KR101411626B1 - 액체 탱크를 위한 가스압과 유량의 통합 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
휘발성 액체가 담긴 탱크의 가스압(gas pressure)과 유량을 측정하는 기술에 관련된다. 통합 측정 장치는 단일의 압력 센서를 사용하되, 가스압을 측정하는 경로와 차압을 측정하는 경로를 스위칭 밸브를 사용하여 스위칭하면서 순차적으로 가스압과 차압을 측정한다. 통합 측정 장치는 가스압과 총압, 혹은 가스압과 액압의 두 조합 중 하나의 압력들을 순차적으로 측정하는 압력 센서와, 탱크의 상부에 연결된 상부관, 탱크의 하부에 연결된 하부관, 그리고 압력 센서의 적어도 하나의 입력단 간의 연통 경로를 스위칭하는 스위칭 밸브를 포함한다.
Description
본 발명은 측정 기술에 관련되며, 특히 예를 들면 자동차 연료 탱크와 같이 휘발성 액체가 담긴 탱크의 가스압(gas pressure)과 유량을 측정하는 기술에 관련된다.
1990. 7. 26.자 공개된 WO90/008303호에는 연료 탱크의 상부와 하부의 압력의 차이를 차압 센서(differential pressure probe)로 측정하여 유량을 계산하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 기존의 플로우터(floater) 방식과 비교할 때 전기적인 접점을 가지지 않으므로 내구성 면에서 장점이 있으나, 고가인 압력센서를 사용함에 따라 현실적으로 적용되지 못하고 있다.
한편, 연료의 증발로 인한 가스압을 측정하여, 가스압이 일정 이상일 경우 증발 가스를 엔진 연소실에서 연소시킴으로써 증발 가스가 차량 실내나 외부로 유출되지 못하도록 막는 기술이 알려져 있다.
위 두 가지 기술은 모두 압력 센서를 사용하고 있다. 1999. 12. 28.자 보슈(Robert Bosch Gmbh)에 허여된 미국 특허 6,006,596호에는 두 개의 차압을 측정할 수 있는 단일 패키지의 차압 센서를 이용하여, 위 두가지 기술을 통합하는 기술을 개시하고 있다. 독일 공개특허공보 DE4227893호는 그 센서 구조를 개시하고 있다. 그러나, 이중 센서 구조의 특별한 센서는 고가이며, 구조 상 그 두 입구단이 센서 패키지의 동일면에 매우 가까이 위치하고 있어 센서의 설치에 기구적인 제약과 어려움을 초래한다.
유량과 가스압을 측정하는 저가의 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 탱크의 설계에 있어서 자유도를 확보할 수 있는 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 기구적인 구동부가 없어 내구성이 향상된 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 단일의 압력 센서를 사용하되, 가스압을 측정하는 경로와 차압을 측정하는 경로를 스위칭 밸브를 사용하여 스위칭하면서 순차적으로 가스압과 차압을 측정한다.
보다 구체적인 일 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 가스압과 총압, 혹은 가스압과 액압의 두 조합 중 하나의 압력들을 순차적으로 측정하는 압력 센서와, 탱크의 상부에 연결된 상부관, 탱크의 하부에 연결된 하부관, 그리고 압력 센서의 적어도 하나의 입력단 간의 연통 경로를 스위칭하는 스위칭 밸브를 포함한다.
보다 구체적인 일 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 일단은 액체가 담긴 탱크의 상부에 연결되는 상부관(tube)의 타단이 그 제 1 입력단에 연결되는 압력 센서와, 일단은 탱크의 하부에 연결된 하부관의 타단이 그 제 1 입구단에 연결되고, 출구단은 압력 센서의 제 2 입력단에 연결되는 스위칭 밸브를 포함할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 스위칭 밸브의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압으로부터 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 측정된 차압으로부터 유량 표시 신호를 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 스위칭 밸브의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압으로부터 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 측정된 총압과 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압의 차이로부터 생성된 유량 표시 신호를 출력하는 유량 표시 신호를 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 압력 센서의 설치 높이가 탱크 하부 이하일 수 있다.
스위칭 밸브, 예를 들면 솔레노이드 밸브는 정밀한 압력 센서에 비해 훨씬 저렴하다. 따라서 솔레노이드 밸브 1개와 하나의 정밀한 압력 센서를 포함하는 통합 측정 장치는 하나의 압력 센서를 포함하는 가스압 측정 장치와, 하나의 차압 센서를 포함하는 유량 측정 장치 두 개를 합한 것보다 훨씬 저렴하다. 또한 솔레노이드 밸브 1개와 하나의 정밀한 압력 센서를 포함하는 통합 측정 장치는 2 개의 차압 센서가 1개의 패키지로 통합된 특별한 압력 센서를 사용하는 것에 비해 훨씬 저렴하다.
