KR100506780B1 - 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 쉘(shell) 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전방으로 배치되는 제1촉매를 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 촉매 귀금속의 활용도가 저하되는 전측부와, 이를 제외한 나머지 영역의 후측부로 구분하고, 두 영역 사이에 적정의 촉매 귀금속 농도 구배를 주어 제조함으로써, 전측부에 과잉의 촉매 귀금속을 담지하여 낭비하던 종래의 문제점을 해소할 수 있고, 촉매 귀금속의 사용량을 줄일 수 있어 촉매 전체의 제조 원가를 낮출 수 있으며, 촉매 귀금속의 활용도를 향상시킬 수 있도록 개선된 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법{Three way catalyst for automobile and method for manufacturing it}

본 발명은 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 쉘 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전방으로 배치되는 제1촉매를 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 촉매 귀금속의 활용도가 저하되는 전측부와, 이를 제외한 나머지 영역의 후측부로 구분하고, 두 영역 사이에 적정의 촉매 귀금속 농도 구배를 주어 제조함으로써, 전측부에 과잉의 촉매 귀금속을 담지하여 낭비하던 종래의 문제점을 해소할 수 있고, 촉매 귀금속의 사용량을 줄일 수 있어 촉매 전체의 제조 원가를 낮출 수 있으며, 촉매 귀금속의 활용도를 향상시킬 수 있도록 개선된 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 이용도가 증가하고 교통량이 증가함에 따라 배기가스로 인한 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다.

따라서, 각국의 정부는 배기가스규제를 위하여 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 배기가스 내 오염물질에 대한 배출기준을 정해놓고 있으며, 이러한 배기가스규제는 점차 강화되고 있는 추세이다.

또한, 각 자동차 제조사들은 한층 강화되고 있는 배기가스규제에 효과적으로 대응하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있는 실정이며, 신규 차량은 배기가스 배출기준에 맞추어 생산하고 있다.

특히, 자동차에서는 배기가스 배출기준을 충족시키기 위하여 귀금속 담지의 촉매가 설치된 삼원촉매 컨버터(three way catalyst converter)가 배기계에 장착되어 탄화수소의 분해, 일산화탄소의 산화 및 질소산화물의 환원을 촉진시킨다.

상기 삼원촉매는 배기가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시키는 촉매를 의미하며, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계의 삼원촉매가 이용된다.

현재, 각국의 배기가스규제가 강화되면서 촉매기술이 향상되었고, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)과 같은 촉매 귀금속의 사용량도 증가하였으며, 우수한 정화성능을 가지면서도 실용화가 가능하고 경제성 측면에서 유리한 삼원촉매의 연구가 활발히 진행 중에 있다.

한편, 배기가스 정화장치는 장기적인 내구를 의무적으로 보장하여야만 하는데, 이를 위해서는 촉매가 열 또는 피독에 의하여 비활성화되는 문제를 고려하여야 한다.

이러한 촉매의 열 또는 피독 문제에 있어서, 적용된 촉매 귀금속의 담지량이 증가하고 와시코트(washcoat)의 기술이 향상되면서 촉매의 열적 안정성은 향상되었으나, 상대적으로 피독에 의한 비활성화가 촉매의 내구성에 큰 영향을 주고 있으며, 따라서 이러한 피독 영향을 고려하여 촉매를 설계하여야 할 필요성이 커지고 있다.

즉, 자동차 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 장기적인 내구성을 개선하기 위하여 엔진 오일 등에 의한 피독으로 촉매의 효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있는 방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 것이다.

현재의 촉매 설계 기술에서는 배기가스규제를 만족시키기 위하여 촉매가 빨리 활성화되는 것이 필수적이며, 촉매 컨버터의 저온 활성을 향상시키기 위하여 동일 촉매 컨버터 내에 두 개의 촉매를 적용하고, 이 중 앞쪽 촉매에 귀금속을 다량으로 담지시켜 저온 활성화를 빠르게 하는 촉매 설계가 일반화되어 있다.

요약컨대, 삼원촉매 시스템을 구성함에 있어서, 촉매 컨버터의 쉘(shell) 내부에 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전후로 배치되는 제1촉매와 제2촉매를 설치하고, 촉매 컨버터의 입구를 통해 쉘 내부로 들어온 배기가스가 제1촉매와 제2촉매를 차례로 통과하여 정화된 후 출구를 통해 빠져나가도록 하고 있으며, 제1촉매의 귀금속 담지량을 제2촉매의 귀금속 담지량에 비해 크게 하고 있는 것이다.

