KR100213741B1 - 연료 주입시의 증발가스 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 주입시 개방되는 2웨이 밸브와 확관된 연료 탱크측 제1밴트 밸브를 통해 급유시 유해한 증발가스의 배출량을 최대한 저감시킬 수 있도록 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치에 대한 것으로서, 상기한 목적을 달성시키기 위해 본 발명은,

연료 탱크(100)로부터 밴트 파이프(220)를 통해 증발가스를 유도하여 캐니스터(23)에 포집되도록 한 후 정화된 증발가스를 차량이 주행 중 엔진 구동상태에 따라 일정 조건에서 흡기계(300)로 공급되도록 하는 증발가스 제어장치에 있어서,

밴트 파이프(20)의 연료탱크(1)측 단부로 형성되고, 급유시 연료 탱크(1) 내부에서 증발되는 가스가 캐니스터(6)로 유도되도록 하는 제1밴트 밸브와(3); 밴트 파이프(2)에 상기 제1밴트 밸브(3)와 병렬로 형성되면서 연료 탱크(1) 내부로 장착되고, 상기 제1밴트 밸브(3)보다는 작은 구경으로 형성되어 연료 탱크(1)내 가스 압력이 일정 이상으로 상승되면 개방되면서 증발되는 가스가 캐니스터(6)로 유도되도록 하는 제2밴트 밸브(4)와; 상기 밴트 파이프(2)에 장착되어 증발가스의 압력을 체크하는 ΔP센서(5)와; 연료 주입구(12) 일측에서 주유 건의 삽입 여부에 따라 개폐되어 캐니스터(6)에서 정화된 가스의 배출을 단속하는 2웨이 밸브(7)로서 이루어지는 구성이 특징이다.

Description

연료 주입시의 증발가스 배출장치

본 발명은 차량에 연료를 급유시 연료 탱크내에서 다량으로 발생되는 증발가스를 효율적으로 정화시켜 배출되도록 하면서 연료 탱크내 압력 상태를 보다 정확히 모니터링 할 수 있도록 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치에 대한 것이다.

일반적으로 차량에서의 증발가스 제어란 기화성이 높은 차량 연료로부터 증발되는 가스를 직접 대기로 방출되지 않도록 하기 위한 것으로서, 만일 연료로부터 증발되는 가스를 연료 탱크내에 그대로 저장하고 있게 되면 연료 탱크내에서 증발되는 가스에 의해 탱크내 압력이 상승하게 될 뿐만 아니라 연료 탱크가 열을 받게 되면 내부 온도가 상승하면서 연료 탱크의 변형을 초래할 수도 있고 동시에 폭발 위험도 있게 된다.

따라서 예전에는 이를 방지시키기 위해 연료 탱크에 별도로 내부의 증발가스를 배출시킬 수 있도록 하는 밴트(Vent) 구조를 구비하여 연료 탱크내 증발가스가 일정압 이상으로 되면 대기로 방출될 수 있도록 하기도 하였으나 상기와 같이 증발가스를 그대로 외부로 방출시키게 되면 차량 배기가스와 함께 대단히 심각한 대기 오염을 가중시키게 된다.

한편 자동차에 의한 대기 오염이 대단히 심각해지면서 자국의 환경 보호를 위해 일례로 북미에서의 OBDⅡ와 같은 자동차 배기규제 법규가 최근 대폭 강화되고 있어 이에 대한 적극적인 대응이 필요로 되고 있다.

따라서 현재는 차량의 주행 상태에 따라서 연료 탱크내의 일부 가스를 흡기계로 유도되도록 하여 연료 탱크내의 증발가스를 제거하면서 대기 오염을 동시에 방지시킬 수 있도록 하는 도 6에서와 같은 유해 증발가스 제어 구조가 형성되도록 하고 있다.

즉 연료 탱크(100)내 압력이 일정 이상으로 되면 증발가스는 컷 밸브(210)와 밴트 파이프(220)를 거쳐 캐니스터(230, Canister)에 포집되도록 한 후 엔진 주행 상태에 따라서 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(240)를 개폐시켜 엔진이 정지 중이거나 저속에서는 계속 증발가스를 캐니스터(230)에 포집되도록 하고, 주행 차속이 일정 이상이 되면 포집된 증발가스를 흡기계(300)로 공급되도록 하여 기관에서 연소 될 수 있도록 하므로서 증발가스를 제거시키도록 하는 구조이다.