또한 솔레노이드 밸브는 자동차의 많은 부품에서 사용되는 범용적인 부품으로 그 내구성은 충분히 검증되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 통합 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 통합 측정 방법의 개략적인 구성을 도시한 흐름도이다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 통합 측정 방법의 개략적인 구성을 도시한 흐름도이다.
도 2는 또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 통합 측정 방법의 개략적인 구성을 도시한 흐름도이다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 통합 측정 방법의 개략적인 구성을 도시한 흐름도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다.
일 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 단일의 압력 센서를 사용하되, 가스압을 측정하는 경로와 차압을 측정하는 경로를 스위칭 밸브를 사용하여 스위칭하면서 순차적으로 가스압과 차압을 측정한다.
도 1은 일 실시예에 따른 통합 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1은 연료 탱크를 도시하고 있으나, 청구범위에 보듯이 본 발명은 연료 탱크 뿐 아니라 그에 탑재될 수 있는 통합 측정 장치를 포괄하며, 또 그 통합 측정 장치를 이용한 통합 측정 방법을 포괄한다.
일 양상에 따른 통합 측정 장치는 탱크(100)의 가스압과, 총압 혹은 액압 중 하나의 압력을 순차적으로 측정하는 압력 센서(30)와, 탱크(100)의 상부에 연결된 상부관(10), 탱크(100)의 하부에 연결된 하부관(50), 그리고 압력 센서(30)의 적어도 하나의 입력단 간의 연통 경로를 스위칭하는 스위칭 밸브(300)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 통합 측정 장치는 스위칭 밸브(300)의 제 1 입구단이 하부관(tube)(50)의 타단에 연결되고, 출구단은 연결관(70)을 통해, 혹은 직접 압력 센서(30)의 제 2 입력단에 연결되며, 압력 센서(30)의 제 1 입력단은 상부관(10)의 타단에 연결된다. 예를 들면 스위칭 밸브(300)와 압력 센서(30)는 별개의 부품이며, 연결관(70)으로 연결될 수 있다. 예를 들면 스위칭 밸브(300)는 압력 센서와 일체로 하나의 부품으로 제조될 수 있다.
탱크(100)는 예를 들면 자동차의 연료 탱크로, 일반적으로 금속으로 제작될 수 있다. 탱크(100)에는 액체, 예를 들면 가솔린과 같은 자동차의 연료(150)가 담겨 있다. 이 연료는 휘발성으로 그 유면(190)의 상부에는 증발한 가스(170)가 차 있다. 본 발명은 이와 같이 휘발성 가스를 저장하는 탱크의 증발한 가스압과 저장된 유량을 통합 측정하는 기술에 적용될 수 있으며, 자동차 연료 탱크 분야에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 가스 압(gas pressure)이라 함은 탱크 유면의 상부에 차 있는 증발된 가스의 압력을 말하고, 액압(liquid pressure)이라 함은 탱크 유면의 하부에 있는 예를 들면 가솔린과 같은 액체만의 무게로 인한 압력을 말하며, 또 총압(total pressure) 이라 함은 탱크(100) 저면에서 받는 힘으로, 가스압과 액압을 합한 압력이다. 액체의 무게에 비례하는 액압으로부터 탱크에 충전된 유량을 측정할 수 있다.
상부관(upper tube)(10)은 그 일단이 탱크(100)의 상부에 연결된다. '상부'라 함은 탱크의 가스압이 측정될 수 있는 위치로, 도면에 도시된 바와 같이 탱크가 최대로 채워졌을 때에 차량이 주행으로 인해 흔들리더라도 액면이 좀처럼 닿지 않는 위치인 것이 바람직하다. 그러나 간혹 저장된 액체가 닿는 것이 가스압을 측정하는 것을 불가능하게 하는 것은 아니다. 예를 들면 상부관(1)은 탱크의 상부에 탱크와 상면의 통공을 통해 연통되면서도 그 저면으로는 액체의 유입을 차단하는 별도의 가스압실을 형성하고, 그 가스압실에 연결될 수도 있다.
