KR101459438B1 - Catalytic converter of internal combustion engine and apparatus of purifying exhaust gas provided with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시동 초기에 다량으로 발생하는 탄화수소를 포함하는 유해물질을 효과적으로 정화할 수 있는 내연기관의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 양상에 따른 촉매 장치는 배기 가스의 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩; 열을 받아 표면에 전기적 분극 현상이 발생되며, 이온을 방출하여 주변 기체 분자를 활성화시키고, 탄화수소 트랩에 전기장을 형성시키는 전기석; 그리고 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매;를 포함하며, 상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 하나의 담체 위에 코팅되어 있을 수 있다.The present invention relates to a catalytic device of an internal combustion engine capable of effectively purifying harmful substances including hydrocarbons generated in a large amount at the beginning of starting, and an exhaust gas purifying apparatus having the same.
A catalytic device according to one aspect of the present invention includes a hydrocarbon trap for selectively storing or desorbing hydrocarbons according to the temperature of the exhaust gas; A tourmaline that receives heat to cause electrical polarization on the surface, activates the surrounding gas molecules by emitting ions, and forms an electric field in the hydrocarbon trap; And a three-way catalyst that converts harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by oxidation-reduction reaction, wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three- May be coated on the carrier.

Description

내연기관의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치{CATALYTIC CONVERTER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND APPARATUS OF PURIFYING EXHAUST GAS PROVIDED WITH THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a catalytic device of an internal combustion engine and an exhaust gas purifying device having the catalytic device and an exhaust gas purifying device having the catalytic device.

본 발명은 내연기관의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치에 관한 것으로, 시동 초기에 다량으로 발생하는 탄화수소를 포함하는 유해물질을 효과적으로 정화할 수 있는 내연기관의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalytic device of an internal combustion engine and an exhaust gas purifying apparatus having the catalytic device and an exhaust gas purifying device having the catalytic device of the internal combustion engine capable of effectively purifying harmful substances including hydrocarbons, And a purifier.

최근에는 내연기관에서 연비 및 성능을 개선하기 위하여 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진의 사용이 늘어나고 있다. 일반적인 가솔린 엔진은 연료(가솔린)를 흡기 매니폴드에 분사하여 흡기와의 혼합을 통해 혼합기를 생성한 후 상기 혼합기를 연소실에 분사하나, GDI 엔진은 가솔린을 연소실에 직접 분사하는 연료 분사 방식을 채택하고 있다. In recent years, the use of gasoline direct injection (GDI) engines has been increasing to improve fuel economy and performance in internal combustion engines. In general, a gasoline engine injects fuel (gasoline) into an intake manifold to produce a mixture through mixing with intake air, and then injects the mixture into a combustion chamber. However, the GDI engine employs a fuel injection system that directly injects gasoline into the combustion chamber have.

이러한 GDI 엔진은 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하므로 희박한 공연비에서도 엔진의 작동이 가능한 장점이 있으나, 연료를 연소실에 직접 분사하므로 연료와 흡기가 충분히 섞이지 못하고 연소실 내에 불완전 연소 구간이 증대하는 단점이 있을 수 있다. 이러한 불완전 연소 구간의 증대에 따라 입자상 물질의 증대 및 배기가스에 포함된 유해물질의 증대 등의 문제점이 있을 수 있다. Such a GDI engine has an advantage in that the engine can be operated even in a lean air-fuel ratio because the air-fuel ratio around the spark plug is enriched. However, since the fuel is injected directly into the combustion chamber, the fuel and the intake air are not sufficiently mixed and the incomplete combustion section increases in the combustion chamber . As the incomplete combustion duration increases, there may be problems such as increase of particulate matter and increase of harmful substances contained in the exhaust gas.

최근에는 가솔린 직접 분사 엔진이 장착된 차량의 배기 파이프에 매연 필터를 장착하는 기술이 개발되고 있으며, 또한 기존의 가솔린 엔진에 사용되는 삼원촉매 외에 추가적인 촉매 장치를 장착하는 기술이 개발되고 있다. Recently, a technique of installing a soot filter on an exhaust pipe of a vehicle equipped with a gasoline direct injection engine has been developed, and a technique of installing an additional catalyst device in addition to the three-way catalyst used in a conventional gasoline engine is being developed.

