KR100333959B1 - a catalytic converter for exhaust device of vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 배기장치용 촉매기에 관해 제시한다. 본 발명은 배기 매니폴드의 출구에 접합되는 하우징과, 이 하우징의 내부에 수용되며 표면에 촉매물질이 도포되어 배기가스중의 유해물질을 무해한 물질로 산화 및 환원시키는 담체 및 하우징의 후단에 접합되어 정화된 배기가스를 배기파이프로 유도하며 내부에 공기층으로 기능하는 캐비티를 갖는 유도콘으로 구성된다. 유도콘은 상호 간격을 두고 동심으로 배치되는 내부 및 외부콘으로 이루어지고, 내·외부콘의 양 단부가 하우징의 외주와 배기파이프 연결용 플랜지에 각각 동시에 용접됨으로써 양자간에 캐비티를 형성한다. 본 발명은 담체의 산화작용에 따른 배기가스의 온도상승으로 인해 유도콘에 가해지는 열충격이 그 공기층의 단열작용에 의해서 최대한 억제되어 유도콘의 열화가 효과적으로 방지된다.The present invention relates to a catalyst for an exhaust device of a vehicle. The present invention is bonded to the housing which is joined to the outlet of the exhaust manifold, and the carrier and the rear end of the housing and the housing which is contained in the housing and the catalytic material is applied to the surface to oxidize and reduce the harmful substances in the exhaust gas to harmless materials. It is composed of an induction cone having a cavity that functions as an air layer therein to guide the purified exhaust gas into the exhaust pipe. The induction cone is composed of inner and outer cones arranged concentrically with each other, and both ends of the inner and outer cones are simultaneously welded to the outer periphery of the housing and the flange for connecting the exhaust pipe to form a cavity therebetween. According to the present invention, the thermal shock applied to the induction cone due to the temperature rise of the exhaust gas due to the oxidation of the carrier is suppressed as much as possible by the adiabatic action of the air layer, thereby effectively preventing the degradation of the induction cone.

Description

차량의 배기장치용 촉매기{a catalytic converter for exhaust device of vehicle}Catalytic converter for exhaust device of a vehicle

본 발명은 차량의 배기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기 매니폴드(exhaust manifold)에 일체적으로 장착되어 배기가스중의 유해물질을 무해한 물질로 변환시키는 촉매기(catalytic converter)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle exhaust system, and more particularly, to a catalytic converter that is integrally mounted to an exhaust manifold and converts harmful substances in exhaust gas into harmless materials.

일반적으로 차량은 가솔린이나 디젤 또는 액화석유가스(LPG) 등의 연료를 공기와 적정비율로 혼합한 뒤, 엔진의 실린더내에 분사하여 점화 폭발시킴으로써 그 운행에 필요한 동력을 발생시키게 된다. 이에 따라 차량에는 연료와 그의 연소에 필요한 공기를 엔진의 실린더내로 도입하기 위한 흡기장치가 구비됨과 함께, 연소되고 난 배기가스를 외부로 배출시키기 위한 배기장치가 구비된다.In general, a vehicle mixes fuel such as gasoline, diesel, or liquefied petroleum gas (LPG) with air at an appropriate ratio, and then injects it into a cylinder of an engine to generate ignition and explosion to generate power required for its operation. Accordingly, the vehicle is provided with an intake apparatus for introducing fuel and air necessary for its combustion into the cylinder of the engine, and an exhaust apparatus for discharging the exhausted exhaust gas to the outside.

배기장치는 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 엔진(E)의 배기측에 장착되어 그 각 실린더로부터 배출되는 배기가스를 집속하는 배기 매니폴드(Mf)와, 배기 매니폴드(Mf)에 의해 집속된 배기가스를 대기중으로 방출시키는 배기파이프(P) 및 가스배출에 따른 기류소음을 감쇄시키는 소음기(muffler:S1,S2)들로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, the exhaust device is equipped with an exhaust manifold Mf mounted on the exhaust side of the engine E to focus exhaust gas discharged from each cylinder, and an exhaust manifold Mf. An exhaust pipe (P) for discharging the concentrated exhaust gas into the atmosphere and a muffler (S1, S2) for attenuating airflow noise due to the gas discharge.

