KR20020029675A

KR20020029675A - 배기가스 누설 감지방법

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Publication number: KR20020029675A
Application number: KR1020000060269A
Authority: KR
Inventors: 조상범
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2002-04-19
Also published as: KR100380070B1

Abstract

별도의 장치적인 추가요소 없이, ECU에서 입력되는 신호를 기초로 배기 시스템에 크랙 또는 누설로 인한 배기 시스템의 이상 유무를 판단하는 방법을 제공하기 위하여,

촉매장치 후측에 부착된 산소센서, 냉각수온을 측정하는 냉각수온센서, 엔진에 공급되는 공기량을 측정하는 흡입 공기량 센서, 드로틀 밸브의 개도를 측정하는 드로틀 개도센서, 상기 각 센서들로부터 출력신호를 입력받아 배기가스 누설 여부를 판단하는 ECU, 배기가스가 누설된 경우에 작동되는 경고수단을 포함하는 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지 시스템에서, 상기 ECU는 상기 후측 산소센서 출력값을 이용하여 배기가스 누설 유무를 판단한다.

상기 ECU가 배기가스 누설 유무를 판단할 때에는,

(a) 상기 후측 산소센서의 출력 전압을 포함하는 기본 데이터를 측정하는 단계; (b) 누설 판단 조건에 해당하는지 판단하는 단계; (c) 누설 판단 조건에 해당하는 경우에 상기 후측 산소센서의 출력 전압과 기준 전압과의 차이값을 계산하는 단계; (d) 상기 차이값을 적분하는 단계; (e) 상기 적분값이 소정의 누설 기준량을 초과하는지 판단하는 단계; (f) 상기 누설 기준량을 초과하는 경우에 경고하는 단계; 를 포함하여 배기가스 누설을 판단하며,

상기 기본 데이터는 냉각수온, 흡입 공기량, 드로틀 개도를 더 포함하고,

상기 누설 판단 조건은, (1) 냉각수온이 설정온도 이상이고, (2) 흡입 공기량이 설정 공기량 이하이며, (3) 드로틀 개도가 설정 개도 이하이고, (4) 드로틀 개도가 상기 설정 개도 이하로 유지된 동안의 흡입 공기량 적분값이 제1설정 적분값 이상이고 (5) 연료커트 신호가 발생하지 않고, (6) 상기 연료커트 신호가 발생하지 않는 동안 흡입 공기량 적분값이 제2설정 적분값 이상인 경우에 누설 판단 조건에 해당하는 것으로 판단한다.

Description

배기가스 누설 감지방법{A METHOD FOR DETECTING LEAKAGE OF EXHAUST GAS}

본 발명은 배기가스 누설을 감지하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 별도의 장치적인 추가요소 없이, ECU에 입력되는 신호를 기초로 배기 시스템에 크랙 또는 누설로 인한 배기 시스템의 이상 유무를 판단하는 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 대기오염의 상당부분은 자동차의 배기가스로 인한 것으로 인정되고 있으며, 이에 따라 세계 각국은 자동차의 배기가스를 규제하기 위한 법안을 두고 있다.

따라서 현대의 자동차 기술은 배기가스를 저감시키기 위한 노력을 기울이고 있으며, 그 일환으로 촉매장치를 부착하여 미연소 배기가스를 완전 연소시키려고 하고 있으며, 산소센서를 부착하여 배기가스에 포함된 산소의 양을 측정하여 연료 분사량을 보정하는데 이용하고 있다.

상기 산소센서는 산소의 양에 따라 소정 범위의 전압으로 센서값을 출력하며, 이론 공연비가 되는 기준 전압이 설정된다. 상기 기준 전압은 센서에 따라 다르게 정하여진다.

상기 기준 전압을 초과하는 센서값이 출력되는 경우에는 연료가 과다 공급되는 것으로 판단하여 연료 공급을 줄이고, 상기 기준 전압 미만인 경우에는 연료가 과소 공급되는 것으로 판단하여 연료 공급을 늘이는 등, 연료 공급량을 조절하는데 사용된다.

그리고, 최근에는 상기 산소센서를 촉매장치의 전후에 부착하여 OBD(On Board Diagnosis) 기능을 제공하는 시스템이 사용되고 있다.

그런데, 배기 시스템은 고온으로 가열되고, 저온으로 냉각되는 과정이 반복되어 크랙(crack)의 가능성이 크며, 또한 플랜지(flange) 결합으로 연결되는 구성부품 사이 또는 상기 크랙에서 배기가스 누설(leak)이 발생하기 쉽다.

상기 촉매장치 이전의 배기 시스템에서 이러한 누설이 발생하는 경우에는 공기가 유입되어 상기 촉매장치에 공급됨으로써, 상기 촉매장치에 산소가 과다 공급되어 질소산화물(NOx)이 크게 증가하게 된다.

