KR102451993B1 - 자동차의 연료 주유 제어 장치 - Google Patents

자동차의 연료 주유 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 연료 주유 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 주유건을 이용한 연료 주유 시 연료탱크로의 연료 주유속도를 능동 제어하고 오주유된 연료나 이상 연료를 토출시켜 안정적인 주유가 가능토록 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치에 관한 것이다.

Description

자동차의 연료 주유 제어 장치 {Devices for control of fueling of vehicles}
본 발명은 자동차의 연료 주유 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 주유건을 이용한 연료 주유 시 연료탱크로의 연료 주유속도를 능동 제어하고 오주유된 연료나 이상 연료를 토출시켜 안정적인 주유가 가능토록 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 연료탱크는 엔진에서 연소되는 연료를 저장하는 장치로서, 상기 연료탱크에는 연료 주입을 위한 연료주입구(혹은 필러넥) 및 이 연료주입구와 연료탱크 사이에 연결되는 필러호스를 기본적으로 구비하며, 이 외에 엔진으로 연료를 송출하는 연료펌프 및 연료의 과주입을 방지하기 위하여 레벨링 파이프 등이 장착된다.
상기 연료탱크에는 통상 주유건의 연료 주입 속도에 따라 수동적인 연료 주입이 이루어지며, 연료탱크의 유면이 레벨링 파이프에 닿도록 상승하여 레벨링 파이프가 막히게 되면 연료탱크내 압력이 상승하게 되는데, 이때 연료탱크내 공기의 외부 배출이 제한되어 연료탱크의 압력이 증가하고 주입 연료가 주유건측으로 역류하여 연료주입구 밖으로 연료가 튀는 스핏백(Spit back) 및 연료주입구 밖으로 연료가 넘치는 오버플로우(Over flow) 현상 등이 발생하는 문제점이 존재한다.
연료 주입 시 차량의 경사 정도, 주유건의 종류, 연료 주입 시 주유건의 각도, 주유건별 주유 속도 오차 등에 따라 스핏백 및 오버플로우 등의 현상이 발생하기 때문에, 연료 주입 시 발생하는 연료 넘침 현상을 방지하는데 한계가 존재한다.
또한 종래의 연료탱크에는 오주유된 연료나 이상 연료를 연료탱크 밖으로 토출시키기 위한 구조가 미적용되어 있기 때문에, 오주유된 연료나 이상 연료를 제거하고자 하는 경우 별도로 서비스센터를 방문하여 연료탱크를 탈거하고 오주유된 연료나 이상 연료를 제거해야 하는 불편이 존재한다.
한국공개특허 제10-2017-0126154호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료탱크에 주입되는 연료의 주입속도 및 필러넥(연료주입구)측으로 역토출되는 연료의 역토출을 제어할 수 있는 연료제어모듈을 이용하여 연료 주유속도를 능동 제어하고 오주유된 연료나 이상 연료를 필러넥측으로 토출시켜 안정적인 주유가 가능토록 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치를 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 연료 주입을 위한 필러넥과 연료 저장을 위한 연료탱크 사이에 배치된 필러호스에 설치되는 연료제어모듈이 구비되며, 상기 연료제어모듈은, 연료제어모듈의 상류측에서부터 연료제어모듈로 유입되는 연료의 유속을 측정하는 유량센서; 연료제어모듈의 하류측에 배치되는 연료탱크에 주입되는 연료의 유속을 제어하며, 상기 유량센서의 측정값을 기초로 작동속도가 제어되는 펌프유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치를 제공한다.
상기 연료 주유 제어 장치의 제어부는, 상기 유량센서의 측정값이 연료 유속 제어가 필요한 최소유속(C) 이상이면 연료탱크로 주입되는 연료 유속이 유량센서의 측정값과 동일 유속으로 발생하도록 상기 펌프유닛의 작동속도를 제어하고, 상기 연료탱크의 연료량이 연료탱크의 만충 이전 상태로 판단되는 제1설정값(A) 이상이면 상기 펌프유닛의 작동속도를 단위시간마다 설정율(B)로 감소하도록 제어하거나 또는 연료탱크의 연료량이 만충 상태일 때를 기준으로 1% 증가할 때마다 상기 펌프유닛의 작동속도를 설정율(B)로 감소하도록 제어한다.
