KR19980021984A - Early activation system of exhaust gas catalytic converter - Google Patents

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KR19980021984A KR1019960041042A KR19960041042A KR19980021984A KR 19980021984 A KR19980021984 A KR 19980021984A KR 1019960041042 A KR1019960041042 A KR 1019960041042A KR 19960041042 A KR19960041042 A KR 19960041042A KR 19980021984 A KR19980021984 A KR 19980021984A
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김진규
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김영귀
기아자동차 주식회사
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Abstract

자동차의 배기 가스 촉매 변환기에 전자적인 제어 시스템을 부가하여 필요한 경우 촉매를 조기 활성화시킴으로써 엔진 시동 초기에 유해한 배기 가스가 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있는 제어 시스템을 제공하기 위하여, 귀금속의 촉매가 표면에 부착되어 있는 담체로 이루어진 촉매 변환기와, 상기 촉매 변환기 내부의 선단에 장착되어 유입되는 배기 가스의 흐름을 제어하는 배기 가스 제어밸브와, 상기 배기 가스 제어 밸브의 개폐를 위한 동력을 제공하는 스텝 모더와, 촉매 반응에 필요한 온도 조건의 확보를 위한 촉매 활성화 소요 시간이 미리 입력되어 있는 제어부로 구성된다.In order to provide a control system that adds an electronic control system to the vehicle's exhaust gas catalytic converter and prematurely activates the catalyst, if necessary, to prevent harmful emissions from being released into the atmosphere at the beginning of engine start-up, the catalyst of the precious metal surface A catalytic converter comprising a carrier attached to the exhaust gas, an exhaust gas control valve mounted on the tip of the catalytic converter to control the flow of the exhaust gas, and a step moder for providing power to open and close the exhaust gas control valve. And a controller in which a time required for activating the catalyst for securing the temperature conditions necessary for the catalytic reaction is input in advance.

Description

배기 가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템Early activation system of exhaust catalytic converter

(기술 분야)(Technology field)

본 발명은 배기 가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템에 관한 것으로, 특히 자동차의 시동 초기시 촉매 반응에 필요한 활성화 온도를 신속히 확보할 수 있도록 한 배기 가스 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 an early catalyst activation system of an exhaust gas catalytic converter capable of quickly obtaining an activation temperature required for a catalytic reaction at the initial stage of starting a vehicle.

(종래 기술)(Prior art)

일반적으로 자동차의 배기 가스 촉매 변환기는, 차량의 배기 계통에 장착되어서 배출 가스 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 동의 미연소 성분은 산화촉매에 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 mounted on the exhaust system of a vehicle, and unburned components of carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) copper in the exhaust gas are carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H), which are harmless to the human body by an oxidation catalyst. 2 O), each of which is oxidized and nitrogen oxide (NO X ) is decomposed by oxygen (O 2 ) sensor to reduce to nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) and exhaust gas to purify to gas harmless to human body Reduction device.

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

배기 가스 촉매 변환기(20)는 배기 가스의 유해 성분을 정화 처리하기 위한 화학 반응을 일으키는 촉매로서 백금, 로듐 동의 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.Exhaust gas catalytic converter 20 is a catalyst that generates a chemical reaction to purify the harmful components of the exhaust gas, there are platinum, rhodium copper noble metals and non-metals such as copper, manganese, but generally carbon monoxide (CO), 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 배기 가스 정화에 필요한 화학 반응을 일으키려면 촉매 변환기(20) 내에 활성화 온도라고 하는 일정 온도 이상의 열이 필요하며 이 활성화 온도는 엔진에서 배출된 고온의 배기 가스가 촉매 변환기(20)의 내부로 유입됨으로써 얻어진다.In addition, in order to generate a chemical reaction required to purify the 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 배기 가스 촉매 변환 장치는 촉매 변환기 내의 온도가 배기 가스의 정화를 위해 화학 반응을 일으키는데 필요한 활성화 온도 이상이 되기까지의 시간이 오래 지연되기 때문에, 자동차의 시동 초기와 같이 배기 가스의 양이 적고 배기 가스의 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 before 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. If the amount is small and the temperature of the exhaust gas is not high enough, there is a problem that the exhaust gas introduced into the catalytic converter is discharged to the outside as it is without purification by chemical reaction.

따라서 본 발명은 촉매 변환기에 전자적인 제어 시스템을 부가하여 필요한 경우 촉매를 조기 활성화시킴으로써 자동차의 시동 초기에 유해한 배기 가스가 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있는 배기 가스 촉매 변환기의 촉매 조기 활성화 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a catalyst early activation system of an exhaust gas catalytic converter which can prevent the emission of harmful exhaust gas into the atmosphere at the beginning of the vehicle by adding an electronic control system to the catalytic converter and activating the catalyst early if necessary. Its purpose is to.

