배기가스 삼원 촉매 변환기 정화 효율 진단 방법

 오늘날 자동차에 있어서 가장 중요한 것이 배기가스다. 여러 자동차 제조사들이 배기가스를 저감 하기 위한 노력을 하고 있는데 사실 이제 와서 이런 노력을 하는 것이 아니라 오래전부터 관련 기술들을 자동차에 적용해 왔는데 그중에 하나가 삼원 촉매 변환기이다. 삼원 촉매 장치가 올바르게 동작하는지 알아보기 위해서는 정화효율을 진단해야 하는데 이번 글에서는 배기가스 삼원 촉매 변환기의 정화 효율을 진단하는 방법에 대해 알아보자. 정화 효율 진단은 자동차 배출가스를 측정해 모든 배출가스의 배출량이 많고 변화의 폭이 크다면 삼원 촉매 변환기의 정화 효율을 진단한다.

 진단하는 방법은 엔진을 시동해 정상 온도로 온도를 올린 후 엔진을 정지하고 30여분간 정지 및 대기시켜 엔진 냉각수와 촉매 변환기를 냉각시킨 후 재시동해 가능한 한 짧은 시간 내에 개방 제어회로에서 폐쇄 제어회로로 변환할 수 있는 운전조건을 만든다. 이후 엔진을 시동한 후 오픈 루프 모드 운전에서 배출가스 농도를 측정해 기록한다. 냉각수 온도가 정상 운전 온도에 도달하기 전의 오픈 루프 모드 운전상태에서 연소실 혼합비는 농후한 조건이기 때문에 배출가스가 높게 배출된다. 그러나 엔진이 정상 온도로 가열되고 산소 센서의 출력이 정상적으로 변화되면 연로 분사가 클로즈 루프 모드 운전으로 전환된다. 클로즈드 루프 모드 운전에서 가속 페달을 밟아 엔진 회전수를 2000 rpm으로 증가시켜 배출 가스 농도를 측정한다. 오픈 루프 모드에서 배출가스 농도 수치와 클로즈드 루프 모드에서 배출가스 농도를 비교해 오픈 루프 모드 운전 때의 배출가스 농도가 높으면 삼원 촉매 변환기의 효율은 정상이다. 즉 클로즈드 루프 모드에서 배출되는 농도가 낮아야 정상인 것이다. 이것은 클로즈드 루프 모드 운전에서 엔진 회전수를 증가시키면 오픈 루프 모드 공회전 때 보다 많은 연료를 분사하지만 삼원 촉매 변환기 내부 온도가 상승하면서 삼원 촉매 변환기를 가열해 정화 효율을 높여 공회전 때 보다 낮은 농도를 배출하는 원리이다. 삼원 촉매 변환기의 외부 온도가 정상 온도 320~430도씨 보다 높은 온다로 과열되면 삼원 촉매 변환 외부 표면은 붉은색으로 변한다. 또한 손상된 촉매 잔류물질이 삼원 촉매 변환기 외부로 배출되지 않으면 주행 운전 중에 진동을 발생시키며 배기장치에서 소음이 발생된다. 삼원 촉매 변환기는 엔진의 어떤 운전 조건에도 삼원 촉매 변환기가 임계온도 이상으로 가열되지 않도록 해야 한다. 삼원 촉매 변환기가 설치된 차량은 반드시 무연 휘발유를 사용해야 한다. 유연 휘발유에 첨가하는 납 화합물은 불활성으로 그대로 배기가스와 함께 삼원 촉매 변환기로 유입되어 촉매층을 덮어 버리게 된다. 납 화합물이 촉매층을 덮게 되면 촉매 작용을 할 수 없게 된다. 고장이 나거나 운행을 할 수 없게 되어 차를 견인한 다음에는 엔진을 무부하 공회전 상태로 일정 시간 운전해 삼원 촉매 변환기 내에 들어 있는 미연소 탄화수소가 천천히 반응하면서 삼원 촉매 변환기를 빠져나가도록 해야 한다. 연료가 적은 상태에서 자동차를 운행하지 않아야 한다. 연료가 떨어지면 엔진 실화가 일어나서 삼원 촉매 장치에 과도한 부하가 걸리거나 손상을 일으킬 수 있기 때문이다. 또한 무리한 고속 주행을 삼가야 한다. 삼원 촉매 장치에 과도한 부하가 걸리기 때문에 고장이 발생될 수 있다. 공회전 역시 정상적인 공회전이라고 하더라도 장시간 공회전을 할 경우 실화가 생겨 삼원 촉매 장치가 과열되어 손상을 일으킬 수 있다. 또한 삼원 촉매 장치를 분리한 상태로 운행하지 않아야 한다. 삼원 촉매 변환기를 분리하면 배기의 흐름이 빨라져 출력이 조금 상승하기는 하나 대기 오염을 가중시키게 되므로 문제가 된다.