KR102090230B1 - 차량용 촉매 변환 장치의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

차량용 촉매 변환 장치의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

촉매 변환 장치의 제조 방법은 중공 케이스, 상기 중공 케이스의 내부에 삽입되는 촉매, 그리고 상기 중공 케이스의 내면과 상기 촉매 사이에 개재되는 매트를 포함하는 촉매 변환 장치를 제조하는 제조 방법이며, 상기 촉매와 상기 촉매를 둘러싸는 매트로 이루어지는 촉매 모듈을 압입 가이드 유닛을 통해 상기 중공 케이스 내로 삽입하면서 상기 압입 가이드 유닛에 설치된 하나 이상의 면압 측정 센서를 통해 상기 압입 가이드 유닛에서 상기 촉매 모듈의 상기 매트에 가해지는 면압을 측정하는 스터핑(stuffing) 단계, 그리고 상기 촉매 모듈이 상기 중공 케이스에 삽입된 후 상기 측정된 면압을 이용하여 상기 매트의 면압이 목표 면압이 되도록 상기 중공 케이스의 사이즈를 감소시키는 사이징(sizing) 단계를 포함한다.

Description

차량용 촉매 변환 장치의 제조 방법 및 장치{Manufacturing method and device of catalytic converter for vehicles}
본 발명은 차량의 배기가스의 후처리를 위한 촉매 장치를 제조하기 위한 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
촉매 변환 장치는 차량의 배기가스를 후처리하여 오염물질을 저감하는 장치이며, 일반적으로 중공 원통형의 케이스와 그 내부에 삽입되는 촉매를 포함한다. 이때, 케이스의 내면과 촉매 사이에 매트가 개재된다.
매트는 촉매로 전달되는 충격을 흡수하고 촉매를 고정하는 역할을 하며, 차량에 설치된 상태에서 안정적인 작동을 담보하기 위해 매트가 요구되는 면압을 갖도록 하는 것이 필요하다. 매트에 요구되는 면압을 갖도록 하기 위해 케이스의 외경을 축소하는 사이징(sizing) 공정이 필요하다.
종래에 케이스의 사이징 공정이 매트와 촉매를 케이스에 삽입하기 전에 먼저 이루어지는 방식(pre-sizing 방식)과 케이스 사이징 공정이 매트와 촉매를 케이스에 삽입한 후에 이루어지는 방식(post-sizing 방식)이 있었다. 이러한 종래의 방식에서는 촉매의 외경과 매트의 중량을 미리 측정한 후 그에 따라 사이징량을 결정하여야 하는데, 이러한 촉매의 외경과 매트의 중량의 사전 측정을 위해 별도의 장비와 인력이 필요하여 촉매 변환 장치의 제조 비용이 증가하는 문제가 있었다.
등록특허공보 10-0999297
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 촉매의 외경 및 매트의 질량을 별도로 측정하지 않고도 촉매와 매트를 먼저 조립한 후 케이스에 삽입하기 전에 매트 면압을 직접 측정하여 케이스의 사이징량을 산출할 수 있는 촉매 변환 장치의 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법은 중공 케이스, 상기 중공 케이스의 내부에 삽입되는 촉매, 그리고 상기 중공 케이스의 내면과 상기 촉매 사이에 개재되는 매트를 포함하는 촉매 변환 장치를 제조하는 제조 방법이며, 상기 촉매와 상기 촉매를 둘러싸는 매트로 이루어지는 촉매 모듈을 압입 가이드 유닛을 통해 상기 중공 케이스 내로 삽입하면서 상기 압입 가이드 유닛에 설치된 하나 이상의 면압 측정 센서를 통해 상기 압입 가이드 유닛에서 상기 촉매 모듈의 상기 매트에 가해지는 면압을 측정하는 스터핑(stuffing) 단계, 그리고 상기 촉매 모듈이 상기 중공 케이스에 삽입된 후 상기 측정된 면압을 이용하여 상기 매트의 면압이 목표 면압이 되도록 상기 중공 케이스의 사이즈를 감소시키는 사이징(sizing) 단계를 포함한다.
