KR20090073198A - 차량 연료 탱크의 캡 탈거 상황을 검출하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 충전 도어 하부(under)에 위치한 충전 파이프 헤드(4)를 구비하는 연소엔진차량의 연료 탱크(5) 상의 캡 탈거 상황을 검출하는 방법을 제공하며, 이 방법에 따르면, 꺼져 있던 엔진을 다시 시동할 때 및 도어 스위치가 연료 충전 도어의 개방상태를 표시할 때 캡 탈거 시험이 시행된다.

Description

차량 연료 탱크의 캡 탈거 상황을 검출하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING A CAP OFF SITUATION ON THE FUEL TANK OF A VEHICLE}

본 출원은 2006년 10월 25일에 출원된 미국 출원 제 60/854,098 호 및 2007년 1월 18일에 출원된 유럽 특허 출원 제 07100765.2 호의 이익을 주장한다.

본 발명은 차량 연료 탱크용 "캡 탈거" 상황을 검출하는 방법 및 시스템과, 이러한 시스템이 통합된 연료 시스템에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 연료 탱크의 안전성을 높이는 것은, 연료 증기의 누출을 방지하거나 최소화하는 것과 관련이 있다. 미국 환경 보호청(EPA) 및 캘리포니아 대기 자원국(CARB) 모두 누출 발생 시 증발가스 배출 시스템 점검을 위한 배출가스 자가진단 장치(OBD II)를 의무화할 것을 규정하고 있다. 이는 2000년 이후 생산되는 차량모델부터는 직경 0.5 mm(0.020 인치)를 초과하는 오리피스에 상응하는 시스템 누출의 검출을 의무화한다.

연료 탱크는 일반적으로 가스 및 액체 형태의 연료를 저장하고 있다. 특정의 상황에(예를 들면 온도 상승)서는, 연료 탱크 내부의 압력이 위험할 정도로 상승될 수 있다. 이러한 이유로 인하여, 연료 탱크를 배기시키는 것이 유리하지만, 단 탄화수소를 대기중으로 방출시키지 않아야 한다.

이러한 방출을 방지하기 위해, 일반적으로 흡착성 물질(예를 들어, 목탄)을 함유하고 있는 증기 캐니스터를 구비한 증발가스 배출 억제 시스템을 사용하여 통상 연료 탱크를 배기시킴으로써, 연료 탱크로부터 빠져나가는 연료 증기가 이러한 증발 배출 억제 시스템을 통해 통제되도록 한다.

연료 탱크 내에 또는 연료 탱크와 구성요소들(예를 들어, 캐니스터, 밸브들 등등)간의 계면에서 누출이 있을 수 있으며, 앞서 언급한 요구사항들을 충족시키기 위해서는 이러한 누출의 발생을 점검해야 한다. 현재, 이 점검은 자기진단 시스템(OBD system)을 통해 주로 두 가지 방법(즉 압력하에 시스템을 놓거나 진공하에 시스템을 놓는 방법)을 사용하여 행하여지고 있다. 그러나, 진공시험을 항상 시행할 수 없으며 진공시험을 시행하기 위해서는 주행 사이클이 아주 정확한 조건들을 만족시켜야 한다는 이유로 심지어 매 운행 동안에도 시험을 시행할 수 없다는 점과, 압력시험을 시행하기 위해서는 비용인상을 초래하는 특별한 펌프와 추가적인 배관(plumbing)이 요구된다는 점에서, 양쪽 방법 모두 단점들이 있다.

이러한 단점들을 피하기 위해서, 본 출원인의 동시계류중인 미국 출원 제 60/765741호는 현존의 기술을 이용하는 시스템, 즉, 어떤 추가적인 센서들 또는 장치들을 필요로 하지 않고 연료 시스템의 현재 구성요소들을 이용하여 누출(심지어 소량의 누출이라도)을 지속적으로 정확하게 검출하는 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 압력차의 측정치에 근거하고 있으며, 해당 시스템이 단지 현존하는 센서들을 사용하여 누출을 검출하기 때문에 비용 및 결과의 효율 측면에서 어떠한 부담도 지우지 않는다.

