KR20180068133A - Pm 센서의 고장 판정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PM 센서 히터에 의해 PM 센서를 히팅하는 단계, 상기 PM 센서 히팅 후 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 측정하는 단계 및 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 최대 정전용량(Cmax)과 비교하는 단계를 포함하여, 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장이 아닌 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 PM 센서의 고장 판정 방법으로서, 본 발명에 의하면, PM 센서가 정상 작동하지 않는 경우에 PM 센서의 고장원인이 무엇인지를 정확히 판정할 수 있게 한다.

Description

PM 센서의 고장 판정 방법{METHOD FOR JUDGING FAILURE OF PM SENSOR}
본 발명은 차량의 배기 파이프 내에 설치되어 PM(입자상 물질, Particulate matters)을 모니터링하고 고장시 OBD 진단을 실시하는 PM 센서의 고장 원인을 판정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.
한편, OBD 규제에서는 날로 강화되는 배기가스(Emission)의 규제뿐만 아니라 배기가스 관련 부품의 고장, 열화 정도까지 감지하도록 하는 진단 능력의 향상과 개선, 그리고 A/S(After Service) 시장에서의 표준화와 관련된 여러 가지 규정을 만족하도록 요구하고 있다.
여기서, 배기가스 규제의 주요 대상은 NOx와 PM으로 알려져 있고, 북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로 6 배기가스 규제 중에서 NOx 및 PM의 규제를 만족시키기 위하여 별도의 후처리계 시스템이 적용되고 있는데, 현재 디젤차량에 적용되는 시스템으로는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate Filter), LNT(Lean NOx Trap), 우레아(Urea)를 이용하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 등과 같은 DeNOx 촉매가 적용된다.
한편, 디젤 유로 6 배기가스 규제의 법규 대응을 위해 PM 센서가 차량의 배기 파이프 내에 설치되어 적용되는데, 이 PM 센서는 PM(입자상 물질, Particulate matters)의 모니터링 및 고장시 OBD 진단을 실시한다.
이 PM 센서는 배기가스후처리장치(DPF, Diesel Particulate Filter)에서 포집 되지 못하고 배출되는 PM의 수준을 측정하고, PM 센서의 고장 여부를 진단하여 이와 관련된 고장 여부를 운전자에게 알려 차량 정비를 받도록 유도하는 장치이다.
도 1에서 참조되는 PM 센서는 배기파이프 내부에 설치되며, 배기파이프 내의 일부 배기가스가 센서 내부로 유입되면 배기가스가 센서 내 전극(전극A)에 접촉하게 된다.
그러면, 배기가스 내에 존재하는 Soot(매연)이 센서 내의 전극 상단 사이에 퇴적되고, 이 Soot의 퇴적으로 인해 전극A와 전극B 간의 정전용량이 증가하여 배기가스 내 PM을 감지하게 되는 것이다. 이때, 바이어스 전극은 센서 내의 전극 상단 사이에 전기장을 형성시켜 Soot의 퇴적을 가속화 시키는 목적으로 사용된다.
이 같은 PM 센서는 배기가스 내 PM 양을 정확히 측정하기 위해, 측정 직전 PM 센서의 재생이 이루어지는데, PM 센서의 재생이란 이전 측정 단계에 PM 센서 전극 사이에 퇴적되어 있는 Soot와 기타 이물질을 태워 제거한 후 PM 센서를 초기화하는 일종의 준비 상태를 만드는 과정이다.
그 후, PM 센서 내에 퇴적된 PM의 양을 감지하게 되는데, 앞서 살핀 바와 같이 soot에 의해 센서의 정전용량 값이 변화되고, 이 정전용량 값을 측정하여 전자제어장치(ECU)에 그 값을 전송하여 배기가스 후처리 장치(DPF)의 고장여부를 판단하게 된다.
그런데, 이와 같이 DPF의 고장여부를 판정하기 위해 사용되는 PM 센서에 고장이 발생하게 되면 DPF의 고장여부를 올바르게 판단할 수 없다.
그래서, PM 센서 스스로 자신의 고장여부를 진단해야 하는데, 이 경우 PM 센서 전극의 문제에 의해 PM 감지가 제대로 이루어지지 않는지, PM 센서의 재생을 위한 히터에 문제가 있는지, 기타 다른 원인에 의한 것인지를 명확히 판정하질 못한다.
