KR20110018454A - 드레인 장치, 연료 필터, 연료 공급 장치, 차량 엔진, 차량, 및 액체 드레인 방법 - Google Patents

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파커 하니핀(유케이) 리미티드
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Abstract

드레인 장치는 제 1 액체를 드레인하기 위한 것이다. 상기 드레인 장치는 상기 제 1 액체를 수용하도록 배치된 제 1 챔버와, 제 2 챔버(78)를 갖는 수집 용기; 및 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치설정된 2개의 밸브를 구비한다. 상기 밸브는 상기 제 1 챔버가 상기 제 2 챔버 위에 있는 직립 위치에 드레인 장치가 있을 때 상기 밸브들은 보다 높은 밸브(94)와 보다 낮은 밸브(92)를 포함하도록 배치된다. 상기 밸브들은 상기 챔버들 사이에서 액체를 통과시킬 수 있는 개방 구성과, 상기 챔버들 사이의 액체 흐름을 구속하는 폐쇄 구성을 갖는다. 상기 밸브들은 상기 제 2 챔버 내의 압력이 제 1 소정량 이상만큼 상기 제 1 챔버 내의 압력을 초과할 때 상기 폐쇄 구성에 있도록 배치된다. 상기 드레인 장치는 제 2 챔버로부터 액체를 흐르게 하도록 배치된 제 2 챔버에 결합된 제 1 출구를 더 포함한다. 제 1 작동 모드에 있을 때, 상기 제 2 챔버에 결합된 제 1 입구는 상기 제 1 챔버 내의 상기 제 1 액체보다 높은 압력에 있는 제 2 액체를 공급하도록 배치됨으로써, 상기 밸브들이 상기 폐쇄 구성에 있다. 제 2 작동 모드에 있을 때, 상기 제 1 입구는 상기 제 2 액체의 공급을 중단하도록 배치됨으로써, 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버에 대해 감소되어 상기 밸브들이 상기 개방 구성으로 복귀하게 한다.

Description

드레인 장치, 연료 필터, 연료 공급 장치, 차량 엔진, 차량, 및 액체 드레인 방법{A LIQUID DRAIN SYSTEM}
본 발명은 액체 드레인 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 액체 연료 공급 장치 내의 연료 필터 내에서 분리되는 물을 제거하기 위한 물 드레인 장치에 관한 것이다. 상기 연료 공급 장치는 차량, 특히 디젤 트럭의 일부일 수 있다.
일반적으로, 연료 공급 장치, 특히 차량 연료 장치는 연료로부터 물과 다른 오염물을 제거하도록 하나 이상의 연료 필터를 포함한다. 중형 및 대형 트럭의 경우, 흡입측(즉, 메인 연료 필터의 상류)에서 물을 분리하며 큰 미립자의 오염물을 제거하기 위한 다수의 연료 필터, 예컨대 프리 필터(pre-filter); 및 압력측(즉, 메인 연료 필터의 하류)에서 정교한 입자를 제거하는 최종 필터(final filter)에 대한 필요성이 있다. 일반적으로, 물이 필터 요소를 통해 연료 장치 내로 통과하여 엔진 인젝터 노즐에 도달하는 것을 방지하기 위해, 연료 필터로부터 분리된 물을 연속적으로 또는 주기적으로 제거할 필요가 있다. 또한, 필터 매체는 오염물에 의해 응집됨으로써 제 1 필터를 가로질러 높은 압력 강하를 초래하기 때문에 규칙적인 간격으로 교환될 필요가 있다.
연료 공급부로부터 물을 여과하여 압력측에서 물을 추출하는 것이 가능하다. 그러나, 연료 공급부 내의 물의 존재로부터 메인 연료 펌프가 보호되지 않기 때문에 바람직하지 않다. 더욱이, 압력측 상의 증가된 유량으로 인해, 물 분리는 보다 어렵고, 그 결과 연료 필터와 물 드레인에 보다 경비가 들 수 있다. 물이 압력측에서 분리되도록 하면, 솔레노이드 연료 드레인 밸브를 이용하여 물이 드레인될 수 있다. 분리된 물이 가압된 연료에 의해 가압되기 때문에, 솔레노이드 연료 드레인 밸브는 기능을 위해 추가적인 가압 또는 공기 입구를 필요로 하지 않는다.
