KR100435707B1 - 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법 - Google Patents

차량의 리어 산소센서 고장 판정방법 Download PDF

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Abstract

차량의 리어 산소센서가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값 이하이면서도 정상으로 판정되는 오류를 해결하기 위하여,
상기 리어 산소센서(21)가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값인 0.3V 이하(출력전압이 0.45V와 0.15V 사이)이면서도 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V 이상인 경우, 리어 산소센서(21)를 바로 정상으로 판정하지 않고, 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 리어 산소센서(21)의 출력 전압특성의 최소 진폭값인 0.3V 미만인 경우, 일정시간 동안 목표 공연비까지 연료량을 리치(RICH)하게 제어하여, 다시 프론트 산소센서(20)의 출력값(Vfront)과 리어 산소센서(21)의 출력값(Vrear)을 비교함으로서 리어 산소센서(21)의 고장여부를 판정하는 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법을 제공한다.

Description

차량의 리어 산소센서 고장 판정방법{METHOD OF CHECKING REAR O2 SENSOR TROUBLE FOR VEHICLES}
본 발명은 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 리어 산소센서가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값 이하이면서도 정상으로 판정되는 오류를 해결하기 위한 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 관한 것이다.
현재, 북미 OBD-II 규제는 테일 파이프(tail pipe) 에미션(emission) 과 증발가스 에미션에 영향을 줄 수 있는 시스템에 문제가 발생했을 경우, 이를 고장 검출할 수 있도록 규정하고 있으며, 검출하는데 사용되는 모든 센서 및 엑츄에이터의단선, 오픈(open), 쇼트(short) 및 비정상 작동(rationality check)의 검출을 의무화하고 있다.
이러한 취지에서 종래의 리어 산소센서의 비정상 작동에 대한 판정을 도 3을 통하여 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 산소센서의 모니터링 조건 성립 여부를 판단하기 위하여 ECU는 각 센서들로부터 모니터링 신호를 수신하게 되는데, 상기 모니터링 신호들로는 엔진 회전수 센서로부터 엔진 RPM 신호와, 에어 플로우 센서(AFS)로부터 충진 공기량 신호와, 차속센서로부터 차속신호 및 트로틀 포지션 센서(TPS)로부터 트로틀 위치신호 등을 수신하게 된다.(S100)
이어서, 상기 ECU는 상기 모니터링 신호를 분석하여 산소센서의 모니터링 개시조건이 성립하는지의 여부를 판단하게 되는데,(S110) 여기서, 상기 산소센서의 모니터링 개시조건은 상기 엔진 회전수 센서와 에어 플로우 센서(AFS) 및 차속센서로부터 각각 검출된 엔진 회전수가 1500RPM이상이고, 충진효율이 40%이상이고, 차속이 30㎞/h 이상인 상태의 운행조건을 10초 이상 지속한 후, 상기 트로틀 포지션 센서(TPS)의 트로틀 위치신호로부터 전폐 연료차단(Fuel Cut) 또는 엔진로드에 따라 설정된 맵테이블에 의한 연료차단(A/N Fuel Cut) 상태가 2초 이상 지속되는 조건으로 이루어진다.
그리고 상기 단계에서, 산소센서의 모니터링 개시조건이 성립하지 않으면, 로직은 종료되며, 상기 산소센서의 모니터링 개시조건을 만족하는 경우에는 ECU가 상기 차속센서로부터 차속신호가 "0"인가를 판단하고,(S120) 이를 만족하는 경우,상기 ECU는 주행중, 리어 산소센서의 출력값 중에서, 최대값(Vmax)과 최소값(Vmin)을 추출하게 된다.(S130)
따라서, 상기 ECU는 추출한 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 차가 설정값인 0.078V미만인가를 판단하게 되고,(S140) 여기서, 상기 판단조건을 만족하는 경우, 리어 산소센서의 고착에 의한 고장으로 판정하며, 상기 판단조건을 만족하지 않은 경우에는 정상으로 판정하여 로직을 종료한다.
이와 같은 종래의 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법은, 촉매 고장 판정을 위하여 사용하는 리어 산소센서의 출력 전압특성의 최소 진폭이 0.3V 이상이어야 되는데, 리어 산소센서가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값인 0.3V 이하(출력전압이 0.45V와 0.15V 사이)이면서도 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 차가 설정값인 0.078V 이상인 경우, 리어 산소센서를 정상으로 판정하는 오류가 있다.