하지만 차량이 주행 중에 배출하게 되는 배기가스 외에도 차량에서는 급유시 대단히 많은 다량의 가스가 방출되면서 급유소 인근이 심한 악취로 오염이 되곤 하므로 이또한 대기 오염을 가중시키게 되는 원인이 되고 있는바 이를 방지시키기 위해 최근에는 OBDⅡ와 같은 자동차 배기규제 법규외에 별도로 ORVR(On-Board refueling Vapor Recovery) 규정과 같은 법규를 제정하여 급유시의 증발가스에 대한 규제를 대단히 강화시키고 있다.

그러나 현실적으로 OBDⅡ 규정에 대처하기 위한 증발가스 제어장치외 국내에서는 아직도 급유시의 증발가스에 대해 심각하게 고려한 적이 없고, 따라서 ORVR 법규와 같은 신설 규제에 대한 대책이 전무한 실정이므로 차량의 수출 판매를 위해 각국의 배출가스 규제에 대한 법규 만족이 대단히 시급하다.

또한 전세계적으로 환경 오염에 대한 관심과 우려가 증대되면서 이제부터는 국내에서도 보다 능동적으로 이에 대처할 수 있는 법규 제정과 함께 차량에서의 유해 가스 배출량 저감을 위한 연구와 기술 개발이 대단히 시급한 해결과제로 부착되고 있다.

한편 상기와 같은 차량으로부터의 배출가스를 근본적으로 제거시키기 위해 각 차량 제작사들은 최근 청정연료를 이용한 엔진 또는 차량 개발을 위한 연구를 대단히 활발하게 전개하고 있기는 하나 현재 사용되고 있으면서 계속 생산되는 대부분의 차량은 가솔린이나 디젤 차량이므로 당장은 ORVR 법규 만족을 위한 배기계의 개선이 가장 시급한 해결 과제이다.

이에 상기한 필요성을 감안하여 이를 만족시키기 위한 본 발명의 주된 목적은 기존 증발가스 제어구조에서 연료 탱크와 캐니스터간으로 연결되는 밴트 파이프에 연료 탱크측으로 각각 병렬로 제1,2밴트 밸브를 구비하여 주유 중에 발생되는 증발가스는 제1밴트 밸브를 통해 캐니스터로 공급시켜 정화되도록 하면서 연료 주입시 개방되는 2웨이 밸브를 통해 정화된 가스는 외부로 배출될 수 있도록 하여 보다 간단한 구성에 의해 급유시 유해한 증발가스의 배출량을 최대한 저감시킬 수 있도록 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 연료 탱크내 압력상태나 캐니스터에도 동일한 조건으로 유지되면서 정확한 증발가스 압력 체크로 인한 엔진 제어 계통에서의 모니터링과 엔진 제어가 정확하게 수행될 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

특히 본 발명은 급유소의 오염이 방지될 수 있도록 하는데 또다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성시키기 위한 수단으로서 본 발명은

연료 탱크로부터 밴트 파이프를 통해 증발가스를 유도하여 캐니스터에 포집되도록 한 후 정화된 증발가스를 차량이 주행 중 엔진 구동상태에 따라 일정 조건에서 흡기계로 공급되도록 하는 증발가스 제어장치에 있어서,

밴트 파이프의 연료 탱크측 단부로 형성되고, 급유시 연료 탱크 내부에서 증발되는 가스가 캐니스터로 유도되도록 하는 제1밴트 밸브와;

밴트 파이프에 상기 제1밴트 밸브와 병렬로 형성되면서 연료 탱크 내부로 장착되고, 상기 제1밴트 밸브보다는 작은 구경으로 형성되어 연료 탱크내 가스 압력이 일정 이상으로 상승되면 개방되면서 증발되는 가스가 캐니스터로 유도되도록 하는 제2밴트 밸브와;

상기 밴트 파이프에 장착되어 증발가스의 압력을 체크하는 ΔP센서와;

연료 주입구 일측에서 주유 건의 삽입 여부에 따라 개폐되어 캐니스터에서 정화된 가스의 배출을 단속하는 2웨이 밸브로 이루어지는 구성이 특징이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 구조도

도 2는 본 발명에 따른 제1밴트 밸브의 일실시예 구조도

도 3은 본 발명에 따른 제2밴트 밸브의 일실시예 구조도

도 4는 본 발명에 따른 2웨이 밸브의 일실시예 구조도

도 5는 본 발명에 따른 제1밴트 밸브와 제2밴트 밸브의 작동 구조도

도6는 종래의 증발가스 제어장치 구조도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료 탱크

2 : 밴트 파이프

3 : 제1밴트 밸브

4 : 제2밴트 밸브

5 : ΔP센서

7 : 2웨이 밸브

이를 첨부한 실시예 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도 1은 본 발명에 따라 실시예 구조를 도시한 것으로서, 도면 부호 1은 연료 탱크이다.