하부관(lower tube)(50)은 일단이 탱크(100)의 하부에 연결된다. 하부관(50)이 연결되는 탱크의 하부는 탱크에 연료가 거의 소진된 상태에서도 탱크 내의 액체가 접촉할 수 있는 위치이다. 또다른 양상에 따르면, 압력 센서(30)는 그 설치 높이가 탱크 하부 이하일 수 있다. "탱크 하부 이하"란 표현은 탱크 하부보다 아래이거나 혹은 그 정도의 동일한 높이일 수 있다는 것으로, 압력센서와 탱크 하부 사이의 관에 연료가 가득차서 공기가 유입되지 않을 정도의 높이를 의미한다. 이에 따르면, 하부관(50)은 항상 내부에 액체, 본 실시예에서는 연료로 채워져 있을 수 있다. 이는 압력 측정시 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 압력 센서(30)는 차압 센서(differential pressure sensor)이다. 스위칭 밸브(300)는 예를 들면 솔레노이드에 의해 구동되는 3-포트 밸브(3-port valve)로, 전기적인 신호에 응답하여 2개의 입구단(inlet port) 중 하나를 선택적으로 출구단(outlet port)으로 연통시킨다. 스위칭 밸브(300)의 제 2 입구단(310)에는 기준 압력, 예를 들면 대기압이 인가될 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 통합 측정 장치는 스위칭 밸브(300)의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압으로부터 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 측정된 차압으로부터 유량 표시 신호를 출력하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 통합 측정 장치는 스위칭 밸브를 제어하되, 제 1 스위칭 상태에서 제 2 입구단을 출구단으로 연통시키고, 제 2 스위칭 상태에서 제 1 입구단을 출구단으로 연통시키도록 제어하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 제어부(500)는 스위칭 밸브(300)의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압으로부터 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 측정된 차압으로부터 유량 표시 신호를 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제어부(500)는 주기적으로 증발가스압과 유량을 번갈아 측정한다. 일 실시예에 있어서, 제어부(500)의 압력 측정부(530)는 압력 센서(30)의 압력 값을 읽어 들여 외부로 출력한다. 일 실시예에 있어서, 압력 측정부(530)는 압력 센서(30)에서 출력되는 아날로그 전기 신호를 일정 기간 누적하는 적분기와, 적분기의 출력을 적절한 범위의 신호로 증폭하는 증폭기와, 증폭된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 변환기를 포함하여 구성될 수 있다. 또다른 예로 압력 측정부(530)는 압력 센서(30)에서 출력되는 아날로그 전기 신호를 증폭하는 증폭기만으로 구성될 수 있다. 압력 측정부(530)는 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따른 통합 측정 장치를 사용하는 자동차의 제조사가 정한 기술 사양(technical specification)에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또 압력 측정부(530)는 가스압과, 액압에 대해 별도의 회로로 구비되거나, 하나의 부품이지만 별도의 출력을 가진 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어 가스압의 경우, 압력 측정부(530)가 출력하는 가스압 표시 신호는 증발 가스를 엔진 실린더룸으로 회수하는 회수 경로상의 밸브를 구동하는 회수 제어 회로에 입력될 수 있다. 이 경우 압력 측정부(530)는 측정된 가스 압을 소정의 기준치와 비교하여, 기준치 이상일 경우 이를 회수 제어 회로로 알리는 가스압 표시 신호를 출력할 수 있다.
밸브 구동부(510)는 압력 측정부(530)의 지시에 따라 스위칭 밸브(300)를 구동한다. 밸브 구동부(510)는 예를 들면 솔레노이드 밸브를 구동하는 직류 혹은 펄스 신호를 생성하여 출력하는 회로일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 통합 측정 방법의 구성을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 통합 측정 방법에 따르면, 먼저 제어부(500)의 밸브 구동부(510)는 스위칭 밸브(300)의 연통 경로를 제 1 상태로 설정한다(단계 S110). 일 실시예에 있어서, 스위칭 밸브(300)는 제 1 입구단은 차단하고, 제 2 입구단을 출구단으로 연통시킨다. 이에 따라 차압 센서인 압력 센서(30)의 제 1 입력단에는 상부관(10)을 통해 가스압이 인가되고, 제 2 입력단에는 스위칭 밸브(300)의 제 2 입구단으로부터의 대기압이 인가된다.
다음으로, 제어부(500)의 압력 측정부(530)는 이때의 차압 센서의 측정값을 읽어들여, 액체 상면의 가스 압에 관련된 전기적인 신호인 가스압 표시 신호를 생성한다(단계 S120). 이후에 생성된 가스 압 표시 신호를 출력한다(단계 S130). 가스압 표시 신호는 예를 들면 압력센서가 출력하는 전기 신호를 일정한 시간 동안 누적하여 적분한 값을 적절한 범위의 신호로 증폭한 후 디지털로 변환한 신호일 수 있다. 또다른 예로, 가스압 표시 신호는 예를 들면 압력센서가 출력하는 전기 신호를 단순히 증폭한 아날로그 신호일 수 있다. 또다른 예로 가스압 표시 신호는 가스압이 기준 이상임을 알리는 레벨 신호, 혹은 펄스열 신호일 수 있다.
