KR20230099164A

KR20230099164A - Ehc 과열 진단 방법 및 차량 배기 시스템

Info

Publication number: KR20230099164A
Application number: KR1020210188294A
Authority: KR
Inventors: 구본창
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2023-07-04

Abstract

본 발명의 차량 배기 시스템(2)에 적용된 EHC 과열 진단 방법은 차량의 키 온(Key On) 시 진입 조건을 확인한 진단 컨트롤러(100)에 의해 EHC(Electric Heated Catalyst) 내부에서 구동된 히터(20)의 작동저항을 설정 저항값(F) 이상으로 확인하고, 에어펌프(14)의 구동과 중지를 수회 반복한 시간간격마다 측정된 히터 저항값(R1,R2,R3,R4,R5,R6)에 대한 히터 저항차(R1-R2, R3-R4, R5-R6)로 확인한 저항 감소(Drop) 미발생의 일정 이상 카운트 횟수로 EHC 시스템 이상이 확인됨으로써 EHC 시스템(10)의 과열 진단이 이루어지고, 특히 엔진 미 가동으로 배기가스 생성 없이 고장진단이 이루어짐으로써 고온의 배출가스에 노출 되는 산소센서 장착의 어려움 해소 및 미 적용이 가능한 특징을 갖는다.

Description

EHC 과열 진단 방법 및 차량 배기 시스템{Method for EHC Overheating Diagnosis and Automobile Exhaust System Thereof}

본 발명은 EHC 시스템의 과열 진단에 관한 것으로, 특히 온도센서를 사용하지 않고서 히터 저항값을 이용함으로써 에어펌프 고장 시 발생될 수 있는 EHC 내부의 온도 과열을 진단할 수 있는 EHC 시스템이 적용된 차량 배기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 적용된 EHC(Electric Heated Catalyst) 시스템은 하우징 내부에 EHC와 함께 다른 종류의 촉매를 내장하고, 전원 공급의 발열에 의한 촉매 가열과 함께 촉매 상류에서 공기를 배기 라인(즉, 배기 파이프)의 내부로 분사한다.

일례로 상기 EHC 시스템은 공기 순환을 위한 에어펌프, 배기라인과 이어진 에어 라인의 통로를 열어주는 스위칭 밸브, 전원 공급으로 발열되는 가열장치로 히터(Heater)를 포함하고, 배기 시스템의 배기라인에 연결된다. 이 경우 상기 히터는 Euro7 강화배기 규제 대응에 필요한 대응 구성으로 적용된다.

특히 상기 EHC 시스템은 에어펌프가 작동하지 않는 경우 EHC에 내장된 히터의 과열로 인한 소손 방지를 위하여 EHC의 과열 여부에 대한 진단이 수행된다.

이러한 EHC 과열 진단은 온도센서를 이용한 EHC 내부 온도 검출로 수행된다. 이러한 이유는 에어펌프를 통해 공기가 공급되기 때문에 정상적인 경우 히터에서 측정한 저항은 일정한 기울기로 증가를 하다가 더 이상 증가하지 않고 일정한 값을 유지하지만, 에어펌프의 고장 즉 미 작동시엔 공기를 공급하지 않고 또는 EHC 시스템의 라인 누설이나 막힘의 발생 시 일정 온도에 도달하지 못하거나 또는 일정 값으로 포화상태(Saturation) 되지 않고 계속 증가함에 기인하기 때문이다.

이로부터 상기 EHC 시스템은 Euro7 강화배기 규제에 대응한 가열장치 내장형 EHC 시스템의 시스템 진단 규정을 별도의 온도센서로 충족한다.

일본공개특허 JP 1998-047130

하지만, 상기 EHC 시스템은 시스템 내부에 온도센서를 구비하지 않는 구조이므로 에어펌프의 미 작동에 따른 히터의 과열을 진단하려면 온도센서가 추가되어야 만 한다.

이로 인하여 EHC 시스템은 온도센서 추가로 인한 비용 상승을 가져오고, 특히 온도센서를 시스템 내부로 설치하여야 함으로써 EHC 두께가 커질 수밖에 없다는 한계를 가지고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 에어펌프가 작동되지 않는 상황에서 EHC 내부에서 가동된 히터 저항 측정으로 온도 검출값 없이 EHC 내부 과열 진단이 이루어지고, 특히 히터의 작동저항 모니터링으로 정상/과열온도 저항의 상호 비교방식을 통해 온도센서가 대체됨으로써 온도센서로 인한 비용 추가 및 EHC 두께 증가가 방지되는 EHC 시스템 과열 진단 방법 및 차량 배기 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EHC 과열 진단 방법은 차량의 키 온 시 엔진 상태에 따른 진입 조건이 진단 컨트롤러에 의해 확인되고, 히터가 구동되는 단계; 상기 히터의 작동저항이 설정 저항값 이상에서 시간간격을 두고 에어펌프의 구동과 중지가 수회 반복되고, 상기 시간간격마다 측정된 히터 저항값에 대한 히터 저항차로 저항 감소 미발생 여부가 확인되는 단계; 및 상기 저항 감소 미발생으로 EHC 시스템 이상이 확인되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 키 온은 배기가스 발생이 없는 엔진의 미가동 상태이며, 상기 히터는 EHC의 내부에서 작동된다.

