KR102610739B1

KR102610739B1 - 산소센서의 카본 제거 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102610739B1
Application number: KR1020180139245A
Authority: KR
Inventors: 최용준; 오성종; 조성문; 장윤식
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2023-12-07
Also published as: DE102019207140A1; US20200149457A1; CN111167795A; US10844767B2; KR20200055514A; CN111167795B

Abstract

본 발명은 산소센서의 카본 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 산소센서에 이상 발생시 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브를 오픈하고, 상기 산소센서에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시켜 상기 산소센서에 퇴적된 카본을 제거하는 산소센서의 카본 제거 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 산소센서의 카본 제거 장치에 있어서, 차량의 배기라인에 설치되어 배기가스 중의 산소량를 측정하는 산소센서; 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브; 상기 밸브를 구동하는 밸브 구동부; 및 상기 산소센서에 이상 발생시 상기 밸브를 오픈하도록 상기 밸브 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

산소센서의 카본 제거 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR REMOVING CARBON FROM OXYGEN SENSOR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 산소센서에 퇴적된 카본을 제거하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

차량의 엔진에서 배출되는 배기가스에는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등의 다양한 유해물질이 포함되어 있으므로, 배기 매니폴더에는 이러한 유해물질들을 정화시켜 에미션(Emission)을 안정화시키는 다양한 형태의 촉매가 장착된다.

디젤엔진에 대한 배기가스 규제가 강화됨에 따라 질소산화물(NOx)의 저감을 위해 NSC(NOx Storage Catalyst)를 적용한 LNT(Lean NOx Trap) 촉매가 적용되고 있다. LNT 촉매는 NOx 흡장촉매와 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC)가 하나의 담체에 구성된다.

한편, LNT 시스템은 질소산화물을 정화하기 위해 후분사 로직을 수행하는데, 이때 산소센서(람다센서라고도 함)는 후분사 로직을 수행하기 위해 반드시 필요하다. 특히, LNT의 전단에 위치하는 산소센서는 고온의 배기가스와 스모크(smoke) 및 THC(Total Hydrocarbon : 총탄화수소) 등 가혹한 환경에 노출되어 쉽게 카본이 퇴적될 수 있으며, 이렇게 산소센서에 퇴적된 카본은 산소센서의 응답지연을 발생시켜 산소센서의 성능을 저하시킨다.

종래에는 산소센서에 퇴적된 카본에 의한 성능 저하가 발생하면 정비사가 차량에서 산소센서를 분리한 후 직접 카본을 제거하는 작업을 수행해야 했기 때문에 운전자에게 불편함을 주는 문제점이 있다.

대한민국공개특허 제2018-0068168호

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 산소센서에 이상 발생시 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브를 오픈하여 상기 산소센서에 퇴적된 카본을 제거하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 산소센서에 이상 발생시 상기 산소센서에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시켜 상기 산소센서에 퇴적된 카본을 제거하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 산소센서에 이상 발생시 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브를 오픈하고, 상기 산소센서에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시켜 상기 산소센서에 퇴적된 카본을 제거하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 산소센서의 카본 제거 장치에 있어서, 차량의 배기라인에 설치되어 배기가스 중의 산소량를 측정하는 산소센서; 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브; 상기 밸브를 구동하는 밸브 구동부; 및 상기 산소센서에 이상 발생시 상기 밸브를 오픈하도록 상기 밸브 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 제어부는 상기 산소센서의 응답성능을 모니터링하여 응답지연에 따른 이상을 검출할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간 범위를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간을 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수도 있다.

이러한 본 발명의 장치는 상기 산소센서의 고유특성을 나타내는 정상 응답성능 그래프와, 상기 산소센서에 퇴적된 카본에 의한 에러 응답성능 그래프를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 상기 정상 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프 및 상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프에 기초하여 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 유효시간 구간에서 상기 정상 응답성능 그래프와 상기 측정 응답성능 그래프로 이루어진 제1 면적과, 상기 측정 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프로 이루어진 제2 면적을 각각 산출하고, 제1 면적과 제2 면적의 비가 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프를 기준횟수 생성하고, 그에 따른 제1 면적과 제2 면적으로 나눈 결과들의 평균이 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 밸브의 개도량과 개도시간을 설정할 수 있다.

