KR101002145B1

KR101002145B1 - 연료 증기 재순환 제어 시스템과, 연료 증기 재순환 제어 방법

Info

Publication number: KR101002145B1
Application number: KR1020040051075A
Authority: KR
Inventors: 벤제이로버트피; 올만크레이그해럴드
Original assignee: 이턴 코포레이션
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2010-12-17
Also published as: JP4517346B2; US20050000590A1; KR20050004061A; JP2005023938A; EP1493605A2; CA2472709A1; BRPI0402595A; US7055556B2; AU2004202625A1; EP1493605A3

Abstract

2단 차압 반응식 유량 제어 밸브(40)는 필러 튜브내에 삽입되는 연료 주입 노즐로부터의 연료 보급시 겪게 되는 고 진공 상태시에 탱크 필러 튜브(14)에 보다 높은 연료 증기 재순환을 제공하도록 배치된다. 압력 반응식 밸브는 그를 통해 통로를 갖는 밀폐 장치(64)를 구비하는데, 이 밀폐 장치(64)는 밸브가 연료 보급시 비교적 낮은 진공을 초래하는 폐쇄 상태에 있는 경우 비교적 적은 유량을 제공한다. 보다 높은 진공을 겪게 되면, 밀폐 장치는 보다 많은 유량을 허용하는 개방 위치로 이동된다. 바람직하게는, 압력 반응식 밸브는 플로트 작동식 전복 밸브(44)를 갖는 공통의 하우징(46)내에 배치된다.

Description

연료 증기 재순환 제어 시스템과, 연료 증기 재순환 제어 방법{CONTROLLING VAPOR RECIRCULATION DURING REFUELING OF A TANK THROUGH A FILLER TUBE FROM A DISPENSING NOZZLE}

도 1은 연료 보급시 필러 튜브로의 증기 재순환을 제어하기 위한 본 발명의 밸브 조립체를 이용하는 연료 탱크 증기 제어 시스템의 개략도,

도 2는 도 1의 실시예의 재순환용 제어 밸브의 단면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 연료 탱크 증기 배출 시스템 12 : 연료 탱크

14 : 연료 튜브 16 : 노즐 수용 컵

18 : 가요성 시일 20 : 주입 노즐

32 : 저장 장치 34 : 증기 재순환 라인

38 : 플로트 작동식 밸브

본 발명은 탱크내의 증기 돔(vapor dome)으로부터 필러 튜브까지 연료 증기의 재순환을 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로, 탱크내의 연료 레벨이 소정의 최대값에 도달할 때 자동 노즐 차단기(automatic nozzle shutoff)의 작동을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.

연료 증기 재순환 시스템(fuel vapor recirculation system)은 연료 보급시 주입 노즐(dispensing nozzle)로부터의 액체 배출물을 둘러싸는 영역에서의 감압을 수용하기 위한 자동차 연료 탱크 장치에 채용되는데, 특히 필러 튜브내에 삽입시 기계식 시일(mechanical seal)이 노즐 둘레에 제공되어, 연료 보급동안 연료 증기가 대기로 빠져나가는 것을 방지한다.

이러한 시스템에 있어서, 상이한 영역에서 받은 노즐의 주입 속도의 광범위한 변동을 수용하기 위한 시스템을 설계하는데 문제점을 안고 있다. 예를 들면, 차량의 주요 서비스 영역에 있어서, 필러 튜브내가 약 1.75㎪ 내지 2.5㎪의 진공이 될 때 노즐을 차단하도록 설정되어 있다. 연료 배출시의 통상의 진공은 약 0.5㎪이고, 이 레벨에서 진공을 유지하기 위해 약 6L/분의 재순환 증기 유량을 필요로 한다. 그러나, 차량의 주요 서비스 영역에 있어서, 0.5㎪ 진공을 유지하고 조급한 노즐 차단을 방지하기 위해 약 70L/분의 재순환 증기 유량을 필요로 하는 노즐 둘레에 보다 높은 밀봉력이 요구된다. 그에 따라, 다양한 연료 보급의 요구 조건을 수용하는데 요구된 광범위의 증기 유량을 수용하기 위하여, 연료 보급시 필러 튜브로의 충분한 증기 재순환을 제공하기 위한 시스템을 설계하는데 어려움이 있었다. 연료 보급시 요구되는 최대의 증기 유량을 수용하도록 시스템이 설계된 경우, 압력이 노즐을 둘러싸는 영역에서의 필러 튜브내에서 높아지게 하고, 노즐 시일을 통과한 연료 증기의 대기로의 누설을 초래하도록 시스템이 반응할 것이다. 이러한 시스템은 입상 숯(granulated charcoal)으로 충진된 캐니스터(canister)와 같은 증기 저장 장치에 제 2 증기 라인을 포함하는데, 이 증기 저장 장치는 탱크내에서 상승하는 액체 연료 레벨에 의해 변위되는 연료 증기를 저장한다. 따라서, 대기로의 연료 증기의 탈출을 방지함에 있어서 이 시스템의 완전성을 유지하고, 또한 연료 보급 노즐로부터의 적당한 충진을 촉진시키고 노즐내에 제공된 자동 차단 장치의 조급한 작동을 방지하기 위하여, 이 시스템은 증기 유량이 캐니스터로 그리고 노즐을 둘러싸는 필러 튜브 영역으로 적당한 균형을 유지해야 한다.

