KR100326273B1 - 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법 - Google Patents
전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기 가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 시스템에 관한 것으로서, 냉 시동 초기 미연 탄화수소 성분을 흡착하였다가 후방의 삼원촉매가 활성화된 이후에 탈착하여 정화시키기 위해 흡착기와 후방 삼원촉매 사이에 전기가열식 촉매를 장착하여 후방 삼원촉매를 인위적으로 가열하는 전기 가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 시스템을 얻기 위한 것인 바,
배기후 처리 시스템에 있어서, 중앙에 홀이 형성된 미연탄화수소 흡착기와, 상기 흡착기 후방에 장착된 전기가열식 촉매부와, 상기 전기가열식 촉매부와 공간을 가지도록 설치된 후방삼원촉매와, 전기가열식 촉매부에 전원을 공급하는 전력제어부와, 냉각수의 온도를 감지하여 전력제어기를 제어하는 엔진제어부로 구비된 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기로 구성됨으로써, 배기를 효율적으로 정화하는 뛰어난 효과가 있다.
Description
본 발명은 전기 가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 냉 시동 초기 미연 탄화수소 성분을 흡착하였다가 후방의 삼원촉매가 활성화된 이후에 탈착하여 정화시키기 위한 흡착기와 후방 삼원촉매 사이에 전기 가열식 촉매를 장착하여 후방 삼원촉매를 인위적으로 가열하는 전기 가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
현재 강화되는 배기규제를 만족하기 위해 여러 각도에서 연구가 활성화되고 있으며 특히 고온 활성 촉매인 현 삼원촉매장치와 활성화되기 이전에 배출되는 미연 탄화수소 성분을 효율적으로 제거하는 흡착기를 배기관에 장착하는 방법에 많은 연구와 투자가 진행 중에 있다.
종래의 배기 후처리 시스템은 도 1에서 도시한 바와 같이, 배기 다기관(2)에 연결된 전방삼원촉매(3)와, 흡착기(4)와, 후방삼원촉매(6)의 순으로 배열되어 있으며 흡착기의 홀(5) 전방에 장착되는 디버팅 장치(7)와, 냉각수(12)의 온도를 감지하는 열전대(11)와, 상기 열전대의 신호에 의해 엔진 제어부(10)가 제어하는 전력제어기(9)에 의해 작동되는 공기펌프(8)가 디버팅장치(7)에 공기를 공급하도록 흡착기(4)의 홀 전방에 장착함으로써, 삼원촉매가 활성화되기 이전에 발생하는 미연 탄화수소 성분을 탈착시켜 고온의 활성 촉매인 후방 삼원촉매(6)가 활성화되기 전까지 배기를 효과적으로 분산하도록 장착되어져 있다.
또한, 도 2에 도시된 종래의 전기가열식 촉매시스템은 배기 다기관(2)의 후방에 삼원촉매(6)와, 상기의 전방에 횡방향으로 장착되는 EHC(Electrically Heated Catalyst)(20)와, 상기 EHC에 전원을 공급하는 전력제어기(9)와, 전기가열식촉매(EHC) 제어부(13)와, 냉각수의 온도를 감지하여 EHC 제어부를 조절하는 엔진제어부(Engine Control Unit, ECU)(10)로 구성되어 EHC에 전원을 공급하여 후방삼원촉매의 온도를 상승시켜준다.
그러나, 이러한 종래의 배기 후처리 시스템은 일반적으로 현 미연탄화수소 흡착기의 탈착 온도가 200℃미만이고 삼원촉매의 활성화 온도는 200℃이상이므로 흡착기 및 삼원촉매의 기술로는 효과적인 냉 시동 초기의 미연탄화수소를 흡착한 후 탈착하여 정화시키기가 매우 힘들고, 중앙에 위치한 홀(Hole)에 의해서만 탈착과 정화의 온도차를 극복해야하는 문제점과 흡착기의 온도를 낮추기 위한 어떠한 장치나 구조를 갖고 있지 않는 문제점이 있었다.
