KR19990031751U - 연료증발가스 퍼지방법 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차량의 구비되는 연료증발가스 배출억제장치에 관한 것으로서, 종래의 차량에 구비되어 있는 연료증발가스 배출억제장치는 차량이 주행중에만 연료탱크(1)에서 발생된 연료증발가스를 흡기다기관(30)을 통해 엔진에 공급하므로 도로주행중 교통정체 때문에 장시간 정차시에는 엔진이 공회전상태이므로 상기 연료탱크내의 연료증발가스가 대기로 방출되어 대기오염을 유발시키게 되는 문제점을 해소하기 위하여 차량의 연료탱크(1)에서 증발되는 연료증발가스를 억제하기 위해 연료탱크(1)에서 증발된 연료증발가스를 캐니스터(Canister)(3)에서 흡수하여 외부에서 유입된 공기와 함께 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)를 통해 흡기다기관(30)에 공급하며, 이씨유(20)에 의해 상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)를 제어하여 차량의 공회전 상태에서도 연료탱크(1)내의 연료증발가스를 퍼지온(purge-on) 시킴으로써 연료증발가스로 인한 대기오염을 현저하게 줄이는 효과가 있다.

Description

연료증발가스 퍼지방법

본 고안은 차량에 구비되는 연료증발가스 배출억제장치에 관한 것으로, 특히 차량의 연료탱크에서 증발되는 연료증발가스를 억제하기 위해 연료탱크에서 증발된 연료증발가스를 캐니스터(Canister)에서 흡수하여 외부에서 유입된 공기와 함께 퍼지 콘트롤 솔레노이드밸브(Purge control solenoid valve)를 통해 흡기다기관에 공급하며, 이씨유(ECU)에 의해 상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브를 제어하여 차량의 공회전상태에서도 연료탱크내의 연료증발가스를 퍼지온(purge-on) 시키는 연료증발가스 퍼지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공장의 배기가스가 환경오염의 주범으로 인식되고 있었으나, 요즈음에는 차량의 폭발적인 증가에 의해 차량에서 배출되는 배기가스가 환경오염에 가장 큰 영향을 미치고 알려지고 있다. 따라서 자동차의 생산업자는 차량의 배기가스를 줄이기 위한 다각도의 방법을 연구하고 있으며, 정부차원에서는 차량의 배기가스 규제치를 설정하여 수시로 단속함으로써 운전자가 자신의 차량을 유지보수하여 차량의 배기가스를 줄일 수 있도록 강제하고 있다.

차량에서 배출되는 배기가스는 배출원에 따라 배기관으로부터의 배기가스, 엔진 크랭크 케이스로부터의 블로우가스 및 연료탱크나 기화기로부터의 증발가스의 3종류로 나누어진다. 상기 배기가스는 연료가 실린더에서 연소한 후 배기 파이프로부터 대기속에 배출되는 가스로서 복잡한 조성을 가지고 있는데 유해성가스와 무해성가스가 혼합되어 배출된다. 무해성가스는 수증기와 이산화탄소이며, 유해성가스로는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 납화합물 및 탄소입자이다.

또한, 상기 블로우가스는 피스톤과 실린더의 간극에서 크랭크 케이스내에 빠져 나오는 가스이며 크랭크 케이스 에미션이라고도 한다. 블로우가스의 조성은 70∼95%가 미연소 가스상태로 된 연료인 탄화수소이고 나머지가 연소가스 및 부분산화된 혼합가스로 되어 있다. 블로우가스가 크랭크 케이스에 체류하면 엔진 내부의 부식 및 오일의 열화등을 초래하므로 종래에는 크랭크 케이스의 환기를 충분히 하며 블로우가스를 대기속으로 방출하는 구조를 이용하였으나 유해물질인 탄화수소의 배출비율이 크므로 이것을 재연소시킨 후 대기에 배출하는 장치를 의무화하고 있다.

또한, 상기 연료증발가스는 기화기나 연료탱크내의 가솔린이 증발해서 대기중에 방출되는 가스로서 연료의 탄화수소와 같은 조성을 하고 있다. 이것은 차량에서 배출되는 전 탄화수소량의 15%를 차지하고 있다.

상기 탄화수소와 질소산화물은 강한 태양 광선을 받아 광화화학반응을 일으켜 광화화 스모그 현상을 발생시킨다. 광화확 스모그는 자동차, 공장 및 화력발전소 등에서 배출되는 탄화수소, 질소산화물이 직접 스모그로 되는 것이 아니고 대기 속에서 자외선의 영향을 받음으로서 광화확 반응이 반복해서 일어나 눈이나 호흡기 계통에 자극을 주는 물질이 2차적으로 형성되어 스모그로 된다.