그런데 상기 누설을 통해 공기가 공급되어 촉매장치에 산소가 과다 공급되는지를 자동으로 체크하는 방법은 시도되지 않고 있었으며, 따라서 육안으로 쉽게 확인될 정도의 크랙 또는 누설이 아닌 경우에는 배기가스 시험을 통하여만 증상을 발견할 수 있었다.

그런데, 상기와 같이 촉매장치 전후로 산소센서가 부착된 경우에는, 엔진에서 연료가 과다 공급된 경우의 배기가스가 배출되더라도 촉매장치 후측 산소센서는 크랙 또는 리크를 통해 공급된 산소로 인하여 배기가스가 희박하다고 판단하게 된다. 따라서 후측 산소센서의 출력을 이용하여 크랙의 발생 유무를 확인할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 별도의 장치적인 추가요소 없이, ECU에서 입력되는 신호를 기초로 배기 시스템에 크랙 또는 누설로 인한 배기 시스템의 이상 유무를 판단하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 누설 감지 시스템의 제어 블럭도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 누설 감지방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3은 누설 판단 조건 판단 단계의 세부 단계를 나타낸 흐름도이다.

도 4a는 후측 산소센서의 출력 전압의 일예를 나타낸 그래프이다.

도 4b는 출력 전압과 기준 전압의 차이값의 일예를 나타낸 그래프이다.

도 4c는 상기 차이값의 적분된 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4d는 ECU의 출력으로 경고등이 점등되는 과정을 나타낸 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 배기가스 누설 감지방법은,

상기 ECU가 배기가스 누설 유무를 판단할 때에는,

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 배기가스 누설 감지 시스템은, 촉매장치의 후측에 부착된 후측 산소센서(110), 냉각수온을 측정하는 냉각수온센서(120), 엔진에 공급되는 공기량을 측정하는 흡입 공기량 센서(130), 드로틀 밸브의 개도를 측정하는 드로틀 개도센서(140), 상기 각 센서들(110~140)로부터 출력값을 입력받아 배기가스 누설 여부를 판단하는 ECU(Electronic Control Unit;150), 상기 ECU(150)가 배기가스 누설된 것으로 판단하는 경우에 작동되는 경고수단(160)을 포함한다.

상기 ECU(150)에는 이론 공연비일 때 상기 후측 산소센서(110)가 출력하는 센서 전압인 기준 전압이 설정되어 있다.

상기 경고수단은 계기판 상에 표시되는 엔진 경고등 기타 임의의 경고장치를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 ECU는 배기가스 누설 감지에 이용될 기본 데이터를 측정한다(S210).

상기 기본 데이터는 상기 후측 산소센서(110)의 출력값, 상기 냉각수온센서로부터 냉각수온(120), 상기 흡입 공기량 센서(130)로부터 흡입 공기량, 상기 드로틀 개도센서(140)로부터 드로틀 개도를 입력받는다.

상기 기본 데이터를 입력받은 후에는, 상기 기본 데이터를 기초로, 누설 감지를 판단하기 위한 조건에 해당하는지 판단한다(S220).

상기 누설 판단 조건은, 배기가스 누설이 없는 경우라도 상기 후측 산소센서로부터 배기가스가 희박하다고 판단될 수 있으므로, 상기와 같은 상황을 방지하기위하여 배기가스 누설이 없는 경우에 배기가스가 희박하게 되는 조건을 누설 여부 판단에서 배제하기 위한 것이다.

따라서, 상기 판단 조건은, (1) 냉각수온이 설정온도 이상이고, (2) 흡입 공기량이 설정 공기량 이하이며, (3) 드로틀 개도가 설정 개도 이하이고, (4) 드로틀 개도가 상기 설정 개도 이하로 유지된 동안의 흡입 공기량 적분값이 제1설정 적분값 이상이고 (5) 연료커트 신호가 발생하지 않고, (6) 상기 연료커트 신호가 발생하지 않는 동안 흡입 공기량 적분값이 제2설정 적분값 이상인 경우에 누설 여부를 판단하는 것으로 한다.

상기 (1) 조건은 냉각수온이 낮은 초기 시동 때에는 연료를 이론 공연비보다 많이 공급하게 되고, 촉매의 활성화가 되어 있지 않을 가능성이 많으므로 냉각수온이 소정의 설정온도 이상일 경우에만 상기 후측 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지를 판단한다.

상기 (2) 조건은 배출가스의 유량이 과다하게 많으면 촉매장치의 용량에 따라 정화되지 못하는 배기가스가 발생할 수 있고, 이 경우에는 후측 산소센서의 출력 전압이 요동이 크게 되므로 상기 요동에 의한 오판단을 배제하기 위해서 상기 (2) 조건에 해당하는 경우에만 상기 후측 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지를 판단한다.