즉, 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 0.078V 이상(정상 판정조건)이면서도, 리어 산소센서가 고착고장에 의해 센서 출력전압이 0.15V~0.45V 사이에 있는 비정상적인 산소센서의 고장을 감지하지 못하는 문제점이 있으며, 이로 인해 촉매에 결함이 발생할 경우에도, 모니터링을 정상적으로 수행하지 못하게 되는 등, 북미 OBD-Ⅱ 규제에 저촉되어 시정해야 하는 사항이 발생한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서,본 발명의 목적은 차량의 리어 산소센서가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값 이하이면서도 정상으로 판정되는 오류를 해결하기 위한 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법의 로직이 적용되는 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 따른 흐름도이다.
도 3은 종래 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 따른 흐름도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법은, (a)산소센서의 모니터링 조건 성립 여부를 판단하기 위하여 해당 센서들로부터 모니터링 신호를 수신하는 단계와; (b)상기 모니터링 신호를 분석하여 산소센서의 모니터링 개시조건이 성립하는지의 여부를 판단하는 단계와; (c)상기 단계(b)에서, 상기 산소센서의 모니터링 개시조건을 만족하는 경우에는 차속센서로부터 검출된 차속신호가 "0"인가를 판단하는 단계와; (d)상기 단계(c)를 만족하는 경우, 주행중, 리어 산소센서의 출력값 중에서, 최대값(Vmax)과 최소값(Vmin)을 추출하는 단계와; (e)상기 추출한 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V미만인가를 판단하여 상기 판단조건을 만족하는 경우, 리어 산소센서의 고착에 의한 고장으로 판정하는 단계;를 포함하며,
(f)상기 단계(e)에서, 추출한 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V미만인가를 판단하여 상기 판단조건을 만족하지 않는 경우, 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값 (Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V 이상이고, 상기 리어 산소센서의 린/리치 (LEAN/RICH) 판정 출력 전압특성의 최소 진폭값 미만인가를 판단하여 상기 판단조건을 만족하지 않는 경우, 리어 산소센서를 정상으로 판정하는 단계와;
(g)상기 단계(f)의 판단조건을 만족하는 경우, 일정시간 동안 목표 공연비까지 연료 리치(RICH)제어 상태를 유지하는 단계와;
(h)상기 단계(g)의 진행과 동시에, 프론트 산소센서의 출력값(Vfront)과 리어 산소센서의 출력값(Vrear)을 상기 일정시간 동안 계속 검출하는 단계와;
(i)상기 단계(h)에 이어, 상기 프론트 산소센서의 출력값(Vfront)이 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값 이상이고, 상기 리어 산소센서의 출력값(Vrear)이 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값 미만인 상태를 상기 일정시간 동안 지속적으로 유지하는가를 판단하여 이 판단조건을 만족하면, 상기 리어 산소센서를 고착고장에 의한 고장으로 판정하며, 이 판단조건을 만족하지 않으면, 상기 리어 산소센서를 정상으로 판단하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법의 로직이 적용되는 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 따른 흐름도로서, 상기 도 1을 통하여 본 발명이 적용되는 시스템의 개략적인 구성을 살펴보면, ECU(30)가 인젝터(40)를 통하여 연료량을 제어할 수 있도록 엔진 회전수 센서(12)가 구비되어 엔진 RPM 신호를 출력하고, 에어 플로우 센서(13;AFS)를 구비하여 충진 공기량 신호를 출력하며, 차속센서(11)를 구비하여 차속신호를 출력하며, 트로틀 포지션 센서(14;TPS)를 구비하여 트로틀 위치신호를 출력하도록 구성된다.
또한, ECU(30) 내에 내장된 타이머(31)를 통하여 모니터링 시간을 검출할 수 있도록 하며, 배기관(1)의 일측에 구비되는 촉매(3)의 전후로는 각각 프론트 산소센서(20) 및 리어 산소센서(21)를 구성하여 배기가스 속에 포함된 산소와 대기 중의 산소 농도 차이를 비교하여 발생되는 기전력에 의한 전압값을 출력하도록 구성된다.