엔진을 운전중에는 연소실로부터 크랭크 케이스내에 어느 정도의 배기가스나 혼합기가 새어 들어온다. 그 때문에 엔진 오일은 열이나 연소가스의 수분, 가솔린 등의 영향으로 엷어지거나 변질되어 슬러지(sludge)가 생긴다. 이것을 방지하기 위하여 종래에는 크랭크 케이스에 브리더(breather)라는 환기장치를 설치하여 대기중으로 방출하였으나, 이 가스 중에는 다량의 탄화수소가 포함되어 대기의 오염원이 되므로 강제적으로 흡기계로 도입하여 다시 연소실로 보내서 연소시키는 블로바이 가스 환원장치(P.V.C)가 설치되어 있다.

또한, 배기 파이프의 도중 또는 배기 매니폴드에 설치되어 있는 촉매 컨버터는 이속을 통과하는 배기가스중에서 유해한 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 이산화탄소, 물, 질소로 산화, 환원시키는 작용을 한다.

상기 촉매 컨버터는 산화촉매 컨버터와 삼원촉매 컨버터의 2종류가 있으며, 상기 산화촉매 컨버터는 촉매 펠리트라고 불리는 입상의 알루미나 표면에 촉매작용을 하는 파라듐(Pd) 또는 파라듐+백금(Pt)의 귀금속을 극히 얇게 부착시킨 것으로 배기가스 중의 일산화탄소와 탄화수소를 무해한 이산화탄소와 물로 만드는 기능을 한다.

또한, 상기 삼원촉매 컨버터는 촉매작용을 하는 귀금속 즉, 백금+로듐(Rh) 또는 백금+로듐+파라듐을 사용한 것으로 배기가스 중의 일산화탄소, 탄화질소, 질소산화물을 동시에 저감시키는 기능을 하므로 현재는 삼원촉매 컨버터가 많이 사용되고 있다. 촉매란 자신은 변하지 않고 적당한 조건에서 반응물질이 산화 및 환원반응을 일으키도록 돕는 일종의 반응촉진제로서 배기가스중에 포함되어 있는 유해물질을 산화 및 환원작용을 통해 해로움이 없는 물질로 전환하는 작용을 한다.

상기 삼원촉매 컨버터는 엔진을 이론공연비 부근에서 운전하면 촉매반응에 따라 반응이 일어나서, 3성분을 동시에 정화할 수 있다. 촉매의 정화율은 촉매 변환기 입구의 배기가스 온도에 관계되며 이론공연비 부근에서 가장 정화율이 높고 250℃ 이상의 온도에서 높은 정화율을 나타낸다. 따라서 공연비를 이론공연비 부근으로 제어하기 위해 이씨유 스스로가 제어할 수 있는 피드백 로직이 바람직하며 이것을 실현하기 위해 배기다기관에 산소센서가 설치되어 있다.

한편, 연료탱크 등 연료계에서 발생하는 가솔린 증기는 종래에는 대기중으로 방출하였으나, 이 연료증발가스는 탄화수소이기 때문에 대기를 오염시키므로 이것을 대기중으로 방출하지 않고 연소실로 유도하여 연소시키기 위한 장치인 연료증발가스 배출억제장치가 개발되어 사용되고 있다. 가솔린의 증발가스는 연료탱크 외에 기화기에서 발산하는 것도 있지만, 기화기의 통기구는 에어 클리너의 내부로 통하게 되어 사실상 이들의 대기방출은 얼마 안되기 때문에 연료 탱크에 주안을 두어 크랭크 케이스 크토리지 방식(Crank case storage system)과 차콜 캐니스터 방식(charcoal canister system)이 일반적으로 사용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 크랭크 케이스 스토리지 방식은 연료탱크(1)내의 증발가스를 크랭크 케이스내에 저장하여 블로바이 가스 환원장치(P.C.V 장치)를 이용해서 연소실로 인도하는 방식이다. 연료탱크(1)내에서 발생한 증발가스는 규정압력이 될 때까지 연료탱크(1)내에 축적되었다가 규정이상의 압력이 되면 체크 밸브(2)가 열리면서 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(Purge control solenoid valve)(10)로 이동한다. 상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)는 증기압이 규정이상이 되면 크랭크 케이스로 인도되어 블로바이 가스와 혼합하여 블로바이 가스 환원장치에 의해 연소실로 들어가 연소한다. 엔진 정지시에는 블로바이 가스 환원장치의 밸브가 닫히기 때문에 증발가스는 크랭크 케이스내에 축적된다. 또한, 운전중 연료탱크(1)내에 부압이 형성되는 경우에는 연료탱크 캡(도시되지 않음)의 체크 밸브(도시되지 않음) 및 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)의 에어 클리너측 밸브(도시되지 않음)가 열려서 대기를 흡입하여 압력저하를 방지하도록 되어 있다.

