KR101241721B1 - 적어도 하나의 전기 가열가능한 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법 - Google Patents

적어도 하나의 전기 가열가능한 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스가 통과해 유동할 수 있는 적어도 하나의 전기 가열가능한 제 1 허니콤 몸체(2)를 구비한 장치의 작동 방법에 관한 것으로서, 허니콤 몸체(2)를 가열하기 위하여, 가열 전압(22)이 상기 전류 분산부(4)에 일정하게 인가되기 전에, 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)가 적어도 하나의 전류 분산부(4)를 구비하여 스위치-온 동안에 먼저 수개의 간략한, 연속의 전압 펄스(21)가 상기 전류 분산부에 인가된다. 더욱이, 적당한 장치가 제시된다.

Description

적어도 하나의 전기 가열가능한 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법{Method for Operating a Device Having at least One Electrically Heatable Honeycomb Body}
본 발명은 배기 가스를 처리하는데 사용되는 적어도 하나의 전기 가열가능한 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법에 관한 것이다. 예를 들면 배기 시스템, 특히 내연 기관(바람직하게는 불꽃-점화 기관)의 배기 시스템에서, 배기 가스의 촉매 변환을 위한 장치는 적어도 하나의 제 1 허니콤 몸체와 적어도 하나의 제 2 허니콤 몸체를 적당하게 포함하며, 이들 제 1 허니콤 몸체와 제 2 허니콤 몸체는 공통의 케이싱 튜브에서 인접하여 배치되고 배기 가스가 상기 허니콤 몸체를 연속으로 횡단할 수 있으며, 적어도 하나의 전류 분산부를 구비한 적어도 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체는 외측의 케이싱 튜브에 이격된 상태로 상기 케이싱 튜브 내측에 배치되고, 인접한 허니콤 몸체는 상기 허니콤 몸체로 돌출한 지지 부재에 의해 서로 기계적으로 연결된다.
하나의 허니콤 몸체가 예를 들면 배기 가스를 가능한 빠르게 촉매 변환시키기 위하여 전기적으로 가열될 수 있다. 허니콤 몸체의 측면과 연결되고 전기 파워 단자와 접속된 2개의 전류 분산부가 전류를 일정하게 분산시키는데 사용된다. 전류 분산부에는 외측으로 돌출한 핀이 제공되며 상기 핀은 케이싱 튜브에 대해 전기 절연된다. 핀은 가열가능한 촉매 변환기에 전류를 공급하기 위한 전극으로서 사용된다.
전기 가열가능한 허니콤 몸체가 공통의 케이싱 튜브에 대해 전기 절연되는 한편, 지지 부재와 전기 가열가능한 허니콤 몸체 사이의 전기 절연이 손상된다면, 전류가 허니콤 몸체로 돌출한 지지 부재를 통해 흐를 수 있도록, 제 2 허니콤 몸체가 적당하게 접지 연결되는 공통의 케이싱 튜브와 결합된다. 이러한 전기 절연은 예를 들면 전기 가열가능한 허니콤 몸체와 지지 부재 사이의 수트 퇴적에 의해 야기될 수 있으며, 이 결과 수트 퇴적(soot deposition)은 전기 누전을 일으키고 이어서 아크가 형성되어 지지 부재를 파손시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 기재한 종래 기술과 관련하여 강조된 문제점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특히 상기 기재한 장치의 지지 부재의 손상 및/또는 파손을 효과적으로 보호할 수 있는 수단을 특정하기 위한 것이다.
상기 본 발명의 목적은 청구항 1의 특징부에 따른 방법과 청구항 4의 특징부에 따른 장치에 의해 달성될 수 있다. 종속청구항은 각각의 장점이 되는 실시예의 경우에 관한 것이다. 본 명세서에 기재된 특징적인 구성은 임의의 소정의 방식으로 서로 조합될 수 있다. 특히 도면과 관련된 기재는 본 발명의 실시예를 더욱 특정하기 위함이다.
본 발명에 따른 방법은 배기 가스가 횡단할 수 있는 적어도 하나의 전기 가열가능한 제 1의 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동에 관한 것으로서, 상기 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체는 적어도 하나의 전류 분산부를 구비한다. 여기(activation) 시, 전류 분산부가 허니콤 몸체를 가열하기 위해 일정한 가열 전압으로 작동하기 전에, 상기 전류 분산부가 초기에 복수의 짧은 연속된 전압 펄스로 작동된다.
