KR20050010310A - 산소센서의 히터 구동 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소센서로 전달되는 열량을 계산하는 단계와; 재시동횟수를 계산하는 단계와; 이슬점 통과 열량을 계산하는 단계와; 상기 산소센서로 전달되는 열량과 상기 이슬점 통과 열량을 비교하여 이슬점을 통과하였는지를 판단하는 단계와; 이슬점을 통과하였으면 산소센서의 히터 구동 듀티를 100%로 제어하는 단계와; 이슬점을 통과하지 않았으면 산소센서의 히터 구동 듀티를 미리 설정된 제한치로 제한하는 단계를 포함하여 구성되어, 별도의 하드웨어를 사용하지 않으면서도 산소센서의 이슬점 통과 시점을 정확하게 예측하고 이를 바탕으로 산소센서의 히팅 강도를 조절함으로써, 아이들 스탑이 적용되는 하이브리드 차량에서와 같이 낮은 배기온도를 유지하는 경우에도 채택하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 산소센서의 히터 구동 제어방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 산소센서의 이슬점 통과 시점을 예측하고 이를 바탕으로 산소센서의 히팅강도를 조절하는 산소센서의 히터 구동 제어방법에 관한 것이다.
최근 들어, 점차 강화되고 있는 배기가스 규제로 인해서 엔진 냉간 시동시의 배기가스 제어가 중요시 되고 있으며, 이를 위해서 산소센서에 히터를 장착하여 활성화가 빨리 진행되도록 유도하고 있다.
이는 산소센서 내의 지르코니아 성분의 세라믹이 일정온도(350℃) 이상에서만 배기가스의 린/리치 상태 검출이 가능해지기 때문이다.
그러나, 엔진 냉간 시동시 차가운 배기계 장치들(예를 들어, 배기매니폴드, 삼원촉매, 산소센서 등)과 배기가스내의 수증기가 접촉하여 이슬점(Dew point) 온도 이하의 상황에서는 응축수를 형성하게 되는데, 상기 응축수가 고열로 가열된 산소센서의 세라믹과 접촉할 경우에 열피로에 의한 크랙을 유발하여 산소센서의 기능을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
따라서, 별도의 산소센서 온도측정용 하드웨어 또는 냉각수온의 변화를 이용하여 산소센서의 이슬점 통과 여부를 결정하고 이를 바탕으로 산소센서의 히팅 강도를 조절함으로써 산소센서의 성능을 향상시키는 방법이 개발되어 있다.
그러나, 상기와 같이 별도의 산소센서 온도측정용 하드웨어를 사용하는 방법은 엔진제어유니트의 구조가 복잡해지고 제조단가가 상승하여 양산 적용에 어려움이 있으며, 상기 냉각수온의 변화를 이용하는 방법은 배기계의 온도를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
특히, 아이들 스탑(Idle Stop)이 적용되는 하이브리드 차량의 경우에는 초기 시동시의 HC 감소를 위해서 트랙션 모터로 시동을 유지하고 가감속시 또한 트랙션 모터에 의한 동력 어시스트와 CVT에 의한 일정한 RPM 유지등으로 인해 배기가스의 온도가 낮아 배기계에 위치한 산소센서의 온도도 일반적인 차량보다 낮게 유지되는 경향을 보이므로, 상기한 종래의 방법으로는 대처하기가 어려운 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 하드웨어를 사용하지 않으면서도 산소센서의 이슬점 통과 시점을 정확하게 예측하고 이를 바탕으로 산소센서의 히팅 강도를 조절함으로써, 아이들 스탑이 적용되는 하이브리드 차량에서와 같이 낮은 배기온도를 유지하는 경우에도 채택하여 사용할 수 있는 산소센서의 히터 구동 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산소센서의 히터 제어방법, 산소센서로 전달되는 열량을 계산하는 단계와; 재시동횟수를 계산하는 단계와; 이슬점 통과 열량을 계산하는 단계와; 상기 산소센서로 전달되는 열량과 상기 이슬점 통과 열량을 비교하여 이슬점을 통과하였는지를 판단하는 단계와; 이슬점을 통과하였으면 산소센서의 히터 구동 듀티를 100%로 제어하는 단계와; 이슬점을 통과하지 않았으면 산소센서의 히터 구동 듀티를 미리 설정된 제한치로 제한하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 산소센서로 전달되는 열량(HQ)은, HQ = ∫흡입공기량×배기온도×배기가스비열 ×2.7e-4의 식으로 계산되고, 상기 배기온도는, 엔진의 알피엠, 흡입공기량, 외기온도, 점화각, 공연비에 따른 측정 데이터 맵에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 이슬점 통과 열량(Q)은, Q = KF_DewPoint(시동배기온도, 시동냉각수온) ×(1+(재시동횟수 ×K_Restart)) 의 식으로 계산되며, 상기 KF_DewPoint(시동배기온도, 시동냉각수온)는 시동시의 배기온도 및 시동시의 냉각수온에 따른 이슬점 통과 열량 맵이고, 상기 K_Restart는 재시동횟수 반영 팩터인 것을 특징으로 한다.