그러나, 배기 파이프에 추가적인 촉매 장치를 부착하더라도, 냉 시동시와 같이 배기 가스의 온도가 낮아 촉매의 활성화 온도에 도달하기 전에는 배기 가스에 포함된 유해한 물질을 제거하기가 어려운 문제점이 있었다. 특히, 탄화수소와 같은 물질은 시동 초기에 다량으로 발생하는데, 시동 초기에 다량으로 발생한 탄화수소는 촉매 장치에서 정화되지 못하고 그대로 차량 외부로 배출되는 문제점이 있었다.However, even when an additional catalytic device is attached to the exhaust pipe, there is a problem that it is difficult to remove harmful substances included in the exhaust gas before the temperature of the exhaust gas is low as in the case of cold start, until the activation temperature of the catalyst is reached. In particular, hydrocarbons such as hydrocarbons are generated in a large amount at the beginning of the starting operation, and hydrocarbons generated in a large amount at the initial stage of starting are not purified by the catalytic converter but are discharged to the outside of the vehicle as they are.

더 나아가, 시동 초기에 배기 가스가 정화되지 못하고 그대로 차량 외부로 배출되는 현상은 가솔린 직접 분사 엔진을 포함한 대부분의 내연 기관이 가지고 있는 문제점이다. Further, the exhaust gas is not purified at the initial stage of startup, and is discharged directly to the outside of the vehicle. This is a problem that most internal combustion engines including the gasoline direct injection engine have.

특허문헌1: 일본공개특허공보 제2000-136716호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-136716 특허문헌2: 일본공개특허공보 제2010-265831호Patent Document 2: JP-A-2010-265831 특허문헌3: 일본공개특허공보 제2004-148190호Patent Document 3: Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-148190 특허문헌4: 공개특허공보 제10-2011-0055024호Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2011-0055024 특허문헌5: 일본공개특허공보 제 특개평10-317949호Patent Document 5: JP-A-10-317949

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄화수소의 활성화 온도를 낮추고 탄화수소를 최대한 높은 온도까지 잡아둘 수 있도록 함으로써 시동 초기에 탄화수소를 포함하는 유해물질을 효과적으로 정화할 수 있는 내연기관의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for reducing the activation temperature of hydrocarbons, And to provide an exhaust gas purifying apparatus having the catalytic apparatus of the internal combustion engine capable of effectively purifying exhaust gas.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 양상에 따른 촉매 장치는 배기 가스의 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩; 열을 받아 표면에 전기적 분극 현상이 발생되며, 이온을 방출하여 주변 기체 분자를 활성화시키고, 탄화수소 트랩에 전기장을 형성시키는 전기석; 그리고 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매;를 포함하며, 상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 하나의 담체 위에 코팅되어 있을 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a catalyst apparatus comprising: a hydrocarbon trap for selectively storing or desorbing hydrocarbons according to the temperature of exhaust gas; A tourmaline that receives heat to cause electrical polarization on the surface, activates the surrounding gas molecules by emitting ions, and forms an electric field in the hydrocarbon trap; And a three-way catalyst that converts harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by oxidation-reduction reaction, wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three- May be coated on the carrier.

하나의 실시예에서, 상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석은 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 전기석 상에 코팅될 수 있다. In one embodiment, the hydrocarbon trap is coated on the carrier, the tourmaline is coated on the hydrocarbon trap, and the three-way catalyst can be coated on the tourmaline.

다른 실시예에서, 상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석과 상기 삼원촉매는 서로 혼합되어 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅될 수 있다. In another embodiment, the hydrocarbon trap is coated on the carrier, and the tourmaline and the three-way catalyst may be mixed with one another and coated on the hydrocarbon trap.

또 다른 실시예에서, 상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석은 서로 혼합되어 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석의 혼합체 위에 코팅될 수 있다. In another embodiment, the hydrocarbon trap and the tourmaline are mixed with each other and coated on the carrier, and the three-way catalyst can be coated on the mixture of the hydrocarbon trap and the tourmaline.

상기 실시예들에서, 상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 상기 담체의 전체 길이에 대하여 코팅될 수 있다. In the above embodiments, the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three-way catalyst may be coated over the entire length of the carrier.

또 다른 실시예에서, 상기 촉매 장치의 전단부의 담체 위에는 상기 전기석이 코팅되고, 상기 촉매 장치의 후단부의 담체 위에는 상기 탄화수소 트랩이 코팅되며, 상기 탄화수소 트랩의 위에는 상기 삼원촉매가 코팅될 수 있다. In another embodiment, the tourmaline is coated on the carrier at the front end of the catalytic device, the hydrocarbon trap is coated on the carrier at the rear end of the catalytic device, and the three-way catalyst is coated on the hydrocarbon trap.

