KR102286737B1 - 차량의 촉매 컨버터 단열 구조 - Google Patents

차량의 촉매 컨버터 단열 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 컨버터 단열 구조는, 질소산화물 흡장촉매(LNT) 컨버터와, 연결 하우징과, 필터에 SCR 촉매가 코팅된 복합촉매(SDPF) 컨버터와, 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터와 접촉하는 내피와, 상기 내피의 반대면인 외피로 구성되며, 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터를 둘러싸며 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터에서 발생되는 열을 단열하는 단열 커버, 및 상기 단열 커버의 외피와 내피 사이에 삽입 부착된 단열재를 포함하고, 상기 내피는 접착제 성분을 포함하며, 상기 내피의 일부는 상기 외피를 통해 노출되도록 구비된다.

Description

차량의 촉매 컨버터 단열 구조{INSULATION STRUCTURE OF CATALYSTIC CONVERTER OF VEHCLE}
본 발명은 차량의 촉매 컨버터 단열 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매 컨버터의 열손실을 최소화할 수 있는 단열재 및 단열 커버를 포함하는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조에 관한 것이다.
2017년 7월 이후 발효되는 강화배기규제 중 승용디젤 자동차의 실도로 질소산화물 배출을 규제하기 위하여 실도로 주행 배출가스 규제 RDE(Real world Driving Emission)와 WLTP(World-harmonized Light duty Test Procedure)가 시행된다.
특히, 승용디젤 자동차의 실도로 운행중 질소산화물 배출 억제를 위한 RDE 강화배기규제 대응을 위하여는 기존의 질소산화물 탈착 후처리 장치인 LNT(Lean NOx Trap)와 SCR(Selective Catalytic Reduction) 로는 어려움이 많다.
LNT는 고온 고부하 운전시 질소산화물 정화 효율이 급격히 저하되고, SCR은 저온 저부하시 우레아(Urea) 분사가 어려운 조건이 발생하여 질소산화물 정화 효율이 급격히 저하된다. 따라서, 실도로 운전시 LNT와 SCR 후처리 장치는 각각의 단점으로 인해 질소산화물 배출이 급격히 증가한다.
특히, SCR 시스템은 저온에서의 우레아 분사가 불가능하며(170도 이하 조건에서 우레아 수용액의 가수분해에 의한 암모니아(NH3) 발생 반응이 어려움), 저온 조건에서 분사시 우레아 결정화 반응에 의해 배기관 내 막힘 현상 등이 발생하고 질소산화물 흡장 효율 저하 등, 저온에서의 질소산화물 정화 효율 저하의 문제가 발생된다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, SCR 시스템까지 연결된 배기계에서의 열손실을 최소화할 필요가 있다.
차량의 촉매 컨버터의 단열을 위해 기존의 기술에서는 실리카 섬유 재질의 내피와 글라스 섬유 재질의 외피를 포함하는 단열 커버를 촉매 컨버터 전체를 둘러싸는 형태로 제작하고 단열 커버의 외피를 고정시키기 위해 금속 밸크로 또는 금속 클램프를 사용하였다.
그러나, 기존의 단열 커버의 재질은 내구성에 문제가 있고, 단열 커버의 틈새로 열이 발산되어 금속 밸크로가 연소되어 버리거나, 금속 클램프가 접촉되어 있는 부위에 집중적인 마찰이 일어나 단열 커버 외피를 손상시키는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 단열 커버의 내피 소재를 세라믹 방직 재질과 무기물 코팅의 복합 재질로 형성하고, 내피에 접착제를 도포하며, 내피의 일부가 단열 커버 외피를 통해 노출되도록 하여 내피끼리 접착제에 의해 접착되도록 함으로써, 단열 커버의 내마모성을 개선하고 배기 열손실을 최소화하는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 컨버터 단열 구조는, 엔진에서 배출되는 배기가스가 유입되어 반대쪽으로 배출되도록 형성되고, 공연비가 연한 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 배기가스가 농후한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 질소산화물 흡장촉매(LNT) 컨버터와, 상기 LNT 컨버터에서 배출된 배기가스의 경로를 수직하게 전환시키고, 우레아(Urea) 인젝터로부터 배기가스에 우레아 환원제가 분사 가능하도록 구비되는 연결 하우징과, 상기 연결 하우징에서 유입되는 배기가스의 경로를 상기 LNT 컨버터에서 배기가스가 배출되는 반대 방향으로 전환시키고, 분사된 우레아 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는, 필터에 SCR 촉매가 코팅된 복합촉매(SDPF) 컨버터와, 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터와 접촉하는 내피와, 상기 내피의 반대면인 외피로 구성되며, 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터를 둘러싸며 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터에서 발생되는 열을 단열하는 단열 커버, 및 상기 단열 커버의 외피와 내피 사이에 삽입 부착된 단열재를 포함하고, 상기 내피는 접착제 성분을 포함하며, 상기 내피의 일부는 상기 외피를 통해 노출되도록 구비된다.
