KR20090127235A - 저저항 탄화수소 트랩 조립체 - Google Patents

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스콧 리차드 도베르트
스콧 알렌 샤퍼
앤소니 씨. 아루다
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비스테온 글로벌 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

흡기 시스템용 탄화수소 흡착 조립체가 개시되어 있다. 탄화수소 흡착 조립체는 유체 도관을 포함하며, 유체 도관은 외부면과, 내부에 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하고 유체 도관의 내부면에 형성된 리세스 영역을 포함한다. 탄화수소 트랩은 유체 도관을 통과하는 탄화수소를 흡착하도록, 유체 도관의 리세스 영역에 배치된다. 유체 도관의 유동 통로를 통해 유동하는 공기의 일부분이 탄화수소 트랩을 통해 유동하여 탄화수소 트랩의 정화를 용이하게 하도록, 리세스 영역과 탄화수소 트랩이 협력한다.
Figure P1020090049818
탄화수소 트랩 조립체(hydrocarbon trap assembly), 탄화수소 트랩(hydrocarbon trap), 유체 도관(fluid conduit), 탄화수소 흡착 매체(hydrocarbon adsorbing media), 캡슐화 층(encapsulating layer)

Description

저저항 탄화수소 트랩 조립체 {LOW RESTRICTION HYDROCARBON TRAP ASSEMBLY}
본 발명은 탄화수소 트랩 조립체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 내연기관의 흡기 시스템에 사용되는 탄화수소 트랩 조립체에 관한 것이다.
연방 및 주 환경법은 임의의 차량의 내연기관이 대기중으로 배출할 수 있는 탄화수소량에 대한 한계를 제정해왔다. 이러한 한계를 만족시키기 위해, 차량의 엔진으로부터 탄화수소 배출물을 측정하고 제어하는 다양한 장치 및 방법이 개발되어왔다. 엔진의 흡기 시스템은 엔진으로부터 대기로 방출되는 탄화수소의 출처로 관측되어 왔다. 따라서, 탄화수소 배출물을 측정하고 제어하기 위해 사용되는 많은 방법 및 시스템은 엔진의 흡기 시스템 및 배기 시스템에 관련된 것이다.
탄화수소는 엔진의 내부로부터 증발하여 엔진의 흡기 시스템을 통해 대기로 배출되는 것으로 알려져 있다. 흡기 시스템을 통한 탄화수소의 증발에 의한 배출은 주로 엔진이 작동하지 않을 때 발생한다. 엔진의 흡기 시스템을 통한 탄화수소 배출을 줄이는 하나의 방법은 필터형 장치를 사용하여 탄화수소를 흡착(adsorb) 또는 트랩(trap)하는 것이다. 통상적으로, 탄화수소 트랩 장치는 흡기 시스템에 배치되며, 탄화 수소를 흡착하는 흡착성 물질을 포함하여, 이에 따라 탄화수소가 대 기로 배출되는 것을 실질적으로 방지한다. 이후에 엔진이 작동될 때, 흡기 시스템을 통해 엔진 내로 유동하는 공기는 통상적으로 탄화수소 트랩 장치를 통과한다. 탄화수소 트랩 장치를 통과하는 공기는 탄화수소 트랩 장치에 흡착된 탄화수소를 제거한다. 이러한 정화는 이후 엔진이 작동하지 않는 기간 동안 탄화수소를 흡착하는 탄화수소 트랩 장치의 효율을 회복시킨다.
엔진을 정화하는데 있어서 하나의 문제점은, 설계자가 탄화수소 정화 장치를 흡기 시스템에 배치하는 것에 대한 것이었다. 탄화수소 트랩 장치의 배치 및 설계는 흡기 시스템을 통한 유체의 유동과의 간섭 및 이에 따른 제한을 최소화해야하며, 동시에 엔진이 작동하는 기간 동안 탄화수소 트랩 장치로부터 흡착된 탄화수소를 제거해야한다.
통상적으로, 종래 기술은 이러한 상반되는 작동 목표에 대해 2가지의 다른 해결책을 제공해왔다. 하나의 해결책은 흡기 시스템의 유동 통로의 전체 단면을 점유하는 탄화수소 트랩 장치를 제공하는 것이다. 듀마스(Dumas) 등이 발명한 미국 특허 제7,056,474호는 이러한 해결책을 설명한다. 이러한 해결책은 흡착된 탄화수소의 효과적인 정화를 제공하지만, 엔진이 작동하는 동안 흡기 시스템을 통한 유체 유동을 간섭하며, 이는 엔진의 효율 및/또는 동력 출력을 감소시킨다.
