KR20160070647A

KR20160070647A - 산소센서 고장진단방법, 및 이를 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20160070647A
Application number: KR1020140177896A
Authority: KR
Inventors: 전영호; 이태훈
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-20

Abstract

산소센서 고장진단방법, 및 이를 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템이 게시된다. 본 발명의 실시예에 따른 산소센서 고장진단방법(S100)은, 자동차의 배기가스 내의 산소농도를 검출하는 산소센서의 고장을 진단하는 방법(S100)으로서, a) 산소센서의 모니터링 조건 성립여부를 판단하는 조건판단 단계(S110); b) 산소센서 출력의 급격한 변화가 감지되면 목표 공연비와 실제 공연비 차이의 절대값을 기설정된 시간동안 적산하는 변화량 적산단계(S120); c) 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값보다 클 경우, 산소센서가 고장난 것으로 판단하는 고장판단 단계(S130); 및 d) 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값과 같거나 작을 경우, 산소센서가 정상인 것으로 판단하는 정상판단 단계(S140);를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명의 산소센서 고장진단방법에 따르면, 회로소자의 추가 없이 손쉽게 산소센서의 고장을 진단할 수 있다.

Description

산소센서 고장진단방법, 및 이를 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템{Failure Diagnosis Method for Oxygen Sensor, and Monitoring System for Exhaust Gas Operated Thereby}

본 발명은 산소센서 고장진단방법, 이를 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회로소자의 추가 없이 산소센서의 고장을 손쉽게 진단할 수 있는 산소센서 고장진단방법, 이를 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템에 관한 것이다.

최근 환경 오염의 가속화로 인해 자동차 산업 분야에서는 대기 오염에 큰 영향을 미치고 있는 배기가스에 대한 규제가 날로 강화되고 있는 추세이다.

각국에서는 다양한 규제 강화를 통해 자동차 제조사들이 배기가스를 줄이도록 강제하고 있다.

이에 배기가스 절감을 위한 방안으로 산소센서를 장착하여 검출되는 산소 농도에 따라 이론공연비를 조절하고, 이로써 유해 배기 가스를 감소시키는 기술이 적용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 산소센서의 운용방법을 모식도로 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차의 배기가스를 줄이기 위하여 배기관(20)에 촉매장치(30)와 산소센서(10)를 배치할 수 있다.

촉매장치는 엔진에서 연소된 유해가스(CO, HC, NOx)를 여과시키는 장치이다. 촉매장치는 가장 효율이 좋은 공연비(14.7:1)로 연료 분사량을 제어하여 배기가스 발생을 최소화할 수 있으며, 산소센서는 배기가스에 포함된 산소농도를 검출하여 공연비 제어의 신호를 제공한다.

보다 구체적으로, 산소센서(10)는 배기가스 내의 산소농도를 검출하여 실린더 내 공연비를 계측할 수 있고, 산소센서의 공연비 출력은 목표 공연비와 비교하여 연료분사량을 보정할 수 있다.

상기 언급한 바와 같이, 산소센서는 유해 배기가스의 발생을 최소화하기 위해 필수적으로 장착되는 장치이다. 따라서, 산소센서가 고장날 경우 공연비를 효과적으로 제어하지 못하여 유해 배기가스 다량 발생될 수 있다.

따라서, 산소센서의 고장 진단은 강력하게 규제되고 있다. 특히 OBD(On Board Diagnosis) 규제와 같이 자동차의 배기가스 관련 부품에 대한 모니터링 및 고장 진단은 법적으로 의무화 되고 있다.

도 2에는 접지 단락 발생으로 인해 산소센서로부터 노이즈가 섞인 신호를 출력하는 모습을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 산소센서 단선/단락으로 인하여 노이즈가 섞인 신호를 발생하고 이에 따라 배기가스에 포함된 산소농도를 제대로 검출하지 못하게 될 경우, 공연비 상태가 이론 공연비보다 희박한지 농후한지를 판정할 수 없게 되며, 공연비 제어 자체가 불가능하게 된다. 공연비 제어가 불가능할 경우, 엔진에서 유해가스 배출량이 증가하게 되므로 산소센서에 대한 단선/단락 진단은 반드시 이루어져야만 한다.

구체적으로, 종래의 산소센서 진단 과정을 살펴보면, 우선 산소센서는 6개의 핀으로 구성되어 있으며, 산소센서와 동반하는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)의 구동 방식에 따라 진단 방법이 달라지게 된다.

산소센서의 접지 단락(short circuit ground) 진단의 경우, 산소센서 접지 라인이 다른 센서 혹은 ECU 전원단의 접지 라인에 단락되는 것을 고장으로 판정한다. 그러나, 접지 라인과 접지 라인 사이에서 단락이 이루어지는 현상을 진단하기 때문에 고장 판정이 어려운 측면이 있다.

종래 기술에 따른 접지 단락 진단 방법은, 두 개의 구동 회로와 커넥터 코일, 전류센서를 활용하여 회로적으로 고장판단을 하는 것이다.