상기 단열 커버의 내피는 1100도 내지 1300도 수준의 내열성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
상기 단열 커버의 내피는 세라믹 방직 재질, 세라믹 방직 재질과 무기물 코팅의 복합 재질, 또는 실리카 매트 재질로 형성될 수 있다.
상기 단열 커버의 외피는 600도 내지 700도 수준의 내열성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
상기 단열 커버의 외피는 글라스 섬유에 실리콘 코팅 또는 알루미늄 박판 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 단열 커버는, 상기 외피를 통해 노출되는 일부의 내피가 서로 부착되어 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터를 감싸 안는 형태로 고정될 수 있다.
상기 단열재는 흄드 실리카(fumed silica)를 포함할 수 있다.
상기 단열재는 포장재에 의해 포장되도록 구비될 수 있다.
상기 포장재는 글라스 섬유 HT(glass-fiber HT)를 포함할 수 있다.
상기 LNT 컨버터는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 디젤산화촉매(DOC)로 대체될 수 있다.
상기 SDPF 컨버터는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤 미립자 포집 필터(DPF)로 대체될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기 열손실 최소화를 통해 배출 가스 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 촉매 열화 방지를 통해 내구성을 개선할 수 있어 원가 절감에 효과적이다.
또한, SDPF 재생시 배기 승온이 빨라지고 재생 효율이 상승한다.
또한, SDPF 재생을 위한 승온 시간이 빨라짐에 따라 재생 연비가 개선된다.
또한, 촉매 컨버터의 대부분을 단열 커버로 커버함으로써 소음 개선 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 커버의 외피를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 커버의 내피를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열재 및 단열 커버의 결합 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서, 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터를 도시한 사시도이다. 이 때, 차량의 촉매 컨버터는 본 발명의 일 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터는, LNT 컨버터(100)와, 연결 하우징(200), 및 SDPF 컨버터(300)를 포함한다.
LNT 컨버터(100)에 유입되어 배출되는 배기가스는 도면을 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 흐른다.
연결 하우징(200)은 LNT 컨버터(100)에서 배출된 배기가스가 수직 아래쪽으로 흐르도록 배기가스의 경로를 전환시킨다. 즉, 연결 하우징(200) 내부에서 배기가스는 위에서 아래 방향으로 흐른다. 이때, 배기가스에 분사 모듈을 통해 환원제를 분사한다.
그리고, 연결 하우징(200)에서 SDPF 컨버터(300)으로 유입된 배기가스는 LNT 컨버터(100)의 내부를 우측에서 좌측방향으로 흐른다. 즉, LNT 컨버터(100) 내부에서의 배기가스 흐름과 SDPF 컨버터(300) 내부에서의 배기가스의 흐름은 반대 방향이 된다.
이와 같이, LNT 컨버터(100) 내부에서의 배기가스 흐름과 SDPF 컨버터(300) 내부에서의 배기가스 흐름이 반대 방향이 되도록 함으로써, LNT 컨버터(100)와 SDPF 컨버터(300)를 직접 연결하는 효과를 가지게 되고, 이로 인해 배기가스의 열 손실이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
LNT 컨버터(100)는 엔진에서 배출되는 배기가스가 유입되어 반대쪽으로 배출되도록 형성되고, 공연비가 연한 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 배기가스가 농후한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시킨다.
그리고, 연결 하우징(200)은 LNT 컨버터(100)에서 배출된 배기가스의 경로를 수직하게 전환시키고 배기가스에 우레아(Urea) 환원제의 투입이 필요할 때 분사 가능하도록 구비되며, SDPF 컨버터(300)는 연결 하우징(200)에서 유입되는 배기가스의 경로를 LNT 컨버터(100)에서 배출되는 반대 방향으로 전환시키고, 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원한다.