또한 상기 제어부는, 상기 유량센서의 측정값이 연료 유속 제어가 필요한 최소유속(C) 미만이고 수동 입력되는 연료 토출 명령이 감지되면 상기 펌프유닛의 작동을 위한 구동모터를 역회전시켜 연료탱크내 연료가 필러넥측으로 토출되도록 제어하되, 상기 연료 토출 명령이 감지되면 상기 구동모터를 역회전시키기 전에 연료탱크의 연료량을 기준으로 상기 구동모터의 역회전 여부를 판단하며, 상기 연료량이 연료탱크내 연료를 흡입하여 토출가능한 것으로 판단되는 제2설정값(D) 이상이면 상기 구동모터를 역회전시켜 연료탱크내 연료가 필러넥측으로 토출되도록 제어한다.
한편, 상기 연료제어모듈은 펌프유닛이 연료탱크측으로 송출하는 연료의 배출을 위한 배출구와 별도로 연료탱크내 연료를 흡입하기 위한 흡입구가 구비되며, 상기 흡입구는 연료탱크에 관통하여 설치된 석션호스와 연통된다.
또한, 상기 연료제어모듈은 펌프유닛이 상류측 필러호스와 연통하도록 하기 위한 유입구가 구비되고, 상기 유입구에는 유량센서가 설치되는 센서용 바이패스유로가 분기 형성되며, 상기 센서용 바이패스유로는 유입구보다 작은 단면적을 갖는다.
상기한 본 발명에 의하면, 주유건을 이용한 연료 주입 시에 연료제어모듈의 유량센서로 측정한 주유속도를 기반으로 연료탱크에 실제 주입되는 연료의 주유속도를 능동 제어함으로써 안정적인 주유가 가능하며, 그에 따라 연료의 오버플로우 및 스핏백 등의 연료 넘침 현상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 오주유된 연료 또는 이상 연료를 연료탱크에 주입한 경우 상기 연료제어모듈의 펌프유닛용 구동모터를 역회전시켜 연료제어모듈의 석션호스를 통해 연료탱크의 연료를 흡입하여 상류측 필러호스로 역토출시킬 수 있으며, 이에 의해 오주유된 연료나 이상 연료를 연료탱크 외부로 토출시켜 용이하게 제거할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료 주유 제어 장치를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유량센서의 다른 설치 구조를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료 주유 제어 장치를 이용한 연료 주유 제어 과정을 나타낸 흐름도
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 연료 주유 제어 장치는 주유건을 이용한 연료 주유 시에 연료 주유속도를 능동 제어하고 오주유된 연료나 이상 연료를 필러넥(12)측으로 역토출시켜 안정적인 주유가 가능토록 하기 위해, 연료탱크(10)의 필러호스(14)에 설치되는 연료제어모듈(20)을 포함한다.
상기 필러호스(14)는 연료 주입을 위한 필러넥(12)과 연료 저장을 위한 연료탱크(10) 사이에 연장 배치되며, 상기 연료제어모듈(20)을 기준으로 상류측(혹은 필러넥측) 필러호스(14a)와 하류측(혹은 연료탱크측) 필러호스(14b)로 구분할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연료제어모듈(20)은 유입구(22a)와 배출구(22b) 등을 갖는 하우징(22), 상기 유입구(22a)에 설치되는 유량센서(28), 및 상기 하우징(22)내에 유입구(22a)와 배출구(22b) 사이에 배치되는 펌프유닛(26)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하우징(22)은 상류측 필러호스(14a)와 하류측 필러호스(14b) 사이에 설치되며, 유입구(22a)가 상류측 필러호스(14a)와 연통되도록 연결되고 배출구(22b)가 하류측 필러호스(14b)와 연통되도록 연결된다.
또한 하우징(22)에는 연료탱크(10)에서 연료를 역토출할 때 사용하기 위해 별도의 흡입구(22c)가 구비되며, 상기 흡입구(22c)는 상기 배출구(22b)와 병렬 배치되고 하류측 필러호스(14b)를 관통하여 연료탱크(10)측으로 연장되는 석션호스(24)와 연통되도록 연결된다.