본 발명의 다른 양상에 따른 배기 가스 정화 장치는 연소실에 유입된 연료와 공기를 태워 동력을 생성하는 엔진; 상기 엔진에서 발생된 배기 가스가 흘러가는 배기 파이프; 상기 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 제1삼원촉매; 그리고 상기 제1삼원촉매의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 상기 제1삼원촉매에서 제거되지 않은 배기 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 촉매 장치;를 포함하며, 상기 촉매 장치는 배기 가스의 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩; 열을 받아 표면에 전기적 분극 현상이 발생되며, 이온을 방출하여 주변 기체 분자를 활성화시키고, 탄화수소 트랩에 전기장을 형성시키는 전기석; 그리고 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매;를 포함하며, 상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 하나의 담체 위에 코팅되어 있을 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus comprising: an engine for generating power by burning fuel and air introduced into a combustion chamber; An exhaust pipe through which the exhaust gas generated from the engine flows; A first three-way catalyst which is mounted on a rear end exhaust pipe of the engine and changes harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbon and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by an oxidation-reduction reaction; And a catalytic device mounted on a downstream exhaust pipe of the first three-way catalyst for removing harmful substances contained in the exhaust gas not removed by the first three-way catalyst, Hydrocarbon traps that selectively store or desorb hydrocarbons; A tourmaline that receives heat to cause electrical polarization on the surface, activates the surrounding gas molecules by emitting ions, and forms an electric field in the hydrocarbon trap; And a three-way catalyst that converts harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by oxidation-reduction reaction, wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three- May be coated on the carrier.

하나의 실시예에서, 상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석은 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 전기석 상에 코팅될 수 있다. In one embodiment, the hydrocarbon trap is coated on the carrier, the tourmaline is coated on the hydrocarbon trap, and the three-way catalyst can be coated on the tourmaline.

다른 실시예에서, 상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석과 상기 삼원촉매는 서로 혼합되어 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅될 수 있다. In another embodiment, the hydrocarbon trap is coated on the carrier, and the tourmaline and the three-way catalyst may be mixed with one another and coated on the hydrocarbon trap.

또 다른 실시예에서, 상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석은 서로 혼합되어 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석의 혼합체 위에 코팅될 수 있다. In another embodiment, the hydrocarbon trap and the tourmaline are mixed with each other and coated on the carrier, and the three-way catalyst can be coated on the mixture of the hydrocarbon trap and the tourmaline.

상기 실시예들에서, 상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 상기 담체의 전체 길이에 대하여 코팅될 수 있다. In the above embodiments, the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three-way catalyst may be coated over the entire length of the carrier.

또 다른 실시예에서, 상기 촉매 장치의 전단부의 담체 위에는 상기 전기석이 코팅되고, 상기 촉매 장치의 후단부의 담체 위에는 상기 탄화수소 트랩이 코팅되며, 상기 탄화수소 트랩의 위에는 상기 삼원촉매가 코팅될 수 있다. In another embodiment, the tourmaline is coated on the carrier at the front end of the catalytic device, the hydrocarbon trap is coated on the carrier at the rear end of the catalytic device, and the three-way catalyst is coated on the hydrocarbon trap.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전기석을 이용하여 탄화수소의 활성화 온도를 낮추고 탄화수소 트랩이 탄화수소를 최대한 높은 온도까지 잡아둘 수 있도록 함으로써 시동 초기에 탄화수소를 포함하는 유해물질을 효과적으로 정화할 수 있다. As described above, according to the present invention, the activation temperature of hydrocarbons can be lowered by using tourmaline, and the hydrocarbon trap can hold the hydrocarbons to as high as possible, thereby effectively cleaning harmful substances including hydrocarbons at the initial stage of starting.

또한, 기존의 내연 기관에 사용되는 삼원촉매에 추가하여 촉매 장치를 사용함으로써 유해물질의 정화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. In addition, by using a catalytic device in addition to the three-way catalyst used in existing internal combustion engines, the purification efficiency of harmful substances can be further improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이다. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to a first embodiment of the present invention.
3 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to a third embodiment of the present invention.
5 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 엔진(10), 배기 파이프(20), 제1삼원촉매(30), 그리고 촉매 장치(40)를 포함한다. 1, an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention includes an engine 10, an exhaust pipe 20, a first three-way catalyst 30, and a catalytic device 40. As shown in Fig.