본 발명은 상술한 문제점에 대한 해결책을 제공하는 것으로, 연료 보급시 주입 노즐 시일을 둘러싸는 연료 탱크 필러 튜브 영역내의 압력에 응답하는 증기 재순환 밸브를 이용하여, 필러 튜브 노즐 영역에 재순환된 증기의 양을 제어한다. 바람직한 실시예에 있어서, 차압 반응식 밸브(differential pressure responsive valve)는, 연료 보급시 노즐을 둘러싸는 영역이 소정의 진공 또는 부압으로 되면, 필러 튜브 노즐 영역에 재순환된 증기의 양을 증가시키도록 개방한다. 차압 반응식 밸브는 공통의 하우징내에 결합하는 것이 바람직하며, 이 공통의 하우징은 탱크내의 연료 레벨이 소정의 레벨에 도달하는 경우, 또는 차량 전복(vehicle rollover)의 경우에 있어서 증기 재순환 라인을 폐쇄하는 기능을 하는 플로트 작동식 밸브(float operated valve)를 갖는다. 본 발명의 밸브는, 밸브가 폐쇄 상태에 있는 경우 제 1 또는 비교적 적은 유량을 제공하도록 작동가능하다. 밸브가 필러 튜브내의 압력과 탱크 증기 돔내의 압력 사이에서 소정의 차압을 받는 밸브의 경우, 밸브가 개방되어 재순환을 위한 제 2의 상당히 증가된 또는 비교적 다량의 증기 유량을 제공한다. 바람직하게는, 차압 반응식 밸브는 제 1 유량을 제공하기 위한 통로를 구비한 가동형 밀폐 장치(moveable obturator)를 이용한다.

도 1을 참조하면, 연료 탱크 증기 배출 시스템(fuel tank vapor emission system)(10)은, 레벨(L)까지 액체 연료로 충진되는 연료 탱크(12)를 포함하며, 이 탱크의 벽을 통해 연결된 필러 튜브(14)를 구비한다. 노즐 수용 컵(nozzle receiving cup)(16)이 제공되어 필러 튜브의 상단부에 바람직하게 형성되며, 튜브내에 삽입시 주입 노즐(20) 둘레를 밀봉하는 가요성 시일(18)이 노즐 수용 컵(16) 내에 배치된다.

탱크(12)는 펌프(24)와, 연료내에 담겨진 펌프(24) 및 레벨 송신기(26)를 구비한 연료 펌프/레벨 송신기 모듈(fuel pump/level sender module)(22)을 포함하고 있다. 증기 저장 라인(28)은 모듈을 통해 탱크 내 및 액체 연료 위의 증기 돔(30)과 연통하며, 이 라인(28)은 입상 숯과 같은 흡수성 재료로 충진된 캐니스터를 포함할 수 있는 저장 장치(32)에 접속되어 있다. 이 모듈(22)은 그에 연결된 증기 재순환 라인(34)을 구비하며, 이 라인(34)은 컵(16)과, 노즐 시일(18)의 하류 위치에서의 필러 튜브의 상단부에도 접속되어 있다.

증기 저장 라인(28)은 플로트 작동식 밸브(38)에 접속되어 있고, 이 플로트 작동식 밸브(38)는 탱크내의 충만 표시부까지 상승한 연료의 레벨(L)에 대하여 라인(28)을 폐쇄하는 기능을 한다. 밸브(38)는 또한 차량 전복의 경우에 폐쇄된다.

제 2 밸브 조립체(40)는 재순환 라인(34)에 접속되어 있고, 후술하는 바와 같은 기능을 한다.

