KR101395923B1 - 차량의 캐니스터 구조 - Google Patents

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KR101395923B1
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Abstract

본 발명은 차량의 캐니스터 구조에 관한 것으로서, 캐니스터 내부의 충진 파이프 및 퍼지 파이프에 홀(hole)을 형성하여 충진 및 퍼지에어 배출 효율을 향상시킨 캐니스터 구조에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은, 몸체 내부에 활성탄(160)이 내장되면서 연료탱크와 연결되는 충진 포트(110), 외부의 공기가 유입되는 대기 포트(130) 및 상기 활성탄(160)에 포집된 증발가스를 흡기계통으로 송출하는 퍼지에어 배출포트(120)를 포함하는 차량의 캐니스터에 있어서, 상기 충진 포트(110)와 연결되어 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 몸체 내부로 유입시키는 충진 파이프(180); 및 상기 활성탄에 포집된 증발가스를 흡입하여 퍼지에어 배출포트(120)로 전달하는 퍼지 파이프(190);를 포함하되, 상기 충진 파이프(180)와 퍼지 파이프(190)는 그 외면에 다수의 홀(hole)(210)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조를 제공한다.

Description

차량의 캐니스터 구조{Structure of Canister in Vehicle}
본 발명은 차량의 캐니스터 구조에 관한 것으로서, 캐니스터의 부피 및 중량을 감소시키면서도 증발가스의 충진 및 퍼지에어의 배출 효율을 향상시킨 캐니스터 구조에 관한 것이다.
차량은 주행시의 흔들림 및 연료펌프의 펌핑작용 등 여러 원인에 의해 연료탱크로부터 증발가스가 생성되는데, 그 대부분은 연료의 주성분인 하이드로카본(hydrocabon)으로 이루어지므로 대기중으로 방출되면 대기오염의 주원인이 된다.
그러므로 차량에는 상기 연료탱크에 연결되어 증발가스를 포집하고 이를 다시 외부공기에 편승시켜 실린더로 공급함으로써 연료의 손실 및 대기 오염을 방지하는 캐니스터(Canister)가 이용되는 것이 대부분이다.
상기 캐니스터는 통상적으로 상기 하이드로카본을 흡착하는 활성탄(Charcoal Granules)을 내장하고, 연료탱크에서 발생되는 증발가스를 도입라인을 통해 공급받아 활성탄이 증발가스에 포함되어 있는 하이드로카본을 흡착하고, 공기(air)만을 대기중으로 방출한다.
또한, 엔진 구동시에 흡기매니폴드의 부압작용에 의해 흡입되는 공기가 캐니스터를 경유하여 퍼지라인을 따라 기화기로 흡입되는데, 이때 활성탄에 흡착되어 있던 하이드로카본이 기화기로 이동하는 공기에 편승하여 엔진으로 공급된다.
한편, 현재 가장 엄격한 자동차 배출가스 규제는 미국 캘리포니아주 규제(CARB : California Air Resource Board)인데2003년부터는 ZEV(Zero Emission Vehicle) 차량을 총 판매 대수의 10%을 판매해야 하며, 2004년부터는 이전의 규제보다 훨씬 강화된 LEV-II(Low Emission Vehicle) 프로그램이 도입된 바 있고, 유럽의 규제치도 2005년부터는 미국과 비슷한 수준으로 강화되었다.
이러한 규제에 대응하기 위한 대응책으로 캐니스터의 증발가스 배출을 개선시키는 방안에 대해 지속적인 연구가 이루어지고 있다. 이와 같은 캐니스터의 증발가스 배출을 개선시키기 위한 방법으로는 캐니스터 내에 공기층(air gap)을 마련하여 활성탄 간의 간격 유지를 통한 확산방지방법, 활성탄 종류에 따른 활성온도 차이를 이용한 방법, 그리고 주 캐니스터와 작은 부피의 보조 캐니스터를 장착하는 방법 등이 소개되고 있다.
이 중 증발가스의 배출을 방지하기 위해서는 캐니스터의 포집 용량을 증가시키는 것이 가장 손쉬운 방법이나 이 경우 추가비용이 발생하게 되며 내구가 진행됨에 따라 결국 포집 용량이 감소하거나 캐니스터 내부에 퍼지되지 않는 연료성분이 누적되는 문제점이 있었다.
