KR19980021982A

KR19980021982A - Early activation system of exhaust catalytic converter

Info

Publication number: KR19980021982A
Application number: KR1019960041040A
Authority: KR
Inventors: 김진규
Original assignee: 김영귀; 기아자동차 주식회사
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-06-25

Abstract

자동차의 배기가스 촉매 변환기에 전자적인 제어 시스템을 부가하여 필요한경우 촉매를 조기 활성화시킴으로써 엔진 시동 초기에 유해한 배기가스가 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있는 제어 시스템을 제공하기 위하여 귀금속의 촉매가 표면에 부착되어 있는 담체로 이루어진 촉매 변환기와 상기 촉매 변환기의 내부에 설치되어 담체 주위의 온도를 감지하는 온도센서와 상기 촉매 변환기 내부의 선단에 장착되어 유입되는 배기가스의 흐름을 제어하는 배기가스 제어밸브와 상기 배기가스 제어밸브의 개폐를 위한 동력을 제공하는 스텝모터와 상기 온도센서로부터 감지 결과를 전달받아 스텝모터의 가동 여부를 제어하는 제어부로 구성된다.Precious metal catalysts are added to the surface of the vehicle to provide a control system that adds an electronic control system to the vehicle's exhaust gas catalytic converter, thereby activating the catalyst early, if necessary, to prevent harmful emissions from being released into the atmosphere at the start of the engine. A catalytic converter comprising an attached carrier, a temperature sensor installed inside the catalytic converter for sensing a temperature around the carrier, and an exhaust gas control valve mounted at the tip of the catalytic converter to control the flow of exhaust gas; It comprises a step motor for providing power for opening and closing the exhaust gas control valve and a control unit for receiving the detection result from the temperature sensor to control the operation of the step motor.

Description

Early activation system of exhaust catalytic converter

(기술 분야)(Technology field)

본 발명은 배기가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템에 관한 것으로, 특히 자동차의 시동 초기시 배기가스의 촉매 반응에 필요한 촉매의 조기 활성화를 촉진시킬 수 있는 배기가스 촉매 변환기의 촉매 조기 활성화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an early activation system of an exhaust gas catalytic converter, and more particularly, to a catalyst early activation system of an exhaust gas catalytic converter capable of promoting early activation of a catalyst required for catalytic reaction of exhaust gas at the start of a vehicle.

(종래 기술)(Prior art)

일반적으로 자동차의 배기가스 촉매 변환기는 차량의 배기 계통에 장착되어서 배출 가스 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등의 미연소 성분은 산화 촉매에 의해 인체에 무해한 이산화탄소(CO₂)와 수증기(H₂O)로 각각 산화 반응시키고, 또한 질소 산화물(NOx)은 산소(O₂) 센서에 의해 분해함으로써 질소(N₂)와 산소(O₂)로 환원시켜 인체에 무해한 가스로 정화하는 배출 가스 저감 장치이다.In general, the exhaust gas catalytic converter of a vehicle is installed in the exhaust system of a vehicle, and unburned components such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) among the exhaust gases are carbon dioxide (CO ₂ ) and water vapor (H), which are harmless to the human body by an oxidation catalyst. Reduction of exhaust gas for oxidizing each of ₂ O) and reducing nitrogen oxides (NOx) to nitrogen (N ₂ ) and oxygen (O ₂ ) by decomposing by oxygen (O ₂ ) sensor and purifying them into gas harmless to human body. Device.

도 3은 종래의 일반적인 배출 가스 촉매 변환 시스템을 도시한 계통도로서, 엔진의 배기 매니홀드(10)측으로부터 배출되는 배기가스가 촉매 변환기(20)를 통과하여 정화된 후 배기 파이프를 통하여 외기로 배출되도록 한 구성이 도시되어 있다.3 is a system diagram showing a conventional general exhaust gas catalytic conversion system in which exhaust gas discharged from the exhaust manifold 10 side of the engine is purified through the catalytic converter 20 and then discharged to the outside air through the exhaust pipe. The configuration is shown as possible.

배기가스 촉매 변환기(20)는 배기가스의 유해 성분을 정화 처리하기 위한 화학 반응을 일으키는 촉매로서 백금, 로듐 등의 귀금속계와 구리, 망간 등의 비금속이 있으나 일반적으로 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등과의 화학 반응에 가장 적합한 귀금속을 촉매의 유효 면적을 크게 하기 위한 담체(21)의 표면에 부착시켜서 사용하고 있다.The exhaust gas catalytic converter 20 is a catalyst for generating a chemical reaction for purifying harmful components of exhaust gas, and there are precious metals such as platinum and rhodium, and nonmetals such as copper and manganese, but generally carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC). The noble metals most suitable for chemical reactions with c) are attached to the surface of the carrier 21 for increasing the effective area of the catalyst.

