KR20030051946A - 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법 - Google Patents

자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법에 관한 것으로, 연료가 저장보관되면서 휠러캡(21)과 압력센서(22)가 장착되는 연료탱크(20)와, 이 연료탱크(20)와 대기를 연결시키는 연결통로(21)상에 설치되면서 상기 연료탱크(20)내에 발생된 연료증발가스(HC)의 압력에 따라 선택적으로 개폐되는 체크밸브(30)와, 이 체크밸브(30)의 후방 연결통로(21)상에 설치되어 체크밸브(30)를 통해 유입되는 연료증발가스(HC)를 산화시켜 정화시키는 코일열선형 정화수단(40)과, 상기 압력센서(22)로부터 전달된 연료탱크(20)내의 압력에 따라 상기 코일열선형 정화수단(40)으로의 전원공급을 제어하는 전자제어유니트(50;ECU)로 구성되어져, 상기 연료탱크(20)내에서 발생되는 배기가스의 용량에 상관없이 모두 인체에 무해한 가스로 산화시켜 대기로 방출시킬 수 있게 됨으로써, 증발가스의 배출을 억제하는 각종 규제에 대해 효과적으로 대응할 수 있게 되고, 공연비의 제어에 영향을 주지 않게 되어 공연비제어가 안정화되면서 차량의 동력성능향상에 도움을 줄 수 있게 되며, 대기중으로 배출되는 연료증발가스에 의한 고장발생율도 대폭적으로 감소되어 연료증발가스 배출 억제기능이 향상될 뿐만 아니라, 연료증발가스 배출 억제장치를 구성하는 제조공정이 단축되면서 원가절감에 기여할 수 있도록 된 것이다.

Description

자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법{evaporative emission control system and method of vehicle}
본 발명은 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 대기로 방출되는 연료증발가스(HC)를 대폭적으로 감소시켜 증발가스의 배출을 억제하는 각종 규제에 대해 효과적으로 대응할 수 있을 뿐만 아니라 가솔린연소에 의한 배기가스의 배출도 감소시킬 수 있도록 된 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료탱크내에서 증발하는 연료증기에는 인체에 유해한 연료증발가스(탄화수소;HC)가 포함되어 있는데, 이러한 증발가스가 대기중으로 방출되는 것을 최대한 억제시키기 위해 연료증발가스 배출 억제장치를 사용하게 된다.
상기 연료증발가스 배출 억제장치로서는 보통 활성탄을 사용하는 차콜 캐니스터방식과, 연료증발가스를 크랭크케이스에 끌어들이는 크랭크케이스 스토리지 방식과, 연료증발가스를 에어클리너로 끌어들이는 에어클리너 스토리지 방식이 있다.
한편, 상기 차콜 캐니스터방식을 이용하는 연료증발가스 배출 억제장치의 개략적인 구성도는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료를 저장보관하는 연료탱크(1)와, 내부에는 활성탄이 충만되어 있으며 상기 연료탱크(1)에서 증발되는 연료증발가스(HC)를 포집하는 캐니스터(2)와, 공회전시 상기 캐니스터(2)에 저장된 연료증발가스가 엔진(3)의 흡기매니폴드(4)로 유입되는 것을 차단하고 상기 엔진(3)의 회전수(rpm)와 냉각수의 온도에 따라 캐니스터(2)에 저장된 연료증발가스가 흡기매니폴드(4)로 유입되도록 흡기매니폴드(4)의 진공압에 의해 개방되는 퍼지컨트롤밸브(5)등으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 연료탱크(1)에는 휠러캡(6)이 장착되는데, 상기 휠러캡(6)은 연료탱크(1)내의 증발가스(HC)가 대기로 방출되는 것을 차단하고 아울러 엔진 회전시 연료소모로 인해 연료탱크(1)내에 부압이 형성되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 연료탱크(1)에는 연료탱크(1)내의 압력변화를 이용하여 증발가스의 누설을 모니터링(monitoring)하는 압력센서(7)가 장착되어 있다.
그리고, 상기 연료탱크(1)와 캐니스터(2)를 연결하는 연결통로(1a)상에는 체크밸브(8) 및 2웨이밸브(9)가 순차적으로 장착되는데, 상기 체크밸브(8)는 보통 2개의 볼이 내장되어 있어 정상조건에서는 연료증발가스(HC)의 통로만 개방하고 차량이 전복시에는 한 개의 통로를 차단하여 연료의 누설을 방지하는 역할을 수행한다.