이후에, 밸브 구동부(510)는 압력 측정부(530)의 지시에 따라 스위칭 밸브의 연통 경로를 제 2 상태로 설정한다(단계 S140). 일 실시예에 있어서, 스위칭 밸브(300)는 제 2 입구단은 차단하고, 제 1 입구단을 출구단으로 연통시킨다. 이에 따라 차압 센서인 압력 센서(30)의 제 1 입력단에는 상부관(10)을 통해 가스압이 인가되고, 제 2 입력단에는 스위칭 밸브(300)의 제 1 입구단으로부터의 총압, 즉 탱크(100) 내부에 충전된 연료에 의한 액압과 연료면 상부에 충진되는, 연료가 증발하여 발생한 가스에 의한 가스압을 합한 압력이 인가된다.
다음으로, 제어부(500)의 압력 측정부(530)는 이때의 차압 센서의 측정값을 읽어들여 탱크 내에 충전된 연료에 의한 액압을 측정하고, 그에 관련된 전기적인 신호인 유량 표시 신호를 생성한다(단계 S160). 이후에 생성된 유량 표시 신호를 출력한다(단계 S170). 탱크 저면에 미치는 총압에서 유면 상부의 가스압을 뺀 액압은 탱크 내에 충전된 유량에 비례한다.
가스압 표시 신호는 유량 표시 신호와 함께 별도의 출력단을 통해 동시에 출력될 수도 있다. 또는 외부에 각각 연결된 별개의 부품으로, 기술 사양에 따라 적절한 형태로 정해진 시점에 출력될 수 있다. 예를 들어 가스압 표시 신호의 경우 증발 가스를 엔진 실린더룸으로 회수하는 회수 경로상의 밸브를 구동하는 회수 제어 회로에 입력될 수 있다. 또다른 예로, 압력 측정부(530)는 측정된 가스 압을 소정의 기준치와 비교하여, 기준치 이상일 경우에만 회수 제어 회로로 가스압 표시 신호를 출력할 수 있다.
유량 표시 신호는 탱크의 유량을 표시하는 표시제어회로로 출력될 수 있다. 이 경우, 유량 표시 신호는 차량의 진동으로 인한 영향을 배제하기 위해 일정 주기 동안의 평균 값으로 출력될 수 있다. 또다른 예로, 가스압 표시 신호와, 유량 표시 신호는 차량 내 네트워크, 예를 들면 CAN(car area network)의 단일의 포트를 통해 출력될 수도 있다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 스위칭 밸브(300)와 압력 센서(30)는 그 연결 순서가 반대로 될 수 있다. 도시되지 않았지만, 이 변형된(modified) 실시예에 따른 통합 측정 장치는 스위칭 밸브(300)의 제 1 입구단이 상부관(tube)(10)의 타단에 연결되고, 출구단은 연결관(70)을 통해, 혹은 직접 압력 센서(30)의 제 2 입력단에 연결되며, 압력 센서(30)의 제 1 입력단은 하부관의 타단에 연결된다. 또한 제 2 입구단에는 대기압이 인가될 수 있다. 이 자명한 변형예의 기술적 구성이나 동작은 도 1에 도시된 실시예의 그것과 유사하다.
유사하게, 이 변형된 실시예에 있어서, 압력 센서(30)는 그 설치 높이가 탱크 하부 이하일 수 있다. "탱크 하부 이하"란 표현은 탱크 하부보다 아래이거나 혹은 그 정도의 동일한 높이일 수 있다는 것으로, 압력센서와 탱크 하부 사이의 관에 연료가 가득차서 공기가 유입되지 않을 정도의 높이를 의미한다. 또한 압력 센서(30)는 차압 센서(differential pressure sensor)일 수 있다. 스위칭 밸브(300)는 예를 들면 솔레노이드에 의해 구동되는 3-포트 밸브(3-port valve)로, 전기적인 신호에 응답하여 2개의 입구단(inlet port) 중 하나를 선택적으로 출구단(outlet port)으로 연통시킨다. 스위칭 밸브(300)의 제 2 입구단(310)에는 기준 압력, 예를 들면 대기압이 인가될 수 있다.
변형된 실시예에 있어서, 통합 측정 장치는 스위칭 밸브(300)의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압으로부터 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 측정된 차압으로부터 유량 표시 신호를 출력하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다. 제어부(500)의 구체적인 구성과 동작은 도 1에 도시된 실시예의 그것과 유사하다.