또한 배기가스 정화에 필요한 화학 반응을 일으키려면 촉매 변환기(20)내에 활성화 온도라고 하는 일정 온도 이상의 열이 필요하며 이 활성화 온도는 엔진에서 배출된 고온의 배기가스가 촉매 변환기(20)의 내부로 유입됨으로써 얻어진다.In addition, in order to generate a chemical reaction necessary for purifying exhaust gas, heat in the catalytic converter 20 requires a certain temperature or more, which is called an activation temperature, in which the high temperature exhaust gas discharged from the engine flows into the catalytic converter 20. Obtained by.

상기 촉매 변환기(20)는 화학 반응을 촉진하면 열이 많이 발생하기 때문에 촉매의 수명을 단축시키는 결과를 초래할 수도 있으므로 단열재로 제작하여, 열에 의한 영향을 받아 촉매가 노화되는 것을 방지한다.Since the catalytic converter 20 generates a lot of heat when promoting a chemical reaction, the catalytic converter 20 may shorten the life of the catalyst. Thus, the catalytic converter 20 may be manufactured as a heat insulating material, thereby preventing the catalyst from aging under the influence of heat.

그러나 상기한 종래의 배기가스 촉매 변환 장치는 촉매 변환기 내의 온도가 배기가스의 정화를 위해 화학 반응을 일으키는데 필요한 활성화 온도 이상이 되기까지의 시간이 오래 지연되기 때문에 자동차의 시동 초기와 같이 배기가스의 양이 적고 배기가스의 온도가 충분히 고온이 아닌 경우 촉매 변환기로 유입된 배출 가스가 화학 반응에 의한 정화 없이 그대로 외기로 방출되는 문제점이 있다.However, the above-described conventional exhaust gas catalytic converter has a long delay until the temperature in the catalytic converter becomes higher than the activation temperature necessary for causing a chemical reaction for the purification of the exhaust gas. When the temperature of the exhaust gas is small and the temperature of the exhaust gas is not sufficiently high, there is a problem that the exhaust gas introduced into the catalytic converter is discharged to the outside without being purified by chemical reaction.

따라서 본 발명은 촉매 변환기에 전자적인 제어 시스템을 부가하여 필요한 경우 촉매를 조기 활성화시킴으로써 자동차의 시동 초기에 유해한 배기가스가 정화되지 않고 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있는 배기가스 촉매 변환기의 촉매 조기 활성화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention adds an electronic control system to the catalytic converter, thereby activating the catalyst early, if necessary, thereby prematurely activating the catalyst of the exhaust gas catalytic converter, which can prevent harmful exhaust gas from being released into the atmosphere at the beginning of the vehicle's start-up. The purpose is to provide a system.

상술한 본 발명의 목적은 귀금속의 촉매가 표면에 부착되어 있는 담체로 이루어진 촉매 변환기와 상기 촉매 변환기의 내부에 설치되어 담체 주위의 온도를 감지하는 온도센서와 상기 촉매 변환기 내부의 선단에 장착되어 유입되는 배기가스의 흐름을 제어하는 배기가스 제어밸브와 상기 배기가스 제어밸브의 개폐를 위한 동력을 제공하는 스텝모터와 상기 온도센서로부터 감지결과를 전달받아 스텝모터의 가동 여부를 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 촉매 변환기의 촉매 소기 활성화 시스템에 의하여 구현될 수 있다.An object of the present invention described above is a catalytic converter consisting of a carrier having a catalyst of a noble metal attached to the surface and a temperature sensor installed inside the catalytic converter to detect a temperature around the carrier and mounted at the tip of the catalytic converter. Comprising an exhaust gas control valve for controlling the flow of the exhaust gas, a step motor for providing power for opening and closing the exhaust gas control valve and a control unit for receiving the detection result from the temperature sensor to control the operation of the step motor It can be implemented by the catalytic scavenge activation system of the exhaust gas catalytic converter, characterized in that.

도 1은 본 발명에 의한 배기가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템의 구성도1 is a block diagram of an early activation system of an exhaust gas catalytic converter according to the present invention

도 2는 본 발명의 시스템 블록도2 is a system block diagram of the present invention.

