KR102317606B1 - 차압을 제어하기 위한 밸브 - Google Patents

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Abstract

연료 탱크와 캐니스터 사이의 유체 유동을 조절함으로써 차압을 제어하기 위한 밸브 (1) 로서, - 밸브 개구 (10), - 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 1 밀봉 수단 (309, 408) 을 갖는 제 1 이동 요소 (306, 404) 로서, 상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 는 제 1 크기를 갖는 제 1 통로 (20, 21) 를 통해, 상기 연료 탱크와 상기 캐니스터 사이에 제 1 유동을 허용하는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 개구 (10) 에 대해 이동 가능한, 상기 제 1 이동 요소 (306, 404), - 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 2 밀봉 수단 (305, 409) 을 갖는, 상기 제 1 이동 요소 (304, 405) 와는 별개의, 제 2 이동 요소 (304, 405) 로서, 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 상기 제 1 크기와 상이한 제 2 크기를 갖는 제 2 통로 (30, 31) 를 통해, 상기 연료 탱크와 상기 캐니스터 사이에 제 2 유동을 허용하는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 개구 (10) 에 대해 이동 가능한, 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 를 포함하고, - 상기 제 2 이동 요소 (304) 는 상기 제 1 통로 (20, 21) 를 부분적으로 규정하는 절두 원추형 표면을 갖는 중심 구멍 (308) 을 포함하고, - 상기 제 1 밀봉 수단 (309) 은 상기 제 2 이동 요소 (304) 의 상기 중심 구멍 (308) 의 상기 절두 원추형 표면과 협력하여 누출 방지 시일을 형성하도록 구성된 상보적인 절두 원추형 표면을 갖는, 차압을 제어하기 위한 밸브 (1).

Description

차압을 제어하기 위한 밸브
본 발명은 두 챔버들 사이에서 유체를 제어하기 위한 밸브 및 이러한 밸브를 제어하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 차량에서 연료 탱크와 캐니스터 사이의 유체 연통을 제어하기 위한 비례 제어 밸브에 관한 것이다. 더 일반적으로, 본 발명은 종래의 차량 및 하이브리드 차량의 분야에 관한 것이다.
연료 탱크와 캐니스터의 입구 사이의 유체 연통을 제어하기 위해, 그리고 특히 캐니스터 내의 증기의 진입을 차단하기 위해 밸브, 일반적으로 전자-밸브를 사용하는 것이 알려져 있다. 어려움은, 증기가 고압 하에 있으므로, 밸브의 갑작스런 개방은 높은 유속으로 다량의 증기를 전달하여, 유동 제어를 어렵게 하고 연료 시스템에서 코킹 (corking) 위험을 증가시킨다는 것이다. 이를 피하기 위해, 연료 시스템에서 2 개의 특정 기능, 즉 빠른 개방과 높은 유동으로 연료 탱크를 감압할 목적을 위해 큰 통기 경로 (venting path) 를 제공하는 기능과, 오리피스를 통한 유동의 정밀한 제어를 가능하게 하는 더 작은 통기 경로를 제공하는 기능을 수행하도록 2 개의 조합된 밸브를 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 문헌 US2015068498 은, 연료 탱크와 연료 증기 캐니스터 사이의 제 1 도관에 커플링된 탱크 압력 제어 밸브, 및 연료 탱크와 연료 증기 캐니스터 사이의 다른 제 2 도관 (제 2 도관은 제 1 도관에 병렬적임) 에 커플링된 재급유 밸브를 포함하는 차량용 시스템을 개시하며, 2 개의 분리된 밸브는 각각 코킹 문제를 피하기 위해 2 개의 유동 프로파일을 달성한다. 이러한 구성은 각 밸브에 대한 제어 수단을 필요로 하므로, 이러한 종류의 연료 시스템은 공간을 필요로 하고 상당히 고가이다.
또한, 내부 O-링 시일을 포함하는 제 1 이동 요소 및 실질적으로 평면인 표면을 나타내는 제 2 이동 요소를 포함하는 탱크 압력 제어 밸브가 예를 들어 문헌 US6553975 로부터 알려져 있다. 내부 O-링 시일은 제 1 이동 요소가 개방 위치에 있을 때 제 1 통로를 규정하도록 평면 표면과 협력하며, 제 1 통로는 개방 위치에서 제 2 이동 요소에 의해 규정되는 제 2 통로보다 작다. 그러나, 밀봉 수단이 밀봉 표면의 평면에 대해 수직으로 개방되는 때, 밀봉 수단은 통로의 둘레 및 상기 밀봉 표면으로부터의 밀봉 수단의 거리 쌍방에 직접 비례하는 유속을 갖는 통로를 규정한다. 따라서, 유동의 양호한 분해능 (resolution) 을 만들기 어렵고, 제어 정밀도가 최적이 아니다.
