KR100962875B1

KR100962875B1 - 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100962875B1
Application number: KR1020080079750A
Authority: KR
Inventors: 마코토 요코야마
Original assignee: 현대자동차일본기술연구소; 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-08-14
Also published as: KR20100021047A

Abstract

본 발명은 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내연기관의 배기통로에 설치된 촉매의 열화 판정 정밀도를 향상시킬 수 있도록 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계와; 예측된 F/C 개시 시간내에 리어 산소센서의 이론공연비 상당의 전압을 리치(Rich)쪽으로 변동(Shift)키는 리치 시프트(Rich Shift)를 실시하는 단계와; 상기 리어 산소센서의 출력이 소정의 지연시간을 가지며 리치(Rich)쪽으로 변동한 후, F/C 개시가 이루어지는 단계와; F/C 직후, 프론트 산소센서의 출력이 소정값 이하이면 타이머 카운트를 개시하는 단계와; 상기 리어 산소센서의 출력이 소정값 이하이면 타이머 카운트를 종료하는 단계와; 상기 타이머 카운트된 값이 소정값 이하이면 촉매가 열화된 것으로 판정하고, 소정값 이상이면 촉매 열화가 아닌 것으로 판정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치 및 방법을 제공한다.

촉매, 내연기관, 열화, 진단, 장치, 방법, 리치 시프트, 산소센서

Description

내연기관용 촉매의 열화 진단 장치 및 방법{Catalyst deterioration diagnosis device and method}

통상적으로, 내연기관 배기계의 촉매 상류측에 산소(O₂)센서를 설치하고, 이 산소센서의 출력을 토대로 내연기관에서 배출되는 에미션(Emission)을 이론공연비(stoichiometry)에 피드백 제어함에 따라, 촉매의 정화능력이 유효하게 사용되는 기술이 알려져 있다.

여기서, 상기 촉매의 정화효율이 저하되면, 촉매 하류의 에미션(Emission)이 악화되고, 대기중으로 유해물질을 방출하게 되는데, 이러한 점을 감안하여 북미 등의 법 규제에서는 촉매의 열화를 검출/표시하여 수리를 촉구하는 기능을 차량에 갖 추는 것을 의무화하고 있다.

삼원촉매(Three-Way Catalyst)는 산소를 흡착/방출하는 작용을 가지고 있으며, 촉매 내 산소농도분위기가 이론공연비보다도 낮으면(Lean) 산소를 흡착하고, 반대로 높으면(Rich) 산소를 방출하기 때문에, 촉매 내 산소 농도 분위기를 린(Lean)⇔리치(Rich)로 반복함으로써, 배기정화효율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 삼원촉매의 산소 흡착/방출에는 그 용량(Capacity)이 제한되어 있어, 린(Lean)상태가 오래 지속되거나, 리치(Rich) 상태가 오래 지속될 경우에는 용량(Capacity)를 초과해 버리고, 오히려 배기악화를 초래하게 되고, 이러한 작용을 산소 저장(Storage) 작용이라고 하며, 저장(Storage) 작용의 저하를 검출하는 것으로 촉매의 열화를 판정하고 있다.

예를 들면, 촉매상류측의 공연비와 촉매하류측의 공연비 파형의 차이에서 산소 저장 작용의 저하를 판단하는 방법이 잘 알려져 있지만, 안정된 운전 조건이나 판정까지 비교적 시간을 길게 요구하기 때문에, 보다 단시간에 판정이 가능한 연료컷(Fuel Cut, 이하 F/C라고 기재)시의 열화 진단 방법이 개시되어 있다.

