KR101523488B1 - 자동차의 탱크 벤팅 장치 - Google Patents
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Abstract
자동차의 탱크 벤팅 장치가 제공되는데, 상기 자동차의 탱크 벤팅 장치는 연료 탱크(18), 상기 연료 탱크(18)로부터 빠져나오는 연료 증기를 저장하는 연료 증기 축적기(25), 상기 연료 증기가 상기 연료 탱크(18)로부터 상기 연료 증기 축적기(25)로 흐를 수 있는 경로가 되는 연결 라인(26)을 포함한다. 또한 과압력 밸브(35)를 구비하는 과압력 라인(34)으로서, 상기 과압력 밸브(35)가 열리면 상기 연료 증기가 상기 연료 탱크(18)로부터 상기 연료 증기 축적기(25)로 흐를 수 있는 경로가 되는 상기 과압력 라인(34)을 포함한다. 상기 연료 증기 축적기(25)와 상기 연결 라인(26)의 부착부(43) 및 상기 연료 증기 축적기(25)와 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)가 상기 연료 증기 축적기(25)의 다른 지점에 배치된다. 탱크 벤팅 절차의 작동 신뢰도가 크게 증가할 수 있고, 상기 연료 증기 축적기(25)의 흡수 용량이 더 나아질 수 있다.
Description
본 발명은 자동차의 탱크 벤팅 장치에 관한 것이다.
자동차에 관한 보다 엄격한 배출 제한값들 때문에, 자동차는 소위 탱크 벤팅 장치를 구비한다. 탱크 벤팅 장치의 핵심부는 연료 증기 축적기(fuel vapors accumulator)인데, 그것은 예를 들어 활성화된 탄소 저장소로서 기능한다. 연료 탱크로부터 빠져나오는 연료 증기(fuel vapors)는 연결 라인을 경유하여 활성화된 탄소 저장소에 공급되고, 거기서 활성화된 탄소에 의해 흡수된다. 활성화된 탄소 저장소는 또한 탱크 벤팅 밸브가 배치되는 벤팅 라인을 매개로 자동차의 내연 기관의 흡입 매니폴드에 연결된다. 활성화된 탄소 저장소는 내연 기관의 특정한 동작 상태들에서 재생되는데, 탱크 벤팅 밸브가 열리고 이로써 흡수된 연료 증기가 흡입 매니폴드를 경유하여 내연 기관에 공급되고 거기서 연소에 참여한다. 활성화된 탄소 저장소는 또한 환기 밸브가 배치되는 환기 라인을 매개로 외부와 연결될 수 있다. 탱크 벤팅 절차 동안 환기 밸브가 열려서 플러슁(flushing)이 일어난다.
청구항 제1 항의 전제부에 의한 탱크 벤팅 장치는 미국 특허 US 5,056,494에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 자동차의 탱크 벤팅 장치를 개선하려는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1 항에 따른 탱크 벤팅 장치에 의해 달성된다. 탱크 벤팅 장치의 이로운 실시예들이 종속항들의 내용이다.
제1 항에 따른 자동차의 탱크 벤팅 장치는 연료 탱크와 연료 탱크(18)로부터 빠져나오는 연료 증기를 저장하는 연료 증기 축적기를 포함한다. 탱크 벤팅 장치는 또한 연료 증기가 연료 탱크로부터 연료 증기 축적기로 흐를 수 있는 경로가 되는 연결 라인을 포함한다. 또한, 과압력 밸브가 배치된 과압력 라인으로서, 과압력 밸브가 열리면, 즉 연료 탱크 내에서 제한 압력을 초과하면, 연료 증기가 연료 탱크로부터 연료 증기 축적기로 흐를 수 있는 경로가 되는 과압력 라인을 포함한다. 탱크 벤팅 장치는 또한 연료 증기 축적기에 축적된 연료 증기가 내연 기관으로 공급될 수 있는 경로가 되는 벤팅 라인을 포함한다. 연료 증기 축적기와 연결 라인의 부착부 및 연료 증기 축적기와 과압력 라인의 부착부가 연료 증기 축적기의 다른 지점에 배치된다. 연료 증기 축적기와 과압력 라인의 부착부가 연료 증기 축적기와 연결 라인의 부착부보다 연료 증기 축적기와 벤팅 라인의 부착부로부터 멀리 떨어져 배치된다.