통상적으로 사용되는 다른 해결책은, 흡기 시스템의 주된 유동 경로를 통한 유체 유동을 실질적으로 간섭하지 않는 곳에 탄화수소 트랩 장치를 위치시키는 것이다. 이러한 해결책은, 흡기 시스템에 더해지는 여분의 구획에 탄화수소 트랩 장치를 배치하거나, 흡기 시스템의 내부면의 적어도 일부분에 라이닝(lining)으로서 탄화수소 트랩 장치를 배치하는 것을 포함한다. 미국 특허 제6,997,977호 및 제7,182,802호는 이러한 장치를 개시한다. 이러한 해결책이 갖는 문제점으로, 흡기 시스템의 별도의 구획은 흡기 시스템의 비용을 증가시키고 차량의 엔진 구획 내에서 추가적인 공간을 점유한다는 점, 흡기 시스템의 라이닝은 흡기 시스템의 비용을 증가시킨다는 점, 엔진이 작동하는 동안 탄화수소의 제거가 감소됨으로써 탄화수소 트랩이 탄화수소로 포화되어 탄화수소 트랩의 효율을 현저히 감소시킨다는 점이 있다.
엔진이 작동하는 기간 동안 탄화수소 트랩에 의해 흡착된 탄화수소의 정화를 용이하게 하면서, 흡기 시스템을 통한 유체 유동과의 간섭을 최소화하는 탄화수소 트랩 조립체를 포함하는, 내연기관용 흡기 시스템을 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명과 일치 및 동조하는 내연기관용 흡기 시스템으로, 엔진이 작동하는 기간 동안 탄화수소 트랩에 의해 흡착된 탄화수소를 제거하는 것을 용이하게 하면서 흡기 시스템을 통한 유체 유동과의 간섭을 최소화하는 탄화수소 트랩 조립체를 포함하는 내연기관용 흡기 시스템이 놀랍게도 발견되어 왔다.
일 실시예에서, 탄화수소 트랩 조립체는 유체 도관을 포함한다. 유체 도관은 외부면과, 내부에 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하며, 유체 도관의 내부면에 형성되는 리세스 영역을 포함한다. 탄화수소 트랩 조립체는 유체 도관의 리세스 영역에 배치되는 탄화수소 트랩을 포함한다. 탄화수소 트랩은, 탄화수소 트랩을 통한 유체의 유동을 최적화하기 위해, 유체 도관의 유동 통로 내에 배치되는 탄화수소 트랩의 일부분을 구비한다.
다른 실시예에서, 탄화수소 트랩 조립체는 유체 도관을 포함한다. 유체 도관은 외부면과, 내부에 대기 공기 및 내연기관과 유체 연통하는 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하며, 유체 도관의 내부면에 형성되고 리세스 벽을 구비하는 리세스 영역을 포함한다. 탄화수소 트랩 조립체는 대체로 실린더 형상을 구비하는 탄화수소 트랩을 포함한다. 탄화수소 트랩은 외부면과, 대체로 중심에 위치되는 관통 구멍을 형성하는 이격된 내부면을 포함하고, 유체 도관의 리세스 영역에 배치되며, 리세스 영역의 리세스 벽에 인접하여 배치되는 탄화수소 트랩의 외부면을 구비한다. 탄화수소 트랩은 가스 투과성 캡슐화 층에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체를 포함하며, 탄화수소 흡착 매체를 통한 유체의 유동을 최적화하기 위해 유체 도관의 유동 통로 내에 배치되는 탄화수소 트랩의 일부분을 구비한다.
다른 실시예에서, 내연기관용 흡기 시스템은 유체 도관을 포함한다. 유체 도관은 외부면과, 내부에 대기 공기 및 내연기관과 유체 연통하는 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하며, 유체 도관의 내부면에 배치되고 리세스 벽을 구비하는 리세스 영역을 포함한다. 내연기관용 흡기 시스템은 대체로 실린더 형상을 구비하는 탄화수소 트랩을 포함한다. 탄화수소 트랩은 외부면과, 대체로 중심에 위치되는 관통 구멍을 형성하는 이격된 내부면을 포함하고, 유체 도관의 리세스 영역에 배치되며, 리세스 영역의 리세스 벽에 인접하여 배치되는 탄화수소 트랩의 외부면을 구비한다. 탄화수소 트랩은 가스 투과성 캡슐화 층에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체를 포함하며, 탄화수소 흡착 매체를 통한 유체의 유동을 최적화하기 위해 유체 도관의 유동 통로 내에 배치되는 탄화수소 트랩의 일부분을 구비한다.
탄화수소 트랩 조립체(21)는, 종래 기술의 흡기 시스템에서 탄화수소 트랩을 수용하기 위해 통상적으로 사용되는 여분의 구획 및/또는 도관을 제거함으로써 흡기 시스템(20)의 비용을 최소화한다. 또한, 여분의 구획 및/또는 도관을 제거함으로써 흡기 시스템(20)에 의해 점유되는 공간이 최소화된다.
이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예를 설명 및 도시한다. 설명 및 도면은 당업자가 본 발명을 실시하고 이용할 수 있도록 해주는 역할을 하며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하도록 되지 않는다.