또한, 본 발명의 장치는 상기 산소센서를 가열하는 히터를 더 구비하되, 상기 제어부는 상기 산소센서에 이상 발생시 상기 히터를 동작시킬 수도 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 산소센서의 카본 제거 방법에 있어서, 차량의 배기라인에 설치된 산소센서가 배기가스 중의 산소량를 측정하는 단계; 제어부가 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브를 오픈시키는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는 상기 산소센서의 응답성능을 모니터링하여 응답지연에 따른 이상을 검출할 수 있다.

또한, 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는 상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간 범위를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는 상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간을 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이러한 본 발명의 방법은 저장부가 상기 산소센서의 고유특성을 나타내는 정상 응답성능 그래프와, 상기 산소센서에 퇴적된 카본에 의한 에러 응답성능 그래프를 저장하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는 상기 정상 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프 및 상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프에 기초하여 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는 유효시간 구간에서 상기 정상 응답성능 그래프와 상기 측정 응답성능 그래프로 이루어진 제1 면적과, 상기 측정 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프로 이루어진 제2 면적을 각각 산출하고, 제1 면적과 제2 면적의 비가 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는 상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프를 기준횟수 생성하고, 그에 따른 제1 면적과 제2 면적으로 나눈 결과들의 평균이 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 밸브를 오픈시키는 단계는 상기 밸브의 개도량과 개도시간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸브를 오픈시키는 단계는 상기 산소센서를 가열하는 히터를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치 및 그 방법은, 산소센서에 이상 발생시 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 밸브를 오픈하고, 상기 산소센서에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시켜 상기 산소센서에 퇴적된 카본을 제거할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치를 나타내는 구성도,
도 2 는 본 발명에 이용되는 산소센서의 구조에 대한 일예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 정상 응답성능 그래프와 에러 응답성능 그래프를 나타내는 도면,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치가 HP EGR 밸브를 닫은 경우에 산소센서에 전달되는 공기유량을 나타내는 도면,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치가 HP EGR 밸브를 오픈한 경우에 산소센서에 전달되는 공기유량을 나타내는 도면,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치의 성능을 나타내는 도면,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 방법에 대한 흐름도,
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에서는 HP(High Pressure) EGR(Exhaust Gas Re-circulation) 밸브(31)를 예로 들어 설명하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치를 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치(100)는, 산소센서(Oxygen Sensor, 10), 저장부(Storage 20), 밸브 구동부(Valve Actuator, 30), HP EGR 밸브(31), 히터(Heater, 40), 및 제어부(Controller, 50)를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구비될 수 있으며, 아울러 발명을 실시하는 방식에 따라 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 산소센서(10)는 차량의 배기라인에 설치되어 배기가스 중의 산소량(%)를 측정하는 센서로서, 람다(λ)를 검출하기 때문에 람다센서라고도 한다. 여기서, 람다(λ)는 연료를 완전 연소시키는데 필요한 공기량과 실제 공급되는 공기량의 비율을 나타내는 공기과잉률을 의미하며, 이론상 연료가 완전 연소할 때 람다(λ) 값이 1이 된다. 일례로, 산소센서(10)는 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖을 수 있다.

도 2 는 본 발명에 이용되는 산소센서의 구조에 대한 일예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 산소센서(10)는, 배기가스의 외부 공기에 함유된 산소의 농도차에 따라 전압값을 출력하는 지르코니아(ZrO2) 세라믹(2)에 내부케이블(11)이 연결되고, 내부케이블(11)은 터미널(13)에 의해 전자제어모듈(미도시)과 연결되는 외부케이블(15)과 연결된다. 세라믹(2)의 외측에는 세라믹(2)을 외부로부터 밀폐시키기 위한 금속가스켓(4)이 위치되고, 금속가스켓(4)의 선단에 세라믹(2)을 보호하기 위한 튜브(5)가 결합된 구조를 갖는다. 즉, 배기가스와 외부 공기에 함유된 산소의 농도차에 따라 지르코니아(ZrO2) 세라믹(2)에서 출력된 전압값(산소량)이 내부케이블(11)과 터미널(13) 및 외부케이블(15)을 통해 전자제어모듈(ECM)로 입력되고, 전자제어모듈이 상기 전압값에 따라 인젝터를 제어하여 엔진으로 들어가는 혼합기의 공연비를 조절함과 더불어 스파크 타이밍을 조절한다.