한편, 배기가스중에는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NOx) 등의 유해물질이 포함되어 있는 바, 배기장치에는 배기가스중의 유해물질을 무해한 물질로 변환시키기 위한 촉매기(C)가 함께 구비되는 것이 일반적이다. 이러한 촉매기(C)는 주지하다시피 탄화수소와 일산화탄소를 수증기(H₂O)와 이산화탄소(CO₂)로 각각 산화시키고, 질소산화물을 질소(N₂)와 산소(O₂)로 환원시킴으로써 배기가스를 정화시키게 된다. 이를 위해 촉매기(C)는 배기파이프(P)에 장착되기도 하고, 배기 매니폴드(M2)의 출구에 일체적으로 장착되기도 한다.Meanwhile, the exhaust gas contains harmful substances such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx), and the exhaust system includes a catalyst (C) for converting harmful substances in the exhaust gas into harmless substances. ) Is usually provided together. Such a catalyst (C) is known to oxidize hydrocarbon and carbon monoxide into water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2), respectively, and purify the exhaust gas by reducing nitrogen oxides to nitrogen (N 2) and oxygen (O 2). For this purpose, the catalyst C may be mounted on the exhaust pipe P or may be integrally mounted at the outlet of the exhaust manifold M2.

도 2에는 예를 들어 촉매기(C)가 배기 매니폴드(M2)에 일체적으로 장착된 종래의 구조를 개략적으로 나타내었다. 이것은 촉매물질이 도포된 다공성 담체(2)를 내장하는 촉매기(C)의 금속재 하우징(1) 전단부가 배기 매니폴드(M2)의 출구(T2)에용접으로 접합되어 있고, 하우징(1)의 후단에는 정화된 배기가스를 배기파이프(P)로 유도하는 유도콘(guide con:3)이 하우징(1)의 외주를 감싸도록 결합되어 용접으로 접합되어 있다. 그리고, 유도콘(3)의 후단에는 배기파이프(P)를 체결하기 위한 연결플랜지(4)가 일체적으로 구비되어 있다. 나머지 부호 M1은 흡기 매니폴드이다.2 schematically shows a conventional structure, for example, in which the catalyst C is integrally mounted to the exhaust manifold M2. The front end of the metal housing 1 of the catalyst C containing the catalyst carrier-coated porous carrier 2 is joined to the outlet T2 of the exhaust manifold M2 by welding. At the rear end, a guide con 3 for guiding the purified exhaust gas into the exhaust pipe P is joined to surround the outer circumference of the housing 1 and welded thereto. The rear end of the induction cone 3 is integrally provided with a connecting flange 4 for fastening the exhaust pipe P. The remaining code M1 is an intake manifold.

그런데, 이러한 종래의 배기장치용 촉매기(C)는 배기 매니폴드(M2)에 직접 연결되어 있으므로 수백도에 달하는 고온의 배기가스에 의한 열충격에 의해 촉매기(C)의 유도콘(3), 특히 하우징(1)과 유도콘(3)의 용접부위가 쉽게 열화(劣化)되는 문제가 있었다. 즉, 엔진(E)으로부터 배출된 고온의 배기가스가 촉매기(C)의 담체(2)를 통과하고 나면, 촉매물질에 의한 산화작용에 의해 그 온도가 급격히 상승하여 약 800℃~1000℃에 달하게 되는데, 외기와의 커다란 온도차로 인한 열충격이 유도콘(3)에 집중적으로 작용하게 되고, 이에 따라 특히 상대적으로 약한 하우징(1)과 유도콘(3)의 용접부위에 크랙(crack)이 심하게 발생되어 배기계통에 치명적인 악영향을 끼치게 되는 것이다.By the way, since the conventional catalyst C for the exhaust system is directly connected to the exhaust manifold M2, the induction cone 3 of the catalyst C by the thermal shock of high-temperature exhaust gas of several hundred degrees, In particular, there is a problem that the welded portions of the housing 1 and the induction cone 3 are easily deteriorated. That is, after the high-temperature exhaust gas discharged from the engine E passes through the carrier 2 of the catalyst C, the temperature rapidly rises due to oxidation by the catalyst material, and the temperature is about 800 ° C. to 1000 ° C. The thermal shock due to the large temperature difference between the outside air is concentrated on the induction cone 3, and thus cracks are severely generated in the welding part of the housing 1 and the induction cone 3, which are relatively weak. This will have a fatal adverse effect on the exhaust system.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 유해물질의 산화작용에 따른 배기가스의 온도상승으로 발생하는 열충격을 최대한 억제함으로써 유도콘의 열화를 방지할 수 있는 차량의 배기장치용 촉매기를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a catalyst for an exhaust device of a vehicle which can prevent deterioration of an induction cone by maximally suppressing a thermal shock caused by a temperature rise of exhaust gas caused by oxidation of a hazardous substance. The purpose is to provide a flag.