상기 측정된 면압과 상기 압입 가이드 유닛의 상기 면압 측정 센서가 설치된 부분의 내경을 기초로 상기 목표 면압이 얻어지도록 하는 상기 중공 케이스의 사이징량이 산출될 수 있고, 상기 사이징 단계에서 상기 산출된 사이징량으로 상기 중공 케이스의 사이징이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 장치는 중공 케이스, 상기 중공 케이스의 내부에 삽입되는 촉매, 그리고 상기 중공 케이스의 내면과 상기 촉매 사이에 개재되는 매트를 포함하는 촉매 변환 장치를 제조하기 위한 것이며, 상기 촉매와 상기 매트가 조합되어 이루어지는 촉매 모듈을 상기 중공 케이스 내로 삽입하기 위해 상기 촉매 모듈의 삽입을 가이드하는 압입 가이드 유닛, 상기 압입 가이드 유닛에 설치되어 상기 압입 가이드 유닛에 배치된 상기 촉매 모듈의 면압을 측정하는 면압 측정 센서, 상기 촉매 모듈이 상기 압입 가이드 유닛을 통과하여 상기 중공 케이스 내로 삽입되도록 상기 촉매 모듈을 가압하는 가압 로드, 그리고 상기 측정된 면압을 이용하여 상기 매트의 면압이 목표 면압이 되도록 상기 촉매 모듈이 상기 중공 케이스에 삽입된 상태에서 상기 중공 케이스의 사이즈를 감소시키는 사이징 유닛을 포함한다.
상기 측정된 면압과 상기 압입 가이드 유닛의 상기 면압 측정 센서가 설치된 부분의 내경을 기초로 상기 목표 면압이 얻어지도록 하는 상기 중공 케이스의 사이징량이 산출될 수 있고, 상기 사이징 유닛은 상기 산출된 사이징량으로 상기 중공 케이스의 사이징을 수행할 수 있다.
상기 압입 가이드 유닛은 상기 촉매 모듈을 둘러싸는 랩핑 지그, 그리고 상기 랩핑 지그에 인접하게 배치되어 상기 촉매 모듈의 이동을 안내하는 압입 가이드를 포함할 수 있고, 상기 압입 가이드는 상기 촉매 모듈의 유입을 안내하는 콘형 유입 통로, 그리고 상기 촉매 모듈이 배출되어 상기 중공 케이스로 삽입되는 것을 안내하는 실린더형 압입 통로를 포함할 수 있다.
상기 면압 측정 센서는 상기 랩핑 지그에 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 촉매와 매트의 조합으로 이루어지는 촉매 모듈을 중공 케이스에 압입하는 과정에서 압입 가이드 유닛에 설치된 면압 측정 센서를 활용하여 매트에 가해지는 면압을 측정하고 이를 이용하여 목표 면압이 달성되도록 하는 사이징량을 산출하기 때문에, 촉매의 외경 및 매트의 질량을 별도로 측정할 필요가 없어 제조 비용이 저감될 수 있으며 보다 정확한 면압 설정이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치 제조 방법에 의해 제조된 촉매 변환 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 스터핑 단계를 수행하기 위한 장비를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법의 스터핑(stuffing) 단계의 랩핑 지그에 의한 촉매 모듈을 랩핑하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법의 스터핑(stuffing) 단계의 가압 로드에 의해 촉매 모듈이 압입 가이드 유닛을 통해 중공 케이스 내로 삽입되는 과정을 차례로 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법의 사이징(sizing) 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 촉매 변환 장치(10)는 중공 케이스(11), 중공 케이스(11) 내에 삽입되어 수용되는 촉매(12), 그리고 중공 케이스(11)의 내면과 촉매(12) 사이에 개재되는 매트(mat)(13)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 중공 케이스(11)의 일측 단에는 콘(cone) 부(14)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 콘 부(14)는 별도로 제조되어 중공 케이스(11)의 일측 단에 용접(W)에 의해 결합될 수 있다. 한편, 별도의 콘 부가 용접에 의해 결합되는 대신 중공 케이스(11)의 일측 단이 길게 연장되고 이 부분에 별도의 가공 공정(예를 들어, 스피닝 공정)을 통해 콘 부가 성형될 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 장치 및 방법에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법의 스터핑(stuffing) 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법의 사이징(sizing) 단계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 장치는 스터핑 단계의 수행을 위해 압입 가이드 유닛(100)과 가압 로드(102)를 포함한다.
