KR20070028760A

KR20070028760A - 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치

Info

Publication number: KR20070028760A
Application number: KR1020050083080A
Authority: KR
Inventors: 이경우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-13

Abstract

본 발명은 배기 가스중 포함된 유해 성분의 정화를 위해 배기 파이프에 설치되는 촉매에 대한 조기 활성화를 위해, 엔진의 시동 초기에 배출되는 배기 가스를 촉매가 위치하는 배기 파이프의 주변에 촉매가 활성화되기 이전까지의 시간 동안에 걸쳐 저류시켜 이를 통해 촉매를 지속적으로 예열하고, 촉매의 활성화 이후의 시점에서는 저류된 배기 가스를 촉매로 재유입시켜 이를 정화시킨 다음에 대기중으로 배출시키도록 함으로써, 촉매의 조기 활성화를 통해 배출되는 배기 가스중 포함된 유해 성분의 양을 줄이고, 배기 가스의 정화시 배압의 증대와 그에 따른 엔진 성능의 저하를 미연에 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진의 배기 매니폴드와 연결되고, 내부에 촉매 컨버터를 장착하는 배기 파이프와; 상기 배기 파이프의 둘레에 축방향으로 이동가능하게 설치되고, 내부에 소정 용적의 배기 가스의 저류 공간을 형성하도록 양측 단부가 밀폐되는 중공형상의 이중관 부재; 상기 배기 파이프와 상기 이중관 부재 사이에서 상기 이중관 부재의 내부 저류 공간으로 배기 가스의 유입과 유출을 각각 도모하도록 형성된 유입 경로부와 유출 경로부; 상기 배기 파이프에 설치되어 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서 및; 상기 온도 센서로부터 검출되는 배기 가스의 온도에 따라 상기 이중관 부재의 축방향 이동을 조절하여, 상기 촉매 컨버터의 활성화 이전에 상기 유입 경로부를 통해 상기 저류 공간의 내부로 배기 가스의 유입을 도모하고, 상기 촉매 컨버터의 활성화 이후에 상기 유출 경로 부를 통해 상기 저류 공간내 유입된 배기 가스를 상기 배기 파이프의 내부로 재유출시키도록 동작하는 구동 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

배기 파이프, 촉매 컨버터, 배기 가스, 조기, 활성화, 저류 공간

Description

촉매 컨버터의 조기 활성화 장치{advanced activation system for catalytic converter}

도 1은 본 발명에 따른 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치의 비작동 상태를 도시한 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 배기 파이프와 이중관 부재의 구성을 분해하여 도시한 사시도.

도 3은 도 1의 작동 상태를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치에서 촉매의 활성에 도달되는 시간을 종래 대비 비교하여 도시한 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-배기 파이프 12-촉매 컨버터

14-이중관 부재 16-온도 센서

18-랙기어 20-피니언기어

22-컨트롤러 24-모터

본 발명은 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 시동 초기에 배출되는 배기 가스로 촉매를 지속적으로 예열하여 촉매가 활성화되는 데 소요되는 시간을 단축하여 배기 가스중 포함된 유해 성분의 양을 줄이고, 배기 가스의 정화시 배압의 증대와 그에 따른 엔진 성능의 저하를 미연에 방지할 수 있도록 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치에 관한 것이다.

근래에 들어, 교토 의정서의 발효 등에 따라 환경 오염에 대한 사회적 관심이 높아지면서 자동차의 배기 가스중 포함된 오염 물질의 배출에 대한 각종 환경 규제가 강화되고 있는 실정이다.

종래 자동차의 경우, 엔진의 연소실에서 연소후 배기 매니폴드와 배기 파이프를 통해 대기중으로 배출되는 배기 가스에는 각종 오염 물질이 포함되어 있는 바, 이러한 오염 물질의 정화를 위해 배기 가스의 배출 경로에는 각종 오염 물질의 정화를 위한 촉매 컨버터가 설치되어 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 설치되는 촉매 컨버터는 백금(Pt)과 로듐(Rh) 및 파라듐(Pd) 등의 물질을 이용하여 배기 가스중 포함된 유해성분인 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx) 등을 화학 반응을 통해 인체에 무해한 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O) 및 질소(N₂) 등으로 산화, 환원시키는 장치인 것이다.

