KR20100044531A

KR20100044531A - 촉매 퍼지장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100044531A
Application number: KR1020080103706A
Authority: KR
Inventors: 조창희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-04-30
Also published as: KR101048129B1

Abstract

본 발명은 연료차단제어(Fuel Cut Control)가 종료된 이후 촉매의 정화효율을 높이기 위해 전/후방 산소센서의 신호 감지를 통해 촉매의 퍼지제어를 실행하는 것이다.

본 발명은 연료차단제어가 해제되면 제2산소센서의 출력값을 적산하여 적산값이 설정된 최소 임계값 이상인지 판단하는 과정, 적산값이 최소 임계값 이상이면 제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되는지 판단하는 과정, 제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되면 제2산소센서의 적산값에 따라 보정 펙터값의 연료량을 결정하여 농후한 연료 분사를 통해 촉매 퍼지제어를 실행하는 과정, 촉매의 퍼지제어 상태에서 제2산소센서의 출력 적산값이 최대 임계값 이상이고 제1산소센서의 출력이 농후 연소로 검출되면 촉매 퍼지제어를 해제한 다음 공연비 제어를 실행하는 과정을 포함한다.

촉매퍼지, 연료차단제어, 산소 과충전, 공연비, 제1,2산소센서

Description

촉매 퍼지장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CATALYST PURGE CONTROL}

본 발명은 촉매 퍼지장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 연료차단제어(Fuel Cut Control)가 종료된 이후 촉매의 정화효율을 높이기 위해 전/후방 산소센서의 신호 감지를 통해 촉매의 퍼지제어를 실행하는 촉매 퍼지장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 촉매는 배기가스에 포함된 NOx, HC, CO 등의 유해물질을 산화 혹은 환원시켜 에미션(Emission)을 안정되게 유지시키는 것으로, 강화되는 북미의 OBD-Ⅱ 규제나 유로의 배기가스 규제에 따라 촉매의 기능이 아주 중요한 역할을 하고 있다.

촉매는 파워 오프 업 시프트(Power Off Up shift) 등에 의해 연료차단제어가 실행되면 희박한 연료로 인하여 촉매는 최대 산소저장능력(OSC : Oxygen Storage Capacity) 만큼 과충전이 된다.

그러므로, 촉매는 연료차단제어 이후 정상 분사로 복귀되는 경우 과충전된 산소로 인해 본래의 정화효율을 갖지 못하고 다량의 배출가스(NOx)를 그대로 방출하게 된다.

따라서, 연료차단제어 이후 촉매의 정화효율을 안정되게 유지시키기 위해서는 연료차단제어의 과정에서 촉매에 과충전된 산소를 신속하게 제거해야 한다.

종래의 폐쇄 루프(Close Loop)제어에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 연료차단제어의 종료 직후 바로 공연비 제어(Lambda Control)를 재개하고, 일반적인 공연비 제어에서 사용되는 피 점프 지연(P-jump Delay)제어에서 피 점프 지연지속(P-jump Delay Rich Duration)으로 보정한다.

즉, 일정 시간 동안 공연비를 농후한 상태로 제어하여 과충전 산소를 제거하는 것이다.

그러나, 이러한 방법은 연료차단제어의 종료 이후 과급 효과가 부족하여 발진에서 NOx 에미션을 과다하게 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 개방 루프(Open Loop)제어에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 연료차단제어가 종료된 이후 파일롯(Pilot) 분사가 이루어진다.

즉, 공연비 제어를 바로 재개하지 않고, 일정시간 동안 목표 공연비를 1보다 작은 임의의 값으로 정하여 인위적으로 농후하게 연료가 분사되도록 제어함으로써, 촉매에 과충전 산소를 제거하는 방법이다.

그러나, 이러한 방법 역시 정확한 촉매의 퍼지제어가 이루어지지 못하고, 상황에 따라 능동적인 대응이 제공되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 연료 차단제어(Fuel Cut Control)가 종료된 이후 촉매의 정화효율을 높이기 위해 전/후방 산소센서의 신호 감지를 통해 인위적으로 농후하게 연료를 분사하여 촉매의 퍼지제어가 신속하고 안정적으로 실행되도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 촉매 퍼지장치는, 엔진; 산화 및 환원 작용으로 배기가스를 정화하는 촉매; 촉매의 전후방에 설치되는 제1,2산소센서; 촉매의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,