본 발명의 목적은, 더 콤팩트한 2 개의 개방 형태를 의미하는 2 개의 상이한 유동 프로파일을 가지며 더 정확한 유동 제어를 갖는 밸브 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 연료 탱크와 캐니스터 사이의 유체 유동을 조절함으로써 차압을 제어하기 위한 밸브로서,
- 밸브 개구,
- 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 1 밀봉 수단을 갖는 제 1 이동 요소로서, 상기 제 1 이동 요소는 제 1 크기를 갖는 제 1 통로를 통해, 상기 연료 탱크와 상기 캐니스터 사이에 제 1 유동을 허용하는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 개구에 대해 이동 가능한, 상기 제 1 이동 요소,
- 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 2 밀봉 수단을 갖는, 상기 제 1 이동 요소와는 별개의, 제 2 이동 요소로서, 상기 제 2 이동 요소는 상기 제 1 크기와 상이한 제 2 크기를 갖는 제 2 통로를 통해, 상기 연료 탱크와 상기 캐니스터 사이에 제 2 유동을 허용하는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 개구에 대해 이동 가능한, 상기 제 2 이동 요소
를 포함하고,
상기 제 1 이동 요소 및 상기 제 2 이동 요소는 공통 액추에이터에 의해 작동되도록 구성되며,
- 상기 제 2 이동 요소는 상기 제 1 통로를 부분적으로 규정하는 절두 원추형 표면을 갖는 중심 구멍을 포함하고,
- 상기 제 1 밀봉 수단은 상기 제 2 이동 요소의 상기 중심 구멍의 상기 절두 원추형 표면과 협력하여 누출 방지 시일을 형성하도록 구성된 상보적인 절두 원추형 표면을 갖는, 밸브를 제공하는 것이다.
즉, 제 1 이동 요소 및 제 2 이동 요소 쌍방을 작동시키기 위한 공통 액추에이터와 함께 시스템에 단일 밸브가 제공된다. 따라서, 밸브는 2 개의 상이한 유동 분해능을 달성할 수 있고, 이는 2 개의 상이한 정밀 레벨을 의미하며, 시스템은 더 적은 구성요소를 필요로 한다. 따라서, 시스템은 더 콤팩트하고 덜 비싸다. 또한, 유동은 유리하게는 원뿔형 형상에 의해 편향되며, 이는 유동 분해능을 더 양호하게 하고 제어를 더 정밀하게 한다. 전술한 바와 같이, 밀봉 수단이 밀봉 표면의 평면에 대해 수직으로 개방되는 때, 밀봉 수단과 밀봉 표면 사이의 거리의 변경에 의해 유속은 매우 빠르게 변하므로, 유동 제어가 매우 어렵다. 반대로, 밀봉 수단과 밀봉 표면이 서로 평행하면, 밀봉 수단과 밀봉 표면 사이의 거리의 변화는 유속을 변화시키지 않을 것이다. 유리하게는, 절두 원추형 표면은, 밀봉 표면에 대한 밀봉 수단의 위치를 미세 조정하기 위하여 리드 나사의 회전을 밀봉 수단의 선형 이동으로 바꾸기 위해 너트 부재에 형성된 나사산과 커플링된 리드 나사를 회전시키는 선형 액추에이터, 예를 들어 스텝 액추에이터 덕분에 밸브 개방 높이에 대한 유동 해상도를 개선함으로써 본 발명에 따른 비례 제어 밸브의 이점을 더욱 취할 수 있게 한다.
밸브는 보통 비례 제어 밸브이고, 즉 그 개방이 비례 방식으로 제어된다는 것에 주의해야 한다. 이 밸브는 바람직하게는 전자-밸브이지만, 임의의 다른 종류의 밸브일 수 있다.
또한, "공통 액추에이터에 의해 작동된다" 는 것은 보통 "공통 모터 샤프트에 의해 작동된다" 로 이해되어야 한다는 것에 주의해야 한다.
액추에이터는 스텝퍼 모터, 또는 그렇지 않으면 인코더 또는 위치 센서와 결합된 단순 DC 모터 (직류 전기 에너지를 기계적 에너지로 전환시킴) 를 포함하는 스텝 액추에이터일 수 있다.