그러나, 종래 기술에 따른 진단방법은 별도의 회로소자가 필요하다는 문제점을 가지고 있다.

한국등록특허공보 제10-0279417호 (2000년 11월 01일 등록)

본 발명의 목적은, 회로소자의 추가 없이 산소센서의 고장을 손쉽게 진단할 수 있는 산소센서 고장진단방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 산소센서 고장진단방법은: 자동차의 배기가스 내의 산소농도를 검출하는 산소센서의 고장을 진단하는 방법으로서, a) 산소센서의 모니터링 조건 성립여부를 판단하는 조건판단 단계; b) 산소센서 출력의 급격한 변화가 감지되면 목표 공연비와 실제 공연비 차이의 절대값을 기설정된 시간동안 적산하는 변화량 적산단계; c) 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값보다 클 경우, 산소센서가 고장난 것으로 판단하는 고장판단 단계; 및 d) 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값과 같거나 작을 경우, 산소센서가 정상인 것으로 판단하는 정상판단 단계;를 포함하는 구성일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 a) 조건판단 단계에서, 모니터링 조건은, 관련 부품 에러 여부, 배터리 전압 상태, 인젝터 구동 상태, 산소센서 히팅 상태, 배기관의 온도, 산소센서의 내부저항 온도값, 목표 공연비 값 및 실제 공연비 값으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.

이 경우, 상기 배기관의 온도 조건은 '배기관의 온도 > 80 ℃'의 부등식을 만족하는 조건이고, 산소센서의 내부저항 온도값 조건은 '내부저항 온도값 > 700 ℃'의 부등식을 만족하는 조건이며, 목표 공연비 값 조건은 '0.98 < 목표 공연비 값 < 1.02'의 부등식을 만족하는 조건이고, 실제 공연비 값 조건은 '0.97 < 목표 공연비 값 < 1.03'의 부등식을 만족하는 조건일 수 있다.

또한, 상기 b) 변화량 적산단계에서, 산소센서 출력의 급격한 변화는, 산소센서 출력신호에 노이즈가 섞여 실제 공연비 값이 현저히 상승되는 변화일 수 있다.

또한, 상기 b) 변화량 적산단계에서, 상기 기설정된 시간은 1 내지 60 초일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산소센서 고장진단방법은: 상기 d) 정상판단 단계에서 산소센서가 정상으로 판단될 경우, 조건판단 단계로 되돌아가 a) 조건판단 단계, b) 변화량 적산단계, c) 고장판단 단계 및 d) 정상판단 단계를 재차 수행할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 산소센서 고장진단방법을 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 산소센서 고장진단방법에 따르면, 조건판단 단계, 변화량 적산단계, 고장판단 단계 및 정상판단 단계를 포함하는 방법으로서, 산소센서의 접지 단락을 이용하여 산소센서의 고장을 손쉽게 진단할 수 있다.

또한, 본 발명의 산소센서 고장진단방법에 따르면, 산소센서의 접지 단락을 이용하여 산소센서로부터 출력되는 신호에 의해 산소센서의 고장을 판단하므로, 회로소자의 추가 없이 손쉽게 산소센서의 고장을 진단할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 모니터링 시스템에 따르면, 산소센서의 고장을 단시간 내에 빠르게 감지할 수 있어, 효과적인 배기가스 모니터링을 수행할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 산소센서의 운용방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 접지 단락 발생으로 인해 산소센서로부터 노이즈가 섞인 신호를 출력하는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서 고장진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 흐름도를 더욱 구체적으로 나타낸 순서도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소센서 고장진단방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 흐름도를 더욱 구체적으로 나타낸 순서도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 산소센서 고장진단방법(S100)은, 조건판단 단계(S110), 변화량 적산단계(S120), 고장판단 단계(S130) 및 정상판단 단계(S140)를 포함하는 구성일 수 있다.

구체적으로, 조건판단 단계(S110)는, 산소센서의 모니터링 조건 성립여부를 판단하는 단계이다.

이때, 모니터링 조건은, 관련 부품 에러 여부, 배터리 전압 상태, 인젝터 구동 상태, 산소센서 히팅 상태, 배기관의 온도, 산소센서의 내부저항 온도값, 목표 공연비 값 및 실제 공연비 값으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.

더욱 구체적으로, 관련부품 에러 여부 조건은 관련부품에 에러가 발생하지 않은 조건이다. 배터리 전압 상태 조건은 배터리 전압 값이 9 V를 초과하는 값이어야 하는 조건이다. 인젝터 구동 상태 조건은 인젝터 연료 분사가 정상 상태이어야 하는 조건이다. 산소센서 히팅 상태 조건은 산소센서 히팅이 정상적으로 이뤄져야 하는 조건이다.