상술한 본 발명의 목적은 귀금속의 촉매가 표면에 부착되어 있는 담체로이루어진 촉매 변환기와, 상기 촉매 변환기 내부의 선단에 장착되어 유입되는 배기 가스의 흐름을 제어하는 배기 가스 제어 밸브와, 상기 배기 가스 제어 밸브의 개폐를 위한 동력을 제공하는 스텝 모터와, 촉매 반응에 필요한 온도 조건의 확보를 위한 촉매 활성화 소요 시간이 미리 입력되어 있는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 변환기의 촉매 조기 활성화 시스템에 의하여 구현될 수 있다.An object of the present invention described above is a catalytic converter comprising a carrier having a catalyst of a noble metal attached to a surface thereof, an exhaust gas control valve mounted at a tip of the inside of the catalytic converter to control the flow of the exhaust gas, and the exhaust gas. Preliminary catalyst activation system of the exhaust gas catalytic converter, characterized in that it comprises a step motor for providing power for opening and closing the control valve, and a control unit for inputting the catalyst activation time required to secure the temperature conditions required for the catalytic reaction in advance It can be implemented by.

도 1은 본 발명에 의한 배기 가스 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 배기 가스 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 : 배기 가스 제어 밸브21 carrier 30 exhaust gas control valve

40 : 스텝 모터 50 : 제어부40: step motor 50: control unit

상술한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 이하 자세히 설명하다.Preferred embodiments of the present invention described above will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 촉매 조기 활성화 시스템의 구성을 보이는 계통도로서, 엔진의 배기 매니홀드(10) 측으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하기 위한 촉매 변환기(20)와, 상기 촉매 변환기(20)의 내부 선단에 설치되는 배기 가스 제어 밸브(30), 스텝 모터(40), 그리고 시스템을 제어하는 제어부(50)로 구성된다.1 is a system diagram showing the configuration of a catalyst early activation system according to the present invention, which includes a catalytic converter 20 for purifying exhaust gas discharged from an exhaust manifold 10 side of an engine, and a catalytic converter 20 of the catalytic converter 20. It consists of the exhaust gas control valve 30 installed in the inner front end, the step motor 40, and the control part 50 which controls a system.

제어부(50)는 자동차 엔진 시동이 시작된 이후 해당 차량의 배기 특성에 대응하는 촉매 활성화 소요 시간이 미리 측정되어 메모리되어 있다. 따라서 운전자가 엔진을 시동함과 동시에 상기 제어부(50)는 미리 측정되어 저장되어 있는 시간 동안 본 발명에 의한 조기 활성화 제어를 수행한다.The controller 50 memorizes the time required for the activation of the catalyst corresponding to the exhaust characteristics of the vehicle after the start of the engine start of the vehicle is stored in advance. Therefore, at the same time the driver starts the engine, the controller 50 performs the early activation control according to the present invention for a time measured and stored in advance.

촉매 변환기(20)의 내부 선단에 장착되어진 배기 가스 제어 밸브(30)는 촉매 변환기(20)의 의부에 벽도로 자차되어 있는 스텝 모터(40)에 의해 전자적으로 개폐되도록 하고 있으며, 배기 가스 제어 밸브(30)가 개방되는 경우는 본 발명에 의한 촉매 조기 활성화를 위한 제어가 실시되는 경우로서, 배기 가스 제어 밸브(30)의 개방에 의해 상기 촉매 변환기(20)의 내부로 유입되는 배기 가스가 촉매변환기(20)의 일 측으로만 통과하도록 구성하였다.The exhaust gas control valve 30 mounted at the inner end of the catalytic converter 20 is opened and closed electronically by a step motor 40 which is self-driving on the wall of the catalytic converter 20. The case where 30 is opened is a case where 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 30 is a catalyst. It was configured to pass through only one side of the transducer 20.

배기 가스가 촉매 변환기(20)의 전체가 아닌 일부분만을 통과한다는 것은 담체(21)의 일부분에만 배기 가스가 집중된다는 것을 의미하며, 따라서 유효 담체 면적을 감축시켜서 촉매를 통과하는 배기 가스의 밀도를 높이는 효과가 있으므로 엔진 시동 초기의 적은 양의 배기 가스로도 촉매의 활성화 온도가 충분히 확보할 수 있다.The exhaust gas passing through only a part of the catalytic converter 20 but not 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. Because of the effect, the activation temperature of the catalyst can be sufficiently secured even with a small amount of exhaust gas at the beginning of engine start.

상기 배기 가스 제어 밸브(30)는 촉매 변환기(20)의 외부에 별도로 설치되는 스텝 모터(40)와 연결되어 스뎁 모터(40)의 구동 여부에 따라 그 개폐 동작이 이루어지며, 또한 상기 스텝 모터(40)는 제어부(50)의 전기 신흐에 의하여 그 구동 여부가 결정된다.The exhaust gas control valve 30 is connected to a step motor 40 separately installed outside the catalytic converter 20, and the opening and closing operation is performed according to whether the depth motor 40 is driven, and the step motor ( 40 is determined whether or not the driving of the electronic device by the control unit 50.