상기 석션호스(24)는 하류측 필러호스(14b)를 관통하여 하우징(22)의 흡입구(22c)와 연료탱크(10) 사이에 연장 배치되며, 연료탱크(10)의 한쪽 벽면을 관통하여 연료탱크(10)의 연료를 흡입가능하게 연장된다.
상기 유량센서(28)는 연료제어모듈(20)의 상류측에서부터 유입구(22a)를 통해 연료제어모듈(20)로 유입되는 연료의 유속을 측정하며, 필러넥(12)에 연결된 상류측 필러호스(14a)에 주유되어 유입구(22a)측으로 유입되는 연료의 주유속도를 감지할 수 있다. 즉, 상기 유량센서(28)는 필러넥(12)에 설치되는 주유건의 연료 주유속도를 감지할 수 있다.
상기 펌프유닛(26)은 하우징(22)의 유입구(22a)와 배출구(22b) 및 흡입구(22c) 사이에 연료 연통가능하게 배치되며, 연료제어모듈(20)의 하류측에 배치된 연료탱크(10)로 주입되는 연료의 유속을 제어할 수 있도록 구성된다.
구체적으로 도시하지는 않았으나, 펌프유닛(26)은 구동모터(미도시)의 회전작동에 의해 연료 송출을 위한 작동속도가 제어됨으로써 연료탱크(10)로 압송하는 연료의 유속을 제어할 수 있게 된다.
이러한 펌프유닛(26)은 제어부(미도시)에 의해 구동모터의 작동이 제어되며, 상기 유량센서(28)의 측정값(연료 유속)을 기초로 구동모터의 회전속도가 제어됨으로써 연료탱크(10)측으로 연료를 송출하는 펌프유닛(26)의 작동속도가 제어된다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 제어부는 하우징(22)의 일측에 장착 배치될 수 있다.
상기 구동모터는 역회전이 가능한 양방향 모터이며, 상기 제어부는 연료탱크(10)의 연료를 필러넥(12)측으로 역토출시키고자 하는 경우 구동모터를 역회전시키고, 연료 주입 시에 연료탱크(10)로 주입되는 주유속도(즉, 펌프유닛의 작동속도)를 제어하고자 하는 경우에는 상기 구동모터를 정회전시킨다.
도 2에 보면, 상기 하류측 필러호스(14b)에는 구동모터의 역회전 작동 시 필러호스(14)의 연료 역류를 차단할 수 있는 셧오프밸브(16)가 설치되어 있다.
한편, 상기 유량센서(28)를 이용한 유속 측정 시의 저항을 최소화하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(22)에 유입구(22a)에서 분기된 센서용 바이패스 유로(22d)를 구비하고, 상기 센서용 바이패스 유로(22d)에 소형의 유량센서(28)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 센서용 바이패스 유로(22d)는 양측 끝단이 유입구(22a)에 연통되고 유입구(22a)와 병렬 배치되도록 형성될 수 있으며, 상기 유입구(22a)의 단면적보다 일정치 이상 작은 단면적을 갖도록 구비되는 것이 연료의 유속 저항을 최소화하는데 있어 바람직하다.
연료의 유속 저항을 최소화하는 경우, 연료 주유 시 발생하는 스핏백 등의 연료 넘침 현상에 미치는 악영향을 제거할 수 있다.
여기서, 첨부한 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 자동차의 연료 주유 제어 장치를 이용한 연료 주유 시의 능동 주유 및 역토출 제어 과정을 설명하도록 한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 필러넥(12)에 주유건이 끼워지고 연료 주입이 시작되면(S100) 유량센서(28)에 의해 상기 주유건을 이용한 연료 주유속도가 검출된다(S110).
이때 유량센서(28)의 측정값을 설정된 최소유속(C)과 비교한 경과(S120), 상기 유량센서(28)의 측정값이 최소유속(C) 이상이면, 연료탱크(10)로 주입되는 연료 유속(주유속도)이 유량센서(28)의 측정값과 동일 유속으로 발생하도록 펌프유닛(26)의 작동속도(즉, 구동모터의 회전속도)를 제어한다(S130).