그런데, 상기와 같은 기능을 수행하는 촉매 컨버터에 있어 정상적인 작동을 위해서는, 촉매의 온도가 적정의 수준(대략 350℃)이 되어야 하는 데, 자동차의 시동 초기에는 촉매 컨버터의 온도가 낮기 때문에 촉매가 활성화되기 이전까지 대기중으로 배출되는 배기 가스에는 다량의 오염 물질이 포함된다.

따라서, 엔진의 작동후 촉매 활성화 온도에 도달하는 시간(LIGHT OFF TIME)을 단축시키기 위한 다양한 방안이 고안되어 있는 바, 이는 크게 다음과 같은 방안으로 구성된다.

첫째, 촉매 컨버터의 온도를 측정하여 일정 온도 이하이면, 열을 가하여 온도를 올리는 방법과;

둘째, 2개의 배기 가스 배출 경로를 마련하여 시동 초기에는 배기 가스를 촉매와 더 많이 반응시키도록 하는 방법 및;

셋째, 배기 가스의 온도를 추가적으로 상승시키거나, 서지 탱크를 이용하여 배기 가스의 밀도를 향상시켜 이를 통해 촉매 컨버터의 온도를 보다 빠르게 상승시키는 방법; 등이 그것이다.

먼저, 첫번째 방안으로, 촉매 컨버터에 열을 가하여 온도를 상승시키는 방법 으로는 대한민국 공개특허 1998-0031322호가 있는 바, 이는 자동차의 루프에 조사되는 직사 광선을 열에너지로 활용하여 촉매를 항상 일정 온도로 유지시키는 것인 데, 이 경우 항상 유니트가 작동해야 하므로 비효율적이고, 날씨가 나쁠 때에는 사용이 불가능하다는 문제가 있었다.

이외에도 전기 열선을 이용하여 촉매를 직접 가열하는 제안(대한민국 공개특허 1998-0028207호와 동 1998-0021083호)이 있었고, 배기 매니폴드와 촉매 사이에 위치한 배기 파이프를 예열하는 구성의 제안(대한민국 공개특허 1998-0015918호)이 있었으며, 냉각수를 이용하여 촉매를 가열시키는 제안(대한민국 공개실용신안 1998-0060508호)이 있었는 데, 상기와 같은 구성의 종래 기술로서는 엔진의 시동 초기의 시점에서 촉매를 활성화 온도에 이르도록 예열하는 데 큰 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 전기 열선 내지 냉각수를 이용하여 촉매를 예열함에 따라 추가의 장비를 갖추는 데 비용적 손실이 발생하는 문제가 있었다.

아울러, 대한민국 공개특허 1999-0034275호와 1999-0060212호, 2001-0011562호, 1997-0045368호, 1995-0008923 및, 공개실용신안 1999-0021658호 등의 제안은 극초단파 발생기 등을 촉매에 설치하여 진동 효과에 의한 발열을 통해 촉매의 조기 활성화를 도모하였는 바, 이러한 경우에 있어서도 엔진의 시동 초기의 시점에서 촉매를 활성화시키는 데 대략 1~2분의 시간이 소요되고, 이러한 시간을 단축시키기 위해서는 큰 용량의 히터를 추가로 설치해야 하는 등의 문제가 있었다.

그리고, 두번째의 방안은 배기 가스의 배출 경로를 2개로 마련하여 하나의 배출 경로에 촉매를 추가로 설치한 다음, 냉각수나 배기 가스의 온도를 측정하여 온도가 낮은 시동 초기에는 촉매가 추가로 설치된 배출 경로로 배기 가스의 배출을 유도하여 추가적인 촉매와의 반응을 통해 오염 물질의 배출을 감소시키는 것이다.

