KR100610926B1

KR100610926B1 - Ｏｂｄ 임계 촉매 제작용 에이징 장치

Info

Publication number: KR100610926B1
Application number: KR1020040041618A
Authority: KR
Inventors: 최성무
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2006-08-10
Also published as: KR20050116531A

Abstract

본 발명은 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치에 관한 것으로서, 연료를 공급하는 연료공급부 및 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너와, 배기 파이프상에서 촉매 컨버터 입구쪽 전방으로 피독물질인 ZnDDP를 미립화 상태로 공급하는 ZnDDP 공급부와, 촉매 온도를 검출하는 온도센서 및 촉매 후방 배기가스의 A/F를 검출하는 A/F 미터와, 온도센서 및 A/F 미터의 출력신호로부터 촉매 온도 및 A/F가 기설정된 바대로 유지될 수 있도록 상기 공기공급부 및 연료공급부에 의해 버너로 제공되는 공기량 및 연료량 조절을 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러로 구성된 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 에이징 장치에 의하면, 촉매 시스템 전체의 에이징이 가능하면서도 기존 에이징 방법보다 NOx 및 THC 정화율을 균형 있게 감소시킬 수 있고, 열과 피독 모두를 적절히 조절할 수 있는 장점이 있게 된다.

OBD 임계 촉매, 에이징 장치, ZnDDP, 인젝터

Description

ＯＢＤ 임계 촉매 제작용 에이징 장치{Aging system for OBD threshold catalyst manufacturing}

도 1은 촉매의 열화정도에 따른 촉매 전후단의 산소센서 신호를 나타낸 도면,

도 2는 촉매의 열화지수를 평가하는 방법을 나타낸 도면,

도 3a와 도 3b은 종래 방법에 의해 에이징한 촉매의 성능을 평가한 결과 도면,

도 4는 NOx와 NMOG의 정화율을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치를 도시한 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치의 제어 관계를 보인 블럭도,

도 7은 본 발명의 에이징 장치에서 인젝터 및 SUS 철망의 설치상태를 도시한 단면도,

도 8은 본 발명의 에이징 장치에 의한 에이징 실시과정을 나타낸 예시도,

도 9는 본 발명의 에이징 장치 및 기존 방법에 의해 에이징된 촉매의 열화지수 측정치를 비교한 도면,

도 10은 본 발명의 에이징 장치 및 기존 방법에 의해 에이징된 촉매의 THC 및 NOx 정화율을 비교한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 저장탱크 12 : 펌프

13 : 연료 인젝터 21 : 블로어

22 : 바이패스 밸브 31 : 믹서

32 : 버너 40 : 촉매 컨버터

41 : 온도센서 42 : A/F 미터

50 : 컨트롤러 61 : ZnDDP 리저버

62 : 펌프 63 : 레귤레이터

64 : 오일 인젝터 65 : 철망

본 발명은 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치에 관한 것으로서, 연료를 공급하는 연료공급부 및 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너와, 배기 파이프상에서 촉매 컨버터 입구쪽 전방으로 피독물질인 ZnDDP를 미립화 상태로 공급하는 ZnDDP 공급부와, 촉매 온도를 검출하는 온도센서 및 촉매 후방 배기가스의 A/F를 검출하는 A/F 미터와, 온도센서 및 A/F 미터의 출력신호 로부터 촉매 온도 및 A/F가 기설정된 바대로 유지될 수 있도록 상기 공기공급부 및 연료공급부에 의해 버너로 제공되는 공기량 및 연료량 조절을 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러로 구성된 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 배기가스는 엔진에서 혼합기 연소에 의해 생성되어 배기 파이프를 통해 대기 중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등 인체에 유해한 물질이 다량 포함되어 있다.

따라서, 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 방지하는 것이 환경위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 자동차에서는 배기가스를 배출하기 전에 반드시 정화처리를 하도록 규제하고 있다.

또한, 자동차 배기가스 제어에 이상이 있는 경우 이를 컴퓨터가 판단하여 운전자에게 경고등(MIL:Malfunction Indicator Lamp)을 통해 알려주는 법규를 제정하였는 바, 최근 들어 이러한 촉매의 OBD(On Board Diagnosis) 규제가 점차 강화되고 있는 추세이다.