촉매(12)와 매트(13)는 서로 조합되어 결합체(이하에서 '촉매 모듈'이라고 한다)(20)를 구성하며, 촉매 모듈(20)은 압입 가이드 유닛(100)과 가압 로드(102)에 의해 중공 케이스(11) 내로 삽입된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 매트(13)가 촉매(12)의 외면을 둘러싸도록 매트(13)에 체결되어 촉매 모듈(20)을 형성한다.
압입 가이드 유닛(100)은 압입 가이드(101)와 랩핑 지그(wrapping jig)(103)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압입 가이드(101)와 랩핑 지그(103)는 인접하게 배치되는 하나의 장비로 구현될 수 있다.
압입 가이드(101)는 촉매 모듈(20)이 중공 케이스(11)로 삽입되도록 가이드하는 역할을 하며, 랩핑 지그(103)는 압입 가이드(101)의 전단에 배치되며 촉매 모듈(20)을 싸서 압입 가이드(101)로 삽입될 수 있는 지점에 배치되도록 한다.
가압 로드(102)는 랩핑 지그(103)에 배치된 촉매 모듈(20)을 밀어 압입 가이드(101)을 통과하여 중공 케이스(11) 내로 삽입되도록 하는 힘을 제공한다.
압입 가이드(101)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 모듈(20)의 유입을 안내하는 콘형 유입 통로(111), 그리고 촉매 모듈(20)이 배출되어 중공 케이스(11)로 삽입되는 것을 안내하는 실린더형 압입 통로(113)를 포함할 수 있다. 콘형 유입 통로(111)는 촉매 모듈(20)의 이동 방향에 대해 경사지게 연장되는 콘형 곡면(112)에 의해 형성될 수 있고, 실린더형 압입 통로(113)는 촉매 모듈(20)의 이동 방향과 나란한 실린더형 곡면(114)에 의해 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더형 압입 통로(113)는 스터핑 단계의 수행을 위해 중공 케이스(11)에 인접하게 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 랩핑 지그(103)는 고정 지그(103a)와 한 쌍의 가동 지그(103b)로 이루어질 수 있다. 고정 지그(103a)는 고정된 상태로 배치되고 한 쌍의 가동 지그(103b)는 도 3의 화살표 방향으로 서로 가까워지는 방향으로 이동할 수 있도록 형성된다. 고정 지그(103a)과 가동 지그(103b)는 조립된 상태에서 원형의 단면 공간을 형성하도록 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 촉매 모듈(20)이 고정 지그(103a) 상에 올려진 상태에서 가동 지그(103b)가 화살표 방향으로 이동함으로써 고정 지그(103a)와 가동 지그(103b)에 의해 촉매 모듈(20)이 약간 압축되는 상태로 둘러싸일 수 있다.
가압 로드(102)는 촉매 모듈(20)을 밀어 압입 가이드 유닛(100)을 통과하여 중공 케이스(11) 내에 삽입되록 한다. 예를 들어, 가압 로드(102)는 유압 실린더 또는 공압 실린더를 포함하는 액츄에이팅 장치로 구성될 수 있다.