상기 (3) 조건은 드로틀 개도가 WOT(Wide Open Throttle) 상태일 경우에는 엔진의 출력을 증가시키기 위해 공연비를 이론 공연비보다 높게 설정되도록 제어하므로 상기 후측 산소센서는 배기가스의 산소 농도가 낮다고 판단하게 된다. 따라서드로틀 개도가 설정 개도 이하인 경우에만 상기 후측 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지를 판단하도록 한다.

상기 (4) 조건은, 드로틀 개도가 설정 개도 이상으로 된 경우에 초과 공급된 연료가 상기 촉매장치를 다 빠져나갈 때까지 누설 감지 판단을 연기하기 위하여 설정된 것으로, 드로틀 개도가 상기 설정 개도 이하로 유지된 동안 엔진에 공급된 흡입 공기의 총량이 소정의 제1설정 적분값 이상인 경우에만 상기 누설 감지를 판단하도록 한다.

상기 (5) 조건은, 감속하는 소정의 경우에 상기 ECU는 엔진의 연료 공급을 차단하게 되는데, 상기 연료 차단 상태에서는 공기만이 배기 시스템으로 배출되므로 배기 시스템의 누설로 인한 공기 유입이 없어도 후측 산소센서는 산소 과다로 판단하게 된다. 따라서 이러한 오판단을 방지하기 위해서 연료 차단 상태가 아닌 경우에만 사익 누설 감지를 판단하도록 한다.

상기 (6) 조건은, 연료 차단 상태로 주행한 후에 다시 연료가 공급되어도 정상적인 연소가 되어 상기 촉매장치로 배출되기까지는 엔진은 소정의 흡입 공기량을 사용하여야 할 것이므로, 연료 차단 해제 이후의 엔진에 공급된 흡입 공기량의 총량이 소정의 상기 제2설정 적분값 이상인 경우에만 상기 누설 감지를 판단하도록 한다.

도 3은 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)의 세부 단계를 나타낸 흐름도이다.

먼저, 냉각수온이 설정온도 이상인가 판단하고(S310), 상기 냉각수온이 상기설정온도 이상이 아닌 경우에는 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단(S355)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

냉각수온이 설정온도 이상인 경우에는 흡입 공기량이 설정 공기량 이하인지 판단(S315)하고, 설정 공기량 이하가 아닌 경우에는 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단(S355)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

흡입 공기량이 설정 공기량 이하인 경우에는 드로틀 개도가 설정 개도 이하인지 판단하고(S320), 설정 개도 이하가 아닌 경우에는 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단(S355)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

드로틀 개도가 설정 개도 이하인 경우에는 드로틀 개도가 상기 설정 개도 이하인 동안의 흡입 공기량의 총량을 계산한다(S325). 상기 계산은 흡입 공기량을 적분함으로써 계산할 수 있다.

드로틀 개도가 상기 설정 개도 이하인 동안의 흡입 공기량의 총량을 계산한 후에는 상기 총량이 제1설정 적분값 이상인지 판단하고(S330), 제1설정 적분값 이상이 아닌 경우에는 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단(S355)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

제1설정 적분값 이상인 경우에는 연료 차단 상태인가 판단하고(S335), 연료 차단 상태인 경우에는 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단(S355)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

연료 차단 상태가 아닌 경우에는, 연료 차단이 해제된 후의 흡입 공기량의 총량을 계산한다(S340). 상기 계산은 흡입 공기량을 적분함으로써 계산할 수 있다.

연료 차단이 해제된 후의 흡입 공기량의 총량을 계산한 후에는 상기 총량이 제2설정 적분값 이상인지 판단하고(S345), 제2설정 적분값 이상이 아닌 경우에는 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단(S355)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

상기 판단단계(S345)에서 제2설정 적분값 이상인 것으로 판단된 경우에는 누설 판단 조건에 해당하는 것으로 판단(S350)하고 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)를 종료한다.

다시 도 2를 참조로, 상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)에서, 누설 판단 조건에 해당하지 않는 것으로 판단된 경우에는 상기 기본 데이터 측정 단계(S210)로 진행한다.

상기 누설 판단 조건 판단단계(S220)에서, 누설 판단 조건에 해당하는 것으로 판단된 경우에는, 상기 후측 산소센서의 출력 전압과 상기 기준 전압의 차이값을 계산한다(S230).

배기가스 누설로 촉매장치에 공기가 유입된 경우에는 상기 후측 산소센서는 상기 기준 전압 이하의 전압을 발생하게 되므로, 상기 차이값은 배기가스 누설이 있는 경우에 양수의 값을 갖게 된다.

도 4a 는 후측 산소센서의 출력 전압의 일예를 나타낸 그래프이다.

