KR20030039492A - 차량의 배기가스 제어방법 - Google Patents

Abstract

차량의 배기가스 안정화를 위한 피드백 제어시 촉매의 열화지수 및 차량의 마일리지 지수를 감안한 보정 제어로 에미션 안정화를 제공하도록 하는 것이다.

본 발명은 엔진 시동 온을 유지하는 상태에서 배기가스에 포함된 산소농도를 검출함과 동시에 피드백 제어조건을 만족하는지를 판단하는 과정과, 피드백 제어조건을 만족하면 촉매 열화지수를 설정된 기준값과 비교하는 과정과, 촉매 열화지수가 검출되면 산소농도에 따라 리치 및 린을 판단한 다음 각 보정 계수값의 연산을 통해 연료량 감량 및 증량 보정을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이상이면 산소농도에 따라 비례계수()와 적분계수() 및 촉매 열화지수 및 스로틀 개도 변화율에 맵핑된 이득값의 적분계수(

Description

차량의 배기가스 제어방법{METHOD FOR EMISSION CONTROLLING ON VEHICLE}

본 발명은 차량의 피드백 제어에 관한 것으로, 더 상세하게는 배기가스 안정화를 위한 피드백 제어시 촉매의 열화지수 및 차량의 마일리지(Milage) 지수를 감안한 보정 제어로 에미션 안정화를 제공하도록 하는 차량의 배기가스 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 피드백 제어장치는 첨부된 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 배기 매니폴더의 소정 위치에 장착되어 배출되는 연소가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력하는 산소센서(10)와 냉각수온의 온도를 검출하여 그에 대한 전기적인 신호를 출력하는 수온센서(20)와, 크랭크샤프트의 회전 속도로부터 엔진 회전수를 검출하는 RPM 센서(30)와, 배기가스에 포함되어 있는 산소 농도와 수온정보 및 엔진 회전수 등을 분석하여 혼합기의 리치(Rich) 또는 린(Lean)을 판단한 다음 이론 공연비의 연소를 위해 연료량 보정을 수행하는 제어부(40)와, 제어부(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 설정된 시간 동안 노즐을 개폐시켜 연소실에 산출된 연료량을 분사하여 주는 인젝터(50) 및 제어부(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 1차측 코일을 단속하여 점화시기를 조정하는 점화코일(60)로 이루어진다.

상기한 바와 같은 차량의 피드백 제어장치에서 에미션 안정화를 위한 피드백 제어동작은 다음과 같다.

엔진 시동이 온 상태를 유지하게 되면 제어부(40)는 배기 매니폴더의 소정 위치에 설치되어 있는 산소센서(10)로부터 배기가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하며 동시에 차량의 전반적인 상태 조건, 즉 냉각수온의 정보, 엔진 회전수에 대한 정보, 차량의 전기적 부하정도 등을 판단하여 현재의 차량 상태 조건이 피드백 학습 제어조건을 만족하는지를 판단한다(S10)(S20).

상기에서 현재의 차량 상태 조건이 피드백 학습 조건을 만족하지 않으면 오픈 루프에 의한 연료량 제어, 즉 기 맵핑된 값에 따른 기본 연료량 공급을 유지하여 주고(S30), 피드백 학습 제어조건을 만족하면 현재 검출되는 배기가스에 포함된 산소농도의 전압값이 설정된 기준값, 즉 0.5V 이상을 유지하는지를 판단한다(S40).

상기에서 산소농도의 전압값이 설정된 기준값 이상을 유지하게 되면 연소실에 공급되는 연료량이 리치한 상태인 것으로 판단하여(S50), 설정된 피드백 학습보정 알고리즘에 따라 이론 공연비 연소를 위한 감량 보정 연료량을 산출한 다음 그에 따라 연료량 보정을 수행한다(S60).

또한, 상기에서 배기가스에 포함된 산소농도의 전압값이 설정된 기준값 이하를 유지하는 것으로 판단되면 연소실에 공급되는 연료량이 린(희박)한 상태인 것으로 판단하여(S70) 설정된 피드백 학습 보정 알고리즘에 따라 이론 공연비 연소를 위한 증량 보정 연료량을 산출한 다음 그에 따라 연료량 보정을 수행한다(S80).