이때, 콘형 유입 통로(111)의 입구의 직경은 촉매 모듈(20)의 직경보다 크도록 형성되어 촉매 모듈(20)이 쉽게 유입될 수 있도록 할 수 있고, 콘형 유입 통로(111)의 출구의 직경 및 실린더형 압입 통로(113)의 직경은 촉매 모듈(20)의 직경 및 중공 케이스(11)의 최초 내경보다 약간 작도록 형성되어 촉매 모듈(20)이 약간 압축된 상태로 중공 케이스(11) 내로 쉽게 유입될 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 촉매 모듈(20)이 압입 가이드 유닛(100)을 통해서 중공 케이스(11)로 삽입되는 스터핑(stuffing) 공정에서 압입 가이드 유닛(100)에 설치된 하나 이상의 면압 측정 센서(120)를 통해 압입 가이드 유닛(100)에 의해 압축된 촉매 모듈(20)의 매트(13)에 가해지는 면압을 측정한다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에서는, 매트(13)에 가해지는 최종 면압을 설정하기 위해, 촉매(11)의 외경 및 매트(13)의 중량을 별도로 측정하는 것이 아니라, 촉매 모듈(20)을 중공 케이스(11) 내로 삽입하는 과정에서 압입 가이드 유닛(100)에 설치된 매트(13)에 가해지는 면압을 측정하는 것이다. 이에 의해, 본 발명의 실시예에서는 촉매(11)의 외경 및 매트(13)의 중량을 별도로 측정하기 위한 장비 및 인력이 필요하지 않아 제조 비용이 저감될 뿐만 아니라 보다 정확히 면압 설정이 가능하다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 면압 측정 센서(120)는 압입 가이드 유닛(100)의 랩핑 지그(102)에 설치될 수 있다. 구체적으로, 면압 측정 센서(120)는 랩핑 지그(103) 중 고정 지그(103a)의 내면에 설치될 수 있다. 면압 측정 센서(120)는 복수로 구비될 수 있으며 압축된 매트(13)에 가해지는 압력을 측정할 수 있는 적절한 위치에 배치될 수 있다. 면압 측정 센서(120)는 압력을 측정할 수 있는 일반적인 압력 센서일 수 있으며, 복수로 구비되어 실린더형 압입 통로(113)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 방법의 스터핑 공정에 대해 설명한다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 랩핑 지그(103) 중 고정 지그(103a) 상에 촉매 모듈(20)이 올려진 상태에서 가동 모듈(103b)이 화살표 방향으로 접근함으로써 촉매 모듈(20)이 랩핑 지그(103)에 의해 랩핑된다. 그리고 나서, 도 4에 도시된 바와 같이, 가압 로드(102)가 촉매 모듈(20)의 단부를 밀기 시작하면, 촉매 모듈(20)이 이동된다. 그 결과 도 5에 도시된 바와 같이, 촉매 모듈(20)은 압입 가이드(101)를 통과한 후, 최종적으로 도 6에 도시된 바와 같이 중공 케이스(11) 내로 삽입된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환 장치의 제조 장치는 상기한 스터핑 공정에 의해 상기 촉매 모듈이 중공 케이스에 삽입된 상태에서 중공 케이스(11)의 사이즈를 감소시키는 사이징 유닛(30)을 포함한다. 여기서 중공 케이스(11)의 사이징을 감소시킨다는 것은 실린더형 중공 케이스(11)의 외경을 감소시키는 것으로 이해할 수 있다. 사이징 공정을 통해 중공 케이스(11)의 외경을 감소시킴으로써 중공 케이스(11) 내에 삽입된 매트(13)에 가해지는 면압을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이징 유닛(30)은 동심을 이루도록 원주 방향으로 배열되는 복수의 가압 지그(31)를 포함 수 있으며, 가압 지그(31) 내에 중공 케이스(11)가 배치된 상태에서 가압 지그(31)를 반경 방향 내측으로 구동함으로써 중공 케이스(11)의 외경 및 내경을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 가압 지그(31)는 유압 또는 공압 방식으로 작동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 위에서 설명한 면압 측정 센서(120)에 의해 측정된 면압과 센싱 지점, 즉 압입 가이드 유닛(101)의 랩핑 지그(102)의 내경을 기초로 목표 면압이 얻어지도록 하는 중공 케이스(11)의 사이징량이 산출되며, 사이징 유닛(30)은 산출된 사이징량으로 중공 케이스(11)의 사이징이 이루어지도록 작동한다. 