또한, 도 2에 도시한 기존의 EHC(Electrically Heated Catalyst)는 중앙에 홀(Hole)이 존재하지 않아 EHC 작동시간 이후에도 불필요하게 고온의 배기와 수분에 노출된다. 이때 작동하는 시간은 냉 시동 초기 수십 초에 불과하여 작동에 따른 내구성에 문제가 되지 않지만 고온의 배기 및 수분에 의한 성능 저하가 발생된다. 또한, EHC 만을 사용하는 시스템은 냉 시동 초기에 다량 배출되는 배기를 정화하기 위해 순간적으로 높은 발열량을 요구하여 1㎾ 이상의 전력소모가 발생하여 별도의 축전지가 필요한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 냉 시동 초기 미연 탄화수소 성분을 흡착하였다가 후방의 삼원촉매가 활성화된 이후에 탈착하여 정화시키기 위한 흡착기와 소정의 공간을 갖도록 설치한 후방 삼원촉매 사이에 전기가열식 촉매를 장착하여 후방 삼원촉매를 인위적으로 가열하여 삼원촉매의 활성화 및 효율성을 증대시킨다. 또한 흡착기의 중앙 홀을 통해 고온의 배기가 후방 삼원촉매에 전달도록 EHC의 중앙에 홀(Hole)이 형성된 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉 시동시 EHC의 전원을 공급하지 않고 시동 후 발전기에서 생성되는 전기를 이용하므로 별도의 축전지가 불필요한 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 직렬형 배기후 처리 시스템을 도시한 구성도,
도 2는 종래의 전기 가열식 촉매시스템을 도시한 구성도,
도 3은 도 2의 A-A'선 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기를 도시한 구성도,
도 5는 도4의 B-B'선 단면도,
도 6은 본 발명의 전기 가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 제어방법,
도 7는 본 발명의 다른 실시예의 전기 가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 제어방법.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 배기관 2 : 배기 다기관(Exhaust manifold)
3 : 전방삼원촉매 4 : 흡착기
5 : 홀(Hole) 6 : 후방삼원촉매
7 : 디버팅(Diverting)장치 8 : 에어펌프
9 : 전력제어기 10 : ECU(Engine Control Unit)
11 : 열전대 14 : 전극
16 : 전열선 20,30 : EHC(Electrically Heated Catalyst)
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법은 중앙에 홀이 형성된 미연탄화수소 흡착기와, 상기 흡착기 후방에 장착된 전기가열식 촉매부와, 상기 전기가열식 촉매부와 공간을 가지도록설치된 후방삼원촉매와, 전기가열식 촉매부에 전원을 공급하는 전력제어부와, 냉각수의 온도를 감지하여 전력제어기를 제어하는 엔진제어부로 구성된 특징이 있다.
이하, 본 발명의 실시예의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 시스템을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 5에 도시한 본 발명의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 시스템은 중앙에 홀(Hole)(5)이 형성된 미연탄화수소 흡착기(4)와, 상기 흡착기(4) 후방에 장착된 전기가열식 촉매부(30)와, 상기 전기가열식 촉매부(30)와 공간을 가지도록 설치된 후방삼원촉매(6)와, 전기가열식 촉매부(3)에 전원을 공급하는 전력제어부(9)와, 냉각수의 온도를 감지하여 전력제어기(9)를 제어하는 엔진제어부(10)로 구비된 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기를 포함하여 구성된다.
상기 디버팅장치(7)는 흡착기의 홀(5) 전방에 장착되며 에어펌프(8)에서 공급되는 에어가 디버팅장치(7)에 의해 흡착기로 유입되는 배기를 분산하여 중앙에 위치한 홀(Hole) 대신에 셀(Cell)로 통과하도록 하여 배기온도를 낮추도록 장착된다. 또한, 디버팅(Diverting)장치는 Corning에서 발표한 디버팅(Diverting) 에어를 사용할 수도 있으며 본 발명자가 출원중인 디버팅(Diverting) 도어장치를 사용하여 흡착기의 냉 시동 초기에 배기의 분산하도록 장착된 장치에 사용이 가능하다.
상기의 전기가열식 촉매부(30)는 흡착기(4)의 후방에 중앙홀(5a)을 중심으로 지름이 다른 동심원이 다수 장착되거나 동심원의 반원이 서로 상반되도록 장착된 다수의 절연선(16)으로 형성되며 상·하부에 전극(14)이 장착되어 컨버터 캔 내부벽에 절연체(15)를 가지며 전극(14)으로 전원이 공급되도록 장착된다. 또한 흡착기(4)와 전기가열식 촉매부(30) 사이의 간극을 최소화하여 흡착기 셀을 통과한 배기가 전기가열식 촉매부를 꼭 통과하도록 장착되며 전기가열식 촉매부(30)와 후방 삼원촉매(6) 사이의 간극은 현 UCC(Underbody Catalyst Converter)의 1st Brick 과 2nd Brick 사이의 간극정도를 유지하도록 하여 흡착기와 전기가열식 촉매부(30)의 중앙 홀(Hole)(5a)로 통과한 배기가 후방 삼원촉매(6) 전면으로 확산될 일정한 공간을 형성하도록 장착된다.
