KR20050115420A - 차량의 촉매장치의 예열시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기 매니폴드와, 상기 배기폴드의 배기가스가 배출되는 배기라인과, 상기 배기라인을 통해 제공되는 상기 배기가스를 산화 및 환원시키는 촉매장치를 구비한 배기 시스템에서 촉매장치의 예열 시스템에 관한 것으로서, 수소를 저장하는 수소탱크와, 외부 공기를 흡입하는 펌프와, 상기 수소탱크로부터 공급된 수소와 상기 펌프로부터 공급된 산소를 연소시켜 생성된 고온 가스를 상기 배기라인에 배출하는 연소실과, 상기 연소실과 배기라인 사이에 마련된 밸브와, 온도센서를 구비하며 상기 배기라인으로부터 공급된 고온 가스에 의해 가열되는 담체와, 상기 담체의 온도가 미리 설정된 온도가 되면 상기 밸브가 오프되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 예열기간동안 수소의 유출이 방지되며 촉매의 예열속도가 빠르게 된다.

Description

차량의 촉매장치의 예열시스템{system for preheating of a catalytic apparatus in vehicle}

본 발명은 차량의 배기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기시스템을 구성하는 촉매장치의 예열시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래의 흡기 및 배기 시스템의 구성도이다. 흡기 시스템은 엔진의 실린더에 흡입하는 공기중의 먼지 등을 제거하는 에어 클리너(101)와, 흡입되는 공기량을 제어하는 스로틀 밸브와, 흡입된 공기를 각 실린더에 균등하게 하는 서지탱크(102)와, 엔진(104)의 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기 매니폴드(103) 등으로 구성된다. 그리고, 배기 시스템은 엔진(104)의 각 실린더로부터 배출되는 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드(105)와, 배기가스를 대기중으로 배출하는 배기파이프(106)와, 배기파이프(106)의 중간에 설치되어 유해한 가스를 무해한 가스로 산화 및 환원시키는 촉매장치(107)와, 배기소음을 저하시키는 소음기(108)등으로 구성되어 있다.

여기서, 촉매장치는 냉시동시 예열시간이 필요하며, 이 기간동안 발생된 배기물질은 완전하게 정화되지 않는다.

이에 대해, 예열시간을 단축시키기 위해 수소와 산소를 촉매장치의 전단에 공급하여 수소와 산소의 자발적인 촉매작용에 의한 반응열로 촉매를 가열하는 방법이 제안되어 있다.

그런데, 종래의 방법에서도 촉매에 의한 수소의 반응이 활성화되려면 이에 대한 예열시간이 필요하다. 이에 따라 예열시간동안 미연 수소가 배기관을 빠져나가므로 수소의 유출과 낭비를 가져올 수 있다. 또한, 수소가 배기라인에 공급된 후 촉매장치의 전단에서 균일하게 분포되지 못해서 촉매장치의 전단의 온도가 불균일 할 수가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 예열기간동안 수소의 유출이 방지되며 촉매의 예열속도를 빠르게 하는 촉매장치의 예열시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기 매니폴드와, 상기 배기폴드의 배기가스가 배출되는 배기라인과, 상기 배기라인을 통해 제공되는 상기 배기가스를 산화 및 환원시키는 촉매장치를 구비한 배기 시스템에서 촉매장치의 예열 시스템에 있어서, 수소를 저장하는 수소탱크와, 외부 공기를 흡입하는 펌프와, 상기 수소탱크로부터 공급된 수소와 상기 펌프로부터 공급된 산소를 연소시켜 생성된 고온 가스를 상기 배기라인에 배출하는 연소실과, 상기 연소실과 배기라인 사이에 마련된 밸브와, 온도센서를 구비하며 상기 배기라인으로부터 공급된 고온 가스에 의해 가열되는 담체와, 상기 담체의 온도가 미리 설정된 온도가 되면 상기 밸브가 오프되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것에 의해 달성된다.

여기서, 물탱크와, 상기 물탱크의 물을 전기분해하여 생성된 수소를 상기 수소탱크에 공급하는 전기분해기를 더 포함하여 상기 수소를 생성하는 것이 바람직하다.

상기 연소실은 상기 수소탱크의 수소와 상기 펌프의 공기를 각각 분사하는 한 쌍의 인젝터와, 상기 수소탱크와 상기 펌프로부터 각각 공급된 수소와 공기를 연소시키는 점화 플러그를 가지며; 상기 제어부는 상기 담체의 온도가 미리 설정된 온도가 되면 상기 점화플러그의 동작을 정지시킴과 동시에 상기 인젝터를 제어하여 상기 수소와 공기의 분사를 오프시켜 상기 연소실에서 수소의 생성을 중지시키는 것이 바람직하다.

상기 밸브는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것이 효과적이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 수소연소기에 의한 촉매장치의 예열 시스템의 구조도이다. 예열 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 물탱크(1)와, 물탱크(1)의 물을 전기분해하는 전기분해기(2)와, 전기분해된 결과 생성된 수소를 저장하는 수소탱크(3)와, 수소탱크(3)와 연결되어 수소를 연소시키는 연소실(10)과, 외부공기를 흡입하여 연소실(10)로 공급하는 펌프(4)를 구비한다. 연소실(10)은 배기 매니폴드(5)로부터 배출된 배기가스가 통과하는 배기라인(6)에 연결되고, 연소실(10)과 배기라인(6)의 연결부에는 밸브(13)가 마련되며, 배기라인(6)은 촉매장치(7)의 담체(8)에 연결된다.

