KR20080046758A

KR20080046758A - 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치

Info

Publication number: KR20080046758A
Application number: KR1020060116121A
Authority: KR
Inventors: 김원빈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2008-05-28

Abstract

본 발명은 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치에 관한 것으로, 탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3)의 사이에 아크방전기(4)를 설치하고, 삼원촉매(3) 설치 부분의 캐니스터(1) 외주면에 전자석(5)을 설치하여, 아크방전에 의해 탄화수소 흡착촉매(2)로부터 분리된 탄화수소를 이온화시키고 상기 전자석(5)에 의해 형성된 자기장을 이용하여 이온화된 탄화수소를 삼원촉매(3)에 흡착시켜 두었다가 촉매 활성화 시점 이후에 자기장을 제거하고 정상적인 정화작용을 수행할 수 있도록 된 것이다.

따라서, 촉매컨버터의 탄화수소 정화기능이 향상된다.

Description

촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치{hydrocarbon adehision device of catalytic converter}

도 1은 종래 촉매컨버터의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 탄화수소 흡착장치가 설치된 촉매컨버터의 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 캐니스터 2 : 탄화수소 흡착촉매

3 : 삼원촉매 4 : 아크방전기

5 : 전자석 6,7 : 전력공급장치

8 : 전자제어유니트

본 발명은 자동차 배기계의 촉매컨버터에 관한 것으로, 특히 삼원촉매의 활성화 시점까지 탄화수소를 흡착해 둘 수 있게 됨으로써 탄화수소 배출량을 감소시킬 수 있도록 된 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치에 관한 것이다.

촉매컨버터는 배기매니폴드의 후단이나 배기파이프의 중간에 설치되는 것으로 배기가스 중의 유해성분인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NO_x) 등을 촉매를 사용하여 무해한 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O), 산소(O₂), 질소(N₂)로 변환하여 배출함으로써 배기가스를 정화하는 기능을 수행한다.

도 1에는 배기파이프의 중간에 배치되어 차체 플로어의 하면에 설치되는 촉매컨버터의 구성이 간략하게 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 촉매컨버터는 입구(1a)와 출구(1b)를 갖춘 캐니스터(1)의 내부에 촉매(백금, 로듐 등)를 담지한 담체(2,3)가 구비된 구성으로 이루어져 있다.

상기 담체(2,3)로는 주로 모노리스형이 많이 쓰이고 있으며, 담체(2,3)의 각 채널(유동통로) 내측면에 상기 촉매 물질이 코팅되어, 채널을 통해 흐르는 배기가스 내 유해물질이 무해한 성분으로 전환되는 반응을 촉진시키게 된다.

도시된 것은 2개의 담체가 사용된 예인데, 앞쪽에 위치한 담체(2)는 탄화수소 흡착촉매이고 뒤쪽의 담체(3)는 삼원촉매이다.(이하, 담체 2를 "탄화수소 흡착촉매", 담체 3을 "삼원촉매"라 칭하기로 한다.)

즉, 삼원촉매(3)의 기본적인 정화기능에 더하여 탄화수소 정화기능이 배가되도록 구성된 촉매컨버터이다.

그런데, 상기와 같이 탄화수소 흡착촉매(2)를 사용한 경우라도 엔진 시동 초기에는 탄화수소의 흡착이 잘 이루어지지만 이후 약 70여초가 경과하면 상기 탄화 수소 흡착촉매(2)에 더 이상의 탄화수소가 흡착되지 못하고(심지어 흡착되었던 탄화수소의 분리현상도 일어난다.) 삼원촉매(3)로 유입되는데, 이때 삼원촉매(3)는 아직 활성화 온도에 이르지 못하여 탄화수소를 정화하지 못하고 대기중으로 배출하게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 근본적으로 해결하기 위해서는 시동 초기부터 에미션(emission)이 적게 발생하도록 하는 것이 중요하나 이는 엔진 컨트롤 맵을 전반적으로 수정해야 하는 등 현실적으로 상당한 어려움이 있다.

따라서, 상기와 같이 탄화수소 흡착촉매(2)에 의한 흡착이 이루어지지 않는 시점부터 삼원촉매(3)의 활성화가 이루어지는 시점까지 촉매컨버터 내에 탄화수소를 머물러 둘 수 있도록 하는 것이 필요하게 되었다.

상기와 같은 이유에 의해 안출된 본 발명은, 삼원촉매의 활성화 시점 이후에 흡착되었던 탄화수소를 정화/배출할 수 있게 됨으로써 촉매컨버터의 탄화수소 정화성능을 향상시킬 수 있는 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

탄화수소 흡착촉매와 삼원촉매의 사이에 설치된 아크방전기;

상기 삼원촉매가 위치된 부분의 캐니스터 외측면에 설치된 전자석;

전원의 전력을 상기 아크방전기와 전자석에 적절한 상태로 가공하여 공급하 는 아크방전기와 전자석 각각의 전력공급장치 및;

상기 전력공급장치의 작동을 제어하는 전자제어유니트를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 전자석의 자력을 이용하여 삼원촉매에 촉매 활성화 시점까지 탄화수소를 흡착해둘 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치의 구성도이다.