본 발명에서 산소센서(10)는 가열시킬 수 있는 지르코니아 세라믹을 구비하기만 하면 어떠한 구조를 갖더라고 상관없다.

다음으로, 저장부(20)는 산소센서(10)에 이상 발생시 HP EGR 밸브(31)를 오픈하여 산소센서(10)에 퇴적된 카본을 제거하는데 필요한 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.

또한, 저장부(20)는 산소센서(10)에 이상 발생시 산소센서(10)에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시켜 산소센서(10)에 퇴적된 카본을 제거하는데 필요한 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.

또한, 저장부(20)는 산소센서(10)에 이상 발생시 HP EGR 밸브(31)를 오픈하고, 산소센서(10)에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시켜 산소센서(10)에 퇴적된 카본을 제거하는데 필요한 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.

또한, 저장부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 산소센서(10)의 고유특성을 나타내는 정상 응답성능 그래프와, 산소센서(10)의 최대 응답지연을 나타내는 에러 응답성능 그래프를 더 저장할 수도 있다. 이때, 최대 응답지연은 산소센서(10)에 퇴적된 카본에 의해 최대로 발생할 수 있는 산소센서(10)의 응답지연을 의미한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 정상 응답성능 그래프와 에러 응답성능 그래프를 나타내는 도면이다.

도 3에서, '310'은 정상 응답성능 그래프를 나타내고, '320'은 에러 응답성능 그래프를 나타내며, '330'은 제어부(50)에 의해 측정된 산소센서(10)의 응답성능 그래프(이하, 측정 응답성능 그래프)를 나타낸다.

'311'은 임계시간 구간(응답시간 구간)에서 정상 응답성능 그래프(310)와 측정 응답성능 그래프(330)로 이루어진 면적을 나타내고, '321'은 임계시간 구간에서 측정 응답성능 그래프(330)와 에러 응답성능 그래프(320)로 이루어진 면적을 나타낸다.

또한, 저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.

다음으로, 밸브 구동부(30)는 HP EGR 밸브(31)를 구동시키는 액추에이터(일례로, 모터)로서, 제어부(50)의 제어하에 HP EGR 밸브(31)를 구동시킨다. 즉, 밸브 구동부(30)는 HP EGR 밸브(31)를 열거나 닫는 역할을 수행한다.

다음으로, HP EGR 밸브(31)는 산소센서(10)에 고압의 공기유량을 전달하는 역할을 수행한다.

이하, 도 4 및 도 5에 기초하여 HP EGR 밸브(31)의 개도량이 산소센서(10)에 미치는 영향에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치가 HP EGR 밸브를 닫은 경우에 산소센서에 전달되는 공기유량을 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(50)에 의해 HP EGR 밸브(31)가 닫혀 있으면, 인터쿨러(420)로부터의 공기가 흡기 매니폴더(430)에 의해 약화되어 산소센서(10)까지 전달되는 공기유량이 적어지므로 산소센서(10)에 퇴적된 카본을 제거할 수 없다. 이때, '410'은 산소센서(10)까지 전달되는 공기유량을 나타낸다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치가 HP EGR 밸브를 오픈한 경우에 산소센서에 전달되는 공기유량을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(50)에 의해 HP EGR 밸브(31)가 열려 있으면, 인터쿨러(420)로부터의 공기가 HP EGR 밸브(31)를 통해 HP EGR 쿨러(520)로 들어가고, HP EGR 쿨러(520)를 통과한 공기는 흡기 매니폴더(430)를 통과한 공기와 합류하게 되고, 이로 인해 고압의 공기유량이 산소센서(10)로 전달되어 산소센서(10)에 퇴적된 카본을 제거할 수 있다. 이때, '510'은 산소센서(10)로 전달되는 고압의 공기유량을 나타낸다. 이러한 HP EGR 밸브(31)의 오픈은 운전자가 엑셀 페달을 밟지 않은 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다.