그리고, 상기 2웨이밸브(9)는 압력밸브와 진공밸브로 구성되는데 상기 압력밸브는 연료탱크(1)내의 압력이 규정압력보다 높으면 개방되고 상기 진공밸브는 연료탱크(1)내에 진공이 있을 때 개방되는 조건으로 장착되게 된다.
그리고, 상기 캐니스터(2)에는 캐니스터클로우즈밸브(11;CCV)가 장착되는데, 상기 캐니스터클로우즈밸브(11)는 정상상태에는 닫힌상태로 있다가 퍼지(purge)시 외기로부터 신선한 공기와 함께 증발가스가 흡기매니폴드(4)로 유입되도록 개방되는 구조로 되어 있다.
한편, 상기 엔진(3)의 흡기매니폴드(4)는 공기통로(12a)를 통해 에어필터(12)와 연결되는 구조로 되어 있으며, 상기 퍼지컨트롤밸브(5)는 캐니스트(2)와 공기통로(12a)를 연결하는 연결통로(2a)상에 설치되는 구조로 되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 연료증발가스 배출 억제장치에 의하면, 캐니스터(2)에 흡착 저장된 연료증발가스(HC)가 엔진(3)으로 유입(purge)될 때 이 퍼지가스는 외기의 환경조건에 민감한 특성을 가지게 되므로 공연비의 제어가 어렵게 되고, 이로 인해 발진시 엔진 회전수의 머뭇거림 현상(hesitation)이나 또는 흔들리는 현상(stumble)이 발생되는 문제점이 있었다.
그리고, 상기와 같은 종래의 연료증발가스 배출 억제장치는, 현행 북미법규를 가까스로 만족시키고 있는 실정이고 또한 상기 캐니스터(2)의 용량을 초과하는 증발가스는 모두 대기중으로 배출시키고 있는 상태이므로, 향후 법규로 추진중인 무증발가스의 규제에 대해서는 대응이 거의 불가능할 뿐만 아니라, 이러한 법규를 만족시키기 위해서는 상기 캐니스터(2)의 용량을 대폭적으로 증가시켜야 하나 이와 같이 캐니스터(2)의 용량을 대폭적으로 증가시키게 되면 원가가 상승되는 등 부가적인 문제점들이 발생되게 되었다.
또한, 상기와 같은 종래의 연료증발가스 배출 억제장치를 사용하게 되면, 퍼지가스(연료증발가스;HC)내에 함유된 이물질들이 퍼지컨트롤밸브(5)로 지속적으로 유입되게 되고, 이로 인해 상기 퍼지컨트롤밸브(5)가 빈번하게 고장을 일으키게 됨으로써 연료증발가스 배출 억제기능을 제대로 수행하지 못하게 되는 문제점도 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 모든 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 코일열선형 정화수단을 이용하여 연료탱크내에서 발생된 연료증발가스를 인체에 무해한 가스로 정화시킨 후 대기중으로 방출시킴으로써, 대량 및 소량으로 방출되는 연료증발가스(HC)를 모두 정화시킬 수 있게 되고, 아울러 가솔린연소에 의한 배기가스의 배출도 감소시킬 수 있게 되어, 증발가스의 배출을 억제하는 각종 규제에 대해 효과적으로 대응할 수 있도록 된 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 연료탱크내의 연료증발가스(HC)를 엔진으로 유입(purge)시키지 않게 됨으로써 공연비의 제어에 영향을 주지 않게 되고, 이로 인해 공연비제어가 안정화되어 차량의 동력성능향상에 도움을 줄 수 있게 되며, 아울러 퍼지컨트롤밸브의 빈번한 고장을 예방할 수 있게 되어 연료증발가스 배출 억제기능을 향상시킬 수 있도록 된 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료증발가스 배출 억제장치는, 연료가 저장보관되면서 휠러캡과 압력센서가 장착되는 연료탱크와, 이 연료탱크와 대기를 연결시키는 연결통로상에 설치되면서 상기 연료탱크내에 발생된 연료증발가스의 압력에 따라 선택적으로 개폐되는 체크밸브와, 이 체크밸브의 후방 연결통로상에 설치되어 체크밸브를 통해 유입되는 연료증발가스를 산화시켜 정화시키는 코일열선형 정화수단과, 상기 압력센서로부터 전달된 연료탱크내의 압력에 따라 상기 코일열선형 정화수단으로의 