KR101455604B1 - 자기 댐핑식 자연적 진공 누출 탐지 장치 - Google Patents

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시멘스 캐나다 리미티드
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Abstract

압력 관리 장치(10)는 제 1 및 제 2 유체 포트(46, 48) 사이에 유체 소통 통로를 형성하는 하우징(30)을 포함한다. 포핏(40)은 하우징에 배치되고 제 1 및 제 2 위치 사이에서 이동가능하다. 제 1 위치는 제 1 및 제 2 유체 포트 사이의 유체 소통을 방지하고, 제 2 위치는 제 1 및 제 2 유체 포트 사이의 유체 소통을 허용한다. 포핏은 상기 하우징에 대해 축선을 따라 이동가능한 구조물(75)을 포함한다. 구조물의 적어도 일 부분은 영구 자석(72)을 포함한다. 부재(78)는 하우징에 대해 고정되고 상기 구조물과 연결된다. 부재의 적어도 일 부분은 자석이 상기 부재로 끌어 당겨지도록 철 재료로 형성되어서 포핏의 적어도 일 부분이 제 2 위치에서 포핏 공진의 대시포트 댐핑을 생성하도록 부재와 마찰되게 맞물린다.

Description

자기 댐핑식 자연적 진공 누출 탐지 장치 {NATURAL VACUUM LEAK DETECTION DEVICE WITH MAGNETIC DAMPING}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 NVLD를 포함하는 연료 시스템을 보여주는 개략적인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 NVLD의 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
10 : 압력 조정 장치 30 : 하우징
40 : 포핏 46, 48 : 제 1 및 제 2 유체 포트
72 : 영구 자석 75 : 구조물
78 : 부재
본 출원은 본 명세서에서 전체적으로 참조되고, 2006년 5월 5일에 출원된 미국 가출원 제 60/746,524호의 최초 출원일의 이익을 청구한다.
본 발명은 차량의 증기 처리 시스템, 특히 상기 시스템의 개선된 자연적 진공 누출 탐지기(NLVD)에 관한 것이다.
내연기관을 구비한 공지된 연료 시스템은 연료 탱크의 헤드 스페이스(headspace)로부터 증기 연료를 축적하는 캐니스터를 포함한다. 연료 탱크, 캐니스터, 또는 연료 시스템의 소정의 다른 부품에 누출부가 있는 경우, 연료 증기는 캐니스터 내에 축적되는 대신 누출부를 통하여 누출되어 대기로 방출된다. 다양한 정부 관리 기관, 예를 들면, 미국 환경 보호 기관 및 캘리포니아 환경 보호 기관의 공기 자원 협의회는 대기로의 연료 증기 방출 제한에 관련된 표준을 공포하였다. 따라서, 이러한 표준에 순응하기 위해 대기로의 연료 증기 방출을 회피하고 누출 진단을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 요구되었다.
자동차 누출 탐지 탑재 진단 장치(OBD)는 자동차의 증기 처리 시스템에 누출부가 있는지를 결정한다. 증기 처리 시스템은 연료 탱크 헤드 스페이스, 헤드 스페이스로부터 휘발성 연료 증기를 수집하는 캐니스터, 퍼지 밸브 및 모든 관련 호스를 포함할 수 있다. 압력/진공 센서 또는 스위치는 엔진이 작동이 멈춘 후 엔진 컴퓨터가 냉각되는 시스템에 의해 발생되는 진공을 모니터링하는 것을 허용하여 누출 탐지 진단을 수행하도록 한다. 진공 릴리프 기능(vacuum relief function)은 퍼지 유동 시스템의 안전 장치 작동을 제공하고 연료 탱크 내의 진공 레벨이 엔진 작동 및 부작동으로 탱크의 완전성을 위태롭게 하지 않도록 한다.