그러나, 상기와 같이 제1촉매와 제2촉매의 두 촉매가 적용되는 종래의 삼원촉매 시스템에서는 전후로 위치되는 두 촉매간 귀금속의 담지량을 전술한 바와 같이 서로 달리하고 있으나(제1촉매의 귀금속 담지량을 제2촉매에 비해 크게 함), 각 촉매의 전체 부피에 대한 귀금속 농도는 균일하다.

따라서, 촉매에서 열에 의한 비활성화가 촉매의 전체 부피에 대하여 고르게 나타나는 점과는 달리, 엔진 오일 등에 의한 피독현상이 촉매의 입구부위에 집중되는 점을 감안하여 볼 때, 상기와 같이 귀금속의 농도를 균일하게 하여 제1촉매를 제조하는 것은 고가의 촉매재료인 귀금속을 낭비하는 요인이 된다.

즉, 종래의 삼원촉매 시스템에서는, 제1촉매의 앞쪽 특정 영역이 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 귀금속 활용도가 저하된다는 점에서, 제1촉매를 전체 부피에 대하여 균일한 귀금속 농도로 제조함으로써, 고가의 촉매재료인 귀금속을 낭비하고 촉매의 제조원가를 불필요하게 상승시키는 문제점이 있었던 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 쉘 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전방으로 배치되는 제1촉매를 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 촉매 귀금속의 활용도가 저하되는 전측부와, 이를 제외한 나머지 영역의 후측부로 구분하고, 두 영역 사이에 적정의 촉매 귀금속 농도 구배를 주어 제조함으로써, 전측부에 과잉의 촉매 귀금속을 담지하여 낭비하던 종래의 문제점을 해소할 수 있고, 촉매 귀금속의 사용량을 줄일 수 있어 촉매 전체의 제조 원가를 낮출 수 있으며, 촉매 귀금속의 활용도를 향상시킬 수 있도록 개선된 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 쉘(shell)(12) 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전후로 배치되는 제1촉매(14)와 제2촉매(16)를 가지는 자동차용 삼원촉매 시스템에 있어서,

상기 제1촉매(14)에서 담체의 전단부 끝으로부터 담체 전체 부피에 대하여 10 ∼ 40%의 영역에 해당하는 담체 전측부(14a)가 이를 제외한 나머지 영역의 담체 후측부(14b)에 코팅된 촉매층에 비해 낮은 촉매 귀금속 농도를 갖는 촉매층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 자동차용 삼원촉매 시스템에서, 상기 전측부(14a) 촉매층에 함유된 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)의 촉매 귀금속 중 적어도 하나 이상의 농도가 상기 후측부(14b) 촉매층에 함유된 동일 촉매 귀금속의 농도에 대하여 10 ∼ 90%의 농도인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 삼원촉매 시스템을 제조하기 위해서는 쉘(shell)(12) 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전후로 배치되는 제1촉매(14)와 제2촉매(16)를 가지는 자동차용 삼원촉매 시스템의 제조방법에 있어서,

상기 제1촉매(14a) 제조시, 제1촉매용 담체의 전단부 끝으로부터 담체 전체 부피에 대하여 10 ∼ 40%의 영역에 해당하는 담체 전측부(14a)와 이를 제외한 나머지 영역의 담체 후측부(14b)를 코팅하기 위한 촉매 슬러리(18,19)를 각각 제조하되 상기 각 촉매 슬러리(18,19)를 귀금속의 함유량을 달리한 저농도 및 고농도 촉매 슬러리로 각각 제조한 후, 상기 저농도 촉매 슬러리(18)를 상기 제1촉매용 담체의 전측부(14a)에 코팅하고 상기 고농도 촉매 슬러리(19)를 상기 제1촉매용 담체의 후측부(14b)에 각각 코팅하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 제조방법에서, 상기 제1촉매용 담체의 전측부(14a)와 후측부(14b)의 각 코팅은 코팅이 이루어질 해당부 끝단면을 촉매 슬러리의 액면에 접촉시킨 후 담체의 반대쪽 끝단면 상측에서 부압을 걸어주어, 이 부압에 의해 담체를 통해 빨아올려진 촉매 슬러리가 해당부 영역만큼의 담체 표면에 코팅되도록 하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제조방법에서, 상기 저농도 촉매 슬러리(18)는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)의 촉매 귀금속 중 적어도 하나 이상의 농도가 상기 고농도 촉매 슬러리(19)의 동일 촉매 귀금속의 농도에 대하여 10 ∼ 90%의 농도가 되도록 담지시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 실시예의 삼원촉매 시스템을 보여주는 구성도이다.