바람직한 실시예로서, 상기 진입 조건은 엔진 소킹, 외기온, 엔진 냉각수온, 히터 온 및 에어펌프 온 중 하나 이상의 신호가 적용 된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 소킹의 엔진오프시간, 상기 외기온과 상기 엔진 냉각수온의 온도조건은 상기 히터의 구동을 결정하며, 상기 히터는 20초 동안 구동된다.

바람직한 실시예로서, 상기 설정 저항값은 0.5Ω이상이 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 에어펌프의 수회 반복은 상기 에어펌프를 1초 동안 구동하는 3회 반복 횟수이고, 상기 시간간격은 600초로 설정되어 상기 3회 반복 횟수를 형성하며, 상기 히터 저항값의 측정은 상기 3회 반복 횟수 동안 1회 펌프 구동의 R1과 R2, 2회 펌프 구동의 R3와 R4 및 3회 펌프 구동의 R5와 R6로 구분되고, 상기 히터 저항차는 히터 저항값 차인 R1-R2, R3-R4, R5-R6로 구분된다.

바람직한 실시예로서, 상기 R1과 R2의 저항값, 상기 R3와 R4의 저항값 및 상기 R5와 R6의 저항값은 시간 경과를 갖고 측정되며, 상기 시간 경과는 상기 에어펌프의 구동 후 중지 상태에서 1초로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 R1-R2의 히터 저항차, 상기 R3-R4의 히터 저항차, 상기 R5-R6의 히터 저항차는 0Ω으로 설정되며, 상기 저항 감소 미발생은 0Ω 미만으로 확인된다.

바람직한 실시예로서, 상기 EHC 시스템 이상은 상기 시간간격을 적용한 후 상기 저항 감소 미발생에 대한 카운트 횟수로 확인되고, 상기 시간간격은 600초로 설정되며, 상기 카운트 횟수는 3회 이상으로 설정된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 배기 시스템은 배기가스가 흐르는 배기라인; 상기 배기라인에 설치된 산소센서, 상기 배기라인과 연결된 에어 라인으로 공기를 보내주는 에어 펌프, 상기 에어 라인이 통로를 개방하는 스위칭 밸브, 상기 스위칭 밸브의 밸브 전단 압력을 검출하는 압력 센서, 배기가스를 정화하는 EHC 및 히터로 구성된 EHC 시스템; 및 키 온에 따른 진입 조건에서 구동된 상기 히터의 작동저항을 설정 저항값 이상으로 확인하고, 에어펌프의 구동과 중지를 수회 반복한 시간간격마다 측정된 히터 저항값에 대한 히터 저항차로 확인한 저항 감소 미발생의 일정 이상 카운트 횟수로 EHC 시스템 이상을 확인하는 진단 컨트롤러가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 히터는 상기 EHC에 내장되며, 상기 EHC는 TWC와 일체로 구성된다.

이러한 본 발명의 차량 배기 시스템에 적용된 EHC 시스템의 과열 진단 방법은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, EHC 시스템이 에어펌프의 고장 상황에서 가열장치인 히터가 가동되더라도 가열장치의 작동저항으로 시스템 내부 과열에 따른 밸브 라인 진단이 수행될 수 있다. 둘째, 히터의 작동저항 모니터링을 통한 정상온도 저항과 과열온도 저항의 상호 비교 방식이 온도센서를 대체함으로써 EHC 시스템의 과열 진단에 온도센서가 사용되지 않는다. 셋째, EHC 시스템이 온도센서 없이 구성됨으로써 온도센서로 인한 비용 추가 및 EHC 두께 증가가 방지될 수 있다. 넷째, EHC 시스템이 별도의 센서 없이 고장 진단을 수행함으로써 Euro7 강화배기 규제에 신속하게 대응할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 EHC 과열 진단 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 EHC 과열 진단 제어가 수행되는 차량 배기 시스템의 구성이며, 도 3은 본 발명에 따른 EHC 과열 진단 방법 중 EHC 시스템의 히터 구동 제어 순서도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 EHC 과열 진단 방법 중 EHC 시스템의 히터 작동저항 측정 제어의 순서도이며, 도 7은 본 발명에 따른 EHC 과열 진단 방법 중 EHC 시스템 이상 확인 제어의 순서도이고, 도 8은 본 발명에 EHC 과열 진단 제어 시 차량 배기 시스템의 작동 상태이며, 도 9는 본 발명에 따른 차량 배기 시스템의 진단 컨트롤러에 적용된 구성부의 작동상태이고, 도 10은 본 발명에 따른 히터 작동저항 특성 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, EHC 라인 누설 진단 방법은 S10의 EHC 시스템의 히터 구동 후 S20의 EHC 시스템의 히터 작동저항 측정을 통해 S50의 내부 온도 과열에 따른 EHC 시스템 이상 확인이 이루어진다. 이 경우 차량은 연료가 공급되지 않는 엔진 미 가동 상태의 키 온(key-on) 상태이며, 배기 라인은 엔진에서 배기가스 발생이 없으므로 배기가스가 흐르지 않는 상태이다.

