KR20170014695A - 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법은 촉매 담채의 외부 치수를 측정하는 치수 측정 단계; 상기 촉매 담채를 감싸게 되는 매트의 중량을 측정하는 단계; 상기 촉매 담채의 외주면 상에 상기 매트를 랩핑하는 랩핑 단계; 상기 매트가 랩핑된 촉매 담채를 중공의 하우징 내에 삽입하는 스터핑 단계; 상기 촉매 담채가 수용된 하우징을 사이징 툴을 통해 축관 공정을 실시하는 단계; 및 상기 스터핑 단계 이후, 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법{Method for manufacturing catalytic converter for exhaust gas purification}

본 발명은 촉매 컨버터의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 외경이 측정된 촉매 담채 및 무게가 측정된 매트가 결합된 상태로 캔 파이프 내부에 스터핑 과정을 통하여 압입한 상태에서 최종적으로 사이징 툴(Sizing tool) 내부에 캔 파이프를 삽입하여 축관 작업을 실시하게 하는 촉매 컨버터의 제조 기술에 관한 것이다.

일반적으로 내연 기관의 배기 시스템에 사용되는 배기가스 정화용 촉매 컨버터는 백금 등과 같은 촉매가 설비된 촉매 캐리어, 촉매 캐리어의 외주면을 덮는 단열 시일층, 이들 캐리어와 시일층의 조립체를 그 내부에 수용하는 금속 쉘을 포함한다.

상기와 같은 촉매 컨버터에서의 촉매 캐리어로서는, 단면이 벌집형이고 코디어라이트 등으로 제조된 일체형 캐리어를 사용한다. 단열 시일층으로서는, 주로 무기 섬유 시트를 이용한다. 상기 시트는 촉매 캐리어를 적정한 온도로 유지하여 촉매 활동을 효율적으로 발휘시킴과 동시에, 차량 등의 주행 중에 외측 금속 쉘과의 접촉에 의한 촉매 캐리어의 손상을 방지하거나, 또는 상기 금속 쉘과 촉매 캐리어 사이의 공간으로부터 배기가스가 누출되는 것을 방지하기 위해서 이용된다.

촉매 컨버터를 제조하는 방법으로서는, 무기 섬유 시트로 이루어지는 단열 시일층을 우선 촉매 캐리어 둘레에 감고나서 이를 미리 이분할된 쉘의 두 부분 사이에 끼워서 금속 쉘 내로 조립하는, 이른바 크램-쉘(cram-shell) 방식이 있다.

최근에는, 작업성 향상 등의 관점에서 이분할된 금속 쉘 대신에 원통형 금속 쉘을 사용하며, 단열 시일층으로 덮여진 촉매 캐리어를 원통형 금속 쉘 내로 직접 삽입하는 방법이 제안되고 있다. 즉, 단열 시일층으로 덮인 촉매 캐리어를 원통형 금속 쉘 내로 직접 삽입할 때, 단열 시일층을 통하여 촉매 캐리어를 금속 쉘의 내부에 단단히 고정시키기 위하여 단열 시일층으로서 무기 섬유 시트가 덮인 촉매 캐리어를 밀폐된 필름 백 속에 넣고, 백의 내부를 감압시켜 무기 섬유 시트의 두께를 감소시킴으로써 촉매 캐리어를 금속 쉘에 용이하게 조립하는 방법일 수 있다.

배기가스를 정화하는 촉매 컨버터를 제시하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-1198284호(2012.11.07)를 참조할 수 있다. 상기 발명은 촉매 담채의 외부치 수를 측정한 후에 그 측정된 촉매 담채의 외부치수에 대응하여 하우징을 축경 또는 조관 공정을 통해 미리 성형함으로써 촉매 담채의 손상가능성을 줄이면서 촉매 담채와 매트의 GBD 값을 균일하게 유지하는 과정을 통해서, 종래의 스터핑 공법에서 문제된 바 있는 매트 면압의 불균일성 및 매트 밀도의 편차 발생을 해소하는 제조 기술을 개시하지만, 촉매 담채와 매트를 수용하는 하우징에 대한 조관 작업을 별도로 진행한 후 스터핑을 실시하는 과정에 있어서 발생하는 압력 불균일은 피하기 힘들다는 점 및 이로 인한 배기 시스템의 효율 저하가 예상된다는 한계가 있다.