이에 대한 법규 현황을 보면, LEV(Low Emission Vehicle) 배기규제에서는 기존 NMOG(Non-Methane Organic Gases) 규제치의 1.75배 이상의 NMOG가 배출되면 OBD의 MIL이 온(on)되게 되어 있었으나, NOx 모니터링에 대한 규제는 없는 실정이다.

그런데, LEV 규제에서 LEV Ⅱ 규제로 NOx 규제가 기존의 LEV 규제보다 4배 강화됨에 따라 NOx 모니터링에 관한 규정이 추가되었는 바, 향후 LEV Ⅱ 규제에 대해서는 NMOG 및 NOx를 모두 모니터링 하여야 하고, 2007년 이후에는 NMOG 및 NOx 규제의 1.75배 이상의 배기가스가 배출되었을 경우 MIL을 온(on)시켜야 하는 장치 및 시스템을 추가적으로 장착해야 한다.

특히, 촉매 에이징에 있어서 NOx 모니터링 차량의 경우 촉매 시스템 전체를 MIL 기준치까지 에이징 해야 한다.

통상, 촉매의 파손 유형은 열화, 피독, 파손 및 멜팅(melting)을 들 수 있으며, 열화의 구체적인 예로는 귀금속과 Ce의 소결, 담체 상 변화에 의한 표면적 감소, 귀금속과 Ce의 내열성에 의한 기능 약화 등을 들 수 있고, 피독의 구체적인 예로는 엔진 오일에 포함된 실리콘, 황, 인, 납, 아연 등이 담체 표면의 촉매 성분을 덮어 효율을 감소시키는 것을 들 수 있다.

또한, 파손의 경우 기계적인 손상을 들 수 있으며, 멜팅으로는 실화 등에 의한 담체 멜팅을 들 수 있다.

한편, OBD 모니터링 방법은 촉매 전단의 산소센서(Front O₂ Sensor)와 후단의 산소센서(Rear O₂ Sensor)를 설치하여 두 센서의 출력신호를 비교하여 촉매의 열화정도를 판단하게 된다.

첨부한 도 1은 촉매 전후단의 산소센서 신호가 촉매의 열화정도에 따라 변화하는 양상을 나타내고 있다.

촉매는 기본적으로 산소 저장능(OSC)을 가지고 있으므로, 산소가 많을 경우 산소를 흡수하고, 산소가 적을 경우 산소를 방출하는 바, 촉매 전단에서의 산소 농도는 엔진에서 배출되고 제어되어 사인파 형태를 취하면서 높았다가 낮았다가 하 나, 촉매가 정상적으로 작동하면 촉매 후단의 산소센서에서는 사인파 신호가 거의 약하게 나타난다.

그러나, 촉매가 열화되면(특히 열) 산소 저장능이 약해지므로 촉매 전단의 산소센서 신호와 후단의 산소센서 신호가 서로 유사하게 나타나며, 이럴 경우 촉매의 정화성능이 낮아졌다고 판단할 수 있다.

도 1의 상측에 나타낸 바와 같이 정상의 촉매인 경우 촉매가 배기가스 정화에 어느 정도 기여하고 있어 촉매 전후단 센서의 신호 파형이 큰 차이가 있으나, 하측에서와 같이 촉매의 열화가 심한 경우 전후단의 산소센서 신호가 시차를 두고 거의 비슷한 파형을 나타내게 된다.

또한, 촉매의 열화지수(aged index)를 평가하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 일반적으로 사용하는 방법이 파형의 주파수(frequency) 비교법이며, 이는 첨부한 도 2에 나타낸 바와 같다.

즉, 기준 전압값을 설정하되, 예를 들면, 상 →하:0.5V, 하 →상:4.5V로 기준치를 설정하고, 이 값 아래에서 위로 또는 위에서 아래로 전압값이 변할 때 주파수 변화로 인정하여 주파수를 측정한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 촉매가 정상적으로 작동할 경우 후단쪽 리어 산소센서의 신호가 발생하지 않으므로 주파수가 0이 되어 열화지수는 0이 되고, 촉매가 완전히 열화되거나 아니면 촉매를 장착하지 않았을 경우에는 후단쪽 리어 산소센서의 신호가 전단쪽 프론트 산소센서와 동일하여 열화지수는 1이 된다.

