KR100361435B1 - 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브에 관한 것으로, 그 구성은 연료탱크(10) 내에서 생성된 증발가스를 유입 및 배출하기 위한 유입창(14a) 및 배기구(12a)가 각각 형성된 원통형상의 밸브케이스(16)와, 상기 밸브케이스(16) 내에 수용되어 스프링(18)의 탄성력 및 연료에 대한 자체 부력에 의해 상승하여 밀폐되고 연료탱크(10) 내에 과압 증발가스가 생성되었을 때 유입된 증발가스의 가압력에 의해 순차적으로 하강하여 시간차를 두고 개방되는 밸브조립체를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 따라서, 콘트롤밸브의 구조가 간단하고, 연료탱크 내부가 과압일 경우 순간적으로 과압가스를 배출시켜 연료의 누출됨이 없이 그 내부를 정압 상태로 유지되도록 하며, 또한 차량이 기울어지거나 전복되었을 때에 콘트롤밸브가 순간적으로 밀폐되도록 하는 효과를 얻는다.

Description

차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브 {Control valve for maintaining constant pressure state in car oil tank}

본 발명은 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브(control valve, 또는 shut-off valve 나 vent valve 라고도 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료탱크 내의 증발가스압을 항상 정압으로 유지시키고, 또한 차량이 기울어지거나 전복되었을 때 순간적으로 콘트롤밸브를 밀폐시킬 수 있도록 된 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브에 관한 것이다.

일반적으로 도 1에서 나타낸 것과 같이 연료증발가스배출제어시스템(ORVR System ; On-board Refueling Vapor Recovery System)은 연료주유시 연료가 연료탱크의 지정면까지 주유되면 작동이 되어 캐니스터(canister)로 가는 통로를 차단함으로써 연료탱크압력을 순간적으로 상승시켜 주유가 차단되도록 하며, 또한 차량이 기울어 지거나 전복되었을 때 연료가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 시스템이다.

이러한 상기 시스템을 개략적으로 살펴보면, 연료탱크의 일측에 체크밸브(1a)를 갖는 주유관(1)이 설치되고 그 측부에 연료탱크(10) 내의 증발가스압을 감지하기 위한 탱크압력센서(3)가 마련되어 있으며, 타측 상면에 콘트롤밸브(V) 및 롤오버밸브(roll over valve)(2)가 설치되어 있다.

그리고, 콘트롤밸브(V)는 연결관(12)을 통해 외측으로 분기되어 하나는 탱크압력센서(3)쪽으로 연결되고, 다른 관로를 통해서는 대형 캐니스터(28)로 연결되며, 상기 탱크압력센서(3)쪽 관로에는 이방향밸브(2-way valve)(4)가 장착되어 있다. 또한 상기 대형 캐니스터(28)에는 유입된 증발가스를 여과하여 배출하기 위한 소형 캐니스터(6)와 필터(5)가 연결되어 있고, 일측으로는 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(purge control solenoid valve)(9)를 통해 인테이크 메니폴드(intake manifold)(8)로 연결된다.

이때, 상기 탱크압력센서(3)와 소형캐니스터(6) 및 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(9)는 전자제어장치(ECU ; Electric Control unit)(7)와 연결되어 각각 유기적으로 작동할 수 있도록 제어된다.

종래의 콘트롤밸브는 연료탱크 내에 주입된 연료에 대한 플로우트(float)의 부력 및 스프링의 탄성력에 의해 개폐되고, 상기 콘트롤밸브의 내측 상부에는 스틸볼(steel ball)이 내장되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 콘트롤밸브는 스틸볼이 가스 배출구의 통로에 배치되어 있어 이 스틸볼 자체가 연료증발가스의 배출을 방해할 수 있는 문제점이 있고, 연료탱크 내부에 과압이 부하되었을 경우 순간적으로 과압가스를 배출시키는 기능을 수행할 수 없을 뿐만 아니라, 노면상태가 불량한 도로를 주행할 때 차체가 진동하면서 스틸볼이 밸브 내면과 충돌하여 심한 소음을 발생시키며, 특히 차량이 기울어지거나 전복되었을 때에 콘트롤밸브가 순간적으로 밀폐되지 못하여 연료가 누출되는 등의 문제점이 있었다.

