자동차상식 + 자동자학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 72강. 배출가스 제어장치 2
72강. 배출가스 제어장치 2
| ▶ 촉매 그 자체는 별로 변화하지 않고, 반응물질을 적당한 조건하에서 산화 또는 환원하는 것을 돕는 성질이 있는 물질이며, 그 종류에는 배기가스 중의 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 수증기로 만드는 산화촉매, 질소산화물을 환원하여 질소와 이산화탄소로 만드는 환원촉매, 그리 고 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물을 동시에 1개의 촉매로 처리하는 삼원촉매 등이 있다. |
라. 배기가스 재 순환장치(EGR : exhaust gas recirculation)
(1) 배기가스 재 순환장치의 작동
배기가스 재 순환장치는 질소산화물의 배출을 감소시키기 위하여 흡기 부압에 의하
여 열려 배기가스 중의 일부(혼합가스의 약 15%)를 배기다기관에서 빼내어 연소실로
다시 유입시킨다. 배기가스를 재순환시키면 새로운 혼합가스의 충전효율이 낮아진다.
그리고 다시 공급된 배기가스는 질소에 비해 열용량이 큰 이산화탄소가 많이 함유되어
있다. 즉, 다시 공급된 배기가스는 더 이상 연소작용을 할 수 없기 때문에 폭발행정에
서 연소온도가 낮아져 온도의 함수인 질소산화물의 발생량이 약 60% 정도 감소한다.
기관에서 배기가스 재 순환장치를 적용하면 질소산화물 발생률은 낮출 수 있으나 착
화성능 및 기관의 출력이 감소하며 일산화탄소 및 탄화수소 양이 증가하는 경향이 있
다. 이에 따라 배기가스 재 순환장치가 작동되는 것을 기관의 특정 운전영역(냉각수 온
도가 65 ℃ 이상이고, 중속 이상)인 질소산화물이 다량 배출되는 영역에서만 작동하도
록 한다. 또 공전 할 때, 난기운전을 할 때, 전부하 운전을 할 때, 농후한 혼합가스로 운
전되어 출력을 증대시킬 경우에는 작용하지 않도록 한다.
그리고 EGR율은 다음과 같이 산출한다.
(2) 배기가스 재 순환장치 구성부품
(가) EGR밸브
이 밸브는 스로틀밸브의 열림 정도에 따른 흡기 부압에 의하여 제어되며, 흡기 부
압은 서모밸브(thermo valve)와 진공 조절밸브에 의해 조절된다.
(나) 서모밸브(thermo valve)
EGR밸브의 진공회로 중에 있는 서모밸브의 기능은 기관 냉각수 온도에 따라 작동
하며, 일정온도(65℃ 이하)에서는 EGR밸브의 작동을 정지시킨다.
(다) 진공 조절밸브
기관 작동 상태에 따라 EGR밸브를 조절하여 배기가스의 재순환 되는 양을 조절
한다.
마.촉매 컨버터
(1) 촉매컨버터의 기능
배기다기관 뒤쪽에 설치되어 배기가스가 촉매컨버터를 통과할 때 유해 배기가스의 성
분을 낮추어 주는 장치이다.
(2) 촉매컨버터의 구조
촉매컨버터의 구조는 벌집모양의 단면을 가진 원통형 담체(honeycomb substrate)의
표면에 백금(Pt), 필라듐(Pd), 로듐(Rh)의 혼합물을 균일한 두께로 바른 것이다. 담체는
세라믹(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 산화마그네슘(MgO)을 주원료로 하여 합성한 것이며
그 단면은 cm2당 60개 이상의 미세한 구멍으로 되어 있다.
(3) 촉매컨버터의 작용
배기가스가 촉매컨버터 속을 통과할 때 담체 속의 귀금속과 산화·환원반응을 일으
켜 무해성 가스로 정화시킨다.
(4) 촉매컨버터의 정화율
촉매컨버터의 정화율은 혼합비와 촉매컨버터 입구의 배기가스 온도에 관계되는데 이
론 혼합비 부근에서 정화율이 가장 높다. 또 배기가스 온도 320℃ 이상일 때 높은 정화
율을 나타낸다. 혼합비를 이론 혼합비로 조절하기 위하여 컴퓨터가 스스로 조절할 수
있는 폐회로(closed loop)가 가장 바람직하며 이를 실현하기 위하여 배기 다기관에 산소
센서를 부착하고 있다. 그리고 촉매컨버터는 일정온도에 도달하여야 제 기능을 발휘하
므로 기관이 난기운전되기 전에는 유해 배기가스를 그대로 배출시킨다.
(5) 촉매컨버터가 부착된 자동차의 주의 사항
① 반드시 무연 가솔린을 사용할 것
② 기관의 파워 밸런스(power balance)시험은 실린더 당 10초 이내로 할 것
③ 자동차를 밀거나 끌어서 기동하지 말 것
④ 잔디, 낙엽, 카페트 등 가연 물질 위에 주차시키지 말 것
(6) 2차 공기 공급장치
2차 공기 공급장치는 촉매컨버터의 정화율을 높이기 위하여 촉매컨버터 앞쪽에 공
기를 공급해주는 장치이다. 리드밸브(reed valve), 진공스위치 밸브(vacuum switch
valve), 서모밸브 등으로 구성되어 있다.