압력 릴리프 기능은 엔진 작동 정지 직후 소정의 과도한 연료 증기를 불어서 제거하고 원하는 진공 발생을 용이하게 하기 위해 바람직하다. 압력 릴리프 기능의 또 다른 장점은 공기가 탱크 재충전 동안 높은 유량으로 탱크로부터 배출되도록 하는 것이다. 이러한 기능은 탑재 재충전 증기 회수(ORVR)로서 통상적으로 알려져 있다.
종래의 자연적 진공 누출 탐지기(NVLD)는 압력 릴리프 밸브를 완전 개방 위치로 이동시키기 위해 솔레노이드 코일을 채용하여, 엔진 작동 기간 동안 퍼지 유동 제한을 최소화하도록 한다. 엔진이 작동하는 소정의 기간 동안, 솔레노이드로의 전원 공급이 중단되어 "대량 누출" 시험을 하는 것을 허용한다. 이러한 기간 동안, NVLD 전기자 및 포핏은 때때로 공진될 수 있어 불쾌한 소음을 일으킬 수 있다.
따라서, 포핏 공진을 제거하는 개선된 NVLD를 제공하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 위에서 언급된 요구를 충족하는 것이다. 본 발명의 원리에 따라, 이러한 목적은 제 1 및 제 2 유체 포트 사이에 유체 소통 통로를 형성하는 하우징을 포함하는 압력 조정 장치를 제공함으로써 달성된다. 포핏은 하우징에 배치되어 제 1 및 제 2 위치 사이에서 이동가능하다. 제 1 위치는 제 1 및 제 2 유체 포트 사이의 유체 소통을 방지하며 제 2 위치는 제 1 및 제 2 유체 포트 사이의 유체 소통을 허용한다. 포핏은 하우징에 대해 축선을 따라 병진이동가능한(translatable) 구조물을 포함한다. 구조물의 적어도 일 부분은 영구 자석을 포함한다. 부재가 하우징에 대해 고정되어 구조물과 연결된다. 부재의 적어도 일 부분은 자석이 부재로 끌어 당겨지도록 철 재료로 형성되어서 포핏의 적어도 일 부분이 제 2 위치에서 포핏 공진의 대시포트 댐핑(dashpot damping)을 생성하도록 부재와 마찰되게 맞물린다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 포핏 조립체에는 차량용 압력 조정 장치가 제공된다. 포핏 조립체는 제 1 및 제 2 위치 사이에서 이동하도록 구성 및 배치되는 전기자를 형성하는 포핏을 포함한다. 포핏의 적어도 일 부분은 영구 자석을 포함한다. 고정자 부재는 포핏과 연결된다. 고정자 부재의 적어도 일 부분은 자석이 고정자 부재로 끌어 당겨지도록 철 재료로 형성되어서 포핏의 적어도 일 부분이 포핏 공진의 대시 포트 댐핑을 생성하도록 고정자 부재와 마찰 맞물린다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 차량용 압력 조정 장치의 포핏 공진을 댐핑하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 압력 조정 장치의 하우징 내의 제 1 및 제 2 위치 사이에서 이동하도록 구성 및 배치되는 전기자를 형성하는 포핏을 제공한다. 포핏의 적어도 일 부분은 영구 자석을 포함한다. 고정자 부재는 포핏과 연결된다. 고정자 부재의 적어도 일 부분은 철 재료이다. 고정자 부재와 마찰되게 맞물리는 포핏의 적어도 일 부분에 의해 자석이 고정자 부재에 끌어 당겨져서 포핏 공진의 댐핑이 발생한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 특성 뿐만 아니라 작동 방법 및 구조물의 관련된 요소의 기능, 부품들의 조합 및 제조 경제학이 모두 본 명세서의 일 부분을 형성하는 첨부되는 도면을 참조하여 후술되는 상세한 설명 및 첨부된 도면을 고려할 때 더욱 명백하게 된다.
본 발명은 첨부되는 도면과 관련하여 바람직한 실시예의 후술되는 상세한 설명으로부터 더 용이하게 이해된다.