일례로 상기 EHC 히터 구동(S10)은 누설진단을 하기 위한 히터 구동 전에 엔진오프시간과 온도(예, 냉각수온 및 외기온)로 엔진이 놓여진 상태를 확인하고, 이를 통해 일정시간 동안 수행된다.

일례로 상기 EHC 히터 작동저항 측정(S20)은 히터(20)(도 2 참조)의 공기 가열과 짧게 구동시킨 에어펌프(14)(도 2 참조)에 의한 배기라인 내 공기 흐름 형성 후 히터의 작동저항 값을 측정함으로써 EHC 내부 온도 및 과열여부를 알 수 있게 한다.

그러므로 상기 EHC 시스템 이상 확인(S50)은 히터의 작동저항 값을 이용한 타임 카운트(Time Count)로 EHC 내부 온도 과열에 따른 EHC 시스템 이상이 검증된다.

이와 같이 상기 EHC 과열 진단 방법은 가열장치인 히터가 시용되어 엔진 가동에 의한 고온 배출가스노출로 장착이 어려운 온도센서를 사용하지 않음으로써 EHC 시스템의 과열 진단이 매우 용이하게 이루어질 수 있다.

한편 도 2를 참조하면, 차량(1)은 흡기 시스템(5)과 연계된 배기 시스템(2)에 EHC 시스템(Electric Heated Catalyst System)(10)을 함께 구성한다.

일례로 상기 배기 시스템(2)은 배기가스가 흐르는 배기 라인(3)과 배기가스를 정화하는 촉매(4)를 포함하고, 상기 흡기 시스템(5)은 흡기 매니폴드(6)와 배기 매니폴드(7) 및 VGT(Variable Geometry Turbocharger)(8)를 포함한다.

그러므로 상기 배기 라인(3)은 배기 매니폴드(7)와 연결된 VGT(8)의 출구쪽에서 이어지고, 상기 촉매(4)는 TWC(Three Way Catalyst)(4a), GPF(Gasoline Particulate Filter)(4b) 및 PSCR(Photo Selective Catalytic Reduction)(4c)로 구성되어 배기 라인(3)에 순차적으로 설치된다. 이 경우 상기 TWC(4a)는 EHC(Electric Heated Catalyst)(17)와 함께 구성된다. 또한, 약 -40 ~ 1000℃의 EHC 업스트림(Upstream) 용 온도센서와 EHC 다운스트림(Downstream) 용 온도센서가 TWC(4a)의 후단쪽에 설치되고, 약 -40 ~ 1000℃의 GPF 다운스트림(Downstream) 용 온도센서가 GPF(4b)의 후단쪽에 설치된다.

그리고 상기 VGT(8)는 고 토크와 고 출력화를 도모하면서 저속 토크 마진을 동시에 얻을 수 있는 터보 바이패스 공기량 조정 장치로서, 흡기 매니폴드(6)와 배기 매니폴드(7) 사이를 연결한다. 이 경우 상기 흡기 매니폴드(6)는 신기를 엔진(도시되지 않음)으로 공급하며, 상기 배기 매니폴드(7)는 엔진(도시되지 않음)에서 나온 배기가스를 VGT(8)의 후단을 통해 배기라인(3)으로 보내준다.

그러므로 상기 배기 시스템(2)과 상기 흡기 시스템(5)은 일반적으로 차량에 적용된 장치이다.

구체적으로 상기 EHC 시스템(10)은 에어 라인(13)으로 에어 클리너(19)와 배기라인(3)을 이어주고, 산소 센서(11)와 함께 상기 에어 라인(13)에 설치된 에어 펌프(14), 스위칭 밸브(15), 압력센서(16), EHC(Electric Heated Catalyst)(17) 및 히터(20)로 구성되며, 진단 컨트롤러(100)로 제어된다. 이 경우 상기 에어 클리너(19)는 외기를 정화하여 이물질 없는 신기로 흡기 매니폴드(6)에 공급한다.

일례로 상기 산소 센서(11)는 배기 라인(3)과 이어진 EHC(17)의 전단 및 후단(도 9 참조)에 각각 위치되고, 배기 시스템(2)의 촉매 활성화를 위한 배기가스 내 산소 농도를 측정한다.