종래기술의 OBD 시스템에서 직면하게 되는 문제는, 만약 충전 파이프(filler pipe)를 차단하는 연료 캡이 설치되어 있지 않거나 올바르게 설치되어 있지 않으면, 해당 시스템이 누출을 검출하게 될 것이고 오작동 경고등(MIL:Malfunction Indicator Light)을 켜지게 하여, 해당 차량을 수리할 필요가 없는데도 차량의 소유주/운전자로 하여금 정비 센터에 가게 한다. 이런 상황을 막기 위해, 일부 시스템들은 각 엔진 시동 후, 차량에 급유(refueling)가 되었었는지 점검하고 만약 그런 경우에는 즉시 누출시험을 시작한다. 만약 이러한 시험이 실패하면, 이들 시스템들은, 위에 언급한 단점을 피하고자, 지정된 "캡 탈거 지시등(Cap Off Light)"을 켜지게 한다.

이들 시스템에서는, 연료 탱크의 레벨 게이지를 통해 급유(refueling)상황을 검출하여, 탱크 내부의 연료 수위가 증가했을 경우에만 시험을 시행하고 있다. 문제는, 충전 트랩(filler trap) 및/또는 캡을 청소한 후 예를 들어 다른 "캡 탈거" 상황들, 말하자면, 연료 탱크 캡이 이미 열려 있는 상태에서, 차량의 소유주/운전자가 현금 또는 신용카드를 잊고 안 가지고 왔다는 것을 깨닫게 되거나, 주유소의 급유 펌프가 작동하지 않는다는 것을 알게 되거나, 부적절한 휘발유를 넣고 있다는 것을 알게 되는 등등의 사건들이 발생할 수 있다는 것이다.

본 발명은 어떠한 잠재적인 캡 탈거 상황이라도 검출할 수 있는 시험방법을 제공함으로써, 이러한 문제를 해결하고자 한다.

그러므로, 본 발명은 연료 충전 도어 하부에 위치한 충전 파이프 헤드부를 구비하는 연소엔진차량의 연료 탱크 상의 캡 탈거 상황을 검출하는 방법을 제공하며, 이 방법에 따르면, 꺼져 있던 엔진을 다시 시동할 때 및 도어 스위치가 연료 충전 도어의 개방상태를 표시할 때 캡 탈거 시험이 시행된다.

게다가, 소량의 누출(small leak)을 검출하기 위해 통상의 진공 또는 압력 OBD 시스템을 이용하여 누출 시험을 시행하는 일은 상당한 시간이 걸릴 수 있다. 양쪽 시스템 모두 소량의 임계치 누출을 얻기 위해 보정되므로, 이들 시스템은 탱크 내에 필요한 압력 또는 진공상태를 형성하는 데 더 오랜 시간을 요구하며 그 소량의 누출을 만드는 데 해당되는 감쇠율을 가진다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 엔진의 도움을 전혀 받지 않은 채 탱크 내부에서의 자연스런 압력의 상승을 이용하여 위의 문제를 해결하고자 한다. 이 실시예에 따르면, 캡 탈거 시험은 바람직하게는 대기로부터 탱크를 적어도 부분적으로 밀폐시키는 단계; 탱크가 밀폐되면 해당 시스템의 압력을 측정하고, 만약 측정된 압력이 원하는 임계치에 도달하면 "통과(passing)" 상태를 제어 시스템에 전달하는 단계; 및, 만약 측정된 압력이 주어진 시간 동안 상기 임계치에 도달하지 못하면 "실패(failing)" 상태를 상기 제어 시스템에 전달하는 단계로 이루어진다. 여기서, 압력 임계치는, 캡이 탈거된 경우, 대체로 20과 0 In/H₂0 사이이다. 실패 임계치들은 연료 충전 노즐의 형상(geometry)과 구성, 즉 캡이 없는(capless) 헤드부, 기계적 밀폐, 등등에 좌우될 것이다. 시간 임계치는 일반적으로 15초 이하이다.