따라서, 캐니스터의 크기 또는 부피를 늘리지 않으면서도, 증발가스의 우수한 포집/충진 용량을 보장하고, 퍼지에어의 배출효율을 획기적으로 개선하는 캐니스터의 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 캐니스터의 충진 및 퍼지에어 배출 효율을 높이는 차량의 캐니스터 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 캐니스터의 크기 및 부피를 줄이더라도 우수한 충진 및 퍼지에어 배출효율을 담보함으로써 효율적인 패키지 레이아웃 및 저렴한 제조비용을 보장하는 차량의 캐니스터 구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 몸체 내부에 활성탄(160)이 내장되면서 연료탱크와 연결되는 충진 포트(110), 외부의 공기가 유입되는 대기 포트(130) 및 상기 활성탄(160)에 포집된 증발가스를 흡기계통으로 송출하는 퍼지에어 배출포트(120)를 포함하는 차량의 캐니스터에 있어서, 상기 충진 포트(110)와 연결되어 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 몸체 내부로 유입시키는 충진 파이프(180); 및 상기 활성탄에 포집된 증발가스를 흡입하여 퍼지에어 배출포트(120)로 전달하는 퍼지 파이프(190);를 포함하되, 상기 충진 파이프(180)와 퍼지 파이프(190)는 그 외면에 다수의 홀(hole)(210)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조를 제공한다.
본 발명에서, 상기 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)는, 그 파이프 기둥의 외면에 직사각형 형상을 갖는 다수의 증발가스 유로공을 형성하되, 상기 파이프 기둥에 메쉬망을 둘러싸서 상기 다수의 홀(hole)(210)을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 메쉬망의 외면에 부직포를 더 추가하여 상기 다수의 홀(210)을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 홀(hole)(210)의 직경은 15 내지 25μm인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 퍼지 파이프(190)는, 그 일부영역을 테이핑하여 증발가스의 유로면적을 파이프의 총면적보다 작아지도록 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 퍼지 파이프(190)의 테이핑된 일부 영역은 파이프 총면적의 1/3이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 차량의 캐니스터 구조에 의하면, 충진 파이프 및 퍼지 파이프에 다수의 홀(hole)을 형성하고, 퍼지 파이프의 유로면적을 제한함으로써, 캐니스터의 충진 효율 및 퍼지에어 배출 효율을 획기적으로 증진시키는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 캐니스터의 크기 및 부피를 줄이더라도 우수한 충진 효율 및 퍼지에어 배출효율을 담보함으로써 캐니스터의 효율적인 패키지 레이아웃 및 저렴한 제조비용을 보장하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 차량의 캐니스터 구조를 나타낸 구성도.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 캐니스터 구조를 나타낸 구성도.
도 3a 내지 도3b는 본 발명의 일실시예에 따른 충진 파이프/퍼지 파이프를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 차량의 캐니스터 구조를 나타낸 구성도이다.
도 1a를 참조하면, 캐니스터 내부에 형성된 수직격벽에 의해 구획된 케이스가 구비되고, 상기 케이스의 내부에는 증발가스의 포집을 위한 활성탄(160)이 충진되며, 케이스의 상측에는 에어필터를 통해 대기측과 연결되는 대기 포트(130), 연료탱크와 연결되기 위한 충진 포트(110), 엔진의 흡기 계통과 연결되기 위한 퍼지에어 배출포트(120)이 각각 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
이러한 종래의 캐니스터는 주유 또는 주차시 충진 포트(110)를 통해 연료탱크로부터 증발가스가 유입되어 활성탄(160)에 포집되고, 차량 주행시 대기 포트(130)를 통해 유입되는 공기를 이용하여 퍼지에어 배출포트(120)를 통해 활성탄(160)에 포집된 증발가스가 엔진으로 재공급되도록 동작하게 된다.
그러나, 종래의 캐니스터 구조는 케이스 내부의 전체 영역에 대해 많은 양의 차콜이 충진되어 있는데, 구조적인 특성상 증발가스가 도달하지 못하는 데드볼륨(Dead Volume)(170)이 케이스 내부의 모서리 부위에 다수 존재하게 되어 캐니스터의 증발가스 포집효율이 떨어지고, 활성탄(160)의 사용량이 많아져 캐니스터의 제조비용이 필요 이상으로 상승하게 되는 문제점이 발생되고 있었다.