그리고 상기 에어 펌프(14)는 에어 라인(13)과 에어 클리너(19)를 연결하여 배기라인(3)으로 공기를 공급하고, 공기 공급을 원활하도록 약 15kg/h의 대용량 에어 펌프이다. 상기 스위칭 밸브(15)는 솔레노이드 밸브 타입으로 에어 펌프(14)의 후단에서 에어 라인(13)에 설치되어 공기흐름을 형성하거나 차단한다. 상기 압력센서(16)는 밸브 업스트림(Valve Upstream,)용으로 약 0.5~1.0bar의 상대압을 검출한다.

또한, 상기 EHC(17)는 저항 온도 특성 곡선(resistance temperature characteristic curve)을 이용한 EHC 온도 확인이 이루어지고, 전류(current)와 전압(voltage)에 따라 HEV(hybrid electric vehicle)용 4kW@48v 타입 EHC 및 ICE(Internal Combustion Engine)용 4~6 kW@48v 타입 EHC로 구분되는 배기가스 정화용 촉매이다. 이 경우 상기 EHC(17)는 배기 시스템(2)의 TWC(4a)와 함께 일체화됨으로써 차량(1)의 냉시동시에 배기 유해 성분의 저감 효과를 높여 준다.

특히 상기 히터(20)는 EHC 내부 장착 상태에서 진단 컨트롤러(100)의 전원 공급 제어로 발열되고, 히터 작동저항의 저항 값이 진단 컨트롤러(100)가 직접 검출하거나 저항측정 센서 검출로 진단 컨트롤러(100)로 전송될 수 있다. 이 경우 상기 히터(20)의 작동저항은 에어펌프(14)의 공기 공급 시 일정 기울기로 증가하다가 더 이상 증가하지 않고 일정한 값을 유지하는 반면 에어펌프(14)의 고장으로 공기 공급이 이루어지지 않거나 시스템 라인의 누설이나 막힘 발생 시 일정한 온도에 도달하지 못하거나 계속 증가하는 저항 특성을 갖는다.

일례로 상기 진단 컨트롤러(100)는 시동 키의 온/오프(On/Off)를 감지하고, EHC 시스템의 히터 구동(S10)/EHC 시스템의 히터 작동저항 측정(S20)/EHC 시스템 이상 확인(S50)의 구체적인 고장 진단 로직을 내장한 메모리를 갖춘 중앙처리 장치로 작동한다.

그러므로 상기 진단 컨트롤러(100)는 차량(1)에서 확인한 차량정보(A)와 함께 EHC 시스템(10)에서 검출한 EHC 시스템 정보(B)로 고장 진단 로직을 수행하고, 그 처리 결과를 출력한다. 이 경우 상기 차량정보(A)는 시동 키 온/오프, 엔진 소킹 타입, 외기온, 시동키 오프 시간, 에어 펌프(14)/스위칭 밸브(15)/산소 센서 히터의 온/오프 신호이며, 상기 EHC 시스템 정보(B)는 히터(20)의 작동 저항값과 함께 산소 센서(11)의 신호/온도값 및 압력센서(16)의 측정값을 포함한다.

특히 상기 진단 컨트롤러(100)는 PWM 출력으로 스위칭 밸브(15)를 제어하고, 에어 펌프(14)의 구동 시 스위칭 밸브 온(on)으로 에어라인(12)에 공기 흐름을 만들어 주는 반면 에러펌프(14)의 미작동 시 스위칭 밸브 오프(off)로 에어라인(12)으로 역류가스(즉, 배기 가스)를 차단하여 준다.

이하 상기 EHC 과열 진단 방법은 도 2 내지 도 10을 통해 구체화된다. 이 경우 제어주체는 진단 컨트롤러(100)이고, 제어대상은 EHC 시스템(10)의 히터(20), 에어펌프(14) 및 스위칭 밸브(15) 중 하나 이상이다.

먼저 진단 컨트롤러(100)는 EHC 시스템의 히터 구동(S10)을 S11~S12의 엔진오프(Off) 시간 확인 단계, S13~S14의 외기온도 확인 단계, S15~S16의 냉각수온 확인 단계, S17의 EHC 시스템의 히터(heater) 작동 단계로 수행된다. 이 경우 상기 엔진오프 시간 및 상기 외기온의 기준은 일반적으로 배기가스의 EM(Emission Material) 측정 시 환경기준을 적용한다.