(특허문헌 1) KR10-1198284 B

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 외경이 측정된 촉매 담채 상에 무게가 측정된 매트를 결합한 상태 하에서 캔 파이프 내부에 스터핑하는 과정에서 AGC 측정 데이터를 수집한 이후에 최종적으로 사이징 툴(Sizing tool) 내부에 캔 파이프를 삽입하여 축관 작업을 실시하는 과정에서 상기 측정된 AGC 데이터를 참조하여 정밀한 축관 작업을 실시하는 동시에 최소한의 툴 접속을 통하여 생산되는 촉매 컨버터 제품의 스프링 백 및 설비 부하를 감소하게 하는 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법은 촉매 담채의 외부 치수를 측정하는 치수 측정 단계; 상기 촉매 담채를 감싸게 되는 매트의 중량을 측정하는 단계; 상기 촉매 담채의 외주면 상에 상기 매트를 랩핑하는 랩핑 단계; 상기 매트가 랩핑된 촉매 담채를 중공의 하우징 내에 삽입하는 스터핑 단계; 상기 촉매 담채가 수용된 하우징을 사이징 툴을 통해 축관 공정을 실시하는 단계; 및 상기 스터핑 단계 이후, 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법은, 상기 스터핑 단계 전에, AGC(Adaptive Gap Control) 시스템을 통해 기준 축관값을 산출하는 단계;를 더 포함한다.

상기 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계는, 상기 촉매 담채와 상기 하우징 사이의 갭을 측정하여 GBD(촉매 담채와 매트의 갭 체적밀도; Gap Bulk Density) 값을 계산하는 단계를 포함한다.

상기 축관 공정 실시 단계는, 상기 촉매 담채가 수용된 하우징을 원주 방향을 따라 복수의 롤러가 형성된 사이징 툴을 통해 축경한다.

상기 방법은, 상기 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계 이후에, 상기 촉매 담채와 상기 하우징 사이에 담채 고정용 링을 사용하여 용접 결합을 실시하는 단계;를 더 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법은 외경이 측정된 촉매 담채 및 무게가 측정된 매트가 결합된 상태로 캔 파이프 내부에 스터핑하는 과정에서 AGC 측정 데이터를 수집한 이후에 최종적으로 사이징 툴(Sizing tool) 내부에 캔 파이프를 삽입하여 축관 작업을 실시하는 과정에서 상기 측정된 AGC 데이터를 참조하여 정밀한 축관 작업을 실시하는 동시에 최소한의 툴 접속을 통하여 생산되는 촉매 컨버터 제품의 스프링 백 및 설비 부하를 감소하게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법을 보이는 공정도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 촉매 담채의 외경, 반경 등과 같은 외부 치수를 측정한다(S10).

이때, 레이저 측정 장치 또는 접촉식 센서 등을 통해 촉매 담채의 외경 또는 반경 등을 정밀하게 측정할 수 있고, 촉매 담채의 서로 다른 복수 지점에서 그 외 부치수를 측정한 후에 그 평균값을 촉매 담채의 외부치수로 결정할 수 있다.

예컨대, 촉매 담채의 외경 또는 반경 측정시 그 측정의 정밀도를 높이기 위 해서 촉매 담채의 외주면 상에서 길이 방향을 따라 3개 지점 이상에서 그 외경을 개별적으로 측정한 후에 그 평균값을 촉매 담채의 외부치수로 결정할 수 있다.