예를 들어, 측정된 면압은 압입 가이드 유닛(101)의 랩핑 지그(102)의 내경으로 압축된 경우의 면압을 나타내므로, 최종 제품의 매트에 가해지는 목표 면압이 측정된 면압보다 일정한 값만큼 큰 경우 해당 목표 면압으로 증가하도록 하는 더 작은 중공 케이스(11)의 내경이 만들어 지도록 사이징량을 감소시킬 수 있다. 이와 같은 사이징량은 측정된 면압, 압입 가이드 유닛(100)의 랩핑 지그(102)의 내경, 중공 케이스(11)의 최초 외경 및 내경 등의 값에 따라 실험적 산출되거나 이론적으로 계산된 값들을 가지는 테이블을 기초로 산출될 수 있다. 예를 들어, 이러한 값들로부터 사이징량을 산출하는 것은 별도로 구비된 마이크로 프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 산출될 수 있으며, 이러한 연산 장치는 면압 측정 센서(120)에 연결되어 측정된 면압을 수신할 수 있고 연산을 위한 값들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 또한 연산 장치는 산출된 사이징량에 따라 사이징 유닛(30)이 구동하도록 사이징 유닛(30)을 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 촉매 변환 장치
11: 중공 케이스
12: 촉매
13: 매트
14: 콘 부
20: 촉매 모듈
100: 압입 가이드 유닛
101: 압입 가이드
102: 가압 로드
103: 랩핑 지그
111: 콘형 유입 통로
113: 실린더형 압입 통로
30: 사이징 유닛
31: 가압 지그

Claims (6)

  1. 중공 케이스, 상기 중공 케이스의 내부에 삽입되는 촉매, 그리고 상기 중공 케이스의 내면과 상기 촉매 사이에 개재되는 매트를 포함하는 촉매 변환 장치를 제조하는 제조 방법으로서,
    상기 촉매와 상기 촉매를 둘러싸는 매트로 이루어지는 촉매 모듈을 압입 가이드 유닛을 통해 상기 중공 케이스 내로 삽입하면서 상기 압입 가이드 유닛에 설치된 하나 이상의 면압 측정 센서를 통해 상기 압입 가이드 유닛에서 상기 촉매 모듈의 상기 매트에 가해지는 면압을 측정하는 스터핑(stuffing) 단계, 그리고
    상기 촉매 모듈이 상기 중공 케이스에 삽입된 후 상기 측정된 면압을 이용하여 상기 매트의 면압이 목표 면압이 되도록 상기 중공 케이스의 사이즈를 감소시키는 사이징(sizing) 단계
    를 포함하는 촉매 변환 장치 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 측정된 면압과 상기 압입 가이드 유닛의 상기 면압 측정 센서가 설치된 부분의 내경을 기초로 상기 목표 면압이 얻어지도록 하는 상기 중공 케이스의 사이징량이 산출되고, 상기 사이징 단계에서 상기 산출된 사이징량으로 상기 중공 케이스의 사이징이 이루어지는 촉매 변환 장치 제조 방법.
  3. 중공 케이스, 상기 중공 케이스의 내부에 삽입되는 촉매, 그리고 상기 중공 케이스의 내면과 상기 촉매 사이에 개재되는 매트를 포함하는 촉매 변환 장치를 제조하기 위한 제조 장치로서,
    상기 촉매와 상기 매트가 조합되어 이루어지는 촉매 모듈을 상기 중공 케이스 내로 삽입하기 위해 상기 촉매 모듈의 삽입을 가이드하는 압입 가이드 유닛,
    상기 압입 가이드 유닛에 설치되어 상기 압입 가이드 유닛에 배치된 상기 촉매 모듈의 면압을 측정하는 면압 측정 센서,
    상기 촉매 모듈이 상기 압입 가이드 유닛을 통과하여 상기 중공 케이스 내로 삽입되도록 상기 촉매 모듈을 가압하는 가압 로드, 그리고
    상기 측정된 면압을 이용하여 상기 매트의 면압이 목표 면압이 되도록 상기 촉매 모듈이 상기 중공 케이스에 삽입된 상태에서 상기 중공 케이스의 사이즈를 감소시키는 사이징 유닛
    을 포함하고,
    상기 압입 가이드 유닛은 상기 촉매 모듈을 둘러싸는 랩핑 지그, 그리고 상기 랩핑 지그에 인접하게 배치되어 상기 촉매 모듈의 이동을 안내하는 압입 가이드를 포함하고,
    상기 압입 가이드는 상기 촉매 모듈의 유입을 안내하는 콘형 유입 통로, 그리고 상기 촉매 모듈이 배출되어 상기 중공 케이스로 삽입되는 것을 안내하는 실린더형 압입 통로를 포함하며,
    상기 면압 측정 센서는 상기 랩핑 지그에 설치되는
    촉매 변환 장치의 제조 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 측정된 면압과 상기 압입 가이드 유닛의 상기 면압 측정 센서가 설치된 부분의 내경을 기초로 상기 목표 면압이 얻어지도록 하는 상기 중공 케이스의 사이징량이 산출되고, 상기 사이징 유닛은 상기 산출된 사이징량으로 상기 중공 케이스의 사이징을 수행하는 촉매 변환 장치의 제조 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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