상기와 같이 피드백 학습 제어를 통해 이론 공연비 연소를 위한 연료량 보정이 수행되는 상태에서 엔진 시동이 오프되는지를 검출하며(S90), 엔진 시동이 오프되면 피드백 학습 제어를 종료하고 시동 온 상태를 연속적으로 유지하면 상기한 과정의 동작을 반복적으로 수행한다.

상기의 피드백 학습 보정 알고리즘을 통한 증량 보정량 또는 감량 보정량 산출은 다음과 같다.

먼저, 피드백 학습시 연료량 보정 알고리즘은 하기의 수학식 1과 같다.

여기서,는 기본 연료량(AFS가 측정하는 공기 유량에 맞게 기 설정된 연료량)이고,는 A/F(공기량/연료비)의 학습치이며,는 이론 공연비 제어를 위한 피드백 보정계수이고,는 저수온 상태에서 N-R-D 변속단 변화시의 A/F 보정값이며,는 난기 보정값이며,는 A/F 의 매칭 보정계수이고,는 퍼지 공기의 초기 유입시 A/F의 린(Lean) 화 보정값이며,은 가감속에 대한 연료량 보정값이다.

상기의 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 피드백 학습 제어시 연료량 보정을 위해서는 각 조건에 따른 보상 결정값이 상당수 존재하는데, 이론 공연비 제어를 위한 피드백 보정계수에서는 산소센서의 검출값으로부터 리치 혹은 린의 판정에 따라 소정치가 감산 또는 가산되는 비례계수이고,은 BTDC 75°에 동기하여 산소센서의 리치 혹은 린의 판정에 의한 적분 이득값(GI)를 가산 또는 감산하는 적분계수이다.

따라서, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 피드백 학습 제어 조건을 만족하는 상태에서 현재 검출되는 산소센서의 전압값을 설정된 기준값과 비교하여 리치 또는 린의 상태에 따라 연료량 감산 또는 가산하는 비례계수() 및 적분계수()가 제어되어 이론 공연비를 추종하는 피드백 제어()가 수행된다.

상기한 바와 같이 종래의 차량에 적용되는 피드백 학습 제어는 촉매가 열화되고 산소센서의 반전횟수 감소 및 차량이 열화되면서 실질적으로 문제가 되는 질소 산화물(NOx)은 발진 및 가속시 약간의 연료량 변화(Lean)에도 질소산화물의 에미션이 배출되며, 열화지수가 높은 촉매는 정화 효율이 떨어져 촉매의 산소 저장 능력이 감소하게 된다.

따라서, 산소량 변화에 대한 완충 능력이 저하되며 결과적으로 질소 산화물의 증가를 가져오게 된다.

또한, 촉매의 열화지수가 상승하여 촉매의 산소 저장 능력이 저하되면 촉매의 온도 상승 효과를 초래하며, 이는 결과적으로 촉매의 수명 단축을 가속시키는 원인이 되며 급격한 촉매의 열화 가능성을 배제하기 어렵고, 배압의 균일성이 악화되어 차량 동력 성능에도 영향을 미치게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량의 피드백 연료량 보정에서 촉매의 열화지수 및 차량의 마일리지 지수가 포함되는 적분계수를 더 포함시켜 보정 제어하도록 함으로써 시동시 및 가감속시 질소산화물(NOx)의 에미션을 안정화하도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 차량의 피드백 제어장치에 대한 구성 블록도.

도 2는 종래의 차량에서 이론 공연비 연소를 위한 피드백 제어 흐름도.

도 3은 종래의 차량에서 이론 공연비 연소를 위한 피드백 제어의 타이밍도.

도 4는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 제어를 위한 피드백 제어 흐름도.