그래서, PM 센서가 기능하지 못하는 경우에 PM 센서 전극의 고장이 아님에도 이를 정비하는 등으로 불필요한 정비가 이루어지고 시간 및 비용이 증가하는 문제가 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1223418호 한국등록특허공보 제10-1551083호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 PM 센서가 정상 작동하지 않는 경우에 PM 센서의 고장원인을 판정하기 위한 PM 센서의 고장 판정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 PM 센서의 고장 판정 방법은, PM 센서 히터에 의해 PM 센서를 히팅하는 단계, 상기 PM 센서 히팅 후 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 측정하는 단계 및 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 최대 정전용량(Cmax)과 비교하는 단계를 포함하여, 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장이 아닌 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 PM 센서의 측정 전극에 전기장을 인가하는 단계 및 상기 전기장을 인가하는 단계에 의해 전기장을 인가 후 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 직전 프로세스에 의해 측정한 정전용량(Cn-1)과 비교하는 단계를 더 포함하여, 상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그 결과, 상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 작은 경우, 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 전자제어장치(ECU)에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 배기가스 후처리 장치(DPF)의 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 큰 경우, 상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계에 의해 측정한 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)를 기설정된 최소 전류값(Imin)과 비교하는 단계를 더 포함하고, 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그 결과, 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 관점에 의한 PM 센서의 고장 판정 방법은, PM 센서 히터에 의해 PM 센서를 히팅하는 단계, 상기 PM 센서 히팅 후 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 측정하는 단계 및 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 최대 정전용량(Cmax)과 비교하는 단계를 포함하여, 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 또는 상기 PM 센서 히터의 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계에 의해 측정한 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)를 기설정된 최소 전류값(Imin)과 비교하는 단계를 더 포함하고, 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그 결과, 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 작은 경우, 상기 PM 센서의 측정 전극에 전기장을 인가하는 단계, 상기 전기장을 인가하는 단계에 의해 전기장을 인가 후 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계 및 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 직전 프로세스에 의해 측정한 정전용량(Cn-1)과 비교하는 단계를 더 포함하여, 상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 작은 경우, 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 전자제어장치(ECU)에 전송하는 단계 및 배기가스 후처리 장치(DPF)의 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 PM 센서의 고장 판정 방법에 의하면, PM 센서가 정상적인 기능을 수행하지 못하는 경우에 그 원인이 PM 센서 전극에 의한 것인지 PM 센서 히터에 의한 것인지를 정확하게 판정함으로써, 정확한 원인에 의한 조치가 가능하게 한다.
그리고, 배기가스 내의 이물질, PM 센서 소자의 크랙 등으로 PM 센서 전극이 고장나거나 또는 PM 센서 히터가 고장난 경우 이를 실시간으로 검출함으로써 DPF 고장을 오차 없이 판별할 수 있게 한다.
또한, 이중적으로 고장을 판별함으로써 고장 판정의 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 PM 센서의 개념을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 PM 센서의 고장 판정 방법을 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 PM 센서의 고장 판정 방법을 도시한 것이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 PM 센서 고장 판정 방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 PM 센서 고장 판정 방법은 배기가스 후처리 장치(DPF)가 배기가스 내의 PM을 정상적으로 포집하는지를 DPF 후단의 PM(Particulate matters)의 양을 검출하는 PM 센서가 고장인지 여부를 판단하고, 고장인 경우에 그것이 PM 센서 자체 고장, 즉 PM 센서의 전극의 문제인지 아니면 PM 센서 히터의 오류인지를 판단할 수 있게 하기 위한 것이다.
우선, PM 센서 히터에 의해서 PM 센서를 히팅한다(S10). PM 센서를 히팅하면 PM 센서의 전극의 이전 측정 단계에서 퇴적된 PM이 제거되게 된다.
PM이 제거된 후에 PM 센서의 정전용량(Ca)을 측정한다(S20).
PM이 제거된 후 측정되는 PM 센서의 정전용량(Ca)은 정상 범위를 나타내어야 하므로, 측정된 값을 기설정된 최대 정전용량(Cmax)과 비교한다(S30).
측정된 정전용량(Ca)이 최대 정전용량(Cmax)보다 크다면 이는 반드시 PM 센서 히터나 PM 센서의 전극의 고장으로 판단할 수가 있다(S51).
그리고, 측정된 정전용량(Ca)이 최대 정전용량(Cmax)보다 크지 않다면 측정 전극에 전기장을 인가함으로써 PM 센서에 PM 퇴적이 용이하게 한다(S41).
PM 센서에 PM 퇴적이 용이하게 된 상태에서 다시 정전용량(Cn)을 측정하고 그 값을 저장한다(S42).
매 프로세스마다 PM 퇴적 후 정전용량을 측정하여 저장하여 직전 프로세스에서의 측정값(Cn-1)과 비교하는 과정을 수행한다(S43).
PM 센서의 전극이 정상적인 상태라면 매 프로세스마다 PM 퇴적 후 측정되는 정전용량의 값은 큰 차이가 나지 않아야만 한다.
그러므로, S43에 의해 비교한 결과 Cn과 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값(Cth)보다 크다면 이를 PM 센서 자체, 즉 전극의 고장으로 판정한다(S44).
