KR101886091B1

KR101886091B1 - 연료 증기 퍼지 시스템

Info

Publication number: KR101886091B1
Application number: KR1020160107729A
Authority: KR
Inventors: 최추생
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-09-06
Also published as: CN107781066A; KR20180022369A; US20180058385A1

Abstract

연료 증기 퍼지 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 엔진으로 흡기를 공급하는 흡기 라인에서 분기되어 터보차저의 컴프레셔 후단의 상기 흡기라인으로 합류하는 재순환 라인; 상기 재순환 라인에 배치된 재순환 밸브 하우징에 일체로 형성된 이젝터; 캐니스터와 상기 흡기 라인을 연결하는 제1 퍼지라인; 및 상기 캐니스터와 상기 이젝터를 연결하는 제2 퍼지라인;을 포함할 수 있다.

Description

연료 증기 퍼지 시스템 {FUEL VAPOR PURGING SYSTEM}

본 발명은 연료 증기 퍼지 시스템에 관한 것이다.

자동차 산업은 배기가스를 개선하기 위하여 많은 연구를 해오고 있으며, 특히 해외에서는 가솔린 연료의 증발가스 성분 중 탄화수소(HC)의 배출을 최소화하기 위해 연료증발가스 총량을 0.5g/day 이하로 규제하는 규정법규를 적용하고 있는 실정이고, 순차적으로 연료증발 가스의 총량을 0.054g/day 이하로 확대할 예정이다.

일반적으로 규정법규에 대응하기 위하여 최근에는 연료탱크의 재질을 향상시키고 연결구조를 최적화시켜, 연료탱크를 투과하는 연료증발가스의 발생을 최소화시키고 있으며, 다른 한편으로는 연료공급장치에 캐니스터를 적용한 연료증발가스 재순환 장치를 적용하고 있다.

여기서, 상기 캐니스터는 휘발성 연료를 저장하는 연료 탱크로부터 연료증발가스를 흡수할 수 있는 흡착성 물질을 함유한 것으로, 기화기의 뜨개실과 연료탱크에서 증발하는 연료증발가스가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하기 위하여 연료탱크와 연결되어 연료증발가스를 포집하게 된다.

이와 같이, 캐니스터에 포집된 연료증발가스는 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit; 이하 'ECU'라 함)에 의해 제어되는 압력제어 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve; PCSV)를 통하여 다시 엔진으로 유입되어 연소가 이루어짐으로써, 연료증발가스를 재순환시키는 것이다.

최근에는 강화되는 법규에 대응하기 위해 다양한 종류의 연료 증기 퍼지 시스템이 연구되고 있으나, 연료 증기 퍼지 시스템의 구성이 복잡하여 엔진 룸 내부의 레이아웃을 설계하기 어렵고 이로 인해 작업 공수가 늘어나 차량의 제조 원가가 증가하는 문제가 발생한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구성이 간단하한 연료 증기 퍼지 시스템을 제공한다.

또한, 구성이 간단한 연료 증기 퍼지 시스템을 통해 차량의 작업 공수를 줄여 차량의 제조 원가를 절감할 수 있는 연료 증기 퍼지 시스템을 제공한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 엔진으로 흡기를 공급하는 흡기 라인에서 분기되어 터보차저의 컴프레셔 후단의 상기 흡기라인으로 합류하는 재순환 라인; 상기 재순환 라인과 상기 흡기 라인이 합류하는 지점에 배치된 재순환 밸브 하우징에 일체로 형성된 이젝터; 캐니스터와 상기 흡기 라인을 연결하는 제1 퍼지라인; 및 상기 캐니스터와 상기 이젝터를 연결하는 제2 퍼지라인;을 포함할 수 있다.

상기 이젝터는 내부에 유로가 형성되는 몸통부; 상기 유로와 연통하고 상기 컴프레서 후단의 흡기 라인과 연통하는 제1 입구; 상기 유로와 연통하고 상기 제2 퍼지 라인과 연통하는 제2 입구; 및 상기 유로와 연통하고 상기 재순환 라인과 연통하는 출구;를 포함할 수 있다.