바람직하게는, 제 1 통로의 제 1 크기는 제 2 통로의 제 2 크기보다 작다.
용어 "연료 탱크" 는 잠수부 및 다양한 환경 및 사용 조건 하에서 연료를 저장할 수 있는 불투과성 탱크를 의미하는 것으로 이해된다. 이 탱크의 일례가 자동차에 장착되는 것이다.
용어 "코킹" 은 러싱 연료 증기의 힘이 시트에 대해 밸브의 플로트를 물리적으로 들어 올리는 때 발생하여 자유 증기 배출을 차단하는 것을 정의한다고 이해된다.
밸브는 다음의 특징들 중 하나 이상을 단독으로 또는 조합으로 더 포함할 수 있다.
- 액추에이터는 축 (A) 을 갖는 샤프트를 포함하고, 제 1 및 제 2 이동 요소들은 축 (A) 상에 동축으로 배치된다. 이는 두 이동 요소를 작동시키기 위해 공통 액추에이터를 사용하는 매우 효율적인 방식이다. 구성요소들의 이동 중에 구성요소들의 더 양호한 균형을 제공하고 요구되는 공간을 줄이는 것이 유리하다.
- 제 1 이동 요소는 액추에이터에 영구히 고정 장착되고, 제 2 이동 요소는 액추에이터에 이동 가능하게 장착되어서, 액추에이터에 대해, 따라서 제 1 이동 요소에 대해 적어도 2 개의 위치를 취할 수 있다. 이는 제 1 이동 요소가 제 2 이동 요소와 독립적으로 개방될 수 있게 한다.
- 액추에이터는, 제 2 이동 요소가 일단 접합부와 접촉하면 액추에이터와 함께 이동하도록, 제 2 이동 요소와 협동하도록 구성된 접합부를 포함한다. 이는 접합부와 접촉한 경우에만, 제 2 이동 요소를 이동시킬 수 있게 하고, 따라서 제 2 통로를 개방할 수 있게 한다.
- 밸브는 제 1 이동 요소의 이동 중에 제 2 밀봉 수단이 밀봉된 채로 유지되는 것을 보장하도록 제 2 이동 요소에 축방향 힘을 제공하도록 구성된 편향 수단을 포함한다. 이러한 편향 수단의 사용은 제 1 이동 요소의 이동 동안 제 1 통로만이 개방될 수 있게 한다.
- 제 2 이동 요소는 제 1 통로 및 제 2 통로 쌍방을 적어도 부분적으로 규정한다. 보다 정확하게는:
- 제 2 이동 요소는 제 1 이동 요소가 개방 위치에 있는 때 제 1 통로를 적어도 부분적으로 규정하는 관통 구멍을 포함하고,
- 제 2 밀봉 수단은 제 2 이동 요소가 개방 위치에 있는 때 밸브 개구와 협력하여 제 2 통로를 규정한다.
이는 밸브의 특히 콤팩트한 구성이다.
- 제 1 이동 요소와 제 2 이동 요소 사이에 편향 수단이 배치된다.
또한 본 발명의 목적은 연료 탱크, 액체 연료를 첨가하기 위한 필러 파이프, 재급유 작업 동안 연료 탱크로부터 연료 증기를 수집하기 위한 카본 캐니스터 및 전술한 바와 같은 밸브를 포함하는 연료 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 전술한 연료 시스템을 포함하는 차량을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은,
- 직렬 통신을 통해 엔진 제어기로부터 유동 요청을 수신하는 단계,
- 낮은 유속이 요구되면, 제 2 이동 요소에 대해 제 1 이동 요소를 이동시키기 위해, 0 이 아닌 제 1 축방향 트래블 범위 (non-zero first axial travel range) 내에서 액추에이터를 병진 이동시키는 단계,
- 높은 유속이 요구되면, 제 1 이동 요소와 제 2 이동 요소 쌍방을 이동시키기 위해, 제 1 축방향 트래블 범위보다 큰 0 이 아닌 제 2 축방향 트래블 범위 내에서 상기 액추에이터를 병진 이동시키는 단계,
- 어떠한 유동도 요구되지 않으면, 밸브가 밀봉 차단되는 위치에 상기 액추에이터를 유지하는 단계
를 포함하는, 전술한 밸브를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
이하의 설명은 밸브의 일부 특징을 나타낸다. 이 설명은 도면에 기초한다.
도 1 은 제 1 공지된 유체 제어 시스템을 도시하는 종방향 절단도이다.