엔진(10)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 연료와 공기가 유입되는 다수의 연소실(11)과, 상기 연소실(11) 내로 유입된 연료와 공기를 점화시키는 점화 장치(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 엔진(10)은 흡기 매니폴드(15)에 연결되어 연소실(11) 내부로 공기를 유입 받으며, 배기 매니폴드(17)에 연결되어 연소 과정에서 발생한 배기 가스는 배기 매니폴드(17)에 모인 후 엔진(10) 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실(11)에는 연료를 그 내부로 직접 분사하기 위한 인젝터(13)가 장착될 수 있다. The engine 10 converts chemical energy into mechanical energy by burning fuel and air. The engine 10 may include a plurality of combustion chambers 11 into which fuel and air are introduced and an ignition device (not shown) which ignites the fuel and air introduced into the combustion chamber 11. The engine 10 is connected to the intake manifold 15 to receive air into the combustion chamber 11 and connected to the exhaust manifold 17 so that the exhaust gas generated in the combustion process is collected in the exhaust manifold 17. [ And then discharged to the outside of the engine 10. An injector 13 for directly injecting fuel into the combustion chamber 11 may be mounted in the combustion chamber 11. [

본 명세서에서는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진을 예를 들어 설명하고 있으나 이에 한정되지는 않는다. 가솔린 직접 분사 엔진 외에 다른 가솔린 엔진도 사용될 수 있음은 당연하다 할 것이다. 이 경우, 인젝터는 흡기 매니폴드(15) 또는 흡기 파이프에 장착되어 연료를 분사한다. In the present specification, a gasoline direct injection (GDI) engine is described as an example, but the present invention is not limited thereto. It is natural that other gasoline engines besides gasoline direct injection engines can also be used. In this case, the injector is mounted on the intake manifold 15 or the intake pipe to inject fuel.

또한, 디젤 엔진도 사용될 수 있다. 이 경우, 연소실(11)에는 점화 장치가 장착되지 않을 수 있다. Diesel engines can also be used. In this case, the ignition device may not be mounted in the combustion chamber 11. [

배기 파이프(20)는 상기 배기 매니폴드(17)에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(20) 상에는 제1삼원촉매(30)와 촉매 장치(40)가 장착되어 배기 가스에 포함된 탄화수소, 일산화탄소 그리고 질소산화물 등을 제거한다.The exhaust pipe 20 is connected to the exhaust manifold 17 to exhaust the exhaust gas to the outside of the vehicle. A first three-way catalyst 30 and a catalytic device 40 are mounted on the exhaust pipe 20 to remove hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides contained in the exhaust gas.

상기 제1삼원촉매(30)는 상기 엔진(10) 후단의 배기 파이프(20) 상에 장착되어 있으며, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 유해물질을 산화-환원 반응을 통하여 제거한다. 일반적으로, 제1삼원촉매(30)는 배기 가스에 포함된 3개의 유해물질(CO, HC, NOx)을 산화-환원 반응을 통해 무해한 가스(CO2, H2O, N2)로 변환시킨다. 상기 제1삼원촉매(30)에는 세리아 등의 산소저장물질과, 팔라듐 및 백금 등과 같은 산화 촉매와, 로듐 등과 같은 환원 촉매가 코팅되어 있으며, 이에 대한 구성은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.The first three-way catalyst 30 is mounted on the exhaust pipe 20 at the rear end of the engine 10 and removes harmful substances contained in the exhaust gas discharged from the engine 10 through a oxidation-reduction reaction . Generally, the first three-way catalyst 30 converts the three harmful substances (CO, HC, NOx) contained in the exhaust gas into harmless gases (CO 2, H 2 O, N 2) through oxidation-reduction reaction. The first three-way catalyst 30 is coated with an oxygen storage material such as ceria, an oxidation catalyst such as palladium and platinum, and a reducing catalyst such as rhodium, and the configuration thereof is well known to those skilled in the art. It will be omitted.

촉매 장치(40)는 상기 제1삼원촉매(30)의 후단 배기 파이프(20) 상에 장착되어 있다. 상기 촉매 장치(40)는 제1삼원촉매(30)를 통과한 배기 가스에 남아 있는 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물을 제거하도록 되어 있다.The catalyst device 40 is mounted on the exhaust pipe 20 at the rear end of the first three way catalytic converter 30. The catalyst device 40 is configured to remove hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides remaining in the exhaust gas that has passed through the first three-way catalyst 30.