연소실(10)에는 수소탱크(3)로부터의 수소와 펌프(4)로부터의 공기를 각각 분사하는 한 쌍의 인젝터(11)와, 전기에너지를 생성하는 점화플러그(12)가 마련된다. 그리고, 연소실(10)에 드레인 파이프(미도시)가 연결되어 수소와 공기에 포함된 산소의 반응에 의해 발생하는 물을 제거한다. 연소실(10)의 벽은 고온에 견딜 수 있는 세라믹 재질로 제작한 후 캔닝을 한다.

담체(8)의 외주판면에는 온도센서(9)가 부착되어 담체의 온도를 감지하여 제어부에 제공한다.

제어부는 차량의 전반적인 전자제어기능을 하는 ECU(Electronic Control Unit:20)이다. ECU(20)는 연소실(10)의 인젝터(11)를 제어하여, 이론당량비(stoichiometric condition)에 해당하는 양의 수소와 공기가 연소실(10)로 공급되도록 제어하며, 동시에 점화플러그(12)에 전기신호를 인가하여 점화시킨다. 그리고, 연소실(10)에서 발생된 고온가스가 배기라인(6)에 공급되도록 연소실(10)과 배기라인(6)사이에 마련된 밸브(13)의 온오프를 제어한다. 여기서, 밸브(13)는 솔레노이드 밸브인 것이 바람직하다.

또한, ECU(20)는 담체(8)에 부착된 온도센서(9)에서 감지된 온도가 설정 온도(약 300도)에 도달하면 인젝터(10)를 제어하여 수소와 공기가 연소실(10)로 공급되지 않도록 하고, 인젝터(10)와 배기라인(6) 사이에 마련된 밸브(13)를 오프시킨다.

도 2의 수소연소기에 의한 촉매장치의 예열 시스템의 동작 과정은 다음과 같다. 냉시동과 동시에 ECU(20)는 인젝터(11)를 제어하여 수소와 공기를 이론당량비(stoichiometric condition)로 설정된 유량을 일정한 시간간격으로 연소실(10)에 공급한다. 이와 동시에 ECU(20)는 점화플러그(12)에 점화신호를 인가한다.

점화플러그(12)의 점화에 의해 생성된 전기에너지에 의해 화염이 발생하고, 연소실(10) 내의 수소가 연소되어 고온가스가 발생한다. 이때 ECU(20)는 연소실(10)과 배기라인(6) 사이에 마련된 밸브(13)를 개방하여 발생된 고온가스를 배기라인(6)에 공급한다. 그러면, 배기라인(6)에 공급된 고온가스가 촉매장치(7)를 통과하면서 담체(8)를 가열한다.

ECU(20)는 담체(8)의 입구측 온도가 설정 온도(약 300도)에 도달하면 인젝터(11)를 제어하여 수소와 공기의 공급을 중단하고 밸브(13)를 동작시켜 연소실(10)을 폐쇄한다.

이러한 구성에 따라서, 이론당량비(stoichiometric condition)로 공급된 수소를 연소실에서 완전히 연소시키므로 예열기간동안 미연수소가 발생하지 않는다. 따라서, 수소의 유출과 이로 인한 낭비가 없다. 그리고, 수소 연소로 발생된 고온의 팽창하는 가스가 촉매표면과 빠르게 접촉하므로 촉매의 예열속도가 종래의 수소와 산소의 자발적인 촉매작용에 의한 가열의 경우보다 빠르다.

또한, 수소 연소로 발생된 고온의 팽창하는 가스가 촉매 전단에 넓게 분포하므로 촉매 전단의 고른 가열이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 예열기간동안 수소의 유출이 방지되며 촉매의 예열속도가 빨라진다.

도 1은 종래의 배기 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 수소연소기에 의한 촉매기의 예열 시스템의 구조도,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 물탱크 2 : 전기분해기

3 : 수소탱크 4 : 펌프

5 : 배기매니폴드 6 : 배기라인

7 : 촉매장치 8 : 담체

9 : 온도센서 10 : 연소실

11 : 인젝터 12 : 점화플러그

20 : ECU

Claims (4)

1. 배기 매니폴드와, 상기 배기폴드의 배기가스가 배출되는 배기라인과, 상기 배기라인을 통해 제공되는 상기 배기가스를 산화 및 환원시키는 촉매장치를 구비한 배기 시스템에서 촉매장치의 예열 시스템에 있어서,

   수소를 저장하는 수소탱크와,

   외부 공기를 흡입하는 펌프와,

   상기 수소탱크로부터 공급된 수소와 상기 펌프로부터 공급된 산소를 연소시켜 생성된 고온 가스를 상기 배기라인에 배출하는 연소실과,

   상기 연소실과 배기라인 사이에 마련된 밸브와,

   온도센서를 구비하며 상기 배기라인으로부터 공급된 고온 가스에 의해 가열되는 담체와,

   상기 담체의 온도가 미리 설정된 온도가 되면 상기 밸브가 오프되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매장치의 예열 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   물탱크와,

   상기 물탱크의 물을 전기분해하여 생성된 수소를 상기 수소탱크에 공급하는 전기분해기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매장치의 예열 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 연소실은 상기 수소탱크의 수소와 상기 펌프의 공기를 각각 분사하는 한 쌍의 인젝터와, 상기 수소탱크와 상기 펌프로부터 각각 공급된 수소와 공기를 연소시키는 점화 플러그를 가지며;

   상기 제어부는 상기 담체의 온도가 미리 설정된 온도가 되면 상기 점화플러그의 동작을 정지시킴과 동시에 상기 인젝터를 제어하여 상기 수소와 공기의 분사를 오프시키는 것을 특징으로 하는 배기 시스템의 촉매장치의 예열 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 밸브는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템의 촉매장치의 예열 시스템.