도 2, 도 3 및 도 4 는 상이한 위치에서 밸브를 사용하는 제 2 공지된 유체 제어 시스템의 종방향 절단도이다.
도 5, 도 6 및 도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 상이한 위치에서 밸브를 사용하는 유체 제어 시스템의 종방향 절단도이다.
도 8 은 각각 제 1 공지된 종래 기술, 제 2 공지된 종래 기술 및 본 발명에 따른 유체 제어 시스템에서의 개방 백분율에 대한 유동 곡선을 도시하는 도면이다.
도 9 는 본 발명에 따른 밸브 제어 방법을 보여주는 도면이다.
도 10a-10d 는 개방 위치 및 폐쇄 위치에 도시된 4 개의 상이한 제 2 이동 요소를 도시하는 단면도이다.
도 11 은 도 10a-10d 에 도시된 개방 높이에 대한 유동 라인을 도시하는 도면이다.
본 발명은 특정한 실시형태에 관하여 특정 도면을 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않으며 오직 청구항에 의해 제한된다. 도시된 도면은 단지 개략적이며, 제한적이지 않다. 도면에서는, 일부 요소의 크기가 과장될 수도 있으며, 설명 목적을 위해 축척에 따라 도시되지 않을 수도 있다. 치수 및 상대 치수는 본 발명을 실시하기 위한 실제 축소에 부합하지 않는다.
더욱이, 설명 및 청구항에서 상부, 하부, 제 1, 제 2 등의 용어는 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며, 반드시 시간적, 공간적, 순위적 또는 임의의 다른 방식의 순서를 묘사하기 위해 사용되는 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어들은 적절한 상황 하에 서로 교환 가능하다는 것과, 여기서 설명되는 본 발명의 실시형태들은 여기에 기재되거나 묘사된 것과 다른 순서로 작동될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 1 은 제 1 공지된 유체 제어 시스템에 따른 유체 제어 시스템을 도시한다. 이는 입구 포트 (101) 및 출구 포트 (102), 축방향 시일에 의해 밸브 개구 (108) 를 개방 및 폐쇄하도록 포핏 (104) 또는 이동 요소를 구동하는 모터 샤프트 (103) 를 갖는 밸브를 포함한다. 포핏 및 밸브 개구에 의해 제한되는 개방은 유체가 입구 포트 (101) 로부터 출구 포트 (102) 로 통과하는 영역을 규정한다. 영역은 영역의 개방 높이 및 둘레에 의해서만 규정되기 때문에, 밸브의 유동 제어의 분해능 (resolution) 은 매우 제한된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 곡선 a) 에 의해 표현되는 유동은 밸브 개방의 바로 시작부터 매우 빠르게 증가하며, 이는 연료 시스템에서 코킹 (corking) 위험을 야기할 수도 있다.
도 2, 도 3 및 도 4 는 입구 포트 (401), 출구 포트 (402), 밸브 개구 (10) 및 축 (A) 을 갖는 모터 샤프트 (403) 를 포함하는 밸브를 사용하는 제 2 공지된 유체 제어 시스템을 개시한다. 모터 샤프트 (403) 는 전술한 바와 같이 모터에 의해 구동되도록 구성된다. 모터 샤프트 (403) 는 모터와 함께 액추에이터를 형성한다. 밸브는 또한 제 2 이동 요소 (405) 와 함께 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 1 밀봉 수단 (408) 을 가지며 모터 샤프트 (403) 에 영구히 고정 장착되는 제 1 이동 요소 (404) 를 포함한다. 제 2 이동 요소 (405) 는 밸브 개구 (10) 와 함께 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 2 밀봉 수단 (409) 을 갖는다. 제 1 실시형태에서와 같이, 제 2 밀봉 요소 (409) 는 축방향 밀봉 요소, 예를 들어 밸브 개구 (10) 의 누설 방지 시일을 형성하기 위해 제 2 이동 요소 (405) 와 밸브 개구 (10) 사이에서 압축되도록 구성된 O-링 시일 (409) 이다. 게다가, 제 2 밀봉 요소 (409) 는 축방향 밀봉 요소에 대향하는 표면에 배치된 내부 O-링 시일 (408) 을 갖는다.
도 2, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 제 2 이동 요소 (405) 는 편심 구멍 (407) 을 포함하는 패널형 피스이다. 제 1 이동 요소 (404) 는 또한 패널형 피스이고, 제 2 이동 요소 (405) 를 향하는 실질적으로 평면의 표면을 제공한다. 평면의 표면은 제 1 밀봉 수단 (408) 을 형성하고, O-링 시일 (409) 이 압축되는 때 밸브 개구 (10) 의 누설 방지 시일을 형성하도록 제 2 이동 요소 (405) 의 내부 O-링 시일 (408) 과 협력하도록 구성된다.