도 1을 참조하면, 연료 시스템(10), 예를 들면, 엔진(도시안됨)은 연료 탱크(12), 엔진의 흡입 매니폴드와 같은 진공 공급원(14), 퍼지 밸브(16), 목탄 캐니스터(18), 및 본 명세서에서는 자연적 진공 누출 탐지기(NVLD)(20)로 지칭되는 압력 조정 장치를 포함한다.
NVLD(20)는 제 1 예정 압력(진공) 레벨이 연료 시스템(10)의 헤드 스페이스에 존재하는 시그널링(signaling; 22), 제 1 예정 압력 레벨 아래 값에서 연료 시스템(10)의 헤드 스페이스 내에서의 경감 압력(24)(또한 경감 과잉 진공으로서 지칭됨), 및 제 2 압력 레벨 위의 연료 시스템(10)의 헤드 스페이스 내에서의 경감 압력(26)(또한 압력 분출로서 지칭됨)을 포함하는 다수의 기능을 수행한다. 압력 경감(24, 26)은 대기압(A)에 대해 연료 시스템(10)의 헤드 공간을 통하여 연료 증기 수집 캐니스터(18) 내의 경감 압력을 지칭한다.
연료 시스템(10)에 의해 경험되는 냉각 도중, 예를 들면, 엔진이 작동 중지된 후, 진공이 연료 증기 수집 캐니스터(18)에 형성된다. 제 1 예정 압력 레벨에서의 진공의 존재는 연료 시스템(10)의 완전성이 충족되는 것을 나타낸다. 따라서, 시그널링(22)은 연료 시스템(10)의 완전성, 즉 탐지가능한 누출이 없다는 것을 나타내기 위해 이용된다. 제 1 예정 압력 레벨 아래 압력에서의 후속하는 경감 압력(24)은 연료 탱크(12)의 완전성을 보호한다, 즉 연료 시스템(10) 내의 진공에 대한 붕괴를 방지한다.
엔진 작동이 중단된 직 후, 경감 압력(26)은 연료 기화에 의한 과잉 압력이 배출되는 것으로 허용하여 냉각 동안 발생되는 원하는 진공의 발생을 용이하게 한다. 압력 배출 동안, 연료 시스템(10) 내의 공기가 배출되는 반면 연료 분자는 연 료 증기 수집 캐니스터(18) 내에 유지된다. 유사하게, 연료 탱크(12)를 재충전하는 도중, 경감 압력(26)은 공기가 높은 유동으로 연료 탱크(12)에서 배출되도록 한다.
엔진이 작동되면, 대기 공기(A)로의 연료 증기 수집 캐니스터(18)를 제어가능한 커넥팅(18)은 퍼지 유동의 확인을 허용하여 시그널링(22) 성능의 확인을 허용한다. 엔진 작동이 중단되면, 제어가능한 커넥팅(28)은 엔진용 컴퓨터가 냉각 동안 발생되는 진공을 모니터링하도록 한다.
도 2는 목탄 캐니스터(18)와 연결되도록 형성 및 배치되는 NVLD(20)의 일 실시예를 보여준다. NVLD(20)는 목탄 캐니스터(18)의 바디에 연결될 수 있는 하우징(30)을 포함한다. NVLD(20)는 간단한 확인을 제공하여 아래에서 설명되는 바와 같은 자기 전기자를 이용함으로써 포핏 공진을 제거한다.
제 1 예정 압력 레벨에서 진공이 목탄 캐니스터(18)에 존재할 때 시그널링(22)이 발생한다. 압력 작동 장치(36)는 하우징(30) 내의 내부 챔버를 분리한다. 포핏 또는 밸브(40)로 작동적으로 상호 연결되는 격막(38)을 포함하는 압력 작동 장치(36)는 하우징(30)의 내부 챔버를 제 1 부분(42) 및 제 2 부분(44)으로 분리한다. 제 1 부분(42)은 제 1 포트(46)를 통하여 대기 압력과 유체 소통된다. 제 2 부분(44)은 하우징(30)과 목탄 캐니스터(18) 사이의 제 2 부분(48)과 유체 소통된다. 제 2 부분(44)은 또한 신호 통로(50)를 경유하여 개별 부분(44a)과 유체 소통된다.