이하, 상기 촉매 장치(40)의 구성을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the configuration of the catalyst device 40 will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이다. 2 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to a first embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치(40)는 담체(42)와, 상기 담체(42) 위에 코팅된 탄화수소 트랩(44), 전기석(46), 그리고 제2삼원촉매(48)를 포함한다. 2, a catalytic device 40 according to an embodiment of the present invention includes a carrier 42, a hydrocarbon trap 44 coated on the carrier 42, a tourmaline 46, And a catalyst 48.

상기 담체(42)는 상기 촉매 장치(40)의 틀을 형성하는 것으로, 상기 담체(42)에 의하여 배기 가스가 흘러갈 수 있는 복수개의 채널이 형성된다. 본 명세서에서는 플로우 스루(flow through) 타입의 담체가 사용되는 것을 예시하였으나 이에 한정되지는 않는다. 플로우 스루 타입의 담체는 하나의 채널에서 흘러 가는 배기 가스가 이웃하는 다른 채널로 이동하지 못하도록 되어 있다. 또한, 상기 담체(42)는 알루미나 등의 재질로 제작될 수 있다. The carrier 42 forms a frame of the catalyst device 40, and a plurality of channels through which the exhaust gas flows can be formed by the carrier 42. In this specification, a flow through type carrier is used, but the present invention is not limited thereto. The flow-through type carrier is designed such that the exhaust gas flowing in one channel can not move to another neighboring channel. The carrier 42 may be made of alumina or the like.

탄화수소 트랩(44)은 상기 담체(42) 위에 코팅되어 있다. 상기 탄화수소 트랩은 베타 제올라이트, A-타입 제올라이트, X-타입 제올라이트, ZSM-5, USY 등으로 제작될 수 있다. 상기 탄화수소 트랩(44)은 배기 가스의 온도가 낮은 경우(약 150℃ 이하)에는 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡장하며, 배기 가스의 온도가 높은 경우에는 상기 흡장한 탄화수소를 탈착한다. 즉, 상기 탄화수소 트랩(44)은 시동 초기와 같이 배기 가스의 온도가 낮아 제1삼원촉매(30) 등이 활성화되지 못한 경우 배기 가스에 포함된 탄화수소를 잡아 둔다. 따라서, 시동 초기에 정화되지 못한 탄화수소가 차량 외부로 배출되는 것을 방지한다. The hydrocarbon trap 44 is coated on the carrier 42. The hydrocarbon trap may be made of beta zeolite, A-type zeolite, X-type zeolite, ZSM-5, USY and the like. The hydrocarbon trap 44 stores hydrocarbons contained in the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is low (about 150 ° C or less), and desorbs the stored hydrocarbon when the temperature of the exhaust gas is high. That is, the hydrocarbon trap 44 catches the hydrocarbon contained in the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is low and the first three-way catalyst 30 or the like can not be activated as in the initial stage of starting. Therefore, hydrocarbon which has not been purified at the initial stage of starting is prevented from being discharged to the outside of the vehicle.

전기석(46)은 상기 탄화수소 트랩(44)의 위에 코팅되어 있다. 상기 전기석(46)은 열을 받으면 표면에 전기적 분극 현상이 발생하여 음/양으로 대전되며, 이로 인하여 이온이 방출하게 된다. 또한, 상기 이온 방출은 주변 기체 분자를 활성화시켜 반응 에너지를 낮추는 역할을 하게 된다. 즉, 기존 반응 온도보다 상대적으로 낮은 온도에서 반응이 일어나도록 하며, 이것은 촉매 반응을 낮은 온도에서 개선시키게 된다. Tourmaline 46 is coated on top of the hydrocarbon trap 44. When heat is applied to the tourmaline (46), electrical polarization occurs on the surface of the tourmaline (46), so that the tourmaline is charged negatively / positively, thereby releasing ions. In addition, the ion release serves to lower the reaction energy by activating the surrounding gas molecules. That is, the reaction occurs at a temperature relatively lower than the conventional reaction temperature, which improves the catalytic reaction at a low temperature.

