KR20130017974A - 자동차의 산소센서 냉각방법 및 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 산소센서 냉각방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전 영역이 급격하게 변동이 이루어질때 또는 산소센서의 최적화 온도를 벗어날때 산소센서의 온도를 냉각하여 배출가스 저감 및 산소센서의 내구성 증대를 도모할 수 있도록 한 산소센서 냉각방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

자동차의 산소센서 냉각방법 및 냉각장치{Cooling system}

본 발명은 자동차의 산소센서 냉각방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전 영역이 급격하게 변동이 이루어질때 또는 산소센서의 최적화 온도를 벗어날때 산소센서의 온도를 냉각하여 배출가스 저감 및 산소센서의 내구성 증대를 도모할 수 있도록 한 산소센서 냉각방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배기가스는 대기오염의 주원인으로 지목 받게 되면서 공장에서 배출되는 매연, 유해 가스와 함께 엄격한 규제를 받고 있으며, 특히 북미 선진국에서는 자동차의 배출가스 규제 법규를 엄격하게 정하여 이에 적합한 자동차만 생산하거나 판매하도록 허가하고 있다.

이에 따라 각 자동차 생산 메이커에서는 배기가스의 배출을 최소화하면서 연비를 향상시킬 수 있는 희박 연소 엔진을 개발하고 있으며, 이에 부응하는 기술적 수단의 하나로 배기 계통의 촉매 효율을 가장 좋은 상태로 유지시켜 전체적인 배기가스를 저감시킬 수 있도록 산소 센서를 적용하고 있다.

상기한 산소센세는 엔진의 배기포트에 배기가스에 포함되어 있는 산소량을 감지하여 전기신호로 출력하는 산소센서가 설치되는데, 이러한 산소센서는 혼합기가 이론 공연비를 중심으로 농후하거나 희박함에 따라 출력이 즉각적으로 변하는 반응을 이용해서 인젝터의 열림시간을 전자 제어 장치가 조정할 수 있도록 피드백 시켜 주도록 하는 것이다.

산소센서는 정상동작시 센서부 온도가 400-800℃정도를 유지하면서 통상 0.1v-0.9v 사이의 출력 전압을 반복 승강하게 되며, 냉시동시와 아이들시에는 전자 제어 장치가 자동 보상 회로에 의해 오픈 루프(Open Loope)되어 임의 보정하게 된다.

이와 같은 산소센서는 통상 일정한 전압 출력을 기준으로 그 이상과 이하에서 일정 주기동안 출력 신호가 유지되면 활성 판단되어 공연비가 제어될 수 있도록 하고 있으며, 신호 주기가 너무 장시간 유지되거나 만일 출력 전압이 0.9v 이상을 계속 유지하게 되면 고장으로 판단하여 공연비 제어를 중단시키게 된다.

그러나 상기와 같은 센서는 과열이나 외부의 접촉에 의해서 손상되면 출력 신호가 불안정해지면서 같은 전압을 계속 출력하게 되는바 이때 출력되는 전압의 하이신호와 로우신호간 간격(GAP)이 작은 상태에서 계속 반복되면 공연비 제어가 이루어지지 않는 상태에서 계속 주행하게 되므로 대단히 심각한 문제를 발생시킬 소지가 있게 된다.

한편 상기한 산소센서 팁부분에는 히터를 장착하여 차량의 운행 조건에 따라 강제로 팁 부분을 가열하여 설정된 온도 범위내에서 최적화시켜 제 기능을 수행할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 산소센서를 제어함에 있어서, 산소 센서가 정상적인 온도에서 작동하는 경우에는 별다른 문제점이 발생되지 않으나 배기가스 온도가 급격하게 변하는 천이 영역에서는 설정온도를 벗어나는 경우가 생긴다는 문 제점이 있다.

즉, 차속이 완만하게 감소하거나 상승할 때에는 산소 센서의 온도 변화가 크게 발생되지 않지만, 차속이 급격하게 감소하거나 상승할 때에는 산소센서의 온도가 설정온도를 벗어나는 경우가 발생된다.