일반적으로, 흡입측(즉, 메인 연료 펌프의 상류에 있기 때문에 가압되지 않는 연료 장치의 부분)에서 연료로부터 물을 분리하는 것이 보다 비용 효율적이고 효과적이다. 이는 특히 디젤 적용의 경우이다. 흡입측에서 분리된 물을 드레인하는 것은, 솔레노이드 연료 드레인 밸브를 이용하여 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 흡입측 상의 연료 필터를 위한 공지된 수동의 연료 드레인 밸브는 연료 공급부로부터 분리된 물을 해리시킨다. 물은 별도의 저장기 내에 수집되거나 또는 드레인될 수 있다. 수동 연료 드레인 밸브의 조작자는 수동 드레인 밸브를 회전시킴으로써 존재하는 물 및 임의의 다른 오염물을 주기적으로 해제시킨다. 물 드레인 작동 동안에 제 1 연료 필터가 추가적인 펌프(예컨대, 프라이밍 펌프)에 의해 가압되지 않으면, 수동의 자체 벤트 밸브가 사용될 수 있다. 공기가 밸브 내의 제 2 구멍을 통해 연료 필터에 도입됨에 따라, 물이 제 1 구성을 통해 드레인한다.
수동의 물 드레인 장치는 쉽게 접근되지 못하는 엔진 베이 내의 종종 위치설정된다. 더욱이, 물을 수동으로 드레인하는 것은, 조작자에게 불편하고, 무시한다면, 물이 연료 필터 매체를 통과하게 하여 연료 장치에 도입하게 함으로써, 엔진 인젝터 노즐에 손상을 야기하므로, 엔진의 수명을 단축시킬 수 있다.
수동의 물 드레인 장치에 대한 변형으로서, 솔레노이드 작동식 물 드레인 밸브가 개발되어 있다. 솔레노이드 연료 드레인 밸브는 전기식으로 작동된다. 연료 필터 내에 물이 존재한다는 경고 신호에 응답하여 차량의 조작자에 의해 예컨대 차량 실내의 스위치를 작동함으로써 수동으로 제어될 수 있다. 몇몇 타입의 솔레노이드 연료 드레인 밸브와 관련된 문제점은 밸브를 통해 물을 배출하기 위해 제 1 필터가 가압되어야 한다는 점이다. 이는 추가적인 전기 펌프를 마련할 필요가 있으므로, 필터의 비용을 증대시킨다.
PCT 특허공개번호 WO-2004/007942호는, 필요한 가압을 제공하도록 연료 탱크 아래에 위치설정될 필요가 없는 개선된 솔레노이드 물 드레인 밸브를 개시하며, 이는 별도의 가압 수단을 구비하지 않는다. 솔레노이드 연료 드레인 밸브는 엔진이 작동하지 않아서 물과 다른 오염물이 연료 필터로부터 흐르게 하도록 작동되게 배치된다. 에어 벤트 구멍이 솔레노이드 밸브 내에 제공됨으로써, 물이 드레인함에 따라 공기에 의해 대체되는 자체 벤팅을 허용한다. 일반적으로 여과 장치가 흡입 하에 있다면, 개선된 솔레노이드 물 드레인 밸브는 물 수집 용기와 주위 환경 사이의 압력차를 감소 및 극도로 제거함으로써 작동함으로써, 밸브를 드레인하게 한다. 필터 내에 압력이 존재하는 경우, 상당한 압력차가 존재하는 경우에도, 개선된 솔레노이드 밸브는 효과적으로 기능하여, 종래의 솔레노이드 밸브보다 상당히 양호한 성능을 제공함으로써, 흡입하에 있을 때 또는 밸브를 가로지르는 압력차가 O(zero)일 때 드레인하지 않을 것이다. 제 1 필터 내의 공기는 기존의 에어 벤트 밸브를 이용하여 배출될 수 있다.
그러나, 개선된 솔레노이드 연료 드레인 밸브는 차량 조작자에 의해 여전히 작동될 필요가 있기 때문에, 조작자가 잊어버리거나 또는 물을 정확하게 처리하지 못할 가능성이 남아 있으므로, 연료 장치 및 엔진의 나머지 부분, 특히 인젝터 노즐에 손상을 줄 위험이 있다. 더욱이, 솔레노이드 드레인 밸브는 물과 함께 몇 가지의 연료를 해제하므로, 정확하게 수집되어 처리되지 않으면 오염원이 된다.