자동차용 삼원촉매 시스템(10)을 구성하는 제1촉매(14)의 앞쪽 영역(이하, 제1촉매의 전측부라 칭함)(14a)에서는 엔진 오일에 의한 피독 열화가 집중되면서 차량의 장기간 주행으로 인한 비활성화 이후, 배기가스가 활성 귀금속과 접촉하기가 어렵고, 결국 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)과 같은 촉매 귀금속의 활용도가 극히 낮아진다.

따라서, 상기 제1촉매(14)의 전측부(前側部)(14a)에서 촉매 귀금속의 담지량을 줄이면, 촉매 전체의 촉매 귀금속 활용도가 향상될 수 있고, 고가의 촉매재료인 촉매 귀금속의 낭비를 방지할 수 있음은 물론 그 사용량을 줄일 수 있게 되어 촉매의 제조원가를 낮출 수 있다.

또한, 상기 제1촉매(14)의 전측부(14a)에 촉매 귀금속을 상대적으로 적게 담지하고 이 전측부(14a)에서 줄인 양만큼의 촉매 귀금속을 후측부(後側部)(14b)에 농후하게 담지할 경우, 동일한 양의 촉매 귀금속을 사용하면서도 촉매가 장기적으로 우수한 내구특성을 가질 수 있도록 구성할 수 있다.

먼저, 본 발명의 삼원촉매 시스템(10)은 쉘(shell)(12)의 배기가스 입구쪽으로 제2촉매(16)의 전방에 위치된 제1촉매(14)에서 담체의 전단부 끝으로부터 담체 전체 부피에 대하여 10 ∼ 40%의 영역에 해당하는 담체 전측부(14a)가 이를 제외한 나머지 영역의 담체 후측부(14b)에 코팅된 촉매층에 비해 낮은 촉매 귀금속 농도를 갖는 촉매층으로 코팅된다.

여기서, 상기 전측부(14a)의 촉매층에 담지된 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)의 촉매 귀금속 중 적어도 하나 이상의 농도는 상기 후측부(14b) 촉매층에 담지된 동일 촉매 귀금속의 농도에 대하여 10 ∼ 90%의 농도가 되도록 구성된다.

이때, 상기 제1촉매(14)의 담체 전측부(14a)의 촉매 귀금속 농도가 담체 후측부(14b)의 촉매 귀금속 농도에 대하여 10% 미만이면 촉매의 활성이 너무 낮아져 저온 활성화에 불리하고, 90%를 초과하면 농도 구배에 의한 귀금속 사용량 절감의 효과가 너무 적어지는 문제가 있다.

상기와 같이 제1촉매(14)의 담체 전측부(14a)에서 촉매 귀금속의 담지량을 담체 후측부(14b)에 비해 적게 하여 촉매 귀금속의 농도 구배를 주게 되면, 제1촉매(14)의 담체 전측부(엔진 오일의 피독으로 불가피하게 촉매 귀금속의 활용도가 저하되는 부분임)(14a)에서 과잉의 촉매 귀금속을 담지하여 낭비하던 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 촉매 귀금속을 최적으로 활용할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 삼원촉매 시스템의 제조방법을 더욱 구체화하여 설명하면 다음과 같다.

배기가스 정화용 삼원촉매 시스템(10)의 전체 제조공정에서, 상기 제1촉매(14) 및 제2촉매(16)를 제조하는 공정은, 팔라듐(필요시에는 백금, 로듐을 포함함)과 같은 귀금속 촉매재료를 사용하여 제1촉매용 슬러리와 제2촉매용 슬러리를 각각 제조하는 단계와, 상기 제1촉매용 슬러리 및 제2촉매용 슬러리를 벌집구조의 제1촉매용 담체 및 제2촉매용 담체에 각각 코팅한 후 건조 및 소성하여 제1촉매 및 제2촉매를 완성하는 단계로 이루어진다.