이러한 상기의 문제점을 해결하기 위해 본 출원인에 의해 출원된 실용신안등록출원 97-45400호의 연료증발가스 배출제어시스템용 소형 고기능 연료레벨 제어밸브(fuel level control valve)가 제안된 바 있으며, 이는 콘트롤 밸브 내에서 주변환경 변화에 따른 스틸볼의 중량 및 이동에 의해 스프링이 팽창되거나 압축되면서 개폐되는 무버블 플레이트(movable plate)를 구비한 구성으로, 차체의 움직임이 있을 경우 케이스와 마찰 및 간섭이 일어날 수 있고, 조립시 숙련성을 요하는 등의 난점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 콘트롤밸브의 구조가 간단하고, 연료탱크 내의 증발가스가 과압상태를 유지할 경우 순간적으로 과압가스를 배출시켜 연료의 누출됨이 없이 그 내부를 정압 상태로 유지되도록 하며, 또한 스틸볼을 내장하지 않는 구조를 마련하여 이에 따른 문제점을 제거할 수 있고, 차량이 기울어지거나 전복되었을 때에 콘트롤밸브가 순간적으로 밀폐되도록 한 차량 연료탱크의 정압제어용 콘크롤밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 연료증발가스 배출제어시스템(ORVR System)을 나타낸 전체 구성도이다.

도 2는 본 발명에 의한 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브를 나타낸 분해사시도이다.

도 3a는 연료탱크 내의 정압 유지시 본 발명에 의한 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브가 닫혀있는 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3b는 연료탱크 내의 과압 발생시 증발가스압에 의해 정압제어용 콘트롤밸브의 플로우트가 1차 하강한 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3c는 상기 플로우트의 계속 하강시 소정시간 경과 후 밸브헤드가 플로우트와 함께 2차 하강하여 정압제어용 콘트롤밸브가 개방된 상태를 나타낸 단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 주유관 1a : 체크밸브

2 : 롤오버밸브 3 : 탱크압력센서

4 : 이방향밸브 5 : 필터

6 : 소형 캐니스터 7 : 전자제어장치

8 : 인테이크 매니폴드 9 : 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브

10 : 연료탱크 12 : 연결관

12a : 배기구 14 : 외통

14a : 유입창 16 : 밸브케이스

18 : 스프링 20 : 플로우트

20a : 걸림턱 22 : 밸브로드

24 : 밸브헤드 25 : 스토퍼

26 : 밸브러버 28 : 대형 캐니스터

30 : 마개 30a : 유입구

V : 콘트롤밸브

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브는 배기구가 형성되어 있고 연료탱크의 상면 외부로 노출되는 연결관과, 이 연결관의 하단부에서 연료탱크 내부로 연장되는 외통이 구비되고, 이 외통의 상단부 외주에 연료탱크 내의 과압증발가스를 외통 내부로 유입하기 위한 유입창이 형성되며, 연료탱크 내에 주유되는 연료가 외통 하측 내부로 유입될 수 있도록 연통된 개방구에 조립되는 개방형의 마개로 이루어진 밸브케이스; 및 상기 밸브케이스의 외통 내부에서 상하로 유동 가능하게 설치되고 상기 마개에 의해 지지되는 스프링으로써 상향 지지되며, 외통의 상단부 유입창으로 유입되는 증발가스압에 의해 하강하고 연료에 대한 자체 부력 및 상기 스프링의 탄성력에 의해 상승하는 플로우트와, 이 플로우트의 내부를 관통하여 상기 플로우트의 하단으로부터 소정길이 만큼 돌출되는 밸브로드와, 상기 밸브로드의 상단에 고정되어 배기구를 개폐할 수 있도록 상기 플로우트의 상면에 안착되는 밸브헤드와, 상기 밸브로드의 하단에 고정되어 플로우트 저면에 걸릴 수 있도록 함으로써 상기 플로우트의 하강시 밸브로드와의 길이차 만큼 밸브헤드를 지연 개방시키는 스토퍼로 이루어진 밸브조립체를 포함하여 구성됨을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브에 있어서, 상기 밸브케이스 내에 과압가스가 유입될 때 가스압력이 작용하는 플로우트가 먼저 하강한 후 밸브헤드가 순차적으로 하강할 수 있도록 상기 플로우트가 밸브헤드 및 밸브로드에 비해 비중이 큰 재질로 형성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브에 있어서, 상기 밸브로드의 밸브헤드는 연결관의 배기구를 정확히 밀폐시킬 수 있도록 그 상면에 밸브러버가 설치됨이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3c에 나타낸 것과 같이, 본 발명에 따른 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브(V)는 배기구(12a)가 형성되어 있고 연료탱크(10)의 상면 외부로 노출되는 연결관(12)과, 이 연결관(12)의 하단부에서 연료탱크(10) 내부의 하방으로 연장되는 외통(14)이 구비되고, 이 외통(14) 하측 내부로 연료가 유입될 수 있도록 연통된 개방구에 조립되는 개방형의 마개(30)로 이루어진 밸브케이스와, 이 밸브케이스의 외통(14) 내부에서상하로 유동 가능하게 설치되고 상기 마개(30)에 의해 지지되는 스프링(18)으로써 상향 지지되는 플로우트(20)와, 이 플로우트(20)의 내부를 관통하여 상기 플로우트(20)의 하단으로부터 소정길이 만큼 돌출되는 밸브로드(22)와, 상기 밸브로드(22)의 상단에 고정되어 플로우트(20)의 상면에 안착되는 밸브헤드(24)와, 상기 밸브로드(22)의 하단에 고정되어 플로우트(20) 저면에 걸릴 수 있도록 하는 스토퍼(25)로 이루어진 밸브조립체를 포함하여 구성으로 되어 있다.