상기의 연료 탱크(1)는 차량 주행에 필요한 연료가 일정량 채워지도록 하는 저장 탱크이며, 차체 외측 단부의 연료 주입구(12)와 필러 넥(11)을 통해서 연료를 상기의 연료 탱크(1)로 공급시키게 된다.

또한 연료 탱크(1) 상부로 형성되는 밴트 파이프(2)는 연료 탱크(1)내로 일단부가 삽입되고, 타단부는 캐니스터(6)에 연결되면서 연료 탱크(1)로부터 증발되는 가스를 안내하여 캐니스터(6)로 공급하는 증발가스의 유동통로이다.

이러한 밴트 파이프(2)의 연료 탱크(1)측 단부에는 각각 구경이 다른 두 개의 파이프가 절곡 또는 분기되면서 병렬로 형성되도록 하되 각 파이프의 하단부는 연료 탱크(1) 내부로 삽입되도록 한다.

상기한 두 개의 파이프 중 직경이 큰 절곡형 파이프의 연료 탱크(1)측 단부에는 가스의 유동 통로가 크게 형성되도록 한 제1밴트 밸브(3)가 장착되며, 직경이 작은 분기형 파이프의 연료 탱크(1)측 단부에는 상기한 제1밴트 밸브(3)보다는 가스의 유동 통로가 작게 형성되도록 한 제2밴트 밸브(4)가 높이를 다르게 하여 장착되도록 한다.

연료 탱크(1) 내부로 장착되는 상기한 제1밴트 밸브(3)와 제2밴트 밸브(4)는 동일하게 연료 탱크(1) 내부에서 증발되는 가스를 밴트 파이프(2)로 유도하게 되는 단속 밸브로서 그중 제1밴트 밸브(3)는 제2밴트 밸브(4)보다는 장착 높이가 낮게 형성되도록 하여 연료량에 의해서 가스의 유동을 단속하며, 제2밴트 밸브(4)는 연료량에 관계없이 연료 탱크(1)내 압력에 의해 가스의 유동을 단속하게 되는 구조로 형성된다.

즉 제1밴트 밸브(3)에는 도 2에서와 같이 연료 탱크(1)내로 채워지게 되는 연료량에 따라 승강하게 되는 플로트(31)와 릴리프 밸브(32)가 구비되도록 하여 연료량이 탱크(1)내에 가득차게 되면 가스의 유동 통로를 폐쇄시켜 제1밴트 밸브(3)를 통한 가스의 배출을 중지시킨다. 또한 제2밴트 밸브(4)는 도3에서와 같이 종전의 증발가스 제어장치에서의 밴트 밸브와 동일한 구조로서 플로트(41)와 릴리프 밸브(42)에 의해 연료 탱크(1)내 압력이 일정 이상이 되면 유동 통로를 개방시켜 증발가스를 캐니스터로 공급되도록 한다.

제1밴트 밸브(3) 및 제2밴트 밸브(4)를 통해 유입되는 가스가 캐니스터(6)로 유도되면서 상기 캐니스터(6)와 동일한 압력 상태를 유지하게 되는 밴트 파이프(2)에는 ΔP센서(5)가 장착되도록 하여 캐니스터(6)의 가스 압력 상태를 체크하므로서 증발가스 제어장치의 모니터링과 함께 고장 진단 및 엔진 제어에 필요한 정보로 사용한다.

한편 필러 넥(11) 상단의 연료 주입구(12) 일측으로는 2웨이 밸브(7)가 장착되도록 하여 도 4에서와 같이 급유를 위해 주유 건을 연료 주입구(12)로 삽입시 개방되면서 캐니스터(6)로 유도되어 활성탄에 의해 정화된 가스를 대기로 배출될 수 있도록 한다.

상기한 2웨이 밸브(7)에는 전기한 바와같이 주유 건의 삽입 여부에 따라 가스 통로를 개폐시키게 되는 체크 밸브(71)와, 대기와 캐니스터간 압력차에 따라 캐니스터가 부압 상태로 되면 대기가 캐니스터로 유도되고 캐니스터가 대기보다 높은 압력 상태가 되면 캐니스터내 가스가 대기로 방출될 수 있도록 하는 진공 밸브(72)가 구비되어 캐니스터를 항상 안정된 압력상태로서 유지되도록 한다.

한편 상기한 2웨이 밸브(7)의 체크 밸브(71)는 상기한 주유 건의 삽입 이외 급유를 하기 위해 열게 되는 퓨엘 캡의 개폐 여부에 따라서 작동되게 할 수도 있다.