예를 들면, 일본특허(JP-2006-329113)에는, 차량감속시의 F/C가 이루어지면, 촉매상류측의 공연비 파형에 대해 촉매하류측에서는 지연(Delay)기간 만큼 늦어진 위치에서의 공연비 파형이 검출되며, 그 지연 기간을 계측함에 따라 촉매의 열화를 판정하는 발명이 개시되어 있으며, 여기에서는 서로 다른 뱅크(Bank)의 공연비 파형이 간섭할 때에도 그 영향을 받는 일 없이, 내연기관의 운전 상태에 의존하지 않는 적절한 시기에 정확한 지연 기간을 토대로 정확한 촉매 열화 판정을 하는 것이 가능한 촉매 열화 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

그러나, 상기 일본특허(JP-2006-329113)는 F/C 조건이 성립했음에도 F/C를 행하지 않고 연료를 분사하면서 리치 시프트(Rich Shift)를 실시하는 것으로 나타나 있으며, 이로 인하여 첨부한 도 7에 나타낸 것처럼 리어(Rear) 산소센서의 출력이 리치 사이드(Rich Side)로 치우칠 때까지 불필요하게 연료를 분사하게 되고, 이는 연비 악화로 이어지는 문제점을 초래한다.

상기 리치 시프트(Rich Shift)를 행할 때에는, 가능한 천천히 공연비를 변화시키는 쪽이 배기악화를 방지할　수 있지만, 천천히 변화시키면 첨부한 도 8(a)에 나타낸 것처럼 불필요하게 연료를 분사하는 시간이 길어지게 된다.

예를 들면, 연료 낭비를 방지하기 위해 급격히 공연비를 변화시키면 도 8(b)에 나타낸 것처럼 큰 배기 악화를 초래할 우려가 생긴다.

이에, 일본특허(JP-2006-329113)에는 촉매 하류의 산소센서가 리치(Rich) 측으로 변화(Shift)하여 촉매를 모두 소비한 단계에서 F/C를 실시하고 있지만, 상술한 바와 같이 급격하게 리치 시프트(Rich Shift)를 행하거나, 공기유량이 많을 경우 등은 그 만큼 과잉 공연비가 리치(Rich)쪽으로 치우치게 되고, 결국 촉매의 산소 흡착/방출 용량(Capacity)를 초과하여 극단적인 배기악화로 이어질 우려가 있다.

또한, 상술한 바와 같이 리치 시프트(Rich Shift)를 행했을 경우, 운전 상태에 따른 F/C 개시후, 촉매 내 산소농도 분위기가 안정되지 않는다.

즉, F/C 개시에서 촉매내 산소 농도가 린(Lean) 측으로 치우치기 까지 지 연(Delay)이 발생하기 때문에, 첨부한 도 9의 ①~③에 나타낸 것처럼 F/C개시 후의 리어(Rear) 산소센서의 전압은 운전상태나 리치 시프트(Rich Shift) 제어량 등에 의해, 오버샷(Overshoot)량이 흐트러지고 촉매내 산소농도 분위기가 안정되지 않게 되며, 그 때문에 안정된 지연 시간 계측이 어려워 진단 정밀도가 저하될 우려가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 리어 산소센서의 지연 시간에 의한 촉매열화진단에 있어서, F/C 개시와 함께 촉매 내 산소농도분위기를 통일시킴으로써, 산소센서의 리치(Rich)에서 린(Lean)으로의 반전 시간 계측을 통해, 촉매 열화 진단의 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 점을 기반으로, F/C 개시 전에 산소 농도분위기를 안정시키고 진단정밀도를 향상시킬 수 있는 내연기관용 촉매의 열화 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 분기된 각 배기관에 설치된 프리(Pre)촉매와; 상기 각 배기관에서 프리촉매 앞쪽에 장착된 프론트 산소센서와; 상기 분기된 배기관이 합쳐진 합류부 배기관에 장착된 메인촉매와; 상기 합류부 배기관에서 메인촉매 앞쪽에 장착된 리어 산소센서와; 유입흡기량을 검 출하는 에어 흐름센서와; 내연기관의 회전속도를 검출하는 회전속도센서와; 차량의 속도를 검출하는 차속센서와; 악셀러레이터의 밟는 양을 검출하는 액셀페달위치센서와; 상기 각 센서들의 신호를 수신하는 ECU와; 상기 ECU에 연결되는 전방 장애물 검출수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치를 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 전방 장애물 검출수단은 전방 장해물과의 거리 및 방위를 검출하는 수단으로서, 장애물까지의 방향과 거리를 검출하는 레이다(Radar)센서를 포함하는 레이다 센서 유니트와; 카메라 화상을 통해 전방 환경인식 및 장애물을 검출하는 카메라 유니트와; 자차위치를 특정하고 전방의 도로상황을 검출하는 카 네비게이션 유니트; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계와; 예측된 F/C 개시 시간내에 리어 산소센서의 이론공연비 상당의 전압을 리치(Rich)쪽으로 변동(Shift)키는 리치 시프트(Rich Shift)를 실시하는 단계와; 상기 리어 산소센서의 출력이 소정의 지연시간을 가지며 리치(Rich)쪽으로 변동한 후, F/C 개시가 이루어지는 단계와; F/C 직후, 프론트 산소센서의 출력이 소정값 이하이면 타이머 카운트를 개시하는 단계와; 상기 리어 산소센서의 출력이 소정값 이하이면 타이머 카운트를 종료하는 단계와; 상기 타이머 카운트된 값이 소정값 이하이면 촉매가 열화된 것으로 판정하고, 소정값 이상이면 촉매 열화가 아닌 것으로 판정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 방법을 제공한다.