LNT 컨버터(100) 출구 측에는 전단 질소산화물 센서가 설치되는 전단 질소산화물 센서 브라켓(315), 차압 센서가 설치되는 후단 압력 센서 브라켓(314)이 형성된다. 후단 질소산화물 센서를 통해 LNT 촉매를 통과한 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출한다. 후단 압력 센서 브라켓(314)과 전단 압력 센서 브라켓(214) 사이에는 차압 센서가 설치된다. 차압 센서를 통해 SDPF 촉매를 통과하기 전후의 배기가스의 압력 차이를 검출한다. 또한, SDPF 컨버터(300) 전단에는 온도 센서 브라켓(212)이 설치된다.
한편, LNT 컨버터(100)는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 디젤산화촉매(DOC)로 대체될 수 있으며, SDPF 컨버터(300)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤 미립자 포집 필터(DPF)로 대체될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터 단열 구조를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 커버의 외피를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 커버의 내피를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열재 및 단열 커버의 결합 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 촉매 컨버터 단열 구조는 단열 커버(20, 30)와 단열재(10)를 포함한다. 단열 커버(20, 30)는 LNT 컨버터(100), 연결 하우징(200), 및 SDPF 컨버터(300)와 접촉하는 내피(30)와, 내피(30)의 반대면인 외피(20)로 구성되며, LNT 컨버터(100), 연결 하우징(200), 및 SDPF 컨버터(300)를 둘러싸며 LNT 컨버터(100), 연결 하우징(200), 및 SDPF 컨버터(300)에서 발생되는 열을 단열한다.
단열 커버(20, 30)는 패브릭(fabric) 소재로 형성될 수 있다. 패브릭 소재는 고온 내열성을 가지며, 촉매 컨버터 표면에서 방출되는 전도에 의한 열을 1차 단열하는 효과가 있으며, 이로 인해 단열재(10)가 열을 차단하는 효과를 극대화시킨다. 패브릭 소재는 실리카(silica) 섬유 또는 글라스 섬유를 포함할 수 있다.
촉매 컨버터와 접촉하는 단열 커버(20, 30)의 내피(30)는 약 1100도 내지 약 1300도 수준의 내열성을 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 세라믹 방직 재질, 세라믹 방직 재질과 무기물 코팅의 복합 재질, 또는 실리카 매트 재질로 형성될 수 있다.
단열 커버(20, 30)의 바깥 쪽은 안 쪽 보다는 고온에 노출이 되지 않기 때문에, 단열 커버(20, 30)의 외피(20)는 중온, 즉 약 600도 내지 약 700도 수준의 내열성을 갖는 재질로 형성될 수 있고, 글라스 섬유에 실리콘 코팅 또는 알루미늄 박판 코팅하여 형성될 수 있다. 단열 커버(20, 30)의 외피(20)는 오일, 먼지 등에 의한 오염이 방지되어야 하고, 비, 세차 등의 물에 대하여 대응이 가능한 방수 기능이 있어야 한다. 또한, 촉매 컨버터 외부의 주변 부품에의 열전달을 막는 차열 효과가 있어야 함에 따라 전도에 의한 열전달율이 낮아야 한다.
단열 커버(20, 30)의 내피(30)는 접착제 성분을 포함할 수 있으며, 내피의 일부(32)는 외피(20)를 통해 노출되도록 구비될 수 있다.
단열 커버(20, 30)는 외피(20)를 통해 노출되는 내피의 일부(32)가 서로 부착되어 LNT 컨버터(100), 연결 하우징(200), 및 SDPF 컨버터(300)를 감싸 안는 형태로 고정될 수 있다.
고온 내열 패브릭 소재의 내피(30)와 중온 내열 패브릭 소재의 외피(20)는 내피에 포함된 접착제 성분에 의해 서로 접착될 수 있으며, 고온용 실로 재봉될 수도 있다. 내피(30)와 외피(20) 사이에 단열재(10)를 삽입 부착하여 단열 커버(20)는 촉매 컨버터를 감싸 안을 수 있는 형태로 만들어서 촉매 컨버터를 옷을 입히듯이 하여 단열을 실시할 수 있다.