이와 같은 구성의 제안으로는 대한민국 공개특허 1994-0004180호와 대한민국 공개실용신안 1998-0034930호가 있었는 바, 이 경우에는 2개의 분리된 배기 파이프와 배기 가스의 배출 경로를 안내하는 안내판을 설치하였고, 대한민국 공개특허 1996-0029595호는 안내판 대신 송풍기를 적용하였다.

또한, 대한민국 공개특허 2002-0055752호는 2개의 배출 경로를 형성하지 않고, 배기 매니폴드와 촉매 컨버터 사이의 파이프내에 추가적인 촉매와 안내판을 장착하여 시동 초기에 촉매와의 반응량을 증가시켰다.

아울러, 대한민국 공개특허 2002-0054008호는 촉매를 상/하부로 나눈 다음, 시동 초기에는 배기 가스가 상/하부를 동시에 통과시키고, 촉매 활성화 이후에는 상부 통로만으로 배기 가스를 통과시키도록 하였다.

그러나, 상기와 같은 제안의 구성은 모두 배기 파이프와 촉매를 추가로 구비해야 하므로, 비용적 부담이 증대될 뿐만 아니라, 특히 촉매는 상당히 고가이므로, 유해 성분의 정화 효과 대비 경제성이 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 세번째 방안은 대한민국 공개특허 1999-0025997호와 동 1998-0078079호에 게시된 바와 같이, 시동 초기에 촉매가 활성화되지 이전까지 배기 가스를 별도로 구비된 서지 탱크내에 일시적으로 저장하였다가, 촉매의 활성화 이후에 배기 파이프로 배출시키는 것인 데, 이 경우에는 배기 가스의 일시 저장을 위한 서지 탱크를 별도로 구성해야 하는 부담과 함께, 서지 탱크내 저장되는 배기 가스에 의한 산화막의 형성으로 인해 서지 탱크의 내벽이 부식되어 조기 파손되는 문제가 있었다.

또한, 대한민국 공개특허 1998-0021985호에는 배기 가스의 배출 통로에 대한 유동 단면적으로 감소시켜 유효 담체의 면적을 축소시키고, 이로 인해 배기 가스의 밀도를 높여 촉매의 활성화 도달 시간을 줄이도록 하는 구성이 게시되어 있는 바, 이 경우에는 담체의 일부분을 집중적으로 사용하게 됨에 따라 담체의 내구성이 급격하게 저하되는 문제가 있었다.

그리고, 대한민국 공개실용신안 2000-0000495호는 배기관을 단열시켜 시동 초기에 촉매의 온도 상승을 도모하는 구성을 게시하고 있는 데, 이와 같은 구성에서는 엔진의 정상 작동중 배기관이 적정 수준의 온도 이상으로 과열된 가능성이 있으므로, 이 역시 실제 차량에 적용이 불가능하다는 문제가 있었다.

또한, 대한민국 공개특허 1995-0050592호에는 배기 매니폴드 출구측에 미연소 가스를 저장하고, 이를 착화시켜 추가 연소에 따른 오염 물질의 배출을 저감시키고자 하는 구성이 게시되어 있는 바, 이 경우에는 추가 연소에 따른 배압의 발생으로 배기 가스의 배출이 용이하지 않게 되고, 이로 인해 엔진의 출력이 저하되는 문제가 있었다.