본 발명의 일시예의 목적은 본원 또는 그외에서 인식되는 종래기술과 관련된 문제점 중 하나 이상을 해결하기 위한 것이다. 특히, 본 발명의 일시예의 목적은 연료 공급부의 흡입측에서 작동하기에 적합하며 차량의 조작자의 관여에 대한 요건을 제거하는 물 드레인 장치을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 특정 실시예의 목적은 차량의 탄화수소(HC) 주입 장치를 통해 물을 처리하는 수단에 결합하기에 적합한 물 드레인 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 제 1 액체를 드레인하기 위한 드레인 장치로서, 상기 제 1 액체를 수용하도록 배치된 제 1 챔버와, 제 2 챔버를 갖는 수집 용기; 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치설정된 2개의 밸브로서, 상기 제 1 챔버가 상기 제 2 챔버 위에 있는 직립 위치에 드레인 장치가 있을 때 상기 밸브들은 보다 높은 밸브와 보다 낮은 밸브를 포함하도록 배치된, 상기 2개의 밸브; 및 상기 제 2 챔버에 결합되어, 상기 제 2 챔버로부터 액체를 흐르게 하도록 배치된 제 1 출구;를 포함하며, 상기 밸브들은 상기 챔버들 사이에서 액체를 통과시킬 수 있는 개방 구성과, 상기 챔버들 사이의 액체 흐름을 구속하는 폐쇄 구성을 가지며, 상기 밸브들은 상기 제 2 챔버 내의 압력이 제 1 소정량 이상만큼 상기 제 1 챔버 내의 압력을 초과할 때 상기 폐쇄 구성에 있도록 배치되고, 제 1 작동 모드에 있을 때, 상기 제 2 챔버에 결합된 제 1 입구는 상기 제 1 챔버 내의 상기 제 1 액체보다 높은 압력에 있는 제 2 액체를 공급하도록 배치됨으로써, 상기 밸브들이 상기 폐쇄 구성에 있고, 제 2 작동 모드에 있을 때, 상기 제 1 입구는 상기 제 2 액체의 공급을 중단하도록 배치됨으로써, 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버에 대해 감소되어 상기 밸브들이 상기 개방 구성으로 복귀하게 하는, 제 1 액체를 드레인하기 위한 드레인 장치가 제공된다.
본 발명의 이점과 관련하여, 필터에 결합될 때의 액체 드레인 장치는 상기 제 1 액체(물일 수 있음)가 필터로부터 자동으로 추출되게 함으로써, 필터로부터 수동으로 드레인할 필요성을 제거한다. 상기 제 2 챔버는 상기 제 2 액체(디젤일 수 있음)의 가압원에 의해 상기 제 1 작동 모드에서 가압된다. 상기 제 2 액체는 동일한 액체이며, 상기 액체 드레인 장치가 필터에 결합되는 경우 물이 상기 액체로부터 여과된다. 상기 제 2 작동 모드에 있는 경우 그리고 상기 제 1 챔버가 상기 제 2 챔버 위에 있는 상태에서 상기 액체 드레인 장치가 직립 형성되면, 상기 제 1 액체는 상기 제 2 챔버 내로 드레인되어, 상기 제 2 액체가 상기 제 1 액체보다 밀도가 낮으면 상기 제 1 챔버 내로 상승하는 상기 제 2 액체에 의해 대체될 것이다.