연료 증기 축적기와 과압력 라인의 부착부는 바람직하게 연료 증기 축적기와 벤팅 라인의 부착부로부터 가능한 멀리 떨어져 배치된다.
탱크 벤팅 장치가 연결 라인과 별도의 과압력 라인을 구비하고, 각각이 연료 증기 축적기와 다른 지점에 배치된 부착부를 가지므로, 구조적인 실시예에서 높은 유연성을 가지고, 탱크 벤팅 장치의 최적화 가능성이 높아진다. 따라서 예를 들어 연결 라인은 연료 탱크 내에 적어도 일시적으로 과압력이 작용할 수 있는 치수를 가질 수 있고, 그 결과 연료 탱크에서의 연료의 기화 정도가 줄어든다. 이런 방법으로 연료 증기 축적기의 저장 부피 또는 수행되어야 할 탱크 벤팅 절차의 횟수를 줄일 수 있다. 그런데 별도의 과압력 라인이 존재하므로, 탱크 벤팅 장치를 연료 탱크 내의 과도한 압력 증가로부터 안전하게 할 수 있다. 연료 증기 축적기와 연결 라인 및 과압력 라인의 부착부가 서로 다른 지점에 배치되므로, 이 부착 지점들을 적절히 선택함으로써, 연료 증기 축적기의 흡수 부하를 줄이는 동시에 탱크 벤팅 절차의 작동 신뢰도가 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 탱크 벤팅 장치는 연료 증기가 벤팅 라인을 경유하여 내연 기관으로 전달되는 탱크 벤팅 절차 동안 과압력 밸브가 급작스럽게 열릴 때 연료 증기가 벤팅 라인에 예기치 않게 도달하여 연소 혼합 조성의 제어되지 않은 교란(disturbance)을 초래하는 것을 막는다. 이러한 유형의 교란은 최악의 경우 내연 기관의 작동 중단을 초래하거나, 적어도 자동차의 불편한 운전 거동을 초래할 수 있다. 과압력 라인의 부착부가 벤팅 라인으로부터 가능한 멀리 배치되므로, 제어되지 않고 나오는 연료 증기가 과압력 라인을 경유하여 직접 벤팅 라인에 도달하지 않고, 연료 증기 축적기의 활성화된 탄소 베드로 먼저 흘러서 거기서 많은 양이 흡수된다. 이런 방식으로 연소 혼합 조성물의 바람직하지 않은 교란을 막을 수 있다. 이렇게 탱크 벤팅 절차의 작동 신뢰도가 크게 향 상될 수 있다.
제3 항에 따른 탱크 벤팅 장치의 실시예에서, 연료 증기 축적기와 연결 라인의 부착부 및 연료 증기 축적기와 벤팅 라인의 부착부가 가능한 서로 근접하여 배치된다.
탱크 벤팅 장치에 관한 제1 및 제3 항의 내용은 탱크 벤팅 절차 동안 연결 라인으로부터 흘러나오는 연료 증기가 짧은 거리로 벤팅 라인에 도달할 수 있고, 연료 증기 축적기의 흡수 베드(adsorption bed)가 작게 유지될 수 있는 잇점이 있다. 이런 방식으로 탱크 벤팅 절차가 좀더 빠르게 행해질 수 있고, 연료 증기 축적기의 부하가 줄어들 수 있다.
제4 항에 따른 탱크 벤팅 장치의 실시예는 연료 증기 축적기가 외부와 연결될 수 있는 경로가 되는 환기 라인을 포함한다. 연료 증기 축적기와 과압력 라인의 부착부가 연료 증기 축적기와 환기 라인의 부착부로부터 가능한 멀리 떨어져 배치된다.