상기 제1촉매용 슬러리와 제2촉매용 슬러리를 제조하는 단계는 공히 알루미나 지지체에 세리아를 첨가시킨 다공성 담지체에 팔라듐(Pd) 용액(필요시에는 백금, 로듐을 포함함)을 담지하고, 이와 같이 팔라듐이 담지된 다공성 담지체를 습식 밀링하는 것으로 수행된다.

단, 상기 제1촉매용 슬러리를 제조함에 있어서, 본 발명에서는 촉매 귀금속의 농도를 달리한 두 종류의 슬러리(18,19)를 제조한다.

상기 두 종류의 촉매 슬러리(18,19)는 상대적으로 적은 양의 촉매 귀금속을 담지시켜 제조되고 제1촉매(14)의 전측부(14a)에 코팅될 저농도 촉매 슬러리(이하 저농도 촉매 슬러리라 칭함)(18)와, 상대적으로 많은 양의 촉매 귀금속을 담지시켜 제조되고 제1촉매(14)의 후측부(14b)에 코팅될 고농도 촉매 슬리리(이하 고농도 촉매 슬러리라 칭함)(19)이며, 저농도 촉매 슬러리(18) 제조시에는 고농도 촉매 슬러리(19) 제조시의 동일 촉매 귀금속의 사용 중량에 대하여 10 ∼ 90% 농도의 촉매 귀금속을 사용한다.

즉, 상기 저농도 촉매 슬러리(18)는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)의 촉매 귀금속 중 적어도 하나 이상의 농도가 상기 고농도 촉매 슬러리(19)의 동일 촉매 귀금속의 농도에 대하여 10 ∼ 90%의 농도가 되도록 담지시켜 제조하는 것이다.

상기와 같이 촉매 귀금속의 농도를 달리한 두 종류의 1차촉매용 슬러리(18,19)를 제조한 후에는 저농도 및 고농도 촉매 슬러리(18,19)를 제1촉매(14)의 해당 부분에 코팅하는 공정을 수행한다.

먼저, 촉매 귀금속이 상대적으로 저농도로 담지된 저농도 촉매 슬러리(18)와, 촉매 귀금속이 상대적으로 고농도로 담지된 고농도 촉매 슬러리(19)를 별도의 용기(17a,17b)에 각각 담는다.

이후, 첨부한 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1촉매용 담체(13)의 전측부(14a) 끝단면을 저농도 촉매 슬러리(18)의 액면에 접촉시킨 후 후측부(14b) 끝단면이 상측으로 위치되도록 세우고, 액면의 반대방향, 즉 후측부(14b) 끝단면 상측으로 부압을 걸어주어, 저농도 촉매 슬러리(18)를 담체(13)를 통해 상측으로 빨아올린다.

즉, 상기 제1촉매용 담체(13)의 후측부(14b) 끝단면 상측으로 부압을 걸어주면 저농도 촉매 슬러리(18)가 담체(13)를 통해 소정의 높이만큼 빨아올려지는 바, 이때 빨아올려진 저농도 촉매 슬러리(18)가 담체 전측부(14a)의 표면을 코팅하게 되는 것이다.

본 코팅공정에서 부압의 세기와 시간은 빨아올려지는 저농도의 촉매 슬러리(18)가 담체(13)의 전단부 끝으로부터 담체(13) 전체 부피에 대하여 10 ∼ 40%의 영역을 코팅하도록 적절히 조절한다.

이후, 상기 제1촉매용 담체(13)를 180°로 회전시켜 전측부(14a) 및 후측부(14b)가 반대로 위치되도록 거꾸로 세운 후, 후측부(14b) 끝단면을 고농도 촉매 슬러리(19)의 액면에 접촉시킨 후 액면의 반대방향, 즉 전측부(14a) 끝단면 상측으로 부압을 걸어주어 고농도 촉매 슬러리(19)를 담체(13)를 통해 상측으로 빨아올린다.

이때 가하는 부압의 세기와 시간은 빨아올려지는 고농도의 촉매 슬러리(19)가 상기 10 ∼ 40%의 영역, 즉 담체 전측부(14a)를 제외한 나머지 담체 후측부(14b)를 코팅하도록 적절히 조절된다.

상기와 같이 실시되는 제1촉매의 코팅공정에서 각 슬러리의 코팅순서는 서로 바뀌어도 무방하다.