결론적으로 장치의 여기를 위한 고정된 및/또는 계산된 시간이 결정되고 본 발명의 방법을 사용하여 허니콤 몸체(및 상기 허니콤 몸체를 통해 유동하는 배기 가스)의 가열이 행해질 수 있다.
가열 전압이 인가되기 전에 3개 내지 10개의 전압 펄스가 발생되는 것이 바람직하다. 특히 3개 내지 5개의 전압 펄스가 발생되는 것이 매우 바람직하다. 가열 전압이 바람직하게 수초나 수분 동안 유지되어, 전압 펄스는 가열 주기의 3%이하, 특히 0.1% 이하가 된다.
전압 펄스의 지속 기간은 10 내지 100 밀리세컨드인 것이 바람직하다고 알려졌다. 각각의 전압 펄스의 지속 기간은 대략 50 밀리세컨드를 초과하지 않는 것이 특히 바람직하다.
또한 전압 펄스의 전압 레벨이 일정한 가열 전압의 전압 레벨보다 낮은 것이 유리하다. 가열 전압의 전압 레벨은 예를 들면 12 볼트 이상이며, 예를 들면 대략 18 볼트이다.
따라서, 배기 시스템, 특히 내연 기관(바람직하게는 불꽃-점화 기관)의 배기 시스템에서의 배기 가스를 촉매 변환시키는 장치의 작동 방법이 특히 본 발명에서 특정되며, 상기 장치는 공통의 케이싱 튜브 내에 인접하여 배치되고 배기 가스가 횡단할 수 있는 적어도 하나의 제 1 허니콤 몸체와 적어도 하나의 제 2 허니콤 몸체를 포함한다. 본 발명에서, 적어도 하나의 전류 분산부를 구비한, 적어도 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체는 외측의 케이싱 튜브와 이격되어 그 내측에 배치된다. 인접한 허니콤 몸체는 지지 부재에 의해 기계적으로 연결되고, 상기 지지 부재는 허니콤 몸체로 돌출하고 전기 절연 방식으로 전기 가열가능한 허니콤 몸체내에 배치되며 인접한 허니콤 몸체와 전기 전도가능하게 접속된다. 전류 분산부가 허니콤 몸체를 가열하기 위해 (예를 들면) 일정한 연속의 전압으로 작동하기 전에, 상기 전류 분산부는, 지지 부재 상에 퇴적된 수트를 연소하기 위하여, 여기 시 복수의 짧은 연속된 전압 펄스로 초기에 작동된다.
제어 유닛은 여기 시, 전류 분산부가 일정한 연속의 전압으로 작동하기 전에, 복수의 짧은 연속의 전압 펄스가 초기에 발생하는 방식으로, 전기 가열가능한 허니콤 몸체로의 전류 공급을 제어하는 전기 유닛을 의미한다. 엔진 시동시, 일정한 연속의 전압으로 스위치되기 전에, 제어 유닛이 신호를 수신하여 초기에 전압 펄스를 발생시키는 방식으로, 상기 제어 유닛은 엔진 제어기와 연결될 수 있다.
지지 몸체는 전기 절연부가 개재된 상태로 슬리브에 의해 전기 가열가능한 허니콤 몸체에 배치되고 전기 전도 방식으로 인접한 허니콤 몸체와 연결되고, 전류 분산부용 제어 유닛은 상기 전류 분산부가 일정한 연속의 전압으로 작동하기 전에, 여기 시, 복수의 짧은 연속된 전압 펄스가 초기에 발생되도록 구성된다는 점에서, 배기 시스템에서의 배기 가스의 촉매 변환을 위한 본 발명에 따른 장치가 특징지워진다.
전압 펄스의 결과로서, 수트 퇴적이 전기 가열가능한 허니콤 몸체와 지지 부재 사이에 형성된다면, 아크가 상기 전기 가열가능한 허니콤 몸체와 상기 지지 부재 사이에 간략하게 형성된다. 절연부가 다시 효력을 나타내며, 지지 부재를 파손시킬 수 있고 일정한 연속의 전압을 갖는 부하로 형성된 보다 긴-연소 아크가 가능하지 않도록, 상기 단락 아크는 수트 퇴적을 연소시킨다.
제어 유닛은 10 내지 100 ms, 바람직하게 50ms의 지속 기간을 갖는 3 내지 10 전압 펄스를 발생시키도록 구성된다.
또한 18 볼트의 공급부와 상호 작용하는 장치가 유리하다.
본 발명의 방법과 장치는 특히 서로 조합하여 제시되며, 특히 자동차에 적용가능하다.