도 1은 흡기 시스템(20) 및 배기 시스템(12)을 구비한 내연기관(10)의 개략도이다. 흡기 시스템(20)은, 엔진(10)과 유체 연통하는 출구 및 대기와 유체 연통하는 입구를 구비하는 탄화수소 트랩 조립체(hydrocarbon-trapping assembly;21)를 포함한다. 흡기 시스템(20)은 엔진(10) 내로 들어오는 대기 공기를 위한 유동 통로를 제공하며, 엔진(10)에서 대기 공기는 예컨데 가솔린과 같은 연료와 혼합된다. 그런 다음, 공기-연료 혼합물은 엔진(10) 내에서 연소되어, 배기 시스템(12)을 통해 엔진(10)으로부터 대기로 배출되는 배기 가스를 형성한다. 흡기 시스템(20)은 하나 이상의 공기 필터(도시되지 않음)와, 예컨데 흡기 시스템(20)을 통해 유동하는 대기 공기를 모니터하도록 구성된 센서와 같은 하나 이상의 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3에 보다 분명하게 도시된 바와 같이, 탄화수소 트랩 조립체(21)는 유체 도관(22) 및 탄화수소 트랩(36)을 포함한다. 유체 도관(22)은 외부면(24) 과, 내부에 유동 통로(28)를 형성하는 이격된 동일 공간의 내부면(26)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 유체 도관(22)은 대체로 원형 단면 형상을 구비한다. 그러나, 예를 들어 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 기타 적합한 형상과 같은 다른 단면 형상이 사용될 수 있다. 비록 유체 도관(22)이 대체로 직선 형상의 단일 구조로 형성되는 것으로 도시되어 있을지라도, 유체 도관(22)은 함께 결합되는 복수의 부재로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상의 절곡부를 포함할 수 있다. 유동 통로(28)의 단면적 및/또는 길이는 엔진(10) 내로 필요한 대기 공기의 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 도시된 실시예에서 유체 도관(22)은 플라스틱 물질로 형성된다. 그러나, 유체 도관(22)을 형성하기 위해 다른 물질이 사용될 수 있다.
유체 도관(22)은 대체로 환형의 형상을 구비하여 내부에 형성되는 리세스 영역(30)을 포함한다. 리세스 영역(30)은 이격되어 반경 방향으로 외향 연장하는 한 쌍의 측벽(32, 32')과, 측벽(32, 32') 사이에 배치되는 리세스 벽(34)을 포함한다. 통상적으로, 리세스 영역(30)은 유체 도관(22)의 외부면(24) 상에 대응 돌출부를 형성한다. 리세스 영역(30)은 리세스 영역(30)의 범위에서 유체 도관(22)의 증가된 직경을 제공하도록 선택된 깊이를 갖는다.
도 3에 도시된 탄화수소 트랩(36)은 대체로 원형 단면 형상을 갖는 중공 실린더 형상을 구비하며, 외부면(38), 이격된 내부면(40) 및 단부(42, 42')를 포함한다. 대체로 중심에 위치되는 구멍은 단부(42)로부터 단부(42')까지 연장하여, 이를 통한 공기의 유동을 용이하게 한다. 탄화 수소 트랩(36)은 유체 도관(22)의 리 세스 영역(30)에 배치된다. 탄화수소 트랩(36)의 외부면(38)은 리세스 영역(30)의 리세스 벽(34)에 고정된다. 또한, 리세스 영역(30)의 측벽(32, 32')은, 탄화수소 트랩(36)을 리세스 영역(30) 내에 유지시키는 것을 용이하게 하기 위해, 탄화수소 트랩(36)의 각각의 단부(42, 42')와 협력하도록 구성된다. 탄화수소 트랩(36)을 리세스 영역(30) 내에 유지시키는 것을 보다 용이하게 하기 위해, 접착제 또는 체결구가 사용될 수 있다. 유체 도관(22)은, 탄화수소 트랩(36)의 설치 및/또는 제거를 용이하게 하기 위해, 리세스 영역(30)에 인접하여 함께 결합되는 한 쌍의 부재로 형성될 수 있다. 또한, 탄화수소 트랩(36)은, 탄화수소 트랩(36)이 유체 도관(22) 및 관련된 리세스 영역(30)의 단면 형상에 실질적으로 부합한다면 필요에 따라 임의의 형상을 구비할 수 있으며, 대체로 중심에 위치되는 구멍을 포함하여 이를 통한 대기 공기의 유동을 용이하게 할 수 있다.
탄화수소 트랩(36)의 외부면(38)과 이격된 내부면(40) 사이의 거리는 탄화수소 트랩(36)의 두께 및 관통 구멍의 크기를 형성한다. 탄화수소 트랩(36)의 두께는, 내부면(40)을 유체 도관(22)의 내부면(26)에 대해 반경 방향으로 안쪽에 배치하여 이에 따라 탄화수소 트랩(36)이 유체 도관(22)의 유동 통로(28) 내로 연장하도록 하기 위해, 리세스 영역(30)의 깊이와 협력하도록 선택된다.