상기 F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계는: 레이다 센서 유니트에서 전방 주행차량까지의 거리(D)와 상대속도(V)를 기반으로 차간시간(CT)를 산출하는 과정과; 상기 차간시간을 토대로 F/C개시까지의 시간을 예측하는 과정; 으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계는: 카메라 유니트 및/또는 카 네비게이션 유니트에서 전방 장애물과 곡선로(Curve)와의 거리를 검출하여 감속이 필요한지 아닌지 판정을 하는 과정; 상기 차속센서에서 산출된 차속으로부터 곡선로까지의 시간을 산출하는 과정; 차량의 감속 여부를 판정하여 F/C개시까지의 시간을 예측하는 과정; 으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

특히, 운전자의 액셀 페달을 밟고 떼는 습관에 의해 F/C 타이밍을 학습하여 리치 시프트(Rich Shift)의 타이밍을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리치 시프트(Rich Shift)를 개시하기 전, 또는 F/C 개시 전에 기어 위치(Gear Position)을 변경시켜 엔진 회전수를 낮추도록 한 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, F/C 개시와 함께 촉매열화 진단의 열화판정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해지고, 또 불필요한 연료 소비와 배기 가스 악화를 초래하는 일 없이 촉매에 대한 열화 판정이 가능한 장점을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1에 본 발명에 따른 내연기관용 촉매의 열화 진단장치를 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시된 내연기관(1)은 V형 6기통 흡기관 분사형 내연기관으로서, 좌측에 위치한 3기통을 뱅크(Bank)a로 정하고, 우측 3기통을 뱅크(Bank) b로 정하며, 이러한 내연기관은 흡기관 분사형 내연기관이외에 기통내에 직접 연료를 분사하는 통내 분사형도 적용 가능하다.

에어 클리너(2: Air Cleaner)에서 흡입된 공기는 에어 흐름(Air Flow)센서(3)를 통해 트로틀(Throttle) 밸브(4)에서 필요한 유량으로 압축되고, 서지탱크(5: Surge Tank)로 흐른다.

이어서, 상기 공기는 흡기관(15)에서 각 기통으로 분배되어 인젝터(6a,6b: Injector)에서 분사되는 연료와 혼합되며 연소실(8a,8b)로 유입된다.

유입된 혼합기는 점화 플러그(7a,7b)에 의해 착화됨으로써, 연소된 배기가스는 배기관(16a,16b)를 빠져나가 프리(Pre)촉매(10a,10b)를 통과하여 합류부(17)에서 합류된다.

합류된 배기가스는 메인(Main)촉매(11)을 통과하여, 미도시된 소음기를 지나 공기 중으로 방출된다.

한편, 차량에는 제어 프로그램 등을 기억하는 기억장치(ROM/RAM 등), CPU, 타이머 카운터(Timer Couner)등을 갖춘 ECU(14: Engine Control Unit)가 탑재되고, 또한 유입흡기량을 검출하는 에어 흐름센서(3: Air Flow Sensor)와, 내연기관(1)의 회전속도를 검출하는 회전속도센서(12), 내연기관(1)의 냉각수 온도를 검출하는 수온센서(13), 차량의 속도를 검출하는 차속센서(19), 운전자(Driver)의 악셀러레이터(Accelerator)를 밟는 양을 검출하는 액셀페달위치(Accel Pedal Position)센서 (18)가 장착되어 있으며, 상기 좌우 뱅크(Bank)의 배기관에 각각 1개씩 장착된 산소센서(9a,9b,9c)는 이론공연비 당 산소농도를 그 경계로 하여 산소농도가 낮은 쪽(Rich 측)과 높은 쪽(Lean 측)에서 출력을 반전시키는 특성을 가지고 있다.