상기 전력제어부(9)는 냉각수(12)의 온도를 열전대(11)에서 감지된 신호를 받아 ECU(Engine Control Unit)(10)에서 전력제어부(9)를 제어하여 에어 펌프(8)와 전기가열식 촉매제어기의 전원공급 및 차단하도록 장착된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예인 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기의 작동을 상세히 설명한다.
먼저, 엔진 시동시, 전기가열식 촉매부는 냉각수(12)의 온도를 열전대(11)에서 감지하여 감지된 신호에 따라 ECU(10)에서 전력제어부(9)를 제어하며, 전력제어부(9)에서는 전원을 에어펌프(8)에 연결하여 디버팅장치(7)에 에어를 공급함과 동시에 전기가열식 촉매 제어부(10)에 전원이 공급되면 흡착기(4)의 후방에 장착된 전기가열식 촉매부(30)에 인가된다. 이때, 디버팅 에어는 흡착기로 유입되는 배기를 분산시켜 중앙에 위치한 홀 대신에 셀을 통과하도록 하여 배기 내 미연 탄화수소 성분이 흡착되도록 하며 외부의 저온의 공기를 사용하여 배기온도를 낮추어 흡착효율을 증대시키고 탈착을 억제한다. 흡착기를 통과한 배기는 후방에 위치한 전기가열식 촉매부(30)에 공급하는 전력공급시간은 배기의 온도와 전방 삼원촉매의활성 시간 및 후방 삼원촉매의 활성 온도에 따라 결정된다. 전방 삼원촉매(3)가 활성화된 시간에 도달하면 배기는 정화되어 미연 탄화수소 성분이 희박하므로 디버팅 에어 공급과 전기가열식 촉매부에 전원공급이 중단된다. 디버팅 에어가 중단되면 배기는 흡착기의 중앙에 위치한 홀(Hole)(5)로 전량이 흐르게 되어 흡착기의 온도는 서서히 상승하고 후방 삼원촉매의 온도는 빠르게 상승한다. 이렇게 배기내에 존재하는 연소열과 전기가열식 촉매부의 전기열에 의해 후방 삼원촉매(6)는 활성에 신속하게 도달되고, 이는 흡착기의 탈착 시간보다 빠르다. 따라서 흡착기에 일시 저장되었던 초기 미연 탄화수소 성분은 후방 삼원촉매(6)에서 정화되어 높은 정화효율을 보인다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 제어방법을 나타낸 플로우 차트에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 제어방법은
먼저, 엔진 시동(40)시 냉각수의 온도를 측정하여 기입력된 온도설정치를 판단하는 비교단계(45)와; 설정온도 이하 시 작동되는 타이머 작동단계(50)와; 타이머 작동과 동시에 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원공급되는 가동단계(55)와; 타이머 설정 시간을 판단하는 판단단계(60)와; 타이머설정치 경과후 타이머 정지단계(65)와; 상기 타이머 정지시 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원차단단계(70)와; 시동초기에 냉각수 온도가 설정치이상 일 때 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원을 공급하지 않도록 이루어진 특징이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기제어방법을 나타낸 플로우 차트에 대하여 상세히 설명한다.
엔진시동(75)시 냉각수의 온도를 측정하여 기 입력된 온도 설정치 판단을 하는 온도단계(80)와; 설정온도이하 일 때 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원공급단계(85)와; 설정온도이상시 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원을 차단하는 전원차단단계(90)와; 시동초기에 냉각수 온도가 설정치 이상 일 때 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원공급을 차단하도록 이루어진 특징이 있다.