결국, 운전자가 엑셀 페달을 밟지 않은 상태에서 HP EGR 밸브(31)를 50% 오픈하여 고압의 공기유량이 산소센서(10)로 전달될 수 있도록 함으로써, 산소센서(10)에 퇴적된 카본을 제거할 수 있다.

다음으로, 히터(40)는 산소센서(10)에 구비된 지르코니아 세라믹을 가열한다. 이때, 히터(40)는 지르코니아 세라믹의 온도를 950℃ ~ 1000℃까지 가열할 수 있다.

참고로, 지르코니아는 산화 지르코늄을 통틀어 이르는 말로서, 지르코늄이 산화물이며 흰색의 결정체이다. 이러한 지르코니아는 녹는점이 약 2,700℃로서 녹는점이 높아서 내식성(corrosion resistance)이 크다.

다음으로, 제어부(50)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(50)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(50)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상 발생시 HP EGR 밸브(31)를 오픈하는 과정에서 요구되는 전반적인 제어를 수행한다.

또한, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상 발생시 산소센서(10)에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시키는 과정에서 요구되는 전반적인 제어를 수행한다.

또한, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상 발생시 HP EGR 밸브(31)를 오픈하고, 산소센서(10)에 구비된 지르코니아의 온도를 상승시키는 과정에서 요구되는 전반적인 제어를 수행한다.

또한, 제어부(50)는 산소센서(10)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(50)는 산소센서(10)를 활성화하여 산소센서(10)의 응답성능을 모니터링함으로써, 산소센서(10)의 응답지연에 따른 성능 이상을 검출할 수 있다.

이하, 제어부(50)가 산소센서(10)의 이상을 검출하는 3가지 방식에 대해 살펴보기로 한다.

제1 방식으로서, 제어부(50)는 산소센서(10)의 측정값이 기준치(일례로, 21%)에 도달하는데 걸리는 시간(산소센서(10)의 측정값이 0%에서 21%가 되는데 소요되는 시간)이 기준시간범위(일례로, 2.5sec ~ 7.5sec)를 초과하면, 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

참고로, 제어부(50)에 의해 산소센서(10)가 활성화되면 배기가스 중 산소량의 측정을 시작하게 되는데, 이때 최초 0%였던 측정값이 시간이 지나면서 점점 상승하게 되는데 더 이상 상승하지 않을 때까지 산소량을 측정하게 된다. 즉, 산소센서(10)는 최종 산소량이 측정될 때까지 지속적으로 측정되는 산소량을 실시간으로 제어부(50)로 전달한다. 따라서, 제어부(50)는 산소센서(10)의 측정값이 0%에서 21%가 될 때까지 걸리는 시간을 카운팅할 수 있다.

예를 들어, 산소센서(10)는 최초 0%를 제어부(50)로 전달한 후 7%를 제어부(50)로 전달하고, 이후 10%, 14%, 19%, 21%, 15%, 28%(최종 산소량)를 순차적으로 제어부(50)로 전달할 수 있다. 따라서 제어부(50)는 산소센서(10)에 의해 측정된 산소량이 0%에서 21%가 되는데 걸리는 시간을 카운팅할 수 있다.

제2 방식으로서, 제어부(50)는 복수의 구간에서 측정값이 기준치에 도달하는데 소요되는 시간에 기초하여 산소센서(10)의 이상을 검출할 수 있다.

1) 제어부(50)는 산소센서(10)의 측정값이 제1 기준치(일례로, 6.3%)에 도달하는데 걸리는 시간(산소센서(10)의 측정값이 0%에서 6.3%가 되는데 소요된 시간)이 제1 기준시간(일례로, 3.5sec)을 초과하면 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

2) 제어부(50)는 산소센서(10)의 측정값이 제2 기준치(일례로, 12.6%)에 도달하는데 걸리는 시간(산소센서(10)의 측정값이 0%에서 12.6%가 되는데 소요된 시간)이 제2 기준시간(일례로, 5sec)을 초과하면 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

3) 제어부(50)는 산소센서(10)의 측정값이 제1 기준치에서 제2 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 제3 기준시간(일례로, 1.7sec)를 초과하면 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

제3 방식으로서, 제어부(50)는 저장부(20)에 저장되어 있는 정상 응답성능 그래프(310) 및 에러 응답성능 그래프(320)와, 산소센서(10)의 측정 응답성능 그래프(330)에 기초하여 산소센서(10)의 이상을 검출할 수 있다.