아울러, 대한민국 공개특허 2003-0047203호에는 촉매의 활성화 온도 이하에서 담체를 회전시켜 유입되는 배기 가스의 유동에 와류의 형성을 부여하여 촉매와의 반응 면적을 확대하고자 하는 구성이 게시되어 있는 데, 이러한 구성에서는 촉매가 활성화되지 이전 상태에서 아무리 배기 가스와의 반응 면적이 확대되어도 정 화의 효율에는 별다른 차이가 없게 되므로, 목적 달성을 위한 효과의 구현이 어렵다는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 배기 가스중 포함된 유해 성분의 정화를 위해 배기 파이프에 설치되는 촉매에 대한 조기 활성화를 위해, 엔진의 시동 초기에 배출되는 배기 가스를 촉매가 위치하는 배기 파이프의 주변에 촉매가 활성화되기 이전까지의 시간 동안에 걸쳐 저류시켜 이를 통해 촉매를 지속적으로 예열하고, 촉매의 활성화 이후의 시점에서는 저류된 배기 가스를 촉매로 재유입시켜 이를 정화시킨 다음에 대기중으로 배출시키도록 함으로써, 촉매의 조기 활성화를 통해 배출되는 배기 가스중 포함된 유해 성분의 양을 줄이고, 배기 가스의 정화시 배압의 증대와 그에 따른 엔진 성능의 저하를 미연에 방지할 수 있도록 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 배기 매니폴드와 연결되고, 내부에 촉매 컨버터를 장착하는 배기 파이프와;

상기 배기 파이프의 둘레에 축방향으로 이동가능하게 설치되고, 내부에 소정 용적의 배기 가스의 저류 공간을 형성하도록 양측 단부가 밀폐되는 중공형상의 이중관 형태로 이루어져, 작동시 저류 공간내 포집된 배기 가스에 의한 열을 매개로 상기 촉매 컨버터를 가열시키고, 비작동시 저류 공간내 포집된 배기 가스를 상기 촉매 컨버터로 유입시켜 이를 정화되게 하는 이중관 부재;

상기 배기 파이프와 상기 이중관 부재 사이에서 상기 이중관 부재의 내부 저류 공간으로 배기 가스의 유입과 유출을 각각 도모하도록 형성된 유입 경로부와 유출 경로부;

상기 배기 파이프에 설치되어 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서 및;

상기 온도 센서로부터 검출되는 배기 가스의 온도에 따라 상기 이중관 부재의 축방향 이동을 조절하여, 상기 촉매 컨버터의 활성화 이전에 상기 유입 경로부를 통해 상기 저류 공간의 내부로 배기 가스의 유입을 도모하여 촉매를 지속적으로 가열하고, 상기 촉매 컨버터의 활성화 이후에 상기 유출 경로부를 통해 상기 저류 공간내 유입된 배기 가스를 상기 배기 파이프의 내부로 재유출시켜 정화시키도록 동작하는 구동 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 유입 경로부는 상기 배기 파이프에 형성된 제1 유입구와, 상기 이중관 부재에 형성된 제2 유입구로 이루어지고;

상기 유출 경로부는 상기 배기 파이프에 형성된 제1 유출구와, 상기 이중관 부재에 형성된 제2 유출구로 이루어지되;

상기 유입 경로부는 상기 이중관 부재의 작동 위치에 국한되어 상호 연통하는 위치로 형성되고, 상기 유출 경로부는 상기 이중관 부재의 비작동 위치에 국한되어 상호 연통하는 위치로 형성되며;

상기 이중관 부재의 작동 위치에서는 상기 유출 경로부의 교통은 단절되고, 상기 이중관 부재의 비작동 위치에서는 상기 유입 경로부의 교통은 단절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동 제어부는 상기 이중관 부재의 외측에 축방향을 따라 길게 형성된 랙기어와;

상기 랙기어에 치합되는 피니언기어를 갖추고서 차체에 고정 설치되는 모터 및;

상기 온도 센서로부터 검출되는 배기 가스의 온도에 따라 상기 모터에 정/역 구동의 제어 신호를 출력하는 제어 유니트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 엔진의 연소실에서 연소후 배출되는 배기 가스를 대기중으로 배출시키기 위해 배기 파이프(10)가 배기 매니폴드(도시안됨)와 연결되고, 상기 배기 파이프(10)의 내부에는 대기중으로 배출되는 배기 가스중 포함된 유해 성분의 정화를 위해 촉매 컨버터(12)가 설치되며, 상기 배기 파이프(10)의 외측 둘레에는 내부에 소정 용적의 배기 가스의 저류 공간(S)을 형성하도록 양측 단부가 밀폐되는 중공형상의 이중관 부재(14)가 상기 배기 파이프(10)의 축방향을 따라 이동가능하게 설치된다.