또한, 상기 전기석(46)은 탄화수소 트랩(44)에 일종의 전기장을 형성시키는 역할을 한다. 특정 종류의 탄화수소는 분자 구조상 극성을 갖기 때문에 탄화수소 트랩(44)에 형성된 전기장에 의하여 상대적으로 높은 온도까지 탄화수소 트랩(44)에 흡장될 수 있다. The tourmaline 46 also forms a kind of electric field in the hydrocarbon trap 44. Certain types of hydrocarbons can be stored in the hydrocarbon trap 44 to a relatively high temperature by the electric field formed in the hydrocarbon trap 44 because of the polarity of the molecular structure.

제2삼원촉매(48)는 상기 전기석(46)의 위에 코팅되어 있다. 상기 제2삼원촉매(48)는 상기 제1삼원촉매(30)와 유사하게 배기 가스에 포함된 3개의 유해물질(CO, HC, NOx)을 산화-환원 반응을 통해 무해한 가스(CO2, H2O, N2)로 변환시킨다. 상기 제2삼원촉매(48)에는 세리아 등의 산소저장물질과, 팔라듐 및 백금 등과 같은 산화 촉매와, 로듐 등과 같은 환원 촉매가 코팅되어 있으며, 이에 대한 구성은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. The second three-way catalyst 48 is coated on top of the tourmaline 46. The second three-way catalyst 48 oxidizes the harmful substances (CO, HC, NOx) contained in the exhaust gas through the oxidation-reduction reaction similarly to the first three-way catalyst 30, N2). The second three-way catalyst 48 is coated with an oxygen storage material such as ceria, an oxidation catalyst such as palladium and platinum, and a reducing catalyst such as rhodium, and the configuration thereof is well known to those skilled in the art. It will be omitted.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 촉매 장치의 작동을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the catalytic device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

배기 가스의 온도가 낮은 저온 구간(촉매온도가 150℃ 미만)에서는, 상기 전기석(46)은 분극에 의하여 전기장을 형성하고 전자 방출에 의하여 기체 분자를 활성화시킨다. 이 경우, 상기 발생된 전기장은 탄화수소 트랩(44)이 탄화수소를 흡장하는 것을 도와주고, 활성화된 기체 분자에 의하여 제2삼원촉매(48)의 촉매 반응이 개선되게 된다. When the temperature of the exhaust gas is low (the catalyst temperature is lower than 150 ° C), the tourmaline 46 forms an electric field by polarization and activates gas molecules by electron emission. In this case, the generated electric field helps the hydrocarbon trap 44 to store hydrocarbons, and the catalytic reaction of the second three-way catalyst 48 is improved by the activated gas molecules.

배기 가스의 온도가 점점 높아지면(촉매온도가 150℃ 이상이고 350℃ 미만), 상기 전기석(46)은 분극에 의하여 전기장을 형성하고 전자 방출에 의하여 기체 분자를 활성화시킨다. 이 경우, 탄화수소 트랩(44)에서는 탄화수소가 탈착되기 시작하나 상기 발생된 전기장에 의하여 탄화수소 트랩(44)이 탄화수소를 조금 더 높은 온도까지 흡장할 수 있다. 또한, 활성화된 기체 분자에 의하여 제2삼원촉매(48)의 촉매 반응이 개선되어 탈착된 탄화수소의 일부가 산화하기 시작한다. When the temperature of the exhaust gas becomes higher (catalyst temperature is 150 ° C or more and less than 350 ° C), the tourmaline 46 forms an electric field by polarization and activates gas molecules by electron emission. In this case, the hydrocarbon trap 44 begins to desorb the hydrocarbon but the hydrocarbon trap 44 can occlude the hydrocarbon to a slightly higher temperature due to the generated electric field. In addition, the catalytic reaction of the second three-way catalyst 48 is improved by the activated gas molecules, and a part of the desorbed hydrocarbons starts to be oxidized.

배기 가스의 온도가 높은 고온 구간(촉매온도가 350℃ 이상)에서는, 상기 전기석(46)은 분극에 의하여 전기장을 형성하고 전자 방출에 의하여 기체 분자를 활성화시킨다. 이 경우, 상기 탄화수소 트랩(44)은 탄화 수소 흡장 능력을 완전히 상실하여 탄화수소를 모두 탈착한다. 다만, 고온 구간에서는 제2삼원촉매(48)의 반응이 활성화되어 탈착된 탄화수소를 산화시킨다. 또한, 제2삼원촉매(48)는 일산화탄소와 질소산화물도 제거하게 된다. At a high temperature section (catalyst temperature of 350 DEG C or higher) in which the temperature of the exhaust gas is high, the tourmaline 46 forms an electric field by polarization and activates gas molecules by electron emission. In this case, the hydrocarbon trap 44 completely loses the ability to absorb the hydrocarbon and desorbs all of the hydrocarbons. However, in the high temperature zone, the reaction of the second three-way catalyst 48 is activated to oxidize the desorbed hydrocarbons. In addition, the second three-way catalyst 48 also removes carbon monoxide and nitrogen oxides.