연료차단제어가 해제되면 제1,2산소센서의 신호에 따라 연료를 농후하게 분사시켜 촉매를 퍼지시키는 ECU를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 촉매 퍼지방법은, 연료차단제어가 해제되면 제2산소센서의 출력값을 적산하여 적산값이 설정된 최소 임계값 이상인지 판단하는 과정; 적산값이 최소 임계값 이상이면 제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되는지 판단하는 과정; 제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되면 제2산소센서의 적산값에 따라 보정 펙터값의 연료량을 결정하여 촉매 퍼지제어를 실행하는 과정; 촉매의 퍼지제어 상태에서 제2산소센서의 출력 적산값이 최대 임계값 이상이고 제1산소센서의 출력이 농후 연소로 검출되면 촉매 퍼지제어를 해제한 다음 공연비 제어를 실행하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 연료차단제어 이후 피드백 공연비 제어를 실행하지 않고 전후방 산소센서의 신호에 따라 인위적으로 연료를 농후하게 분사하 여 촉매의 퍼지제어를 실행함으로써 과충전된 산소를 신속하고 안정되게 퍼지시키는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 퍼지장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 제1산소센서(110)와 제2산소센서(120), 온도센서(130), 수온센서(140), ETC(150), 인젝터(160), 점화 플러그(170), 촉매(200) 및 ECU(300)를 포함한다.

제1산소센서(110)는 촉매(200)의 전방에 장착되어 엔진(100)에서 배출되는 배기가스에 포함된 산소농도를 검출하여 그에 대한 정보를 ECU(300)에 제공한다.

제2산소센서(120)는 촉매(200)의 후방에 장착되어 촉매(200)를 통해 정화된 배기가스에 포함된 산소농도를 검출하여 그에 대한 정보를 ECU(300)에 제공한다.

온도센서(130)는 촉매(200)의 하류측에 장착되어 촉매(200)의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 ECU(300)에 제공한다.

수온센서(140)는 엔진(100)을 순환하는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 ECU(300)에 제공한다.

ETC(150)는 ECU(300)에서 인가되는 제어신호에 의해 동작되어 스로틀 밸브의 개도량, 즉 엔진(100)에 흡입되는 공기량을 조정한다.

상기 ETC(150)의 동작은 도시되지 않은 가속페달센서에서 검출되는 가속페달의 변위에 따라 결정된다.

인젝터(160)는 ECU(300)에서 인가되는 제어신호에 의해 개폐되어 현재의 운전조건에 따라 결정되는 연료량을 연소실에 분사한다.

점화 플러그(170)는 ECU(300)의 제어에 따라 연소실에 불꽃 방전을 제공하여 혼합기의 연소가 이루어질 수 있도록 한다.

촉매(200)는 엔진(100)에서 배출되는 배기가스에 포함된 NOx, HC, CO 등의 유해한 물질을 산화 및 환원시켜 에미션을 안정되게 한다.

ECU(300)는 엔진(100)의 제반적인 동작을 제어하며, 파워 오프 업 시프트 등의 조건에 의해 연료차단제어가 실행된 다음 정상적인 연료 분사로 복귀되면 촉매(200)의 전/후방에 설치된 제1,2산소센서(110)(120)의 신호에 따라 인위적으로 연료를 농후하게 분사시켜, 연료차단제어가 실행되는 과정에서 촉매(200)에 과충전된 산소를 신속하고 안정되게 퍼지 시킨다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같다.

엔진(100)의 시동이 온을 유지하는 상태에서 ECU(300)는 현재의 운전모드를 검출하여(S101) 파워 온 업 시프트 등에 의해 실행되었던 연료차단제어가 해제되었 는지 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 연료차단제어가 해제되었으면 촉매(200)의 전/후방에 설치되는 제1,2산소센서(110)(120) 및 온도센서(130)의 신호를 검출하여(S103), 제2산소센서(120)가 가열되고 있는지 판단한다(S104).

상기 S104의 판단에서 제2산소센서(120)가 가열되고 있는 상태이면 촉매(200)의 온도가 설정된 최저 임계값 이상을 유지하는지 판단한다(S105).

상기 S104의 판단에서 제2산소센서(120)가 가열되지 않은 상태이거나 상기 S105의 판단에서 촉매(200)의 온도가 설정된 최저 임계값 미만이면 촉매 퍼지를 위한 동작을 실행하지 않는다.

상기 S105의 판단에서 촉매(200)의 온도가 설정된 최저 임계값 이상을 유지하는 상태이면 제2산소센서(120)의 출력신호를 시간의 흐름에 따라 적산하고(S106), 제2산소센서(120)의 적산된 값이 설정된 최저 임계값 이상을 유지하는지 판단한다(S107).

상기 S107의 판단에서 제2산소센서(120)의 적산된 값이 설정된 최저 임계값 미만이면 상기S106의 단계로 리턴하여 적산과정을 반복하고, 적산된 값이 설정된 최저 임계값 이상이면 제1산소센서(110)의 출력값이 설정된 최대 임계값 이하인지, 즉 희박 연소 상태인지를 판단한다(S108).

상기 S108의 판단에서 제1산소센서(110)의 출력값이 설정된 최대 임계값 이하, 즉 희박 연소의 상태이면 적산된 제2산소센서(120)의 신호값에 따라 보정 펙터 맵에서 촉매 퍼지량의 연료량을 결정한 다음 인젝터(160)를 제어하여 촉매(200)의 퍼지제어를 실행한다(S109).