이 실시예는 과압력 라인으로부터 급작스럽게 나오는 연료 증기가 열린 벤팅 라인를 경유하여 외부로 급작스럽게 빠져나가는 것을 막고, 연료 증기 축적기의 흡수 베드에 이르도록 해서 거기서 흡수되도록 하는 잇점이 있다. 이런 식으로 탱크 벤팅 장치의 방출 거동이 향상된다.
제5 항에 따른 탱크 벤팅 장치의 실시예에서, 연결 라인의 단면은 적어도 일부의 단면이, 주변 압력(ambient pressure)과의 관계에서 연료 탱크 내에 적어도 일시적으로 과압력이 작용할 수 있는 치수를 가진다.
이를 위하여, 제6 항에 따른 실시예에 의하면, 쓰로틀 요소가 연결 라인에 배치될 수 있다.
제5 및 제6 항의 실시예들은 연료 탱크에 저장된 연료의 기화 정도(outgassing tendency)가 연료 탱크에서의 적어도 일시적으로 우세한 과압력에 의해 현저하게 줄어드는 잇점이 있다. 이로써 연료 증기 축적기의 부하가 작아져서 탱크 벤팅 절차를 보다 적게 행할 수 있다. 이러한 목적으로 연결 라인에 쓰로틀 요소를 구성하는 것은 비용 측면에서 유용하다.
첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 근거하여 본 발명을 보다 보다 상세하게 설명할 것이다. 도 1은 탱크 벤팅(venting) 장치를 구비하는 내연 기관의 개략도이다.
내연 기관(1)은 적어도 하나의 실린더(2)와 하나의 피스톤(3)을 포함하는데, 상기 피스톤(3)은 실린더(2) 내에서 왕복 운동(move back-and-forth)한다. 연소에 필요한 후레쉬 에어가 흡입 시스템(4)을 경유하여 실린더(2)와 피스톤(3)에 의해 범위가 정해지는 연소 챔버(5) 내로 주입된다. 흡입 시스템(4)에서의 공기 유량을 감지하는 공기 흐름 센서(7), 공기 유량을 제어하는 쓰로틀 밸브(8), 흡입 매니폴드(9) 및 흡입 밸브(10)-이것을 사용하여 연소 챔버(5)가 흡입 시스템(4)과 교대로 연결되거나 연결되지 않는다-가 흡입 개구(6)로부터 하류 방향으로 배치되어 있다.
스파크 플러그(11)를 사용하여 연소가 개시(triggering)된다. 연소에 의해 생성되는 구동 에너지는 크랭크축(12)을 경유하여 자동차(미도시)의 동력 전달 계(drivetrain)에 전달된다. 속도 센서(13)는 내연 기관(1)의 속도를 감지한다.
연소 배기 가스들은 내연 기관(1)의 배기 시스템(14)을 경유하여 배출된다. 연소 챔버(5)는 배기 밸브(15)를 사용하여 배기 시스템(14)과 교대로 연결되거나 연결되지 않는다. 배기 가스들은 배기 정화 촉매 컨버터(16)에서 정화된다. 또한 배기 가스 내의 산소 함유량을 측정하는 소위 λ 센서(17)가 배기 시스템(14)에 배치될 수 있다.
내연 기관(1)은 연료 탱크(18), 연료 펌프(19), 압력 축적기(pressure accumulator, 21), 및 적어도 하나의 제어 가능한 연료 분사기(22)를 구비하는 연료 공급 유닛을 또한 포함한다. 연료 탱크(18)는 연료를 채우기 위한 닫힐 수 있는 필러 튜브(closable filler tube)를 구비한다. 연료는 연료 펌프(19)를 사용하여 연료 공급 라인(24)을 경유하여 압력 축적기(21)에 제공된다. 축적기(21)는 모든 연료 분사기들(22)이 공유하는 압력 축적기(21)로서 사용된다. 모든 연료 분사기들(22)은 그로부터 압축된 연료를 제공받는다. 예시적인 실시예에서 내연 기관은 연료가 연소 챔버(5) 내로 직접 분사되는 연료 직접 분사 방식일 수 있다.