이러한 시스템을 통하여, 본 발명에 따른 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법은, 상기 도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저, 산소센서의 모니터링 조건 성립 여부를 판단하기 위하여 해당 센서들로부터 모니터링 신호를 수신하게되는데,(S10) 상기 모니터링 신호들로는 엔진 회전수 센서(12)로부터 출력되는 엔진 RPM 신호와, 에어 플로우 센서(13;AFS)로부터 출력되는 충진 공기량 신호와, 차속센서(11)로부터 출력되는 차속신호 및 트로틀 포지션 센서(14;TPS)로부터 출력되는 트로틀 위치신호들로 이루어진다.
이어서, 상기 ECU(30)는 상기 모니터링 신호를 분석하여 산소센서의 모니터링 개시조건이 성립하는지의 여부를 판단하게 되는데,(S20) 여기서, 상기 산소센서의 모니터링 개시조건은 상기 엔진 회전수 센서(12)와 에어 플로우 센서(13;AFS) 및 차속센서(11)로부터 각각 검출된 엔진 회전수가 1500RPM이상이고, 충진효율이 40%이상이고, 차속이 30㎞/h 이상인 상태의 운행조건을 10초 이상 지속한 후, 상기 트로틀 포지션 센서(14;TPS)의 트로틀 위치신호로부터 전폐 연료차단(Fuel Cut) 또는 엔진로드에 따라 설정된 맵테이블에 의한 연료차단(A/N Fuel Cut) 상태가 2초 이상 지속되는 조건으로 이루어진다.
상기 단계(S20)에서, 산소센서의 모니터링 개시조건이 성립하지 않으면, 로직은 종료되며, 상기 산소센서의 모니터링 개시조건을 만족하는 경우에는 ECU(30)가 상기 차속센서(11)로부터 차속신호가 "0"인가를 판단하고,(S30) 이를 만족하는 경우, 상기 ECU(30)는 주행중, 상기 리어 산소센서(21)의 출력값 중에서, 최대값(Vmax)과 최소값(Vmin)을 추출하게 된다.(S40)
여기서, 상기 ECU(30)는 추출한 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값 (Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 상기 산소센서의 제조특성에 따라 설정되는 설정값인 0.078V미만인가를 판단하게 되고,(S50) 여기서, 상기 판단조건을 만족하는 경우에는 리어 산소센서(21)를 고착에 의한 고장으로 판정하며, 상기 판단조건을 만족하지 않은 경우에는 다음 단계로 진행된다.
상기 단계(S50)에서, 추출한 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V미만인가를 판단하는 조건에서, 상기 판단조건을 만족하지 않는 경우에는 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V 이상이고, 상기 리어 산소센서 (21)의 출력 전압특성의 최소 진폭값으로 설정되는 0.3V 미만인가를 판단하게 되며,(S60) 상기 판단조건을 만족하지 않는 경우, 리어 산소센서(21)를 정상으로 판정하게 된다.
그리고 상기 단계(S60)의 판단조건을 만족하는 경우에는 ECU(30)가 상기 타이머(31)를 통하여 검출되는 일정시간 동안 목표 공연비까지 연료 리치(RICH)제어 상태를 유지하게 된다.(S70)
여기서, 상기 목표 공연비는 1.15로 설정한다.