제 1 이동 요소 (404) 는 모터 샤프트 (403) 와 함께 이동하도록 모터 샤프트 (403) 에 축방향으로 그리고 반경방향으로 고정된다. 제 2 이동 요소 (405) 는 동일한 모터 샤프트 (403) 상에 이동 가능하게 장착되어서, 모터 샤프트 (403) 에 대해 적어도 2 개의 위치를 취할 수 있다. 이를 위해, 모터 샤프트 (403) 는 제 2 이동 요소 (405) 가 일단 접합부와 접촉하면 모터 샤프트 (403) 와 함께 이동하도록 제 2 이동 요소 (405) 와 협력하도록 구성된 접합부를 포함한다. 제 1 이동 요소 (404) 및 제 2 이동 요소 (405) 는 축 (A) 에 동축으로 배치된다.
밸브 (1) 는 설명된 실시형태에서 압축 스프링 (406) 일 수 있는 편향 수단 (406) 을 포함한다. 제 2 실시형태에 따르면, 압축 스프링 (406) 은 제 1 이동 요소 (404) 와 제 2 이동 요소 (405) 사이에 배치되어, 제 2 밀봉 수단 (409) 이 제 1 이동 요소 (404) 의 이동 중에 밀봉된 채로 유지되는 것을 보장하도록 제 2 이동 요소 (405) 에 축방향 힘을 제공한다.
도 2 는 밸브 개구 (10) 가 제 1 이동 요소 (404) 와 제 2 이동 요소 (405) 쌍방에 의해 폐쇄되는 완전 수축 위치를 도시한다. 제 2 이동 요소 (405) 는 압축 스프링 (406) 의 힘에 의해 폐쇄 위치에 유지된다. 제 1 이동 요소 (404) 는 또한 모터 샤프트 (403) 가 그 최저 위치에 있기 때문에 폐쇄 위치에 있다.
도 3 은 제 1 이동 요소 (404) 의 개방 위치를 도시하며, 여기서 제 1 이동 요소 (404) 는 제 1 크기를 갖는 제 1 통로 (21) 를 통해 연료 탱크와 캐니스터 사이에 제 1 유동을 허용하도록 모터 샤프트 (403) 와 함께 축방향으로 이동되었다. 제 1 통로 (21) 는 제 2 이동 요소 (405) 의 편심 구멍 (407) 에 의해 규정된다. 제 2 이동 요소 (405) 는 압축 스프링 (406) 의 힘에 의해 여전히 폐쇄 위치에 유지된다.
도 4 는 제 2 이동 요소 (405) 의 개방 위치를 도시하며, 여기서 제 2 이동 요소 (405) 는 모터 샤프트 (403) 상의 접합부와 접촉하고, 이는 제 1 크기보다 큰 제 2 크기를 갖는 제 2 통로 (31) 를 통해 연료 탱크와 캐니스터 사이에 제 2 유동을 허용하도록 모터 샤프트 (403) 와 함께 제 2 이동 요소 (405) 를 축방향으로 이동시킨다. 제 2 통로 (31) 는 제 2 밀봉 수단 (409) 과 밸브 개구 (10) 사이의 공간에 의해 규정된다.
본 발명의 일 실시형태가 도 5, 도 6 및 도 7 에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 밸브는 입구 포트 (301), 출구 포트 (302), 밸브 개구 (10) 및 축 (A) 을 갖는 모터 샤프트 (303) 를 포함한다. 모터 샤프트 (303) 는 모터에 의해 구동되도록 구성된다. 모터 샤프트 (303) 는 모터와 함께 액추에이터를 형성한다. 밸브는 제 2 이동 요소 (304) 와 함께 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 1 밀봉 수단 (309) 을 갖는, 모터 샤프트 (303) 에 영구히 고정 장착되는 제 1 이동 요소 (306) 를 또한 포함한다. 제 2 이동 요소 (304) 는 밸브 개구 (10) 와 함께 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 2 밀봉 수단 (305) 을 갖는다. 더 정확하게는, 제 2 밀봉 요소 (305) 는 축방향 밀봉 요소, 예를 들어 밸브 개구 (10) 의 누설 방지 시일을 형성하기 위해 제 2 이동 요소 (304) 와 밸브 개구 (10) 사이에서 압축되도록 구성된 O-링 시일 (305) 이다.