바람직하게는, 만약 제어 시스템이 "실패" 상태를 받으면, 제어 시스템은 리셋되어 캡 탈거 시험을 두 번째로 시행시키고; 만약 두 번째 시험 결과로 시스템 실패가 알려지면(즉, 만약, 주어진 시간 내에 임계치 압력에 도달되지 못하여 "실패" 상태가 다시 제어 시스템으로 전달되면), 차량의 계기판 상에, 캡이 충전 파이프 헤드부에 올바르게 장착되지 않았음을 알려주는 불이 점등된다.

본 발명에 관련된 연료 탱크는 각종 내부 또는 외부 부속품들이 구비된, 다양한 모양의 중공본체(hollow body)이고, 심지어 부속품들은 챔버의 벽을 통과한다. 연료 탱크는 바람직하게는 플라스틱으로 만들어지며, 더욱 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE:high density polyethylene)으로 만들어지고 특히 표면이 처리되거나(플루오르화), ((EVOH:에틸렌 비닐 알콜 공중합체) 또는 폴리아마이드(예를 들어 SELAR^®)로 만든) 방벽층(barrier layer)을 포함하고 있다.

본 발명에 따르면, 연료 캡은 통상의 캡(일반적으로 충전 헤드부에 나사로 고정되어 있음)이거나, 자동캡(충전 건(filling gun)의 작동 하에 선회가능한 플랩을 포함)일 수 있다. 이러한 자동 셔터를 포함하는 연료 시스템을 일반적으로 "캡레스(capless)" 시스템이라 부르며, 본 발명은 상기 시스템의 고장검출 시 도움이 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 연료 탱크는 바람직하게는 완전한 연료 시스템의 일부분이다. 이러한 연료 시스템은 바람직하게는 압력센서 및 탱크 내에서 생성된 연료 증기를 압력이 대기 중으로 해제되기 전에 흡착하는 캐니스터를 포함하고 있다. 일반적으로 이러한 압력 해제는, 캐니스터의 하류측에 위치된 배기 밸브(또는 바꾸어 말하면: 연료 탱크와 배기 밸브 사이에 캐니스터가 위치함)에 의해 제어되는 방식으로 시행되고 있다. 위에 기술된 실시예에 따르면, 캡 탈거 시험 중에는 탱크가 대기로부터 밀폐되어 있으며, 이는 일반적으로 상기 밸브를 부분적으로나 완전히 페쇄함으로써 가능하다.

본 발명의 제 1 하위 실시예에 따르면, 배기 밸브는 탱크와 대기 사이의 제어 영역(즉, 앞서 언급한 동시계류중인 출원에 기재된 바와 같은 제어된 방식으로써 특정값으로 수정되고 설정될 수 있는 영역)과의 연통을 가능하게 하는, 다중 오리피스 밸브(multiple orifice valve)이다. 그러므로, 이러한 밸브는 또한 OBD 누출 시험 시 작용할 수 있고, OBD 시스템의 일부분이 될 수 있다. 이러한 밸브는, 그 발명내용이 본원에 참고문헌으로 포함된 특허 출원 PCT/EP2006/05008호에 기재되어 있는 밸브 종류인, 전자제어 전자기계식 밸브일 수 있다.

본 발명의 제 2 하위 실시예에 따르면, 솔레노이드 또는 기계식 단일 오리피스 밸브를 (배기 밸브로서) 활용하여, 캡 탈거 시험을 시행하기 위해 탱크와 대기 사이의 통로를 폐쇄할 수 있으며, OBD 시스템으로부터 오리피스 밸브가 완전히 분리된다.

