KR101637586B1 - 차량의 촉매 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 촉매 장치에 관한 것으로서, 담체벽과; 상기 담체벽 상에 코팅되어 HC를 흡착하는 HC 흡착층과; 상기 HC 흡착층 상에 코팅되어 저온에서 CO를 정화하는 CO 저온 산화층과; 상기 CO 저온 산화층 상에 코팅된 삼원 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 저온에서 CO를 활성화하여 이 때 발생된 반응열을 이용하여 삼원 촉매층의 온도를 급격히 상승시킴으로써, HC 흡착층에 탈착된 HC가 정화되지 않고 배출되는 것을 방지할 수 있다.

Description

차량의 촉매 장치{CATALYST DEVICE OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 촉매 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저온에서 활성화되는 차량의 촉매 장치에 관한 것이다.
종래 차량에는 가솔린 배기가스 규제 대응을 위하여 삼원 촉매를 기본으로 하는 기술을 적용하고 있다.
가솔린 배기가스는 대부분 냉시동 시에 발생하므로, 삼원 촉매의 저온 활성은 대단히 중요하다. 이에, 종래에는 초박벽 담체를 적용하여 삼원 촉매가 저온에서 활성되도록 하거나, 엔진 제어 측면에서 희박 시동(lean start) 및 촉매 가열 기능을 적용하곤 한다.
그러나, 상기 기술을 적용한다 하더라도 배기가스의 정화율 50%에 도달하는 온도는 대개 350도 정도이므로, 촉매 활성 온도를 낮추기 위한 제안이 지속적으로 이루어지고 있다.
하지만, 북미 지역 COLD NMHC(비메탄 탄화수소, Non-Methane HydroCarbons) 규제는 영하 7도에서 시동이 걸리는 조건으로서 현재의 촉매 기술로는 대응이 어려운 상황이다. 하나의 대안으로 제시되는 기술은 탄화수소 흡착(이하, HC TRAP 이라고 칭함) 기술이다.
종래의 촉매 장치는 도 1에 도시된 바와 같다. 즉, 종래 촉매 장치는 담체벽(110)과, 담체벽(110) 상에 순차적으로 코팅된 HC 흡착층(120) 및 삼원 촉매층(140)으로 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하여, HC가 흡착되는 원리에 대해 간단히 설명하면 아래와 같다.
냉시동 시 초기 배출되는 HC는 삼원 촉매층(140)이 활성화되는 온도 이전에 테일 파이프(TAIL PIPE)로 배출될 수 밖에 없으나, HC 흡착층(120)에 의해 흡착 저장된다.
HC 흡착층(120)에서 HC가 흡착되는 동안 배기가스 온도는 상승하여 삼원 촉매층(140)은 저온 활성 도달 온도(대략 200도 이상)에 이르게 된다.
이와 같이, 삼원 촉매층(140)이 활성화된 후, HC 흡착층(120)에서 흡착되어 있던 HC가 탈착되고, 활성화 온도에 도달한 삼원 촉매층(140)에서 HC의 정화가 이루어진다.
그러나, 종래 촉매 장치에 의하면, 도 2에 도시된 그래프와 같이, HC 흡착층(120)에 HC의 흡착이 이루어지나, HC가 탈착되는 온도에서 삼원 촉매층(140)의 활성화가 이루어지지 않아 HC가 정화되지 않는 문제점이 있었다. 즉, 삼원 촉매층(140)이 50% 활성화되기 위한 온도는 360도 정도이나, HC 흡착층(120)에서 HC가 탈착되기 시작하는 온도는 150도부터 시작되므로, HC 흡착층(120)에서 저장되었던 HC가 정화되지 못하고, 테일 파이프로 배출되므로 COLD NMHC 정화가 불가한 문제점이 있었다.
상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 두가지로 요약할 수 있다.
HC 흡착층(120)에서 HC가 탈착되는 온도를 삼원 촉매층(140)가 활성화되는 온도까지 상승시키거나, 삼원 촉매층(140)의 활성화 온도를 HC 흡착층(120)에서 HC가 탈착되는 온도 영역까지 낮추는 것이다.
이에, 본 발명자는 두번째 방법인 삼원 촉매층(140)의 활성 온도 낮추는 방안을 강구하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 저온에서도 CO를 정화하는 CO 저온 산화층을 구비하여, 저온에서 CO가 산화되면서 발생되는 반응열을 이용하여 삼원 촉매층의 온도를 빠르게 높여주고, 이를 통해 저온에서 활성화되어 HC 흡착층에 저장된 HC의 배출을 억제할 수 있는 차량의 촉매 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 차량의 촉매 장치에 따라, 담체벽과; 상기 담체벽 상에 코팅되어 HC를 흡착하는 HC 흡착층과; 상기 HC 흡착층 상에 코팅되어 저온에서 CO를 정화하는 CO 저온 산화층과; 상기 CO 저온 산화층 상에 코팅된 삼원 촉매층에 의해 달성된다.
여기서, 상기 CO 저온 산화층은 은 합금과, 타이타니아(TiO2)로 구성된 지지체와, 세리아로 구성된 조촉매를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
상기 CO 저온 산화층은 100도 이하의 온도에서 CO의 산화 반응을 시작하여, 그 발열량에 의해 상기 삼원 촉매층을 웜업시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 차량의 촉매 장치에 따라, 담체벽과; 상기 담체벽 상에 코팅되어 HC를 흡착하는 HC 흡착층과; 상기 HC 흡착층 상에 코팅되어 저온에서 CO를 정화하는 기능을 포함하는 삼원 촉매층에 의해 달성된다.
여기서, 상기 삼원 촉매층에는 은 합금과, 타이타니아(TiO2)로 구성된 지지체와, 세리아로 구성된 조촉매를 포함하여 이루어진 것이 좋다.
상기 삼원 촉매층은 100도 이하의 온도에서 CO의 산화 반응을 시작하여, 그 발열량에 의해 웜업되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저온에서 CO를 활성화하여 이 때 발생된 반응열을 이용하여 삼원 촉매층의 온도를 급격히 상승시킴으로써, HC 흡착층에 탈착된 HC가 정화되지 않고 배출되는 것을 방지할 수 있는 차량의 촉매 장치가 제공된다.
도 1은 종래 차량의 촉매 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 종래 촉매 장치의 문제점을 설명하기 위한 시간-HC 농도간의 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 차량의 촉매 장치를 나타낸 개략도.
도 4는 종래와 본 발명의 CO 산화 특성을 비교한 그래프.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량의 촉매 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 담체벽(10)과, 담체벽(10) 상에 코팅되어 HC를 흡착하는 HC 흡착층(20)과, HC 흡착층(20) 상에 코팅되어 저온에서 CO를 정화하는 CO 저온 산화층(30)과, CO 저온 산화층(30) 상에 코팅된 삼원 촉매층(40)으로 구성된다.
HC 흡착층(20)은 일반적으로 제올라이트로 이루어져, 배기가스에 포함된 HC를 흡착하는 기능을 한다.
CO 저온 산화층(30)은 은 합금과, 타이타니아(TiO2)로 구성된 지지체와, 세리아(Seria)로 구성된 조촉매로 이루어져, HC 흡착층(20)과 삼원 촉매층(40) 사이에 코팅된다. 이러한 CO 저온 산화층(30)은 100도 이하의 저온에서 CO 산화 반응을 시작하여, 이 때 발생된 발열량에 의해 삼원 촉매층(40)의 온도가 급격히 상승된다. 따라서, CO 저온 산화층(30)은 HC 흡착층(20)에 저장되었던 HC가 탈착되는 온도 이전에 삼원 촉매층(40)의 활성화를 유도함으로써, 탈착된 HC가 반응에 의해 정화될 수 있다.
한편, 종래 촉매 장치와 본 발명의 촉매 장치의 CO 산화 특성을 비교하면 도 5와 같다. 즉, 본 발명의 CO 저온 산화층(30)에 의한 CO 저온 활성은 50도에서 이미 50% 정도의 정화율에 도달되는데, 이는 종래의 삼원 촉매층의 활성 온도 150도 보다 100도 이상 낮은 수준임을 알 수 있다. 따라서, HC 흡착층(20)에 흡착되었던 HC가 탈착되는 온도인 100도 부근에서는 이미 CO 저온 산화층(30)과 삼원 촉매층(40)의 LOT(Light Off Time)가 도달되어 COLD NMHC 규제 대응이 가능하다.
이 때, LOT란 촉매 장치에 유입되는 배기가스의 온도를 서서히 올리면서 정화 효율을 측정함에 있어서 측정된 정화 효율이 50%가 될 때의 배기가스 온도를 말한다.
이러한 구성에 의하여, 저온에서 CO를 활성화하여 이 때 발생된 반응열을 이용하여 삼원 촉매층(40)의 온도를 급격히 상승시킴으로써, HC 흡착층(20)에 탈착된 HC가 정화되지 않고 배출되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 실시예에서는 CO 저온 산화층이 HC 흡착층과 삼원 촉매층 사이에 코팅되어 3개의 촉매층으로 이루어져 있으나, 삼원 촉매층에 CO 저온 산화층을 구성하는 성분이 혼합되어 2개의 촉매층으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
10 : 담체벽 20 : HC 흡착층
30 : CO 저온 산화층 40 : 삼원 촉매층