즉, 펌프유닛(26)의 작동을 위한 구동모터의 회전속도를 제어하여 펌프유닛(26)을 통해 연료탱크(10)측으로 흐르는 연료의 유속(하류측 필러호스의 연료 유속)을 유량센서(28)의 측정 유속과 동일 유속으로 발생시킬 수 있다.
여기서, 상기 최소유속(C)은 주유건을 이용한 연료 주유 시 연료 유속 제어가 필요한 것으로 판단되는 값으로 설정될 수 있다.
다음, 제어부에서 연료센더의 측정값을 확인하여 연료탱크(10)내 연료량(연료잔량)을 검출하고(S140), 상기 연료탱크(10)의 연료량이 100%로 가득 채워진 만충(full) 상태에 도달하기 직전의 상태(예를 들어, 연료량이 95%까지 채워진 상태)인 것으로 판단되는 제1설정값(A)과 비교한 결과(S150), 연료탱크(10)의 연료량이 제1설정값(A) 이상이면 상기 펌프유닛(26)의 작동속도 즉, 구동모터의 회전속도를 단위시간마다(예를 들어, 1초당) 설정율(B)로 감소하도록 제어할 수 있다(S160). 여기서, 상기 설정율(B)은 사전 평가 등을 통해 도출된 값으로 설정될 수 있다.
또한, 제어부는 상기 연료탱크(10)의 연료량이 만충 이전 상태(연료량이 95%까지 채워진 상태)로 판단되는 제1설정값(A) 이상이면, 연료탱크(10)의 연료량이 연료탱크의 만충 상태(연료량이 100%까지 채워진 상태)를 기준으로 1% 증가할 때마다(96%,97%,..) 상기 펌프유닛(26)의 작동속도를 설정율(B)로 감소하도록 제어할 수도 있다.
주유건을 이용한 연료 주입 시 연료탱크(10)내에 연료가 가득 채워지기 직전(만충 이전 상태일 때)에 펌프유닛(26)의 작동속도를 단계적으로 감소시킴으로써 연료탱크의 연료량이 만충 상태에 도달하는 즉시 주유건의 연료 주입을 중단시킬 수 있으며, 이에 따라 연료탱크(10)내 갑작스런 압력 상승에 따른 연료 넘침 현상을 방지할 수 있다.
상기 연료탱크(10)의 연료량이 만충 상태에 근접할 시 상기 펌프유닛(26)의 작동속도를 단계적으로 감소시킴으로써, 연료탱크(10)의 필러넥(12)측으로 연료가 서서히 차오르다가 주유건에 연료가 닿게 되고 동시에 주유건의 연료 주입이 종료된다(S170).
알려진 바와 같이, 연료탱크(10)의 연료량은 연료탱크(10)내에 설치되는 연료센더의 측정값을 기초로 실시간으로 파악할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 유량센서(28)의 측정값이 연료 유속 제어가 필요한 최소유속(C) 미만이면, 버튼 등을 통해 수동 입력되는 운전자의 연료 토출 명령의 입력 여부를 판단한다(S180).
판단 결과, 운전자의 연료 토출 명령이 감지되면 펌프유닛(26)의 작동을 위한 구동모터를 역회전시켜 연료탱크(10)내 연료가 필러넥(12)측으로 토출되도록 제어한다(S200).
이때, 연료탱크(10)내 연료량이 구동모터의 역회전을 통해 흡입가능한 양인지 확인하고 구동모터를 역회전시키는 것이 바람직하므로, 상기 연료 토출 명령이 감지되면 상기 구동모터를 역회전시키기 전에 먼저 연료탱크(10)의 연료량을 기준으로 구동모터의 역회전 제어 여부를 결정하도록 한다.
연료탱크(10)의 실시간 연료량을 연료탱크(10)내 연료를 흡입하여 토출가능한 것으로 판단되는 제2설정값(D)과 비교한 결과(S190), 상기 연료량이 제2설정값(D) 이상이면 구동모터를 역회전시켜(S200) 펌프유닛(26)이 연료탱크(10)내 연료를 석션호스(24)를 통해 흡입할 수 있도록 한다.