예컨대, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법의 청구범위에서 청구한 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 실시가 가능한 것임은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법은 기존의 EHC만을 사용하는 시스템에 비하면 미연 탄화수소 흡착기를 사용함으로 냉 시동 초기의 고 농도의 미연 탄화수소가 저장되었다가 일정시간후에 탈착되므로 후방 삼원촉매의 활성도달 시간에 여유가 있다. 즉 비교적 긴 시간에 후방 삼원촉매를 활성화시키면 되므로 EHC의 순간 발열량을 낮출 수 있어 EHC에 공급되는 전류량이 감소함에 따라 전류량의 감소는 전원공급장치의 경량화 및 전선의 지름을 감소시키고 축전지의 부담을 덜어주어 가격을 낮추는 효과가 있다.또한 시동시 EHC에 전원을 공급하지 않아도 되므로 시동후 발전기에서 생성되는 전기를 이용하여도 되므로 기존의 EHC 시스템에서 문제가 된 2개의 축전지 사용이 필요하지 않으며 기존의 흡착기만을 사용하는 시스템에 비하면 EHC의 열을 이용하므로 후방삼원촉매의 활성이 확실하게 보장되고 높은 정화율이 보장되어 ULEV(Ultra Low Emission Vehicle) 및 SULEV(Super ULEV)와 같은 엄격한 배기 규제를 만족할 수 있으며 EHC에 불필요하게 가열되는 부분을 줄여 에너지 및 재료 소모를 방지하며 전방 삼원촉매가 활성화된 이후에는 중앙에 위치한 홀로 배기가 통과하도록 하여 EHC가 고온 및 수분에 노출되는 것을 방지하여 내구성을 증가시키는 효과가 있으므로 자동차 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (7)
- 흡착기의 중앙홀(5) 전단에 상기 홀로 유입되는 배기를 분산하는 디버팅 장치(7);중앙에 홀(hole)(5)이 형성된 미연탄화수소 흡착기(4);상기 흡착기(4) 후방에 장착된 전기가열식 촉매부(30);상기 전기가열식 촉매부(30)와 일정한 공간을 가지도록 설치된 후방삼원촉매(6);상기 전기가열식 촉매부(30)에 전원을 공급하는 전력제어부(9); 및 냉각수의 온도를 감지하여 전력제어부(9)를 제어하는 엔진제어부(10);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기.
- 제 1항에 있어서, 상기 전기가열식 촉매부(30)는 상기 흡착기의 중앙에 형성된 홀과 유사한 직경의 중앙홀(5a)이 구비된 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기.
- 제 2항에 있어서, 상기 전기가열식 촉매부(30)는 그 중앙부(5a)을 중심으로 동심원의 반원이 서로 상반되도록 장착된 다수의 절연선(16)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기.
- 제 2항에 있어서, 상기 전기가열식 촉매부(30)는 그 중앙홀(5a)을 중심으로 서로 지름이 다른 동심원이 다수 형성된 절연선(16)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 흡착기 전방에 삼원촉매장치를 하나 더 가지는 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기.
- 삭제
- 엔진 시동(40)시 냉각수의 온도를 측정하여 기입력된 온도설정치를 판단하는 비교단계(45)와; 설정온도 이하 시에 작동되느 타이머작동단계(50)와; 상기 타이머 작동과 동시에 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원공급되는 가동단계(55)와; 타이머 설정 시간을 판단하는 타이머판단단계(60)와; 타이머설정치의 경과후 타이머 정지단계(65)와; 상기 타이머 정지시 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원차단단계(70)와; 시동초기에 냉각수 온도가 설정치이상 일 때 디버팅장치와 전기가열식 촉매부에 전원이 공급되지 않도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기의 제어방법.
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| KR1019990007082A KR100326273B1 (ko) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990007082A KR100326273B1 (ko) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000059462A KR20000059462A (ko) | 2000-10-05 |
| KR100326273B1 true KR100326273B1 (ko) | 2002-03-12 |
Family
ID=19575515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990007082A KR100326273B1 (ko) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 전기가열식 촉매를 장착한 직렬형 흡착기 및 그 제어방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100326273B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180029678A (ko) * | 2016-09-13 | 2018-03-21 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배기정화장치 및 그 제어방법 |
-
1999
- 1999-03-04 KR KR1019990007082A patent/KR100326273B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180029678A (ko) * | 2016-09-13 | 2018-03-21 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배기정화장치 및 그 제어방법 |
| KR102383213B1 (ko) | 2016-09-13 | 2022-04-05 | 현대자동차 주식회사 | 차량의 배기정화장치 및 그 제어방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000059462A (ko) | 2000-10-05 |
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