본 발명과 본 발명의 기술 분야는 도면을 기초로 하여 아래에 보다 상세하게 기재되어 있다. 본 발명의 도면은 본 발명의 구성에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명이 이로서 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 1은 배기-가스 촉매 변환 장치의 길이방향 단면도이고,
도 2는 전기 가열가능한 허니콤 몸체에 배치된 지지 부재의 확대 단면도이며,
도 3은 제어 유닛에 의해 발생된 일정한 가열 전압과 전압 펄스를 도시한 그래프이다.
도 1에는 배기 시스템에서 배기 가스를 촉매 변환시키는 장치의 바람직한 일 실시예가 도시되어 있다. 배기 가스 촉매 변환 장치는 공통의 케이싱 튜브(1) 내에 배치되고 배기 가스(화살표 참조)가 연속으로 횡단할 수 있는 2개의 허니콤 몸체(2, 3)를 포함한다. 제 1 허니콤 몸체(2)는 공통의 케이싱 튜브(1)와 이격되어 그 내측에 배치되고 전기 가열된다. 제 1 허니콤 몸체(2)의 외측면은 2개의 조개껍질형(shell-shaped) 전류 분산부(4, 5)에 의해 형성된다. 전류 분산부(4, 5)는 각각의 경우에 전기 파워 단자(6)와 접지 단자(7)에 접속된다. 전기 파워 단자(6)와 접지 단자(7)용 전극은 공통의 케이싱 튜브(1)에 형성된 개구(8, 9)를 통해 외측으로 돌출한다. 전극은 공통의 케이싱 튜브(1)에 용접된 연결부(10, 11)를 통해 뻗어있다. 연결부(10, 11)는, 전극이 공통의 케이싱 튜브(1)에 대해 전기 절연되도록, 절연층(13)을 구비한다.
2개의 허니콤 몸체(2, 3)는 허니콤 몸체로 돌출한 지지 부재(12)에 의해 서로 연결되는데, 이는 특히 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)가 제 2 허니콤 몸체(3)의 끝면을 지지하도록 배치된다는 것이다. 보다 명확하게 하기 위하여, 단지 3개의 다양한, 가능한 지지 부재(12)가 일례로 도시되어 있다.
허니콤 몸체(3)는 내측 케이싱 튜브(14)를 구비한다. 전류 분산부(4, 5)는 추가 지지부재(15)에 의해 허니콤 몸체(3)의 내측 케이싱 튜브와 연결된다.
2개의 둘러싸는 내측 비드(16)가 공통의 케이싱 튜브(1)에 형성된다. 2개의 내측 비드(16)가 허니콤 몸체(3)의 내측 케이싱 튜브(14)와 접촉하도록 구성된다. 점착성 연결부가 비드(16)와 내측 케이싱 튜브(14) 사이의 접촉면 상에 제공될 수 있다.
(금속의) 지지 부재(12)는 (예를 들면 금속의) 슬리브(17)에 의해 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)에 장착되며, 전기 절연부(18)(예를 들면 세라믹 코팅부의 형태)는 지지 부재(12)와 슬리브(17) 사이의 중간 공간에 배치된다.
도 2는 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)의 지지 부재(12)의 배치를 확대한 도면이며, 슬리브(17)와 전기 절연부(18)가 도시되어 있다.
배기 가스가 수트(soot) 입자를 함유한다면, 수트 퇴적(19)이 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)의 양면에 형성될 수 있고, 수트가 알려진 바와 같이 전기 전도성을 갖기 때문에, 상기 수트 퇴적(19)은 전기 전도성 브리지를 전기 가열가능한 허니콤 몸체와, 상기 허니콤 몸체 내에 배치된 (금속의) 슬리브(17)와 및/또는 (금속의) 지지 부재(12) 사이에 형성한다. 종래 기술에 따라, 일정한 연속의 전압이 전류 분산부(4, 5)를 통해 전기 전도성 허니콤 몸체(2)에 지금 당장 가해지면, 수트 퇴적(19)을 통해 누전이 초기에 발생되고, 이어서 수트 퇴적(19)이 연소될 때 영구적인 아크가 발생되며, 이러한 아크는 지지 부재(12)의 손상이나 파손 등을 초래한다.