Cn과 Cn-1의 차이가 Cth보다 크지 않다면 PM 센서의 고장이 없으므로, 측정된 정전용량(Cn)을 전자제어장치(ECU)에 전송하고(S45), 배기가스 후처리 장치(DPF)의 고장 여부를 별도의 프로세스에 의해서 PM 양의 과다 여부 등에 따라 판단하는 과정을 수행한다(S60).
한편, 앞선 S30의 결과, Ca가 Cmax보다 커서 PM 센서 또는 히터의 고장으로 판단한 경우에는 양 자 간 고장 원인을 판정하기 위해 PM 센서 히터의 전류를 측정한다(S52).
그리고, 측정된 PM 센서 히터의 전류(Ih)를 설정값인 히터의 최소 전류값(Ih)과 비교한다(S53).
비교한 결과, 측정된 전류(Ih)가 최소 전류값(Imin)보다 작다면 이는 히터가 정상적으로 작동되지 못한다고 판단할 수 있으므로, PM 센서 히터의 고장으로 판정한다(S54).
반면, Ih가 Imin보다 크다면 히터는 정상 작동 중인 것으로 판단할 수 있으므로, 이 경우에는 정상적인 히팅에 의해서도 PM이 제거가 되지 않는 상황으로 PM 센서 자체, 즉 전극의 고장으로 판정한다(S55).
이상과 같이, 본 발명은 PM 센서가 고장인지 여부를 판단하고, 고장인 경우에 그것이 PM 자체 고장, 즉 PM 센서의 전극의 문제인지, PM 센서 히터의 오류인지, 아니면 DPF의 고장인지를 실시간으로 정확하게 판별이 가능하게 한다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
S10 : 센서 히팅 단계
S20 : 정전용량 측정 단계
S30 : 정전용량 비교 단계
S41 : 전기장 인가 단계
S42 : 정전용량 측정 단계
S43 : 정전용량 비교 단계
S44 : PM 센서 고장 판정
S45 : 측정값 전송 단계
S51 : PM 센서 히터 또는 PM 센서 고장 판정
S52 : 히터 전류 측정 단계
S53 : 히터 전류 비교 단계
S54 : PM 센서 히터 고장 판정
S55 : PM 센서 고장 판정
S60 : DPF 고장 판단

Claims (14)

  1. PM 센서 히터에 의해 PM 센서를 히팅하는 단계;
    상기 PM 센서 히팅 후 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 측정하는 단계; 및
    상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 최대 정전용량(Cmax)과 비교하는 단계를 포함하여,
    상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장이 아닌 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PM 센서의 측정 전극에 전기장을 인가하는 단계; 및
    상기 전기장을 인가하는 단계에 의해 전기장을 인가 후 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계를 더 포함하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 직전 프로세스에 의해 측정한 정전용량(Cn-1)과 비교하는 단계를 더 포함하여,
    상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 작은 경우, 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 전자제어장치(ECU)에 전송하는 단계를 더 포함하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    배기가스 후처리 장치(DPF)의 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 큰 경우, 상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계를 더 포함하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계에 의해 측정한 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)를 기설정된 최소 전류값(Imin)과 비교하는 단계를 더 포함하고,
    상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  9. PM 센서 히터에 의해 PM 센서를 히팅하는 단계;
    상기 PM 센서 히팅 후 상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 측정하는 단계; 및
    상기 PM 센서의 정전용량(Ca)을 최대 정전용량(Cmax)과 비교하는 단계를 포함하여,
    상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 또는 상기 PM 센서 히터의 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계를 더 포함하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 PM 센서 히터의 전류를 측정하는 단계에 의해 측정한 상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)를 기설정된 최소 전류값(Imin)과 비교하는 단계를 더 포함하고,
    상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 작은 경우 상기 PM 센서 히터의 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 PM 센서 히터의 전류(Ih)가 상기 최소 전류값(Imin)보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 PM 센서의 정전용량(Ca)이 상기 최대 정전용량(Cmax)보다 작은 경우,
    상기 PM 센서의 측정 전극에 전기장을 인가하는 단계;
    상기 전기장을 인가하는 단계에 의해 전기장을 인가 후 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계; 및
    상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 직전 프로세스에 의해 측정한 정전용량(Cn-1)과 비교하는 단계를 더 포함하여,
    상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 큰 경우 상기 PM 센서 전극 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 Cn과 상기 Cn-1의 차이가 기설정된 임계값보다 작은 경우, 상기 PM 센서의 정전용량(Cn)을 측정하는 단계에서 측정한 정전용량(Cn)을 전자제어장치(ECU)에 전송하는 단계; 및
    배기가스 후처리 장치(DPF)의 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
    PM 센서의 고장 판정 방법.
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