전원공급을 제어하는 전자제어유니트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제방법은, 연료탱크내의 연료온도가 상승됨에 따라 증발가스가 발생되면서 연료탱크내의 압력이 상승될 때 전자제어유니트가 압력센서의 출력값을 전달받아 상기 연료탱크의 압력과 체크밸브의 개방저항압력을 분석하는 연료탱크압력발생 단계와, 상기 연료탱크내의 증발가스압력이 체크밸브(30)가 개방되기 직전이 압력으로 판별되면 전자제어유니트의 제어에 의해 코일열선형 정화수단으로 전원이 공급되면서 가열하는 코일열선형 정화수단가열 단계와, 상기 체크밸브가 연료탱크내의 증발가스압력에 의해 개방되고 증발가스의 유해성분이 코일열선형 정화수단을 통과하면서 산화되는 연료증발가스정화 단계와, 상기 연료탱크내의 증발가스압력이 체크밸브가 밀폐되기 직전이 압력으로 판별되면 전자제어유니트의 제어에 의해 코일열선형 정화수단으로 공급되던 전원이 차단되면서 가열을 중지시키는 코일열선형 정화수단가열중지 단계와, 상기 체크밸브가 밀폐되면서 연료탱크내에 증발가스압력이 재상승되는 체크밸브밀폐 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 연료증발가스 배출 억제장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제장치의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 체크밸브를 설명하기 위한 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 열선형 정화수단을 설명하기 위한 종단면도,
도 5는 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제방법을 설명하기 위한 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 - 연료탱크 21 - 휠러캡
22 - 압력센서 30 - 체크밸브
40 - 코일열선형 정화수단 41 - 하우징
42 - 금속망 43 - 절연매트
44 - 코일형 열선 50 - 전자제어유니트(ECU)
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제장치의 개략적인 구성도로서, 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제장치는 연료가 저장보관되면서 휠러캡(21)과 압력센서(22)가 장착되는 연료탱크(20)와, 이 연료탱크(20)와 대기를 연결시키는 연결통로(21)상에 설치되면서 상기 연료탱크(20)내에 발생된 연료증발가스(HC)의 압력에 따라 선택적으로 개폐되는 체크밸브(30)와, 이 체크밸브(30)의 후방 연결통로(21)상에 설치되어 체크밸브(30)를 통해 유입되는 연료증발가스(HC)를 산화시켜 정화시키는 코일열선형 정화수단(40)과, 상기 압력센서(22)로부터 전달된 연료탱크(20)내의 압력에 따라 상기 코일열선형 정화수단(40)으로의 전원공급을 제어하는 전자제어유니트(50;ECU)로 구성된다.
한편, 도 2에 도시된 미설명부호 B는 코일열선형 정화수단(40)으로 전원을 공급하는 밧데리이고, A는 차량 운전시 상기 밧데리(B)를 충전시키는 올터네이터이며, C는 전자제어유니트(50)의 제어신호에 의해 상기 밧데리(B)와 코일열선형 정화수단(40)을 전기적으로 연결시키거나 또는 단락시키는 스위칭수단이다.
여기서, 상기 체크밸브(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 양단이 개구되어 연결통로(21)와 연결되는 밸브하우징(31)과, 이 밸브하우징(31)내에 리턴스프링(32)을 매개로 탄력적으로 설치되면서 상기 연료탱크(20)내에서 발생된 연료증발가스(HC)를 코일열선형 정화수단(40)으로 전달하기 위해 개방됨과 더불어 역류되는 것이 방지되도록 밸브하우징(31)을 밀폐시키는 포우페트(33)로 구성된다.