이와 같이 산소센서가 설정온도에서 벗어나는 경우에는 자체 저항이 변하여 희박/농후 출력 특성이 변하면서 연료량 제어가 부정확하게 되어 이론 공연비를 벗어나게 되고, 그에 따른 촉매 정화능력이 감소되어 배기가스의 유해성분이 증가하고 산소센서의 내구성이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.

상기한 문제가 발생되는 주 요인은 가열되는 히팅장치만 제어하여 산소센서를 제어하므로 산소센서를 급속으로 냉각하기가 어려워 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 산소센서의 열화 여부를 판정하고, 운전 영역이 급속하게 변화하더라도 산소센서의 온도가 설정온도를 항상 유지할 수 있도록 산소센서를 제어하므로서 배기가스 저감 및 산소센서의 내구성 증대를 도모할 수 있는 산소센서 냉각방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진의 배기포트에 장착된 산소센서의 온도를 검출하기 위한 검출수단과, 산소센서의 최적화 온도에 따라 미리 설정된 기준값에 의하여 작동하는 냉각팬과, 상기 냉각팬에서 발생되는 차가운 공기를 산소센서로 보내주기 위한 에어덕트와, 상기 냉각팬과 검출수단을 제어하기 위한 제어부로 구성된다.

본 발명에 따른 산소센서 냉각방법은 검출수단에 의하여 산소센서의 온도값을 검출하고, 검출된 온도에 따라 제어부가 기준값에 따라 냉각팬을 제어하여 산소센서를 항상 기준값에 최적화되도록 온도를 유지시켜주므로 운전 영역이 급속하게 변화하더라도 산소센서의 온도가 설정온도를 항상 유지할 수 있어 배기가스 저감 및 산소센서의 내구성 증대를 도모할 수 있는 효과를 가질 수가 있다.

도 1과 2는 본 발명의 냉각방법을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 블럭도.
도 4는 본 발명의 냉각장치의 개략도.
도 5는 본 발명의 냉각장치의 다른 실시예의 개략도.

본 발명에 따른 산소센서 냉각방법 및 장치는 엔진의 배기포트에 장착된 산소센서의 온도를 검출하기 위한 검출수단과, 산소센서의 최적화 온도에 따라 미리 설정된 기준값에 의하여 작동하는 냉각팬과, 상기 냉각팬에서 발생되는 차가운 공기를 산소센서로 보내주기 위한 에어덕트와, 상기 냉각팬과 검출수단을 제어하기 위한 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은 차량의 ECU의 신호중 산소센서 또는 EGR밸브 등의 신호를 제어부에 전달하여 각 센서의 온도를 감지하여 센서의 외부 온도와 비교하여 기준값에 따라 냉각팬을 작동하도록 하여 차량을 최적의 조건으로 관리할 수있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1과 2는 본 발명에 따른 냉각방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 에어덕트의 개략도이다.

도 1 내지 도 3에 따른 본 발명의 제 1실시예는, 엔진의 배기포트에 장착된 산소센서의 온도값을 검출하기 위한 검출수단(S1)과, 검출수단에 의하여 검출된 산소센서의 온도에 따라 산소센서의 기준값에 의하여 작동하는 냉각팬(F), 상기 냉각팬에서 발생되는 차가운 공기를 산소센서로 보내주기 위한 에어덕트(2)와, 상기 냉각팬과 검출수단을 제어하기 위한 제어부(P)로 구성된 것이다.

상기한 검출수단(S1)은 산소센서의 외부온도 즉, 산소센서 소자의 선단부로 온도가 가장 높게 상승되는 부분의 온도를 검출하기 위한 것으로, 온도의 변화에 따라 저항이 변하는 온도검출센서로 구성되며 검출된 산소센서의 외부 온도와, 스케너를 통한 산소센서의 온도를 측정한 후 산소센서의 외부 온도와 비교하여 기준값을 설정한다.