이하, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 촉매 장치(40)에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the catalyst device 40 according to other embodiments of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이며, 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic view of a fourth embodiment of the present invention, Fig. 2 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to an embodiment; Fig.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 촉매 장치에서 담체(42)에 코팅되는 물질은 본 발명의 제1실시예에 따른 촉매 장치와 동일하다. 다만, 담체(42)에 코팅되는 순서만이 차이가 나며, 이 부분에 대하여만 설명하기로 한다. 3 to 5, the material coated on the carrier 42 in the catalyst apparatus according to the second to fourth embodiments of the present invention is the same as the catalyst apparatus according to the first embodiment of the present invention. However, only the order of coating on the carrier 42 is different, and only this portion will be described.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 촉매 장치(40)는 상기 담체(42) 상에 탄화수소 트랩(44)이 코팅되며, 상기 전기석과 삼원촉매가 서로 혼합된 혼합층(50)이 상기 탄화수소 트랩(44) 위에 코팅된다. 3, the catalytic device 40 according to the second embodiment of the present invention includes a carrier layer 42 coated with a hydrocarbon trap 44, a mixed layer in which the tourmaline and the three- 50 are coated on the hydrocarbon trap 44.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 촉매 장치(40)는 상기 담체(42) 위에 탄화수소 트랩과 전기석이 혼합된 혼합층(52)이 코팅되며, 제2삼원촉매(48)가 상기 혼합층(52) 위에 코팅된다. 4, a catalyst layer 40 according to the third embodiment of the present invention is formed by coating a mixed layer 52 in which a hydrocarbon trap and a tourmaline are mixed on the carrier 42, and a second three-way catalyst 48 ) Is coated on the mixed layer (52).

한편, 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 촉매 장치(40)에서 상기 탄화수소 트랩, 전기석 및 제2삼원촉매는 담체(42)의 전체 길이에 대하여 코팅된다.In the catalyst apparatus 40 according to the first to third embodiments of the present invention, the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the second three-way catalyst are coated over the entire length of the carrier 42.

이와는 달리, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 촉매 장치(40)는 그 전단부의 담체(42) 위에 상기 전기석(46)이 코팅되고, 그 후단부의 담체(42) 위에 상기 탄화수소 트랩(44)이 코팅되며, 상기 탄화수소 트랩(44)의 위에 상기 삼원촉매(48)가 코팅된다. 5, the catalytic device 40 according to the fourth embodiment of the present invention has the tourmaline 46 coated on the carrier 42 at the front end thereof and the carrier 42 at the rear end thereof. The hydrocarbon trap 44 is coated on the hydrocarbon trap 44, and the three-way catalyst 48 is coated on the hydrocarbon trap 44.

본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 촉매 장치(40)의 작동은 본 발명의 제1실시예에 따른 촉매 장치(40)의 작동과 거의 동일하므로 여기에서는 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
The operation of the catalytic device 40 according to the second to fourth embodiments of the present invention is substantially the same as the operation of the catalytic device 40 according to the first embodiment of the present invention, do.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.

Claims (12)