도면 중 미설명부호 8은 대기로부터 캐니스터(6)로 유입되는 공기를 여과시키는 에어 필터이고, 250은 2웨이 밸브이다.

이하 상기한 구조에 따른 급유시의 증발가스 제어작용을 살펴보면 우선 연료 주입구(12)로 주유 건을 삽입시키게 되면 일단 주유 건에 의해서 2웨이 밸브(7)의 체크 밸브(71)가 개방되고, 이렇게 개방된 체크 밸브(71)를 통해서는 급유시 연료탱크(1)내에서 발생되는 증발가스가 대기로 배출되는데 이때의 증발가스는 제1밴트 밸브(3)를 통과하여 밴트 파이프(2)를 거쳐 캐니스터(6)에 포집되게 되는 이미 정화된 상태의 무해한 가스이다.

따라서 연료가 주입되기 시작하면 도5에서와 같이 우선 큰 직경의 제1밴트 밸브(3)를 통해 증발가스가 유동되어 밴트 파이프(2)를 거쳐 캐니스터(6)에 유도된다. 이렇게 유도된 증발가스는 캐니스터(6)에서 활성탄에 의해 일단 정화되고, 정화된 가스는 주유 건의 삽입에 의해 개방된 2웨이 밸브(7)의 체크 밸브(71)를 통해 대기로 배출된다.

상기와 같이 배출되는 가스는 이미 캐니스터(6)에서 흡착되어 정화된 상태인 무해한 성분이므로 더 이상 급유시의 증발가스에 의한 악취 및 급유소에의 오염을 대폭적으로 개선시킬 수가 있게 된다.

한편 상기에서와 같은 방법에 의해 증발가스의 배출시 연료 탱크(1)로부터 증발되는 가스는 연료 탱크(1)내 압력이 일정 이상이 되면 제1밴트 밸브(3)와 함께 제2밴트 밸브(4)를 통해서도 동시에 소량씩 배출된다.

또한 연료 주입이 끝나 연료 주입구(12)로부터 주유 건을 빼내게 되면 자동으로 2웨이 밸브(7)의 체크 밸브(71)가 닫혀지면서 체크 밸브(71)를 통한 캐니스터(6)로부터의 가스 배출은 중지되는 반면 진공 밸브(72)에 의해서는 캐니스터(6)측 압력 상태에 따라서 미세하게 캐니스터(6)로부터 정화된 가스를 대기로 배출시키거나 대기를 캐니스터(6)로 유입시키는 작용을 하므로서 캐니스터(6)내 압력을 항상 적정의 상태로서 유지시키도록 한다.

이렇게 2웨이 밸브(7)의 체크 밸브(71)가 닫혀진 상태에서 엔진이 구동되면 엔진 구동 속도가 일정 속도 이상에서 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브가 작동되어 캐니스터(6)를 흡기계와 연통시키게 되고, 이때 캐니스터(6)내 압력상태는 갑자기 부압상태가 되므로 2웨이 밸브(7)의 진공 밸브(72)를 통해서 대기로부터 신기를 흡입시켜 캐니스터(6)내 활성탄에 흡착된 가스 성분과 함께 흡기계로 유도되도록 하면 서 연소작용에 의해 제거되도록 한다.

한편 연료 탱크(1)내 제1밴트 밸브(3)는 급유시 연료가 가득 채워지게 되면 플로트(31)의 상승에 의해 릴리프 밸브(32)가 가스 유동 통로를 폐쇄시키게 되므로 제1밴트 밸브(3)를 통한 더이상의 가스 배출은 중지되며, 단지 연료의 소모에 의해 연료량이 줄어들게 되면 다시 플로트(31)와 릴리프 밸브(32)가 하강하면서 가스 유동 통로를 개방시켜 급유시와 동일하게 가스 유동 통로를 통해 다량의 증발가스를 캐니스터(6)로 공급시키게 된다.

상기한 제1밴트 밸브(3)와는 달리 제2밴트 밸브(4)는 보다 높은 위치에 장착이 되므로 연료량에는 전혀 영향을 받지 않게 되나 연료 탱크(1)내 압력이 일정 이상으로 상승하게 되면 가스 유동 통로가 개방되므로 순수한 연료 탱크(1)내 압력에 의해 개폐되면서 증발가스를 캐니스터(6)로 유도시키게 된다.