도 5는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 제어를 위한 피드백 제어 타이밍도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진 시동 온을 유지하는 상태에서 배기가스에 포함된 산소농도를 검출함과 동시에 피드백 제어조건을 만족하는지를 판단하는 과정과, 상기에서 피드백 제어조건을 만족하면 촉매 열화지수를 설정된 기준값과 비교하는 과정과, 상기에서 촉매 열화지수가 검출되면 산소농도에 따라 리치 및 린을 판단한 다음 각 보정 계수값의 연산을 통해 연료량 감량 및 증량 보정을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이상이면 산소농도에 따라 비례계수()와 적분계수() 및 촉매 열화지수 및 스로틀 개도 변화율에 맵핑된 이득값의 적분계수()를 감안한 연산으로 보정량을 산출하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 차량의 배기가스 제어를 위한 피드백 제어는 다음과 같이 수행된다.

엔진 시동이 온 상태를 유지하게 되면 제어부(40)는 배기 매니폴더의 소정 위치에 설치되어 있는 산소센서(10)로부터 배기가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하며 동시에 차량의 전반적인 상태 조건, 즉 냉각수온의 정보, 엔진 회전수에 대한 정보, 차량의 전기적 부하정도 등을 판단하여 현재의 차량 상태 조건이 피드백 학습 제어조건을 만족하는지를 판단한다(S101)(S102).

상기에서 피드백 학습 제어조건은 산소센서(10)의 활성화가 진행되었고, 수온이 일정 온도 이상이며, 충진효율 및 스로틀 개도가 일정 범위 이내이고, 시동후 일정 시간이 경과된 상태이다.

상기에서 현재의 차량 상태 조건이 피드백 학습 조건을 만족하지 않으면 오픈 루프에 의한 연료량 제어, 즉 기 맵핑된 값에 따른 기본 연료량에 보정계수를 이용하여 피드백 이외에서도 이론 공연비에 근접하는 연료량의 공급이 유지되도록 제어하여 준다(S103).

만약, 피드백 학습 제어조건을 만족하면 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이상을 초과하였는지를 판단한다(S104).

상기에서 촉매의 열화지수가 설정된 기준값을 초과한 것으로 판단되면 현재검출되는 산소센서의 전압값이 설정된 기준값, 즉 0.5V 이상을 유지하는지를 판단한다(S105).

상기에서 산소센서의 전압값이 설정된 기준값 이상을 유지하게 되면 연소실에 공급되는 연료량이 리치한 상태인 것으로 판단하여(S106), 설정된 피드백 학습 보정 알고리즘에 따라 이론 공연비 연소를 위한 감량 보정 연료량을 산출한 다음 그에 따라 연료량 보정을 수행한다(S107).

또한, 상기에서 산소센서의 전압값이 설정된 기준값 이하를 유지하는 것으로 판단되면 연소실에 공급되는 연료량이 린(희박)한 상태인 것으로 판단하여(S108) 설정된 피드백 학습 보정 알고리즘에 따라 이론 공연비 연소를 위한 증량 보정 연료량을 산출한 다음 그에 따라 연료량 보정을 수행한다(S109).

상기 S104에서 촉매의 열화지수가 설정된 기준값을 초과하지 않는 것으로 판단되면 산소센서의 전압값이 설정된 기준값 이상을 유지하는지를 판단하여(S110), 기준값 이상을 유지하고 있는 상태이면 연소실에 공급되는 연료량이 리치한 것으로 판단하여 설정된 보정 알고리즘에 따라 이론 공연비 연소를 위한 감량 보정 연료량을 산출한 다음 그에 따라 연료량 보정 제어를 수행하고(S111)(S112), 산소센서의 전압값이 설정된 기준값 이하를 유지하는 경우 연소실에 공급되는 연료량이 린(희박)한 것으로 판단하여 설정된 보정 알고리즘에 따라 이론 공연비 연소를 위한 증량 보정 연료량을 산출한 다음 그에 연료량 보정 제어를 수행한다(S113)(S114).

상기와 같이 피드백 학습 제어를 통해 이론 공연비 연소를 위한 연료량 보정이 수행되는 상태에서 엔진 시동이 오프되는지를 검출하며(S115), 엔진 시동이 오프되면 피드백 학습 제어를 종료하고 시동 온 상태를 연속적으로 유지하면 상기한 과정의 동작을 반복적으로 수행한다.