이 경우, 상기 이중관 부재(14)는 상기 배기 파이프(10)의 전 둘레에 대해 기밀한 상태에서 이동가능하게 설치되어 있어, 상기 이중관 부재(14)의 내부에 형성된 저류 공간(S)은 상기 배기 파이프(10)의 유동 공간에 대해 독립된 별도의 공 간을 형성하게 된다.

이를 위해, 상기 이중관 부재(14)의 양측 선단부 내주면에는 상기 배기 파이프(10)의 전 둘레측 표면과의 기밀을 위해 각각 씰링재(15)가 설치된다.

그리고, 상기 배기 파이프(10)와 상기 이중관 부재(14) 사이에는 상기 이중관 부재(14)의 내부 저류 공간(S)으로 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스의 유입과 유출을 각각 도모하도록 형성된 유입 경로부와 유출 경로부가 구비되어 있다.

여기서, 상기 유입 경로부는 상기 배기 파이프(10)내 상기 촉매 컨버터(12)의 설치 공간의 전단부에 위치하도록 형성되고, 상기 유출 경로부는 상기 배기 파이프(10)내 상기 촉매 컨버터(12)의 설치 공간에 위치하도록 형성된다.

이를 위해, 상기 유입 경로부는 상기 배기 파이프(10)에 형성된 제1 유입구(10a)와 상기 이중관 부재(14)에 형성된 제2 유입구(14a)로 이루어지고, 상기 유출 경로부는 상기 배기 파이프(10)에 형성된 제1 유출구(10b)와 상기 이중관 부재(14)에 형성된 제2 유출구(14b)로 이루어진다.

이 경우, 상기 유입 경로부는 상기 이중관 부재(14)의 축방향 상향 이동(도면 기준임)에 따른 작동 위치(도 3에 도시된 위치임)에 국한되어 상호 연통하는 위치로 형성되고, 이때 상기 유출 경로부는 교통이 차단된 상태가 된다.

아울러, 상기 유출 경로부는 상기 이중관 부재(14)의 축방향 하향 이동(도면 기준임)에 따른 비작동 위치(도 1에 도시된 위치임)에 국한되어 상호 연통하는 위치로 형성되고, 이때 상기 유입 경로부는 교통이 차단된 상태가 된다.

즉, 상기 제1 유입구(10a)와 상기 제2 유입구(14a)는 상기 이중관 부재(14)의 작동 위치(도 3)에서만 상호 연통되도록 상기 배기 파이프(10)와 상기 이중관 부재(14)에 각각 형성되고, 상기 제1 유출구(10b)와 상기 제2 유출구(14b)는 상기 이중관 부재(14)의 비작동 위치(도 1)에서만 상호 연통되도록 상기 배기 파이프(10)와 상기 이중관 부재(14)에 각각 형성되는 것이다.

또한, 상기 제1 유입구(10a)와 제1 유출구(10b)는 상기 배기 파이프(10)의 전 둘레를 따라 동일한 원주상에서 간헐적으로 길게 관통되도록 형성되고, 상기 제2 유입구(14a)와 제2 유출구(14b)는 상기 이중관 부재(14)의 내측 전 둘레를 따라 동일한 원주상에서 간헐적으로 길게 관통되도록 형성된다.

아울러, 상기 씰링재(15)의 장착 부위는 보다 상세하게는 상기 이중관 부재(14)의 제2 유입구(14a)의 축방향으로 외측 선단부의 내주면과, 상기 이중관 부재(14)의 제2 유출구(14b)의 축방향으로 외측 선단부의 내주면으로 각각 설정된다.

