KR100514883B1 - 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법으로서, 각 단계는 엔진을 공연비 14.7로 운전시키는 단계; 촉매컨버터의 온도를 600~800℃ 상태로 일정시간 유지시키는 단계; 엔진을 공연비 13 이하로 운전시키는 단계; 촉매컨버터로 2차공기를 주입시킨 후 촉매컨버터의 온도를 1000℃의 고온상태로 일정시간 유지시키는 단계; 및 상기 고온 에이징단계를 실시하면서, 엔진오일과 오일첨가제가 혼합된 엔진오일 혼합물을 주입하는 단계로 이루어진다.

Description

피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법 {A catalytic converter aging mode method}

본 발명은 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기존의 열에 의한 에이징에 인(P), 아연(Zn) 등의 농도를 높인 엔진오일 혼합물을 주입하여 오일에 의한 피독 에이징을 유발시켜 촉매컨버터가 실차 조건에서와 같이 거의 동일한 환경으로 에이징되도록 한 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법에 관한 것이다.

최근 배기규제가 선진국을 중심으로 강화되면서, 촉매에 대한 중요성이 크게 부각되고 있다. 특히, 배기규제에 따라 내구연한을 규정하고 있는데, 이는 해당 마일리지까지도 촉매특성이 유지되어야 한다는 의미이다.

현재까지는 내구연한을 맞추기 위해 실차에서 주행하는 방법을 주로 사용해 왔으나, 국내(내구연한 16만 킬로미터)와 북미(내구연한 12만 마일)의 경우 실차에서는 비용과 시간적인 측면에서 큰 어려움이 있었다. 따라서, 실차를 모사할 수 있는 엔진벤치상태에서의 촉매 에이징을 통해 실차에 근접한 촉매열화를 얻고자 하고 있다. 그러나, 현재까지 사용중인 엔진벤치 에이징모드는 촉매를 열만으로 열화시키는 열에이징모드이다.

이와같이, 현재까지는 실차상태에서 발생되는 촉매의 열화매카니즘인 열적인 열화 및 피독물질에 의한 열화 중 열적인 열화만을 반영하고 있어 많은 문제점을 갖고 있다. 즉, 주행시간이 길면 길수록 소모되는 엔진오일의 총량은 증가하여 엔진오일 내에 함유되어 있는 인(P)의 소모량도 증가하여 이물질이 촉매를 피독시켜 촉매의 활성을 저하시킨다. 또한, 배기가스 규제가 엄격해짐에 따라 촉매를 엔진쪽으로 점점 가깝게 위치시키는데 이로써 촉매의 개발방향은 고온에 잘 견딜 수 있게 개발되고 있으므로, 피독에 의한 영향이 점점 더 커지고 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열에 의한 에이징에 인(P), 아연(Zn) 등의 농도를 높인 엔진오일 혼합물을 주입하여 오일에 의한 피독에이징을 유발시켜 촉매컨버터가 실차 조건에서와 같이 거의 동일한 환경으로 에이징되도록 한 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 촉매컨버터의 에이징 방법은

엔진을 공연비 14.7로 운전시키는 단계;

촉매컨버터의 온도를 600~800℃ 상태로 일정시간 유지시키는 단계;

엔진을 공연비 13 이하로 운전시키는 단계;

촉매컨버터로 2차공기를 주입시킨 후 촉매컨버터의 온도를 1000℃의 고온상태로 일정시간 유지시키는 단계; 및

상기 고온 에이징단계를 실시하면서, 엔진오일과 오일첨가제가 혼합된 엔진오일 혼합물을 주입하는 단계로 이루어진다.

본 발명은 엔진으로부터 발생되는 고온의 배기가스와 2차공기를 이용하여 촉매컨버터를 고온에서 에이징시킴과 동시에 인(P), 아연(Zn) 등의 농도를 높인 엔진오일 혼합물을 촉매 입구부에 주입하여 오일에 의한 피독에이징을 유발시켜 짧은 시간동안 촉매컨버터가 실차 조건에서와 같이 거의 동일한 환경으로 에이징되도록 한 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법이다.