차단(isolating)밸브 또는 장치를 배기 밸브로부터 분리하여, 예를 들어 탱크와 캐니스터 사이에와 같은, 탱크와 대기 사이의 어느 지점에라도 설치할 수 있다는 것은 주목할 가치가 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연료 시스템은 연료 탱크를 연료 증기 캐니스터와 연통시키고, 캡 탈거 시험 동안 대기로부터 탱크가 밀폐되도록 폐쇄기능을 가지는 적어도 하나의 롤 오버 밸브(ROV)를 포함한다. 그러나, "차단"밸브가 대기에 가장 가까울수록, 시스템의 대다수 부분들을 시험할 수 있도록 하는 더 좋은 시스템이 된다. 그러므로, 차단 밸브가 대기에 대한 벤트벨브로서 사용되고 있음을 기술한 위의 실시예가 바람직하다.

앞서 언급한 압력 센서는 캡 탈거 시험 전용의 특정한 압력 센서일 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 압력데이터를, 예를 들어 OBD 시스템 같은 다른 연료 시스템에 송신하는 일은 연료 탱크에 미리 장착되어 있는 압력센서가 한다.

본 발명의 연료 시스템(또는 연료 시스템이 지정/장착되어 있는 차량)은 도어 스위치, 즉, 연료 충전 도어(캡에 의해 밀폐되는 충전 파이프의 헤드부를 폐쇄함)의 열린 상태를 감지할 수 있는 센서를 포함한다. 캡 탈거 시험을 시행하는 제어 장치에 신호를 보낼 수 있는 한, 어떤 종류의 도어 스위치라도 사용할 수 있다. 이러한 스위치로는 순간 무접점 스위치들(momentary contactless switches) 및 홀 효과 스위치들(Hall effect switches)이 가능하다.

또한 위에 언급한 제어 장치는 별개의, 구체적으로는 캡 탈거 시험 전용 장치여도, 이 제어 장치가 OBD 시험 자체로부터 독립적이기 때문에, 본 발명의 방법/시스템은 이미 존재하는 어떠한 OBD 시스템에든지 추가될 수 있다. 따라서, 해당 시스템이 제어 장치 단측에 밸브 및 도어 스위치의 추가와 함께 압력센서를 구비하고 있는 한, 제어 장치는 캡 탈거 검출기능이 없는 현재의 차량들의 가치를 높일 수 있게 해준다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료 시스템은 연료 시스템 제어 장치 (FSCU)을 포함하여, 연료 시스템의 다른 운전 상황 및 작동 파라미터들을 관리하는 것 외에도 본 발명의 캡 탈거 검출 시험 방법을 제어한다.

FSCU는 바람직하게는 ECU(즉 엔진 제어 장치)과는 달리 자립형 제어기이며, ECU 대신에 연료 시스템의 제어를 수행한다(즉, ECU는 더 이상 연료 시스템을 직접적으로 제어하지 않는다). FSCU는 또한 ECU와 통신하여, 어떠한 연료 시스템의 고장이라도 ECU에게 표시해준다. 일반적으로, 이러한 FSCU는:

- 급유 동안 배기하는 기능, 캐니스터를 퍼지하는 기능, 연료공급펌프로부터 엔진으로의 연료유량 조절하는 기능 등과 같은 연료 시스템의 기능들을 제어하는 수단을 구비;

- 하나 이상의 연료 시스템 구성요소와 연결되어, 상기 하나 이상의 연료 시스템 구성요소로/부터 신호들을 송신/수신;

- FSCU로 신호들을 송신하고/송신하거나 엔진 제어 장치(ECU)로부터 신호들을 수신하는, 하나 이상의 센서와 연결; 및/또는

- ECU와 전자적으로 및 양방향으로 통신하도록 되어있다.

바람직한 실시예에 있어서, FSCU는 또한 OBD 누출 시험을 제어한다.