특히 본 발명에서 제1밴트 밸브(3)에 의해 밴트 파이프(2)와 캐니스터(6)간에는 거의 동일한 압력상태를 유지시킬 수가 있게 되므로 ΔP센서(5)를 통한 증발가스 압력값을 정확하게 모니터링 할 수가 있게 되는 동시에 정확한 압력값을 엔진제어 계통에 제공하면서 보다 정밀한 엔진 제어가 가능해질 수 있도록 한다.

따라서 본 발명은 종전의 연료 탱크(1)내 증발가스를 흡기계로 유도시키게 되는 구조에서 간단하게 밴트 파이프(2)에 구비되는 제1밴트 밸브(3)와 연료 주입구(12)로 형성되는 2웨이 밸브(7)에 의해 급유시의 증발가스에 대해서도 캐니스터(6)에 의해 정화시킨 뒤 대기로 배출될 수 있도록 하여 배출가스의 정화 기능을 한층 증대되도록 한다.

또한 제1밴트 밸브(3)가 개방된 상태에서는 ΔP센서(5)에 의해 급유시의 증발가스 제어를 위한 모니터링이 가능해지게 되며, 제2밴트 밸브(4)가 개방된 상태에서는 종전의 흡기계로 유도되는 증발가스 제어를 위한 모니터링이 가능해지면서 2가지의 모니터링을 하나의 센서에 의해서 동시에 수행할 수가 있게 되고, 이들 2경우의 정확한 압력 감지로 보다 정밀한 엔진 제어가 이루어질 수 있도록 한다.

특히 본 발명에 의해 급유시의 증발가스 배출을 방지시켜 급유소에서의 심한 악취와 화재의 위험을 보다 저감시킬 수가 있게 된다.

그러므로 본 발명에 따른 증발가스 제어구조의 간단한 개선에 의해 배기 정화 기능의 강화와 급유시의 배기가스 규제 법규인 ORVR 규정을 손쉽게 만족시킬 수가 있게 되는 동시에 정확한 증발가스 압력 체크로 보다 정밀한 엔진 제어가 가능해질 수가 있게 되는 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.

Claims (5)

1. 연료 탱크(100)로 부터 밴트 파이프(220)를 통해 증발가스를 유도하여 캐니스터(230)에 포집되도록 한 후 정화된 증발가스를 차량이 주행 중 엔진 구동상태에 따라 일정 조건에서 흡기계(300)로 공급되도록 하는 증발가스 제어장치에 있어서,

   밴트 파이프(2)의 연료 탱크(1)측 단부로 형성되고, 급유시 연료 탱크(1)내부에서 증발되는 가스가 캐니스터(6)로 유도되도록 하는 제1밴트 밸브(3)와;

   밴트 파이프(2)에 상기 제1밴트 밸브(3)와 병렬로 형성되면서 연료 탱크(1) 내부로 장착되고, 상기 제1밴트 밸브(3)보다는 작은 구경으로 형성되어 연료 탱크(1)내 가스 압력이 일정 이상으로 상승되면 개방되면서 증발되는 가스가 캐니스터(6)로 유도되도록 하는 제2밴트 밸브(4)와;

   상기 밴트 파이프(2)에 장착되어 증발가스의 압력을 체크하는 ΔP센서(5)와;

   연료 주입구(12) 일측에서 주유 건의 삽입 여부에 따라 개폐되어 캐니스터(6)에서 정화된 가스의 배출을 단속하는 2웨이 밸브(7);

   로서 이루어지는 구성을 특징으로 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1밴트 밸브(3)는 스프링에 의해 탄지되는 플로트(31)와 상기 플로트(31)에 장착되어 연동하면서 연료에 의해 가스 유동 통로를 개폐시키게 되는 릴리프 밸브(32)로서 구비되는 구성임을 특징으로 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2밴트 밸브(4)는 스프링에 의해 탄지되는 플로트(41)와 연료 탱크내 가스압력에 의해 가스 유동 통로를 개폐시키는 릴리프 밸브(42)로서 구비되는 구성임을 특징으로 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 2웨이 밸브(7)는 연료 주입구(12)로 주유 건이 삽입되는 여부에 따라서 가스 통로를 개폐시키게 되는 체크 밸브(71)와, 대기와 캐니스터(6)간 압력차에 따라 캐니스터(6)가 부압상태로 되면 대기가 캐니스터(6)로 유도되고 캐니스터(6)가대기보다 높은 압력상태가 되면 캐니스터(6)내 가스가 대기로 방출될 수 있도록 하는 진공 밸브(72)로서 구비되는 구성임을 특징으로 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기한 2웨이 밸브(7)의 체크 밸브(71)는 퓨엘 캡의 개폐 여부에 따라서 개폐 작동되는 구성임을 특징으로 하는 연료 주입시의 증발가스 배출장치.

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