즉, 차량을 운행한 후 정지상태 아이들링 상태에서 스케너 장치를 이용한 산소센서의 온도가 400도이고 산소센서의 외부 온도가 250도로 측정된다면 산소센서 내부 온도와 산소센서 외부 온도와의 온도차를 감안하여 기준값을 삼아 외부 온도의 변화를 검출한다.

검출된 온도는 제어부(P)로 보내지며 검출된 온도와 기준값을 비교한 후 냉각팬(F)을 작동하게 된다.

냉각팬이 작동하면 외부의 신선한 공기가 냉각팬을 통하여 에어덕트(2)로 보내지게 되고 에어덕트를 통하여 흡입된 공기는 산소센서로 향하게 된 덕트에 의하여 산소센서를 식혀주게 된다.

이와 같은 방법으로 냉각팬을 제어하여 신선한 공기를 직접 산소센서에 보내주게 되므로 센서의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있는 것이다.

이때 상기한 냉각팬은 외부공기를 흡입하는 냉각팬과 산소센서의 부근 공기를 흡입하는 냉각팬(F1)이 듀얼로 설치되며 제어부에 설정된 기준값에 의하여 냉각팬(F1)이 작동하여 산소센서 부근의 공기를 흡입하여 외부로 방출 함으로써 산소센서의 온도를 더욱 최적화 할 수 있다.

한편 제어부에 의하여 작동되는 냉각팬(F)(F1)은 외부 공기를 흡입하는 냉각팬(F)이 작동하면 다른 쪽 냉각팬(F1)은 멈추고 서로 반대로 작동하여야 함은 자명한 것이다.

산소센서로 공기를 배출 또는 흡입하는 에어덕트는 산소센서의 부근에 설치되는 입구 또는 출구는 깔때기 모양으로 형성되어 바람을 더욱 효율적으로 흡입 및 배출할 수 있도록 구성한다.

상기한 냉각팬(F1)은 라지에이터의 팬을 이용할 수 도 있으며 이때에는 제어부의 기준값에 따라 작동하는 것이 아닌 라디에이터의 팬이 작동하면 산소센서의 공기를 흡입하다가 검출된 온도값에 의하여 냉각팬(F)이 작동하면 제어부에 따라 출구를 폐쇄하는 구조로도 가능하다.

단, 별도의 냉각팬을 설치하였을때 보다는 약간 효율이 떨어진다.

또한 상기한 산소센서 온도 검출수단은 차량의 정보를 관리하는 ECU와 제어부를 연결하여 ECU에서 보내는 산소센서의 온도값에 따라 제어부에서 냉각팬을 작동시켜 산소센서에 차가운 공기를 불어넣어 냉각하여도 가능하AU 산소센서의 내외부 온도를 비교하여 작동하게 하여도 된다.

단, 차량의 ECU 신호를 이용할 경우 별도의 배선장치와 차량의 ECU의 신호를 분석하기 위한 수단이 필요하게 되어 비용이 상승되는 단점과 설치가 약간 까다로운 단점이 있다.

본 발명의 실현을 위한 에어덕트(2)는 는 도 3에 도시한 바와 같이 차량에 설치된 산소센서에 차가운 공기를 불어넣거나 또는 산소센서 주변공기를 빨아들이기 위한 입출구(4)와 상기 입출구(4)에 산소센서의 온도를 검출하기 위한 온도검출센서(6)가 설치되고, 상기 입출구와 연결된 자바라 타입의 연결관(8) 및 연결관에 설치되는 냉각팬(F)과 상기 냉각팬과 온도검출센서를 제어하기 위한 제어부(P)로 구성된다.

상기한 냉각팬(F)은 전술한 바와 같이 자바라 타입으로 된 연결관(8)에 설치되며 제어부의 작동에 따라 동작하여 산소센서에 차가운 공기를 불어넣어 냉각시켜 산소센서를 최적화 하도록 한다.