상기 제1 입구와 상기 출구는 상기 유로를 따라 동일 축 상에 위치하고, 상기 제2 입구는 상기 유로에 대해 수직하게 위치할 수 있다.

상기 유로의 단면적은 유체의 흐름에 따라 상기 제1 입구에서부터 점차적으로 좁아지다가 상기 출구로 갈수록 점차적으로 넓어질 수 있다.

상기 재순환 밸브는 팁 아웃시 개방되어 상기 컴프레서 후단과 상기 스로틀 밸브 사이의 흡기 라인에 형성된 과급압을 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 배출시킬 수 있다.

상기 캐니스터에서 포집된 연료 증기를 선택적으로 차단하는 퍼지 제어 솔레노이드 밸브; 상기 제1 퍼지 라인에 설치되고 상기 제1 퍼지 라인을 흐르는 연료 증기가 역류하는 것을 차단하는 제1 체크 밸브; 및 상기 제2 퍼지 라인에 설치되고 상기 제2 퍼지 라인을 흐르는 연료 증기가 역류하는 것을 차단하는 제2 체크 밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 연료 증기 퍼지 시스템에 의하면, 이젝터를 재순환 밸브 하우징과 일체로 형성함으로써, 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 단순화할 수 있다.

또한, 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 단순화함으로써, 작업 공수를 줄일 수 있고, 이로 인해 차량의 제조 원가를 절감할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이젝터가 설치된 재순환 밸브 하우징의 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이젝터가 설치된 재순환 밸브 하우징의 부분 단면도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 연료 증기 퍼지 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연료 증기 퍼지 시스템은 연료 증기를 포집하는 캐니스터(71), 상기 캐니스터(71)에서 포집된 연료 증기를 엔진(20)의 실린더(21)와 터보차저(60)의 전단으로 공급하기 위한 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73), 제1 체크 밸브(75), 제2 체크 밸브(77), 및 터보차저(60)에 의해 압축된 공기를 재순환시키는 재순환 밸브(52)를 포함한다.

상기 엔진(20)은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 실린더(21)를 포함한다. 상기 엔진(20)에는 상기 실린더(21)로 공급되는 흡기 가스가 흐르는 흡기 라인(10), 및 상기 실린더(21)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(30)이 구비된다.

상기 흡기 라인(10)을 통해 유입된 공기는 흡기 매니폴드(23)를 통해 상기 실린더(21)로 공급된다. 상기 흡기 매니폴드(23)의 전단의 흡기 라인(10)에는 상기 실린더(21)로 공급되는 공기량을 조절하는 스로틀 밸브(25)가 장착된다.

상기 터보차저(60)는 상기 실린더(21)에서 배출된 배기 가스에 의해 동작하여 상기 실린더(21)로 흡기 가스(외기+재순환 가스)를 압축하여 공급한다. 상기 터보차저(60)는 상기 배기 라인(30)에 구비되고 상기 실린더(21)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(62), 및 상기 터빈(62)과 연동하여 회전하고 흡기 가스를 압축하는 컴프레서(64)를 포함한다.

상기 터빈(62) 후단(하류)의 흡기 라인(10)에서 분기하여 상기 컴프레서(64) 전단(상류)의 흡기 라인(10)으로 합류하는 재순환 라인(40)이 구비되고, 상기 재순환 밸브(52)는 상기 재순환 라인(40)과 상기 흡기 라인(10)이 합류하는 지점에 설치된다. 상기 재순환 밸브(52)의 동작은, 예를 들어, 차량에 구비된 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit; 이하'ECU'라 함)에 의해 제어된다.

상기 재순환 밸브(52)는 상기 컴프레서(64) 후단으로부터 상기 스로틀 밸브(25)의 전단에서 형성되는 높은 압력을 상기 컴프레서(64) 전단의 흡기 라인(10)으로 선택적으로 배출시킨다.

