• 대한기계학회논문집A
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• 제38권6호
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• pp.669-676
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• 2014

국내 승용차용 삼원촉매담체의 경우 배기가스 변환 효율이나 압력 강하 등은 엔진 효율 측면에서 만족되고 있지만 열적 내구성은 요구 내구 수명을 만족시키지 못하여 차량정비현장에서 상당한 파손사고가 발견되고 있다. 본 논문에서는 이러한 현상의 원인을 밝히기 위하여 국내 승용차용 삼원촉매담체에서 발생되는 열응력을 온도측정자료와 단순한 열응력 모델을 이용하여 구하였으며 열피로 성능은 확정론적 강도가 아닌 확률과 크기 및 피로 인자를 고려한 확률론적 설계 강도로 평가함으로서 확정론적 설계 강도에 의한 열피로 성능 평가 방법을 극복하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제27권9호
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• pp.58-66
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• 2010

This study examines thermal safety on three-way catalyst that dominates 70 % among whole exhaust gas purification device in 2003. Three-way catalyst durability in the Korea requires 5 years/80,000 km in 1988 but require 10 years/120,000 km after 2002. Three-way catalyst durability in the USA requires 7 years/120,000 km but require 10 years/160,000 km after 2004. Three-way catalyst maintains high temperature in interior domain but maintains low temperature on outside surface. Therefore this device shows tensile stress on outside surface. Temperature distribution of three-way catalyst was acquired by thermal flow analysis for predicted thermal flow parameter. Thermal stress analysis for three-way catalysis was performed based on this temperature distribution. Thermal safety of three-way catalyst was estimated by power law dynamic fatigue life estimation and strength reduction methods for thermal stress.

• 한국정밀공학회지
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• 제27권7호
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• pp.101-108
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• 2010

Domestic three-way catalyst satisfies exhaust gas conversion efficiency or pressure drop etc. but doesn't satisfy thermal durability. Thermal stress analysis for three-way catalyst was performed based on experimental temperature distribution. Thermal safety of three-way catalyst was estimated by safety factor. Aspect ratio variable had the most significant effect on thermal stress. Thickness variable had the least significant effect on thermal stress. Optimal conditions for premature failure prevention of three-way catalyst were as follows : (1) aspect ratio of three-way catalyst : 0.6:1 (2) 2.84mm thick (3) silicon nitride. The safety of Taguchi-optimized three-way catalyst were 4.7 times higher than that of existent three-way catalyst.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권12호
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• pp.6106-6113
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• 2013

가솔린 엔진 차량용 삼원촉매담체는 주로 코제라이트 세라믹으로 제작되는 다공성 부품으로 엔진의 혼합기가 농후한 경우 삼원촉매의 열적 내구성이 급격히 떨어져 설계 내구 수명을 제대로 만족시키지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 SiC 세라믹 촉매 담체의 내구성 평가에 사용할 기계적 물성치를 유한요소해석으로 구하기 위하여 등가물성평가방법을 이용하여 SiC 세라믹 하니컴 담체의 기계적 물성치를 유한요소해석용 시험편으로 구하였다. MOR과 탄성계수는 코제라이트 세라믹 하니컴 담체에 비하여 SiC 세라믹 하니컴 담체가 최소 2배와 9.3배 정도 크게 평가되고 있어 SiC 세라믹 하니컴 담체는 코제라이트 세라믹 하니컴 담체에 비하여 높은 구조 강도를 가지고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권5호
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• pp.3035-3043
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• 2015