도 2는 또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치는 일단은 액체가 담긴 탱크(100)의 상부에 연결되는 상부관(tube)(10)의 타단이 그 제 1 입구단에 연결되고, 일단은 탱크(100)의 하부에 연결된 하부관(50)의 타단이 그 제 2 입구단에 연결되는 스위칭 밸브(300)와, 제 1 입력단은 스위칭 밸브(300)의 출구단에 연결되고 제 2 입력단은 대기압이 인가되는 압력 센서(30)를 포함한다.
일 실시예에서, 스위칭 밸브(300)와 압력 센서(30)는 별개의 부품이며, 연결관(70)으로 연결될 수 있다. 또다른 실시예로 스위칭 밸브(300)는 압력 센서와 일체로 하나의 부품으로 제조될 수 있다.
탱크(100)는 예를 들면 자동차의 연료 탱크로, 일반적으로 금속으로 제작될 수 있다. 탱크(100)에는 액체, 예를 들면 가솔린과 같은 자동차의 연료(150)가 담겨 있다. 이 연료는 휘발성으로 그 유면(190)의 상부에는 증발한 가스(170)가 차 있다. 본 발명은 이와 같이 휘발성 가스를 저장하는 탱크의 증발한 가스압과 저장된 유량을 통합 측정하는 기술에 적용될 수 있으며, 자동차 연료 탱크 분야에 한정되는 것은 아니다.
상부관(upper tube)(10)은 그 일단이 탱크(100)의 상부에 연결된다. '상부'라 함은 탱크의 가스압이 측정될 수 있는 위치로, 도면에 도시된 바와 같이 탱크가 최대로 채워졌을 때에 차량이 주행으로 인해 흔들리더라도 액면이 좀처럼 닿지 않는 위치인 것이 바람직하다. 그러나 간혹 저장된 액체가 닿는 것이 가스압을 측정하는 것을 불가능하게 하는 것은 아니다. 예를 들면 상부관(1)은 탱크의 상부에 탱크와 상면의 통공을 통해 연통되면서도 그 저면으로는 액체의 유입을 차단하는 별도의 가스압실을 형성하고, 그 가스압실에 연결될 수도 있다.
하부관(lower tube)(50)은 일단이 탱크(100)의 하부에 연결된다. 하부관(50)이 연결되는 탱크의 하부는 탱크에 연료가 거의 소진된 상태에서도 탱크 내의 액체가 접촉할 수 있는 위치이다. 또다른 양상에 따르면, 압력 센서(30)는 그 설치 높이가 탱크 하부 이하일 수 있다. "탱크 하부 이하"란 표현은 탱크 하부보다 아래이거나 혹은 그 정도의 동일한 높이일 수 있다는 것으로, 압력센서와 탱크 하부 사이의 관에 연료가 가득차서 공기가 유입되지 않을 정도의 높이를 의미한다. 이에 따르면, 하부관(50)은 항상 내부에 액체, 본 실시예에서는 연료로 채워져 있을 수 있다. 이는 압력 측정시 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 압력 센서(30)는 게이지 압력 센서(gauge pressure sensor)이다. 스위칭 밸브(300)는 예를 들면 솔레노이드에 의해 구동되는 3-포트 밸브(3-port valve)로, 전기적인 신호에 응답하여 2개의 입구단(inlet port) 중 하나를 선택적으로 출구단(outlet port)으로 연통시킨다.
도시된 바와 같이 또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치에 있어서, 스위칭 밸브(300)의 제 1 입구단은 일단이 탱크(100)의 상부에 연결된 상부관(tube)(10)의 타단으로 연결되고, 제 2 입구단은 일단이 탱크의 하부에 연결된 하부관(50)의 타단에 연결된다. 또한 압력 센서(30)의 제 1 입력단은 스위칭 밸브(300)의 출구단에 연결되고 제 2 입력단은 대기압이 인가된다. 게이지 압력 센서는 대기압에 대한 상대적인 압력을 측정하는 센서이다. 따라서 제 2 입력단은 게이지 압력센서에 실제로 구비되지 않으나, 내부적으로 대기압이 입력되는 구성일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 압력 센서(30)는 그 제 2 입력단이 대기압에 노출되도록 설치된 차압 센서일 수도 있다.