즉, 증발가스의 충진 효율 측면에서 볼 때, 충진 포트(110)에서 가까운 곳부터 증발가스가 활성탄에 흡착되며, 이후 가스 흐름의 저항으로 작용하여 증발가스가 충진 포트(110)로부터 먼 곳까지 이동하지 못하게 되므로, 모서리부나 먼 공간까지 증발가스가 흡착되지 아니하여 데드 볼륨(불용 공간)(170)이 발생하게 되어 충진 효율을 떨어뜨리게 된다.
또한, 퍼지 효율 측면에서 볼 때, 퍼지에어 배출포트(120) 주변으로 강하게 부압이 형성되더라도, 퍼지에어 배출포트(120)로부터 먼 공간이나 모서리부에서 흡입 압력이 떨어져, 활성탄(160)에 흡착되어 있는 증발가스를 전량 흡입하지 못해 증발가스가 잔류하게 되므로 데드 볼륨(불용 공간)(170)이 발생하게 되어 퍼지 효율을 떨어뜨리게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 충진 포트(110) 및 퍼지에어 배출포트(120)에 파이프(180, 190)를 연결하여 충진시 활성탄 불용 공간(데드 볼륨)에 증발가스를 흡착시키며, 퍼지시 불용공간의 증발가스까지 흡입하도록 하는 구조의 캐니스터가 개발되고 있다(도 1b 참조).
그러나, 도 1b와 같은 구조의 캐니스터도, 충진 효율의 측면에서 볼 때, 충진 파이프(180) 가까운 곳부터 증발가스가 활성탄(160)에 흡착되어 이후 가스 흐름의 저항으로 작용하게 되므로, 충진 파이프(180) 입구로부터 먼 곳까지 증발가스가 이동하지 못하여 데드 볼륨(170)이 형성되게 된다.
또한, 퍼지 효율의 측면에서도, 퍼지 파이프(190)를 통한 흡입시 퍼지 파이프(190)의 입구 주변으로 강하게 부압이 형성되나 퍼지 파이프(190)의 입구로부터 먼 공간이나, 모서리 영역에는 그 흡입 압력이 떨어져, 증발가스가 잔류하게 되므로 여전히 데드 볼륨(190)이 형성되게 된다.
즉, 종래 기술에 의할 때, 충진 포트(110) 및 퍼지에어 배출포트(120)에 단순히 파이프(180,190)만을 연결하는 것은, 데드 볼륨(170)의 형성영역을 변경시킬 뿐, 충진 효율 또는 퍼지 효율이 획기적으로 개선되지 아니하는 문제점이 있었다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 캐니스터 구조를 나타낸 구성도이다.
본 발명은, 몸체 내부에 활성탄(160)이 내장되면서 연료탱크와 연결되는 충진 포트(110), 외부의 공기가 유입되는 대기 포트(130) 및 상기 활성탄(160)에 포집된 증발가스를 흡기계통으로 송출하는 퍼지에어 배출포트(120)를 포함하는 차량의 캐니스터에 있어서, 상기 충진 포트(110)와 연결되어 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 몸체 내부로 유입시키는 충진 파이프(180) 및 상기 활성탄에 포집된 증발가스를 흡입하여 퍼지에어 배출포트(120)로 전달하는 퍼지 파이프(190)를 포함하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 충진 파이프(180)와 퍼지 파이프(190)는 그 외면에 다수의 홀(hole)(210)을 형성하여 연료탱크로부터 전달된 증발가스 또는 활성탄에 포집된 증발가스를 상기 홀(210)을 통해 배출 또는 유입시킴으로써, 충진 효율 및 퍼지 효율을 극대화할 수 있다.
즉, 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)의 끝단만을 통해 증발가스의 배출/유입시키지 아니하고, 파이프(180,190)의 외면에 형성된 다수의 홀(210)을 통해 증발가스를 배출/유입시킴으로써, 캐니스터 케이스의 내부에 데드 볼륨(170)이 거의 형성되지 아니하여 충진 효율 및 퍼지 효율이 극대화될 수 있다.