이때, 펌프유닛(26)은 석션호스(24)를 통해 흡입한 역토출 연료를 유입구(22a)를 통해 상류측 필러호스(14a)로 송출한다. 즉, 상기 유입구(22a)는 구동모터의 역회전 시 펌프유닛(26)이 흡입구(22c)를 통해 흡입한 연료를 필러넥(12)측으로 토출하는 토출구 역할도 하게 된다.
상기 구동모터가 역회전 제어될 때 하류측 필러호스(14b)의 셧오프밸브(16)가 클로즈 작동되고, 이에 의해 하류측 필러호스(14b)를 통해 연료가 역토출되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 연료탱크(10)의 연료량이 상기 제2설정값(D) 미만이면 상기 구동모터를 정지시키고(S210), 또한 상기 연료 토출 명령이 감지되지 않는 경우에도 상기 구동모터를 정지시킨다(S210).
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 연료탱크
12 : 필러넥
14 : 필러호스
14a : 상류측 필러호스
14b : 하류측 필러호스
16 : 셧오프밸브
20 : 연료제어모듈
22 : 하우징
22a : 유입구
22b : 배출구
22c : 흡입구
22d : 센서용 바이패스 유로
24 : 석션호스
26 : 펌프유닛
28 : 유량센서

Claims (10)

  1. 연료 주입을 위한 필러넥과 연료 저장을 위한 연료탱크 사이에 배치된 필러호스에 설치되는 연료제어모듈이 구비되며, 상기 연료제어모듈은
    연료제어모듈의 상류측에서부터 연료제어모듈로 유입되는 연료의 유속을 측정하는 유량센서와;
    연료제어모듈의 하류측에 배치되는 연료탱크에 주입되는 연료의 유속을 제어하며, 상기 유량센서의 측정값을 기초로 작동속도가 제어되는 펌프유닛;을 포함하며,
    상기 연료제어모듈은 펌프유닛이 연료탱크측으로 송출하는 연료의 배출을 위한 배출구와 별도로 연료탱크내 연료를 흡입하기 위한 흡입구가 구비되며, 상기 흡입구는 연료탱크에 관통하여 설치된 석션호스와 연통되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량센서의 측정값이 연료 유속 제어가 필요한 최소유속(C) 이상이면, 연료탱크로 주입되는 연료 유속이 유량센서의 측정값과 동일 유속으로 발생하도록 상기 펌프유닛의 작동속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료탱크의 연료량이 연료탱크의 만충 이전 상태로 판단되는 제1설정값(A) 이상이면 상기 펌프유닛의 작동속도를 단위시간마다 설정율(B)로 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료탱크의 연료량이 만충 이전 상태로 판단되는 제1설정값(A) 이상이면, 연료탱크의 연료량이 만충 상태일 때를 기준으로 1% 증가할 때마다 상기 펌프유닛의 작동속도를 설정율(B)로 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량센서의 측정값이 연료 유속 제어가 필요한 최소유속(C) 미만이고, 수동 입력되는 연료 토출 명령이 감지되면, 상기 펌프유닛의 작동을 위한 구동모터를 역회전시켜 연료탱크내 연료가 필러넥측으로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연료 토출 명령이 감지되면 상기 구동모터를 역회전시키기 전에 연료탱크의 연료량을 기준으로 상기 구동모터의 역회전 여부를 판단하며, 상기 연료량이 연료탱크내 연료를 흡입하여 토출가능한 것으로 판단되는 제2설정값(D) 이상이면, 상기 구동모터를 역회전시켜 연료탱크내 연료가 필러넥측으로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료량이 제2설정값(D) 미만이면 상기 구동모터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 필러호스에는 구동모터의 역회전 시 필러호스의 연료 역류를 차단하는 셧오프밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료제어모듈은 펌프유닛이 상류측 필러호스와 연통하도록 하기 위한 유입구가 구비되고, 상기 유입구에는 유량센서가 설치되는 센서용 바이패스유로가 분기 형성되며, 상기 센서용 바이패스유로는 유입구보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 주유 제어 장치.
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