여기서, 상기 센소센서는 정밀도가 좋은 리니어(Linear)에 공연비를 검출하는 것이 가능한 리니어 A/F 센서를 사용해도 좋다.

상기 ECU(14)는 장애물까지의 방향과 거리를 검출하는 레이다(Radar)센서를 포함하는 레이다 센서 유니트(20)와, 카메라 화상을 통해 전방 환경인식 및 장애물을 검출하는 카메라 유니트(21)와, 자차위치를 특정하고 전방의 도로상황을 검출하는 카 네비게이션 유니트(22: Car Navigation Unit)와 통신선에 의해 연결된다.

여기서 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 촉매 열화 진단방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 촉매 열화 진단방법은 ECU(14)의 제어에 의하여, 첨부한 도 2에 나타낸 플로우 챠트와 같이 진행된다.

먼저, 본 발명의 촉매 열화 진단방법을 위한 선행단계(100)로서 촉매 열화진 단이 이미 실행되었는지 여부를 판정한다.

아직 촉매 열화진단이 미실시일 경우에는 제1단계(101)로 진행하고, 실시 완료일 경우에는 열화진단을 시작하지 않고 종료한다.

제1단계(101)에서, 촉매 열화진단을 실시할 수 있는 상태인지 여부를 판단하기 위한 촉매 열화진단 조건이 성립했는지 여부를 판정한다.

즉, 촉매의 온도가 낮을 경우, 정화효율을 확보할 수 없기 때문에 촉매가 정화효율을 충분히 확보 가능한지를 촉매의 특정온도 등으로부터 판단한다.

예를 들면, 상기 회전속도센서(12), 수온센서(13), 차속센서(19), 액셀페달위치센서(18) 등으로부터 차량의 운전상태나 주행시간 등의 정보를 검출하고 촉매의 추정온도를 산출하여, 촉매 열화진단 조건이 성립했는지를 판단한다.

상기 제1단계(101)에서 촉매 열화진단 조건을 충족하고 있다면, 제2단계(102) 및 제3단계(103)로 진행하여 F/C 예측수단에서 F/C가 실행될 가능성이 있는지를 판정한다.

F/C 예측을 위한 제3단계(103)로서, 상기 레이다 센서 유니트(20)에서 산출된 전방 주행차량까지의 거리(D)와 상대속도(V)를 기반으로 아래의 수학식1로부터 차간시간(CT)를 산출한다.

CT(s)=D(m)/V(m/s)

차간시간(CT)은, 전방 주행차량과의 위치관계를 의미하며, F/C 개시까지의 시간 파라미터로 사용될 수 있다.

따라서, 차간시간(CT)가 어느 정도 짧아진 곳에서 전방 차량에 따라붙는 것이 판단하여, 짧은 시간내에 내연기관(1)에서 F/C가 실시되는 것으로 예측하게 된다.

이에, 내연기관에서 F/C가 이루어진다.

즉, 운전자가 액셀 페달에서 발을 떼는 타이밍은 운전자마다 제각각이지만, 동일한 운전자라면 어느 정도 타이밍이 안정된 것으로 여겨질 수 있고, 특히 운전자의 액셀 페달을 밟고 떼는 습관에 의해 F/C 타이밍을 학습하여 리치 시프트(Rich Shift)의 타이밍을 제어해도 좋다.

다시말해서, 운전자에 의해 상기 차간시간(CT)의 역치를 변경시킨다.

다음으로, 제4단계(104)에서 차간시간(CT)가 소정값 이하인지 여부를 판단, 즉, F/C 개시시간이 소정치 이하이면, 제5단계(105)에서 리어 산소센서의 목표치 변경, 즉 리치 시프트(Rich Shift)를 실시한다.

