KR19990034904A - 차량의 저소음 촉매 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 촉매 시스템(Catalysator System)에 관한 것으로, 특히 유해 배출 가스가 촉매 변환기를 고속 통과 시에 발생되는 소음을 별도의 레조네이터(Resonator)없이 감소시키도록 한 차량의 저소음 촉매 장치에 관한 것이다.

종래의 차량에 있어 유해 배출 가스가 촉매 변환기를 고속으로 통과하므로 심한 소음을 유발시키는 문제점이 있었다.

본 발명에 의해 차량의 속도 및 엔진 온도에 따라 ECU에서 밸브의 개폐를 제어하여 유해 배출 가스를 소음기와 천공관을 통과시키거나 제1 및 제2촉매기를 통과시키므로 별도의 레조네이터없이도 촉매 변환기를 고속 통과 시에 발생되는 소음을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 정화 작용도 할 수 있다.

Description

차량의 저소음 촉매 장치

본 발명은 차량의 촉매 시스템(Catalysator System)에 관한 것으로, 특히 유해 배출 가스가 촉매 변환기를 고속 통과 시에 발생되는 소음을 별도의 레조네이터(Resonator)없이 감소시키도록 한 차량의 저소음 촉매 장치에 관한 것이다.

일반적인 차량에서 배출되는 가스로는 배출원에 따라 배기관으로부터의 배기 가스, 엔진 크랭크 케이스로부터의 블로우 가스 및 연료 탱크나 기화기로부터의 증발 가스로 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 여기서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 해당 배기 가스는 연료가 실린더 내에서 연소한 후 배기 파이프로부터 대기 속으로 배출되는 가스로 복잡한 조성을 가지고 있고 유해성 가스와 무해성 가스가 혼합되어 배출된다.

이러한 배기 가스를 줄이기 위하여 연료 공급 방법, 연소 방법 등을 일부 개량하여 유해 가스의 외부 방출을 최대한 억제하고 방출된 배기 가스는 엔진 외부에 설치한 촉매 변환기와 같은 장치에 의해 무해 가스로 변환시켜 방출하게 한다.

해당 촉매 시스템은 크게 세 가지로 공기 과잉 상태에서 일산화탄소 및 탄화수소를 수증기 및 이산화탄소로 산화시키는 1상 산화 촉매기와, 질소산화물이 환원 반응하여 질소와 산소로 분리하는 환원 촉매기와 탄화수소 및 일산화탄소가 산화 반응하는 산화 촉매기로 무해한 물질로 변환시키는 2상 촉매기와, 한 개의 촉매기 내에 3종류의 유해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 동시에 산화 및 환원 작용으로 무해한 물질로 변환시키는 1상 3원 촉매기로 분류할 수 있다. 그런데, 현재 사용되고 있는 촉매 시스템은 1상 3원촉매기 시스템이다.

해당 1상 3원촉매기 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 배기 파이프 도중 또는 배기 매니 폴드에 설치되며, 금속제 하우징(Metal Housing) 내에 들어 있는 담체(Substrate; 11)와, 해당 담체 상부의 중간층(Wash-Coat; 12)과, 해당 중간층 상부에 도포(塗布)된 촉매 물질의 얇은 층(Coating Layer; 13)으로 이루어져 있다.

해당 담체는 촉매기의 골격에 따라 구슬형(Pellet Type), 세라믹 일체형(Ceramic Monolith), 금속 일체형(Metal Monolith) 등이 있으나 현재는 세라믹 일체형을 가장 많이 사용하며, 해당 담체에 뚫린 수천 개의 작은 통로에 다공성의 중간층(12)을 만들어 촉매기의 유효면적을 약 7,000배 정도로 확대하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 해당 중간층(12)의 표면에 실제 촉매층으로서 백금과 로디움 또는 팔라듐과 로디움을 얇게 입혀 촉매 물질로 사용한다.

해당 촉매 시스템은 작동 온도가 매우 중요한 역할을 하는데, 약 250(℃) 이상으로 가열되어야만 촉매 작용을 시작하며, 촉매 작용률을 높게 유지하면서도 수명을 연장시킬려면 약 400 ~ 800(℃) 범위가 가장 적당하다.

그런데, 차량의 연료가 실린더 내에서 연소한 후 배출원에 따라 배기관으로부터 유출되는 유해 배출 가스는 고속으로 해당 촉매 시스템을 통과하기 때문에 심한 소음(Noise)가 발생하나, 이에 대한 대책없이 단지 해당 유해 배출 가스를 정화하는 기능을 수행하였다. 그리고, 해당 발생하는 소음을 제거하기 위해서는 레조네이터(Resonator)를 별도로 해당 촉매 변환기의 바로 다음에 설치하여 제거하는 수 밖에 없었다.