상기 재시동횟수를 계산하는 단계는, 이전 시동시에 산소센서가 이슬점을 통과하지 못하였으면 재시동횟수를 1 증가시키는 단계와; 이전 시동시에 산소센서가 이슬점을 통과하였으면 재시동 횟수를 "0"으로 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 산소센서의 히터 구동 제어방법의 플로우챠트,
도 2는 본 발명의 히터 구동 제어방법에서 재시동 횟수 계산단계의 서브 플로우챠트,
도 3은 이그니션 오프시로부터 시간에 따른 냉각수의 냉각 프로파일을 설명하기 위한 그래프,
도 4는 외기온에 따른 엔진 냉각 시상수 변화를 설명하기 위한 그래프,
도 5는 엔진시동정지시간에 따른 배기가스온도 반영 팩터를 설명하기 위한 그래프,
도 6은 시동시의 배기가스온도 및 시동시의 냉각수온에 따른 이슬점 통과 열량 맵을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 산소센서의 히터 구동 제어방법의 플로우챠트이다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 단계(S10)에서는 엔진제어유니트가 엔진이 시동상태인가를 판단하여 시동상태가 아니면 단계(S20)를 수행하고, 엔진이 시동상태이면단계(S30)를 수행한다.
상기 단계(S20)에서는 엔진제어유니트가 산소센서의 히터 구동 듀티를 0%로 설정하고, 이슬점 통과 플래그를 "False"로 설정하며, 재시동 루틴 플래그를 "False"로 설정한다.
그리고, 상기 단계(S30)에서는 엔진제어유니트가 하기의 수학식 1을 사용하여 산소센서로 전달되는 열량(HQ)을 계산한다.
즉, 하기의 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 배기가스로부터 산소센서로 전달되는 순간 전달 열량을 계산하고 이를 시동시부터 적산하여 총 전달열량(HQ)을 계산하며, 이 전달된 총열량을 가지고 간접적으로 현재 산소센서의 온도를 추정하게 되는 것이다.
여기서, 배기가스비열(CP)은 약 1.0 [KJ/Kg.K] 이고, 2.7e-4는 kg/h를 kg/s 로 변환하는 팩터이다.
그리고, 상기 배기온도(ExTemp)는 다음의 수학식 2로부터 알 수 있듯이, 엔진의 알피엠, 흡입공기량, 외기온도, 점화각, 공연비에 따른 측정 데이터 맵에 의해 결정된다.
즉, 엔진의 배기 가스 온도를 수학적 모델을 이용하여 구하는 것은 매우 어려운 일이므로, 일반적으로 엔진의 RPM과 흡입 공기량에 따른 측정 맵(map) 데이터를 사용하는 모델을 사용한다.
이러한 배기온도 측정시에는 엔진이 정상상태(일반적으로 공연비 lambda = 1, 정상 점화각, 외기온 20℃)에서 수행하므로 일반적인 차량 주행 상황과는 다르기 때문에 좀 더 모델에 정확성을 기하기 위하여 배기온도에 주된 영향을 미치는 외기온도, 점화각, 공연비 값을 이용하여 정정한다.
여기서 점화각에 따른 배기온도 영향은 점화각이 진각될수록 상승, 지각될수록 하강하며, 공연비는 린(lean)할수록 상승, 리치(rich)할수록 하강하는 경향을 가지며 이는 모두 엔진 시험을 거쳐 결정되는 특정값들이다.
그리고, 단계(S40)에서는 재시동횟수를 계산한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 재시동횟수를 계산하는 단계는 다음의 단계들(S41~S45)을 포함하여 구성되는데, 상기 단계(S41)에서는 재시동 루틴 플래그를 판별하여 재시동 횟수 판별을 수행하였는지를 판단하여 처음일 경우에는 단계(S42)에서 재시동 루틴 플래그를 "True"로 설정한다.