도 1은 차량의 배기장치를 개략적으로 나타낸 측면도,1 is a side view schematically showing an exhaust device of a vehicle;

도 2는 종래 촉매기 설치구조의 일례를 나타낸 부분 절단 측면도,2 is a partial cutaway side view showing an example of a conventional catalyst mounting structure;

도 3은 본 발명에 의한 촉매기를 나타낸 분해 사시도,3 is an exploded perspective view showing a catalyst according to the present invention;

도 4는 도 3의 결합상태를 나타낸 부분 확대 단면도이다.4 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a coupling state of FIG. 3.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

11: 하우징 12: 담체11: housing 12: carrier

13: 유도콘 15: (유도콘의) 캐비티13: Judo Cone 15: Cavity

16, 17: (유도콘의) 내부 및 외부콘16, 17: internal and external cones

M2: 배기 매니폴드 P: 배기파이프M2: exhaust manifold P: exhaust pipe

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량의 배기장치용 촉매기는, 하우징과; 이 하우징의 내부에 수용되며, 표면에 촉매물질이 도포되어 배기가스중의 유해물질을 무해한 물질로 산화 및 환원시키는 담체와; 하우징의 후단에 접합되어 정화된 배기가스를 배기파이프로 유도하며, 내부에 공기층으로 기능하는 캐비티(cavity)를 갖는 유도콘;을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a catalyst for an exhaust device of a vehicle according to the present invention includes a housing; A carrier housed in the housing, the catalyst material being coated on the surface to oxidize and reduce harmful substances in the exhaust gas to harmless materials; It is characterized in that it comprises a; induction cone having a cavity (cavity) to function as an air layer therein to guide the exhaust gas purified by bonding to the rear end of the housing to the exhaust pipe.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 유도콘이, 상호 간격을 두고 동심으로 배치되는 내부 및 외부콘으로 이루어지고, 내·외부콘의 양 단부가 하우징의 외주와 배기파이프 연결용 플랜지에 각각 동시에 용접됨으로써 양자간에 캐비티를 형성한다.According to one preferred feature of the present invention, the induction cone is composed of inner and outer cones arranged concentrically with each other, and both ends of the inner and outer cones are simultaneously connected to the outer periphery of the housing and the flange for connecting the exhaust pipe, respectively. By welding, a cavity is formed between them.

이에 따라 본 발명은, 담체의 산화작용에 따른 배기가스의 온도상승으로 인해 유도콘에 가해지는 열충격이 그 공기층의 단열작용에 의해서 최대한 억제되게 되므로 유도콘의 열화가 효과적으로 방지되어 차량의 신뢰성 향상에 효과를 발휘하게 된다.Accordingly, the present invention, since the thermal shock applied to the induction cone due to the rise of the temperature of the exhaust gas due to the oxidation of the carrier is suppressed to the maximum by the heat insulation action of the air layer, the degradation of the induction cone is effectively prevented to improve the reliability of the vehicle. Will be effective.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 차량의 배기장치용 촉매기에 대한 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the catalyst for the exhaust device of the vehicle according to the present invention.

도 3 및 도 4에서, 본 발명에 의한 차량의 배기장치용 촉매기(C)는, 원통형의 금속재 하우징(11)과, 이 하우징(11)의 내부에 수용되어 배기가스를 정화시키는 담체(12)와, 하우징(11)의 후단에 구비되어 정화된 배기가스를 배기파이프(P)로 유도하는 유도콘(13) 및 이 유도콘(13)의 후단에 일체적으로 구비되는 배기파이프 연결용 플랜지(14)로 구성된다.3 and 4, the catalyst C for exhaust apparatus of a vehicle according to the present invention is a cylindrical metal housing 11 and a carrier 12 accommodated in the housing 11 to purify exhaust gas. ) And an induction cone 13 which is provided at the rear end of the housing 11 to guide the purified exhaust gas to the exhaust pipe P and an exhaust pipe connection flange which is integrally provided at the rear end of the induction cone 13. It consists of 14.