또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치는 스위칭 밸브를 제어하되, 제 1 스위칭 상태에서 제 1 입구단을 출구단으로 연통시키고, 제 2 스위칭 상태에서 제 2 입구단을 출구단으로 연통시키도록 제어하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
또다른 실시예에 따른 통합 측정 장치에 있어서, 제어부(500)는 스위칭 밸브(300)의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압으로부터 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 측정된 차압으로부터 유량 표시 신호를 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제어부(500)는 주기적으로 증발 가스압과 유량을 번갈아 측정한다. 일 실시예에 있어서, 제어부(500)의 압력 측정부(530)는 압력 센서(30)의 압력 값을 읽어 들여 외부로 출력한다. 일 실시예에 있어서, 압력 측정부(530)는 압력 센서(30)에서 출력되는 아날로그 전기 신호를 일정 기간 누적하는 적분기와, 적분기의 출력을 적절한 범위의 신호로 증폭하는 증폭기와, 증폭된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 변환기를 포함하여 구성될 수 있다. 또다른 예로 압력 측정부(530)는 압력 센서(30)에서 출력되는 아날로그 전기 신호를 증폭하는 증폭기만으로 구성될 수 있다. 압력 측정부(530)는 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따른 통합 측정 장치를 사용하는 자동차의 제조사가 정한 기술 사양(technical specificationP)에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또 압력 측정부(530)는 가스압과, 액압에 대해 별도의 회로로 구비되거나, 하나의 부품이지만 별도의 출력을 가진 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어 가스압의 경우, 압력 측정부(530)가 출력하는 가스압 표시 신호는 증발 가스를 엔진 실린더룸으로 회수하는 회수 경로상의 밸브를 구동하는 회수 제어 회로에 입력될 수 있다. 이 경우 압력 측정부(530)는 측정된 가스 압을 소정의 기준치와 비교하여, 기준치 이상일 경우 이를 회수 제어 회로로 알리는 가스압 표시 신호를 출력할 수 있다.
밸브 구동부(510)는 압력 측정부(530)의 지시에 따라 스위칭 밸브(300)를 구동한다. 밸브 구동부(510)는 예를 들면 솔레노이드 밸브를 구동하는 직류 혹은 펄스 신호를 생성하여 출력하는 회로일 수 있다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 통합 측정 방법의 구성을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 통합 측정 방법에 따르면, 먼저 제어부(500)의 밸브 구동부(510)는 스위칭 밸브(300)의 연통 경로를 제 1 상태로 설정한다(단계 S210). 일 실시예에 있어서, 스위칭 밸브(300)는 제 1 입구단은 차단하고, 제 2 입구단을 출구단으로 연통시킨다. 이에 따라 압력 센서(30)의 제 1 입력단에는 상부관(10)을 통해 가스압이 인가되고, 게이지 압력 센서이므로 대기압을 기준으로 가스압이 측정된다. 그러나 제 2 입력단으로 대기압이 인가되는 차압 센서를 사용할 수도 있다. 본 명세서에서 게이지 센서와 제 2 입력단으로 대기압이 인가되는 차압 센서는 균등의 구성으로 취급된다.
다음으로, 제어부(500)의 압력 측정부(530)는 이때의 압력 센서의 측정값을 읽어들여, 액체 상면의 가스 압에 관련된 전기적인 신호인 가스압 표시 신호를 생성한다(단계 S220). 이후에 생성된 가스 압 표시 신호를 출력한다(단계 S230). 가스압 표시 신호는 예를 들면 압력센서가 출력하는 전기 신호를 일정한 시간 동안 누적하여 적분한 값을 적절한 범위의 신호로 증폭한 후 디지털로 변환한 신호일 수 있다. 또다른 예로, 가스압 표시 신호는 예를 들면 압력센서가 출력하는 전기 신호를 단순히 증폭한 아날로그 신호일 수 있다. 또다른 예로 가스압 표시 신호는 가스압이 기준 이상임을 알리는 레벨 신호, 혹은 펄스열 신호일 수 있다.
이후에, 밸브 구동부(510)는 압력 측정부(530)의 지시에 따라 스위칭 밸브의 연통 경로를 제 2 상태로 설정한다(단계 S240). 일 실시예에 있어서, 스위칭 밸브(300)는 제 2 입구단은 차단하고, 제 1 입구단을 출구단으로 연통시킨다. 이에 따라 게이지 압력 센서인 압력 센서(30)의 제 1 입력단에는 스위칭 밸브(300)의 제 1 입구단으로부터의 총압, 즉 탱크(100) 내부에 충전된 연료에 의한 액압과 연료면 상부에 충진되는, 연료가 증발하여 발생한 가스에 의한 가스압을 합한 압력이 인가된다.
다음으로, 제어부(500)의 압력 측정부(530)는 이때의 압력 센서(30)의 측정값을 읽어들여 대기압을 기준으로 한 탱크 내의 총압을 측정하고, 그 측정된 값에서 단계(S220)에서 측정한 가스압 값을 차감하여 액압을 계산하여 그를 표시하는 전기적인 신호인 유량 표시 신호를 생성한다(단계 S260). 이후에 생성된 유량 표시 신호를 출력한다(단계 S270). 탱크 저면에 미치는 총압에서 유면 상부의 가스압을 뺀 액압은 탱크 내에 충전된 유량에 비례한다.
