일반기술

자동차 촉매 변환기의 효율향상을 위한 CFD 해석기법

현재 전세계적으로 생산되고 있는 승용차의 80%가 배출물 저감을 위하여 촉매변환기를 장착하고 있으며 점차 강화되는 배기규제와 전세계적으로 일어나고 있는 환경보호 의지를 만족시키기 위하여 현재 대부분의 자동차회사에서 촉매변환기의 최적설계를 위하여 노력하고 있다. 국내 자동차회사들은 그동안 고출력 고안전 차량에는 많은 연구와 노력을 해왔지만 배출물 저감에 대한 연구는 많지 않았다. 그러나 최근 들어 북미 및 유럽의 배출물 규제강화에 대응하기 위하여 촉매변환기의 최적화,희박연소 엔진 개발 등 많은 연구를 시도하고 있는 실정이다. 그러나 현재 거의 모든 배출물 정화는 촉매변환기에 의하여 이루어지고 있으므로 동일 엔진의 경우 배출물 정화능력은 바로 이 촉매변환기에 좌우된다고 할 수 있다. 이러한 추세에 발맞추어 본 연구는 전산 유체역학기법(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 촉매변환기 내의 3차원 유동특성을 분석하여 변환기 입구 확대부에 의해서 형성되는 유동현상을 예측하여 담체 내의 가스 유동분포와 균일도를 계산함으로써 저온활성화("light-off")시 문제가 되고 있는 국부적인 속도집중 현상을 방지함으로써 촉매변환기의 정화능력을 향상 시키고 국부적으로 발생하는 열응력을 완화시켜 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 입구배기관의 형상에 따른 촉매변환기 내의 유동특성을 분석하여 배기관의 곡률 및 이음부의 비효율적 설계에 의한 유속의 편중현상이나 간섭 등이 담체 내를 흐르는 가스의 유속분포에 미치는 영향을 예측하여 촉매변환기를 포함한 배기계의 초기설계 시 많은 기초자료를 제공 할 수 있다.