하우징(11)은 그 전단부가 배기 매니폴드(M2)의 출구(T2)에 용접으로 접합되며, 이에 따라 촉매기(C)는 배기 매니폴드(M2)에 일체적으로 구비된다.The front end of the housing 11 is joined to the outlet T2 of the exhaust manifold M2 by welding, whereby the catalyst C is integrally provided in the exhaust manifold M2.

담체(12)는 예컨대 세락믹 또는 금속재 등으로 이루어며, 배기가스가 통과할 수 있도록 무수한 기공을 갖는 다공성으로 형성되고, 그 표면에는 배기가스중의 유해물질을 무해한 물질로 산화 및 환원시키는 촉매물질이 도포되어 있다.The carrier 12 is made of, for example, ceramic or metal, and is formed of porous material having numerous pores to allow exhaust gas to pass therethrough, and a catalyst material for oxidizing and reducing harmful substances in the exhaust gas to harmless materials on its surface. Is applied.

유도콘(13)은 본 발명의 특징에 따라 고온의 배기가스에 의해 가해지는 열충격이 최소로 작용하도록 내부에 완충용 공기층으로 기능하는 캐비티(15)를 갖는다. 이러한 캐비티(15)는 여러 가지 형태로 구성할 수 있는데, 예를 들어 도시된 바와 같이 유도콘(13)을 별개의 내부 및 외부콘(16)(17)으로 이루어진 이중구조로 구성하여 양자간에 일정한 간격을 부여함으로써 구성할 수 있다. 즉, 내부콘(16)의 전단부에는 하우징(11)의 후단부가 끼워져 안착되는 결합턱(18)을 형성하여 내부콘(16)의 테이퍼를 상대적으로 완만하게 형성하고, 외부콘(17)의 전단부가 내부콘(16)의 결합턱(18) 외주에 접촉하도록 외부콘(17)의 테이퍼를 상대적으로 급하게 형성하여, 내·외부콘(16)(17)의 양 단부를 상호 용접함으로써 양자의 테이퍼 기울기 차이에 의해 캐비티(15)를 형성하게 되는 것이다.The induction cone 13 has a cavity 15 which functions as a buffer air layer therein so that the thermal shock applied by the hot exhaust gas is minimized according to the characteristics of the present invention. The cavity 15 may be configured in various forms. For example, as shown, the induction cone 13 may be formed in a dual structure consisting of separate inner and outer cones 16 and 17 and may be uniformly formed therebetween. It can comprise by providing an interval. That is, the front end of the inner cone 16 is formed by the engaging jaw 18 is fitted to the rear end of the housing 11 is seated to form a relatively tapered of the inner cone 16, the outer cone 17 of the By forming the taper of the outer cone 17 relatively urgently so that the front end portion is in contact with the outer circumference of the engaging jaw 18 of the inner cone 16, both ends of the inner and outer cones 16 and 17 are welded to each other. The cavity 15 is formed by the taper inclination difference.

이 때, 내부콘(16)과 외부콘(17)은 용접부의 강도보강을 위해 하우징(11)의 후단부 외주와 배기파이프 연결용 플랜지(14)의 관통구멍(19) 내주에 각각 동시에 용접하는 것이 바람직하다.At this time, the inner cone 16 and the outer cone 17 are welded to the outer circumference of the rear end of the housing 11 and the inner circumference of the through hole 19 of the exhaust pipe connection flange 14 at the same time to reinforce the strength of the welded portion. It is preferable.