상기의 S104의 판단에서 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이상을 초과하지 않는 경우 촉매 및 차량이 노후화되지 않은 정상적인 상태이므로 종래의 피드백 제어와 동일하게 현재 검출되는 산소센서의 전압값을 설정된 기준값과 비교하여 리치 또는 린의 상태에 따라 연료량 감산 또는 가산하는 비례계수() 및 적분계수 ()가 제어되어 이론 공연비를 추종하는 피드백 제어()가 수행된다.

그러나, 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이상을 초과하는 경우 촉매의 열화를 감안한 이론 공연비의 피드백 제어가 수행되는데 이는 다음과 같다.

본 발명에 따른 피드백 제어를 통한 이론 공연비 보정 제어의 알고리즘은 하기의 수학식 2와 같이 된다.

여기서, T_B 는 기본 연료량(AFS가 측정하는 공기 유량에 맞게 기 설정된 연료량)이고,는 A/F(공기량/연료비)의 학습치이며,는 이론 공연비 제어를 위한 피드백 보정계수이고,는 저수온 상태에서 N-R-D 변속단 변화시의 A/F 보정값이며,는 난기 보정값이며,는 A/F 의 매칭 보정계수이고,는 퍼지 공기의 초기 유입시 A/F의 린(Lean) 화 보정값이며,은가감속에 대한 연료량 보정값이다.

상기의 수학식 2에서 촉매의 열화지수에 대응하여 이론 공연비 제어를 위한 피드백 보정계수로 결정되는데, 여기서는 산소센서의 검출값으로부터 리치 혹은 린의 판정에 따라 소정치가 감산 또는 가산되는 비례계수이고,은 BTDC 75°에 동기하여 산소센서의 리치 혹은 린의 판정에 의한 적분 이득값(GI)를 가산 또는 감산하는 적분계수이며,은 촉매 열화시 또는 가감속시 스로틀 개도 변화율에 적절하게 BTDC 75°에 동기하여 산소센서의 리치 혹은 린 판정에 맵핑된 이득값에 의해 연료량을 추가 가산 또는 감산하여 이론 공연비의 연소 유지를 위한 적분계수이다.

따라서, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 피드백 학습 제어 조건을 만족하는 상태(F/B Mode)에서 현재 검출되는 산소센서의 전압값에 따라 연료량 감산 또는 가산하는 비례계수() 및 적분계수()가 감안되고, 이에 촉매 열화지수가 임계값(Threshold) 이상을 유지하는 경우 스로틀 개도의 변화율(△TPS)과 적분계수()가 감안되어 이론 공연비 연소를 위한 피드백 보정값()이 결정된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 에미션 저감을 위한 이론 공연비의 피드백 제어에서 촉매의 열화와 가감속에 대한 스로틀 개도의 변화율을 감안하여 이론 공연비 보정값을 산출하므로 촉매의 열화에 의한 산소 저장 능력 저하를 보상하여 질소산화물의 배출을 저감하며, 동시에 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)의 배출 역시 저감시켜 각 세계별로 강화된 에미션 규제를 만족시켜 차량의 신뢰성을 제공한다.

Claims (5)

1. 엔진 시동 온을 유지하는 상태에서 배기가스에 포함된 산소농도를 검출함과 동시에 피드백 제어조건을 만족하는지를 판단하는 과정과;

   상기에서 피드백 제어조건을 만족하면 촉매 열화지수를 설정된 기준값과 비교하는 과정과;

   상기에서 촉매 열화지수가 검출되면 산소농도에 따라 리치 및 린을 판단한 다음 각 보정 계수값의 연산을 통해 연료량 감량 및 증량 보정을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 차량의 피드백 제어조건은 산소센서가 활성화된 상태이고, 수온이 일정 온도 이상이며, 충진 효율 및 스로틀 개도가 일정 범위 이내이고, 시동후 일정 시간이 경과된 조건인 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 피드백 제어조건을 만족하지 않는 경우 기 설정된 맵값의 기본 연료량으로 연료량 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이하이면 산소농도에 따라 비례계수 () 및 적분계수()를 감안한 연산으로 보정량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 촉매의 열화지수가 설정된 기준값 이상이면 산소농도에 따라 비례계수()와 적분계수() 및 촉매 열화지수 및 스로틀 개도 변화율에 맵핑된 이득값의 적분계수()를 감안한 연산으로 보정량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 제어방법.