도 2를 참조하면, 밸브 조립체(40)는 2단 진공 또는 차압 작동식 밸브(2단 유량 제어 밸브)(42)와, 바람직하게는 밸브(42)와 함께 공통 하우징(46)내에 장착된 플로트 작동식 밸브(44)를 포함하고 있다.

플로트 작동식 밸브(44)는 하우징에 있어서 확대 직경부(50)내에 형성된 밸브 시트(48)를 포함하고 있고, 이 밸브(44)는 그의 상단부상에 제공된 밸브 표면(54)을 갖는 플로트(float)(52)를 포함하고 있는데, 이 플로트(52)는 하우징내에 제공된 개구부(53)를 통해 플로트(52)에 도달하는 탱크내의 연료의 레벨(L)에 응답하여 밸브 시트(48)에 대해 폐쇄하기 위한 것이다. 밸브(44)는 또한 차량 전복의 경우에 폐쇄되는 것을 알게 될 것이다. 플로트는 종래 기술에 공지된 방식으로 하우징의 확대 직경부(50)내에 제공된 부력 스프링(buoyancy spring)(56)에 의해 조정된다.

2단 유량 제어 밸브(two-stage flow control valve)(42)는 확대 직경 챔버(62)와 연통하는 그내에 형성된 유출 통로(60)를 갖는 재순환 라인(34)(도 2에 도시하지 않음)에 접속하도록 구성된 끼워맞춤부(58)를 갖는다. 가동형 밀폐 장치(64)는 그내에 활주식으로 배치되며, 밀폐 장치(64)의 하단부상에 형성된 밸브 표면(66)을 구비하여 챔버(62)내에 형성된 밸브 시트(68)에 대해 이동한다. 감소된 직경 또는 제한된 유량 통로(70)는 밀폐 장치(64)를 관통하여 형성되고, 밀폐 장치가 밸브 시트(68)에 대해 폐쇄되는 경우 제한되거나 또는 비교적 적은 유량을 유출 통로(60)에 제공한다.

밀폐 장치(64)의 상단부는 그내에서 활주식 운동을 위한 챔버(62)내에 형성된 보어(bore)(74)와 밀접하게 끼워맞춰진 피스톤(72)을 갖는다. 피스톤(72)과 밸브 표면(66)은 노즐 수용 컵(16)내에 형성되는 진공에 의해 형성된 차압력과 같은 피스톤(72)을 가로질러 작용하는 차압력에 응답하여 이동된다.

작동시, 전형적인 노즐(20)은 그내에 차단 기구(도시하지 않음)를 가지며, 이 차단 기구는 노즐내에 제공된 포트(76)를 통해 작용하는, 컵(16)의 영역내의 시일(18) 아래의 진공에 의해 작동된다. 보다 통상적이고 광범위하게 사용되는 시스템에 있어서, 연료 보급시 컵 내의 시일(18) 아래의 공간내의 압력은 약 0.5㎪의 압력 저하 또는 진공으로 되고, 보다 통상적인 노즐은 약 1.75㎪ 내지 2.5㎪의 범위의 진공에 있는 경우 차단하도록 설정되어 있다. 이러한 설정은 도관(34)을 통한 약 6L/분의 연료 증기 유량을 나타낸다.

그러나, 노즐에 보다 견고한 밀봉 요구 조건이 요구되거나, 노즐이 컵(16)의 상단부 위에서 벨로우즈(bellows) 또는 밀봉하는 시일을 포함하는 영역에 있어서, 노즐로부터 배출되는 연료 유동은 컵(16)내에서 보다 높은 저압 또는 진공을 형성한다. 이러한 시스템에 있어서, 약 1㎪의 차압의 진공 레벨은 컵(16)내의 공간과 탱크 돔(30)내의 증기 압력 사이에 형성되는데, 이것은 밀폐 장치(64)가 상측으로 이동하여 밸브 시트(68)를 개방함으로써, 보다 많은 유량을 허용하게 한다.

1㎪ 이하의 진공 레벨에서, 밀폐 장치(64)는 밸브 시트(68)에 대해 안착되어, 유동은 통로(70)로 흐른다.

밸브(42)의 개구부에 대한 설정은 요구될 수 있는 바와 같은 상이한 국부적인 노즐 구성체를 수용하도록 변경될 수 있다.

그에 따라, 본 발명은 필러 튜브로의 연료 증기의 재순환을 제어하는 단계를 제공하여, 필러 튜브내에서 비교적 강한 진공이 형성되는 것을 방지하고, 주입 노즐내의 진공 작동식 기구가 조급한 차단을 하는 것을 방지한다. 본 발명의 증기 재순환용 진공 작동식 유량 제어 밸브는 플로트 작동식 전복 차단 밸브와 함께 공통의 하우징내에 편리하게 결합될 수 있다.