○ 실험예
i) 충진 포트(110) 및 퍼지에어 배출포트(120)에 파이프를 적용하지 않은 제품 및, ii) 충진 포트(110) 및 퍼지에어 배출포트(120)에 파이프만을 연결한 종래의 제품과, iii) 충진 포트(110) 및 퍼지에어 배출포트(120)에 다수의 홀(210)이 형성된 본원발명을 시험한 결과치는 아래의 표 1과 같았다
실험조건은 활성탄(BAX1500) 2300 CC를 캐니스터 내부에 충진하고, 증발가스가 2g 브레이크쓰루(Breakthrough)될 때까지 로딩한 후, 충진 포트, 퍼지에어 배출포트, 대기 포트를 막고 상온에서 1시간 방치한 후, 22.7LPM으로 1100 BED 퍼지한 후 결과치를 수집하였다.
Figure 112012085183530-pat00001
위 표 1에서 볼 수 있듯이 본원발명이 적용된 제품은 i) 충진량에 있어서, 파이프 미적용 제품에 비해 8.5% 개선되고, 단순 파이프 적용 제품에 비해 25% 개선됨을 확인할 수 있었다.
ii) 퍼지량에 있어서, 본원발명이 적용된 제품은, 파이프 미적용 제품에 비해 12.2% 개선되고, 단순 파이프 적용 제품에 비해 40% 가량 개선됨을 확인할 수 있었다.
위의 실험예를 볼 때, 본원발명은 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)에 다수의 홀(210)을 형성하여 적용함으로써, 증발가스의 충진 효율 및 퍼지 효율이 최적화됨을 알 수 있다.
도 3a 내지 도3b는 본 발명의 일실시예에 따른 충진 파이프/퍼지 파이프를 나타낸 예시도이다.
상기 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)는, 그 파이프 기둥의 외면에 직사각형 형상을 갖는 다수의 증발가스 유로공을 형성하되, 상기 파이프 기둥에 메쉬망을 둘러싸서 상기 다수의 홀(hole)(210)을 형성할 수 있다. 또한 상기 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)의 파이프 기둥과 메쉬망 사이에 부직포를 더 추가하여 상기 홀(210)의 크기를 조절할 수 있다.
도 3a는 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)의 구성요소를 나타내고 있는데, 파이프 기둥은 원기둥 형상으로 형성되되, 직사각형 형상의 증발가스 유로공을 형성하고, 그 길이는 150-200mm의 범위내에서 결정할 수 있을 것이다.
상기 홀(hole)(210)의 직경은 15 내지 25μm의 범위 내에서 결정될 수 있는데, 파이프 기둥의 증발가스 유로공을 메쉬망으로 감싼 후, 부직포로 둘러싸서 다수의 홀(210)을 형성할 수 있을 것이다.
이와 같이 단순히 메쉬망으로 홀(210)을 형성하는 경우에 비해 메쉬망에 부직포를 커버하여 형성되는 홀(210)은 홀 크기가 더욱 축소되어 동일 흡입 유량(Qc) 조건[Q c = V 1 x A 1 = V 2 x A 2 ]에서, 홀을 통과하는 증발 가스의 유속이 증대되어 퍼지시 증발가스의 흡입 성능이 향상되게 된다(여기서, Qc 는 흡입유량이고, A1, A2는 크기가 다른 홀의 면적이며, V1, V2 는 홀 통과 유속을 의미한다). 이는 베르누이의 정리에 의해서도 확인될 수 있다.
본 발명에서 상기 퍼지 파이프(190)는, 그 일부영역을 테이핑하여 증발가스의 유로면적을 파이프의 총면적보다 작아지도록 형성할 수 있고, 특히 상기 퍼지 파이프(190)의 테이핑된 일부 영역은 파이프 총면적의 1/3이하로 형성할 수 있을 것이다. 상기 테이핑은 증발가수가 배출/흡입되지 않도록 하는 어떠한 수단이라도 이용가능할 것이다.
도 3b와 같이, 퍼지 파이프(190)에 대한 충진 파이프(180)의 유로면적을 상대적으로 크게 하면, 충진시 연료탱크에서 발생하는 증발가스의 동일 유속 조건하에, 홀 면적을 증대시켜 충진 유량을 증대시키게 된다.