탄화수소 트랩(36)은 캡슐화 층(46)에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체(44)로 형성된다. 탄화수소 흡착 매체(44)는 탄화수소 가스를 흡착할 수 있는 임의의 매체가 될 수 있으며, 예를 들어 탄소(carbon), 활성탄(activated carbon), 활성 알루미나(activated alumina), 제올라이트(zeolite), 금속 산화 물(metal oxide), 중합체 미립자(polymer particulate), 중황산 나트룸(sodium bisulfate), 점토(clay) 또는 실리카 겔(silica gel)을 포함한다. 대략 10mm의 두께를 갖는 연속 기포 발포체(open cell foam), 망상의 발포체(reticulated foam) 또는 망상의 "연속 기포" 폴리우레탄 발포체(reticulated "open cell" polyurethane foam)로 형성되는 기질(substrate)에 활성탄 슬러리(activated carbon slurry)를 배치함으로써 바람직한 결과가 달성되어 왔다. 연속 기포 발포체의 밀도는 대략 1.75lb./cuft, 794 gms/cuft 또는 28032 gms/cuM 이다. 연속 기포 발포체는 대략 97%의 다공도(porosity)를 가지며, 이는 공기 유동을 용이하게 한다. 다른 밀도 또는 다공도를 갖는 연속 기포 발포체에 탄소 슬러리를 배치하여, 이를 통한 원하는 공기 유동 및/또는 탄소 슬러리의 보유(retention)를 달성하는 것을 용이하게 할 수 있다. 연속 기포 발포체는 탄화수소 트랩(36)의 탄화수소 흡착 매체(44)의 원하는 두께를 형성하기 위해 그 자체가 접혀질 수 있다. 또한, 천 직물(cloth fabric), 복합 직물(composite fabric), 종이 또는 플라스틱 슬러리와 같이 발포체와는 다른 기질이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 탄화수소 트랩(36) 및 리세스 영역(30)은 각각 실질적으로 일정한 두께 및 깊이를 갖는다. 그러나, 탄화수소 트랩(36)의 두께 및/또는 리세스 영역(30)의 깊이는 유체 도관(22) 내의 유동 통로(28) 주위의 선택된 위치에 추가적인 탄화수소 흡착 매체(44)를 선택적으로 제공하기 위해 변경될 수 있다.
캡슐화 층(46)은 가스 투과성 물질로 형성된다. 캡슐화 층(46)은 탄화수소 트랩(36)의 원하는 형상을 유지하는 것을 용이하게 해주고, 탄화수소 흡착 매 체(44)를 보호하며, 임의의 탄화수소 흡착 매체(44)가 탄화수소 트랩(36)으로부터 배출되어 공기 스트림 내로 들어가는 것을 방해한다. 캡슐화 층(46)을 형성하기 위해 나일론 메쉬(nylon mesh) 또는 폴리프로필렌(polypropylene) 물질을 사용하여 바람직한 결과가 달성되어 왔다. 그러나, 캡슐화 층(46)을 형성하기 위해, 예를 들어 직포(woven fabric), 부직포(non-woven fabric) 또는 천공 물질(perforated material)과 같은 다른 물질이 사용될 수 있다.
통상적으로, 흡기 시스템(20)은 흡기 시스템(20)의 대기에 개방된 단부에 인접한 공기 필터(도시되지 않음)를 포함한다. 공기 필터는 흡기 시스템(20)을, 공기 필터로부터 상류부에 있는 더러운 쪽과 공기 필터로부터 하류부에 있는 깨끗한 쪽[공기 필터와 엔진(10) 사이의 공간]으로 나눈다. 탄화수소 트랩 조립체(21)는 흡기 시스템(20)의 더러운 쪽 또는 깨끗한 쪽 중 하나에 위치될 수 있다. 그러나, 바람직한 결과는 탄화수소 트랩 조립체(21)를 흡기 시스템(20)의 깨끗한 쪽에 위치시킴으로써 달성되어 왔다.
도시된 실시예에서, 단일 탄화수소 트랩(36)이 흡기 시스템(20)의 유체 도관(22)에 배치되어 있다. 그러나, 복수의 리세스 영역(30)을 구비하는 유체 도관(22)이 제공될 수 있으며, 각각의 리세스 영역(30)은 내부에 배치되는 탄화수소 트랩(36)을 구비할 수 있다. 또한, 흡기 시스템(20)은 복수의 유체 도관(22)을 포함할 수 있으며, 각각의 유체 도관(22)은 선택적으로 내부에 배치되는 하나 이상의 탄화수소 트랩(36)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
사용되고 있는 흡기 시스템(20)의 탄화수소 트랩 조립체(21)는, 엔진(10)이 작동하지 않는 기간 동안 증발한 탄화수소가 엔진(10)으로부터 배출되는 것을 방해한다. 증발한 탄화수소는 유체 도관(22)에 들어가 탄화수소 트랩(36)에 인접한 영역으로 유동한다. 증발한 탄화수소는 탄화수소 트랩(36)의 캡슐화 층(46)을 통과하여 탄화수소 흡착 매체(44)에 의해 탄화수소 흡착 매체(44)에 흡착되며, 이에 따라 증발한 탄화수소가 흡기 시스템(20)을 통해 대기로 배출되는데 방해가 된다..