본 발명은 설명된 실시예에 대하여 기술하였지만, 본 발명은 수정 및 변경될 수 있고, 이하의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

본 발명의 연료 증기 재순환을 위한 시스템을 이용하면, 대기로의 연료 증기의 탈출을 방지함에 있어서 이 시스템의 완전성을 유지하고, 또한 연료 보급 노즐로부터의 적당한 충진을 촉진시키고 노즐내에 제공된 자동 차단 장치의 조급한 작 동을 방지할 수 있다.

Claims

주입 노즐로부터 탱크로의 연료 보급 동안에 연료 증기 재순환을 제어하기 위한 시스템에 있어서,

ⓐ 상기 주입 노즐 둘레를 밀봉하는 수단(18)을 구비한 필러 튜브(14, 16)와,

ⓑ 상기 주입 노즐 둘레를 밀봉하기 위한 상기 수단(18)의 하류 위치에서 상기 탱크로부터 상기 필러 튜브로의 증기 재순환 경로를 형성하는 수단(34)과,

ⓒ 상기 탱크의 외부에 배치되고, 상기 탱크로부터의 연료 증기를 수용하도록 연결된 증기 저장 장치(32)와,

ⓓ 상기 재순환 경로내에 배치되는 유량 제어 밸브(42)로서, 상기 유량 제어 밸브를 가로지르는 사전결정된 차압에 응답하여 소량의 제 1 유량으로부터 보다 다량의 제 2 유량으로 변경시키는, 상기 유량 제어 밸브(42)를 포함하는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브는, 관통 통로가 형성되어 있고, 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 밸브 밀폐 장치(64)를 구비하며, 상기 밀폐 장치는 상기 폐쇄 위치에 있는 경우 상기 제 1 유량을 제공하며, 상기 개방 위치에 있는 경우 상기 제 2 유량을 제공하는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브는 관통 통로가 형성되어 있는 피스톤(72)을 포함하는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 재순환 경로는 상기 유량 제어 밸브와 직렬로 유체 연통가능하게 배치된 플로트 작동식 밸브(44)를 구비하는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브와 상기 플로트 작동식 밸브는 상기 탱크 내의 접근 개구부를 통해 공통의 하우징(46)내에 장착되는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브와 상기 플로트 작동식 밸브는 수직 정렬식 배열로 장착되는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브는 1㎪(4인치 H₂O)의 차압에서 상기 제 2 유량으로 변경하도록 작동되는

연료 증기 재순환 제어 시스템.
주입 노즐로부터 탱크로의 연료 보급 동안에 연료 증기 재순환을 제어하는 방법에 있어서,

ⓐ 노즐 수용 컵(16)을 구비한 탱크 필러 튜브(14)를 제공하고, 상기 노즐 내에 삽입될 때 노즐 둘레를 밀봉하는 환형 시일(18)을 상기 컵 내에 배치하는 단계와,

ⓑ 상기 탱크로부터 상기 노즐 시일의 하류의 상기 필러 튜브 컵으로 증기 재순환 통로(34)를 제공하는 단계와,

ⓒ 상기 재순환 통로내에 압력 반응식 유량 제어 밸브(42)를 배치하고, 상기 밸브가 사전결정된 차압을 받는 경우 제 1 유량으로부터 보다 다량의 제 2 유량으로 상기 통로내의 유량을 변경시키는 단계를 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브의 배치 단계는 관통 통로를 구비하는 밀폐 장치(obturator)(64)를 갖는 밸브를 배치하는 단계를 포함하며, 상기 유량의 변경 단계는 상기 밀폐 장치를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키는 단계를 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 재순환 라인내에 플로트 작동식 밸브(44)를 배치하는 단계를 더 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 플로트 작동식 밸브의 배치 단계는 상기 유량 제어 밸브와 상기 플로트 작동식 밸브를 공통의 하우징(46)내에 배치하는 단계를 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 공통 하우징내에 배치하는 단계는 상기 탱크 내의 접근 개구부를 통하여 상기 하우징을 장착하는 단계를 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브의 배치 단계는 가동형 피스톤을 갖는 밸브를 배치하는 단계와, 상기 제 1 유량을 제공하기 위해 상기 피스톤을 관통하는 통로를 형성하는 단계를 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 유량 제어 밸브와 수직으로 정렬되게 플로트 작동식 밸브를 배치하는 단계를 더 포함하는

연료 증기 재순환 제어 방법.