또한, 배기관의 온도 조건은 배기관의 온도 > 80 ℃'의 부등식을 만족하는 조건이고, 산소센서의 내부저항 온도값 조건은 '내부저항 온도값 > 700 ℃'의 부등식을 만족하는 조건이며, 목표 공연비 값 조건은 '0.98 < 목표 공연비 값 < 1.02'의 부등식을 만족하는 조건이고, 실제 공연비 값 조건은, '0.97 < 목표 공연비 값 < 1.03'의 부등식을 만족하는 조건이다.

변화량 적산단계(S120)는 산소센서 출력의 급격한 변화가 감지되면 목표 공연비와 실제 공연비의 차이를 기설정된 시간동안 적산하는 단계이다.

구체적으로, 산소센서 출력의 급격한 변화는, 산소센서 출력신호에 노이즈가 섞여 실제 공연비 값이 현저히 상승되는 변화를 의미한다.

이때, 상기 언급한 기설정된 시간은 1 내지 60 초로 설정됨이 바람직하다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고장판단 단계(S130)는, 변화량 적산단계(S120)를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값보다 클 경우, 산소센서가 고장난 것으로 판단하는 단계이다.

또한, 정상판단 단계(S140)는 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값과 같거나 작을 경우, 산소센서가 정상인 것으로 판단하는 단계이다.

경우에 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, d) 정상판단 단계(S140)에서 산소센서가 정상으로 판단될 경우, 조건판단 단계(S110)로 되돌아가 a) 조건판단 단계(S110), b) 변화량 적산단계(S120), c) 고장판단 단계(S130) 및 d) 정상판단 단계(S140)를 재차 수행할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 산소센서의 접지 단락을 이용하여 산소센서로부터 출력되는 신호에 의해 산소센서의 고장을 판단하므로, 회로소자의 추가 없이 손쉽게 산소센서의 고장을 진단할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 산소센서 고장진단방법(S100)을 통해 운용되는 배기가스 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

이 경우, 본 실시예에 따른 배기가스 모니터링 시스템은, 산소센서의 고장을 단시간 내에 빠르게 감지할 수 있어, 효과적인 배기가스 모니터링을 수행할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

10: 산소센서
20: 배기관
30: 촉매장치
S100: 산소센서 고장진단방법
S110: 조건판단 단계
S120: 변화량 적산단계
S130: 고장판단 단계
S140: 정상판단 단계

Claims

자동차의 배기가스 내의 산소농도를 검출하는 산소센서의 고장을 진단하는 방법(S100)으로서,
a) 산소센서의 모니터링 조건 성립여부를 판단하는 조건판단 단계(S110);
b) 산소센서 출력의 급격한 변화가 감지되면 목표 공연비와 실제 공연비 차이의 절대값을 기설정된 시간동안 적산하는 변화량 적산단계(S120);
c) 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값보다 클 경우, 산소센서가 고장난 것으로 판단하는 고장판단 단계(S130); 및
d) 변화량 적산단계를 통해 산출된 값이 기설정된 임계값과 같거나 작을 경우, 산소센서가 정상인 것으로 판단하는 정상판단 단계(S140);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 1 항에 있어서,
상기 a) 조건판단 단계(S110)에서,
모니터링 조건은, 관련 부품 에러 여부, 배터리 전압 상태, 인젝터 구동 상태, 산소센서 히팅 상태, 배기관의 온도, 산소센서의 내부저항 온도값, 목표 공연비 값 및 실제 공연비 값으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 2 항에 있어서,
상기 배기관의 온도 조건은, '배기관의 온도 > 80 ℃'의 부등식을 만족하는 조건인 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 2 항에 있어서,
상기 산소센서의 내부저항 온도값 조건은, '내부저항 온도값 > 700 ℃'의 부등식을 만족하는 조건인 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 2 항에 있어서,
상기 목표 공연비 값 조건은, '0.98 < 목표 공연비 값 < 1.02'의 부등식을 만족하는 조건인 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 2 항에 있어서,
상기 실제 공연비 값 조건은, '0.97 < 목표 공연비 값 < 1.03'의 부등식을 만족하는 조건인 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 1 항에 있어서,
상기 b) 변화량 적산단계(S120)에서,
산소센서 출력의 급격한 변화는, 산소센서 출력신호에 노이즈가 섞여 실제 공연비 값이 현저히 상승되는 변화인 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 1 항에 있어서,
상기 b) 변화량 적산단계(S120)에서,
상기 기설정된 시간은 1 내지 60 초인 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 1 항에 있어서,
상기 산소센서 고장진단방법(S100)은:
상기 d) 정상판단 단계(S140)에서 산소센서가 정상으로 판단될 경우, a) 조건판단 단계(S110)로 되돌아가 a) 조건판단 단계(S110), b) 변화량 적산단계(S120), c) 고장판단 단계(S130) 및 d) 정상판단 단계(S140)를 재차 수행하는 것을 특징으로 하는 산소센서 고장진단방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 산소센서 고장진단방법(S100)을 통해 운용되는 것을 특징으로 하는 배기가스 모니터링 시스템.