또한, 상기 단계(S70)의 진행과 동시에, 상기 ECU(30)는 프론트 산소센서 (20)의 출력값(Vfront)과 리어 산소센서(21)의 출력값(Vrear)을 상기 일정시간 동안 설정시간단위로 계속 검출하며,(S80) 상기 단계(80)에 이어, 상기 ECU(30)는 프론트 산소센서(20)의 출력값(Vfront)이 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값인 0.5V 이상이고, 상기 리어 산소센서(21)의 출력값(Vrear)이 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값인 0.45V 미만인 상태를 상기 타이머에서 카운팅된 일정시간 동안 지속적으로 유지하는가를 판단하게 된다.(S90)
따라서, 상기 단계(S90)의 판단조건을 만족하면, 상기 리어 산소센서(21)를 고착에 의한 고장으로 판정하며, 상기 판단조건을 만족하지 않으면, 상기 리어 산소센서(21)를 정상으로 판단하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의한 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 의하면, 촉매 고장 판정을 위한 사용하는 리어 산소센서(21)의 출력전압특성의 최소 진폭이 0.3V 이상이어야 되는데, 리어 산소센서(21)가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값인 0.3V 이하(출력전압이 0.45V와 0.15V 사이)이면서도 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V 이상인 경우, 리어 산소센서(21)를 바로 정상으로 판정하지 않고, 상기 리어 산소센서(21)의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 리어 산소센서(21)의 출력 전압특성의 최소 진폭값인 0.3V 미만인 경우, 일정시간 동안 목표 공연비까지 연료량을 리치(RICH)하게 제어하여, 다시 프론트 산소센서(20)의 출력값(Vfront)과 리어 산소센서(21)의 출력값(Vrear)을 비교함으로서 리어 산소센서(21)의 고장여부를 판정한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법에 의하면, 리어 산소센서가 고착고장(stuck fault)에 의해 출력 전압특성의 최대 진폭이 설정전압 신호값 이하이면서, 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V 이상인 경우, 리어 산소센서를 바로 정상으로 판정하지 않고, 일정시간 동안 목표 공연비까지 연료량을 리치(RICH)하게 제어한 후, 다시 프론트 산소센서의 출력값(Vfront)과 리어 산소센서의 출력값 (Vrear)을 비교하여 산소센서의 고장여부를 판정하도록 함으로서, 리어 산소센서가 고착고장에 의해 리어 산소센서의 출력전압이 0.15V~0.45V 사이에 있는 비정상적인 산소센서의 고장을 감지하지 못하던 종래의 문제점을 해결할 수 있으며, 이로 인해 촉매에 결함이 발생할 경우, 모니터링을 정상적으로 수행함으로서, 북미 OBD-Ⅱ 규제를 극복 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. (a)산소센서의 모니터링 조건 성립 여부를 판단하기 위하여 해당 센서들로부터 모니터링 신호를 수신하는 단계와;
    (b)상기 모니터링 신호를 분석하여 산소센서의 모니터링 개시조건이 성립하는지의 여부를 판단하는 단계와;
    (c)상기 단계(b)에서, 상기 산소센서의 모니터링 개시조건을 만족하는 경우에는 차속센서로부터 검출된 차속신호가 "0"인가를 판단하는 단계와;
    (d)상기 단계(c)를 만족하는 경우, 주행중, 리어 산소센서의 출력값 중에서, 최대값(Vmax)과 최소값(Vmin)을 추출하는 단계와;
    (e)상기 추출한 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V미만인가를 판단하여 상기 판단조건을 만족하는 경우, 리어 산소센서의 고착에 의한 고장으로 판정하는 단계;를 포함하며,
    (f)상기 단계(e)에서, 추출한 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값(Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V미만인가를 판단하여 상기 판단조건을 만족하지 않는 경우, 상기 리어 산소센서의 출력 최대값(Vmax)과 출력 최소값 (Vmin)의 편차가 설정값인 0.078V 이상이고, 상기 리어 산소센서의 출력 전압특성의 최소 진폭값 미만인가를 판단하여 상기 판단조건을 만족하지 않는 경우, 리어 산소센서를 정상으로 판정하는 단계와;
    (g)상기 단계(f)의 판단조건을 만족하는 경우, 일정시간 동안 목표 공연비까지 연료 리치(RICH)제어 상태를 유지하는 단계와;
    (h)상기 단계(g)의 진행과 동시에, 프론트 산소센서의 출력값(Vfront)과 리어 산소센서의 출력값(Vrear)을 상기 일정시간 동안 계속 검출하는 단계와;
    (i)상기 단계(h)에 이어, 상기 프론트 산소센서의 출력값(Vfront)이 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값 이상이고, 상기 리어 산소센서의 출력값(Vrear)이 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값 미만인 상태를 상기 일정시간 동안 지속적으로 유지하는가를 판단하여 이 판단조건을 만족하면, 상기 리어 산소센서를 고작고장에 의한 고장으로 판정하며, 이 판단조건을 만족하지 않으면, 상기 리어 산소센서를 정상으로 판단하는 단계와;
    를 더 포함하는 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(f)에서, 리어 산소센서의 출력 전압특성의 최소 진폭값은 0.3V인 것을 특징으로 하는 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계(g)에서, 목표 공연비는
    1.15로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계(i)에서, 상기 프론트 산소센서의 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값은 0.5V로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계(i)에서, 상기 리어 산소센서의 해당 리치제어 판정을 위한 설정 전압값은 0.45V로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 리어 산소센서 고장 판정방법.
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