그리고, 상기 코일열선형 정화수단(40)은 도 4에 도시된 바와 같이, 양단이 개구되어 연결통로(21)와 연결되는 원통형의 하우징(41)과, 연료증발가스의 유해성분(HC)을 산화시키기 위해 표면에 촉매재가 도포되면서 상기 하우징(41)내에 그물망구조를 가지도록 고정설치되는 금속망(42)과, 이 금속망(42)과 하우징(41)사이의 공간에 충만되면서 상기 금속망(42)을 보호하도록 하는 절연매트(43)와, 상기 금속망(42)에 일정한 배열을 가지도록 감겨지면서 전자제어유니트(50)의 제어에 따라 전원을 공급받아 금속망(42)에 도포된 촉매의 온도를 급상승시켜 정화율을 향상시키도록 하는 코일형 열선(44)으로 구성된다.
또한, 상기 전자제어유니트(50)는 연료탱크(20)내의 증발가스압력에 의해 체크밸브(30)가 개방되기 직전에 코일열선형 정화수단(40)으로 전원을 공급함과 더불어, 상기 체크밸브(30)가 밀폐되기 직전에 코일열선형 정화수단(40)으로 공급되던 전원을 차단시키는 제어를 수행하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 연료탱크(20)내의 연료온도가 상승됨에 따라 증발가스가 발생되면서 연료탱크(20)내의 압력이 상승될 때(스텝 S1-1) 전자제어유니트(50)가 압력센서(22)의 출력값을 전달받아 상기 연료탱크(20)의 압력과 체크밸브(30)의 개방저항압력을 분석하는(스텝 S1-2) 연료탱크압력발생 단계(스텝 S1)와, 상기 연료탱크(20)내의 증발가스압력이 체크밸브(30)가 개방되기 직전의 압력으로 판별되면(스텝 S2-1) 전자제어유니트(50)의 제어에 의해 코일열선형 정화수단(40)으로 전원이 공급되면서 가열하는(스텝 S2-2) 코일열선형 정화수단가열 단계(스텝 S2)와, 상기 체크밸브(30)가 연료탱크(20)내의 증발가스압력에 의해 개방되고(스텝 S3-1) 증발가스의 유해성분이 코일열선형 정화수단(40)을 통과하면서 산화되는(스텝 S3-2) 연료증발가스정화 단계(스텝 S3)와, 상기 연료탱크(20)내의 증발가스압력이 체크밸브(30)가 밀폐되기 직전의 압력으로 판별되면(스텝 S4-1) 전자제어유니트(50)의 제어에 의해 코일열선형 정화수단(40)으로 공급되던 전원이 차단되면서 가열을 중지시키는(스텝 S4-2) 코일열선형 정화수단가열중지 단계(스텝 S4)와, 상기 체크밸브(30)가 밀폐되면서 연료탱크(20)내에 증발가스압력이 재상승되는 체크밸브밀폐 단계(S5)를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 발명에 따라 연료탱크(20)내에서 발생된 연료증발가스(HC)의유해한 성분을 코일열선형 정화수단(40)을 이용해 정화시킨 다음 대기로 방출시키게 되면, 상기 연료탱크(20)내에서 발생되는 배기가스의 용량에 상관없이 모두 인체에 무해한 가스로 산화시켜 대기로 방출시킬 수 있게 됨으로써, 증발가스의 배출을 억제하는 각종 규제에 대해 효과적으로 대응할 수 있게 됨은 물론, 기술적인 보완을 통해 무증발가스 차량의 개발에도 도움을 줄 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제장치를 사용하게 되면 가솔린연소에 의한 배기가스의 배출도 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 연료증발가스 배출 억제장치를 사용하게 되면 도 1을 참조로 설명한 종래의 억제장치와 비교하였을 때 연료탱크(20)내에서 발생된 연료증발가스(HC)를 엔진으로 유입시키지 않게 됨으로써, 공연비의 제어에 영향을 주지 않게 되고, 이로 인해 공연비제어가 안정화되면서 차량의 동력성능향상에 도움을 줄 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 연료증발가스 배출 억제장치를 사용하게 되면 배출되는 연료증발가스에 의해 발생되는 고장발생율을 대폭적으로 감소시킬 수 있게 되고, 이로 인해 연료증발가스 배출 억제기능을 향상시킬 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 연료증발가스 배출 억제장치는 도 1을 참조로 설명한 종래의 억제장치와 비교하였을 때 그 구성이 대폭적으로 감소되게 되며, 이로 인해 제조공정이 단축되면서 원가절감에도 