예를 들면, 차량이 가속 중에 운전자가 팁아웃(tip-out)하는 경우, ECU는 엔진(20)의 출력을 줄이기 위해 상기 실린더(21)로 공급되는 것을 차단하도록 ECU는 상기 스로틀 밸브(25)를 차단한다. 이때, 상기 컴프레서(64) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 사이의 흡기 라인(10)에는 상기 터보차저(60)에 의해 과급압이 형성된다. 따라서, ECU는 상기 재순환 밸브(52)를 개방 제어하여 상기 컴프레서(64) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 사이의 흡기 라인(10)에 형성된 과급압을 상기 컴프레서(64) 전단의 흡기 라인(10)으로 배출시킨다.

만약, 상기 컴프레서(64) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 사이의 흡기 라인(10)에 과급압이 잔존하면, 스로틀 밸브(25)가 다시 열릴 때 서징(surging) 충격이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 재순환 밸브(52)를 통해 흡기 라인(10)의 과급압을 배출시킨다.

상기 실린더(21)로 공급되는 휘발성 연료는 연료 탱크(70)에 저장되고, 상기 캐니스터(71)는 연료 탱크(70)와 베이퍼 라인을 통해 연결되고 상기 연료 탱크(70)에서 발생한 연료 증기를 흡수할 수 있는 흡착성 물질을 함유한다.

상기 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73)(purge control solenoid valve: PCSV)는 상기 캐니스터(71)와 연결된 제1 퍼지 라인(74)에 설치되고 상기 캐니스터(71)에서 포집된 연료 증기를 선택적으로 차단한다. 상기 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73)의 동작은 상기 ECU에 의해 제어된다. 이때, 상기 상기 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73)를 통해 배출되는 연료 증기량은 상기 ECU의 듀티 제어에 의해 조절된다.

상기 메인 퍼지 라인(72)은 상기 제1 퍼지 라인(74)과 제2 퍼지 라인(76)으로 분기한다.

상기 제1 퍼지 라인(74)은 상기 메인 퍼지 라인(72)에서 분기하여 상기 실린더(21)로 흡기를 분배하는 흡기 매니폴드(23)로 합류한다. 상기 제1 퍼지 라인(74)에는 제1 체크 밸브(75)가 설치되고 상기 제1 체크 밸브(75)는 상기 제1 퍼지 라인(74)을 흐르는 연료 증기가 역류하는 것을 차단한다.

즉, 상기 제1 체크 밸브(75)로 인해 상기 제1 퍼지 라인(74)을 흐르는 연료 증기는 상기 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73)로부터 상기 흡기 매니폴드(23)로 흐르고, 반대 방향으로는 흐르지 않는다.

상기 제2 퍼지 라인(76)은 상기 메인 퍼지 라인(72)에서 분기하여 상기 재순환 밸브(52)로 합류한다. 상기 제2 퍼지 라인(76)에는 제2 체크 밸브(77)가 설치되고 상기 제2 체크 밸브(77)는 상기 제2 퍼지 라인(76)을 흐르는 연료 증기가 역류하는 것을 차단한다.

즉, 상기 제2 체크 밸브(77)로 인해 상기 제2 퍼지 라인(76)을 흐르는 연료 증기는 상기 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73)로부터 상기 이젝터(80)로 흐르고, 반대 방향으로는 흐르지 않는다.

한편, 상기 제2 퍼지 라인(76)과 상기 재순환 밸브(52)의 연결 부분에는 상기 터보차저(60)의 부스트 압력에 의해 상기 제2 퍼지 라인(76)을 흐르는 연료 증기를 상기 터보차저(60) 전단의 흡기 라인(10)으로 공급하는 이젝터(80)가 구비된다. 이때, 상기 이젝터(80)는 상기 재순환 밸브(52)와 일체로 형성된다. 이와 같이, 상기 이젝터(80)가 상기 재순환 밸브(52)와 일체로 형성됨으로써, 상기 제2 퍼지 라인(76)을 통해 유입되는 연료 증기의 공급 라인의 구성을 단순화할 수 있다.

구체적으로, 상기 이젝터(80)의 형상에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이젝터(80)가 설치된 재순환 밸브 하우징(50)의 부분 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이젝터(80)가 설치된 재순환 밸브 하우징(50)의 부분 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이젝터(80)는 상기 재순환 밸브 하우징(50)과 일체로 형성되는 몸통부(81)를 포함하고, 상기 몸통부(81)에는 제1 입구(83), 제2 입구(85), 및 출구(87)가 형성된다.