엔진(10)이 작동할 때, 대기 공기는 유체 도관(22)을 통해 엔진(10) 내로 들어간다. 탄화수소 트랩(36)이 유동 통로(28) 내로 연장함으로 인해, 유입하는 대기 공기의 적어도 일부분은 엔진(10)에 들어가기 전에 탄화수소 트랩(36)을 통해 유동한다. 엔진이 작동하는 동안 탄화수소 트랩(36)을 통해 유동하는 대기 공기는 탄화수소 트랩(36)에서 엔진(10)이 작동하지 않는 기간 동안 흡착된 탄화수소를 실질적으로 제거한다.
유동 통로(28) 내의 탄화수소 트랩(36)의 연장부는 탄화수소 트랩(36)의 정화를 용이하게 하며, 탄화수소 트랩(36)이 탄화수소로 포화되는 것을 방해한다. 또한, 탄화수소 트랩(36)의 정화는 탄화수소 트랩(36)의 수명을 최대화한다. 또한, 유동 통로(28) 내의 탄화수소 트랩(36)의 연장부는 탄화수소 트랩(36)의 정화를 용이하게 하도록 최적화되며, 또한 엔진(10) 내로 들어오는 대기 공기의 유동과의 간섭을 최소화한다.
탄화수소 트랩 조립체(21)는, 종래 기술의 흡기 시스템에서 탄화수소 트랩을 수용하기 위해 통상적으로 사용되는 여분의 구획 및/또는 도관을 제거함으로써 흡기 시스템(20)의 비용을 최소화한다. 또한, 여분의 구획 및/또는 도관을 제거함으 로써 흡기 시스템(20)에 의해 점유되는 공간이 최소화된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화수소 트랩 조립체(48)를 도시한다. 탄화수소 트랩 조립체(48)는 유체 도관(50) 및 탄화수소 트랩(62)을 포함한다. 유체 도관(50)은 외부면(52)과, 내부에 유동 통로(56)를 형성하는 이격된 동일 공간의 내부면(54)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 유체 도관(50)은 대체로 원형 단면 형상을 구비한다. 그러나, 예를 들어 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 기타 적합한 형상과 같은 다른 단면 형상이 사용될 수 있다. 비록 유체 도관(50)이 대체로 직선 형상의 단일 구조로 형성되는 것으로 도시되어 있을지라도, 유체 도관(50)은 함께 결합되는 복수의 부재로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상의 절곡부를 포함할 수 있다. 유동 통로(56)의 단면적 및/또는 길이는 엔진(10) 내로 필요한 대기 공기의 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 도시된 실시예에서 유체 도관(50)은 플라스틱 물질로 형성된다. 그러나, 유체 도관(50)을 형성하기 위해 다른 물질이 사용될 수 있다.
유체 도관(50)은 내부에 형성되는 리세스 영역(58)을 포함하며, 리세스 영역(58)은 대체로 환형 형상을 구비하고 리세스 벽(59)을 포함한다. 리세스 영역(58)은 리세스 영역(58)의 범위에서 유체 도관(50)의 증가된 직경 및/또는 유체 도관(50)의 증가된 내부 체적을 제공하도록 선택된 깊이를 갖는다. 리세스 영역(58)의 깊이, 체적 및 형상은 관통하는 대기 공기의 유동을 최대화하기 위해 흡기 시스템(20)을 조정하도록 선택된다. 흡기 시스템(20)을 조정하도록 구성된 리세스 영역(58)은 통상적으로 어코스틱 챔버(acoustic chamber) 또는 팽창 챔 버(expansion chamber)로 언급된다.
리세스 영역(58)을 통한 공기의 유동을 용이하게 하도록 구성된 리세스 영역(58)에 걸쳐 연장하는 천공 부재(60)가 제공된다. 천공 부재(60)는, 예를 들어 접착제, 기계적 체결구 또는 용접 등을 사용함으로써 내부면(54)에 고정될 수 있다. 또한, 천공 부재(60)는 유체 도관(50)의 내부면(54)과 일체로 형성될 수 있다.
탄화수소 트랩(62)은 대체로 원형 단면 형상을 갖는 중공 실린더 형상을 구비하며, 외부면(64), 이격된 내부면(66) 및 단부(67, 67')을 포함한다. 대체로 중심에 위치되는 구멍은 단부(67)로부터 단부(67')까지 연장하여, 이를 통한 공기의 유동을 용이하게 한다. 탄화수소 트랩(62)은 리세스 영역(58)에 배치되며, 리세스 영역(58)의 리세스 벽(59)과 천공 부재(60) 사이에 고정된다. 탄화수소 트랩(62)을 리세스 영역(58) 내의 원하는 위치에 유지시키는 것을 용이하게 하기 위해, 접착제 또는 체결구가 사용될 수 있다. 또한, 리세스 영역(58)은, 탄화수소 트랩(62)을 리세스 영역(58) 내의 원하는 위치에 유지시키는 것을 보다 용이하게 하기 위해, 예컨데 한 쌍의 협력하는 벽과 같은 다른 수단을 포함할 수 있다. 유체 도관(50)은, 탄화수소 트랩(62)의 설치 및/또는 제거를 용이하게 하기 위해, 리세스 영역(58)에 인접하여 함께 결합되는 한 쌍의 부재로 형성될 수 있다. 또한, 탄화수소 트랩(62)은, 탄화수소 트랩(62)이 유체 도관(50) 및 관련된 리세스 영역(58)의 단면 형상에 실질적으로 부합한다면, 필요에 따라 임의의 형상을 구비할 수 있으며, 대체로 중심에 위치되는 구멍을 포함하여 이를 통한 대기 공기의 유동 을 용이하게 할 수 있다.