도 3은 종래의 일반적인 배기가스 촉매 변환 장치의 간략한 구성도3 is a simplified configuration diagram of a conventional general exhaust gas catalytic converter

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 배기 매니 홀드 20 : 촉매 변환기10: exhaust manifold 20: catalytic converter

21 : 담체 30 : 온도센서21 carrier 30 temperature sensor

40 : 배기가스 제어밸브 45 : 스텝모터40: exhaust gas control valve 45: step motor

50 : 제어부50: control unit

상술한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 이하 자세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 촉매 조기 활성화 시스템의 구성을 보이는 계통도로서, 엔진의 배기 매니홀드(10)측으로부터 배출되는 배기가스를 정화하기위한 촉매 변환기(20)와 상기 촉매 변환기(20)에 장착되는 온도센서(30) 및 배기가스 제어밸브(40), 스텝모터(45) 그리고 시스템을 제어하는 제어부(50)로 구성된다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a catalyst early activation system according to the present invention, which is mounted on a catalytic converter 20 and a catalytic converter 20 for purifying exhaust gas emitted from an exhaust manifold 10 side of an engine. Is composed of a temperature sensor 30 and the exhaust gas control valve 40, step motor 45 and the control unit 50 for controlling the system.

상기 온도센서(30)는 서모미터 등의 반도체 소자를 주로 한 구성으로서 주변의 온도에 따라 민감하게 반응하는 반도체 소자의 전기적 특성을 전기 신호로써 제어부(50)로 전달하는 온도 감지 기능을 한다.The temperature sensor 30 mainly functions as a semiconductor device such as a thermometer, and has a temperature sensing function of transmitting electrical characteristics of the semiconductor device that reacts sensitively according to the ambient temperature to the controller 50 as an electric signal.

특히 촉매 변환기(20)의 내부 선단에 장착되어진 배기가스 제어밸브(40)는 촉매 변환기(20)의 외부에 별도로 장착되어 있는 스텝모터(45)에 의해 전자적으로 개폐되도록 하고 있으며, 배기가스 제어밸브(40)가 개방되는 경우는 본 발명에 의한 촉매 조기 활성화를 위한 제어가 실시되는 경우로서, 배기가스 제어밸브(40)의 개방에 의해 상기 촉매 변환기(20)의 내부로 유입되는 배기가스가 촉매 변환기(20)의 일측으로만 통과하게 되도록 한 구성이다.In particular, the exhaust gas control valve 40 mounted at the inner end of the catalytic converter 20 is opened and closed electronically by a step motor 45 mounted separately to the outside of the catalytic converter 20. When 40 is opened, control for early activation of the catalyst according to the present invention is performed, and the exhaust gas introduced into the catalytic converter 20 by the opening of the exhaust gas control valve 40 is a catalyst. The configuration is such that only one side of the transducer 20 passes.

배기가스가 촉매 변환기(20)의 전체가 아닌 일부분만을 통과한다는 것은 담체(21)의 일부분에만 배기가스가 집중된다는 것을 의미하며 따라서 유효 담체면적을 감축시켜서 촉매를 통과하는 배기가스의 밀도를 높이는 효과가 있으므로 촉매의 활성화 온도를 확보하기까지 소요되는 시간을 단축할 수 있다.The exhaust gas passing through only a part of the catalyst converter 20 instead of the whole means that the exhaust gas is concentrated only on a part of the carrier 21, thus reducing the effective carrier area to increase the density of the exhaust gas passing through the catalyst. Since the time required to secure the activation temperature of the catalyst can be shortened.

상기 배기가스 제어밸브(40)는 촉매 변환기(20)의 외부에 별도로 설치되는 스텝모터(45)와 연결되어 스텝모터(45)의 구동 여부에 따라 그 개폐 동작이 이루어지며, 또한 상기 스텝모터(45)는 촉매 변환기(20) 내부의 담체(21) 주위온도를 감지한 온도센서(30)로부터의 감지 결과를 전달받은 제어부(50)의 전기신호에 의하여 그 구동 여부가 결정된다.The exhaust gas control valve 40 is connected to a step motor 45 that is separately installed outside the catalytic converter 20 is opened and closed according to whether the step motor 45 is driven, and the step motor ( 45 is determined by the electric signal of the control unit 50 received the detection result from the temperature sensor 30 that senses the ambient temperature of the carrier 21 in the catalytic converter 20 is determined.