상기 몸통부(81)의 내부에는 상기 제2 퍼지 라인(76)을 통해 공급되는 연료 증기를 상기 컴프레서(64) 전단의 흡기 라인(10)으로 공급하기 위한 유로가 형성된다.

상기 제1 입구(83)는 상기 유로와 연통하고 상기 컴프레서(64) 후단(하류)의 흡기 라인(10)과 연결되어, 상기 제1 입구(83)를 통해 상기 터보차저(60)에 의해 압축된 공기가 상기 유로로 유입될 수 있다.

상기 제2 입구(85)는 상기 유로와 연통하고 상기 제2 퍼지 라인(76)과 연결되어, 상기 제2 퍼지 라인(76)을 흐르는 연료 증기가 상기 유로로 유입될 수 있다.

상기 출구(87)는 상기 유로와 연통하고 상기 컴프레서(64) 전단(상류)의 흡기 라인과 연결되는 상기 재순환 라인(40)과 연결되어, 상기 제2 퍼지 라인(76)을 통해 유입된 연료 증기는 상기 터보차저(60)에 의해 압축된 공기에 의해 상기 유로를 통해 상기 컴프레서(64) 전단의 흡기 라인(10)으로 분사될 수 있다.

상기 제1 입구(83)와 상기 출구(87)는 상기 유로를 따라 동일 축 상에 위치하는 것이 바람직하고, 상기 제2 입구(85)는 상기 유로에 대해 수직하게 위치하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 이젝터(80)의 내부에 형성되는 유로의 단면적은 상기 유로를 흐르는 유체(압축 공기+연료 증기)의 흐름에 따라 상기 제1 입구(83)에서부터 점차적으로 좁아지다가 상기 출구(87)로 갈수록 점차적으로 넓어진다. 이와 같은 상기 유로가 유체의 흐름에 따라 상기 제1 입구(83)에서부터 점차적으로 좁아지다가 상기 출구(87)로 갈수록 점차적으로 넓어지도록 형성됨으로써, 상기 제2 퍼지 라인(76)을 통해 유입된 연료 증기는 벤츄리 효과(venture effect)에 의해 상기 출구(87)로 배출될 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 동작에 관하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 연료 탱크(70)에서 발생되는 연료 증기는 상기 캐니스터(71)에 의해 포집된다.

상기 엔진(20)의 운전 영역이 부스팅 영역이 아닌 경우에는, 상기 흡기 매니폴드(23)에 부압(negative pressure)이 형성되기 때문에, 흡기 매니폴드(23)의 부압에 의해 상기 제1 체크 밸브(75)가 개방되고, 상기 캐니스터(71)에 의해 포집된 연료 증기는 상기 메인 퍼지 라인(72)과 상기 제1 퍼지 라인(74)에 설치된 상기 제1 체크 밸브(75)를 통해 상기 흡기 매니폴드(23)로 유입된다.

한편, 상기 이젝터(80)의 출구(87)는 상기 컴프레서(64)의 전단과 연통하기 때문에, 상기 이젝터(80)의 출구(87)의 압력은 상기 컴프레서(64)의 전단 압력과 동일하다. 그리고 상기 이젝터(80)의 제1 입구(83)는 상기 컴프레서(64)의 후단과 연통하기 때문에, 상기 이젝터(80)의 제1 입구(83)의 압력은 상기 컴프레서(64) 후단의 압력과 동일하다.

따라서, 상기 터보차저(60)가 작동하는 경우에는, 상기 컴프레서(64)에 의한 과급압에 의해 상기 제1 입구(83)의 압력이 상기 출구(87)의 압력보다 크고 상기 이젝터(80)의 형상에 의한 벤츄리 효과에 의해 상기 이젝터(80)의 유로에는 부압이 발생하고, 이로 인해 상기 제2 체크 밸브(77)가 개방된다. 따라서, 제2 퍼지 라인(76)을 흐르는 연료 증기는 상기 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(73)를 통해 상기 제2 입구(85)로 유입되고 상기 이젝터(80)의 유로를 따라 상기 컴프레서(64) 전단으로 유입된다. 또한, 상기 제1 체크 밸브(75)에 의해 흡기 매니폴드 내의 부스팅된 공기가 차단되어 상기 이젝터(80)로는 공기(신기)가 흐르지 않게 된다.