제어 장치(31)가 내연 기관(1)에 할당되고, 거기서 점화-맵-기초의(ignition-map-based) 엔진 제어 기능들이 소프트웨어적으로 행해진다. 제어 장치(31)는 신호와 데이터 라인들을 매개로 내연 기관(1)의 모든 엑츄에이터들과 센서들에 연결된다. 특히, 제어 장치(31)는 공기-흐름 센서(7), 제어 가능한 쓰로틀 밸브(8), 분사 밸브(22), 스파크플러그(11), λ 센서(17) 및 속도 센서(13)에 연결된다.
또한 탱크 벤팅 장치가 내연 기관(1)에 할당된다. 탱크 벤팅 장치의 핵심부는 연료 증기 축적기(fuel vapor accumulator)(25)이다. 연료 탱크(18)는 연결 라인(26)을 경유하여 연료 증기 축적기(25)에 연결되는데, 연료 탱크(18)에 포함된 연료 증기가 연결 라인(26)을 경유하여 연료 증기 축적기(25)에 빠져나오도록 연결된다. 예를 들어, 연료 증기 축적기(25)는 활성화된 탄소 저장소로서 기능하여, 연료 탱크(18)로부터 빠져나온 연료 증기가 활성화된 탄소(도 1에서 점들로 도시)에 의해 흡수되고, 이런 방법으로 연료 증기 축적기(25)에 저장된다. 연결 라인(26)은 연료 탱크(18)에 포함된 연료의 기화(outgassing)로 의해 연료 탱크(18)에서 적어도 일시적으로 과압력이 형성되는 방식으로 유리하게 구현된다. 연료의 기화 과정은 연료 탱크(18)에서의 과압력에 의해 현저하게 줄어들어서, 연료 증기의 총량과 이에 따른 연료 증기 축적기(25)의 충전(charge)이 줄어든다. 이 과압력을 얻기 위해, 연결 라인(26)은 적당히 감소된 단면 또는 적절한 쓰로틀 요소(36)(다공판 스크린: perforated screen)를 전체적으로 또는 부분적으로 구비할 수 있다.
연료 탱크(18)에서의 고압력을 피하기 위해, 연료 탱크(18)는 안전상의 이유로 과압력 밸브(35)를 구비하는 과압력 라인(34)을 매개로 연료 증기 축적기(25)에 연결된다. 제한 압력 또는 스위칭 압력을 초과하면, 과압력 밸브(35)가 열리고 연료 증기가 과압력 라인을 경유하여 연료 증기 축적기(25)로 빠져나간다.
연료 증기 축적기(25)는 또한 벤팅 라인(27)을 통해 흡입 시스템(4), 바람직하게는 내연 기관(1)의 흡입 매니폴드(9)에 연결된다. 제어가능한 탱크 벤팅 밸브(28)가 벤팅 라인(27)에 배치되고, 제어 장치(31)에 연결되어 교대로 개폐될 수 있다. 탱크 벤팅 밸브(28)가 열리면, 흡입 매니폴드(9) 내의 부분적인 진공에 의해서, 연료 증기 축적기(25)로부터의 연료 증기가 흡입 매니폴드(9)로 흐르고 후레쉬 에어와 함께 거기로부터 연소 챔버(5) 내로 흘러서 연소에 참여한다.
연료 증기 축적기(25)는 환기 라인(38)과 거기에 배치된 제어 가능한 환기 밸브(37)을 매개로 외부와 연결된다. 환기 밸브(37)는 또한 제어 장치(31)에 연결되어 교대로 개폐될 수 있다.