그 후, 제6단계(106)에서 F/C의 조건이 성립한 경우, 제9단계(109)에서 리어산소센서의 전압이 목표치에 안정하였는지 여부를 판정하고, 제10단계(110)에서 F/C를 개시한다.

만일, 제7단계(107)에서 리치 시프트(Rich Shift) 시간을 카운터하여, 상기와 같은 리치 시프트(Rich Shift)후, 소정시간 이내에 F/C가 실시되지 않을 경우, 다시말해서 제8단계(108)에서 리치 시프트 타이머 카운터(Rich Shift timer Counter)가 소정값 이상이 된 경우에는 산소센서의 리치 시프트(Rich Shift)가 장시간 계속되어 배기 악화를 초래할 가능성이 있기 때문에 그 진단을 중지한다.

한편, 상기 레이다 센서 유니트(20)에 의해 산출되는 차간시간을 토대로 f/C개시까지의 시간을 계측하고 있지만, 예를 들면 카메라 유니트(21) 및/또는 카 네비게이션 유니트(22)에서 전방 장애물과 곡선로(Curve)등을 검출하여 감속이 필요한지 아닌지 판정을 해도 좋다.

보다 상세하게는, 상기 카 네이게이션(22)에서 전방에 곡선로가 있는 것을 인식하되, 카 네이게이션에서는 곡선로까지의 정확한 거리는 검지할 수 없기 때문에 차에 탑재된 카메라에 의해 차선 등을 인식하여 정확한 곡선까지의 거리를 인식하고, 상기 차속센서(10)에서 산출된 차속으로부터 곡선로까지의 시간을 산출함으로써, 감속 여부를 판정하여 F/C개시까지의 시간을 예측할 수 있다.

다음으로, 제10단계(110)에서 F/C를 개시한 후, 제11단계(111)에서는 F/C 직후부터 또는 프론트 산소센서(9a 또는 9b), 혹은 프론트 산소센서(9a 및 9b)의 출력이 소정값 이하인지 판정하고, 소정값 이하이면 제12단계(112)에서 타이머 카운트(Timer Count)를 개시한다.

그 후, 제13단계(113)에서 리어 산소센서(9c) 출력이 소정값 이하인지 판단하고, 소정값 이하이면 제14단계(114)에서 타이머 카운트(Timer Count)를 종료한다.

다음으로, 제15단계(115)에서 상기 타이머 카운트된 값이 소정값 이하이면 촉매가 열화된 것으로 판정하고(116), 소정값 이상이면 촉매 열화가 아닌 것으로 판정함과 함께, 진단종료 플래그(Flag)를 온(On)하여(118)하여, 촉매 열화 진단을 종료한다.

여기서, 상기와 같은 흐름을 진행되는 촉매 열화진단에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 각 뱅크(8a,8b)에서 촉매내의 산소농도분위기가 이론공연비가 되도록 연료분사제어의 피드백 제어를 수행하고 있다.

이때, 리어 산소센서(9c)의 출력을 토대로 피드백 제어를 하는 바, 본 실시예에서는 메인촉매(11) 하류에 산소센서(9c)를 설치하였으나, 프리촉매(10a,10b)의 하류 각각에 산소센서를 설치하여 각 뱅크마다 피드백 제어를 실시해도 좋다.

상기 피드백 제어 중의 프론트 산소센서(9a,9b)는, 도 3의 (a)구간에 나타낸 동작을 반복하는 바, 그 사이 리어 산소센서(9c)는 이론공연비 상당의 전압을 나타낸다.

다음으로, F/C가 예측될 경우에는, 피드백 제어의 목표가 되는 상기 리어 산소센서(9c)의 전압을 리치(Rich)쪽으로 변동(Shift)시킨다.

따라서, 상기 프론트 산소센서(9a,9b)의 출력 전압은 도 3의 (b)구간과 같은 거동을 나타내게 되고, 이에 상기 리어 산소센서(9c)의 출력도 소정의 지연(Delay) 시간을 가지며 리치(Rich)쪽으로 변동(Shift)한다.

이에 따라, 촉매의 산소 소비가 이루저게 되어 산소 흡착량을 감소시키게 된다.