상기와 같이 해당 영역에서 저농도 및 고농도 촉매 슬러리로 각각 코팅된 제1촉매는 건조 및 소성공정을 거쳐 완성된다.

이후의 삼원촉매 시스템 제조공정, 즉 제2촉매의 제조 및 쉘과의 조립 등은 종래와 동일하게 실시된다.

이와 같이 하여, 본 발명의 삼원촉매 시스템 제조방법에 의하면, 제1촉매에서 담체의 전단부 끝으로부터 담체 전체 부피에 대하여 10 ∼ 40%의 영역에 해당하는 담체 전측부가 이를 제외한 나머지 영역의 담체 후측부에 코팅된 촉매층에 비해 낮은 촉매 귀금속 농도를 갖는 촉매층으로 코팅될 수 있다.

결국, 본 발명의 제조방법에 의하면, 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 귀금속 활용도가 저하되는 제1촉매의 전측부에서 과잉의 귀금속이 담지되어 귀금속이 낭비되던 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 귀금속을 최적으로 활용할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전방으로 배치되는 제1촉매(14)를 제조하기 위하여, 저농도 촉매 슬러리(18)와 고농도 촉매 슬러리(19)를 제조하였으며, 상기 각 슬러리(18,19)를 제1촉매용 담체(13)의 해당 영역에 코팅하였다.

먼저, 팔라듐(Pd) 용액 3 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 67 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 저농도 촉매 슬러리(18)를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 저농도 촉매 슬러리(18)를 벌집구조의 제1촉매용 담체(13)의 전측부(14a)에 코팅하였으며, 상기 전측부(14a)는 제1촉매(14)의 전단부 끝으로부터 담체(13) 전체 부피에 대하여 30%가 되는 영역만큼으로 설정하였다.

이후, 팔라듐(Pd) 용액 10 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 60 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 고농도 촉매 슬러리(19)를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 고농도 촉매 슬러리(19)를 벌집구조의 제1촉매용 담체(13)의 후측부(14b), 즉 상기 전측부(14a)를 제외한 나머지 부분에 코팅하였다.

상기와 같이 코팅공정을 실시한 후에는 건조 및 소성공정을 거쳐 제1촉매를 완성하였다.

다음으로, 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 제1촉매 후방으로 배치되는 제2촉매(16)를 제조하기 위하여, 팔라듐 용액 5 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 65 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 제2촉매용 슬러리를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 제2촉매용 슬러리를 제2촉매용 담체에 코팅한 후 건조 및 소성하여 제2촉매를 완성하였다.

마지막으로, 상기와 같이 제조된 제1 및 제2촉매(14,16)를 쉘(12) 내부에 설치하여 최종의 삼원 촉매 시스템(10)을 완성하였다.

비교예 1

먼저, 팔라듐 용액 10 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 60 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 제1촉매용 슬러리를 제조하고, 이를 제1촉매용 담체에 코팅한 후 건조 및 소성하여 제1촉매(24)를 완성하였다.

이후, 팔라듐 용액 5 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 65 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 제2촉매용 슬러리를 제조하고, 이를 제2촉매용 담체에 코팅한 후 건조 및 소성하여 제2촉매(26)를 완성하였다.

마지막으로, 상기와 같이 제조된 제1 및 제2촉매(24,26)를 쉘(22) 내부에 설치하여 최종의 삼원촉매 시스템(20)을 완성하였다(도 2 참조).

비교예 2

제1촉매의 팔라듐 농도만 제외하고는 비교예 1과 동일하다.

즉, 팔라듐 용액 7 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 63 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 제1촉매용 슬러리를 제조하고, 이를 제1촉매용 담체에 코팅한 후 건조 및 소성하여 제1촉매를 완성하였다.

이후, 팔라듐 용액 5 중량부를 세리아 30 중량부와 알루미나 담지체 65 중량부에 담지시킨 후 습식 밀링하여 제2촉매용 슬러리를 제조하고, 이를 제2촉매용 담체에 코팅한 후 건조 및 소성하여 제2촉매를 완성하였다.

마지막으로, 상기와 같이 제조된 제1 및 제2촉매를 쉘 내부에 설치하여 최종의 삼원촉매 시스템을 완성하였다.