개별 부분(44a)에서의 진공의 결과로서 형성되는 힘은 격막(38)을 도 2의 상 방으로 변위되도록 한다. 이러한 변위는 탄성 요소(54), 예를 들면 판 스프링에 의해 방해된다. 탄성 요소(54)의 편향은 측정 스크류(56)에 의해 조정될 수 있어 진공의 원하는 레벨, 예를 들면 1인치의 물이 유출 단자(64)에 전기적으로 연결되는 스위치(58)를 누르게 된다. 진공이 방출되면, 즉 부분(44, 44a) 내의 압력이 상승하면, 탄성 요소(54)는 스위치(58)로부터 격막(38)을 가압하여, 스위치(58)를 재설정한다.
부분(44, 44a)내의 진공이 증가할 때, 즉 압력이 스위치(58)를 작동하기 위한 측정 레벨 아래로 감소할 때, 압력 경감(24)이 발생한다. 제 1 부분(42)이 항상 대기 압력(A)에 있거나 또는 근처에 있는 한, 목탄 캐니스터(18) 및 제 2 부분(44) 내의 진공은 밸브(40) 상에 연속적으로 작용하게 된다. 제 1 예정 레벨 아래 진공의 소정 값, 예를 들면 3인치의 물에서 이러한 진공은 제 2 탄성 요소(68)의 대항력을 극복하여 립 밀봉부(70)로부터 밸브(40)가 변위한다. 이러한 변위는 폐쇄 위치로부터 밸브(40)를 개방하여, 대기 공기가 제 1 부분(42)을 통하여 제 2 부분(44)으로 취출되는 것을 허용한다, 즉, 밸브(40)의 개방 위치에서, 제 1 및 제 2 포트(46, 48)는 유체 소통된다. 이러한 방식으로, 연료 시스템(10) 내의 진공은 조절될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 밸브(40)는 사출 성형 플라스틱으로 형성되어 제 2 탄성 요소(68)의 힘에 의해 립 밀봉부(70)를 향하여 정상적으로 편향된다. 밸브(40)의 공진을 최소화하기 위해, 특히 압력 경감(24) 동안, 댐핑 운동 효과가 제공된다. 전기자를 형성하는 밸브(40)는 관형 부분(75) 내에 내장되는 자석 재료를 포함한다. 영구 자석을 위한 통상적인 재료는 알니코(Alnico)이지만 자기장을 유지하는 어떠한 재료로 이용될 수 있다.
대시포트 효과(댐핑)는 자석(72)을 내장하는 밸브(40)의 관형 부분(75)의 외측면(74)과 하우징(30)에 고정된 억제 튜브(78)의 내측면(76) 사이의 마찰에 의해 발생된다. 억제 튜브(78)의 내측면(76)에 대한 힘을 제어하기 위해, 개략적으로 억제 튜브(78)의 1/2은 철 재료로 형성된다. 억제 튜브(78)의 철 부분은 고정자로서 형성된다. 전기자(밸브(40))가 항상 고정자에 끌어 당겨져서 억제 튜브(78) 내의 중심 밖으로 당겨진다는 점에 주목하여야 한다. 이러한 효과를 보상하기 위해, 억제 튜브(78)및 고정자의 축선(C)은 (수직 축선(B)로부터) 중심에서 벗어나 반대 방향으로 동일한 거리에 위치한다. 마찰력은 밸브(40)의 운동을 댐핑하여 압력 경감(24, 26) 동안 공진을 중단시키는 효과를 가진다.