도 2는 앞서 설명한 도 1의 구성으로 된 촉매 조기 활성화 시스템 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram of a catalyst early activation system of the configuration of FIG. 1 described above.

배기 매니홀드(10)와 촉매 변환기(20), 온도센서(30)와 배기가스 제어밸브(40) 및 스텝모터(45) 그리고 제어부(50)로 구성된 조기 활성화 시스템 및 촉매를 통과한 배기가스가 외기로 방출되는 통로가 되는 배기 파이프가 각각 블록으로 도시되어 있다.An exhaust gas passed through the catalyst and an early activation system composed of the exhaust manifold 10, the catalytic converter 20, the temperature sensor 30, the exhaust gas control valve 40, the step motor 45, and the controller 50 Exhaust pipes, which are passages to the outside air, are shown in blocks.

자동차의 엔진이 가동되고 있는 한 상기 온도센서(30)는 수시로 촉매 변환기(20) 내부의 온도를 감지하고 그 결과 값을 제어부(50)로 전달한다.As long as the engine of the vehicle is running, the temperature sensor 30 often detects the temperature inside the catalytic converter 20 and transmits the result to the controller 50.

제어부(50)에는 해당 차량의 배기 특성에 대응하는 최적 촉매 활성화 온도가 미리 체크되어 메모리 되어 있으며, 따라서 제어부(50)는 온도센서로부터 읽어 들인 현재의 촉매 변환기(20) 내부 온도를 미리 메모리에 저장되어 있는 최적 활성화 온도와 항상 비교한 후 촉매 조기 활성화 제어를 실시 여부를 결정하게된다.The controller 50 checks and memorizes the optimum catalyst activation temperature corresponding to the exhaust characteristics of the vehicle in advance. Accordingly, the controller 50 stores the current internal temperature of the catalytic converter 20 read from the temperature sensor in advance in the memory. It is always compared to the optimal activation temperature that is set and then determined whether to perform early catalyst activation control.

즉, 촉매 변환기(20)의 현재 온도가 제어부(50)내에 메모리되어있는 최적 활성화 온도와 같거나 혹은 그 이상인 경우는 유독한 배기가스의 정화에 필요한 화학 반응을 일으키기에 충분한 열이 촉매 변환기(20) 내에 확보되어 있는 온도 조건임을 의미하므로 현재의 배기가스 제어밸브(40) 상태, 즉 배기가스 제어밸브(40)의 오프 상태를 유지하도록 한다.That is, when the current temperature of the catalytic converter 20 is equal to or higher than the optimum activation temperature stored in the controller 50, sufficient heat is sufficient to cause a chemical reaction necessary for the purification of the toxic exhaust gas. Since it is a temperature condition that is secured in) to maintain the current state of the exhaust gas control valve 40, that is, the off state of the exhaust gas control valve 40.

한편, 제어부(50)가 온도센서(30)로부터 전달받은 현재의 측정 온도가 상기 제어부(50)내의 메모리에 미리 설정되어 있는 온도보다 낮은 경우가 있다.On the other hand, the current measurement temperature received from the temperature sensor 30 by the controller 50 may be lower than the temperature preset in the memory in the controller 50.

엔진 구동 중에도 불구하고 촉매 변환기의 온도가 활성화 온도에 도달하지못하는 경우는 특히 배기가스의 양이 적고 온도가 그리 높지 않은 자동차의 시동 초기에 발생하며, 온도센서(30)에 의한 감지 결과의 입력으로 촉매 변환기(20) 내부의 저온 조건을 판단한 제어부(50)는 스텝모터(45)를 가동시킨다.When the temperature of the catalytic converter does not reach the activation temperature even while the engine is being driven, it occurs in the early stage of the start-up of a vehicle in which the amount of exhaust gas is low and the temperature is not so high, and as an input of the detection result by the temperature sensor 30. The controller 50 determining the low temperature condition inside the catalytic converter 20 operates the step motor 45.

스텝모터(45)가 가동되면 상기 스텝모터(45)와 연결되어 촉매 변환기(20)내의 선단부, 즉 배기가스의 도입부 측에 설치되어 있는 배기가스 제어밸브(40)가 작동된다.When the step motor 45 is operated, the exhaust gas control valve 40, which is connected to the step motor 45 and installed at the front end of the catalytic converter 20, that is, the inlet of the exhaust gas, is operated.