도 5, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 제 2 이동 요소 (304) 는 절두 원추형 표면을 갖는 중심 구멍 (308) 을 포함한다. 제 1 이동 요소 (306) 는 절두 원추형 형상을 갖고, 제 1 이동 요소 (306) 의 외부 표면은 O-링 시일 (305) 이 압축되는 때 밸브 개구 (10) 의 누설 방지 시일을 형성하기 위해 제 2 이동 요소 (304) 의 중심 구멍 (308) 의 절두 원추형 표면과 협력하도록 구성된 상보적인 절두 원추형 표면을 갖는 제 1 밀봉 수단 (309) 을 형성한다.
제 1 이동 요소 (306) 는 모터 샤프트 (303) 와 함께 이동하도록 모터 샤프트 (303) 에 축방향으로 그리고 반경방향으로 고정된다. 제 2 이동 요소 (304) 는 동일한 모터 샤프트 (303) 상에 이동 가능하게 장착되어서, 모터 샤프트 (303) 에 대해 적어도 2 개의 위치를 취할 수 있다. 이를 위해, 모터 샤프트 (303) 는 제 2 이동 요소 (304) 가 일단 접합부 (310) 와 접촉하면 모터 샤프트 (303) 와 함께 이동하도록 제 2 이동 요소 (304) 와 협동하도록 구성된 접합부 (310) 를 포함한다. 제 1 이동 요소 (306) 및 제 2 이동 요소 (304) 는 축 (A) 에 동축으로 배치된다.
밸브 (1) 는 설명된 실시형태에서 압축 스프링 (307) 일 수 있는 편향 수단 (307) 을 포함한다. 압축 스프링 (307) 은 밸브 (1) 의 고정 벽과 제 2 이동 요소 (304) 사이에 배치되어, 제 2 밀봉 수단 (305) 이 제 1 이동 요소 (306) 의 이동 동안 밀봉된 채로 유지되는 것을 보장하도록 제 2 이동 요소 (304) 에 축방향 힘을 제공한다.
도 5 는 밸브의 완전 폐쇄 위치에 대응하는 액추에이터 샤프트의 완전 수축 위치를 도시하며, 여기서 밸브 개구 (10) 는 제 1 이동 요소 (306) 및 제 2 이동 요소 (304) 쌍방에 의해 폐쇄된다. 제 2 이동 요소 (304) 는 압축 스프링 (307) 의 힘에 의해 폐쇄 위치에 유지된다. 제 1 이동 요소 (306) 는 또한 모터 샤프트 (303) 가 그 최저 위치에 있기 때문에 폐쇄 위치에 있다.
도 6 은 제 1 이동 요소 (306) 의 개방 위치를 도시하며, 여기서 제 1 이동 요소 (306) 는 제 1 크기를 갖는 제 1 통로 (20) 를 통해 연료 탱크와 캐니스터 사이에 제 1 유동을 허용하도록 모터 샤프트 (303) 와 함께 축방향으로 이동되었다. 제 1 통로 (20) 는 제 2 이동 요소 (304) 의 중심 구멍 (308) 에 의해 규정된다. 제 2 이동 요소 (304) 는 압축 스프링 (307) 의 힘에 의해 여전히 폐쇄 위치에 유지된다.
도 7 은 제 2 이동 요소 (304) 의 개방 위치를 도시하며, 여기서 제 2 이동 요소 (306) 는 제 1 크기보다 큰 제 2 크기를 갖는 제 2 통로 (30) 를 통해 연료 탱크와 캐니스터 사이에 제 2 유동을 허용하도록 모터 샤프트 (303) 와 함께 제 2 이동 요소 (306) 를 축방향으로 이동시키는 모터 샤프트 (303) 상의 접합부 (310) 와 접촉한다. 제 2 통로 (30) 는 제 2 밀봉 수단 (305) 과 밸브 개구 사이의 공간에 의해 규정된다.
