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삼원 촉매의 열적 내구 성능 평가
A Estimation of Thermal Fatigue Performance in Three-way Catalyst 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.1, 2013년, pp.13 - 19  

이성룡 (강원대학교 재료금속공학과) ,  조석수 (강원대학교 자동차공학과)

초록
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국내 승용차용 삼원촉매의 경우 열적 내구성을 만족시키지 못하고 조기 파손되는 사례가 증가하고 있다. 이것은 차량의 배기가스 정화장치의 신뢰성에 치명적 손상을 유발시키므로 삼원촉매의 내구성 평가 모델을 파악할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 세라믹 모노리스 담체에서 발생되는 열응력을 구한 뒤 강도저하계수모델과 파손확률을 기초로 삼원촉매의 열적 내구성을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study examines thermal safety on three-way catalyst that dominates 70% among whole exhaust gas purification device in 2003. Three-way catalyst maintains high temperature in interior domain but maintains low temperature on outside surface. Therefore this device shows tensile stress on outside su...

주제어

#Three-way Catalyst   #MOR(Modulus of Rupture)   #Probability Factor   #Size Factor   #Fatigue Factor   #Strength Reduction Factor   #Failure Probability  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 ANSYS CFX V11와 ANSYS Mechanical V11 및 조등[5,6]이 제안한 D-optimal 실험계획법에 의한 실동경계조건을 이용하여 세라믹 모노리스 담체에서 발생되는 열응력을 구한 뒤 강도저하계수모델과 파손확률을 기초로 삼원촉매의 열적 내구성을 평가하여 한국 승용차용 삼원촉매의 파손모델을 제안하였다.
  • 따라서 국내 삼원촉매의 경우 배기가스 변환 효율이나 압력 강하 등은 엔진 효율 측면에서 만족되고 있지만 열적 내구성은 만족 되지 못하고 있다. 본 연구에서는 2003년 현재 전체 차량 중 차지하는 비율이 70%정도인 승용차의 배기가스 정화장치에 대한 열적 안전성에 대한 검토를 수행하기로 한다.[1]
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열응력을 평가하기 위한 열전달 방법의 단점은 무엇인가? 후자는 온도, 대류 열전달계수, 속도, 압력 등의 파라미터를 이용하여 담체의 온도 분포를 간접적으로 구하여 열응력을 구할 수 있다. 그러나 열전달 방법은 담체 형상이 원형일 경우에는 매우 효과적이나 오벌형(Oval type)인 경우 매우 비효율적이다. 또한 열유동 해석만 이용하는 방법은 담체의 연소 반응을 정확하게 구현하는 데 어려움이 있어 온도 분포의 신뢰성에 문제가 있다.
열전달 방법으로는 어떻게 열응력을 구하는가? 담체에서 발생하는 열응력을 평가하기 위한 방법으로는 열전달 방법과 열유동 방법이 있다.[2-3] 전자는 담체온도 분포를 직접 측정하여 열응력을 구한다. 후자는 온도, 대류 열전달계수, 속도, 압력 등의 파라미터를 이용하여 담체의 온도 분포를 간접적으로 구하여 열응력을 구할 수 있다.
열응력을 평가하기 위해 열유동 해석만 이용하는 방법의 단점은 무엇인가? 그러나 열전달 방법은 담체 형상이 원형일 경우에는 매우 효과적이나 오벌형(Oval type)인 경우 매우 비효율적이다. 또한 열유동 해석만 이용하는 방법은 담체의 연소 반응을 정확하게 구현하는 데 어려움이 있어 온도 분포의 신뢰성에 문제가 있다. 즉, 열유동 방법은 담체에서 발생되는 불명확한 연소 모델로 인하여 담체에서 발생되는 열량을 예측하는 데 어려움이 있어 경계조건을 정확하게 설정할 수 없다. 조등[4]은 삼원촉매변환기용 세라믹 촉매 담체의 고온 열피로의 고정도화를 위하여 열유동 해석에 필요한 실동경계조건 D-optimal 실험계획법을 이용하여 구하였다.
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참고문헌 (11)

  1. S.H. Baek, S.S. Cho, "Comparison of Experimental and Numerical Analysis for Durability Design Criteria in Ceramic Catalyst Substrate", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 27, No. 9, pp. 58-66, 2010. 

  2. S.J. Jeong, S.J. Lee, W.S. Kim, and C.B. Lee, "Numerical Study on the Effect of Changes of Geometric Shape of Diesel Particulate Filter on Light-Off Characteristics and Transient Thermal Behavior during Regeneration", Trans. of the KSME(B), Vol. 14, No. 4, pp. 68-76, 2006. 

  3. J.K. Park, and S.H. Chung, "Numerical Simulation of Self-Supporting Regeneration using Heating Wire Ignition of Diesel Particulate Trap", Trans. of the KSME(B), Vol. 7, No. 3, pp. 1-11, 1999. 

  4. B.S. Baek, S.S. Cho, H.S. Kim, "Optimization Technique for the Inverse Analysis of Service Boundary Conditions in Porous Catalyst Substrate with Fluid-Structure Interaction Problems", Trans. of the KSME(A), Vol. 35, No. 10, pp. 1161-1170, 2011. 

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  5. D.W. Lee and S.S. Cho, "Failure Load Prediction of Tunnel Support using DOE and Optimization Algorithm", KAIS, Vol. 13, No.4, pp.1480-1487, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.4.1480 

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  6. S.H. Baek, H.J. Choi, K.H. Kim, S.S. Cho, "Identification of Thermal Flow Boundary Conditions for Three-way Catalytic Converter using Optimization Techniques", KAIS, Vol. 11, No. 9, pp. 3125-3134, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2010.11.9.3125 

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  7. Hyundai Motors, 1993 Hyundai SONATA II Engine Workshop Manual, pp.14-16, Seoul, 1993. 

  8. S.B. Baek, S.S. Cho, "An Effective Approach of Equivalent Elastic Method for Three-Dimensional Finite Element Analysi of Ceramic Honeycomb Substrates," Trans. of the KSME(A), Vol. 35, No. 3, pp. 223-233, 2011. 

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  9. Gluati, S. T., William, B., Nunan, J., and Anderson, K., "Fatigue and Performance Data for Advanced Thin Wall Ceramic Catalyst", SAE Tech. paper No. 980670, 2010. 

  10. S.H. Baek, S.Y. Kim, S.S. Seung, H. Yang, W.S. Joo, and S.S. Cho, "Experimental Estimation of Thermal Durability in Ceramic Catalyst Supports for Passenger Car", KSME(A), Vol. 31, No. 12, pp. 1157-1164, 2007. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. H.J. Choi, An Estimation of Thermal Fatigue in Three-way Catalyst using Thermal Flow and Structure Analysis, pp. 49-50, A Thesis for a Masterate, Kangwon National University, South Korea, 2010. 

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