도 2의 EHC 시스템(10)을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)는 에어 펌프(14)의 미작동 및 스위칭 밸브(15)의 오프(off)로 EHC 시스템(10)을 제어하면서 오진단 방지 조건 충족 확인 후 EHC(17)의 히터(20)에 전원을 공급하여 준다. 이 경우 상기 전원은 차량(1)에 탑재된 배터리(도시되지 않음)에서 공급될 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)의 고장 판단부(102)는 엔진 소킹 시간(Soaking time), 외기온, 엔진냉각수온, 에어펌프 온(on) 및 EHC 히터 온(heater on) 등을 진입 조건으로 확인하고, 이로부터 엔진 소킹 시간, 외기온 및 엔진냉각수온의 조건 성립 시 EHC 히터 온(heater on) 신호를 출력한다. 이 경우 상기 엔진 오프 시간은 약 6시간이상, 상기 외기온은 약 10℃ 이내 및 상기 냉각수온과 상기 외기온의 온도차(냉각수온-외기온)는 약 15℃ 미만으로 설정될 수 있다. 그리고 상기 엔진 소킹 상태에서 소킹(Soaking)은 엔진 꺼짐(즉, 엔진 시동이 오프(Off)된 이후)과 같이 엔진에 신기 공급이 이루어지지 않음을 의미하고, 엔진의 소킹(Soaking) 상태 또는 시간은 주차 상태 또는 주차 시간이다.

특히 상기 스로틀 센서 값은 사용하지 않는 이유는 차량이 키 온(key-on) 시 엔진 미 가동 상태에서 이루어짐으로써 연료 공급이 없는 상태이기 때문이다. 그리고 상기 에어펌프(14)은 히터 가동 후 작동되기 때문이다.

일례로 상기 엔진오프시간 확인(S11~S12)은 읽어온 엔진오프시간(S11)이 설정시간(A)을 기준하여 6H(Hour) 이상(S12)으로 이루어지고, 상기 외기온도 확인(S13~S14)은 외기온에 놓여진(즉, 실외 상태) 시간 경과 상태에서 읽어온 외기온도값(S13)이 설정온도(B)를 기준하여 -10℃ 미만(S14)으로 이루어지며, 상기 냉각수온 확인(S15~S16)은 읽어온 냉각수온도값(S15)을 외기온도값에서 뺀 냉각수온과 외기온의 온도차이값(C)을 기준하여 +15℃ 미만(S16)로 이루어진다.

이와 같이 상기 고장 판단부(102)는 엔진오프시간이 6시간(H) 미만이거나 또는 외기온이 -10℃ 미만이거나 또는 냉각수온과 외기온 차가 +15℃ 이상인 경우를 확인할 수 있다. 그러면 상기 진단 컨트롤러(100)는 진입조건이 확립되지 않은 경우로 판단하여 제어를 중단한다. 반면 상기 고장 판단부(102)는 엔진 오프 시간이 6시간(H) 이상인 상태에서 외기온이 -10℃이상 이면서 냉각수온과 외기온 차가 +15℃ 미만인 경우를 확인할 수 있다. 그러면 상기 진단 컨트롤러(100)는 진입조건이 확립된 경우로 판단하여 EHC 히터를 작동하여 준다.

도 8 및 도 9의 EHC 시스템(10)의 작동을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터(20)로 전원을 공급함으로써 EHC 히터 작동(S17)을 수행한다.

일례로 상기 진단 컨트롤러(100)는 약 20초 동안 히터(20)에 전원 공급을 유지하여 EHC 히터 작동(S17)을 수행한다.

이어 상기 진단 컨트롤러(100)는 EHC 시스템의 히터 작동저항 측정(S20)으로 진입한다. 이 경우 상기 히터 작동저항 측정(S20)은 도 4 내지 도 6으로 구현된다.

도 4를 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 작동저항 측정(S20)은 S21~S22-1의 히터 작동저항 확인 단계, S26의 1차 히터 저항 읽음 단계, S24~S25의 1차 에어펌프 구동 단계, S26의 2차 히터 저항 읽음 단계, S27~S27-2의 1차 히터 저항 판단 단계, S28의 EHC 시스템 정상 확인 단계로 수행된다.

도 8 및 도 9의 EHC 시스템(10)의 작동을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)의 고장 판단부(102)는 진입조건에서 확인한 EHC 히터 온(on) 및 펌프 온(on) 신호로 히터(20)와 에어 펌프(14)를 구동하면서 밸브 온(on) 신호로 스위칭 밸브(15)를 열어 에어라인(13)과 배기 라인(3)을 연통시켜 준다.

그러면 상기 에어 펌프(14)를 통해 에어 클리너(19)에서 나온 공기가 에어라인(13)을 통해 배기 라인(3)으로 공급되고, 상기 배기 라인(3)으로 들어온 공기는 히터(20)로 가열되면서 EHC(17), TWC(4a), GPF(4b) 및 PSCR(4c)를 지나 배기 라인(3)으로 빠져 나간다.

즉, 상기 공기는 ⓐ[에어 펌프(14)]->ⓑ[스위칭 밸브(15)]->ⓒ[EHC(17)]->ⓓ[TWC(4a)]->ⓔ[GPF(4b)]->ⓕ[PSCR(4c)]를 거쳐 에어라인(13)과 배기 라인(3)으로 흐른다. 이 경우 “->”는 공기 진행의 순서를 의미한다.