상기 차콜 캐니스터 방식의 연료증발가스 배출억제장치는 증발가스를 활성탄에 흡착시켜 저장하였다가 외기와 함께 기화기로 보내는 기화기 장착용 차콜 캐니스터 방식과, 연료탱크 안에 발생한 증발가스를 차콜 캐니스터에 흡입시켜 엔진 운전시에는 스로틀 보디로부터 연소실로 보내서 연소시키는 연료분사장치 장착용 차콜 캐니스터 방식이 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 기화기 장착용 차콜 캐니스터 방식은 연료탱크(1)내의 증기압이 상승하면 체크 밸브(2)가 열리고, 증발가스는 캐니스터(3)내로 흘러 들어간다. 엔진 정지중에는 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)가 닫혀 있기 때문에 증발가스는 엔진쪽으로 흐르지 않고 차콜 캐니스터(3)내에 멈추게 되고 가솔린은 활성탄에 흡착되어 공기만이 대기중으로 방출된다. 엔진이 작동하면 엔진의 흡입부압에 의해 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)가 열리고, 공기가 캐니스터(3)를 통과할 때 흡착된 가솔린을 따라 기화기(4)에 흡입된다. 이때 활성탄은 청소되므로 반복해서 사용할 수 있다. 연료탱크 안에 부압이 만들어지는 경우에는 차콜 캐니스터(3)로부터 체크 밸브(도시되지 않음)를 통해 대기가 유입된다.

상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(P.C.S.V)(10)는 캐니스터(3)에 포집된 연료증발가스를 제어하는데 공회전 및 엔진 웜업 전에는 작동하지 않는다. 공회전 및 엔진 웜업 이외의 조건에서 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)는 이씨유(20)의 제어신호에 의해 작동하므로 차콜 캐니스터(3)에 포집된 연료증발가스는 흡기다기관(30)을 통해 연소실로 유입되어 연소가 이루어진다.

그러나, 종래의 차량에 구비되어 있는 연료증발가스 배출억제장치는 차량이 주행중에만 연료탱크에서 발생된 연료증발가스를 흡기다기관을 통해 엔진에 공급하므로 도로주행중 교통정체 때문에 장시간 정차시에는 엔진이 공회전상태이므로 상기 연료탱크내의 연료증발가스가 대기로 방출되어 대기오염을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 차량의 연료탱크에서 증발되는 연료증발가스를 억제하기 위해 연료탱크에서 증발된 연료증발가스를 캐니스터(Canister)에서 흡수하여 외부에서 유입된 공기와 함께 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브를 통해 흡기다기관에 공급하며, 이씨유에 의해 상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브를 제어하여 차량의 공회전상태에서도 연료탱크내의 연료증발가스를 퍼지온(purge-on) 시키는 연료증발가스 퍼지방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 크랭크 케이스 스토리지 방식의 연료증발가스 배출억제장치를 개략적을 나타낸 도시도,

도 2는 종래의 기화기 장착용 차콜 캐니스터 방식의 연료증발가스 배출억제장치를 개략적으로 나타낸 도시도,

도 3은 본 고안에 의한 연료증발가스 퍼지방법을 개략적으로 나타낸 구성도,

도 4는 본 고안에 의한 연료증발가스 퍼지방법에 있어서 이씨유의 제어 로직을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

* 도면의주요부분에대한부호의설명

1: 연료탱크 2: 체크 밸브 3: 캐니스터 4: 기화기 5: 엔진 10: 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브 20: 이씨유 30: 흡기다기관

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 연료탱크에서 발생된 연료증발가스가 캐니스터에서 포집되어 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브를 통해 흡기다기관에 유입되는 연료증발가스 배출억제장치의 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브를 제어하는 이씨유에 있어서, 상기 이씨유는 엔진이 공회전 상태인가를 판단한후, 엔진이 공회전 상태인 경우 이씨유내에 구비되어 있는 비휘발성 RAM에 설정되어 있는 연료분사량이 설정값±X 보다 작은가를 판단하고, 연료분사량이 설정값보다 임의의 값 X만큼 크거나 작은 경우 퍼지온(Purge-on) 상태로 전환하며, 퍼지온 상태에서 비휘발성 RAM의 연료분사량을 피드백 콘트롤하여 흡기다기관에 공급하는 연료를 적정한 연료분사량으로 유지하고, 다음 단계로 퍼지온 상태에서 비휘발성 RAM의 연료분사량이 설정값+Y 보다 작은가를 판단한후, 연료분사량이 설정값+Y 보다 작은 경우 퍼지오프 상태로 전환하고, 연료분사량이 설정값+Y 보다 큰 경우 퍼지온 상태에서 흡기다기관에 공급하는 연료를 적정한 연료분사량으로 유지하는 피드백 콘트롤 단계로 피드백하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 연료탱크(1)내의 증기압이 상승하면 체크 밸브(2)가 열리고, 증발가스는 캐니스터(3)내로 흘러 들어간다. 엔진정지중에는 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)가 닫혀 있기 때문에 증발가스는 엔진쪽으로 흐르지 않고 캐니스터(3)내에 멈추게 되고 가솔린은 활성탄에 흡착되어 공기만이 대기중으로 방출된다. 엔진이 작동하면 엔진의 흡입부압에 의해 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)가 열리고, 공기가 캐니스터를(3) 통과할 때 흡착된 가솔린을 따라 기화기에 흡입된다.