먼저, 제어부(50)는 산소센서(10)를 활성화하고 산소센서(10)의 동작을 모니터링하여 산소센서(10)에 대한 측정 응답성능 그래프(330)를 생성한다.

이후, 제어부(50)는 유효시간 구간에서 정상 응답성능 그래프(310)와 측정 응답성능 그래프(330)로 이루어진 제1 면적(311)을 산출하고, 아울러 유효시간 구간에서 측정 응답성능 그래프(330)와 에러 응답성능 그래프(320)로 이루어진 제2 면적(321)을 산출한다.

이후, 제어부(50)는 제1 면적(311)과 제2 면적(321)의 비(제1 면적을 제2 면적으로 나눈 결과)가 기준치(일례로, 0.83)를 초과하면 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 제어부(50)는 정확도를 향상시키기 위해 산소센서(10)의 측정 응답성능 그래프(330)를 기준횟수(일례로, 3회) 생성하여 그에 따른 제1 면적(311)과 제2 면적(321)을 산출하고, 제1 면적(311)을 제2 면적(321)으로 나눈 결과들의 평균이 기준치를 초과하는 경우에 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수도 있다.

한편, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단하면, HP EGR 밸브(31)가 기준치(일례로, 50%) 오픈되도록 밸브 구동부(30)를 제어한다. 이때, 제어부(50)는 HP EGR 밸브(31)가 오픈된 시간을 카운팅하여 HP EGR 밸브(31)의 오픈 시간이 일례로 30분을 초과하지 않도록 한다. HP EGR 밸브(31)의 다음 오픈 시점은 1,000km 주행 후가 바람직하다.

또한, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단하면, 산소센서(10)에 구비된 지르코니아의 온도가 기준치(일례로, 950℃ ~ 1000℃)에 이르도록 히터(40)를 제어할 수도 있다. 이때, 제어부(50)는 지르코니아의 온도가 기준치를 만족한 시간이 일례로 30분을 초과하지 않도록 히터(40)를 제어한다. 다음 히팅 시점은 1,000km 주행 후가 바람직하다.

또한, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단하면, HP EGR 밸브(31)가 기준치(일례로, 50%) 오픈되도록 밸브 구동부(30)를 제어하고, 아울러 산소센서(10)에 구비된 지르코니아의 온도가 기준치(일례로, 950℃ ~ 1000℃)에 이르도록 히터(40)를 제어할 수도 있다.

한편, 제어부(50)는 산소센서(10)에 이상이 발생한 것으로 판단하는 조건이 해소되면, 산소센서(10)의 카본을 제거하는 로직(HP EGR 밸브(31) 제어, 산소센서(10)의 온도 제어)를 종료할 수 있다.

또한, 제어부(50)는 차량 네트워크에 연결되어 있어 각종 차량정보를 수집할 수 있다. 이때, 차량정보는 APS(Accelator Position Sensor) 값을 포함할 수 있다. 또한, 차량 네트워크는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), 플렉스레이(FlexRay), MOST(Media Oriented Systems Transport) 등을 포함한다.

또한, 제어부(50)는 APS(Accelator Position Sensor) 값이 0인 상태, 즉 운전자가 엑셀 페달을 밟지 않은 상태에서 HP EGR 밸브(31)를 50% 오픈하는 것이 바람직하다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 장치의 성능을 나타내는 도면이다.

도 6의 (a)는 본 발명이 적용되지 않은 상태에서 130 시간 동안 엔진을 가동한 경우로서, 다량의 카본이 산소센서(10)에 퇴적된 것을 알 수 있다.

도 6의 (b)는 본 발명이 적용된 상태에서 130 시간 동안 엔진을 가동한 경우로서, (a)에 비해 적은량의 카본이 산소센서(10)에 퇴적된 것을 알 수 있다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 방법에 대한 흐름도이다.

먼저, 차량의 배기라인에 설치된 산소센서(10)가 배기가스 중의 산소량를 측정한다(701).