따라서, 열화지수가 1 근방의 값(예를 들면, 0.95 이상)이면 촉매가 정상적 으로 작동하지 않은 것으로 간주하여 MIL을 온(on)시키는 로직을 추가함으로써 촉매의 OBD 모니터링을 수행하고 있다.

현재, NMOG OBD 촉매 대응방법은 촉매(모노리스) 브릭(brick) 형태(캐닝되지 않은 상태)를 전기로에 1200℃ 및 1250℃에서 시간별로 에이징 한 후 차량 상태에서 열화지수 및 E/M(NMOG)값을 평가하여 일정한 에이징 조건에서 나오는 상태의 OBD 기준값을 설정하고 있다.

즉, 기존 OBD 임계 촉매의 제작방법으로서 촉매의 열화 원인 중 가장 조절하기 쉬운 인자인 열을 이용하여 촉매의 기능을 저하시키고, 이때의 열화지수를 측정하여 MIL 온(on) 조건을 설정하고 있다.

그러나, LEV Ⅱ 배기규제가 시행되고 또한 NOx에 대한 규제가 강화됨에 따라 OBD도 NMOG 및 NOx를 함께 모니터링 하도록 법규화가 이루어지고 있으며, 또한 촉매 단품으로 에이징 하는 것을 금지하고 촉매 시스템 전체를 에이징 하여 OBD 임계 촉매를 제작하도록 하고 있다.

그러나, 기존의 전기로 단품 에이징은 다음과 같은 문제점이 있다.

전기로 에이징을 실시하면, E/M 수준[THC(NMOG)]은 규제치를 만족하나 열화지수만 높아지게 된다.

즉, 열만에 의해 촉매의 에이징을 하는 방법은 촉매의 NMOG(THC) 정화성능은 낮추지 못하면서 열화지수 값만 1에 가깝게 하여, 극단적인 경우 촉매의 NMOG 정화율은 양호하나 열화지수 값이 높아 MIL을 온(on)시키는 양상을 발생시킬 수 있다.

또한, 첨부한 도 3a와 도 3b에 나타낸 바와 같이, 1200-350(1200℃ 350시간), 1200-100PZn1(1200℃ 100시간, P, Zn 딥핑), 1200-100(1200℃ 100시간), T400(엔진 에이징 400시간), T600(엔진 에이징 600시간) 등 종래 에이징 방법에서는, NMOG(THC)와 열화지수의 불일치 문제가 발생함은 물론, 전기로 및 엔진 벤치 에이징 모두 NMOG(THC) 정화성능은 거의 변화하지 않으나 NOx 정화성능은 심하게 감소시키는 문제가 있었는 바, 따라서 열화지수를 고려하고 NMOG와 NOx 정화율이 적당하게 감소하게 만드는 새로운 OBD 임계 에이징 방법이 요구되고 있다.

실제적으로 미국 환경청(EPA)에서 발표한 자료에 의하면, 첨부한 도 4에 나타낸 바와 같이, '07 MY(2007년식 차량) OBD 기준(NMOG 및 NOx)에서 벗어나는 차량들은 NMOG 기준치만을 넘은 경우와 NOx 기준치만을 넘은 경우가 존재하므로, NMOG 및 NOx 기준치를 모두 설정할 수 있는 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

또한, 현재 OBD 임계 촉매 제작 관련 기술이 나와 있으나, 이 기술들은 촉매 단품으로 에이징하는 방법이거나, 촉매 정화율 감소를 충분히 달성시키지 못하는 방법 또는 NOx vs NMOG 정화율을 균형 있게 감소시키지 못하는 방법이 사용되고 있다.

