촉매 활성화 온도

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  활성화 온도는 촉매에서 유해 배출가스 성분인 HC와 CO의 전환효율이 50%에 도달하게 하는 온도를 의미한다. 촉매 개발 시 이 온도를 낮추는 것도 중요하고, 차량은 시동 후 촉매의 온도를 활성화 온도로 빠르게 올리는 것이 중요하다.

 가솔린에 적용되는 3원촉매의 경우 세라믹 일체형 촉매기는 약 250℃ 이상 가열되어야 촉매 작용을 시작하고, 300℃이상 되어야 전환 효율이 50% 이상이 된다.

 디젤엔진에 적용되는 산화촉매기(DOC)의 경우 촉매기 온도가 170~200℃에 도달하면 촉매 작용을 시작하고, 촉매기 온도가 250℃에 도달하면 효율은 약 90%까지 올라가게된다.

 

활성화 온도에 도달하는 시간 단축 방안은 아래와 같다.

 

1) 엔진 시동 후 엔진 RPM 증가

- 냉간 시동 시 초기 설정 rpm을 1000 이상으로 올려놓는다. 일반적으로 워밍업이 충분히 되었을 때 설정 rpm은 700 내외가 보통이지만 이것보다 300rpm 정도 설정값을 높여주면 초기에 엔진이 그만큼 많이 돌아가게 되고, 그만큼 더 많은 연소된 배기 가스가 촉매를 통과하게 된다. 결국에는 상당히 뜨거운 배기가스가 빠른 시간 안에 촉매 온도를 올려주는 물리적인 현상이 진행된다.

 

이렇게 설정 rpm이 높은 상태로 주위 기온에 따라 수 초에서 수 분까지 rpm이 떠있는 현상이 발생하고, ECU가 촉맨의 온도를 모니터링해서 충분히 활성화 온도에 도달하였다고 판단하면 설정 rpm 을 서서히 떨어뜨려 워밍업 수준의 설정 rpm으로 제어하게 된다.

 

2) 점화시기 지각(Retard)

- 점화 타이밍을 늦추는 방법이다. 실린더 내로 유입되는 공기량과 연료량이 결정이 되면 그에 적절한 점화시기를 제어해주게 된다. 점화시기를 앞으로 진각시키면 토크가 점차 늘어나지만 너무 진각시키면 노킹이 발생하게 되어 엔진에 부담을 준다. 반대로 지각시키면 토크는 점점 줄어들고 실리너 내 연소가 원활이 이뤄지지지 못해 실화(misfire)가 발생하게 된다. 점화시기를 지각시킬 수록 연소 과정이 늦어지면서 배기 밸브가 열리는 시점과 가까워져 배기 가스 온도가 올라가는 현상이 발생한다. 연소 직후 가장 뜨거운 상태의 혼합기가 배기 밸브를 통해 빠져나가면서 촉매의 온도를 더 빠르게 높여준다.

 

3) 2차 공기 공급 제어(Secondary Air Injection)

- 흡기에서 유입된 공기 일부를 배기 쪽 포트에 유입을 시켜준다. 첫 시동 이후 농후한 연료로 인하여 발생된 HC, CO에 2차 공기 공급 장치로 산소를 추가 공급해주면 산화작용이 일어나면서 열이 발생하게 된다. 이 열로 인해 배기 가스 온도가 상승하게 되고 이는 촉매의 온도를 상승시켜 활성화 온도에 도달하는 시간을 줄여준다.

 

 

 

출처:

https://insight79.tistory.com/97

 

 

 

관련 문항: (차량기술사 2022년 126회차 4교시 2번 문제)

배출가스 정화장치용 촉매의 활성화 온도(Light-off temperature)의 정의 및 활성화 온도에 도달하는 시간을 단축시키는 방안 3가지를 설명하시오.