도 8 은 각각 제 1 공지된 종래 기술, 제 2 공지된 종래 기술 및 본 발명에 따른 유체 제어 시스템에서, 포핏의 축방향 이동에 직접 관련되는 밸브 개방의 백분율에 대한 유동 곡선을 도시하는 도면이다. 곡선 a) 는 제 1 공지된 유체 제어 시스템을 나타내고, 곡선 b) 는 제 2 공지된 유체 제어 시스템을 나타내며, 곡선 c) 는 본 발명에 따른 유체 제어 시스템을 나타낸다. 도시된 예에서, 완전 개방의 처음 2% 는 제 1 통로의 개방의 시작에 해당한다. 분명히, 이러한 백분율 개방 내에서, 본 발명 (곡선 c) 은 제 2 공지된 유체 제어 시스템 (곡선 b) 보다 더 작은 유동 변화를 얻을 수 있는 반면 (이는 유동이 더 잘 제어되며 유동 제어의 더 양호한 분해능이 얻어진다는 것을 의미함), 제 1 공지된 유체 제어 시스템 (곡선 a) 은 어떠한 유동도 허용하지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 유체 제어 시스템은, 제 2 공지된 유체 제어 시스템의 경우 (곡선 b), 유동 변화가 제 1 통로의 개방의 끝에 해당하는 완전 개방의 2% 내지 7% 에서 정체되는 반면, 밸브가 그의 완전 개방 위치로 계속 이동할 때, 유동이 (이 예에서, 완전 개방의 13% 까지) 일정하게 증가한다는 것을 의미하는, 더욱 안정한 유동 분해능을 제공한다.
도 9 는 본 발명에 따른 밸브 제어 방법을 보여주는 도면이다. 이 방법에 따르면, 직렬 통신을 통해 엔진 제어기로부터 유동 요청이 수신된다. 낮은 유속이 요구되면, 액추에이터는 제 2 이동 요소에 대해 제 1 이동 요소를 이동시키기 위해 총 축방향 범위의 0% 와 X% 사이에서 병진 이동되고; 단, 0 < X < 100; 높은 유속이 요구되면, 액추에이터는 제 1 이동 요소와 제 2 이동 요소 쌍방을 이동시키기 위해 총 축방향 범위의 X% 와 100% 사이에서 병진 이동되며; 어떠한 유동도 요구되지 않으면, 액추에이터는 밸브가 밀봉 차단되는 위치에 유지된다.
도 10a-10d 는 밀봉 표면이 중심 구멍으로부터 멀리 이동되는 때 유동 영역의 단면을 기하학적으로 도시한다. 도 10a 에서, 축 (A) 과 밀봉 표면 사이의 각도는 0°이고, 중심 구멍 (11) 은 제 2 이동 요소 (12) 에 평행하며, 그 결과 둘 사이의 유동 면적 (하나의 다른 하나 안에서의 수직 이동에 비례함) 의 변화가 없다. 축 (A) 과 밀봉 표면 사이의 각도는 도 10b 에서 30°이고 도 10c 에서 45°이며, 각각의 중심 구멍 (13, 15) 은 대응하는 제 2 이동 요소 (14, 16) 와 같이 절두 원추형이며, 따라서 중심 구멍에 대한 제 2 이동 요소의 수직 이동으로 인한 유동 영역은 최소 개구 직경의 둘레 2 배 사이의 결과적인 거리에 비례한다. 제 1 공지된 유체 제어 시스템을 나타내는 도 10d 에서, 축 (A) 과 밀봉 표면 사이의 각도는 90°이고, 제 2 이동 요소 (17) 의 이동은 중심 구멍 (18) 에 대한 그의 수직 이동과 직접 관련되어서, 도 10b 또는 도 10c 보다 수직 이동의 단위 당 유동의 더 큰 이득 (gain) 을 초래하고, 이는 유동을 정밀하게 제어하는 것을 더 어렵게 한다.
도 11 은 밀리미터 단위의 개방 높이의 함수로서 유동 영역 (flow area) 을 나타낸다. 도 10a-10d 와 관련하여, 라인 22 가 개방 높이에 무관하게 계속 0 인 것을 볼 수 있다. 라인 23 및 24 에서, 개방 높이에 대한 유동 영역의 관계는 도 10b 및 도 10c 에 해당한다. 마지막으로, 도 10d 와 관한 종래 기술을 나타내는 라인 25 에서, 개방 높이와 유동 영역 사이의 관계가 가장 강한 것으로, 또는 다시 말해 개방 밀리미터 당 유동 영역의 가장 큰 증가를 제공하는 것으로 보일 수 있다.