한편, 상기 터보차저(60)가 작동 중일 때 운전자가 차량의 감속을 위해 팁아웃(tip-out)하는 경우, ECU는 엔진(20)의 출력을 낮추기 위해 상기 스로틀 밸브(25)를 빠르게 닫는다. 이때, 상기 터보차저(60)는 관성에 의해 동작하면서 상기 컴프레서(64)에 의해 과급압이 발생되고, 상기 컴프레서(64) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 전단 사이의 흡기 라인(10)에는 상기 컴프레서(64)에 의해 발생한 압축 공기에 의해 과급압이 형성된다.

따라서, ECU는 상기 재순환 밸브(52)를 개방하여 상기 컴프레서(64) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 전단 사이의 흡기 라인(10)에 형성된 과급압을 상기 컴프레서(64) 전단의 흡기 라인(10)으로 배출함으로써, 서징 충격을 방지할 수 있다.

이때, 상기 이젝터(80)는 상기 재순환 밸브의 하우징과 일체로 형성되기 때문에, 상기 이젝터(80)에 필요한 라인의 길이를 최소화할 수 있고, 이로 인해 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 단순화할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 흡기 라인
20: 엔진
21: 실린더
23: 흡기 매니폴드
25: 스로틀 밸브
30: 배기 라인
40: 재순환 라인
50: 재순환 밸브 하우징
52: 재순환 밸브
60: 터보차저
62: 터빈
64: 컴프레서
70: 연료 탱크
71: 캐니스터
72: 메인 퍼지 라인
73: 퍼지 제어 솔레노이드 밸브
74: 제1 퍼지 라인
75: 제1 체크 밸브
76: 제2 퍼지 라인
77: 제2 체크 밸브
80: 이젝터
81: 몸통부
83: 제1 입구
85: 출구
87: 제2 입구

Claims

엔진으로 흡기를 공급하는 흡기 라인에서 분기되어 터보차저의 컴프레서 후단의 상기 흡기라인으로 합류하는 재순환 라인;
상기 재순환 라인과 상기 흡기 라인이 합류하는 지점에 배치된 재순환 밸브 하우징에 일체로 형성된 이젝터;
캐니스터와 상기 흡기 라인을 연결하는 제1 퍼지라인; 및
상기 캐니스터와 상기 이젝터를 연결하는 제2 퍼지라인;
을 포함하고,
상기 이젝터는
내부에 유로가 형성되는 몸통부;
상기 유로와 연통하고 상기 컴프레서 후단의 흡기 라인과 연통하는 제1 입구;
상기 유로와 연통하고 상기 제2 퍼지 라인과 연통하는 제2 입구; 및
상기 유로와 연통하고 상기 재순환 라인과 연통하는 출구;
를 포함하고,
상기 제1 입구와 상기 출구는 상기 유로를 따라 동일 축 상에 위치하고, 상기 제2 입구는 상기 유로에 대해 수직하게 위치하며,
상기 재순환 밸브는 팁 아웃시 개방되어 상기 컴프레서 후단과 스로틀 밸브 사이의 흡기 라인에 형성된 과급압을 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 배출시키는 연료 증기 퍼지 시스템.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 유로의 단면적은 유체의 흐름에 따라 상기 제1 입구에서부터 점차적으로 좁아지다가 상기 출구로 갈수록 점차적으로 넓어지는 연료 증기 퍼지 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 캐니스터에서 포집된 연료 증기를 선택적으로 차단하는 퍼지 제어 솔레노이드 밸브;
상기 제1 퍼지 라인에 설치되고 상기 제1 퍼지 라인을 흐르는 연료 증기가 역류하는 것을 차단하는 제1 체크 밸브; 및
상기 제2 퍼지 라인에 설치되고 상기 제2 퍼지 라인을 흐르는 연료 증기가 역류하는 것을 차단하는 제2 체크 밸브
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 퍼지 시스템.