이와 같이, 종래의 차량에 있어 유해 배출 가스가 촉매 변환기를 고속으로 통과하므로 심한 소음을 유발시키는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 차량의 연료가 실린더 내에서 연소한 후 배출원에 따라 배기관으로부터 유출되는 유해 배출 가스가 촉매 변환기를 고속 통과 시에 발생되는 소음을 별도의 레조네이터없이 해당 촉매 변환기 내에서 감소시키도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량의 저소음 촉매 장치는 차량의 엔진 온도와 속도를 인가받아 해당 엔진이 고온일 때에 정방향 회전 제어 전원을 생성시키고 해당 엔진이 냉간 시동 시일 때에 역방향 회전 제어 전원을 생성시키는 ECU와; 상기 ECU로부터 인가되는 회전 제어 전원에 따라 정방향 또는 역방향 회전하는 모터부와; 상기 모터부의 정방향 회전에 의해 밸브를 개방시켜 유해 배출 가스를 유입하고 상기 모터부의 역방향 회전에 의해 밸브를 닫히게 하는 밸브부와; 상기 밸브부를 통해 유입되는 유해 배출 가스의 소음을 제거하는 소음기부와; 다수개의 구멍을 구비해 상기 소음기부를 거쳐 유입되는 유해 배출 가스의 저주파수 또는 고주파수 잡음을 제거하는 천공관부와; 상기 소음기부의 둘레에 설치되어 유해 배출 가스를 무해 가스로 변환시키는 제1촉매기부와; 상기 제1촉매기부 및 천공관부를 통해 유입되는 유해 배출 가스를 무해 가스로 변환시켜 유출하는 제2촉매기부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 촉매 변환기의 구조 및 그 작동 원리를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 저소음 촉매 장치를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

21 : ECU 22 : 모터부

23 : 밸브부 24 : 소음기부

25 : 천공관부 26, 27 : 촉매기부

본 발명의 실시예에 따른 차량의 저소음 촉매 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, ECU(21)와, 모터부(22)와, 밸브부(23)와, 소음기부(24)와, 천공관부(25)와, 제1촉매기부(26)와, 제2촉매기부(27)를 포함하여 이루어진다.

상기 ECU(21)는 온도 센서에서 감지된 차량의 엔진 온도와 속도계로부터의 차량 속도를 인가받는데, 해당 인가받은 온도가 엔진이 고온인 경우에 촉매 작용 및 소음 저감시키기 위하여 정방향 회전 제어 전원을 상기 모터부(22)에 인가하며, 해당 인가받은 온도가 엔진이 냉간 시동 시인 경우일 때에 촉매 작용만 이루어지게 역방향 회전 제어 전원을 상기 모터부(22)에 인가한다.

상기 모터부(22)는 상기 ECU(21)로부터 정방향 회전 제어 전원을 인가받으면 정방향 회전하며, 역방향 회전 제어 전원을 인가받으면 역방향 회전한다.

상기 밸브부(23)는 상기 모터부(22)의 정방향 회전에 의해 밸브를 개방시켜 유해 배출 가스를 유입하여 상기 소음기부(24)에 유입되도록 하며, 상기 모터부(22)의 역방향 회전에 의해 밸브를 닫히게 하여 유입되는 모든 유해 배출 가스를 상기 제1촉매기부(26)에 유입되도록 한다.

상기 소음기부(24)는 상기 밸브부(23)를 통해 인가되는 유해 배출 가스의 소음을 제거하여 상기 천공관부(25)로 유출한다.

상기 천공관부(25)는 다수개의 구멍을 구비하여 상기 소음기부(24)를 거쳐 유입되는 유해 배출 가스의 저주파수 또는 고주파수 잡음을 제거한 후 상기 제2촉매기부(27)로 유출한다.

상기 제1촉매기부(26)는 상기 소음기부(24)의 둘레에 설치되어 있으며, 유입되는 유해 배출 가스를 무해 가스로 변환시켜 상기 제2촉매기부(27)로 유출한다.

상기 제2촉매기부(27)는 상기 제1촉매기부(26)와 천공관부(25)를 통해 유입되는 유해 배출 가스를 무해 가스로 변환시켜 유출한다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 저소음 촉매 장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 온도 센서에서 차량의 엔진 온도를 감지하고 해당 감지된 엔진의 온도와 속도계로부터의 차량 속도를 ECU(21)에서 인가받는데, 해당 ECU(21)는 해당 엔진이 고온인지 아니면 냉간 시동 시인지를 파악한다.