또한, 상기 배기 파이프(10)에는 상기 촉매 컨버터(12)의 전단으로 온도 센서(16)가 설치되어 있어, 상기 배기 파이프(10)를 통해 배출되는 배기 가스의 온도를 검출하도록 되어 있다.

한편, 상기 이중관 부재(14)는 구동 제어부에 의해 상기 배기 파이프(10)에 대해 축방향으로 이동되는 바, 즉 상기 구동 제어부는 상기 온도 센서(16)로부터 검출되는 배기 가스의 온도에 따라 상기 이중관 부재(14)의 축방향 이동을 조절하여 상기 유입 경로부를 통해 상기 저류 공간(S)의 내부로 배기 가스의 유입을 도모하거나, 상기 유출 경로부를 통해 상기 저류 공간(S)내 유입된 배기 가스를 상기 배기 파이프(10)의 내부로 재유출시키도록 한다.

이를 위해, 상기 이중관 부재(14)의 외측에는 축방향을 따라 길게 랙기어(18)가 형성되고, 상기 랙기어(18)에는 피니언기어(20)가 치합되며, 상기 피니언기어(20)는 컨트롤러(22)에 의해 정/역 회전을 제어받는 모터(24)의 회전축(24a)에 설치되는 데, 상기 컨트롤러(22)는 상기 온도 센서(16)로부터 배기 가스의 온도를 검출하여 이를 토대로 상기 모터(24)에 제어 신호를 출력하도록 되어 있다.

이 경우, 상기 모터(24)는 차체에 대해 마운팅 브라켓(26)을 매개로 고정 설치되어 있어, 상기 컨트롤러(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 정/역 회전을 하여 상기 이중관 부재(14)를 상기 배기 파이프(10)의 축방향에 대해 각각 전진 내지 후진시키게 된다.

이하, 본 발명에 따른 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치의 작동을 상세히 설명한다.

엔진의 시동 초기시 연소후 배출되는 배기 가스의 온도는 촉매 컨버터(12)의 촉매를 활성화시키는 데 충분한 정도로 높지 않게 된다. 이때, 상기 컨트롤러(22)는 온도 센서(16)를 매개로 현재 배기 가스의 온도를 검출하고서 현재 배기 가스의 온도가 촉매를 활성화시키는 데 미흡함을 판단한 다음, 상기 모터(24)의 구동을 제어하여 상기 이중관 부재(14)가 상기 배기 파이프(10)에 대해 상방향(도면 기준임)으로 이동되게 한다.

이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이중관 부재(14)가 작동 위치로 이동하게 되어, 상기 배기 파이프(10)와 상기 이중관 부재(14) 사이의 유입 경로부만 개방되고, 유출 경로부는 차단된 상태가 된다.

즉, 상기 이중관 부재(14)내 저류 공간(S)은 상기 배기 파이프(10)측과의 개방된 유입 경로부를 통해 내부로 배기 가스를 유입받게 된다.

이 결과, 상기 이중관 부재(14)내 저류 공간(S)으로 유입된 배기 가스는 상기 배기 파이프(10)내에 설치된 촉매 컨버터(12)에 배기 가스가 가지는 열을 전열시켜 상기 촉매 컨버터(12)를 지속적으로 가열시키게 되고, 이로 인해 상기 촉매 컨버터(12)내 촉매는 단시간내에 가열되어 활성화에 이르는 온도에 조기에 도달할 수 있게 된다.