연료 증기 축적기(25)가 연료 증기로 과부하되는 것을 피하고자, 이따금씩 재생(regeneration)이 이루어져야 한다. 이를 위해서, 탱크 벤팅 절차는 내연 기관(1)의 특정한 동작 상태들, 예를 들면 무부하 또는 낮은 부분-부하 범위에서 행해진다. 이를 위해서 탱크 벤팅 밸브(28)와 환기 밸브(37)가 열린다. 흡입 매니폴드(9)에서의 부분적인 강한 진공 때문에, 연료 증기 축적기(25)가 플러쉬(flush)되고, 연료 증기 축적기(25)에 흡수된 연료 증기가 벤팅 라인(27)을 경유하여 흡입 매니폴드(9)로 흐르고, 후레쉬 에어와 함께 거기로부터 내연 기관(1)의 연소 챔버(5)에 도달하고, 연소에 참여한다. 연료 증기 축적기(25)는 동시에 환기 라인(38)과 열린 환기 밸브(37)를 통해 후레쉬 에어로 채워진다. 탱크 벤팅 절차 후에 연료 증기 축적기(25)는 다시 연료 증기를 받아들일 준비가 된다.
연료 탱크(18)가 연결 라인(26)을 매개로 또한 부가적으로 별도의 과압력 라인(34)을 매개로 연료 증기 축적기(25)에 연결되므로, 탱크 벤팅 장치의 구조적인 설계에 있어서 높은 유연성을 가질 수 있고, 그 결과 탱크 벤팅 절차들의 작동 신뢰도와 또한 탱크 벤팅 장치의 방출 특성이 최적화될 수 있다. 이렇게, 예시적인 실시예에서, 연료 증기 축적기(25)와 과압력 라인(34)의 부착부(40)가 연결 라인(26)의 부착부(43)보다 연료 증기 축적기(25)와 벤팅 라인(27)의 부착부(41)로부터 더 멀리 떨어져서 배치된다. 연결 라인(26)의 부착부(43)는 가능한 벤팅 라인(27)의 부착부(41)와 근접하도록 배치된다. 이로 인해 얻어지는 잇점은 탱크 벤팅 절차 동안 연결 라인(26)을 경유하여 연료 증기 축적기(25)로 흐르는 연료 증기의 대부분이, 연료 증기 축적기(25)의 활성화된 탄소 베드(bed)를 로딩하지 않고 직접 벤팅 라인(27)에 도달한다는 것이다. 탱크 벤팅 절차는 보다 빠르게 행해질 수 있고, 활성화된 탄소 베드는 이런 방식으로 세이브될 수 있다.
과압력 라인(34)의 부착부(40)는 바람직하게 벤팅 라인(27)의 부착부(41)로부터 가능한 멀리 떨어져 배치된다. 그 이유는 탱크 벤팅 절차 동안 과압력 밸브(35)가 급작스럽게 열리면, 다량의 연료 증기가 연료 증기 축적기(25)에 급작스럽게 도달하기 때문이다. 과압력 라인(34) 및 벤팅 라인(27)의 부착부(40, 41)가 멀리 떨어져 배치되므로, 상기 연료 증기가 먼저 연료 증기 축적기(25)의 활성화된 탄소 베드를 거치도록 먼저 이끌려져서 거기서 많은 양이 흡수된다. 이런 방식으로 단지 소량의 연료 증기가 과압력 라인(34)으로부터 벤팅 라인(27)에 도달한다. 탱크 벤팅 절차는 이렇게 보다 제어된 방식으로 행해질 수 있고, 최악의 경우 내연 기관(1)의 작동 중단을 초래할 수 있는 연료 혼합 조성의 교란(disturbances)이 확실히 회피된다.
또한 바람직하게는 연료 증기 축적기(25)와 과압력 라인(34)의 부착부(40)가 가능한한 연료 증기 축적기(25)와 벤팅 라인(38)의 부착부(42)로부터 멀리 떨어지 도록 배치될 수 있다. 이런 방식으로 과압력 라인(35)의 급작스런 열림이 있을 때, 다량의 연료 증기가 제어되지 않은 방식으로 열린 환기 밸브(37)를 경유하여 외부로 배출되는 것을 막는다. 과압력 라인(34)과 환기 라인(38)의 부착부(40, 42)가 멀리 떨어져 있으므로, 과압력 라인으로부터 빠져나오는 연료 증기가 먼저 연료 증기 축적기의 활성화된 탄소 베드를 거쳐야하므로 거기서 다량이 흡수된다.