만약, 엔진이 고온인 경우, 상기 ECU(21)는 촉매 작용뿐만 아니라 유해 배출가스의 소음을 저감시키기 위하여 정방향 회전 제어 전원을 생성시켜 모터부(22)에 인가하며, 해당 모터부(22)는 상기 ECU(21)로부터 인가되는 정방향 회전 제어 전원에 의해서 정방향 회전하여 밸브부(23)의 밸브를 개방시키게 된다.

이에, 상기 밸브부(23)의 밸브는 개방되어 차량의 연료가 실린더 내에서 연소한 후 배출원에 따라 배기관으로부터 유출되는 유해 배출 가스를 유입하게 되며, 일부 유해 배출 가스는 제1촉매기부(26)에 유입되게 된다.

이렇게 하여, 상기 밸브부(23)의 밸브를 통해 유입된 유해 배출 가스는 상기 소음기부(24)에 유입되고 해당 소음기부(24)는 촉매 변환기를 고속 통과 시에 발생되는 유해 배출 가스의 소음을 다소 제거한 후 다수개의 구멍을 구비하는 천공관부(25)로 유출하며, 해당 천공관부(25)는 해당 소음기부(24)를 거쳐 유입되는 유해 배출 가스의 저주파수 또는 고주파수 잡음을 제거하게 된다.

또한, 상기 제1촉매기부(26)에 유입된 유해 배출 가스는 산화 및 환원 반응을 통해 무해 가스로 변환된다.

이에 따라, 상기 소음기부(24) 및 천공관부(25)를 통과하여 소음이 제거된 유해 배출 가스와 상기 제1촉매기부(26)를 통과하여 변환된 무해 가스는 제2촉매기부(27)에 유입되어 다시 산화 및 환원 반응을 통해 무해 가스로 변환되어 유출되게 된다.

한편, 엔진이 냉간 시동 시인 경우, 상기 ECU(21)는 촉매 작용만 이루어지게 역방향 회전 제어 전원을 생성시켜 상기 모터부(22)에 인가한다.

이에, 상기 모터부(22)는 상기 ECU(21)로부터 인가되는 역방향 회전 제어 전원에 의해 역방향 회전하게 되어 상기 밸브부(23)의 밸브를 닫히게 하므로서, 상기 소음기부(24)는 더 이상 유해 배출 가스를 유입받지 못하고 상기 제1촉매기부(26)만 유입받게 된다.

이에 따라, 상기 제1촉매기부(26)는 차량의 연료가 실린더 내에서 연소한 후 배출원에 따라 배기관으로부터 유입되는 유해 배출 가스를 산화 및 환원 반응을 통해 무해 가스로 변환시켜 상기 제2촉매기부(27)로 유출시키며, 상기 제2촉매기부(27)는 상기 제1촉매기부(26)에서만 변환된 무해 가스를 다시 산화 및 환원 반응을 통해 완전한 무해 가스로 변환시켜 대기로 유출되게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 차량의 속도 및 엔진 온도에 따라 ECU에서 밸브의 개폐를 제어하여 유해 배출 가스를 소음기와 천공관을 통과시키거나 제1 및 제2촉매기를 통과시키므로 별도의 레조네이터없이도 촉매 변환기를 고속 통과 시에 발생되는 소음을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 정화 작용도 할 수 있다.

Claims (1)

1. 차량의 엔진 온도와 속도를 인가받아 해당 엔진이 고온일 때에 정방향 회전 제어 전원을 생성시키고 해당 엔진이 냉간 시동 시일 때에 역방향 회전 제어 전원을 생성시키는 ECU(21)와; 상기 ECU(21)로부터 인가되는 회전 제어 전원에 따라 정방향 또는 역방향 회전하는 모터부(22)와; 상기 모터부(22)의 정방향 회전에 의해 밸브를 개방시켜 유해 배출 가스를 유입하고 상기 모터부(22)의 역방향 회전에 의해 밸브를 닫히게 하는 밸브부(23)와; 상기 밸브부(23)를 통해 유입되는 유해 배출 가스의 소음을 제거하는 소음기부(24)와; 다수개의 구멍을 구비해 상기 소음기부(24)를 거쳐 유입되는 유해 배출 가스의 저주파수 또는 고주파수 잡음을 제거하는 천공관부(25)와; 상기 소음기부(24)의 둘레에 설치되어 유해 배출 가스를 무해 가스로 변환시키는 제1촉매기부(26)와; 상기 제1촉매기부(26) 및 천공관부(25)를 통해 유입되는 유해 배출 가스를 무해 가스로 변환시켜 유출하는 제2촉매기부(27)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 저소음 촉매 장치.