그리고, 단계(S43)에서 이전 시동시에 산소센서가 이슬점을 통과하였는가를 판단하여 이슬점을 통과하지 못하였으면 단계(S44)를 수행하고, 이슬점을 통과하였으면 단계(S45)를 수행한다. 이는 지난번 키오프시에 엔진제어유니트의 비휘발성 메모리에 저장된 이슬점 통과 플래그를 사용하여 판단하게 된다.
상기 단계(S44)는 재시동횟수를 1 증가시키는데, 이 재새동횟수는 이슬점을 통과하지 않은 상태에서 재시동된 횟수를 의미하며 이 값 또한 엔진제어유니트의 비휘발성 메모리에 저장되어 키오프시에도 값을 유지하게 되는 값이다. 그리고, 단계(S45)에서는 재시동 횟수를 "0"으로 설정한다.
한편, 단계(S50)에서는 엔진제어유니트가 하기의 수학식 3을 사용하여 이슬점 통과 열량(Q)을 계산한다.
여기서, KF_DewPoint(시동배기온도, 시동냉각수온)는 시동시의 배기온도 및 시동시의 냉각수온에 따른 이슬점 통과 열량 맵이고, K_Restart는 재시동횟수 반영 팩터이다.
즉, 산소센서로 전달되는 열량이 어느 정도 이상에서 이슬점을 판단하기 위한 이슬점 통과 열량(Q)을 계산하는 것으로, 이는 주로 시동시의 배기온도 및 시동시의 냉각수온에 따라 도 3과 같은 맵값에 의해 결정된다. 특히, 엔진이 이슬점을 통과하지 않은 시점에서 시동이 오프된 후 재시동되어질 경우 산소센서로의 지속적인 열전달이 이루어지지 않아 더욱 더 많은 응축수가 생성되기 때문에 이슬점 통과를 위해서는 더욱 더 많은 열량의 전달이 필요하며 따라서 이를 위해 재시동에 따른 웨이팅 팩터(weighting factor)를 두었다. 상기 재시동회수 반영 팩터는 재시동 횟수를 반영하는 비율을 의미하며 이슬점 통과 맵 및 재시동 팩터는 차량 시험을거쳐서 결정되어야 한다.
한편, 상기 시동배기온도(StartExhTemp)는 하기의 수학식 4에 의해 계산된다.
여기서, LastTripExhTemp는 지난번 시동 오프시의 배기온도이며, KF_Temp_SockTime(Socktime)는 엔진정지시간(SockTime)에 따른 지난번 배기온도 반영 팩터로 도 4에 도시된 바와 같이 일정시간이 지난 이후는 "0"으로 설정하여 미약한 열량함유의 영향을 무시하게 하였다.
즉, 엔진 시동시에 배기계 온도는 지난번 시동 오프시의 배기온도와 엔진정지시간(SockTime)에 의해 주로 영향을 받으며 이는 현재의 산소센서가 얼마나 많은 열량을 함유하고 있는지를 추정하기 위한 것으로, 이슬점 결정 시점을 결정하기 위한 파라메타로 사용된다.
한편, 상기 엔진정지시간(SockTime)은 하기의 수학식 5에 의해 계산된다.
여기서, TC(Ambtemp)는 외기온에 따른 시상수이고, ln은 Natural Logartim이며, LastTripCoolTemp는 엔진시동오프시의 냉각수온, StartCoolTemp는 이번 시동시의 냉각수온, AmbTemp는 외기온이다.
즉, 이전 엔진 정지 시간으로부터 현재까지의 엔진 정지 시간(Sock Time)을 계산하기 위한 방법으로 주로 엔진 냉각수의 냉각 프로파일 이용 추정한다. 도 5는 엔진 시동 오프시로부터 시간(Engine Sock Time)에 따른 냉각수의 냉각 프로파일의 일예이며, 이 경우는 시동 오프시 냉각수온 85℃, 외기온 20℃ 유지 상태이다.
엔진 냉각에 주된 영향을 미치는 인자는 외기온과 이전 엔진 정지시의 냉각수온 및 이번 시동시의 냉각수온 등이며 따라서 상기 수학식 5와 같이 모델링할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 수학식 5에서 TC(Time constant)는 외기온에 따른 엔진의 냉각 영향을 나타내는 시상수로 온도가 낮을수록 작아지는 도 6과 같은 특성을 가진다.