또한 상기한 연결관은 Y자형으로 분기할 수 있으며 분기된 분기관(12)의 일단에는 외부공기를 흡입하여 산소센서로 배출하기 위한 냉각팬(F)을, 타단은 산소센서의 주변공기를 빨아들이기 위한 냉각팬(F1)으로 구성하여 제어부의 동작에 따라 밸브장치가 작동되어 냉각팬(F)(F1)을 서로 반대로 작동되도록 한다. 즉, 어느 한쪽이 동작되면 다른쪽 분기관은 폐쇄되는 방법으로 제어하도록 한다.

상기한 밸브장치는 흡입공기를 제어하는 초크밸브(10)로 구성되어 제어부의 작동에 따라 어느 한쪽의 관로를 폐쇄하는 방법에 의하여 공기의 흐름을 제어하도록 한다.

또한 분기된 분기관의 어느 한쪽 즉, 냉각팬(F1)이 설치된 일측의 분기관은 냉각팬을 설치하지 않고 자동차의 라디에이터에 입구방향을 연결하여 라디에이터의 동작에 의하여 산소센서 주변의 공기를 빨아들이는 방법으로도 가능하다.

한편 본 발명은 자동차의 출력 매연에 절대적인 기능을 하는 산소센서에 대하여 설명하였지만 자동차의 센서중 냉각이 필요한 센서 예를 들어 EGR밸브, 센서중 과열에 따른 차량 손상이 발생할 수 있는 센서등에 설치하면 차량을 최적의 조건으로 관리가 가능한 것이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

P: 제어부 S1: 검출수단
2: 에어덕트 4: 입출구
6: 온도검출센서

Claims (5)

1. 엔진의 배기포트에 장착된 산소센서의 온도값을 검출하기 위한 검출수단(S1), 상기 검출수단에 의하여 검출된 산소센서의 온도에 따라 산소센서의 기준값에 의하여 작동하는 냉각팬(F), 상기 냉각팬에서 발생되는 차가운 공기를 산소센서로 보내주기 위한 에어덕트(2), 상기 냉각팬과 검출수단을 제어하기 위한 제어부(P)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소센서 냉각방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기한 냉각팬은 외부공기를 흡입하는 냉각팬과 산소센서의 부근 공기를 흡입하는 냉각팬(F1)이 듀얼로 설치되어 제어부에 설정된 기준값에 의하여 냉각팬(F1)이 작동하여 산소센서 부근의 공기를 흡입하여 외부로 방출 함으로써 산소센서의 온도를 냉각하도록 한 자동차의 산소센서 냉각방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기한 온도 검출수단은 차량의 정보를 관리하는 ECU와 제어부를 연결하여 ECU에서 보내는 산소센서의 온도값에 따라 제어부에서 냉각팬을 작동시켜 산소센서에 차가운 공기를 불어넣어 냉각하도록 한 자동차의 산소센서 냉각방법.
4. 차량에 설치된 산소센서에 차가운 공기를 불어넣거나 산소센서 주변공기를 빨아들이기 위한 입출구(4)와, 상기 입출구(4)에 산소센서의 온도를 검출하기 위한 온도검출센서(6)가 설치되고, 상기 입출구와 연결된 자바라 타입의 연결관(8) 및 연결관에 설치되는 냉각팬(F)과 상기 냉각팬과 온도검출센서를 제어하기 위한 제어부(P)로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 산소센서 냉각장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기한 연결관은 Y자형으로 분기되어 분기된 분기관(12)의 일단에는 외부공기를 흡입하여 산소센서로 배출하기 위한 냉각팬(F)을 타단은 산소센서의 주변공기를 빨아들이기 위한 냉각팬(F1)으로 구성하여 제어부의 동작에 따라 초크밸브(10)가 작동되어 냉각팬(F)(F1)을 작동시켜 산소센서의 온도를 냉각하도록 한 자동차의 산소센서 냉각장치.
   

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