배기가스 제어밸브(40)는 상기 스텝모터(45)에 의해 밸브가 개방되도록 구조되어 있으며 특히 스로틀 밸브의 형태로 제작하여 배기가스 제어밸브(40)의 온 상태에서 발생하는 밸브의 개방 각에 의하여 촉매 변환기(20)의 도입부 측으로 유입되는 배기가스가 촉매 변환기(20)의 일부로만 집중될 수 있도록 하는기능을 한다.The exhaust gas control valve 40 is structured so that the valve is opened by the step motor 45. In particular, the exhaust gas control valve 40 is manufactured in the form of a throttle valve, and the exhaust gas control valve 40 is formed by the opening angle of the valve generated in the on state of the exhaust gas control valve 40. The exhaust gas flowing into the introduction portion of the catalytic converter 20 can be concentrated only as part of the catalytic converter 20.

따라서 배기가스가 촉매 변환기(20) 내부의 담체를 통과하는 면적이 좁아지게 되며, 담체에 부착되어 있는 촉매 물질과 배기가스가 국소적으로 만나 집중적으로 화학 반응을 일으키게 되므로 촉매 반응에 필요한 활성화 온도가 신속히 확보될 수 있는 구성이다.Therefore, the area through which the exhaust gas passes through the carrier in the catalytic converter 20 is narrowed, and the catalyst material attached to the carrier and the exhaust gas locally meet each other to cause intensive chemical reactions. It is a configuration that can be secured quickly.

제어부(50)의 시스템 제어 동작에 의하여 배기가스 제어밸브(40)가 개방되어 있는 동안에도 온도센서(30)의 촉매 변환기 내부 온도 감지 동작은 지속적으로 이루어지며, 상기 온도센서(30)로부터의 결과 값 입력에 따른 제어부(50)의 스텝모터(45) 및 배기가스 제어밸브(40)의 동작 제어에 의한 촉매 조기 활성화 제어는 촉매 변환기(20) 내부의 온도가 제어부(50)에 미리 메모리 되어 있는활성화 온도와 같거나 그 이상이 될 때까지 계속된다.While the exhaust gas control valve 40 is opened by the system control operation of the control unit 50, the temperature sensor 30 internal temperature sensing operation of the temperature sensor 30 is continuously performed, resulting from the temperature sensor 30. Catalyst early activation control by the operation control of the step motor 45 and the exhaust gas control valve 40 of the control unit 50 according to the value input is the temperature inside the catalytic converter 20 is previously stored in the control unit 50 It continues until it is equal to or above the activation temperature.

온도센서(30)로부터의 감지 결과 값이 미리 저장되어 있는 활성화 온도와 같거나 혹은 그 이상인 경우, 제어부(50)는 스텝모터(45)를 재가동시키고 현재 개방상태인 배기가스 제어밸브(40)를 오프시켜서 평소와 같이 배기가스를촉매변환기(20)의 전면적에 적용하는 방식으로 이용하도록 한다.If the detection result value from the temperature sensor 30 is equal to or higher than the pre-stored activation temperature, the controller 50 restarts the step motor 45 and opens the exhaust gas control valve 40 which is currently open. By turning off, the exhaust gas is used in a manner that is applied to the entire area of the catalytic converter 20 as usual.

본 발명에 따른 배기가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템은 자동차의 시동 초기와 같이 배기가스의 양이나 온도가 열 발생에 충분하지 않은 경우, 배기가스 촉매 변환기 내의 온도를 화학 반응에 필요한 활성화 온도까지 신속하게 도달할 수 있도록 하므로 엔진 시동 초기에 유해한 배기가스의 성분이 정화되지 않고 대기에 그대로 방출되는 것을 방지하는 효과가 있다.The early activation system of the exhaust gas catalytic converter according to the present invention rapidly converts the temperature in the exhaust gas catalytic converter to the activation temperature required for the chemical reaction when the amount or temperature of the exhaust gas is not sufficient for heat generation, such as at the start of a vehicle. It is possible to reach the effect of preventing harmful components of the exhaust gas from being released into the atmosphere without being purified at the start of the engine.

Claims

In the early activation system of the exhaust gas catalytic converter, a catalytic converter composed of a carrier having a catalyst of a noble metal attached to the surface, a temperature sensor installed inside the catalytic converter to sense a temperature around the carrier, and a tip inside the catalytic converter An exhaust gas control valve for controlling the flow of the exhaust gas, which is mounted on the control panel, a stepper motor providing power for opening and closing the exhaust gas control valve, and receiving a detection result from the temperature sensor to control whether the step motor is operated. Catalyst early activation system of the exhaust gas catalytic converter, characterized in that consisting of a control unit.