따라서, 촉매 시스템에 대하여 NOx vs NMOG 정화율을 균형 있게 감소시키고, 촉매 에이징 시간도 단축시킬 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료를 공급하는 연료공급부 및 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너와, 배기 파이프상에서 촉매 컨버터 입구쪽 전방으로 피독물질인 ZnDDP를 미립화 상태로 공급하는 ZnDDP 공급부와, 촉매 온도를 검출하는 온도센서 및 촉매 후방 배기가스의 A/F를 검출하는 A/F 미터와, 온도센서 및 A/F 미터의 출력신호로부터 촉매 온도 및 A/F가 기설정된 바대로 유지될 수 있도록 상기 공기공급부 및 연료공급부에 의해 버너로 제공되는 공기량 및 연료량 조절을 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러로 구성된 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치를 제공함으로써, 촉매 시스템 전체의 에이징이 가능하면서도 기존 에이징 방법보다 NOx 및 THC 정화율을 균형 있게 감소시킬 수 있고, 열과 피독 모두를 적절히 조절할 수 있는 장을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치는, 연료를 저장하는 저장탱크, 이 저장탱크 내 연료를 펌핑하는 펌프, 이들을 통해 공급되는 연료를 하기 믹서 내에 분사하는 인젝터를 가지는 연료공급부와; 공기를 송풍하는 블로어, 이 블로어로부터 하기 믹서간 공급 파이프로부터 분기된 바이패스 파이프에 설치된 바이패스 밸브를 가지는 공기공급부와; 상기 연료공급부와 공기공급부에 의해 제공되는 연료와 공기가 혼합되는 믹서 및 이 믹서에서 혼합된 혼합기를 연소시켜 배기가스를 배기 파이프를 통해 후방의 촉매 컨버터로 배출하는 버너와; 상기 촉매 컨버터 내 촉매 온도를 검출하도록 설치된 온도센서 및 촉매 컨버터 후방에 설치되어 배기가스 중 공기와 미연소 가스의 비율(A/F)을 검출하는 A/F 미터와; 피독물질을 공급하여 상기 촉매 컨버터 전단의 배기 파이프 내에 분사하도록 구성되는 피독물질 공급부와; 촉매 온도 및 A/F 값이 기설정 값으로 유지될 수 있도록, 상기 온도센서와 A/F 미터의 검출신호에 따라 상기 인젝터, 블로어 및 바이패스 밸브의 제어신호를 출력하여 연료량 및 공기량 제어를 수행하는 컨트롤러를 포함한다.

특히, 본 발명의 에이징 장치는, 상기 피독물질 공급부가,

액상의 피독물질을 저장하기 위한 리저버와;

이 리저버 내 저장된 피독물질을 펌핑하기 위한 펌프와;

이 펌프에 의해 펌핑된 피독물질의 공급압력을 조정하기 위한 레귤레이터와;

이 레귤레이터에 의해 압력 조정된 피독물질을 공급 받아 촉매 컨버터 전단의 배기 파이프상에 분사하도록 설치되고, 상기 컨트롤러에 의해 분사 제어가 이루어지는 오일 인젝터;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명의 에이징 장치는, 상기 피독물질 공급부가, 배기 파이프 내에서 촉매 컨버터의 입구쪽 전방에 횡방향 설치되어 상기 오일 인젝터를 통해 분사된 피독물질이 통과하도록 된 SUS 철망을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 에이징 장치는, 상기 피독물질 공급부가 피독물질로서 ZnDDP(Zinc Dithiophosphate)를 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.

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

본 발명은 엔진에서 벤치 에이징 하는 시스템과 유사하나 몇 가지 특징적인 면이 엔진 에이징 장치에 비해 우수하고 재현성이 뛰어난 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치에 관한 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 에이징 장치의 구성을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치를 도시한 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치의 제어 관계를 보인 블럭도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 에이징 장치는 연료공급부와 공기공급부를 포함한다.

여기서, 상기 연료공급부는 연료를 저장하는 저장탱크(11)와, 이 저장탱크(11) 내의 연료를 펌핑하여 공급하는 펌프(12), 연료를 분사하는 연료 인젝터(13)를 가지는 구성으로 실시 가능하고, 상기 공기공급부는 외부 공기를 송풍하기 위한 블로어(21)를 가지는 구성으로 실시 가능하다.