각각의 밸브는, 상기 드레인 장치가 직립 위치에 있는 경우 상기 밸브들이 개방 구성에 있게끔 상기 제 1 및 제 2 액체 내에 볼들이 중력 하에서 낙하하게 가압되도록 배치된 볼 체크 밸브를 포함할 수 있다. 상기 폐쇄 구성에 있는 경우, 각각의 밸브는 가압된 제 2 액체 중 적어도 일부를 상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버로 통과시키도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 출구는, 상기 드레인 장치가 직립 위치에 있는 경우 그리고 상기 드레인 장치가 상기 제 1 작동 모드에 있는 경우 상기 제 2 챔버의 바닥부로부터의 액체가 상기 제 1 출구를 통해 배출되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 상술한 바와 같은 드레인 장치를 포함하는 연료 필터로서, 상기 제 1 챔버는 제 2 입구와 제 2 출구를 갖는 밀봉 챔버를 포함하고, 상기 제 2 입구와 상기 제 2 출구는 연료를 통과시키고 물의 통과를 방지하도록 배치된 필터 매체에 의해 상기 제 1 챔버 내에서 분리되고, 상기 연료 필터는 사용시에 연료와 물의 혼합물이 상기 제 2 입구를 통해 상기 제 1 챔버 내로 통과하고 필터링된 연료가 상기 제 2 출구를 통해 상기 제 1 챔버 외부로 통과하도록 배치되며, 상기 연료는 상기 제 2 액체를 포함하고, 물은 상기 제 1 액체를 포함하는, 연료 필터가 제공된다.
드레인 장치가 직립 위치 및 제 2 작동 모드에 있는 경우 그리고 연료가 물보다 낮은 밀도인 경우, 제 1 챔버 내에 존재하는 물은 보다 낮은 밸브를 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 내로 통과하도록 배치되고, 제 2 챔버 내에 존재하는 연료는 보다 높은 밸브를 통해 제 2 챔버로부터 제 1 챔버로 통과하도록 배치된다.
본 발명의 제 3 실시예에 의하면, 상술한 바와 같은 연료 필터를 포함하는 연료 공급 장치로서, 상기 제 2 출구로부터 상기 필터링된 연료를 수용하도록 배치된 펌프를 더 포함하며, 상기 펌프는 상기 연료를 가압하도록 배치되고, 상기 제 2 챔버로의 상기 제 1 입구는 상기 제 1 작동 모드에서 상기 펌프가 상기 가압된 연료를 상기 제 1 입구로 공급하도록 배치되도록 상기 펌프의 출구에 결합되는, 연료 필터가 제공된다.
제 2 챔버로부터의 제 1 출구는 제어 밸브에 결합됨으로써, 제 1 작동 모드에서 제 2 챔버 내에 존재하는 연료 또는 물이 제어 밸브의 제어에 의해 제 1 출구를 통해 선택적으로 해제되도록 배치되고, 제어 밸브는 수집 용기에 결합됨으로써, 제 2 챔버로부터의 연료 또는 물이 수집 용기 내에 수용되도록 배치된다.
본 발명의 제 4 실시예에 의하면, 상술한 바와 같은 액체 공급 장치를 포함하는 차량 엔진으로서, 상기 제 2 챔버로부터의 상기 제 1 출구는 탄화수소 투여 장치의 일부를 형성하는 제어 밸브에 결합됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에서 상기 제 2 챔버로부터의 연료 또는 물이 노즐을 통해 상기 제어 밸브의 제어에 의해 상기 배출구 내로 압력 하에서 선택적으로 해제될 수 있는, 차량 엔진이 제공된다.
상기 드레인 장치의 제 1 작동 모드는 가압된 연료가 상기 제 1 입구를 통해 엔진 연료 라인으로부터 상기 제 2 챔버로 공급되도록 주행하는 상기 엔진에 대응하고, 상기 드레인 장치의 상기 제 2 작동 모드는 상기 엔진 연료 라인 내의 압력이 감소하도록 스위치 오프되는 엔진에 대응할 수 있다.
상기 제 1 작동 모드에 있을 때 상기 제 2 챔버 내의 물의 초과분을 검출하고 제어 신호를 상기 제어 신호의 수신 시에 상기 탄화수소 투여 장치의 작동을 동작시키도록 배치되는 엔진 제어 유닛으로 통과시키도록 제 1 물 센서가 배치된다.
본 발명의 제 5 실시예에 의하면, 상술한 바와 같은 차량 엔진을 포함하는 차량으로서, 상기 제 1 작동 모드에 있을 때 상기 제 1 챔버 내의 물의 초과분을 검출하고 신호를 상기 제어 신호의 수신 시에 상기 엔진이 스위치 오프되어야 하는 것을 나타내는 차량의 조작자에게 경고 신호를 제공하도록 배치되는 엔진 제어 유닛으로 통과시키도록 제 2 물 센서가 배치되는, 차량이 제공된다.