탄화수소 트랩(62)의 외부면(64)과 이격된 내부면(66) 사이의 거리는 탄화수소 트랩(62)의 두께를 형성한다. 탄화수소 트랩(62)의 두께는, 탄화수소 트랩(62)의 내부면(66)을 유체 도관의 내부면(54)에 대해 반경 방향으로 안쪽에 배치하기 위해, 리세스 영역(58) 및 천공 부재(60)의 깊이와 협력하도록 선택된다.
탄화수소 트랩(62)은 캡슐화 층(70)에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체(68)로 형성된다. 탄화수소 흡착 매체(68)는 탄화수소 가스를 흡착할 수 있는 임의의 매체가 될 수 있으며, 예를 들어 탄소, 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 금속 산화물, 중합체 미립자, 중황산 나트륨(sodium bisulfate), 점토 또는 실리카 겔을 포함한다. 대략 10mm의 두께를 갖는 연속 기포 발포체, 망상의 발포체 또는 망상의 "연속 기포" 폴리우레탄 발포체로 형성되는 기질에 활성탄 슬러리를 배치함으로써 바람직한 결과가 달성되어 왔다. 연속 기포 발포체의 밀도는 대략 1.75lb./cuft, 794gms/cuft 또는 28032gms/cuM 이다. 연속 기포 발포체는 대략 97%의 다공도를 가지며, 이는 공기 유동을 용이하게 한다. 다른 밀도 또는 다공도를 갖는 연속 기포 발포체에 탄소 슬러리를 배치하여, 이를 통한 원하는 공기 유동 및/또는 탄소 슬러리의 보유를 달성하는 것을 용이하게 할 수 있다. 연속 기포 발포체는 탄화수소 트랩(62)의 탄화수소 흡착 매체(68)의 원하는 두께를 형성하기 위해 그 자체가 접혀질 수 있다. 또한, 천 직물, 복합 직물, 종이 또는 플라스틱 슬러리와 같이 발포체와는 다른 기질이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 탄화수소 트랩(62) 및 리세스 영역(58)은 각각 실질적으로 일정한 두께 및 깊이를 갖는다. 그러나, 탄화수소 트랩(62)의 두께 및 리세스 영역(58)의 깊이는 유체 도관(50) 내의 유동 통로(56) 주위의 선택된 위치에 추가적인 탄화수소 흡착 매체(68)를 선택적으로 제공하기 위해 변경될 수 있다.
캡슐화 층(70)은 가스 투과성 물질로 형성된다. 캡슐화 층(70)은 탄화수소 트랩(62)의 원하는 형상을 유지하는 것을 용이하게 해주고, 탄화수소 흡착 매체(68)를 보호하며, 임의의 탄화수소 흡착 매체(68)가 탄화수소 트랩(62)으로부터 배출되어 공기 스트림 내로 들어가는 것을 방해한다. 캡슐화 층(70)을 형성하기 위해 나일론 메쉬 또는 폴리프로필렌 물질을 사용하여 바람직한 결과가 달성되어 왔다. 그러나, 캡슐화 층(70)을 형성하기 위해, 예를 들어 직물, 직포, 부직포 또는 천공 물질과 같은 다른 물질이 사용될 수 있다.
통상적으로, 흡기 시스템(20)은 흡기 시스템(20)의 대기에 개방된 단부에 인접한 공기 필터(도시되지 않음)를 포함한다. 공기 필터는 흡기 시스템(20)을 공기 필터로부터 상류부에 있는 더러운 쪽과 공기 필터로부터 하류부에 있는 깨끗한 쪽[공기 필터와 엔진(10) 사이의 공간]으로 나눈다. 탄화수소 트랩 조립체(48)는 흡기 시스템(20)의 더러운 쪽 또는 깨끗한 쪽 중 하나에 위치될 수 있다. 그러나, 바람직한 결과는 탄화수소 트랩 조립체(48)를 흡기 시스템(20)의 깨끗한 쪽에 위치시킴으로써 달성되어 왔다.
도시된 실시예에서, 단일 탄화수소 트랩(62)이 흡기 시스템(20)의 유체 도관(50)의 리세스 영역(58)에 배치되어 있다. 그러나, 복수의 탄화수소 트랩(62)이 리세스 영역(58)에 배치될 수 있다. 또한, 흡기 시스템(20)은 하나 이상의 리세스 영역(58)을 포함하는 복수의 유체 도관(50)을 포함할 수 있으며, 각각의 리세스 영역(58)은 선택적으로 하나 이상의 탄화수소 트랩(62)을 구비하거나 구비하지 않을 수 있다.