실험예

상기 실시예와 비교예 1, 2에서 제조된 삼원촉매 시스템을 각각 차량에 장착한 다음 16만㎞를 주행한 후, 국내 공인 평가모드로 운전한 결과 배출되는 탄화수소의 농도를 측정하였으며, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

다음의 표 1에서 탄화수소의 농도는 차랑 시험 평가시 단위 킬로미터당 배출된 탄화수소의 농도이다.

(표 1)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 장기 주행 후 차량 시험 평가시 단위 킬로미터당 배출되는 탄화수소의 농도를 비교하여 본 결과, 본 발명의 실시예에서 탄화수소 배출량이 촉매 귀금속의 사용량이 많은 비교예 1의 탄화수소 배출량과 동일하였으며, 동일량의 촉매 귀금속을 사용한 비교예 2의 탄화수소 배출량보다는 적게 나타났다.

이러한 결과는 본 발명의 기술을 적용할 경우 적은 촉매 귀금속 사용량으로도 효율적으로 공해물질을 저감할 수 있음을 의미하는 것이다.

이와 같이 하여, 쉘 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전방으로 배치되는 제1촉매를 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 귀금속 활용도가 저하되는 전측부와 이를 제외한 나머지 영역의 후측부로 구분하여, 상기한 바의 귀금속 농도 구배를 주게 되면, 제1촉매의 전측부에 과잉의 귀금속을 담지하여 귀금속을 낭비하던 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 귀금속을 최적으로 활용할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법에 의하면, 쉘 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전방으로 배치되는 제1촉매를 엔진 오일의 피독으로 불가피하게 촉매 귀금속의 활용도가 저하되는 전측부와, 이를 제외한 나머지 영역의 후측부로 구분하고, 두 영역 사이에 적정의 촉매 귀금속 농도 구배를 주어 제조함으로써, 전측부에 과잉의 촉매 귀금속을 담지하여 낭비하던 종래의 문제점을 해소할 수 있고, 촉매 귀금속의 사용량을 줄일 수 있어 촉매 전체의 제조 원가를 낮출 수 있으며, 촉매 귀금속의 활용도를 향상시킬 수 있도록 개선되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 삼원촉매 시스템을 보여주는 구성도이고,

도 2는 본 발명의 제조방법에서 제1촉매의 촉매 슬러리 코팅방법을 보여주는 공정도이며,

도 3은 비교예의 삼원촉매 시스템을 보여주는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 삼원촉매 시스템 12 : 쉘(shell)

14 : 제1촉매 16 : 제2촉매

Claims (5)

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4. 쉘(shell)(12) 내부에서 배기가스 통과방향을 기준으로 하여 전후로 배치되는 제1촉매(14)와 제2촉매(16)를 가지는 삼원촉매 시스템의 제조방법에서, 상기 제1촉매(14a) 제조시, 제1촉매용 담체의 전단부 끝으로부터 담체 전체 부피에 대하여 10 ∼ 40%의 영역에 해당하는 담체 전측부(14a)와 이를 제외한 나머지 영역의 담체 후측부(14b)를 코팅하기 위한 촉매 슬러리(18,19)를 각각 제조하되 상기 각 촉매 슬러리(18,19)를 귀금속의 함유량을 달리한 저농도 및 고농도 촉매 슬러리로 각각 제조한 후, 상기 저농도 촉매 슬러리(18)를 상기 제1촉매용 담체의 전측부(14a)에 코팅하고 상기 고농도 촉매 슬러리(19)를 상기 제1촉매용 담체의 후측부(14b)에 각각 코팅하여 제조하는 자동차용 삼원촉매 시스템 제조방법에 있어서,

   상기 제1촉매용 담체의 전측부(14a)와 후측부(14b)의 각 코팅은 코팅이 이루어질 해당부 끝단면을 촉매 슬러리의 액면에 접촉시킨 후 담체의 반대쪽 끝단면 상측에서 부압을 걸어주어, 이 부압에 의해 담체를 통해 빨아올려진 촉매 슬러리가 해당부 영역만큼의 담체 표면에 코팅되도록 하는 것임을 특징으로 하는 자동차용 삼원촉매 시스템 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 저농도 촉매 슬러리(18)는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)의 촉매 귀금속 중 적어도 하나 이상의 농도가 상기 고농도 촉매 슬러리(19)의 동일 촉매 귀금속의 농도에 대하여 10 ∼ 90%의 농도가 되도록 담지시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 삼원촉매 시스템 제조방법.