다른 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 ECU 자체에 의해 제어되는 데, 이 방법은 덜 바람직하다.

그리고 마지막으로, 본 발명의 방법은 또한 연료 레벨 게이지로부터의 정보를 이용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 연료 레벨 게이지가 제어 장치로 차량이 급유 되었음을 통지할 때도 캡 탈거 시험을 시행할 수 있다. 이는 엔진을 끄지않고 탱크를 충전했을 경우에 도움이 되며, 이 경우에는 보통 위에 기술된 바와 같은 방법에 따라서 캡 탈거 시험을 시행하지 않는다.

본 발명의 다른 목적은 연료 시스템 및/또는 차량에 통합되고, 위에 기술된 방법을 적용할 수 있는 캡 탈거 검출 시스템을 제공하는 것이며, 이 시스템은:

a) 연료 도어 하부에 그 헤드부가 위치하는 연료 캡이 마련된 충전 파이프를 구비하는 연료 탱크;

b) 언제 상기 연료 도어가 열리는지 감지할 수 있는 연료 도어 스위치;

c) 잠시 동안 꺼져있던 엔진이 시동 될 때, 대기로부터 탱크를 적어도 부분적으로 밀폐시키는 수단;

d) 탱크가 밀폐되어 있는 동안 탱크 내부의 압력을 측정하는 수단; 및

e) 상기 압력을 원하는 임계치 압력과 비교하여 시험 상태("통과" 또는 "실패")를 제어 시스템에 전달하는 수단을 포함한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 도면.

위에 기술된 모든 실시예들은, (설명된 대로) 적절한 장치들이 시스템에 통합되는 한, 본 발명의 시스템에 적용된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 있으며 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

이 도면은 연료 탱크(5)가, 도어 스위치(2)에 연결된 연료 도어(생략됨)의 하부에 위치하는 충전 캡(3)을 헤드부에 장착한 충전 파이프(4)를 포함하는 것을 보여주고 있다. 이 탱크는 레벨 게이지(6), 압력 게이지(7) 및 배기 밸브(1)를 통해 대기로부터 격리되어 있는 캐니스터(8)에 이르는 배기라인(9)을 구비한다. 도어 스위치는 차체에 장착되어도 되고, 연료 시스템의 일부분이 될 수도 있다.

예시된 이 시스템은 각 캡 탈거 상황 발생 후에 시험을 시행하고, 이러한 캡 탈거 상황은 시스템 내의 연료 도어 스위치(2), 엔진 상태 센서(생략됨) 및 연료 레벨 센서(6)로부터의 피드백을 이용하여 결정한다. 캡 탈거 상황이 일단 검출되면, 밸브(1)는 설정(부분적으로) 밀폐상태로 움직여 시스템 내에 제어된 누출을 연출한다. 탱크를 완전히 격리시키는 솔레노이드 밸브를 사용해도 되고, 또는 이전에 설명된 바와 같이 다중 오리피스 OBD 밸브를 사용해도 된다. 캡 탈거 상태를 정확히 검출하기 위해 이러한 밸브(1)를 배기라인(9) 및 차콜 캐니스터(8) 뒤 시스템의 단부에 위치시킬 필요는 없다. 시스템이 부분적으로 또는 완전히 밀폐되면, 대체로 연료 탱크(5)에 장착된 압력 센서(7)를 통해서 시스템 압력을 측정한다. 해당 시스템은 이러한 최소한의 또는 비-배기(non-venting)기간 동안 압력을 발생시켜야 한다. 일단 시스템 압력이 원하는 임계치에 도달하면, 시험이 완료되며 시스템은 통과 상태를 받게 된다. 만약 시스템이 실패 상태를 받게 되면, 해당 시스템을 리셋하고 두 번째로 시험을 시행한다. 만약 시스템이 두 번째 시험에서 통과 상태를 받으면, 이 두 번째 시험으로 비누출 상태(non-leak condition)를 증명하기에 충분하므로, 첫 번째의 시험과정 상태는 폐기된다. 만약 시험 결과로 시스템 실패가 알려지면, 차량의 계기판 상에 불이 점등되어, 연료 충전 캡(3)이 충전 파이프(4) 헤드부에 올바르게 장착되지 않았음을 운전자에게 알려준다.