사용되고 있는 흡기 시스템(20)의 탄화수소 트랩 조립체(48)는, 엔진(10)이 작동하지 않는 기간 동안 흡기 시스템(20)을 통해 엔진(10)으로부터 증발하는 탄화수소를 흡착하기 위해, 본 명세서에 기재된 탄화수소 트랩 조립체(21)와 실질적으로 유사한 방법으로 작동한다. 엔진(10)이 작동할 때, 대기 공기는 유체 도관(50)을 통해 엔진(10) 내로 들어간다. 탄화수소 트랩(62)이 유동 통로(56) 내로 연장함으로 인해, 유입하는 대기 공기의 적어도 일부분이 엔진(10)에 들어가기 전에 탄화수소 트랩(36)을 통해 유동한다. 또한, 리세스 영역(58) 및 천공 부재(60)로 인해 리세스 영역(58) 내에서 탄화수소 트랩(62)을 통해 유동하는 대기 공기는 난류를 갖는다. 엔진(10)이 작동하는 동안 탄화수소 트랩(62)을 통해 유동하는 대기 공기는 탄화수소 트랩(62)에서 엔진(10)이 작동하지 않는 기간 동안 흡착된 탄화수소를 실질적으로 제거한다. 리세스 영역(58)에서 유동하는 대기 공기의 난류는 탄화수소 트랩(62)의 정화를 보다 용이하게 한다.
탄화수소 트랩(62)의 일부분을 유동 통로(56) 및 리세스 영역(58) 내의 공기의 난류 내에 배치하는 것은, 탄화수소 트랩(62)에서 내부에 흡착된 임의의 탄화수소를 제거하는 것을 용이하게 하며, 탄화수소 트랩(62)이 탄화수소로 포화되는 것을 방해한다. 또한, 탄화수소 트랩(62)의 정화는 탄화수소 트랩(62)의 수명을 최대화한다. 또한, 유동 통로(56) 내의 탄화수소 트랩(62)의 연장부는 탄화수소 트 랩(62)의 정화를 용이하게 하도록 최적화되며, 또한 엔진(10) 내로 들어오는 대기 공기의 유동과의 간섭을 최소화한다.
탄화수소 트랩 조립체(48)는, 종래 기술의 흡기 시스템에서 탄화수소 트랩을 수용하기 위해 통상적으로 사용되는 여분의 구획 및/또는 도관을 제거함으로써 흡기 시스템(20)의 비용을 최소화한다. 또한, 여분의 구획 및/또는 도관을 제거함으로써 흡기 시스템(20)에 의해 점유되는 공간이 최소화된다. 또한, 어코스틱 챔버 또는 팽창 챔버가 되도록 구성된 리세스 영역(58)에 탄화수소 트랩(62)을 배치하는 것은, 흡기 시스템(20)의 비용 및 흡기 시스템(20)에 의해 점유되는 공간을 최소화한다.
전술한 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 본질적인 특징을 쉽게 확인할 수 있으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 이용 및 상태에 적합하도록 본 발명에 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있다.
전술한 내용 및 본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부된 도면에 비추어 고려될 때 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화수소 트랩 조립체를 포함하는 흡기 시스템을 구비한 내연기관의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 흡기 시스템의 유체 도관에 배치되는 탄화수소 트랩의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 유체 도관 및 탄화수소의 사시도이며, 유체 도관 및 탄화수소의 일부를 단면으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 도관 및 탄화수소 트랩의 사시도이며, 유체 도관 및 탄화수소 트랩의 일부를 단면으로 도시한다.

Claims (20)

  1. 외부면과, 내부에 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하며, 상기 내부면에 형성되는 리세스 영역을 포함하는 유체 도관과,
    상기 유체 도관의 상기 리세스 영역에 배치되는 탄화수소 트랩을 포함하며,
    상기 탄화수소 트랩은 상기 탄화수소 트랩을 통한 유체의 유동을 최적화하기 위해, 상기 유체 도관의 상기 유동 통로 내에 배치되는 상기 탄화수소 트랩의 일부분을 구비하는 탄화수소 트랩 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 도관은 대체로 원형 단면을 구비하는 탄화수소 트랩 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리세스 영역은 대체로 환형의 형상을 구비하며, 리세스 벽을 포함하는 탄화수소 트랩 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄화수소 트랩은 대체로 실린더 형상을 구비하며, 외부면과 대체로 중심에 위치되는 관통 구멍을 형성하는 내부면을 포함하는 탄화수소 트랩 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄화수소 트랩의 상기 외부면은 상기 리세스 영역의 상기 리세스 벽에 인접하여 배치되는 탄화수소 트랩 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리세스 영역은, 이격되어 반경 방향으로 연장하는 한 쌍의 측벽을 포함하며, 상기 측벽 사이에 배치되는 상기 리세스 벽을 구비하는 탄화수소 트랩 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 탄화수소 트랩을 상기 리세스 영역 내에 고정하는 것을 용이하게 하는 탄화수소 트랩 조립체.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 유체 도관의 상기 내부면에 배치되며, 실질적으로 유체 도관 내부의 상기 리세스 영역에 걸쳐있는 천공 부재를 포함하며,
    상기 리세스 영역의 상기 리세스 벽과 상기 천공 부재 사이에 상기 탄화수소 트랩을 배치하는 탄화수소 트랩 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄화수소 트랩은 캡슐화 층에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체를 포함하는 탄화수소 트랩 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탄화수소 흡착 매체는 탄소, 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 금속 산화물, 중합체 미립자, 중황산 나트륨, 점토 및 실리카 겔 중 하나 이상을 포함하는 탄화수소 트랩 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탄화수소 흡착 매체가 기질 상에 배치되는 탄화수소 트랩 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기질은 발포체, 천 직물, 혼합 직물, 종이 또는 플라스틱 슬러리 중 하나인 탄화수소 트랩 조립체.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 캡슐화 층은 가스 투과성 층인 탄화수소 트랩 조립체.