이에 비해 퍼지 파이프(190)의 유로면적을 상대적으로 작게 하면, 동일 흡입 유량(Qc) 조건에서 전체 면적을 축소하여 증발가스의 흡입 유속을 증대시켜 퍼지시 증발가스 탈착 성능이 향상된다.
본원발명은 충진 포트(110) 및 퍼지에어 배출포트(120)에 다수의 홀(210)이 형성된 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)를 연결하되, 메쉬망과 부직포를 이용하여 홀의 크기를 미세하게 조정하고, 필요에 따라 퍼지 파이프(190)의 유로면적을 충진 파이프(180)의 유로면적보다 작게 형성하여 캐니스터의 충진 효율 및 퍼지 효율을 극대화한 장점이 있다.
본원발명과 같은 캐니스터 구조를 이용하면, 캐니스터 케이스의 부피나 크기를 크게 형성할 필요가 없어, 차량의 설계자유도를 향상시키고, 전체적인 제조비용을 저감하는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 캐니스터 110: 충진 포트
120: 퍼지에어 배출포트 130: 대기 포트
140: 증발가스의 이동경로 150: 외부공기의 이동경로
160: 활성탄 170: 데드 볼륨
180: 충진 파이프 190: 퍼지 파이프
191: 파이프의 유로면 192: 충진 파이프의 테이핑된 영역
210: 홀

Claims (6)

  1. 몸체 내부에 활성탄(160)이 내장되면서 연료탱크와 연결되는 충진 포트(110), 외부의 공기가 유입되는 대기 포트(130) 및 상기 활성탄(160)에 포집된 증발가스를 흡기계통으로 송출하는 퍼지에어 배출포트(120)를 포함하는 차량의 캐니스터에 있어서,
    상기 충진 포트(110)와 연결되어 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 몸체 내부로 유입시키는 충진 파이프(180); 및
    상기 활성탄에 포집된 증발가스를 흡입하여 퍼지에어 배출포트(120)로 전달하는 퍼지 파이프(190);를 포함하되,
    상기 충진 파이프(180) 및 퍼지 파이프(190)는,
    각각 파이프 기둥의 외면에 직사각형 형상을 갖는 다수의 증발가스 유로공을 형성하되, 각각의 파이프 기둥에 메쉬망을 둘러싸서 그 외면에 다수의 홀(hole)(210)을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메쉬망의 외면에 부직포를 더 추가하여 상기 다수의 홀(210)을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조.
  4. 몸체 내부에 활성탄(160)이 내장되면서 연료탱크와 연결되는 충진 포트(110), 외부의 공기가 유입되는 대기 포트(130) 및 상기 활성탄(160)에 포집된 증발가스를 흡기계통으로 송출하는 퍼지에어 배출포트(120)를 포함하는 차량의 캐니스터에 있어서,
    상기 충진 포트(110)와 연결되어 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 몸체 내부로 유입시키는 충진 파이프(180); 및
    상기 활성탄에 포집된 증발가스를 흡입하여 퍼지에어 배출포트(120)로 전달하는 퍼지 파이프(190);를 포함하되,
    상기 충진 파이프(180)와 퍼지 파이프(190)는 그 외면에 다수의 홀(hole)(210)이 형성되며,상기 홀(hole)(210)의 직경은 15 내지 25μm인 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조.
  5. 몸체 내부에 활성탄(160)이 내장되면서 연료탱크와 연결되는 충진 포트(110), 외부의 공기가 유입되는 대기 포트(130) 및 상기 활성탄(160)에 포집된 증발가스를 흡기계통으로 송출하는 퍼지에어 배출포트(120)를 포함하는 차량의 캐니스터에 있어서,
    상기 충진 포트(110)와 연결되어 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 몸체 내부로 유입시키는 충진 파이프(180); 및
    상기 활성탄에 포집된 증발가스를 흡입하여 퍼지에어 배출포트(120)로 전달하는 퍼지 파이프(190);를 포함하되,
    상기 충진 파이프(180)와 퍼지 파이프(190)는 그 외면에 다수의 홀(hole)(210)이 형성되고,
    상기 퍼지 파이프(190)는 그 일부영역을 테이핑하여 증발가스의 유로면적을 파이프의 총면적보다 작아지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 퍼지 파이프(190)의 테이핑된 일부 영역은 파이프 총면적의 1/3이하인 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 구조.
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