본 논문은 국내 승용차에 장착된 삼원촉매담체의 열적 구조 안전성을 평가한 것이다. 삼원촉매담체에 대한 열 유동 경계조건을 D-optimal 실험계획법로 결정한 뒤 이 값을 ANSYS CFX V11에 적용하여 촉매 온도 분포를 구하였다. 이러한 온도 분포를 ANSYS V11로 전달한 뒤 구조적 구속조건을 부여하여 담체의 열응력을 계산하였다. 이러한 열응력을 이용하여 삼원촉매담체의 재료강도분포와 실동하중조건하에서의 응력분포를 이용하여 해당 부품의 안전계수를 구하여 삼원촉매담체의 구조 안전성을 평가하였다. 본 연구에서 고려하는 삼원촉매담체는 구조적 안전계수가 0.275로, 발생 열응력이 설계 강도를 초과하고 있다. 따라서 삼원촉매담체는 설계 내구 수명 120,000km를 만족시키지 못하므로 본 부품에 대한 재설계가 요구된다.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제5권3호
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• pp.134-142
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• 2012

The competition to deliver ultra-low emitting vehicles at a reasonable cost is driving the automotive industry to invest significant manpower and test laboratory resources in the design optimization of increasingly complex exhaust after-treatment systems. Optimization can no longer be based on traditional approaches, which are intensive in hardware use and laboratory testing. The CFD is in high demand for the analysis and design in order to reduce developing cost and time consuming in experiments. This paper describes the development of a comprehensive practical model based on experiments for simulating the performance of automotive three-way catalytic converters, which are employed to reduce engine exhaust emissions. An experiment is conducted to measure species concentrations before and after catalytic converter for different loads on engine. The model simulates the emission system behavior by using an exhaust system heat conservation and catalyst chemical kinetic sub-model. CFD simulation is used to study the performance of automotive catalytic converter. The substrate is modeled as a porous media in FLUENT and the standard k-e model is used for turbulence. The flow pattern is changed from axial to radial by changing the substrate model inside the catalytic converter and the flow distribution and the conversion efficiency of CO, HC and NOx are achieved first, and the predictions are in good agreement with the experimental measurements. It is found that the conversion from axial to radial flow makes the catalytic converter more efficient. These studies help to understand better the performance of the catalytic converter in order to optimize the converter design.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.48-54
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• 2002

Since photocatalysts are activated by lights of UV wavelengths, plasma is alternatively used as a light source for a photocatalytic reactor. Light intensity generated by plasma is proportional to the surface area of catalytic material, and this, in many practical applications, is prescribed by the geometry of a plasma generator. Thus, it is crucial to increase the surface area far sufficient light intensity for photocatalytic reaction. For example, in a pack-bed type reactor, multitudes of beads are used as a substrate in order to increase the surface area. Honeycomb monolith type substrate, which has very good surface area to volume ratio, has been difficult to apply plasma as a light source due to the fact that light penetration depth through the honeycomb monolith was too short to cover sufficient area, thus resulting in poor intensity for photocatalytic reaction. In this study, nonthermal plasma generation through a photocatalytic reactor of honeycomb monolith substrate is investigated to lengthen this short penetration depth. The ceramic honeycomb monolith substrate used in this study has the same length as a three way catalyst used fur automotive applications, and it is shown that sufficient light intensity for photocatalytic reaction can also be obtained with honeycomb monolith type reactor.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권2호
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• pp.129-138
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• 2010

공업용 세라믹은 자체의 특이한 물리적 특성으로 인하여 극한의 열 및 화학적 환경에서도 적용할 수 있는 우수한 고온 재료이다. 세라믹은 고온에서 저온으로 빠르게 이동되면 열충격을 받는다. 본 연구에서는 열충격에 대한 매개변수로 임계온도차이를 제안한다. 세라믹 부품에 대한 임계온도차이는 부품 크기와 대류열전달계수 등에 의해 영향을 받는다. 부품의 열충격 특성은 비정상 열응력에 의해 평가된다. 비정상 열응력이 파단계수를 초과한다면 열충격 균열이 표면에서 시작된다고 가정할 수 있다. 물에 대한 임계온도차이는 공기에 대한 임계온도차이보다 적다. 본 연구에서 사용된 국내 승용차용 삼원 촉매 담체는 반경 및 축방향 온도차이가 임계온도차이 아래에 존재하므로 충분한 열충격 성능을 가지고 있었다.