도 10을 참조하면, 상기 히터(20)의 가동으로 상승된 EHC 내부 온도가 에어펌프(14)의 구동 결과로 히터 저항값과 온도값이 변화됨을 알 수 있다.

일례로 상기 히터 작동저항 확인(S21~S22-1)은 읽어온 히터 작동저항 측정값(S21)이 설정 저항값(F)을 기준하여 0.5Ω이상 확인(S22)으로 이루어진다.

그 결과 상기 진단 컨트롤러(100)는 저항 측정값이 0.5Ω 미만인 경우 S22의-1 신호값이상으로 판정함으로써 제어를 중단하고, 반면 저항 측정값이 0.5Ω 이상인 경우 S23의 1차 히터 저항 읽음 단계로 진입한다.

일례로 상기 1차 히터 저항 읽음(S23)은 히터 가동 후 에어펌프 가동 전이므로 R1 히터 저항으로 정의되고, 상기 2차 히터 저항 읽음(S26)은 에어펌프 가동 후 이므로 R2 히터 저항으로 정의된다.

일례로 상기 1차 에어펌프 구동(S24~S25)은 에어펌프(14)를 E초 동안 구동하여 공기를 공급한 다음, 펌프 구동 후 경과시간을 G초 동안 유지한다. 이 경우 상기 E초는 약 1초를 적용하고, 상기 G초는 약 1초를 적용한다.

일례로 상기 1차 히터 작동저항 판단(S26~S27-2)은 1,2차 히터 저항 값에 대해 저항 설정값(H)을 기준하여 히터 저항차(R1-R2)가 0Ω 이상임을 확인(S27)한다.

그 결과 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 저항차(R1-R2)가 0Ω 이상인 경우 정상적인 상태인 히터 저항 감소(Drop) 이므로 EHC 시스템 정상 상태(S28)에서 S30의 1차 대기시간 적용 단계로 진입한다. 반면 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 저항차(R1-R2)가 0Ω 미만인 경우 S27-1의 저항 drop 미발생으로 판정하고, S27-2의 저항 이상 카운터 1회 설정(예, Counter = counter+1) 후 S30의 대기시간 적용 단계로 진입한다.

도 5를 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 작동저항 측정(S20)을 S30의 1차 대기시간 적용 후 지속한다.

도 8 및 도 9의 EHC 시스템(10)의 작동을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)의 고장 판단부(102)는 저항 측정부(101)의 시간 간격 신호를 인지하여 히터 작동저항 측정(S20)을 지속한다.

일례로 상기 1차 대기시간 적용(S30)은 시간 설정값(g)을 약 600초로 하고, 600초 경과 후 S31의 3차 히터 저항 읽음 단계, S32~S33의 2차 에어펌프 구동 단계, S34의 4차 히터 저항 읽음 단계, S35~S35-2의 2차 히터 저항 판단 단계, S36의 EHC 시스템 정상 확인 단계로 수행된다.

일례로 상기 3차 히터 저항 읽음(S23)은 1차 대기시간 경과이므로 R3 히터 저항으로 정의되며, 상기 4차 히터 저항 읽음(S34)은 에어펌프 가동 후 이므로 R4 히터 저항으로 정의된다.

일례로 상기 2차 에어펌프 구동(S32~S33)은 에어펌프(14)를 E초 동안 구동하여 공기를 공급한 다음, 펌프 구동 후 경과시간을 G초 동안 유지한다. 이 경우 상기 E초는 약 1초를 적용하고, 상기 G초는 약 1초를 적용한다.

일례로 상기 2차 히터 작동저항 판단(S35~S35-2)은 3,4차 히터 저항 값에 대해 저항 설정값(H)을 기준하여 히터 저항차(R3-R4)가 0Ω 이상임을 확인(S35)한다.

그 결과 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 저항차(R3-R4)가 0Ω 이상인 경우 정상적인 상태인 히터 저항 감소(Drop) 이므로 EHC 시스템 정상 상태(S36)에서 S40의 2차 대기시간 적용 단계로 진입한다. 반면 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 저항차(R1-R2)가 0Ω 미만인 경우 S35-1의 저항 drop 미발생으로 판정하고, S35-2의 저항 이상 카운터 1회 설정(예, Counter = counter+1) 후 S40의 2차 대기시간 적용 단계로 진입한다.

도 6을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 작동저항 측정(S20)을 S40의 2차 대기시간 적용 후 지속한다.

일례로 상기 2차 대기시간 적용(S40)은 시간 설정값(g)을 약 600초로 하고, 600초 경과 후 S41의 5차 히터 저항 읽음 단계, S42~S43의 3차 에어펌프 구동 단계, S44의 6차 히터 저항 읽음 단계, S45~S45-2의 3차 히터 저항 판단 단계, S46의 EHC 시스템 정상 확인 단계로 수행된다.