가스압 표시 신호는 유량 표시 신호와 함께 별도의 출력단을 통해 동시에 출력될 수도 있다. 또는 외부에 각각 연결된 별개의 부품으로, 기술 사양에 따라 적절한 형태로 정해진 시점에 출력될 수 있다. 예를 들어 가스압 표시 신호의 경우 증발 가스를 엔진 실린더룸으로 회수하는 회수 경로상의 밸브를 구동하는 회수 제어 회로에 입력될 수 있다. 또다른 예로, 압력 측정부(530)는 측정된 가스 압을 소정의 기준치와 비교하여, 기준치 이상일 경우에만 회수 제어 회로로 가스압 표시 신호를 출력할 수 있다.
유량 표시 신호는 탱크의 유량을 표시하는 표시제어회로로 출력될 수 있다. 이 경우, 유량 표시 신호는 차량의 진동으로 인한 영향을 배제하기 위해 일정 주기 동안의 평균 값으로 출력될 수 있다. 또다른 예로, 가스압 표시 신호와, 유량 표시 신호는 차량 내 네트워크, 예를 들면 CAN(car area network)의 단일의 포트를 통해 출력될 수도 있다.
전술한 그리고 그로부터 자명하게 유추 가능한 변형된 양상들은 상호간에 기술적인 모순이 없는 한 당해 분야의 통상적인 기술을 가진 자라면 다양한 형태로 조합할 수 있다. 특허청구범위는 이러한 자명한 변형들을 모두 포괄하도록 의도되었으나, 아직 청구범위에 반영되지 않은 양상의 조합들이라고 해서 본 발명의 범주에서 제외된 것으로 이해되어서는 안된다.
10 : 상부관 30 : 압력 센서
50 : 하부관 70 : 연결관
100 : 탱크 110 : 주유구
130 : 주유캡 150 : 연료
170 : 증발가스 190 : 유면
500 : 제어부 510 : 밸브 구동부
530 : 압력 측정부
50 : 하부관 70 : 연결관
100 : 탱크 110 : 주유구
130 : 주유캡 150 : 연료
170 : 증발가스 190 : 유면
500 : 제어부 510 : 밸브 구동부
530 : 압력 측정부
Claims (19)
- 일단은 액체가 담긴 탱크의 상부에 연결되는 상부관(tube)의 타단이 그 제 1 입력단에 연결되는 압력 센서와;
일단은 탱크의 하부에 연결된 하부관의 타단이 그 제 1 입구단에 연결되고, 출구단은 압력 센서의 제 2 입력단에 연결되는 스위칭 밸브;
를 포함하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 일단은 액체가 담긴 탱크의 상부에 연결되는 상부관(tube)의 타단이 그 제 1 입구단에 연결되는 스위칭 밸브와;
일단은 탱크의 하부에 연결된 하부관의 타단이 그 제 2 입력단에 연결되고, 제 1 입력단은 스위칭 밸브의 출구단에 연결되는 압력 센서;
를 포함하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 일단은 액체가 담긴 탱크의 상부에 연결되는 상부관(tube)의 타단이 그 제 1 입구단에 연결되고, 일단은 탱크의 하부에 연결된 하부관의 타단이 그 제 2 입구단에 연결되는 스위칭 밸브와;
제 1 입력단은 스위칭 밸브의 출구단에 연결되고 제 2 입력단은 대기압이 인가되는 압력 센서;
를 포함하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항 중의 어느 한 항에 있어서, 통합 측정 장치가 :
스위칭 밸브의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 압력 센서의 제 1 입력단에서 유입되는 탱크의 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 압력센서의 제 1,2 입력단의 압력 차로부터 생성된 탱크의 유량 표시 신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 제 4 항에 있어서, 스위칭 밸브가 대기압이 인가되는 제 2 입구단을 더 포함하고, 제어부는 스위칭 밸브를 제어하되, 제 1 스위칭 상태에서 제 2 입구단을 출구단으로 연통시키고, 제 2 스위칭 상태에서 제 1 입구단을 출구단으로 연통시키도록 제어하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 제 3 항에 있어서, 통합 측정 장치가 :
스위칭 밸브의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 압력 센서로부터 탱크의 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 압력센서로부터 탱크의 총압을 측정하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압과의 차이인 액압으로부터 생성된 탱크의 유량 표시 신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 제 6 항에 있어서, 제어부는 스위칭 밸브를 제어하되, 제 1 스위칭 상태에서 제 1 입구단을 출구단으로 연통시키고, 제 2 스위칭 상태에서 제 2 입구단을 출구단으로 연통시키도록 제어하는 탱크의 통합 측정 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 압력 센서의 설치 높이가 탱크 하부 이하인 탱크의 통합 측정 장치.
