장치(10)가 수행하는 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 방법의 흐름을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 도 1의 제어 장치(10)가 수행하는 EHC 기반 촉매 시스템의 제어 방법은, 이그니션 온 단계(S100), 구동 요청 메시지 수신 단계(S300), 제어기 내부 전원 공급 단계(S400) 및 촉매 시스템 구동 단계(S500)를 포함할 수 있다.
구동 요청 메시지 수신 단계(S300)는, 통신부(400)가 타 제어 장치(30)로부터 CAN 통신 BUS를 통해 촉매 시스템의 구동을 요청하는 구동 요청 메시지를 수신하는 단계이다.
본 단계(S300)에서, 구동 요청 메시지를 수신하기 이전에 슬립 모드 상태이던 통신부(400)는 웨이크업되어 구동 요청 신호(INH_STATE)를 HIGH로 출력할 수 있다. 출력된 구동 요청 신호(INH_STATE)는 전원부(100)와 메인 제어부(500)로 전달된다.
본 단계(S300)에서 구동 요청 신호(INH_STATE)를 수신한 메인 제어부(500)는 파워 래치 신호(PWL)를 HIGH로 출력할 수 있다. 출력된 파워 래치 신호(PWL) 또한 전원부(100)로 전달된다.
제어기 내부 전원 공급 단계(S400)는, 전원부(100)가 통신부(400)로부터 HIGH인 구동 요청 신호(INH_STATE)를 전달받아 인에이블되는 단계이다.
전원부(100)는 HIGH인 파워 래치 신호(PWL)를 메인 제어부(500)로부터 수신하여 인에이블될 수도 있다. 즉, 전원부(100)는 통신부(400) 또는 메인 제어부(500)로부터 HIGH 신호를 입력받아 인에이블되고, 통신부(400)와 메인 제어부(500)에서 모두 LOW 신호를 입력받으면 디스에이블된다.
본 단계(S400)에서 인에이블된 전원부(100)는, 배터리(1) 전원인 12V의 외부 전원을 제어 장치(10)의 내부에 포함된 적어도 하나의 구성에 공급할 내부 전원(VCC)으로 변환하여 출력한다.
촉매 시스템 구동 단계(S500)는, 메인 제어부(500)가 히터 구동부(200)와 블로워 구동부(300)를 제어하여 촉매 시스템의 히터(2) 및 에어 블로워(3)를 동작시키는 단계이다. 메인 제어부(500)는 통신부(400)로부터 구동 요청 신호(INH_STATE)를 입력받으면 히터 구동부(200)와 블로워 구동부(300)를 동작하도록 제어할 수 있다.
본 단계(S500)에서, 히터 구동부(200)는 히터(2)에 전류를 공급하여 촉매가 가열되도록 제어할 수 있다. 본 단계(S500)에서 블로워 구동부(300)는 블로워가 촉매 시스템에 공기를 공급하도록 제어할 수 있다.
한편, 이그니션 온 단계(S100) 이후에 구동 요청 메시지를 수신하지 않은 상태에서 촉매 시스템을 예열하는 프리 히팅 단계(S200)가 더 포함될 수 있다.
본 단계(S200)에서, 히터 구동부(200)는 통신부(400)가 구동 요청 메시지를 미수신한 상태에서도 NTC 센서(5)에 의한 촉매 시스템의 온도 측정 결과에 따라 히터(2)의 구동을 제어할 수 있다. 히터 구동부(200)는, 촉매 시스템의 온도 측정 결과, 기 설정된 레벨보다 저온인 경우 히터(2)가 구동되도록 제어할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 타 제어 장치로부터 촉매 시스템의 구동 요청 메시지를 수신하는 경우에 한해 전원이 공급되어 동작하도록 구성되므로, 배터리 소모 전력이 절감될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제어 장치의 대부분 구성이 슬립 모드인 상태에서 히터 구동부가 배터리로부터 상시 전원을 공급받도록 구성되어 상기 구동 요청 메시지를 수신하지 않는 경우에도 차량의 냉 시동 여부를 판단 및 히터를 구동시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 배터리
2: 히터(EHC)
3: 에어 블로워
10: EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치
100: 전원부
200: 히터 구동부
300: 블로워 구동부
400: 통신부
500: 메인 제어부
30: 타 제어 장치

Claims (11)

  1. EHC(Electrically Heated Catalyst) 기반 촉매 시스템의 구동을 제어하는 제어 장치로서,
    상기 제어 장치의 외부에 마련된 배터리로부터 외부 전원을 공급받으며, 인에이블시 상기 외부 전원을 상기 제어 장치의 내부에 포함된 적어도 하나의 구성에 공급할 내부 전원으로 변환하도록 동작하는 전원부;
    상기 촉매 시스템의 촉매를 가열하도록 상기 촉매 시스템의 히터를 제어하는 히터 구동부;
    상기 촉매 시스템에 공기를 공급하도록 상기 촉매 시스템의 블로워를 제어하는 블로워 구동부;
    타 제어 장치와 통신하여 상기 촉매 시스템에 대한 구동 요청 메시지를 수신하는 통신부; 및
    상기 통신부가 상기 구동 요청 메시지를 수신하면 상기 히터 구동부와 상기 블로워 구동부가 동작하도록 제어하는 메인 제어부;를 포함하고,
    상기 전원부는,
    상기 통신부가 상기 구동 요청 메시지를 수신하는 경우 인에이블되어 상기 내부 전원을 공급하며,
    상기 통신부는,
    상기 외부 전원과 직접 연결되어 동작하며,
    상기 구동 요청 메시지의 수신시 웨이크업(wake up) 되고, 상기 웨이크업 상태에서 하이(HIGH)로 출력되는 구동 요청 신호를 상기 전원부와 상기 메인 제어부에 전달하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터 구동부는,
    상기 외부 전원과 직접 연결되어 동작하며,
    이그니션 신호의 입력시 인에이블되고, 상기 통신부가 상기 구동 요청 메시지를 미수신한 상태에서도 상기 촉매 시스템의 온도 측정 결과에 따라 상기 히터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히터 구동부는,
    상기 촉매 시스템의 온도를 측정하는 NTC(Negative temperature coefficient thermistor) 센서와 연결되어, 상기 촉매 시스템이 기 설정된 레벨보다 저온인 경우 상기 히터를 구동하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 구동 요청 메시지의 미수신시 상기 통신부가 슬립(sleep) 모드로 전환되도록 제어하며,
    상기 통신부는,
    상기 슬립 모드에서 상기 구동 요청 신호를 로우(LOW)로 출력하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 구동 요청 신호의 상태에 따라 상기 통신부의 고장을 진단하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 통신부를 상기 슬립 모드로 전환 제어한 이후에 수신한 상기 구동 요청 신호가 하이(HIGH)인 경우 상기 통신부를 고장으로 판단하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 내부 전원을 공급받아 동작하며,
    상기 구동 요청 신호가 로우(LOW)로 전환된 후에도 기 설정된 시간 동안 상기 내부 전원을 유지하는 파워 래치(power latch) 모드로 동작하도록 구성되고,
    상기 파워 래치 모드에서 하이(HIGH)로 출력되는 파워 래치 신호를 상기 전원부에 전달하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 파워 래치 신호와 상기 구동 요청 신호 중 적어도 하나가 하이(HIGH)인 경우 인에이블되는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 블로워 구동부는,
    상기 내부 전원을 공급받아 동작하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 타 제어 장치로부터 CAN 통신 BUS를 이용하여 상기 구동 요청 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는,
    EHC 기반 촉매 시스템의 제어 장치.

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