촉매 담채의 외부 치수 측정을 실시한 이후에는 상기 촉매 담채를 감싸게 되는 매트의 중량을 측정한다(S20).

촉매 담채의 외주면 상에 매트를 랩핑하게 되는데(S30), 이러한 매트의 랩 핑시에는 접착테이프 또는 접착제 등을 이용하여 촉매 담채의 외주면에 매트의 내 주면이 견고하게 부착되도록 할 수 있다.

매트 랩핑 공정은 매트의 이음매를 항시 정위치한 상태에서 fool/proof를 적용하고, 촉매의 반대편을 조립한다. fool/proof는 재료, 기계, 장치 및 치공구 등을 공정설계의 연구를 통해 전공정의 양/불량 체크가 자동으로 되게 하고, 불량재발 방지장치를 공정 내에 부착하여 즉시 불량을 발견하게 하는 시스템을 말한다. 상기 fool/proof를 매트 랩핑시에 적용하여 작업시에 발생할 수 있는 실수를 범하지 않도록 주의력으로부터 해방시켜 주고 작업 과정에서 매번 신경을 쓰지 않아도 불합리를 발견/파악할 수 있게 한다.

다음으로는 후술하는 스터핑 단계 전에, AGC(Adaptive Gap Control) 시스템을 통해 기준 축관값을 산출하는 작업이 이루어진다. 상기 AGC 시스템은 GBD를 정의하는 압력 기반 시스템으로서 각각의 조각을 통하여 래핑된 어셈블리를 측정하고 최적화된 압력값을 통해 기준 축관값을 산출한다. 이를 통해 높은 신뢰성을 확보하게 된다.

매트 랩핑 공정 이후에는 하우징 내에 매트로 감싸진 촉매 담채를 스터핑한다(S40)

상기와 같이 매트가 랩핑된 촉매 담채를 하우징 내로 삽입한다. 이 때, 매 트가 랩핑된 촉매 담채는, 가압부재 및 스터핑 깔대기를 통해 하우징 내로 삽입됨 으로써 그 스터핑이 이루어진다.

일예를 들어, 스터핑 유닛은 경사 삽입부를 가지고, 이 경사 삽입부는 그 상단이 하단보다 큰 직경을 가지며, 경사 삽입부의 하단 내경은 하우징의 내경과 동일하게 형성된다.

가압부재는 매트 및 촉매 담채를 스터핑 깔대기의 경사 삽입부 측으로 가압함으로써 매트가 랩핑된 촉매 담채는 하우징 내에 간편하게 삽입되고, 이러한 삽입 도중에 매트는 촉매 담채와 하우징 사이에서 균일한 밀도를 가지도록 압축된다.

그런 다음, 상기 촉매 담채가 수용된 하우징을 원주 방향을 따라 복수의 롤러가 형성된 로터리 사이징 툴을 통해 축경 공정을 진행한다(S50).

상기 공정은 촉매 담채보다 큰 외경을 가진 하우징 소재를 미리 준비하고, 이 하우징 소재를 복수의 롤러를 갖는 사이징 툴을 통해 축경함으로써 하우징을 성형할 수 있다.

여기에서, 상기 사이징 툴은 소정 두께를 갖는 도넛 형태의 본체 내부면 상에 복수의 롤러가 방사상으로 일정 간격을 따라 배치된 형태를 보일 수 있다. 상기 상태에서 사이징 툴 내부를 통해 하우징이 공급되는 경우에 복수의 롤러들은 상기 하우징의 외면을 그 길이 방향을 따라 구름 동작을 실시한다.

이와 같이, 사이징 가공을 통해 하우징을 성형하는 도중에 하우징의 양단부는 그 치수가 일정하게 유지될 수 있고, 이에 의해 추후에 재보정 공정이 요구되 지 않는 장점이 있다.