Claims (10)

1. 연료 충전 도어 하부에 위치한 충전 파이프 헤드를 구비하는 연소엔진차량의 연료 탱크 상의 캡 탈거 상황을 검출하는 방법에 있어서,

   꺼져 있던 엔진을 다시 시동할 때 및 도어 스위치가 연료 충전 도어의 개방상태를 표시할 때 캡 탈거 시험을 시행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 탈거 시험은

   대기로부터 상기 탱크를 적어도 부분적으로 밀폐시키는 단계;

   상기 탱크가 밀폐되면 해당 시스템의 압력을 측정하고, 만약 상기 압력이 원하는 임계치에 도달하면 "통과(passing)" 상태를 제어 시스템에 전달하는 단계; 및

   만약 상기 압력이 주어진 시간 동안 상기 임계치에 도달하지 못하면 "실패(failing)" 상태를 상기 제어 시스템에 전달하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   만약 상기 제어 시스템이 "실패" 상태를 받으면, 상기 시스템은 리셋되어 상기 캡 탈거 시험을 두 번째로 시행시키며; 만약 상기 두 번째 시험 결과 시스템 실패로 알려지면, 상기 차량의 계기판 상에 불이 점등되어 상기 캡이 상기 충전 파이 프 헤드부에 올바르게 장착되어 있지않음을 알려주는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 연료 탱크는 압력 센서, 캐니스터 및 배기 밸브를 포함하는 연료 시스템의 일부분이고, 상기 캡 탈거 시험 동안 상기 배기 밸브를 부분적으로 또는 완전히 폐쇄함으로써 상기 탱크를 대기로부터 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 배기 밸브는 다중 오리피스 전자제어 전자기계식 밸브이며, 이 밸브는 상기 탱크와 대기 사이의 제어 영역과의 연통을 가능하게 하고 OBD 시스템의 일부분인 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 배기 밸브는 캡 탈거 시험을 시행하기 위해 상기 탱크와 대기 사이의 통로를 폐쇄할 수 있는 단일 오리피스 밸브인 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압력 센서는 상기 캡 탈거 시험 동안 상기 탱크 내부의 압력을 측정하고, 상기 연료 시스템의 다른 구성품에 압력 데이터를 송신하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 연료 시스템은 연료 시스템 제어 장치(FSCU)을 포함하여 상기 연료 시스템의 다른 운전 상황 및 작동 파라미터들을 관리하는 것 외에도, 상기 캡 탈거 검출 시험을 제어하는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캡 탈거 시험은, 비록 엔진이 꺼지지 않은 상태지만 급유가 이루어졌음을 연료 레벨 게이지가 상기 제어 장치로 통지할 때도 시행되는 것을 특징으로 하는 캡 탈거 검출 방법.
10. 연료 시스템 및/또는 차량에 통합되고, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 적용할 수 있는 캡 탈거 검출 시스템에 있어서, 상기 시스템은

    a) 연료 도어 하부에 헤드부가 위치하는 연료 캡이 마련된 충전 파이프를 구비하는 연료 탱크;

    b) 언제 상기 연료 도어가 열리는지 감지할 수 있는 연료 도어 스위치;

    c) 잠시 동안 꺼져있던 엔진이 시동될 때, 대기로부터 탱크를 적어도 부분적 으로 밀폐시키는 수단;

    d) 탱크가 밀폐되어 있는 동안 탱크 내부의 압력을 측정하는 수단; 및

    e) 상기 압력을 원하는 임계치 압력과 비교하여 시험 상태("통과" 또는 "실패")를 제어 시스템에 송신하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

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