이를 방지하기 위하여, 전류 분산부(4, 5)가 일정한 가열 전압으로 작동하기 전에, 여기 시, 복수의 짧은 연속된 전압 펄스를 초기에 발생시키도록 구성된 제어 유닛(20)이 제공된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 3개의 짧은 전압 펄스(21)가 제어 유닛(20)에 의해 발생되고, 상기 전압 펄스(21)에 의해 지지 부재(12)가 손상되지 않으면서 수트 퇴적(19)이 연소될 수 있고, 이후 지지 부재(12)가 손상되지 않고 아크가 발생되지 않으면서 일정한 가열 전압이 제어 유닛에 의해 인가될 수 있다. 도 3에 있어서, 제어 유닛(20)이 초기에 3개의 전압 펄스(21)를 발생시키고 이어서 일정한 연속의 전압을 발생시키지만, 필요에 따라 보다 많은 전압 펄스가 발생될 수 있으며, 최대 10개의 전압 펄스가 임의의 수트 퇴적(19)을 연소시키는데 적당하다고 일반적으로 알려져 있다.
전압 펄스의 지속 기간은 10 내지 100 밀리세컨드 사이이고, 바람직하게 50 밀리세컨드이다.
도 3에 있어서, 전압 펄스(21)의 전압 레벨은 일정한 가열 전압(22)의 레벨과 동일하지만, 상기 전압 레벨들은 또한 상이할 수 있는데; 예를 들면, 전압 펄스의 전압 레벨이 일정한 가열 전압의 전압 레벨보다 낮아서 수트 퇴적(19)을 위험한 아크가 형성되지 않은 상태에서 안전하게 연소시킬 수 있다.
본 발명은 단지 기재된 실시예 만으로 한정되지 않는다. 본 발명에 대한 여러 변경이나 수정이 본 발명의 청구범위의 범주 내에서 가능하다는 것은 자명하다.
1 공통의 케이싱 튜브
2 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체 3 제 2 허니콤 몸체
4 제 1 전류 분산부 5 제 2 전류 분산부
6 전기 파워 단자 7 접지 단자
8 제 1 개구 9 제 2 개구
10 제 1 연결부 11 제 2 연결부
12 지지 부재 13 절연층
14 내측 케이싱 튜브 15 지지부재
16 비드 17 슬리브
18 절연부 19 수트 퇴적
20 제어 유닛 21 전압 펄스
22 가열 전압

Claims (7)

  1. 배기 가스가 횡단할 수 있는 하나 이상의 전기 가열가능한 제 1의 허니콤 몸체(2)를 구비한 장치의 작동 방법으로서,
    전류 분산부(4)가 상기 허니콤 몸체(2)를 가열하기 위해 일정한 가열 전압(22)으로 작동하기 전에, 상기 전기 가열가능한 제 1의 허니콤 몸체(2)가 여기 시, 초기에 복수의 짧은 연속된 전압 펄스(21)로 작동되는 것을 특징으로 하는 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    3개 내지 10개의 상기 전압 펄스(21)가 상기 가열 전압(22)이 인가되기 전에 발생되는 것을 특징으로 하는 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전압 펄스(21)의 지속 기간은 10 내지 100 밀리세컨드인 것을 특징으로 하는 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전압 펄스(21)의 전압 레벨은 일정한 가열 전압(22)의 전압 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 허니콤 몸체를 구비한 장치의 작동 방법.
  5. 공통의 케이싱 튜브(1) 내에 인접하여 배치되고 배기 가스가 연속으로 횡단할 수 있는 하나 이상의 제 1 허니콤 몸체(2)와 하나 이상의 제 2 허니콤 몸체(3)를 포함한, 배기 시스템의 배기 가스 촉매 변환 장치로서,
    하나 이상의 전류 분산부(4, 5)를 구비한 적어도 제 1의, 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)가 외측의 케이싱 튜브(1)에 이격된 상태로 상기 케이싱 튜브 내에 배치되고, 인접한 상기 허니콤 몸체(2, 3)가 상기 허니콤 몸체(2, 3)로 돌출한 지지 부재(12)에 의해 서로 기계적으로 연결되고, 상기 지지 부재(12)는 전기 절연부(18)가 개재된 상태로 슬리브(17)에 의해 전기 가열가능한 허니콤 몸체(2)에 배치되고 전기 전도 방식으로 인접한 허니콤 몸체(3)와 접속되며, 상기 전류 분산부(4, 5)용 제어 유닛(20)은 상기 전류 분산부(4, 5)가 여기 시, 일정한 연속의 전압으로 작동하기 전에, 복수의 짧은 연속된 전압 펄스를 초기에 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배기 시스템의 배기 가스 촉매 변환 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 3개 내지 10개의 전압 펄스(21)를 발생시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템의 배기 가스 촉매 변환 장치.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    18 볼트의 공급 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템의 배기 가스 촉매 변환 장치.
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