Claims (6)

  1. 담체벽과;
    제올라이트로 이루어져 상기 담체벽에 코팅되어 배기가스에 포함된 HC를 흡착하는 HC흡착층과;
    상기 HC흡착층 상에 코팅되어 저온에서 CO를 정화하는 CO저온 산화층 및
    상기 CO저온 산화층 상에 코팅된 삼원 촉매층을 포함하고,
    상기 삼원 촉매층에는,
    은 합금과, 타이타니아(TiO2)로 구성된 지지체와, 세리아로 구성된 조촉매를 포함하고,
    상기 CO저온 산화층은,
    세리아(Seria)로 구성된 조촉매와,
    은 합금과, 타이타니아(TiO2)로 구성된 지지체를 포함하여, 상기 HC흡착층과 상기 삼원 촉매층 사이에 코팅되고,
    100도 이하의 온도에서 CO의 산화 반응을 시작하여, 그 발열량에 의해 상기 삼원 촉매층을 웜업시키는 것을 특징으로 하는 차량의 촉매 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CO저온 산화층은,
    상기 HC흡착층에 저장되어었던 HC가 탈착되는 온도 이전에 상기 삼원 촉매층의 활성화를 유도함으로써, 탈착된 HC가 반응에 의해 정화되는 차량의 촉매 장치.
  3. 삭제
  4. 담체벽과;
    상기 담체벽 상에 코팅되어 HC를 흡착하는 HC 흡착층과;
    상기 HC 흡착층 상에 코팅되어 저온에서 CO를 정화하는 기능을 포함하는 삼원 촉매층으로 구성되고,
    상기 삼원 촉매층은,
    은 합금과, 타이타니아(TiO2)로 구성된 지지체와, 세리아로 구성된 조촉매를 포함하고,
    100도 이하의 온도에서 CO의 산화 반응을 시작하여, 그 발열량에 의해 웜업되는 것을 특징으로 하는 차량의 촉매 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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