  14. 외부면과, 내부에 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하며, 상기 내부면에 형성되고 리세스 벽을 구비하는 대체로 환형의 리세스 영역을 포함하는 유체 도관 과,
    대체로 실린더 형상을 구비하며, 외부면과 대체로 중심에 위치되는 관통 구멍을 형성하는 내부면을 포함하고, 상기 유체 도관의 상기 리세스 영역에 배치되는 탄화수소 트랩을 포함하며,
    상기 탄화수소 트랩은 상기 리세스 영역의 상기 리세스 벽에 인접하여 배치되는 탄화수소 트랩의 상기 외부면을 구비하고,
    상기 탄화수소 트랩은 가스 투과성 캡슐화 층에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체를 포함하며, 상기 탄화수소 흡착 매체를 통한 유체의 유동을 최적화하기 위해 상기 유체 도관의 유동 통로 내에 배치되는 탄화수소 트랩의 일부분을 구비하는 탄화수소 트랩 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리세스 영역은, 이격되어 반경 방향으로 연장하는 한 쌍의 측벽을 포함하고, 상기 측벽 사이에 배치되는 상기 리세스 벽을 구비하며,
    상기 측벽은 상기 탄화수소 트랩을 상기 리세스 영역 내에 고정시키는 것을 용이하게 하도록 구성되는 탄화수소 트랩 조립체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유체 도관의 상기 내부면에 배치되며, 실질적으로 내부의 상기 리세스 영역에 걸쳐있는 천공 부재를 포함하며,
    상기 리세스 영역의 상기 리세스 벽과 상기 천공 부재 사이에 상기 탄화수소 트랩을 배치하는 탄화수소 트랩 조립체.
  17. 내연기관용 흡기 시스템에 있어서,
    외부면과, 내부에 대기 공기 및 내연기관과 유체 연통하는 유동 통로를 형성하는 내부면을 구비하며, 상기 내부면에 형성되고 리세스 벽을 구비하는 리세스 영역을 포함하는 유체 도관과,
    대체로 실린더 형상을 구비하며, 외부면과 대체로 중심에 위치되는 관통 구멍을 형성하는 내부면을 포함하고, 상기 유체 도관의 상기 리세스 영역에 배치되는 탄화수소 트랩을 포함하며,
    상기 탄화수소 트랩은 상기 리세스 영역의 상기 리세스 벽에 인접하여 배치되는 탄화수소 트랩의 상기 외부면을 구비하고,
    상기 탄화수소 트랩은 가스 투과성 캡슐화 층에 의해 실질적으로 둘러싸이는 탄화수소 흡착 매체를 포함하며, 상기 탄화수소 흡착 매체를 통한 유체의 유동을 최적화하기 위해 상기 유체 도관의 유동 통로 내에 배치되는 탄화수소 트랩의 일부분을 구비하는 흡기 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 리세스 영역은 이격되어 반경 방향으로 연장하는 한 쌍의 측벽을 포함하고, 상기 측벽 사이에 배치되는 상기 리세스 벽을 구비하며,
    상기 측벽은 상기 탄화수소 트랩을 상기 리세스 영역 내에 고정시키는 것을 용이하게 하도록 구성되는 흡기 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 유체 도관의 상기 내부면에 배치되며, 실질적으로 내부의 상기 리세스 영역에 걸쳐있는 천공 부재를 포함하며,
    상기 리세스 영역의 상기 리세스 벽과 상기 천공 부재 사이에 상기 탄화수소 트랩을 배치하는 흡기 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 탄화수소 흡착 매체는 탄소, 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 금속 산화물, 중합체 미립자, 중황산 나트륨, 점토 및 실리카 겔 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 탄화수소 흡착 매체는 발포체, 천 직물, 혼합 직물, 종이 또는 플라스틱 슬러리 중 하나 이상으로 형성되는 기질에 배치되고,
    상기 캡슐화 층은 나일론 메쉬, 폴리프로필렌 물질, 직포, 부직포 및 천공 물질 중 하나로 형성되는 가스 투과성 층인 탄화수소 흡착 조립체.
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