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

배기 매니홀드(10)와 촉매 변환기(20), 배기 가스 제어 밸브(30) 및 스텝 모터(40), 그리고 제어부(50)로 구성된 조기 활성화 시스템 및 촉매를 통과한 배기가스가 외기로 방출되는 통로가 되는 배기 파이프가 각각 블록으로 도시되어 있다.An early activation system consisting of an exhaust manifold 10, a catalytic converter 20, an exhaust gas control valve 30 and a step motor 40, and a control unit 50, and a passage through which exhaust gas passing through the catalyst is discharged to outside air Exhaust pipes are shown in blocks, respectively.

제어부(50)에는 해당 차량의 배기 특성에 대응하는 최적 촉매 활성화 온도 환경을 마련하는데 드는 시간이 미리 체크되어 메모리 되어 있으며, 따라서 제어부(50)는 엔진 시동 이후부터 메모리에 기억되어 있는 시간 동안 스텝 모터(40)를 가동한다.The control unit 50 checks and memorizes the time required to prepare the optimum catalyst activation temperature environment corresponding to the exhaust characteristics of the vehicle in advance. Therefore, the control unit 50 stores the step motor for the time stored in the memory after starting the engine. Start 40.

스텝 모터(40)가 가동되면 상기 스텝 모터(40)와 연결되어 촉매 변환기(20)내의 선단부, 즉 배기 가스의 도입부 측에 설치되어 있는 배기 가스 제어 밸브(30)가 작동된다.When the step motor 40 is operated, the exhaust gas control valve 30, which is connected to the step motor 40 and installed at the front end portion of the catalytic converter 20, that is, the introduction portion of the exhaust gas, is operated.

배기 가스 제어 밸브(30)는 상기 스텝 모터(40)에 의해 밸브가 개방되도록 구조되어 있으며 특히 스로틀 밸브의 형태로 제작하여 배기 가스 제어 밸브(30)의 온 상태에서 발생하는 밸브의 개방 각에 의하여 촉매 변환기(20)의 도입부 측으로 유입되는 배기 가스가 촉매 변환기(20)의 일부로만 집중될 수 있도록 하는 기능을 한다.The exhaust gas control valve 30 is structured so that the valve is opened by the step motor 40, and in particular, the exhaust gas control valve 30 is manufactured in the form of a throttle valve, and the exhaust gas control valve 30 is generated by an opening angle of the valve generated in the on state of the exhaust gas control valve 30. The exhaust gas flowing into the inlet side of the catalytic converter 20 can be concentrated only as part of the catalytic converter 20.

따라서 배기 가스가 촉매 변환기(20) 내부의 담체를 통과하는 면적이 좁아지게 되며, 담체에 부착되어 있는 촉매 물질과 배기 가스가 국소적으로 만나 집중적으로 화학 반응을 일으키게 되므로 소량의 배기 가스로도 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 to cause a intensive chemical reaction, thus catalyzing even a small amount of exhaust gas. It is a configuration that can quickly obtain the required activation temperature.

제어부(50)의 타이밍 기능으로 촉매의 조기 활성화 동작이 완료되면 제어부(50)는 스텝 모터(40)를 재 가동시켜서 현재 개방 상태인 배기 가스 제어 밸브(30)를 오프 시켜서 평소와 같이 배기 가스를 촉매 변환기(20)와 전 면적에 적용하는 방식으로 이용하도록 한다.When the early activation operation of the catalyst is completed by the timing function of the controller 50, the controller 50 restarts the step motor 40 to turn off the exhaust gas control valve 30 that is currently open to exhaust the exhaust gas as usual. It is used in a manner that applies to the catalytic converter 20 and the entire area.

본 발명에 따른 배기 가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템은 자동차의 시동 초기와 같이 배기 가스의 양이나 온도가 열 발생에 충분하지 않은 경우, 배기 가스 촉매 변환기 내의 온도를 화학 반응에 필요한 활성화 온도까지 신속하게 도달할 수 있도록 하므로 엔진 시동 초기에 유해한 배기 가스의 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 car. It is possible to reach the effect of preventing harmful components of exhaust gas from being released into the atmosphere without being purified at the start of the engine.

Claims (1)

배기 가스 촉매 변환기의 조기 활성화 시스템에 있어서 귀금속의 촉매가 표면에 부착되어 있는 담체로 이루어진 촉매 변환기와, 상기 촉매 변환기 내부의 선단에 장착되어 유입되는 배기 가스와 흐름을 제이하는 배기 가스 제어 밸브와, 상기 배기 가스 제어 밸브의 개폐를 위한 동력을 제공하는 스텝 모터와, 촉매 반응에 필요한 온도 조건의 확보를 위한 촉매 활성화 소요 시간이 미리 입력되어 있는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 촉매 변환기의 촉매 조기 활성화 시스템.In the early activation system of the exhaust gas catalytic converter, a catalytic converter comprising a carrier having a catalyst of a noble metal attached to a surface thereof, an exhaust gas control valve mounted on a tip of the inside of the catalytic converter to reduce inflow of exhaust gas and flow; The catalyst of the exhaust gas catalytic converter, characterized in that it comprises a step motor for providing power for opening and closing of the exhaust gas control valve, and a controller for inputting the catalyst activation time required for securing the temperature conditions necessary for the catalytic reaction in advance Early activation system.
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