도움을 줄수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연료탱크내에서 발생되는 배기가스의 용량에 상관없이 모두 인체에 무해한 가스로 산화시켜 대기로 방출시킬 수 있게 됨으로써, 증발가스의 배출을 억제하는 각종 규제에 대해 효과적으로 대응할 수 있게 되고, 공연비의 제어에 영향을 주지 않게 되어 공연비제어가 안정화되면서 차량의 동력성능향상에 도움을 줄 수 있게 되며, 대기중으로 배출되는 연료증발가스에 의한 고장발생율도 대폭적으로 감소되어 연료증발가스 배출 억제기능이 향상될 뿐만 아니라, 연료증발가스 배출 억제장치를 구성하는 제조공정이 단축되면서 원가절감에도 기여할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (5)

  1. 연료가 저장보관되면서 휠러캡(21)과 압력센서(22)가 장착되는 연료탱크(20)와, 이 연료탱크(20)와 대기를 연결시키는 연결통로(21)상에 설치되면서 상기 연료탱크(20)내에 발생된 연료증발가스(HC)의 압력에 따라 선택적으로 개폐되는 체크밸브(30)와, 이 체크밸브(30)의 후방 연결통로(21)상에 설치되어 체크밸브(30)를 통해 유입되는 연료증발가스(HC)를 산화시켜 정화시키는 코일열선형 정화수단(40)과, 상기 압력센서(22)로부터 전달된 연료탱크(20)내의 압력에 따라 상기 코일열선형 정화수단(40)으로의 전원공급을 제어하는 전자제어유니트(50;ECU)로 구성되는 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 코일열선형 정화수단(40)이 양단이 개구되어 연결통로(21)와 연결되는 원통형의 하우징(41)과, 연료증발가스의 유해성분(HC)을 산화시키기 위해 표면에 촉매재가 도포되면서 상기 하우징(41)내에 그물망구조를 가지도록 고정설치되는 금속망(42)과, 이 금속망(42)과 하우징(41)사이의 공간에 충만되면서 상기 금속망(42)을 보호하도록 하는 절연매트(43)와, 상기 금속망(42)에 일정한 배열을 가지도록 감겨지면서 전자제어유니트(50)의 제어에 따라 전원을 공급받아 금속망(42)에 도포된 촉매의 온도를 급상승시켜 정화율을 향상시키도록 하는 코일형 열선(44)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전자제어유니트(50)가 연료탱크(20)내의 증발가스압력에 의해 체크밸브(30)가 개방되기 직전에 코일열선형 정화수단(40)으로 전원을 공급하고 상기 체크밸브(30)가 밀폐되기 직전에 코일열선형 정화수단(40)으로 공급되던 전원을 차단시키는 것을 자동차의 연료증발가스 배출 억제장치.
  4. 연료탱크(20)내의 연료온도가 상승됨에 따라 증발가스가 발생되면서 연료탱크(20)내의 압력이 상승되는 연료탱크압력발생 단계(스텝 S1)와, 전자제어유니트(50)의 제어에 의해 코일열선형 정화수단(40)으로 전원이 공급되면서 코일형 열선(43)이 가열되는 코일열선형 정화수단가열 단계(스텝 S2)와, 체크밸브(30)가 개방되고 증발가스의 유해성분이 코일열선형 정화수단(40)을 통과하면서 산화되는 연료증발가스정화 단계(스텝 S3)와, 상기 전자제어유니트(50)의 제어에 의해 코일열선형 정화수단(40)으로 공급되던 전원이 차단되면서 코일형 열선(43)의 가열이 중지되는 코일열선형 정화수단가열중지 단계(스텝 S4)와, 상기 체크밸브(30)가 밀폐되면서 연료탱크(20)내에 증발가스압력이 재상승되는 체크밸브밀폐 단계(스텝 S5)를 반복적으로 수행하는 자동차의 연료증발가스 배출 억제방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 전자제어유니트(50)가 압력센서(22)로부터 출력값을 전달받아 연료탱크(20)내의 증발가스압력이 체크밸브(30)가 개방되기 직전의 압력으로 판별하면 코일열선형 정화수단(40)으로 전원을 공급함과 더불어, 상기 연료탱크(20)내의 증발가스압력이 체크밸브(30)가 밀폐되기 직전의 압력으로 판별하면 공급되던 전원을 차단시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료증발가스 배출 억제방법.
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