상기 밸브케이스(16)는 밸브헤드(24)의 밸브러버(26)에 의해 개폐되는 배기구(12a)가 형성되어 있고 연료탱크(10)의 상면 외부로 노출되어 대형 캐니스터(canister)(28)로 연결되는 연결관(12)이 상단부에 마련되며, 이 연결관(12)의 하단부에서 연료탱크(10) 내부의 연료 유면으로 수직 연장되는 원통형상의 외통(14)이 설치되는 형상으로, 이 외통(14)의 상단부 외주에는 연료탱크(10)내의 과압증발가스를 외통(14) 내부로 유입하기 위한 유입창(14a)이 외주를 따라 다수개 형성되며, 상기 외통(14) 저면에 형성된 개방구에는 주유되는 연료가 외통(14) 내부로 유입되도록 하는 유입구(30a)가 형성된 개방형의 마개(30)가 상기 외통(14)에 분리 가능하게 결합되어 있다.

상기 플로우트(20)는 밸브케이스(16)의 외통(14) 내부에서 상하로 유동 가능하게 설치되는 원통 형상으로 그 내부에는 상단에 밸브헤드(24)가 고정되고 하단에 스토퍼(25)가 결합된 밸브로드(22)가 상하로 소정거리 유동 가능하도록 결합되며, 저면에 상기 연료탱크(10)의 기울어짐이나 전복시 등에 상기 플로우트(20)를 상승 또는 하강시켜 연결관(12)의 배기구(12a)를 폐쇄시킬 수 있도록 하는 스프링(18)이 배치되어 있고, 상기 플로우트(20)의 저면에는 이 플로우트(20)의 하강시 미소 시간차를 두고 밸브헤드(24)와 함께 하강되도록 이 밸브로드(22) 하단의 스토퍼(25)를 하방으로 걸어 당기는 걸림턱(20a)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 플로우트(20)는 연료에 의해 부력이 작용하지 않을 경우에는 스프링(18)의 탄성력보다 그 자중이 커서 저면의 스프링(18)을 압축시키고, 차체가 기울어지거나 전복되면서 플로우트(20)의 자중 부하가 감소하면 그 만큼의 스프링력이 복원되어 플로우트(20)를 밀어 올리게 된다.

그리고, 상기 플로우트(20)는 스프링(18)의 탄성력과 연료에 대한 자체부력에 의해 밸브헤드(24)와 함께 상방으로 밀려 올라가 배기구(12a)를 밀폐시키고, 연료가 소비됨에 따라 그 자중에 의해 스프링(18)을 압축시키면서 하강하여 배기구(12a)를 개방시킨다.

상기 밸브로드(22)는 플로우트(20)의 내부에 상하로 유동 가능하게 설치되는 긴 막대형상으로, 외통(14)의 유입창(14a)으로 유입되는 가스압에 의해 플로우트(20)가 하강하면 이 플로우트(20)와 미소 시간차를 두고 하강하는 상기 플로우트(20)의 걸림턱(20a)에 걸려 함께 하강할 수 있도록 스토퍼(25)가 하단부에 결합되고, 이에 따라 밸브헤드(24)가 하강함으로써 상기 연결관(12)의 배기구(12a)가 개방된다.