<구성>

본 발명에 따른 피독을 고려한 촉매컨버터 에이징의 배기계 구성을 도 1에 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 엔진오일 혼합물을 열에이징시 흡기다기관(2)을 통해 주입함으로써 기존의 열에이징에 피독을 보강한 에이징으로서, 엔진오일 혼합물을 열에이징시 추가로 주입함으로써 에이징의 정도를 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 상기 엔진오일 혼합물은, 상용 엔진오일(P, Zn의 함유량은 1000ppm 내외임)에 인(P)과 아연(Zn)의 함량이 높은 오일첨가제인 ZDDP(Zinc Dialkyldithiophosphate) 또는 ZDTP(Zinc Dithiophosphate)를 섞은 엔진오일 혼합물이다.

또한, 상기 엔진오일 혼합물의 주입은 흡기다기관(intake manifold, 2) 또는 배기다기관(exhaust manifold, 4)을 통해 엔진(10)으로 주입가능하나, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 흡기다기관(2)을 통해 주입함으로써 실차상태에서 발생되는 촉매의 열화상태를 보다 더 정확히 모사할 수 있도록 하였다.

또한, 엔진오일 혼합물의 주입량은 실차에서 소모되는 엔진오일의 양이 주입되며, 주입방법에 있어서는 열에이징 시간동안 일정하게 주입할 수 있도록 하기 위해 펌프 등을 이용하여 주입가능하다.

<방법>

본 발명에 따른 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법을 흐름도인 도 2를 중심으로 도 1을 참조하여 단계별로 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 열에 의한 고온에이징 단계가 수행되면서, 그와 동시에 피독물질(엔진오일 혼합물)의 주입이 이루어진다.

즉, 엔진을 공연비 14.7로 운전시키고[S10], 제1,2 촉매컨버터의 온도를 600~800℃ 상태로 일정시간 유지시킨다[S20]. 이때, 촉매컨버터의 온도상태 유지시간은 약 60초 내외로 설정된다.

상기 S20단계 후, 엔진을 공연비 13 이하의 연료 농후조건에서 운전시키고[S30], 제1 촉매컨버터의 입구측에 2차공기를 주입하여 제1,2 촉매컨버터의 온도를 1000℃의 고온상태로 일정시간 유지시켜 제1,2 촉매컨버터의 성능이 저하되도록 한다[S40]. 이때, 촉매컨버터의 고온상태 유지시간은 약 30초 내외로 설정된다.

상기에서와 같이, 고온 에이징단계를 실시하면서 엔진오일과 오일첨가제가 혼합된 엔진오일 혼합물을 주입하는 단계로[S50], 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징방법이 이루어지는 것이다.

상기 S50단계에서, 주입되는 엔진오일 혼합물의 엔진오일과 오일첨가제의 혼합비 및 주입량은 차량의 배기량(cc)에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법을 소형차량(1500cc급)에 적용시킨 실험결과를 살펴본다.

실시예

본 실시예에 따른 피독을 고려한 에이징방법은, 상기에서 설명한 바와 같이, 고온 에이징단계로 촉매컨버터를 100시간 동안 에이징시키면서, 그와 동시에 흡기다기관에 피독물질을 주입시킨다.

즉, 엔진을 공연비 14.7로 운전시켜 촉매컨버터의 온도가 780℃ 상태에서 약 60초간 유지되도록 하고, 이후 엔진을 공연비 13 이하의 연료 농후조건에서 운전시키면서 촉매컨버터의 입구측에 2차 공기를 주입하여 촉매컨버터가 1015℃의 고온으로 상승되도록 하여 촉매컨버터의 성능을 저하시킨다. 이러한 상태를 18초간 유지시킨다.

또한, 상기와 같은 고온 에이징단계를 실시하면서, 본 발명에 따른 엔진오일 혼합물을 주입시킨다. 주입되는 혼합비는 엔진오일 30 중량 : 오일첨가제 1 중량의 비로 혼합하며, 혼합된 혼합물의 주입량은 1200cc만큼 주입하여 촉매컨버터에서 엔진오일에 의한 피독이 일어나도록 한다. 이러한 주입시간은 상기 고온 에이징단계가 수행되는 100시간 동안 주입된다.

비교예1

본 비교예1은, 상기 실시예에서 실험한 촉매컨버터와 동일한 장비를 실차에 장착한 차량으로 160,000Km 주행하였다.