이와 같은 구조적 특징을 갖는 본 발명에 의한 차량의 배기장치용 촉매기(C)는, 담체(12)에 의해 정화된 고온의 배기가스를 배기파이프(P)로 유도하는 유도콘(13)의 내부에 공기층으로 기능하는 캐비티(15)가 형성되어 있으므로 유해물질의 산화작용에 따른 배기가스의 온도상승으로 유도콘(13)에 가해지는 열충격이 최대한 억제되게 된다. 즉, 엔진(E)으로부터 배출된 배기가스가 담체(12)를 통과하게 되면 그에 포함된 유해물질의 산화로 인해 배기가스의 온도가 크게 상승하게 되지만, 본 발명의 유도콘(13)은 양자간에 공기층을 형성하는 내·외부콘(16)(17)의 이중구조를 가지므로 이 공기층이 유도콘(13) 내·외부간에 단열층으로 기능하게 되어 유도콘(13)의 내·외부간 온도차로 인해 발생하는 열충격이 최소화 되는 것이다.The catalyst C for an exhaust device of a vehicle according to the present invention having such a structural feature includes the inside of the induction cone 13 for guiding the high temperature exhaust gas purified by the carrier 12 to the exhaust pipe P. Since the cavity 15 which functions as an air layer is formed in the thermal shock applied to the induction cone 13 due to the temperature rise of the exhaust gas due to the oxidation of toxic substances, the thermal shock applied to the induction cone 13 is maximized. That is, when the exhaust gas discharged from the engine E passes through the carrier 12, the temperature of the exhaust gas is greatly increased due to oxidation of harmful substances contained therein, but the induction cone 13 of the present invention is Since the air structure has a dual structure of the inner and outer cones 16 and 17 forming the air layer, the air layer functions as a heat insulating layer between the inside and the outside of the induction cone 13 due to the temperature difference between the inside and the outside of the induction cone 13. The thermal shocks generated are minimized.

이에 따라 유도콘(13)에 집중적으로 작용하는 열충격에 의한 유도콘(13)의 열화, 특히 유도콘(13)과 하우징(11)간의 용접부위에 발생하는 크랙이 최대한 방지되어 차량의 배기기능이 매우 안정적으로 이루어지게 된다.Accordingly, the deterioration of the induction cone 13 due to the thermal shock acting intensively on the induction cone 13, in particular, the crack occurring in the welded portion between the induction cone 13 and the housing 11 is prevented to the maximum, thereby greatly reducing the exhaust function of the vehicle. It is stable.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정화된 배기가스를 배기파이프로 유도하는 유도콘의 내부에 단열층으로 기능하는 공기층이 구비되어 있으므로 유해물질이 담체를 지나면서 발생하는 산화작용에 따른 배기가스의 온도상승으로 인해 유도콘에 가해지는 열충격을 최대한 억제할 수 있으며, 이에 따라 유도콘의 열화가 효과적으로 방지되어 본 발명은 차량 배기장치의 내구성과 신뢰성 향상에 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since an air layer functioning as a heat insulation layer is provided inside the induction cone for guiding the purified exhaust gas into the exhaust pipe, The thermal shock applied to the induction cone due to the temperature rise can be suppressed to the maximum. Accordingly, the deterioration of the induction cone can be effectively prevented, and thus the present invention is effective in improving durability and reliability of the vehicle exhaust system.

Claims (2)

차량의 배기가스중에 포함된 유해물질을 무해한 물질로 변환시키는 촉매기로서,As a catalyst for converting harmful substances contained in the exhaust gas of vehicles into harmless substances, 하우징과;A housing; 상기 하우징의 내부에 수용되며, 표면에 촉매물질이 도포되어 배기가스중의 유해물질을 무해한 물질로 산화 및 환원시키는 담체와;A carrier accommodated in the housing and coated with a catalyst material to oxidize and reduce harmful substances in the exhaust gas into harmless materials; 상기 하우징의 후단에 접합되어 정화된 배기가스를 배기파이프로 유도하며, 내부에 공기층으로 기능하는 캐비티를 갖는 유도콘;을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기장치용 촉매기.And an induction cone having a cavity functioning as an air layer therein, the exhaust gas being bonded to the rear end of the housing to guide the purified exhaust gas to an exhaust pipe therein. 제 1 항에 있어서, 상기 유도콘이, 상호 간격을 두고 동심으로 배치되는 내부 및 외부콘으로 이루어지고, 내·외부콘의 양 단부가 하우징의 외주와 배기파이프 연결용 플랜지에 각각 동시에 용접됨으로써 양자간에 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기장치용 촉매기.According to claim 1, wherein the induction cone is composed of inner and outer cones arranged concentrically with each other, both ends of the inner and outer cones are welded to the outer periphery of the housing and the flange for connecting the exhaust pipe, respectively, both A catalyst for an exhaust system of a vehicle, characterized by forming a cavity in the liver.
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