또한, 공기공급부에 의해 제공되는 공기는 공급 파이프를 통해 믹서(31)로 공급되게 되어 있고, 연료공급부에 의해 제공되는 연료는 별도 공급 파이프를 통해 믹서(31)에 설치된 연료 인젝터(13)로 공급된 후 이 연료 인젝터(13)를 통해 믹서(31) 내로 분사되어 공기와 혼합되며, 이후 믹서(31)에서 혼합된 혼합기는 버 너(32)로 제공되어 연소되도록 되어 있는 바, 이 버너(32)에서 연소 후 배출되는 배기가스는 결국 배기 파이프를 통해 촉매 컨버터(40)를 거친 후 배출되도록 되어 있다.

또한, 공기가 공급되는 공급 파이프상에는 바이패스 파이프가 분기되고, 이 바이패스 파이프상에는 바이패스 밸브(22)가 설치되는 바, 이 바이패스 밸브(22)는 후술하는 컨트롤러(50)의 제어신호에 의해 동작 제어되도록 구비된다.

상기 버너(32)는 일반 엔진과 같이 촉매에 열을 공급(200~1250℃)한다는 측면에서 동일하나, 기존의 엔진보다 고열을 공급할 수 있으며, A/F 조절범위도 기존 엔진 보다 넓으므로 좀 더 다양하면서 촉매 입장에서는 좀 더 심한 수준의 에이징까지 수행할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 촉매 컨버터(40)에는 촉매의 온도를 검출하는 온도센서(열전대; 41)가 설치되고, 촉매 컨버터(40) 후방의 배기 파이프상에는 배기가스 중에 포함된 공기와 미연소 가스의 비율을 검출하는 A/F 미터(42)가 설치된다.

또한, 본 발명에 따른 에이징 장치는, 촉매의 활성에 유해한 엔진 오일 성분을 공급해주는 장치로서, ZnDDP(Zinc Dithiophosphate, 티오인산아연)를 저장하기 위한 ZnDDP 리저버(reservoir; 61)와, 이 ZnDDP 리저버(61) 내 저장된 액상의 ZnDDP를 펌핑하기 위한 펌프(62)와, 이 펌프(62)에 의해 펌핑된 ZnDDP의 공급압력을 조정하기 위한 레귤레이터(63)와, 이 레귤레이터(63)에 의해 압력 조정된 ZnDDP를 공급 받아 촉매 컨버터(40) 전단의 배기 파이프(33)상에 분사하도록 설치되는 오일 인젝터(64)를 가지는 ZnDPP 공급부를 포함한다.

여기서, ZnDDP는 산화방지제, 마모방지제, 급압제, 부식방지제로서의 기능을 겸비한 첨가제로서, 엔진 오일을 포함한 다수의 윤활유에 널리 사용되고 있는 첨가제이다.

상기한 구성에서, ZnDDP 리저버(61)에서 ZnDDP를 공급하고, 3bar 압력의 레귤레이터(63)를 사용하여 오일 인젝터(64)에 항상 3bar의 압력이 걸리도록 하며, 잉여의 ZnDDP는 리턴 파이프를 통해 ZnDDP 리저버(61)로 되돌아 오게 되어 있다.

또한, 상기 오일 인젝터(64)는 기존 가솔린 인젝터와 동일한 사양으로 4개의 분사공을 가진 것으로 실시 가능하며, 이는 후술하는 컨트롤러(50)에 의해 주기적으로 인가되는 12V의 전원으로 분사 작동이 이루어는데, 분사 주기로로서 0.5초 동안 분사가 이루어지고 1초 간격 뒤 다시 0.5초 동안 분사가 이루어지도록 한다[0.5초 ON - 1초 OFF].

이를 위해 상기 컨트롤러(50)는 오일 인젝터(64)에 12V의 작동 전원을 1초 간격으로 0.5초동안 주기적으로 인가하도록 되어 있다.

이와 같이 가솔린 인젝터에 의한 ZnDDP의 공급은 촉매에 미세하고 균일도가 높은 ZnDDP 입자를 공급해주는 장점이 있는 바, ZnDDP에 의한 촉매의 피독을 효과적으로 수행할 수 있다.

본 발명에서는 촉매상에 피독물질의 균일한 도포 및 축적이 이루어지도록 함에 있어서 4개의 분사공을 가진 가솔린 인젝터를 사용하여 피독물질을 주기적으로 공급함으로써 피독물질이 미립화 또는 무화(atomization) 상태로 공급될 수 있게 한다.