여기서, F/C에 의한 진단에 있어서, F/C개시전에 촉매 내 산소 농도 분위기를 안정시켜두는 것이 중요하며, 안정시켜두는 것에 의해 촉매 열화판정 정밀도를 향상시킬 수 있으므로, 그 때문에 F/C를 예측하고, F/C 전에 리치 시프트(Rich Shift)를 하는 것이 중요한 것이다.

이후, F/C에 의해 도 3의 (c)구간과 같이 프론트 산소센서(9a,9b)가 린(Lean)측으로 반전한 후, 리어 산소센서(9c)가 린(Lean) 측으로 반전하기 까지의 지연(Delay) 시간 T를 계측할 수 있지만, 도 10에 나타낸 것과 같이 리치 시프트(Rich Shift)를 넣는 것으로 상기 리어 산소센서(9c)가 린(Lean) 측으로 반전하기까지의 시간을 벌 수 있는 바, 이러한 리치 시프트(Rich Shift)는 각국의 배기 규제가 엄격해짐에 따른 촉매의 OK 품과 NG 품의 판별이 점차 곤란해지기 때문에 F/C에 의한 OK 품과 NG 품의 판정에 유용한 수단이 된다.

예를 들면, 도 4에서 F/C 후의 리어 산소센서(9c)의 거동에 있어서, 리치 시프트(Rich Shift)가 없는 경우는 (b)의 거동을 나타나지만, 리치 시프트(Rich Shift)가 있는 경우는 (c)의 거동을 나타내게 되고, (a)의 NG품과 판별을 고려하면, 결국 리치 시프트(Rich Shift)는 촉매의 열화판정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 수단이 된다.

또한, 장래에 배기규제가 더욱 엄격해 질 것으로 예상되기 때문에, 도 5에 나타낸 것과 같이 촉매 OK 품과 NG 품의 판별이 곤란해져 갈 것이며, 이로 인하여 리치 시프트(Rich Shift)에 의해 지연(Delay) 시간을 버는 것이 NG 품 판별에도 유효하다고 말할 수 있다.

한편, 촉매의 열화 판정시, 도 6에 나타낸 것과 같이 촉매를 통과하는 공기유량이 지연(Delay) 시간에 영향을 미치는데, 공기유량이 많으면 포함된 산소량이 많기 때문에 지연 시간은 짧아지고, 공기유량이 적으면 지연 시간이 길어진다.

따라서, 촉매의 열화진단을 하여 촉매 OK 품 또는 NG 품을 높은 정밀도로 판별하는 경우, 상기 지연 시간을 버는 쪽이 좋고, 공기 유량은 적은 쪽이 좋으며, 이에 리치 시프트(Rich Shift)를 개시하기 전, 또는 F/C 전에 기어 위치(Gear Position)을 변경시켜 회전수를 낮추는 것으로 공기유량을 감소시키고 열화판정의 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내연기관용 촉매의 열화 진단장치를 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 내연기관용 촉매의 열화 진단방법을 나타내는 플로우 챠트,

도 3은 본 발명에 따른 내연기관용 촉매의 열화 진단방법을 설명하는 그래프로서, 피드백 제어 중의 프론트 산소센서와 리어 산소센서의 전압 출력을 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 내연기관용 촉매의 열화 진단방법을 설명하는 그래프로서, F/C 후의 리치 시프트(Rich Shift) 유무에 따른 리어 산소센서의 거동을 나타내는 그래프,

도 5는 장래에 배기규제가 보다 엄격해 질 것을 예상하여 나타낸 F/C 후의 리치 시프트(Rich Shift) 유무에 따른 리어 산소센서의 거동을 나타내는 그래프,

도 6은 촉매의 열화 판정시, 촉매를 통과하는 공기유량이 지연(Delay) 시간에 영향을 미치는 것을 설명하는 그래프,

도 7은 종래의 리어 산소센서의 출력이 리치 사이드(Rich Side)로 치우칠 때까지 불필요하게 연료를 분사하는 것을 설명하는 그래프,

도 8은 리치 시프트(Rich Shift)를 천천히 하는 것과, 급격히 하는 것에 대한 차이를 설명하는 그래프,

도 9는 F/C개시 후의 리어 산소센서의 전압으로 인해 오버샷(Overshoot)량이 흐트러지는 것을 설명하는 그래프,

도 10은 리치 시프트(Rich Shift)를 넣는 것으로 리어 산소센서가 린(Lean) 측으로 반전하기까지 시간을 벌 수 있는 것을 설명하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 내연기관 2 : 에어 클리너