이러한 작동원리에 의해 개방된 콘트롤밸브(V)는 연료에 대한 자체 부력과 스프링(18)의 탄성력에 의해 배기구(12a)를 밀폐시키게 되며, 이때 배기구(12a)와 맞닿는 밸브헤드(24)의 상면에는 밸브러버(26)가 설치되어 있어 밀폐성능을 향상시킬 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 밸브헤드(24) 상면의 밸브러버(26)에 의해 연결관(12)의 배기구(12a)를 정확히 밀폐시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기 플로우트(20), 밸브로드(22), 밸브헤드(24)는 각각 연료에 대한 부력을 발생할 수 있는 합성수지로 제작되며, 증발가스압에 의해 플로우트(20)가 하강한 후 밸브헤드(24)가 순차적으로 하강할 수 있도록 상기 플로우트(20)는 밸브헤드(24) 및 연료보다 비중이 큰 재질로 제작됨이 바람직하다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브는 연료탱크(10) 내의 연료에 의한 부력이 작용하지 않는 상태에서는 플로우트(20)의 자중이 스프링(18)의 탄성력보다 크기 때문에 상기 스프링(18)을 압축시키며 하강하면서 밸브로드(22) 하단의 스토퍼(25)를 걸고 내려가 연결관(12)의 배기구(12a)를 개방시킨다.

그리고, 주유관(1)을 통해 연료탱크(10) 내부로 연료를 주입시키면 연료의 유면이 연료탱크(10) 내부에서 상승하면서 밸브케이스(16)의 외통(14) 저면부를 잠기게 하여 유입구(30a)를 통해 연료와 플로우트(20)가 접촉됨으로써 스프링(18)의 탄성력과 함께 자체 부력이 발생하는 것이며, 이로 인해 밸브헤드(24)가 밀어 올려져 연결관(12)의 배기구(12a)를 밀폐시킨다.

한편, 연료탱크(10) 내부로 연료가 충전된 상태에서 차량 운행시 기온, 지표열 및 타이어에서 발생되는 열 등에 의한 주위온도의 상승요인과, 차량의 유동 등에 의하여 연료탱크(10) 내부의 연료가 활발히 증발하게 됨으로써 연료탱크(10)의 내부에 가스압이 상승하게 되고, 어느 정도 이상의 과압상태가 유지되면 이 과압가스가 외통(14) 상단의 유입창(14a)을 통해 유입되어 플로우트(20)를 하방으로 가압시킨다.

이때, 상기 플로우트(20)는 과압가스의 압력에 의해 가압되어 스프링(18)을 압축시키면서 하강하다가 미소시간 경과 후 플로우트(20)의 걸림턱(20a)이 스토퍼(25)를 걸고 내려가 밸브로드(22) 및 밸브헤드(24)를 하강시킴으로써 연결관(12)의 배기구(12a)가 개방되고, 과압가스는 그 개방된 배기구(12a)를 통해 외부로 배출된다.

상기한 바와 같이, 상기 플로우트(20)와 밸브헤드(24)가 순차적으로 하강하도록 함으로써 상기 플로우트(20)가 과압가스에 의해 하강되는 순간의 연료 분출로 인한 연료 누출을 방지할 수 있는 것이다.

그리고, 연료탱크(10) 내부의 과압가스가 개방된 배기구(12a)를 통해 배출되어 연료탱크(10) 내부가 항시 정압을 유지하게 되고, 상기 가스압에 의해 하방으로 밀려 내려갔던 플로우트(20)는 다시 스프링(18)의 탄성력과 연료에 대한 자체 부력에 의해 상승되면서 밸브헤드(24)를 밀어 올려 연결관(12)의 배기구(12a)를 밀폐시킨다.

이렇게 상기 연결관(12)의 배기구(12a)는 연료탱크(10) 내부가 과압상태로 되면 상기와 같이 배기구(12a)를 개방시켜 과압가스를 배출시키는 과정을 계속적으로 반복하면서 연료탱크(10) 내부를 정압상태로 유지시킨다.