단열재(10)는 흄드 실리카(fumed silica)를 포함할 수 있다. 단열재(10)는 포장재(15)에 의해 포장될 수 있으며, 포장재(15)는 글라스 섬유 HT를 포함할 수 있다. 단열재(10)는 내피(30)에 포함된 접착제 성분에 의하여 내피(30)에 고정될 수 있다. 또한, 단열재(10)는 고온 내열실로 박음질 처리하여 내피(30)에 고정될 수 있다. 단열재(10)는 흄드 실리카 재질 외에 기존의 실라카 부직포 또는 세라믹 블랑켓 타입의 단열재 사용도 가능하다. 특히, 실리카 또는 세라믹 섬유가 단섬유일 경우, 단열 커버(20, 30) 내부에 삽입하여 제작되면 단열재(10)와의 인체 접촉을 피할 수 있어서 단열재(10)의 효율을 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 촉매 컨버터 구조에 의하여, 배기 열손실 최소화를 통해 배출 가스 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 촉매 열화 방지를 통해 내구성을 개선할 수 있어 원가 절감에 효과적이다.
또한, SDPF 재생시 배기 승온이 빨라지고 재생 효율이 상승한다.
또한, SDPF 재생을 위한 승온 시간이 빨라짐에 따라 재생 연비가 개선된다.
또한, 촉매 컨버터의 대부분을 단열 커버로 커버함으로써 소음 개선 효과가 있다.
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.
100: LNT 컨버터 200: 연결 하우징
300: SDPF 컨버터 10: 단열재
15: 포장재 20: 단열 커버의 외피
30, 32: 단열 커버의 내피

Claims (11)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스가 유입되어 반대쪽으로 배출되도록 형성되고, 공연비가 연한 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 배기가스가 농후한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 질소산화물 흡장촉매(LNT) 컨버터;
    상기 LNT 컨버터에서 배출된 배기가스의 경로를 수직하게 전환시키고, 우레아(Urea) 인젝터로부터 배기가스에 우레아 환원제가 분사 가능하도록 구비되는 연결 하우징;
    상기 연결 하우징에서 유입되는 배기가스의 경로를 상기 LNT 컨버터에서 배기가스가 배출되는 반대 방향으로 전환시키고, 분사된 우레아 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는, 필터에 SCR 촉매가 코팅된 복합촉매(SDPF) 컨버터;
    상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터와 접촉하는 내피와, 상기 내피의 반대면인 외피로 구성되며, 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터를 둘러싸며 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터에서 발생되는 열을 단열하는 단열 커버; 및
    상기 단열 커버의 외피와 내피 사이에 삽입 부착된 단열재를 포함하고,
    상기 내피는 접착제 성분을 포함하며, 상기 내피의 일부는 상기 외피를 통해 노출되도록 구비되고,
    상기 단열 커버의 내피는 1100도 내지 1300도의 내열성을 갖는 세라믹 방직 재질, 세라믹 방직 재질과 무기물 코팅의 복합 재질, 또는 실리카 매트 재질로 형성되고,
    상기 단열 커버의 외피는 600도 내지 700도의 내열성을 갖는 글라스 섬유에 실리콘 코팅 또는 알루미늄 박판 코팅한 재질로 형성되고,
    상기 단열 커버는, 상기 외피를 통해 노출되는 일부의 내피가 서로 부착되어 상기 LNT 컨버터, 연결 하우징, 및 SDPF 컨버터를 감싸 안는 형태로 고정되는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에서,
    상기 단열재는 흄드 실리카(fumed silica)를 포함하는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조.
  8. 제 1 항에서,
    상기 단열재는 포장재에 의해 포장되도록 구비되는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조.
  9. 제 8 항에서,
    상기 포장재는 글라스 섬유 HT(glass-fiber HT)를 포함하는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조.
  10. 제 1 항에서,
    상기 LNT 컨버터는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 디젤산화촉매(DOC)로 대체될 수 있는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조.
  11. 제 1 항에서,
    상기 SDPF 컨버터는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤 미립자 포집 필터(DPF)로 대체될 수 있는 차량의 촉매 컨버터 단열 구조.
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KR101498182B1 (ko) * 2014-11-25 2015-03-04 세종공업 주식회사 배기가스 정화장치

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