대안적인 하우징 성형 단계는, 평판 소재를 원통형으로 감은 후에 서로 맞닿은 단부를 용접 토치를 통해 용접함으로써 원통형 하우징을 조관할 수도 있다. 이 러한 조관 가공을 통해 하우징을 성형하는 경우 원형의 촉매 담채 뿐만 아니라 타원형의 촉매 담채도 용이하게 적용할 수 있게 된다. 즉, 이를 통해 복잡한 형상의 촉매 컨버터에도 용이하게 대응할 수 있다는 장점이 있다.

다음으로는, 축관된 하우징의 외경을 측정한다(S60).

상기 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계는, 상기 촉매 담채와 하우징 사이의 갭을 측정하여 GBD(촉매 담채와 매트의 갭 체적밀도; Gap Bulk Density) 값을 계산하게 된다. 여기에서, 촉매 담채의 결정된 외부치수 및 매트의 중량 등을 통해 GBD 값을 연산할 수 있고, 이 연산된 GBD 값을 통해 기 결정된 기준 축관값과 비교하는 작업을 수행한다.

축관된 하우징의 외경을 측정한 이후에는 촉매 담채와 하우징 사이에 담채 고정용 링을 사용하여 용접 결합을 실시한다(S70).

담채 고정용 링은 하우징에 배치된 촉매 담채의 밀림을 방지하는 기능을 수행하는 것으로서 상기 하우징의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다.

한편, 담채 고정용 링과 촉매 담채 사이에는 담채 완충용 링이 개재될 수 있다. 상기 담채 완충용 링은 쇠수세미와 같이 탄성과 신축성이 있는 형상일 수 있는데, 상기 구조를 통해서 촉매 담채의 진동과 흔들림을 잡아주는 역할을 한다.

담채 고정용 링이 담채 완충용 링 상에 위치한 상태에서, 상기 담채 고정용 링의 상단과 하우징의 내면 간을 용접 가공함으로써 고정한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법은 외경이 측정된 촉매 담채 및 무게가 측정된 매트가 결합된 상태로 캔 파이프 내부에 스터핑하는 과정에서 AGC 측정 데이터를 수집한 이후에 최종적으로 사이징 툴(Sizing tool) 내부에 캔 파이프를 삽입하여 축관 작업을 실시하게 하는데, 상기 과정에서 측정된 AGC 데이터를 참조하여 정밀한 축관 작업을 실시하는 동시에 최소한의 툴 접속을 통하여 생산되는 촉매 컨버터 제품의 스프링 백 및 설비 부하를 감소하게 한다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 촉매 담채의 외부 치수를 측정하는 치수 측정 단계;
   상기 촉매 담채를 감싸게 되는 매트의 중량을 측정하는 단계;
   상기 촉매 담채의 외주면 상에 상기 매트를 랩핑하는 랩핑 단계;
   상기 매트가 랩핑된 촉매 담채를 중공의 하우징 내에 삽입하는 스터핑 단계;
   상기 촉매 담채가 수용된 하우징을 사이징 툴을 통해 축관 공정을 실시하는 단계; 및
   상기 스터핑 단계 이후, 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계;를 포함하는,
   배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 스터핑 단계 전에, AGC(Adaptive Gap Control) 시스템을 통해 기준 축관값을 산출하는 단계;를 더 포함하는,
   배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계는, 상기 촉매 담채와 상기 하우징 사이의 갭을 측정하여 GBD(촉매 담채와 매트의 갭 체적밀도; Gap Bulk Density) 값을 계산하는 단계를 포함하는,
   배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 축관 공정 실시 단계는,
   상기 촉매 담채가 수용된 하우징을 원주 방향을 따라 복수의 롤러가 형성된 사이징 툴을 통해 축경하는,
   배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 축관된 하우징의 외경을 측정하는 단계 이후에,
   상기 촉매 담채와 상기 하우징 사이에 담채 고정용 링을 사용하여 용접 결합을 실시하는 단계;를 더 포함하는,
   배기가스 정화용 촉매 컨버터의 제조 방법.

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