제 2 부분(44)에 양압이 있을 때, 즉 탱크(12)가 재 충전될 때 경감 압력(26)이 제공된다. 특히, 밸브(40)는 개방 위치로 변위되어 탱크(12)로부터 공기가 새어 나가도록 하기 위한 매우 낮은 억제 경로를 제공하도록 한다. 목탄 캐니스터(18), 및 이에 따른 제 2 부분(44)이 대기 압력 이상의 양압을 경험할 때, 신호 통로(50)는 이러한 양압을 개별 부분(44a)으로 통신한다. 차례로, 이러한 양압은 격막(38)을 밸브(40)를 향하여 하방으로 변위시킨다. 격막 핀(39)은 격막(38)의 변위를 밸브(40)로 전달하여, 밸브(40)를 립 밀봉부(70)에 대한 개방 위치로 변위한다. 따라서, 재 충전에 의한 목탄 캐니스터(18) 내의 압력은 하부 부분(44)을 통하여 립 밀봉부(70)를 통하여 제 1 부분(42)을 통하여, 그리고 제 2 부분(46)을 통 하여 누출을 허용한다.
경감 압력(26)은 또한 엔진 작동이 중단되는 소정의 상황 동안 연료 탱크(12) 내의 압력을 제어하기에 유용하다. 연료 탱크(12) 내의 양압의 양을 제한함으로써, 냉각 진공 효과가 더 빨리 발생한다.
개시된 실시예는 아래와 같은 다수의 장점을 가진다.
1. 마찰이 포핏 공진을 제거하기 위한 대시포트 또는 댐핑으로서 이용된다.
2. 마찰력은 고정자와 자석(72) 사이의 자기 인력에 의해 발생한다.
3. 자석(72)은 누출 경로를 회피하도록 밸브(40)의 관형 부분으로 삽입 성형 또는 가압된다.
4. 영구 자석(72)은 정반대 방식으로 자화되어 마찰력을 최대화한다.
5. 자석(72)은 고정자로 하나의 전극면을 자동적으로 정렬하게 된다. 이는 마찰력을 일관되게 하는 것이 중요하다.
6. 억제 튜브(78)는 부품의 나머지를 구비한 중앙 상에 밸브(40)를 설정하도록 중심에서 벗어나 형성된다.
7. 고정자가 이상적으로 최대 자기력에 대해 약 130도의 아크 길이지만 180도까지의 소정의 각도도 수용가능하다는 것이 계산에 의해 결정되었다. 130도의 고정자 각도를 이용함으로써 가장 작고 가장 가벼운 자석(72)의 이용을 허용한다.
전술된 바람직한 실시예는 본 발명의 구조적 및 기능적 원리, 뿐만 아니라 바람직한 실시예를 적용하는 방법을 설명할 목적으로 도시되고 개시되었으며 이러 한 원칙으로부터 벗어나지 않고 변화되도록 한다. 따라서, 본 발명은 후술되는 청구범위 내에 포함되는 모든 변형을 포함한다.

Claims (20)

  1. 압력 조정 장치로서,
    제 1 및 제 2 유체 포트 사이에 유체 소통 통로를 형성하는 하우징,
    상기 하우징 내에 배치되고 제 1 및 제 2 위치 사이에서 이동가능한 포핏으로서, 상기 제 1 위치는 상기 제 1 및 제 2 유체 포트 사이의 유체 소통을 방지하고, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 및 제 2 유체 포트 사이의 유체 소통을 허용하며, 상기 포핏은 상기 하우징에 대해 축선을 따라 병진이동가능한(translatable) 구조물을 포함하며 상기 구조물의 적어도 일 부분은 영구 자석을 포함하는, 포핏, 및
    상기 하우징에 대해 고정되고 상기 구조물과 연결되는 부재로서, 상기 영구 자석이 상기 부재로 끌어 당겨지도록 상기 부재의 적어도 일 부분은 철 재료로 형성되어서 상기 포핏의 적어도 일 부분이 상기 제 2 위치에서 상기 포핏의 공진의 대시포트 댐핑을 생성하도록 상기 부재와 마찰되게 맞물리는, 부재를 포함하고,
    상기 구조물은 관형 부재이며, 상기 관형 부재의 일 부분 내에 자기 재료가 내장되어 상기 영구 자석을 형성하는,
    압력 조정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 재료는 알니코인,
    압력 조정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 관형 부재는 플라스틱으로 성형되는,
    압력 조정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부재는 부분 튜브의 형상이며, 상기 관형 부재의 외측면이 상기 부분 튜브의 내측면과 맞물리는,
    압력 조정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 부분 튜브는 180도의 아크 길이보다 작은 아크 길이를 가지는 아크 형상인,
    압력 조정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 아크 길이는 130도인,
    압력 조정 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 부분 튜브는 상기 영구 자석으로의 인력으로 인한 상기 구조물의 비뚤어짐을 보상하도록 수직 축선으로부터 벗어난 축선을 갖는,
    압력 조정 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 부분 튜브의 1/2이 철 재료로 형성되는,
    압력 조정 장치.