이때, 엔진의 연소실로부터 연소후 배출되는 배기 가스중 일부는 유입 경로부를 통해 상기 이중관 부재(14)내 저류 공간(S)으로 유입되어 촉매 컨버터(12)내 촉매를 지속적으로 가열하게 되고, 배출되는 배기 가스중 나머지 일부는 정상적으로 배기 파이프(10)를 통해 촉매 컨버터(12)를 지나 배출되면서 촉매를 기존과 동일한 방식으로 가열하게 되므로, 상기 촉매 컨버터(12)내 촉매는 상기 촉매 컨버터(12)의 외부에 형성된 이중관 부재(14)의 저류 공간(S)내에 저류되는 배기 가스에 의한 1차 전열과 상기 촉매 컨버터(12)를 경유하여 배출되는 배기 가스에 의한 2차 전열을 동시에 받게 되어, 도 4에 도시된 그래프의 실선으로 도시된 바와 같이, 종래(점선으로 도시됨)에 비해 보다 빠른 시간내에 전열에 의한 가열로 인해 촉매의 조기 활성화를 이룰 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 촉매 컨버터(12)내 촉매의 온도가 조기에 활성화에 이르 는 수준까지 상승하게 되면, 엔진의 시동 초기에 배출되는 배기 가스중 포함된 유해 성분의 양을 절대적으로 줄일 수 있게 된다.

아울러, 상기와 같은 일련의 과정에 있어, 상기 배기 파이프(10)와 촉매 컨버터(12)를 거쳐 대기중으로 배출되는 배기 가스는 배기의 경로가 구부러지는 등의 이유로 인해 배출을 억제받지 않은 상태이고, 이로 인해 배압이 크게 감소된 상태이므로, 낮은 배압에 따른 엔진의 정상적인 출력 성능을 보장할 수 있게 된다. 즉, 배압의 증가에 따른 엔진의 출력 감소와 같은 문제는 발생하지 않게 된다.

한편, 엔진의 가동이 정상적인 수준에 도달하면, 상기 배기 파이프(10)를 통해 배출되는 배기 가스의 온도는 정상 상태로 진입하게 되고, 이때 상기 컨트롤러(22)는 온도 센서(16)를 매개로 이를 검출한 다음, 상기 모터(24)의 구동을 제어하여 상기 이중관 부재(14)가 상기 배기 파이프(10)에 대해 하방향(도면 기준임)으로 이동되게 한다.

이 결과, 상기 이중관 부재(14)는 도 1에 도시된 바와 같은 비작동의 상태로 이동하게 되어, 상기 배기 파이프(10)와 상기 이중관 부재(14) 사이의 유입 경로부는 차단되는 반면에 유출 경로부만이 개방된 상태로 전환된다.

즉, 상기 이중관 부재(14)의 저류 공간(S)내에 포집된 배기 가스는 상기 배기 파이프(10)측과의 개방된 유출 경로부를 통해 상기 촉매 컨버터(12)측으로 배출될 수 있게 된다. 이때, 유출 경로부를 통해 촉매 컨버터(12)로 유입되는 배기 가스는 상기 배기 파이프(10)를 통해 연소후 정상적으로 배출되는 배기 가스와 함께 상기 촉매 컨버터(12)의 정상적인 산화 및 환원의 기능을 통해 유해 성분이 저감된 상태로 정화되어 대기중으로 배출된다.

이 결과, 상기 이중관 부재(14)내 저류 공간(S)에는 엔진의 시동 초기 구간에 국한되어 내부로 배기 가스의 유입이 이루어지게 되고, 이로 인해 상기 이중관 부재(14)내 저류 공간(S)으로 배기 가스가 장시간 저류됨에 따라 상기 이중관 부재(14)의 내벽에서 배기 가스에 의한 산화막 과다 형성과 같은 문제는 발생하지 않게 되므로, 상기 이중관 부재(14)의 부식에 의한 조기 파손과 같은 문제는 발생하지 않게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치에 의하면, 엔진의 시동 초기의 가동 구간에서 배기 파이프(10)를 통해 대기중으로 배출되는 배기 가스중 일부를 상기 배기 파이프(10)의 둘레에 설치된 이중관 부재(14)내 저류 공간(S)으로 일시 포집하였다가, 이를 매개로 배기 파이프(10)내 촉매 컨버터(12)를 가열시킴으로써, 상기 촉매 컨버터(12)내 촉매의 조기 활성화를 도모하고, 이로부터 배출되는 배기 가스중 포함된 유해 성분의 상당 부분을 줄일 수 있게 된다.