한편, 차체가 소정각도로 기울어지는 경우에는 플로우트(20)도 기울어져 하중 부하가 감소되므로 스프링(18)의 복원력에 의해 플로우트(20) 및 밸브헤드(24)를 밀어 올려 연결관(12)의 배기구(12a)를 밀폐시키는 동시에 연료의 누출을 방지한다.

또한, 차체가 전복되어 연료의 부력이 역으로 작용할 경우에도 플로우트(20)의 자중과 스프링(18)의 탄성력에 의해 밸브헤드(24)를 가압하여 연결관(12)의 배기구(12a)를 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 연료가 배기구(12a)를 통해 누출되는 것을 방지한다.

또한, 연료탱크(10) 내에 연료가 거의 소모되어 상기 플로우트(20)에 연료로부터의 부력이 작용되지 않을 경우, 상기 플로우트(20)의 자중이 스프링(18)의 탄성력보다 크기 때문에 플로우트(20)가 스프링(18)을 압축하면서 하강하여 연결관(12)의 배기구(12a)가 개방되도록 하며, 차량이 기울어지거나 전복되었을 때 상기 플로우트(20)도 기울어지게 됨으로써 플로우트(20)가 기울어지기 시작하는 순간부터 플로우트(20)의 자중 부하가 스프링(18)의 탄성력에 비해 작아지게 되고, 상기 스프링(18)에 의해 밸브헤드(24)를 연결관(12)의 배기구(12a) 쪽으로 가압하여 배기구(12a)가 밀폐되도록 함으로써 연료탱크(10) 내의 연료가 배기구(12a)로 누출되는 것을 방지한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브는 밸브케이스의 내부에 플로우트와 밸브헤드 및 밸브로드를 설치하여 플로우트와 밸브헤드가 순차적으로 유동되면서 배기구를 개폐시키도록 함으로써, 콘트롤밸브의 구조가 간단해 지고, 연료탱크 내의 증발가스가 과압상태를 유지할 경우 순간적으로 과압가스를 배출시켜 연료의 누출됨이 없이 그 내부를 정압 상태로 유지되도록 하며, 또한 차량이 기울어지거나 전복되었을 때에 콘트롤밸브가 순간적으로 밀폐되도록 하는 효과를 얻는다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 배기구가 형성되어 있고 연료탱크의 상면 외부로 노출되는 연결관과, 이 연결관의 하단부에서 연료탱크 내부로 연장되는 외통이 구비되고, 이 외통의 상단부 외주에 연료탱크 내의 과압증발가스를 외통 내부로 유입하기 위한 유입창이 형성되며, 연료탱크 내에 주유되는 연료가 외통 하측 내부로 유입될 수 있도록 연통된 개방구에 조립되는 개방형의 마개로 이루어진 밸브케이스; 및

   상기 밸브케이스의 외통 내부에서 상하로 유동 가능하게 설치되고 상기 마개에 의해 지지되는 스프링으로써 상향 지지되며, 외통의 상단부 유입창으로 유입되는 증발가스압에 의해 하강하고 연료에 대한 자체 부력 및 상기 스프링의 탄성력에 의해 상승하는 플로우트와, 이 플로우트의 내부를 관통하여 상기 플로우트의 하단으로부터 소정길이 만큼 돌출되는 밸브로드와, 상기 밸브로드의 상단에 고정되어 배기구를 개폐할 수 있도록 상기 플로우트의 상면에 안착되는 밸브헤드와, 상기 밸브로드의 하단에 고정되어 플로우트 저면에 걸릴 수 있도록 함으로써 상기 플로우트의 하강시 밸브로드와의 길이차 만큼 밸브헤드를 지연 개방시키는 스토퍼로 이루어진 밸브조립체;

   를 포함하여 구성되는 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브케이스 내에 과압가스가 유입될 때 가스압력이 작용하는 플로우트가 먼저 하강한 후 밸브헤드가 순차적으로 하강할 수 있도록 상기 플로우트가 밸브헤드 및 밸브로드에 비해 비중이 큰 재질로 형성됨을 특징으로 하는 상기 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 밸브로드의 밸브헤드는 연결관의 배기구를 정확히 밀폐시킬 수 있도록 그 상면에 밸브러버가 설치됨을 특징으로 하는 상기 차량 연료탱크의 정압제어용 콘트롤밸브.