이후, 제어부(50)가 산소센서(10)의 이상을 검출한다(702). 즉, 제어부(50)는 산소센서(10)에 퇴적된 카본에 의한 응답지연을 검출할 수 있다.

이후, 제어부(50)가 산소센서(10)에 고압의 공기유량을 전달하는 HP(High Pressure) EGR(Exhaust Gas Re-circulation) 밸브(31)를 오픈시킨다(703). 이때, 제어부(50)는 운전자가 엑셀 페달을 밟지 않은 상태에서 HP EGR 밸브(31)를 오픈시키는 것이 바람직하다.

도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 8을 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서의 카본 제거 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 산소센서
20: 저장부
30: 밸브 구동부
31: HP EGR 밸브
40: 히터
50: 제어부

Claims

차량의 배기라인에 설치되어 배기가스 중의 산소량를 측정하는 산소센서;
상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 EGR(Exhaust Gas Re-circulation) 밸브;
상기 EGR 밸브를 구동하는 밸브 구동부; 및
상기 산소센서에 이상 발생시, APS(Accelator Position Sensor) 값이 0인 상태에서 상기 EGR 밸브를 기준치 오픈하도록 상기 밸브 구동부를 제어하는 제어부
를 포함하는 카본 제거 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소센서의 응답성능을 모니터링하여 응답지연에 따른 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간 범위를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간을 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 산소센서의 고유특성을 나타내는 정상 응답성능 그래프와, 상기 산소센서에 퇴적된 카본에 의한 에러 응답성능 그래프를 저장하는 저장부
를 더 포함하는 카본 제거 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 정상 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프 및 상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프에 기초하여 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
유효시간 구간에서 상기 정상 응답성능 그래프와 상기 측정 응답성능 그래프로 이루어진 제1 면적과, 상기 측정 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프로 이루어진 제2 면적을 각각 산출하고, 제1 면적과 제2 면적의 비가 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프를 기준횟수 생성하고, 그에 따른 제1 면적과 제2 면적으로 나눈 결과들의 평균이 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 EGR 밸브의 개도량과 개도시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 산소센서를 가열하는 히터를 더 구비하되,
상기 제어부는 상기 산소센서에 이상 발생시 상기 히터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 카본 제거 장치.
차량의 배기라인에 설치된 산소센서가 배기가스 중의 산소량를 측정하는 단계;
제어부가 상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 산소센서에 고압의 공기유량을 전달하는 EGR(Exhaust Gas Re-circulation) 밸브를, APS(Accelator Position Sensor) 값이 0인 상태에서 기준치 오픈시키는 단계
를 포함하는 카본 제거 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는,
상기 산소센서의 응답성능을 모니터링하여 응답지연에 따른 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는,
상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간 범위를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 카본 제거 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는,
상기 산소센서의 측정값이 기준치에 도달하는데 걸리는 시간이 기준시간을 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 카본 제거 방법.
제 12 항에 있어서,
저장부가 상기 산소센서의 고유특성을 나타내는 정상 응답성능 그래프와, 상기 산소센서에 퇴적된 카본에 의한 에러 응답성능 그래프를 저장하는 단계
를 더 포함하는 카본 제거 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는,
상기 정상 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프 및 상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프에 기초하여 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는,
유효시간 구간에서 상기 정상 응답성능 그래프와 상기 측정 응답성능 그래프로 이루어진 제1 면적과, 상기 측정 응답성능 그래프와 상기 에러 응답성능 그래프로 이루어진 제2 면적을 각각 산출하고, 제1 면적과 제2 면적의 비가 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 산소센서의 이상을 검출하는 단계는,
상기 산소센서의 측정 응답성능 그래프를 기준횟수 생성하고, 그에 따른 제1 면적과 제2 면적으로 나눈 결과들의 평균이 기준치를 초과하면 상기 산소센서에 응답지연이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 제거 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 EGR 밸브를 오픈시키는 단계는,
상기 EGR 밸브의 개도량과 개도시간을 설정하는 단계
를 포함하는 카본 제거 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 EGR 밸브를 오픈시키는 단계는,
상기 산소센서를 가열하는 히터를 동작시키는 단계
를 포함하는 카본 제거 방법.