유리하게는, 본 발명의 특정 실시예를 위해, 액체 드레인 장치와 액체 필터의 조합체는 이전의 필터보다 작게 제조될 수 있다. 필터가 차량 연료 공급 장치의 일부를 포함하는 경우, 필터와 드레인 장치는 솔레노이드 연료 드레인 밸브를 갖는 공지된 연료 필터보다 작을 수 있는데, 그 이유는 물 수집을 위해 접근을 필요로 하는 필터 케이싱의 외부 상에 연료 드레인 밸브를 위한 요건이 없기 때문이다. 또한, 이는 제 1 필터가 엔진 베이 내에 보다 많은 접근가능하지 못한 위치에 위치설정되게 한다.
물 처리를 위해 탄화수소(HC) 주입 시스템을 갖는 물 드레인 장치를 통합하면, 물을 별도로 수집하여 처리하는 것에 비해 보다 비용 효율적인 해결책을 제공한다. 특히, 제 1 필터 외부에 부수적인 물 수집 용기를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 제 6 실시예에 의하면, 제 1 액체를 드레인하는 방법으로서, 수집 용기의 제 1 챔버 내에 상기 제 1 액체를 수용하는 단계로서, 상기 수집 용기는 상기 제 1 챔버 아래의 제 2 챔버와, 제 1 밸브가 제 2 챔버보다 높도록 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치설정된 2개의 밸브를 가지며, 상기 밸브들은 상기 챔버들 사이에서의 액체를 통과시킬 수 있는 개방 구성과, 상기 챔버들 사이에서의 액체의 흐름을 구속하는 폐쇄 구성을 갖고, 상기 밸브들은 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버 내에서 제 1 소정량 이상만큼 초과하는 경우 상기 폐쇄 구성에 있도록 배치되는, 상기 제 1 액체 수용 단계; 제 1 작동 모드에서, 상기 밸브들이 상기 폐쇄 구성에 있도록 상기 제 2 챔버에 결합된 제 1 입구에 제 2 액체를 압력 하에서 공급하는 단계로서, 상기 제 2 액체는 상기 제 1 액체보다 밀도가 낮은, 상기 제 2 액체 공급 단계; 제 2 작동 모드에서, 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버에 대해 감소하도록 상기 제 1 입구에 상기 제 2 액체의 공급을 중지함으로써, 상기 제 1 액체가 보다 낮은 밸브를 통해 상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 통과하고 상기 제 2 액체가 보다 높은 밸브를 통해 상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버로 통과하도록 상기 밸브들을 상기 개방 구성으로 복귀시키는 단계; 및 상기 제 1 작동 모드에서, 제 1 출구에 결합된 제어 밸브를 제어함으로써 상기 제 1 출구를 통해 상기 제 2 챔버로부터 액체의 해제를 제어하는 단계;를 포함하는, 액체 드레인 방법이 제공된다.
상기 제 1 챔버는 제 2 입구와 제 2 출구를 갖는 밀봉식 챔버를 포함하며, 상기 제 2 입구와 상기 제 2 출구는 연료를 통과시키고 물의 통과를 방지하도록 배치된 필터 매체에 의해 상기 제 2 챔버 내에서 분리될 수 있다. 이에 따라, 상기 방법은 상기 제 2 입구를 통해 연료와 물의 혼합물을 상기 제 1 챔버 내에 공급하는 단계;를 더 포함하며, 상기 제 2 출구를 통해 상기 제 1 챔버 외부로 여과된 연료가 통과하고, 상기 연료는 상기 제 1 액체를 포함하고, 물은 상기 제 2 액체를 포함한다.
상기 제 2 출구를 통해 상기 제 1 챔버 외부로 통과하는 상기 연료는 펌프로 통과할 수 있다. 상기 방법은, 상기 제 1 작동 모드에서, 상기 펌프에서 상기 연료를 가압하는 단계; 및 가압된 연료를 상기 제 1 입구로 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 밸브는 차량 엔진 내의 탄화수소 주입 시스템(hydrocarbon dosing system)의 일부를 형성함으로써, 상기 제 1 작동 모드에 있는 경우에, 상기 제어 밸브의 제어에 의해 상기 제 2 챔버로부터 상기 배출부 내의 노즐로 액체를 선택적으로 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 작동 모드는 엔진 연료 라인으로부터 상기 제 2 챔버로 가압된 연료가 공급되도록 작동하는 차량 엔진에 대응할 수 있다. 상기 제 2 작동 모드는 상기 엔진 연료 라인 내의 압력이 감소하도록 스위치 오프되는 엔진에 대응할 수 있다.
