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가솔린엔진의 후처리장치(1)
가솔린엔진의 연료가 연소실에서 연소되고 나서 배기관을 통하여 배출될 때, 배출가스에는 HC,CO,그리고 NOx 등 정화되어야 할 유해성분이 포함되어 있습니다. 이들 유해성분의 정화에는 삼원촉매(Three Way Catalyst)가 사용되고 있습니다.산화작용만이 일어나는 산화촉매(Oxidation Catalyst)에 비하여, 삼원촉매에서는 산화,환원작용이 동시에 일어난다는 차이가 있습니다. 이 삼원촉매가 작용하여, HC과 CO는 산소와 결합하는 산화작용에 의해 H2O나 CO2로,그리고 NOx는 산소와의 결합이 분리되는 환원작용에 의해 N2의 형태로 정화됩니다. 엔진에서의 유해성분 생성저감과 삼원촉매를 통한 유해성분의 정화는 현재의 배출가스 정화기술의 핵심이 되고 있습니다.
삼원촉매의 배출가스에 대한 정화능력은 배출가스의 공연비에 따라 영향을 받습니다.삼원촉매가 HC,CO,NOx 모두의 정화에 있어 높은 정화효율을 보이기 위해서는 삼원촉매에 유입되는 배출가스의 공연비가 일정범위 안에 있어야 합니다. 이 일정 범위를 삼원촉매의 윈도우(Window)라고 합니다. 가솔린엔진에서는 산소센서를 통해 공연비가 14.5~14.6의 범위내에서 연소되도록 제어하고 있습니다.
또한 삼원촉매가 정화능력을 제대로 가지기 위해서는 일정 온도 이상의 상태에 있어야 합니다. 전문용어로 이 온도를 Light-Off 온도라고 하는데,이 온도는 촉매에 들어 있는 귀금속의 종류에 따라 달라지지만,보통 섭씨 250~300도 범위에 있습니다. Light-Off 온도는 유해배출가스에 대한 촉매의 정화효율이 50%가 되는 온도를 말합니다.따라서, 저온에서 시동을 걸게 될 경우,유해배출가스를 저감하려면,가능한 한 빨리 이 Light-Off온도에 도달하게 하거나,Light-Off온도에 도달하기 전까지 엔진에서 생성되는 유해성분을 줄이는 기술이 필요합니다.
아래 그림에 삼원촉매의 기본 구조를 보입니다.
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◈ 담체(Monolith) : 세라믹으로 만들어져 있는 것과 metal로 만들어져 있는 것이 있습니다.배출가스가 지나게 되는 통로를 이루고 있는 벽면에 귀금속이 분포되어 배출가스를 정화시킵니다.
◈ 매트(Mat) : 담체를 외부의 충격으로부터 보호하고, 또한 담체가 팽창,진동 등에 의해 파손되는 것을 방지하며,담체 내부의 고온이 외부로 전달되는 것을 약화시키는 보호층.
◈ 캔(Can) : 촉매의 외부를 이루는 성형물. 배출가스 유입부에서 담체의 전면에 걸친 영역의 캔 설계는 촉매의 성능에 영향을 미칩니다. | |