상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)는 이씨유(20)에서 소정의 제어 로직에 따라 작동하며, 캐니스터(3)에 포집된 연료증발가스는 흡기다기관(30)을 통해 연소실로 유입되어 연소가 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이 이씨유(20)의 제어 로직(control logic)에서는 먼저 엔진이 공회전 상태인가를 판단(스텝1)한다. 다음 단계로 엔진이 공회전 상태인 경우 이씨유(20)내에 구비되어 있는 비휘발성 RAM에 기억되어 있는 연료분사량이 적정한 연료분사량인 설정값보다 +X 만큼 크거나 -X 만큼 작은가를 판단(스텝2)한다.

상기 비휘발성 RAM의 연료분사량이 설정값보다 임의의 값 X만큼 크거나 작은 경우 퍼지온(Purge-on) 상태로 전환(스텝3)하여 캐니스터(3)에 포집된 연료증발가스가 흡기다기관(30)에 공급되도록 비휘발성 RAM의 연료분사량을 피드백 콘트롤(스텝4)하여 흡기다기관(30)에 공급하는 연료를 적정한 연료분사량으로 유지한다.

다음 단계로 퍼지온 상태에서 비휘발성 RAM의 연료분사량이 설정값+Y 보다 작은가를 판단(스텝5)한다.

상기 연료분사량이 설정값+Y 보다 작은 경우 퍼지오프(Purge-off) 상태로 전환(스텝6)하고, 연료분사량이 설정값+Y 보다 큰 경우 퍼지온 상태에서 흡기다기관(30)에 공급하는 연료를 적정한 연료분사량으로 유지하는 피드백 콘트롤 단계(스텝4)로 피드백한다.

위와 같이, 본 고안에 의한 연료증발가스 퍼지방법은 차량의 연료탱크(1)에서 증발되는 연료증발가스를 억제하기 위해 연료탱크(1)에서 증발된 연료증발가스를 캐니스터(Canister)(3)에서 흡수하여 외부에서 유입된 공기와 함께 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)를 통해 흡기다기관(30)에 공급하며, 이씨유(20)에 의해 상기 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)를 제어하여 차량의 공회전 상태에서도 연료탱크(1)내의 연료증발가스를 퍼지온(purge-on) 시킴으로써 연료증발가스로 인한 대기오염을 현저하게 줄이는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 연료탱크(1)에서 발생된 연료증발가스가 캐니스터(3)에서 포집되어 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)를 통해 흡기다기관(30)에 유입되는 연료증발가스 배출억제장치의 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(10)를 제어하는 이씨유(20)에 있어서,

   상기 이씨유(20)는 엔진이 공회전 상태인가를 판단(스텝1)한후, 엔진이 공회전 상태인 경우 이씨유(20)내에 구비되어 있는 비휘발성 RAM에 설정되어 있는 연료분사량이 설정값±X 보다 작은가를 판단(스텝2)하고, 연료분사량이 설정값보다 임의의 값 X만큼 크거나 작은 경우 퍼지온(Purge-on) 상태로 전환(스텝3)하며, 퍼지온 상태에서 비휘발성 RAM의 연료분사량을 피드백 콘트롤(스텝4)하여 흡기다기관(30)에 공급하는 연료를 적정한 연료분사량으로 유지하고, 다음 단계로 퍼지온 상태에서 비휘발성 RAM의 연료분사량이 설정값+Y 보다 작은가를 판단(스텝5)한후, 연료분사량이 설정값+Y 보다 작은 경우 퍼지오프 상태로 전환(스텝6)하고, 연료분사량이 설정값+Y 보다 큰 경우 퍼지온 상태에서 흡기다기관(30)에 공급하는 연료를 적정한 연료분사량으로 유지하는 피드백 콘트롤 단계(스텝4)로 피드백하는 것을 특징으로 하는 연료증발가스 퍼지방법.