일례로 상기 5차 히터 저항 읽음(S41)은 2차 대기시간 경과이므로 R5 히터 저항으로 정의되고, 상기 6차 히터 저항 읽음(S44)은 에어펌프 가동 후 이므로 R6 히터 저항으로 정의된다.

일례로 상기 3차 에어펌프 구동(S42~S43)은 에어펌프(14)를 E초 동안 구동하여 공기를 공급한 다음, 펌프 구동 후 경과시간을 G초 동안 유지한다. 이 경우 상기 E초는 약 1초를 적용하고, 상기 G초는 약 1초를 적용한다.

일례로 상기 3차 히터 작동저항 판단(S45~S45-2)은 5,6차 히터 저항 값에 대해 저항 설정값(H)을 기준하여 히터 저항차(R5-R6)가 0Ω 이상임을 확인(S45)한다.

그 결과 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 저항차(R5-R6)가 0Ω 이상인 경우 정상적인 상태인 히터 저항 감소(Drop) 이므로 EHC 시스템 정상 상태(S46)에서 S50의 EHC 시스템 이상 확인 단계로 진입한다. 반면 상기 진단 컨트롤러(100)는 히터 저항차(R5-R6)가 0Ω 미만인 경우 S45-1의 저항 drop 미발생으로 판정하고, S45-2의 저항 이상 카운터 1회 설정(예, Counter = counter+1) 후 S50의 EHC 시스템 이상 확인 단계로 진입한다.

도 7을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)는 EHC 시스템 이상 확인(S50)을 S51의 일정간격으로 히터저항 모니터링 단계, S52의 저항 이상 카운터 횟수 확인 단계, S53의 EHC 시스템 이상 있음 판정 단계로 수행한다.

도 8 및 도 9의 EHC 시스템(10)의 작동을 참조하면, 상기 진단 컨트롤러(100)의 고장 판단부(102)는 저항 측정부(101)의 시간 간격 신호를 인지하여 EHC 시스템 이상 확인(S50)을 진행한다.

일례로 상기 EHC 시스템 이상 확인(S50)은 S51의 히터저항 모니터링을 시간 설정값(g) 동안 수행하고, S52의 저항 이상 카운터 횟수를 확인한 후 S53의 EHC 시스템 이상 있음을 확인하여 이루어진다. 이 경우 상기 히터저항 모니터링(S51)의 시간 설정값(g)은 S30/S40의 단계에서 적용됨과 같이 약 600초로 설정하며, 상기 저항 이상 카운터 횟수(S52)는 3회 카운트 횟수로 설정된다.

이와 같이 상기 EHC 시스템 이상 있음 확인(S53)은 히터(20)에서 검출한 저항값에 기반 하여 S35-1,35-2/S45-1,45-2의 단계에서 발생된 저항 감소(Drop) 미발생에 대한 반복 횟수인 카운터(Counter)가 저항 이상 카운터 설정값(J)을 기준으로 하여 이루어진다. 이 경우 상기 저항 이상 카운터 설정값(J)은 3회의 카운트 횟수로 적용한다.

그 결과 상기 진단 컨트롤러(100)는 저항 이상 카운터 설정값(J)인 3회의 카운트 횟수 또는 그 이상 횟수 동안 저항 감소(Drop) 미발생이 계속적으로 확인된 경우, EHC 시스템 이상 있음(S53)을 확증하여 EHC 시스템 이상으로 판정한다.

반면 상기 진단 컨트롤러(100)는 저항 이상 카운터 설정값(J)인 3회의 카운트 횟수 또는 그 이상 횟수 동안 저항 감소(Drop) 미발생이 지속되지 않은 경우, EHC 시스템 이상 확인(S50)을 종료함으로써 S28/S36/S46의 EHC 시스템 정상을 확증한다.

이후 상기 진단 컨트롤러(100)는 EHC 시스템(10)이 정상이므로 히터 가열로 영향을 받은 산소센서(11)의 신호값/온도값이 초기 값으로 복귀되도록 에어펌프(14)를 약 12 초 구동하고, 이후 키 온(S10)의 상태에서 엔진 시동이 없는 경우 추가적으로 에어펌프(14)를 약 12초 더 구동하여 준다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량 배기 시스템(2)에 적용된 EHC 과열 진단 방법은 차량의 키 온(Key On) 시 진입 조건을 확인한 진단 컨트롤러(100)에 의해 EHC(Electric Heated Catalyst) 내부에서 구동된 히터(20)의 작동저항을 설정 저항값(F) 이상으로 확인하고, 에어펌프(14)의 구동과 중지를 수회 반복한 시간간격마다 측정된 히터 저항값(R1,R2,R3,R4,R5,R6)에 대한 히터 저항차(R1-R2, R3-R4, R5-R6)로 확인한 저항 감소(Drop) 미발생의 일정 이상 카운트 횟수로 EHC 시스템 이상이 확인됨으로써 EHC 시스템(10)의 과열 진단이 이루어지고, 특히 엔진 미 가동으로 배기가스 생성 없이 고장진단이 이루어짐으로써 고온의 배출가스에 노출 되는 산소센서 장착의 어려움 해소 및 미 적용이 가능하다.