본 발명은 도시된 실시형태로 한정되지 않으며, 특히 제 2 실시형태에서, 내부 O-링 시일 (408) 은 제 1 이동 요소 (404) 에 고정될 수 있고, 누설 방지 시일을 형성하도록 제 2 이동 요소 (405) 와 협력하도록 구성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 연료 탱크와 캐니스터 사이의 유체 유동을 조절함으로써 차압을 제어하기 위한 밸브 (1) 로서,
    - 밸브 개구 (10),
    - 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 1 밀봉 수단 (309, 408) 을 갖는(carrying) 제 1 이동 요소 (306, 404) 로서, 상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 는 제 1 크기를 갖는 제 1 통로 (20, 21) 를 통해, 상기 연료 탱크와 상기 캐니스터 사이에 제 1 유동을 허용하는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 개구 (10) 에 대해 이동 가능한, 상기 제 1 이동 요소 (306, 404),
    - 누설 방지 시일을 형성하기 위한 제 2 밀봉 수단 (305, 409) 을 갖는, 상기 제 1 이동 요소 (304, 405) 와는 별개의, 제 2 이동 요소 (304, 405) 로서, 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 상기 제 1 크기와 상이한 제 2 크기를 갖는 제 2 통로 (21, 31) 를 통해, 상기 연료 탱크와 상기 캐니스터 사이에 제 2 유동을 허용하는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 개구 (10) 에 대해 이동 가능한, 상기 제 2 이동 요소 (304, 405)
    를 포함하고,
    상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 및 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 공통 액추에이터 (303, 403) 에 의해 작동되도록 구성되며,
    - 상기 제 2 이동 요소 (304) 는 상기 제 1 통로 (20, 21) 를 부분적으로 규정하는 절두 원추형 표면을 갖는 중심 구멍 (308) 을 포함하고,
    - 상기 제 1 밀봉 수단 (309) 은 상기 제 2 이동 요소 (304) 의 상기 중심 구멍 (308) 의 상기 절두 원추형 표면과 협력하여 누출 방지 시일을 형성하도록 구성된 상보적인 절두 원추형 표면을 갖는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터 (303, 403) 는 축 (A) 을 갖는 샤프트 (303, 403) 를 포함하고, 상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 및 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 상기 축 (A) 상에 동축으로 배치되는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 는 상기 액추에이터 (303, 403) 에 영구히 고정 장착되고,
    - 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 상기 액추에이터 (303, 403) 에 대해 적어도 2 개의 위치를 취할 수 있도록 상기 액추에이터 (303, 403) 에 이동 가능하게 장착되는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액추에이터 (303, 403) 는, 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 가 일단 접합부와 접촉하면 상기 액추에이터 (303, 403) 와 함께 이동하도록, 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 와 협동하도록 구성된 접합부 (310) 를 포함하는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 의 이동 중에 상기 제 2 밀봉 수단 (305, 409) 이 밀봉된 채로 유지되는 것을 보장하도록 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 에 축방향 힘을 제공하도록 구성된 편향 수단 (307, 406) 을 포함하는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 제 1 통로 (20, 30) 및 제 2 통로 (21, 31) 쌍방을 적어도 부분적으로 규정하는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    - 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 는 상기 제 1 이동 요소 (306, 404) 가 개방 위치에 있는 때 제 1 통로 (20, 21) 를 적어도 부분적으로 규정하는 관통 구멍 (308, 407) 을 포함하고,
    - 상기 제 2 밀봉 수단 (305, 409) 은 상기 제 2 이동 요소 (304, 405) 가 개방 위치에 있는 때 상기 밸브 개구 (10) 와 협력하여 제 2 통로 (30, 31) 를 규정하는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이동 요소와 상기 제 2 이동 요소 사이에 편향 수단 (307, 406) 이 배치되는, 차압을 제어하기 위한 밸브.
  9. 연료 탱크, 액체 연료를 첨가하기 위한 필러 파이프, 재급유 작업 동안 연료 탱크로부터 연료 증기를 수집하기 위한 카본 캐니스터 및 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 밸브를 포함하는 연료 시스템.
  10. 제 9 항에 따른 연료 시스템을 포함하는 차량.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 밸브의 제어 방법으로서,
    - 직렬 통신을 통해 엔진 제어기로부터 유동 요청을 수신하는 단계,
    - 낮은 유속이 요구되면, 상기 제 2 이동 요소에 대해 제 1 이동 요소를 이동시키기 위해, 총 축방향 범위의 0% 와 X% 사이에서 상기 액추에이터를 병진 이동시키는 단계, 단, 0 < X < 100
    - 높은 유속이 요구되면, 상기 제 1 이동 요소와 상기 제 2 이동 요소 쌍방을 이동시키기 위해, 총 축방향 범위의 X% 와 100% 사이에서 상기 액추에이터를 병진 이동시키는 단계,
    - 어떠한 유동도 요구되지 않으면, 밸브가 밀봉 차단되는 위치에 상기 액추에이터를 유지하는 단계
    를 포함하는, 밸브의 제어 방법.
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