즉, ECU(300)는 연료차단제어의 실행과정에서 촉매(200)에 과충전된 산소를 퍼지시키기 위하여 결정된 과농한 연료량을 분사시켜 신속하고 안정된 퍼지제어가 실행되도록 한다.

상기한 바와 같이 과농한 연료량의 분사를 통해 촉매(200)를 퍼지제어하는 과정에서 촉매(200)의 과열방지로직이 작동되었는지 판단한다(S110).

상기 S110의 판단에서 과열방지로직이 작동되지 않았으면 엔진(100)이 전부하의 상태인지 판단한다(S111).

상기 S110의 판단에서 과열방지로직이 작동되었거나 상기 S111의 판단에서 전후하의 상태이면 촉매(200)의 퍼지제어를 종료한다.

상기 S111의 판단에서 엔진(100)이 전부하의 상태가 아니면 제2산소센서(120)의 적산값이 설정된 최대 임계값 이상인지 판단한다(S112).

상기 S112의 판단에서 제2산소센서(120)의 적산값이 설정된 최대 임계값 이상이면 제1산소센서(110)의 출력값이 설정된 최소 임계값 이상, 즉 농후 연소의 상태인지를 판단한다(S113).

상기 S112의 판단에서 제2산소센서(120)의 적산값이 최대 임계값 미만이거나 상기 S113의 판단에서 제1산소센서(110)의 출력값이 설정된 최소 임계값 미만, 희박 연소의 상태이면 촉매(200)의 퍼지제어를 지속적으로 유지한다.

상기 S113의 판단에서 제1산소센서(110)의 출력값이 설정된 최소 임계값 이상, 즉 농후 연소의 상태이면 촉매(200)의 퍼지제어를 종료하고, 정상적인 공연비 제어를 실행한다(S114).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 퍼지 절차를 도시한 흐름도이다.

도 3은 종래의 폐쇄 루프제어에 따른 촉매의 정화특성을 도시한 도면이다.

도 4는 종래의 개방 루프제어에 따른 촉매의 정화특성을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 제1산소센서 120 : 제2산소센서

130 : 온도센서 140 : 수온센서

150 : ETC 160 : 인젝터

170 : 점화 플러그 200 : ECU

Claims

엔진;

산화 및 환원 작용으로 배기가스를 정화하는 촉매;

촉매의 전후방에 설치되는 제1,2산소센서;

촉매의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,

연료차단제어가 해제되면 제1,2산소센서의 신호에 따라 연료를 농후하게 분사시켜 촉매를 퍼지시키는 ECU를 포함하는 촉매 퍼지장치.
제1항에 있어서,

상기 ECU는 연료차단제어가 해제되면 제2산소센서의 출력값을 적산하여 적산값이 설정된 최소 임계값 이상이고, 제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되면 제2산소센서의 적산값에 따라 보정 펙터값의 연료량을 결정하여 과농한 연료의 분사로 촉매 퍼지제어를 실행하는 촉매 퍼지장치.
제1항에 있어서,

상기 ECU는 촉매 퍼지제어의 상태에서 제2산소센서의 출력 적산값이 설정된 최대 임계값 이상이고, 제1산소센서의 출력이 농후 연소로 검출되면 촉매 퍼지제어를 해제하는 촉매 퍼지장치.
제1항에 있어서,

상기 ECU는 촉매 퍼지제어의 상태에서 과열방지로직이 작동하면 퍼지제어를 종료하는 촉매 퍼지장치.
제1항에 있어서,

상기 ECU는 촉매 퍼지제어의 상태에서 전부하에 진입되면 퍼지제어를 종료하는 촉매 퍼지장치.
연료차단제어가 해제되면 제2산소센서의 출력값을 적산하여 적산값이 설정된 최소 임계값 이상인지 판단하는 과정;

적산값이 최소 임계값 이상이면 제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되는지 판단하는 과정;

제1산소센서의 출력이 희박 연소로 검출되면 제2산소센서의 적산값에 따라 보정 펙터값의 연료량을 결정하여 과농한 연료의 분사를 통해 촉매 퍼지제어를 실행하는 과정;

촉매의 퍼지제어 상태에서 제2산소센서의 출력 적산값이 최대 임계값 이상이고 제1산소센서의 출력이 농후 연소로 검출되면 촉매 퍼지제어를 해제한 다음 공연비 제어를 실행하는 과정;

을 포함하는 촉매 퍼지방법.
제6항에 있어서,

상기 촉매 퍼지제어가 실행되는 상태에서 촉매 과열방지로직이 작동되면 촉매 퍼지제어를 종료하는 과정을 더 포함하는 촉매 퍼지방법.
제6항에 있어서,

상기 촉매 퍼지제어가 실행되는 상태에서 전부하의 운행이 검출되면 촉매 처지제어를 종료하는 과정을 더 포함하는 촉매 퍼지방법.