또한, 첨부한 도 7에 도시한 바와 같이, 배기가스가 지나가는 배기 파이프(33)에 오일 인젝터(64)를 설치하되, 배기 파이프(33) 내에서도 촉매 컨버터(40)의 입구쪽 전방에는 촘촘하게 제작한 SUS 재질의 철망(65)을 횡방향 설치하여, 오일 인젝터(64)에 의해 분사된 ZnDDP가 철망(65)에 부딪쳐 더욱 미립화 되도록 하고, 이 미립화 된 ZnDDP 입자가 배기가스 흐름에 의해 촉매 컨버터(40)에 도달되게 한다.

이러한 구조로써 보다 간단한 방법으로 피독물질을 미립화 할 수 있고, 결국 촉매를 좀 더 균일하게 피독시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 컨트롤러(50)는 온도센서(41)와 A/F 미터(42)의 출력신호를 입력 받아 촉매 온도 및 A/F를 모니터링 하고, 또한 촉매 온도 및 A/F 값이 기설정 입력된 값으로 유지될 수 있도록 제어를 하게 된다.

즉, 컨트롤러(50)는 온도센서(41)와 A/F 미터(42)의 출력신호를 입력 받아 설정된 바대로 촉매 온도 및 A/F가 유지될 수 있도록 제어하게 되는데, 이때 촉매 온도 및 A/F 제어는 공급되는 공기량 및 연료 분사량을 조절함에 의해서 가능하다.

상기 컨트롤러(50)는 온도센서(41) 및 A/F 미터(42)의 출력신호를 입력 받아 촉매 온도 및 A/F를 모니터링 하여 이들을 설정된 값으로 유지하기 위해 블로어(21) 및 바이패스 밸브(22), 연료 인젝터(13)의 구동 제어를 위한 제어신호를 출력하게 된다.

여기서, 컨트롤러(50)는 블로어(21) 및 바이배스 밸브를 구동 제어하여 공기량을 제어하고, 연료 인젝터(13)를 구동 제어하여 연료 분사량을 제어하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의한 에이징은 기존의 에이징과는 달리 엔진에 의한 것도 아니고 전기로에 의한 것도 아니다.

엔진 에이징은 열과 피독물질을 동시에 공급할 수 있으나, 문제가 되는 것이 피독물질을 공급함에 있어서 피독물질이 엔진 오일 물질이므로, 장시간 에이징을 실시하면, 엔진 자체에서 공급되는 엔진 오일의 양이 엔진 마모에 의해서 조절되지 않기 때문에, 정량적으로 어느 정도의 엔진 오일이 공급되었는지 정밀하게 컨트롤 할 수가 없다.

또한, 엔진 오일의 공급 방법에서도 흡기에 공급하거나 연료속에 엔진 오일 성분인 ZnDDP를 공급하여 같이 연소시키거나, 혹은 촉매 전단에서 공급하는 방법이 있을 수 있으나, 모든 방법이 엔진 오일이 어떻게 촉매에 축적되는지 그 양상을 정량적으로 컨트롤 하기가 어렵다.

그리고, 상기와 같이 엔진이 더 많은 조절 변수를 가지고 있어서 엔진상에서 열 및 피독을 동시에 정밀하게 제어하는데 어려움이 있다.

한편, 전기로 에이징은 열에 의해서만 촉매 에이징을 실시함으로써, 피독에 의한 효과를 줄 수 없고, 열만 과잉으로 공급했을 경우 THC의 활성은 살아 있고 NOx의 활성만 죽는 극단적인 에이징이 되기 쉽다.

또한, OBD 규제에서 '05 MY 이후의 OBD 임계 에이징은 반드시 촉매 시스템 전체로 에이징을 실시할 것을 규정하고 있는 바, 전기 에이징은 촉매 단품 에이징이므로 에이징 방법으로는 부적합하다.

본 발명의 장치를 이용한 에이징의 실시과정을 일 예로 나타낸 것이 첨부한 도 8이며, 첨부한 도 9와 도 10은 본 발명의 장치에 의한 에이징과 기존의 에이징을 실시한 후 NMOG/NOx 정화 성능을 평가한 결과를 나타낸 것이다.