본 발명은, 입구(1a)와 출구(1b)가 형성된 캐니스터(1)의 내부에 전방에는 탄화수소 흡착촉매(2)가 배치되고, 이와 소정거리 이격되어 후방에 삼원촉매(3)가 배치된 구성의 촉매컨버터에 있어서, 상기 탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3) 사이에 아크방전기(4)가 설치되고, 상기 삼원촉매(3)가 설치된 부분의 캐니스터(1) 외주면에 전자석(5)이 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 아크방전기(4)는 상기 탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3) 사이의 캐니스터(1)를 관통하여 탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3) 사이의 공간으로 고전압의 아크(arc)를 방전한다.

상기 전자석(5)은 상기 삼원촉매(3) 설치 부분의 캐니스터(1) 외주면을 전체적으로 감싸는 형태로 설치되어 삼원촉매(3) 설치 부분에 자기장을 형성함으로써 삼원촉매(3)의 활성화 전에 유입된 탄화수소를 삼원촉매(3)의 각 채널 표면에 흡착되어 있도록 한다.

한편, 상기 아크방전기(4)와 전자석(5)에 각각의 사용상태에 맞는 적절한 상 태의 전력이 공급될 수 있도록 상기 아크방전기(4)와 전자석(5)은 각각 전용의 전력공급장치(6,7)를 갖추며, 이들 전력공급장치(6,7)들은 전자제어유니트(ECU ;8)에 의해 작동제어된다.

이제 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

엔진이 시동된 초기에는 배기가스중의 탄화수소가 상기 탄화수소 흡착촉매(2)에 원활하게 흡착된다. 그러나, 시동 후 70여초가 지나면 더 이상 흡착이 이루어지지 않고 흡착되어 있던 탄화수소의 분리도 발생하여 다량의 탄화수소가 상기 삼원촉매(3)로 유입된다.

그러나, 상기 삼원촉매(3)는 아직 활성화 온도에 이르지 못한 상태로서 탄화수소를 무해산 성분으로 변환할 수 없다.

이때 전자제어유니트(8)에 의해 전력공급장치(6,7)들이 모두 작동되어 상기 아크방전기(4)와 전자석(5)에 모두 작동 전력이 공급된다.

상기 아크방전기(4)는 고전압의 아크를 탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3) 사이의 공간으로 방전하게 되는데, 이 방전된 아크에 의하여 이 공간을 지나는 탄화수소가 이온화된다.

이는 분자상태의 탄화수소가 전기적으로 중성이어서 상기 전자석(5)에 의해 형성되는 자기장에 반응하지 않기 때문이며, 상기와 같이 아크 방전을 통해 이온화된 탄화수소는 자기장에 반응하여 캐니스터(1)의 외측으로 향하는 힘을 받게 되므로 삼원촉매(3)의 채널을 지나는 중 채널 표면에 흡착되어 있게 된다.

상기와 같은 방식으로 정화되지 않은 탄화수소의 배출이 방지된다.

한편, 시간이 경과하여 삼원촉매(3)가 활성화되면(엔진 운전상태에 따른 통상적인 삼원촉매(3)의 활성화 시간이 상기 전자제어유니트(8)에 입력된 엔진 컨트롤 맵에 포함되어 있을 수도 있고, 또한 상기 삼원촉매(3)의 온도를 센서를 통하여 직접 측정함으로써 활성화 시점을 알 수도 있다.) 전자제어유니트(8)는 상기 전력공급장치(6,7)들의 작동을 중지시킨다.

이에 상기 전자석(5)에 의한 자기장이 소멸되므로 삼원촉매(3)의 채널 표면에 흡착되어 있던 탄화수소 이온이 분리되며 이는 다시 분자상태의 탄화수소 가스로 전환되어 활성화된 삼원촉매(3)의 작용에 의해 무해한 성분으로 변환/배출된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 탄화수소 흡착촉매에서 분리되는 탄화수소를 정화하여 삼원촉매에서 재흡착하여 촉매 활성화 후 정화/배출할 수 있게 된다.

또한, 장치를 시동과 동시에 가동시킬 경우, 초기 냉시동시 발생하는 탄화수소도 상기와 같이 흡착하여 정화 후 배출하는 것이 가능하다.

상기와 같이 탄화수소의 흡착성능 향상, 이에 따른 정화성능의 향상에 의하여 종래 탄화수소 흡착을 위해 담체에 사용되던 제올라이트 및 귀금속 촉매 물질의 사용량을 절감할 수 있게 됨으로써 원가가 감소하게 되는 효과가 있다.

Claims

탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3)의 사이에 설치된 아크방전기(4);

상기 삼원촉매(3)가 위치된 부분의 캐니스터(1) 외측면에 설치된 전자석(5);

전원의 전력을 상기 아크방전기(4)와 전자석(5)에 적절한 상태로 가공하여 공급하는 아크방전기(4)와 전자석(5) 각각의 전력공급장치(6,7) 및;

상기 전력공급장치(6,7)의 작동을 제어하는 전자제어유니트(8)를 포함하여 구성되는 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 아크방전기(4)는 상기 탄화수소 흡착촉매(2)와 삼원촉매(3) 사이의 캐니스터(1)를 관통하여 설치된 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전자석(5)은 상기 삼원촉매(3) 설치 부분의 캐니스터(1) 외주면을 전체적으로 감싸는 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전자제어유니트(8)는 상기 삼원촉매(3)의 활성화 시점 이후에 상기 전력공급장치(6,7)들의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 탄화수소 흡착장치.