3 : 에어 흐름 센서 4 : 트로틀 밸브

5 : 서지탱크 6a,6b : 인젝터

7a,7b : 점화플러그 8a,8b : 연소실

9a,9b : 프론트 산소센서 9c : 리어 산소센서

10a,10b : 프리촉매 11: 메인 촉매

12 : 회전속도센서 13 : 수온센서

14 : ECU 15 : 흡기관

16a,16b : 배기관 17 : 합류부

18 : 액셀페달위치 센서 19 : 차속센서

20 : 레이다 센서 유니트 21 : 카메라 유니트

22 : 카 네비게이션 유니트

Claims

분기된 각 배기관에 설치된 프리(Pre)촉매와;

상기 각 배기관에서 프리촉매 앞쪽에 장착된 프론트 산소센서와;

상기 분기된 배기관이 합쳐진 합류부 배기관에 장착된 메인촉매와;

상기 합류부 배기관에서 메인촉매 앞쪽에 장착된 리어 산소센서와;

유입흡기량을 검출하는 에어 흐름센서와;

내연기관의 회전속도를 검출하는 회전속도센서와;

차량의 속도를 검출하는 차속센서와;

악셀러레이터의 밟는 양을 검출하는 액셀페달위치센서와;

상기 각 센서들의 신호를 수신하는 ECU와;

상기 ECU에 연결되는 전방 장애물 검출수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전방 장애물 검출수단은 전방 장해물과의 거리 및 방위를 검출하는 수단으로서,

장애물까지의 방향과 거리를 검출하는 레이다(Radar)센서를 포함하는 레이다 센서 유니트와;

카메라 화상을 통해 전방 환경인식 및 장애물을 검출하는 카메라 유니트와;

자차위치를 특정하고 전방의 도로상황을 검출하는 카 네비게이션 유니트;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 장치.
F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계와;

예측된 F/C 개시 시간내에 리어 산소센서의 이론공연비 상당의 전압을 리치(Rich)쪽으로 변동(Shift)키는 리치 시프트(Rich Shift)를 실시하는 단계와;

상기 리어 산소센서의 출력이 소정의 지연시간을 가지며 리치(Rich)쪽으로 변동한 후, F/C 개시가 이루어지는 단계와;

F/C 직후, 프론트 산소센서의 출력이 소정값 이하이면 타이머 카운트를 개시하는 단계와;

상기 리어 산소센서의 출력이 소정값 이하이면 타이머 카운트를 종료하는 단계와;

상기 타이머 카운트된 값이 소정값 이하이면 촉매가 열화된 것으로 판정하고, 소정값 이상이면 촉매 열화가 아닌 것으로 판정하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계는:

레이다 센서 유니트에서 전방 주행차량까지의 거리(D)와 상대속도(V)를 기반으로 차간시간(CT)를 산출하는 과정과;

상기 차간시간을 토대로 F/C개시까지의 시간을 예측하는 과정;

으로 진행되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 F/C 개시 시간을 예측하여 산출하는 단계는:

카메라 유니트 및/또는 카 네비게이션 유니트에서 전방 장애물과 곡선로(Curve)와의 거리를 검출하여 감속이 필요한지 아닌지 판정을 하는 과정;

상기 차속센서에서 산출된 차속으로부터 곡선로까지의 시간을 산출하는 과정;

차량의 감속 여부를 판정하여 F/C개시까지의 시간을 예측하는 과정;

으로 진행되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 방법.
청구항 3에 있어서, 운전자의 액셀 페달을 밟고 떼는 습관에 의해 F/C 타이밍을 학습하여 리치 시프트(Rich Shift)의 타이밍을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 리치 시프트(Rich Shift)를 개시하기 전, 또는 F/C 개시 전에 기어 위치(Gear Position)을 변경시켜 엔진 회전수를 낮추도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매의 열화 진단 방법.