- 액체가 담기는 탱크와;
일단이 탱크의 상부에 연결된 상부관(tube)과;
일단이 탱크의 하부에 연결된 하부관과;
가스압과 총압, 혹은 가스압과 액압의 두 조합 중 하나의 압력들을 순차적으로 측정하는 압력 센서;
상부관과, 하부관과, 압력 센서의 적어도 하나의 입력단 간의 연통 경로를 스위칭하는 스위칭 밸브;
를 포함하는 액체 탱크.
- 제 9 항에 있어서,
상부관(tube)의 타단이 압력 센서의 제 1 입력단에 연결되고,
하부관의 타단이 스위칭 밸브의 제 1 입구단에 연결되며, 스위칭 밸브의 출구단은 압력 센서의 제 2 입력단에 연결되는 액체 탱크.
- 제 9 항에 있어서,
상부관(tube)의 타단이 스위칭 밸브의 제 1 입구단에 연결되고,
하부관의 타단이 압력 센서의 제 2 입력단에 연결되며, 압력 센서의 제 1 입력단은 스위칭 밸브의 출구단에 연결되는 액체 탱크.
- 제 10 항 또는 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 통합 측정 장치가 :
스위칭 밸브의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 압력 센서의 제 1 입력단에서 측정된 탱크의 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 압력센서의 제 1,2 입력단의 압력 차로부터 생성된 탱크의 유량 표시 신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하는 액체 탱크.
- 제 12 항에 있어서, 스위칭 밸브가 대기압이 인가되는 제 2 입구단을 더 포함하고, 제어부는 스위칭 밸브를 제어하되, 제 1 스위칭 상태에서 제 2 입구단을 출구단으로 연통시키고, 제 2 스위칭 상태에서 제 1 입구단을 출구단으로 연통시키도록 제어하는 액체 탱크.
- 제 9 항에 있어서,
상부관(tube)의 타단이 스위칭 밸브의 제 1 입구단에 연결되고, 하부관의 타단이 스위칭 밸브의 제 2 입구단에 연결되며, 압력 센서의 제 1 입력단은 스위칭 밸브의 출구단에 연결되고 압력 센서의 제 2 입력단에는 대기압이 인가되도록 연결되는 액체 탱크.
- 제 14 항에 있어서, 통합 측정 장치가 :
스위칭 밸브의 스위칭을 제어하여 제 1 스위칭 상태에서 압력 센서로부터 탱크의 가스압 표시 신호를 출력하고, 제 2 스위칭 상태에서 압력센서로부터 탱크의 총압을 측정하여 제 1 스위칭 상태에서 측정된 가스압과의 차이로부터 생성된 탱크의 유량 표시 신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하는 액체 탱크.
- 제 14 항에 있어서, 제어부는 스위칭 밸브를 제어하되, 제 1 스위칭 상태에서 제 1 입구단을 출구단으로 연통시키고, 제 2 스위칭 상태에서 제 2 입구단을 출구단으로 연통시키도록 제어하는 액체 탱크.
- 제 9 항 내지 제 11 항, 제 14 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 압력 센서의 설치 높이가 탱크 하부 이하인 액체 탱크.
- 하나의 압력 센서와, 그 압력 센서의 입구단에 인가되는 경로를 스위칭하는 스위칭 밸브를 포함하는 통합 측정 장치의 통합 측정 방법에 있어서,
스위칭 밸브의 경로를 제어하여 탱크 내 액체 상면의 가스 압을 측정하는 단계와;
가스 압 표시 신호를 출력하는 단계와;
스위칭 밸브의 경로를 제어하여 가스 압과 탱크 하부면의 총압과의 차이인 차압을 측정하는 단계와;
차압으로부터 유량 표시 신호를 생성하여 출력하는 단계와;
를 포함하는 통합 측정 방법.
- 하나의 압력 센서와, 그 압력 센서의 입구단에 인가되는 경로를 스위칭하는 스위칭 밸브를 포함하는 통합 측정 장치의 통합 측정 방법에 있어서,
스위칭 밸브의 경로를 제어하여 탱크 내 액체 상면의 가스 압을 측정하는 단계와;
가스 압 표시 신호를 출력하는 단계와;
스위칭 밸브의 경로를 제어하여 탱크 하부면의 총압을 측정하는 단계와;
가스 압과 총압의 차이로부터 유량 표시 신호를 생성하여 출력하는 단계와;
를 포함하는 통합 측정 방법.
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