또한, 배기 가스의 배출 경로중에 별도의 장애물을 두지 않아도 되므로 배압의 정도를 낮추고, 이로 인해 엔진의 출력을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

엔진의 배기 매니폴드와 연결되고, 내부에 촉매 컨버터를 장착하는 배기 파이프와;

상기 배기 파이프의 둘레에 축방향으로 이동가능하게 설치되고, 내부에 소정 용적의 배기 가스의 저류 공간을 형성하도록 양측 단부가 밀폐되는 중공형상의 이중관 부재;

상기 배기 파이프와 상기 이중관 부재 사이에서 상기 이중관 부재의 내부 저류 공간으로 배기 가스의 유입과 유출을 각각 도모하도록 형성된 유입 경로부와 유출 경로부;

상기 배기 파이프에 설치되어 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서 및;

상기 온도 센서로부터 검출되는 배기 가스의 온도에 따라 상기 이중관 부재의 축방향 이동을 조절하여, 상기 촉매 컨버터의 활성화 이전에 상기 유입 경로부를 통해 상기 저류 공간의 내부로 배기 가스의 유입을 도모하여 촉매를 지속적으로 가열하고, 상기 촉매 컨버터의 활성화 이후에 상기 유출 경로부를 통해 상기 저류 공간내 유입된 배기 가스를 상기 배기 파이프의 내부로 재유출시켜 정화시키도록 동작하는 구동 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유입 경로부는 상기 배기 파이프내 상기 촉매 컨버터의 설치 공간의 전단부에 위치하도록 형성되고, 상기 유출 경로부는 상기 배기 파이프내 상기 촉매 컨버터의 설치 공간에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 유입 경로부는 상기 배기 파이프에 형성된 제1 유입구와, 상기 이중관 부재에 형성된 제2 유입구로 이루어지고;

상기 유출 경로부는 상기 배기 파이프에 형성된 제1 유출구와, 상기 이중관 부재에 형성된 제2 유출구로 이루어지되;

상기 유입 경로부는 상기 이중관 부재의 작동 위치에 국한되어 상호 연통하는 위치로 형성되고, 상기 유출 경로부는 상기 이중관 부재의 비작동 위치에 국한되어 상호 연통하는 위치로 형성되며;

상기 이중관 부재의 작동 위치에서는 상기 유출 경로부의 교통은 단절되고, 상기 이중관 부재의 비작동 위치에서는 상기 유입 경로부의 교통은 단절되는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동 제어부는 상기 이중관 부재의 외측에 축방향을 따라 길게 형성된 랙기어와;

상기 랙기어에 치합되는 피니언기어를 갖추고서 차체에 고정 설치되는 모터 및;

상기 온도 센서로부터 검출되는 배기 가스의 온도에 따라 상기 모터에 정/역 구동의 제어 신호를 출력하는 제어 유니트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 배기 파이프의 외주면과 상기 이중관 부재의 내주면 사이에는 상기 유입 경로부와 상기 유출 경로부에 대한 기밀 유지를 위해 씰링재가 설치된 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 씰링재는 상기 이중관 부재의 제2 유입구의 축방향으로 외측 선단부의 내주면과, 상기 이중관 부재의 제2 유출구의 축방향으로 외측 선단부의 내주면에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유입 경로부와 상기 유출 경로부는 상기 배기 파이프의 전 둘레를 따라 동일한 원주상에서 간헐적으로 길게 관통되도록 형성되고, 상기 이중관 부재의 내측 전 둘레를 따라 동일한 원주상에서 간헐적으로 길게 관통되도록 형성된 것을 특 징으로 하는 촉매 컨버터의 조기 활성화 장치.