비교예2

본 비교예2는, 종래의 고온 에이징단계만을 이용하여 촉매컨버터를 100시간 에이징시킨다.

즉, 엔진을 공연비 14.7로 운전시켜 촉매컨버터의 온도가 780℃ 상태에서 45초간 유지되도록 하고, 이후 엔진을 공연비 13의 연료 농후조건에서 운전시키면서 촉매컨버터의 입구측에 2차공기를 주입하여 촉매컨버터가 1015℃로 상승되도록 하며, 이러한 상태를 18초간 유지시킨다. 이러한, 고온에이징단계를 100시간 동안 반복 시행한다.

상기 본 발명에 따른 실시예와 비교예1 및 비교예2를 비교한 실험결과치는 아래 표 1과 같다. 참고로, 상기 실험에 있어서 실시예 및 비교예1,2에서 에이징된 배기계(촉매컨버터)를 차량에 직접 장착하여 배기가스 정화성능을 평가하되, 국내 공인 평가모드로 운전하면서 촉매컨버터를 통과하는 배출가스를 측정하였다.

배기계	탄화수소(g/Km)	질소산화물(g/Km)	P 침적량(g)
실시예	0.048	0.177	3.8
비교예1	0.045	0.180	4.0
비교예2	0.032	0.0035	0.2

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실차 조건인 비교예1과 비교해 보았을 때 본 발명에 따른 실시예가 실차조건과 가장 일치되고 있음을 알 수 있다. 반면, 종래의 고온 에이징단계만으로 운전한 비교예2는 실차조건인 비교예1에 비해 질소산화물 배출농도가 매우 낮게 나타남을 알 수 있다.

또한, 실시예 및 비교예1,2에서 에이징된 촉매컨버터 중 제1 촉매컨버터를 절개하여 침적된 인(P)의 양을 유도결합플라즈마장치로 분석하였다.

상기 분석결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 실시예와 실차 조건인 비교예1의 인(P)의 침적분포가 거의 유사함을 알 수 있다. 이는, 오일에 의한 피독에이징이 실차와 거의 유사한 경향으로 진행되었음을 의미한다. 반면, 비교예2는 오일에 의한 피독에이징이 발생하지 않아서 인(P)의 침적이 거의 없다.

이상에서 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명을 설명하였으나 본 발명의 기술적사상이 이에 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명에 따른 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항의 합리적인 해석에 의해 결정되어져야 한다.

본 발명의 피독을 고려한 촉매컨버터 에이징모드 방법에 따르면, 실차와 유사한 배기성능의 비활성화 경향을 보이는 촉매 컨버터의 제작이 가능하여 효과적으로 배기 내구 개발을 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징모드 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 촉매컨버터의 에이징 방법 흐름도.

<도면부호의 설명>

2 흡기다기관 4 배기다기관

6 제1 촉매컨버터 8 제2 촉매컨버터

10 엔진

Claims (5)

1. 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법에 있어서,

   엔진을 공연비 14.7로 운전시키는 단계;

   촉매컨버터의 온도를 600~800℃ 상태로 일정시간 유지시키는 단계;

   엔진을 공연비 13 이하로 운전시키는 단계;

   촉매컨버터로 2차공기를 주입시킨 후 촉매컨버터의 온도를 1000℃의 고온상태로 일정시간 유지시키는 단계; 및

   상기 고온 에이징단계를 실시하면서, 엔진오일과 오일첨가제가 혼합된 엔진오일 혼합물을 주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 오일첨가제는 인(P), 아연(Zn)의 함량이 높은 ZDDP 또는 ZDTP가 사용되는 것을 특징으로 하는 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 엔진오일 혼합물은 흡기다기관을 통해 엔진으로 주입되는 것을 특징으로 하는 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법.
4. 제 1항 또는 3항에 있어서, 상기 엔진오일 혼합물의 주입에 있어서,

   주입되는 엔진오일과 오일첨가제의 혼합비 및 주입량은 차량의 배기량에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법.
5. 제 1항 또는 3항에 있어서, 상기 엔진오일 혼합물의 주입에 있어서,

   고온 에이징시간 동안 일정한 주입을 위해 펌프를 이용하는 것을 특징으로 하는 피독을 고려한 촉매컨버터의 에이징 방법.