배기 가스의 온도에 따라 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩;
열을 받아 표면에 전기적 분극 현상이 발생되며, 이온을 방출하여 주변 기체 분자를 활성화시키고, 탄화수소 트랩에 전기장을 형성시키는 전기석; 그리고
배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매;
를 포함하며,
상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 하나의 담체 위에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 촉매 장치.A hydrocarbon trap that stores or desorbs hydrocarbons according to the temperature of the exhaust gas;
A tourmaline that receives heat to cause electrical polarization on the surface, activates the surrounding gas molecules by emitting ions, and forms an electric field in the hydrocarbon trap; And
A three-way catalyst for converting harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by an oxidation-reduction reaction;
/ RTI >
Wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three-way catalyst are coated on one carrier. 제1항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석은 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 전기석 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the hydrocarbon trap is coated on the carrier, the tourmaline is coated on the hydrocarbon trap, and the three-way catalyst is coated on the tourmaline. 제1항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석과 상기 삼원촉매는 서로 혼합되어 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the hydrocarbon trap is coated on the carrier, and the tourmaline and the three-way catalyst are mixed with each other to be coated on the hydrocarbon trap. 제1항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석은 서로 혼합되어 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석의 혼합체 위에 코팅되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the hydrocarbon trap and the tourmaline are mixed and coated on the carrier, and the three-way catalyst is coated on the mixture of the hydrocarbon trap and the tourmaline. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 상기 담체의 전체 길이에 대하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 촉매 장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three-way catalyst are coated over the entire length of the carrier. 제1항에 있어서,
상기 촉매 장치의 전단부의 담체 위에는 상기 전기석이 코팅되고, 상기 촉매 장치의 후단부의 담체 위에는 상기 탄화수소 트랩이 코팅되며, 상기 탄화수소 트랩의 위에는 상기 삼원촉매가 코팅되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the tourmaline is coated on the carrier at the front end of the catalyst device, the hydrocarbon trap is coated on the carrier at the rear end of the catalyst device, and the three-way catalyst is coated on the hydrocarbon trap. 연소실에 유입된 연료와 공기를 태워 동력을 생성하는 엔진;
상기 엔진에서 발생된 배기 가스가 흘러가는 배기 파이프;
상기 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 제1삼원촉매; 그리고
상기 제1삼원촉매의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 상기 제1삼원촉매에서 제거되지 않은 배기 가스에 포함된 유해물질을 제거하는 촉매 장치;
를 포함하며,
상기 촉매 장치는
배기 가스의 온도에 따라 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩;
열을 받아 표면에 전기적 분극 현상이 발생되며, 이온을 방출하여 주변 기체 분자를 활성화시키고, 탄화수소 트랩에 전기장을 형성시키는 전기석; 그리고
배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매;
를 포함하며, 상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 하나의 담체 위에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.An engine that generates power by burning the fuel and air introduced into the combustion chamber;
An exhaust pipe through which the exhaust gas generated from the engine flows;
A first three-way catalyst which is mounted on a rear end exhaust pipe of the engine and changes harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbon and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by an oxidation-reduction reaction; And
A catalytic device mounted on a downstream exhaust pipe of the first three-way catalyst for removing harmful substances contained in exhaust gas not removed from the first three-way catalyst;
/ RTI >
The catalyst device
A hydrocarbon trap that stores or desorbs hydrocarbons according to the temperature of the exhaust gas;
A tourmaline that receives heat to cause electrical polarization on the surface, activates the surrounding gas molecules by emitting ions, and forms an electric field in the hydrocarbon trap; And
A three-way catalyst for converting harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by an oxidation-reduction reaction;
Wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three-way catalyst are coated on one carrier. 제7항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석은 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 전기석 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the hydrocarbon trap is coated on the carrier, the tourmaline is coated on the hydrocarbon trap, and the three-way catalyst is coated on the tourmaline. 제7항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩은 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 전기석과 상기 삼원촉매는 서로 혼합되어 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the hydrocarbon trap is coated on the carrier, and the tourmaline and the three-way catalyst are mixed with each other to be coated on the hydrocarbon trap. 제7항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석은 서로 혼합되어 상기 담체 상에 코팅되며, 상기 삼원촉매는 상기 탄화수소 트랩과 상기 전기석의 혼합체 위에 코팅되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the hydrocarbon trap and the tourmaline are mixed and coated on the carrier, and the three-way catalyst is coated on the mixture of the hydrocarbon trap and the tourmaline. 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩, 상기 전기석, 그리고 상기 삼원촉매는 상기 담체의 전체 길이에 대하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.11. The method according to any one of claims 7 to 10,
Wherein the hydrocarbon trap, the tourmaline, and the three-way catalyst are coated over the entire length of the carrier. 제7항에 있어서,
상기 촉매 장치의 전단부의 담체 위에는 상기 전기석이 코팅되고, 상기 촉매 장치의 후단부의 담체 위에는 상기 탄화수소 트랩이 코팅되며, 상기 탄화수소 트랩의 위에는 상기 삼원촉매가 코팅되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the tourmaline is coated on the carrier at the front end of the catalyst device, the hydrocarbon trap is coated on the carrier at the rear end of the catalyst device, and the three-way catalyst is coated on the hydrocarbon trap.
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