  10. 차량용 압력 조정 장치용 포핏 조립체로서,
    전기자를 형성하는 포핏으로서, 상기 포핏의 적어도 일 부분이 영구 자석을 포함하고, 상기 전기자가 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동하도록 구성되어 배치되는, 포핏, 및
    상기 포핏과 연결되는 고정자 부재로서, 상기 영구 자석이 상기 고정자 부재로 끌어 당겨지도록 상기 고정자 부재의 적어도 일 부분은 철 재료로 형성되어서 상기 포핏의 적어도 일 부분이 상기 포핏의 공진의 대시포트 댐핑을 생성하도록 상기 고정자 부재와 마찰되게 맞물리는, 고정자 부재를 포함하고,
    상기 포핏은 관형 부재를 포함하며, 상기 관형 부재의 일 부분 내에 자기 재료가 내장되어 상기 영구 자석을 형성하는,
    포핏 조립체.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 관형 부재는 플라스틱으로 성형되는,
    포핏 조립체.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 고정자 부재는 부분 튜브의 형상이며, 상기 관형 부재의 외측면은 상기 부분 튜브의 내측면과 맞물리는,
    포핏 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 부분 튜브는 180도의 아크 길이보다 작은 아크 길이를 가지는 아크 형상인,
    포핏 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 아크 길이는 130도인,
    포핏 조립체.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 부분 튜브는 상기 영구 자석으로의 인력으로 인한 상기 포핏의 비뚤어짐을 보상하도록 수직 축선으로부터 벗어난 축선을 갖는,
    포핏 조립체.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 부분 튜브의 1/2이 철 재료로 형성되는,
    포핏 조립체.
  18. 차량용 압력 조정 장치의 포핏 공진을 댐핑하는 방법으로서,
    전기자를 형성하는 포핏 제공 단계로서, 상기 포핏의 적어도 일 부분이 영구 자석을 포함하고, 상기 전기자가 상기 압력 조정 장치의 하우징 내의 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동하도록 구성되어 배치되는, 포핏 제공 단계,
    상기 포핏과 연결되고 상기 하우징에 대해 고정되는 고정자 부재를 제공하는 단계로서, 상기 고정자 부재의 일 부분이 철 재료로 형성되는, 고정자 부재 제공 단계, 및
    상기 포핏의 적어도 일 부분이 상기 고정자 부재와 마찰되게 맞물리도록 상기 영구 자석이 상기 고정자 부재로 끌어 당겨지는 것을 보장함으로써 상기 포핏 공진을 댐핑하는 단계를 포함하고,
    상기 포핏 제공 단계는 관형 부재를 제공하고 상기 관형 부재의 일 부분 내에 자기 재료를 내장하여 상기 영구 자석을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고정자 부재 제공 단계는 부분 튜브를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 포핏 공진을 댐핑하는 단계는 상기 관형 부재의 외측면을 상기 부분 튜브의 내측면과 맞물리는 단계를 포함하는,
    포핏 공진 댐핑 방법.
  19. 삭제
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 부분 튜브는 180도의 아크 길이보다 작은 아크 길이를 가지는 아크 형상인,
    포핏 공진 댐핑 방법.
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