한편, 단계(S60)에서는 엔진제어유니트가 상기와 같이 계산된 산소센서로 전달되는 열량(HQ)과 상기 이슬점 통과 열량(Q)을 비교하여 이슬점을 통과하였는지를 판단하여 이슬점을 통과하였으면 단계(S70)를 수행하고 이슬점을 통과하지 않았으면 단계(S80)를 수행한다.
상기 단계(S70)에서는 엔진제어유니트가 산소센서의 히터 구동 듀티를 100%로 제어하여 히터를 구동시키고, 상기 단계(S80)에서는 엔진제어유니트가 산소센서의 히터 구동 듀티를 미리 설정된 제한치(예를 들어, 50%)로 제한하여 히터를 구동시킨다.
이어서, 단계(S90)에서는 엔진제어유니트가 엔진이 스톨되었는가 또는 이그니션키가 오프되었는가를 판단하여 조건을 만족하면 단계(S100)를 수행하고, 상기 단계(S100)에서는 엔진제어유니트의 비휘발성 메모리에 관련 변수값을 저장한다.
즉, 다음 번 시동시 배기온도 계산 및 재시동횟수 계산 등을 위하여 시동키 오프시에 배기온도, 이슬점 통과 플래그, 이그니션오프시 냉각수온, 재시동횟수의 4가지가 저장된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 별도의 하드웨어를 사용하지 않으면서도 산소센서의 이슬점 통과 시점을 정확하게 예측하고 이를 바탕으로 산소센서의 히팅 강도를 조절함으로써, 아이들 스탑이 적용되는 하이브리드 차량에서와 같이 낮은 배기온도를 유지하는 경우에도 채택하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 산소센서로 전달되는 열량을 계산하는 단계와; 재시동횟수를 계산하는 단계와; 이슬점 통과 열량을 계산하는 단계와; 상기 산소센서로 전달되는 열량과 상기 이슬점 통과 열량을 비교하여 이슬점을 통과하였는지를 판단하는 단계와; 이슬점을 통과하였으면 산소센서의 히터 구동 듀티를 100%로 제어하는 단계와; 이슬점을 통과하지 않았으면 산소센서의 히터 구동 듀티를 미리 설정된 제한치로 제한하는 단계를 포함하여 구성된 산소센서의 히터 구동 제어방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 산소센서로 전달되는 열량(HQ)은, HQ = ∫흡입공기량×배기온도×배기가스비열 ×2.7e-4의 식으로 계산되고, 상기 배기온도는, 엔진의 알피엠, 흡입공기량, 외기온도, 점화각, 공연비에 따른 측정 데이터 맵에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 산소센서의 히터 구동 제어방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이슬점 통과 열량(Q)은, Q = KF_DewPoint(시동배기온도, 시동냉각수온) ×(1+(재시동횟수 ×K_Restart)) 의 식으로 계산되며, 상기 KF_DewPoint(시동배기온도, 시동냉각수온)는 시동시의 배기온도 및 시동시의 냉각수온에 따른 이슬점 통과 열량 맵이고, 상기 K_Restart는 재시동횟수 반영 팩터인 것을 특징으로 하는 산소센서의 히터 구동 제어방법.
- 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재시동횟수를 계산하는 단계는, 이전 시동시에 산소센서가 이슬점을 통과하지 못하였으면 재시동횟수를 1 증가시키는 단계와; 이전 시동시에 산소센서가 이슬점을 통과하였으면 재시동 횟수를 "0"으로 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 산소센서의 히터 구동 제어방법.
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| KR1020030049515A KR20050010310A (ko) | 2003-07-19 | 2003-07-19 | 산소센서의 히터 구동 제어방법 |
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| KR1020030049515A KR20050010310A (ko) | 2003-07-19 | 2003-07-19 | 산소센서의 히터 구동 제어방법 |
Publications (1)
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| KR20050010310A true KR20050010310A (ko) | 2005-01-27 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180068491A (ko) | 2016-12-14 | 2018-06-22 | 현대자동차주식회사 | 산소센서 제어 장치 및 방법 |
| FR3068387A1 (fr) * | 2017-07-03 | 2019-01-04 | Psa Automobiles Sa | Procede de determination du passage a l’etat sans presence d’eau liquide dans une ligne d’echappement comportant un organe de depollution |
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2003
- 2003-07-19 KR KR1020030049515A patent/KR20050010310A/ko not_active Application Discontinuation
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