도 9에서 'Rig1-10'(10시간)와 'Rig2-20'(20시간)이 본 발명의 에이징 모사 장치에 의한 결과이며, 결과를 볼 때 기존 에이징의 결과인 '1200-350', '1200-100PZn', '1200-100'보다 열화지수도 'dummy'(촉매물질이 코팅되지 않은 담체만 설치한 경우임)와 근접한 0.9 정도였고, 활성도 기존 에이징에 비해 현저하게 저하됨을 알 수 있었다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 장치를 이용한 경우 기존 방법보다 NOx 및 THC 정화율이 균형 있게 감소됨을 알 수 있었으며, 이는 열과 피독을 적당하게 조절할 수 있는 본 발명의 장치를 이용하는 것이 OBD 임계 촉매의 제작에 있어서 기존 에이징 방법보다 더욱 효율적임을 보여주는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 연료를 공급하는 연료공급부 및 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기와 연료의 혼합기를 연소시키는 버너와, 배기 파이프상에서 촉매 컨버터 입구쪽 전방으로 피독물질인 ZnDDP를 미립화 상태로 공급하는 ZnDDP 공급부와, 촉매 온도를 검출하는 온도센서 및 촉매 후방 배기가스의 A/F를 검출하는 A/F 미터와, 온도센서 및 A/F 미터의 출력신호로부터 촉매 온도 및 A/F가 기설정된 바대로 유지될 수 있도록 상기 공기공급부 및 연료공급부에 의해 버너로 제공되는 공기량 및 연료량 조절을 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러 로 구성된 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치를 제공함으로써, 촉매 시스템 전체의 에이징이 가능하면서도 기존 에이징 방법보다 NOx 및 THC 정화율을 균형 있게 감소시킬 수 있고, 열과 피독 모두를 적절히 조절할 수 있는 장점이 있게 된다.

Claims

연료를 저장하는 저장탱크, 상기 저장탱크 내 연료를 펌핑하는 펌프, 이들을 통해 공급되는 연료를 하기 믹서 내에 분사하는 인젝터를 가지는 연료공급부;

공기를 송풍하는 블로어, 상기 블로어로부터 하기 믹서간 공급 파이프로부터 분기된 바이패스 파이프에 설치된 바이패스 밸브를 가지는 공기공급부;

상기 연료공급부와 공기공급부에 의해 제공되는 연료와 공기가 혼합되는 믹서 및 상기 믹서에서 혼합된 혼합기를 연소시켜 배기가스를 배기 파이프를 통해 후방의 촉매 컨버터로 배출하는 버너;

상기 촉매 컨버터 내 촉매 온도를 검출하도록 설치된 온도센서 및 촉매 컨버터 후방에 설치되어 배기가스 중 공기와 미연소 가스의 비율(A/F)을 검출하는 A/F 미터;

피독물질을 공급하여 상기 촉매 컨버터 전단의 배기 파이프 내에 분사하도록 구성되는 피독물질 공급부;

촉매 온도 및 A/F 값이 기설정 값으로 유지될 수 있도록 상기 온도센서와 A/F 미터의 검출신호에 따라 상기 인젝터, 블로어 및 바이패스 밸브의 제어신호를 출력하여 연료량 및 공기량 제어를 수행하는 컨트롤러;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 피독물질 공급부는 액상의 피독물질을 저장하기 위한 리저버와, 상기 리저버 내 저장된 피독물질을 펌핑하기 위한 펌프와, 상기 펌프에 의해 펌핑된 피독물질의 공급압력을 조정하기 위한 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에 의해 압력 조정된 피독물질을 공급 받아 촉매 컨버터 전단의 배기 파이프상에 분사하도록 설치되고 상기 컨트롤러에 의해 분사 제어가 이루어지는 오일 인젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치.
청구항 2에 있어서,

배기 파이프 내에서 촉매 컨버터의 입구쪽 전방에 횡방향 설치되어 상기 오일 인젝터를 통해 분사된 피독물질이 통과하도록 된 SUS 철망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치.
청구항 1항 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피독물질 공급부가 피독물질로서 ZnDDP(Zinc Dithiophosphate)를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 OBD 임계 촉매 제작용 에이징 장치.