본 발명에 따른 탱크 벤팅 장치에 의하면, 탱크 벤팅 장치의 방출 거동과 탱크 벤팅 절차의 작동 신뢰도가 현저하게 향상된다.
도 1은 탱크 벤팅 장치를 구비하는 내연 기관의 개략도이다.
Claims (6)
- 자동차의 탱크 벤팅 장치로서,- 연료 탱크(18),- 상기 연료 탱크(18)로부터 빠져나오는 연료 증기를 저장하는 연료 증기 축적기(25)로서, 상기 연료 증기 축적기는 활성화된 베드를 포함하는 연료 증기 축적기;- 상기 연료 증기가 상기 연료 탱크(18)로부터 상기 연료 증기 축적기(25)로 흐를 수 있는 경로가 되는 연결 라인(26);- 과압력 밸브(35)를 구비하는 과압력 라인(34)으로서, 상기 과압력 밸브(35)가 열리면 상기 연료 증기가 상기 연료 탱크(18)로부터 상기 연료 증기 축적기(25)로 흐를 수 있는 경로가 되는 상기 과압력 라인(34);- 상기 연료 증기 축적기(25)에 수용된 연료 증기가 내연 기관(1)으로 공급될 수 있는 경로가 되는 벤팅 라인(27); 및상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 연결 라인(26)의 부착부(43) 및 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)로서, 상기 부착부(43) 및 상기 부착부(40)가 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 서로 다른 지점에 배치되는, 부착부(43) 및 부착부(40); 을 포함하고,상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)는, 상기 과압력 라인(34)으로부터 상기 벤팅 라인(27)으로의 연료 증기 유동이 필연적으로 상기 연료 축적기(25)의 활성화된 베드를 거쳐 유동하도록, 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 벤팅 라인(27)의 부착부(41)에 대해 배치되며,상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 벤팅 라인(27)의 부착부(41)에 대한 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 연결 라인(26)의 부착부(43)는, 상기 연결 라인(26)으로부터 상기 벤팅 라인(27)까지의 연료 증기 유동 경로를 형성하되, 상기 연료 증기 유동 경로는 상기 연료 증기 축적기(25)의 활성화된 베드를 통과하지 않는 유동 경로인자동차의 탱크 벤팅 장치.
- 제1 항에 있어서,상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)와 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 벤팅 라인(27)의 부착부(41) 사이의 연료 증기 유동 경로의 길이가 최대가 되도록, 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)와 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 벤팅 라인(27)의 부착부(41)가 배치되는,자동차의 탱크 벤팅 장치.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서,상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 연결 라인(26)의 부착부(43)와 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 벤팅 라인(27)의 부착부(41) 사이의 연료 증기 유동 경로의 길이가 최소가 되도록, 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 연결 라인(26)의 부착부(43)와 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 벤팅 라인(27)의 부착부(41)가 배치되는,자동차의 탱크 벤팅 장치.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서,상기 연료 증기 축적기(25)가 외부와 연결될 수 있는 경로가 되는 환기 라인(38)을 포함하며,상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)와 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 환기 라인(38)의 부착부(42) 사이의 연료 증기 유동 경로의 길이가 최대가 되도록, 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 상기 과압력 라인(34)의 부착부(40)와 상기 연료 증기 축적기(25) 상의 환기 라인(38)의 부착부(42)가 배치되는,자동차의 탱크 벤팅 장치.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서,상기 연결 라인(26)의 단면은 적어도 일부의 단면이, 주변 압력(ambient pressure)과의 관계에서 상기 연료 탱크(18) 내에 적어도 일시적으로 과압력이 작용할 수 있는 치수를 가지는자동차의 탱크 벤팅 장치.
- 제5 항에 있어서,상기 연결 라인(26)에 쓰로틀 요소(36)가 배치된자동차의 탱크 벤팅 장치.
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