배기가스 누설이 없는 경우에는 상기 후측 산소센서 출력 전압은 상기 기준 전압을 중심으로 변동하는 그래프로 나타나며, 배기가스 누설이 있는 경우에는 상기 기준 전압보다 낮게 변동하는 그래프로 나타난다.

따라서, 출력 전압과 기준 전압의 차이값은 도 4b에 도시된 바와 같이, 배기가스 누설이 없는 경우에는 0을 중심으로 변동하고, 누설이 있는 경우에는 양수로 변동하는 그래프로 나타난다.

상기 차이값을 계산한 후에는 상기 차이값을 적분한다(S240). 상기 적분은 소정의 설정시간 동안의 상기 차이값을 적분하는 것으로 할 수 있다.

상기 차이값의 적분 결과는 도 4c에 도시된 바와 같이, 누설이 없는 경우에는 0을 기준으로 변동하는 형태가 되며, 누설이 있는 경우에는 증가하는 함수 형태로 나타나게 된다.

상기 차이값을 적분한 후에는 상기 적분값이 소정의 누설 기준량을 초과하는지 판단한다(S250). 상기 누설 기준량은 정상적인 경우에 생기는 상기 적분값의 변동폭을 초과하는 임의의 값으로 설정될 수 있다.

이는, 도 4c에서 소정의 누설 기준량이 설정되면, 상기 누설 있는 경우의 적분값은 증가하다가 상기 누설 기준량을 초과하게 되므로, 이 시점에서 누설 경고를 할 수 있게 되는 것이다.

즉 도 4d에 도시된 바와 같이, 경고등을 점등하는 시점 이전까지는 적분값이 변동하거나 증가하여도 통상적인 변동폭으로 인정하고, 차이값의 적분값이 상기 누설 기준량을 초과하면 경고등을 점등하게 된다.

상기 초과 판단(S250)에서 상기 누설 기준량을 초과하지 않는 것으로 판단된 경우에는 상기 기본 데이터 측정 단계(S210)으로 진행한다.

상기 초과 판단(S250)에서 상기 누설 기준량을 초과하는 것으로 판단된 경우에는 상기 경고수단(160)을 구동한다(S260). 상기 경고수단 구동은 계기판 상에 표시되는 엔진 경고등을 점등하는 것으로 하는 것이 바람직하다.

누설을 경고한 후에는 배기가스 누설 감지방법은 종료한다.

이상으로 본 발명의 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지방법에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 별도의 장치적인 추가요소 없이, ECU에서 입력되는 신호를 기초로 배기 시스템에 크랙 또는 누설로 인한 배기 시스템의 이상 유무를 판단할 수 있으며, 배기 시스템의 이상이 있는 경우 경고수단을 구동함으로써 배기 시스템을 조기에 정비할 수 있도록 할 수 있는 장점이 있다.

Claims

촉매장치 후측에 부착된 산소센서, 냉각수온을 측정하는 냉각수온센서, 엔진에 공급되는 공기량을 측정하는 흡입 공기량 센서, 드로틀 밸브의 개도를 측정하는 드로틀 개도센서, 상기 각 센서들로부터 출력신호를 입력받아 배기가스 누설 여부를 판단하는 ECU, 배기가스가 누설된 경우에 작동되는 경고수단을 포함하는 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지 시스템에서,

상기 ECU는 상기 후측 산소센서 출력값을 이용하여 배기가스 누설 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지방법.
제1항에서,

(a) 상기 후측 산소센서의 출력 전압을 포함하는 기본 데이터를 측정하는 단계;

(b) 누설 판단 조건에 해당하는지 판단하는 단계;

(c) 누설 판단 조건에 해당하는 경우에 상기 후측 산소센서의 출력 전압과 기준 전압과의 차이값을 계산하는 단계;

(d) 상기 차이값을 적분하는 단계;

(e) 상기 적분값이 소정의 누설 기준량을 초과하는지 판단하는 단계;

(f) 상기 누설 기준량을 초과하는 경우에 경고하는 단계;

를 포함하는 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지방법.
제2항에서,

상기 (a) 단계에서 상기 기본 데이터는 냉각수온, 흡입 공기량, 드로틀 개도를 더 포함하고,

상기 (b) 단계는,

(1) 냉각수온이 설정온도 이상이고, (2) 흡입 공기량이 설정 공기량 이하이며, (3) 드로틀 개도가 설정 개도 이하이고, (4) 드로틀 개도가 상기 설정 개도 이하로 유지된 동안의 흡입 공기량 적분값이 제1설정 적분값 이상이고 (5) 연료커트 신호가 발생하지 않고, (6) 상기 연료커트 신호가 발생하지 않는 동안 흡입 공기량 적분값이 제2설정 적분값 이상인 경우에 누설 판단 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 산소센서를 이용한 배기가스 누설 감지방법.