1 : 차량
2 : 배기 시스템 3 : 배기 라인
4 : 촉매 4a : TWC
4b : GPF 4c : PSCR
5 : 흡기 시스템 6 : 흡기 매니폴드
7 : 배기 매니폴드 8 : VGT
10 : EHC 시스템
11 : 산소 센서 13 : 에어 라인
14 : 에어펌프 15 : 스위칭 밸브
16 : 압력센서 17 : EHC
19 : 에어 클리너 20 : 히터
100 : 진단 컨트롤러 101 : 저항 측정부
102 : 고장 판단부

Claims

차량의 키 온(Key On) 시 엔진 상태에 따른 진입 조건이 진단 컨트롤러에 의해 확인되고, 히터가 구동되는 단계;
상기 히터의 작동저항이 설정 저항값 이상에서 시간간격을 두고 에어펌프의 구동과 중지가 수회 반복되고, 상기 시간간격마다 측정된 히터 저항값에 대한 히터 저항차로 저항 감소(Drop) 미발생 여부가 확인되는 단계; 및
상기 저항 감소(Drop) 미발생으로 EHC 시스템 이상이 확인되는 단계
가 포함되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 키 온(Key On)은 배기가스 발생이 없는 엔진의 미가동 상태인 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 히터는 EHC(Electric Heated Catalyst)의 내부에서 작동되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 진입 조건은 엔진 소킹(Soaking), 외기온, 엔진 냉각수온, 히터 온(on) 및 에어펌프 온(on) 중 하나 이상의 신호가 적용되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 엔진 소킹의 엔진오프시간, 상기 외기온과 상기 엔진 냉각수온의 온도조건은 상기 히터의 구동을 결정하는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 히터는 설정된 기준 시간 동안 구동되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 설정 저항값은 설정된 기준 저항값 이상인 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 에어펌프의 수회 반복은 상기 에어펌프를 1초 동안 구동하는 3회 반복 횟수이고,
상기 3회 반복 횟수는 상기 시간간격은 설정된 기준 대기 시간 동안 수행하며,
상기 히터 저항값의 측정은 상기 3회 반복 횟수 동안 1회 펌프 구동시 히터 저항값의 R1과 R2, 2회 펌프 구동시 히터 저항값의 R3와 R4 및 3회 펌프 구동시 히터 저항값의 R5와 R6로 구분되고,
상기 히터 저항차는 히터 저항값 차인 R1-R2, R3-R4, R5-R6로 구분되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 R1과 R2의 저항값, 상기 R3와 R4의 저항값 및 상기 R5와 R6의 저항값은 시간 경과를 갖고 측정되며,
상기 시간 경과는 상기 에어펌프의 구동 후 중지 상태에서 1초로 설정되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 R1-R2의 히터 저항차, 상기 R3-R4의 히터 저항차, 상기 R5-R6의 히터 저항차는 0Ω으로 설정되며,
상기 저항 감소(Drop) 미발생은 0Ω 미만으로 확인되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 EHC 시스템 이상은 상기 시간간격을 적용한 후 상기 저항 감소(Drop) 미발생에 대한 카운트 횟수로 확인되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 시간간격은 설정된 기준 대기 시간을 적용하는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 카운트 횟수는 3회 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 EHC 과열 진단 방법.
배기가스가 흐르는 배기라인;
상기 배기라인에 설치된 산소센서, 상기 배기라인과 연결된 에어 라인으로 공기를 보내주는 에어 펌프, 상기 에어 라인이 통로를 개방하는 스위칭 밸브, 상기 스위칭 밸브의 밸브 전단 압력을 검출하는 압력 센서, 배기가스를 정화하는 EHC(Electric Heated Catalyst) 및 히터로 구성된 EHC(Electric Heated Catalyst) 시스템; 및
키 온(Key On)에 따른 진입 조건에서 구동된 상기 히터의 작동저항을 설정 저항값 이상으로 확인하고, 상기 에어펌프의 구동과 중지를 수회 반복한 시간간격마다 측정된 히터 저항값에 대한 히터 저항차로 확인한 저항 감소(Drop) 미발생의 일정 이상 카운트 횟수로 EHC 시스템 이상을 확인하는 진단 컨트롤러
가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 배기 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 히터는 상기 EHC에 내장되는 것을 특징으로 하는 차량 배기 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 EHC는 TWC(Three Way Catalyst)와 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 배기 시스템.