상기 제 2 챔버 내의 물의 양이 소정량을 초과하는지의 여부를 검출하도록 제 1 물 센서가 배치됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에 있을 경우에, 상기 제 2 챔버 내의 물의 초과분을 상기 제 1 물 센서에서 검출하는 단계; 상기 제 1 물 센서로부터 엔진 제어 유닛으로 제어 신호를 통과시키는 단계; 및 상기 탄화수소 주입 시스템의 동작을 작동시키도록 상기 엔진 제어 유닛으로부터 상기 탄화수소 주입 시스템으로 제어 신호를 송신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 챔버 내의 물의 양이 소정량을 초과하는지의 여부를 검출하도록 제 2 물 센서가 배치됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에 있을 경우에, 상기 제 1 챔버 내의 물의 초과분을 상기 제 2 물 센서에서 검출하는 단계; 상기 제 2 물 센서로부터 엔진 제어 유닛으로 제어 신호를 통과시키는 단계; 및 상기 엔진 제어 유닛으로부터 차량 조작자에게 표시하는 차량 실내로 상기 엔진이 스위치 오프되어야 한다는 경고 신호를 송신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예, 특히 액체 드레인 장치를 제어하는 방법은 소프트웨어로 실시될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 상기한 실시예를 실시하기 위해 컴퓨터를 제어하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 이송하는 캐리어 매체가 제공될 수 있다. 변형적으로, 프로세서 판독가능한 지시를 저장하는 프로그램 메모리와, 상기 프로그램에 저장된 지시를 판독 및 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 컴퓨터 장치가 제공될 수 있다. 상기 프로그램 메모리에 저장된 프로세서 판독가능한 지시는 본 발명의 상기한 실시예를 실시하기 위해 상기 프로세서를 제어하는 지시를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 장치는 맞춤 생산된 하드웨어를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 방법을 실시하도록 배치된 상기 컴퓨터 장치는 종래의 맞춤 생산된 엔진 제어 유닛(ECU)의 일부를 형성할 수 있다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 예로서만 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 드레인 장치를 내장하는 제 1 필터를 구비한 차량 연료 장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 제 1 필터의 단면도,
도 3은 도 1의 연료 장치의 일부에 대한 작동 방법을 나타내는 흐름도.
본 발명의 실시예에 의하면, 연료 필터 내의 차량 연료 공급부로부터 분리된 물을 드레인하기 위해 상기 연료 공급부의 흡입측에서 작동하기에 적합한 물 드레인 장치가 제공된다. 드레인된 물은 별도로 저장되고, 연료 탱크로 복귀되거나 또는 HC 주입 시스템을 통해 처리되거나 혹은 독립형 솔레노이드를 통해 배출부 내로 주입될 수 있다. HC 주입 시스템은 디젤 미립자 필터(DPF)를 재생하도록 배출 온도를 상승시키기 위해 소량의 연료를 배출부에 주입한다.
유리하게, HC 주입 시스템을 통해 연료 공급부로부터 분리된 물을 처리하는 것은 물의 증발을 보장하여, 저장되어야 할 물에 대한 요건을 제거한다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 물 드레인 장치는 차량 조작자의 개입을 제거한다.
물 드레인 및 처리 공정은 엔진 제어 유닛(ECU)에 의해 자동으로 제어된다. 특히, 연료 필터 물 드레인 시스템 내에 물이 존재하는지의 여부를 검출하도록 하나 이상의 물 센서가 제공될 수 있다. 차량 조작자의 개입을 제거하면, 연료 공급부에 물이 재도입할 수 있는 가능성을 줄임으로써, 연료 시스템의 고장을 초래할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 물 드레인 장치를 구비하는 차량(예컨대, 디젤 트럭)용의 연료 시스템의 일부를 도시한다. 연료 시스템은 연료 탱크(2), 물 드레인 장치를 구비하는 필터 조립체(4), 메인 연료 펌프(6), 엔진 갤러리(8) 및 HC 주입 시스템(10)을 포함한다. 필터 조립체(4)는 제 1 연료 필터(12)와 제 2 연료 필터(14)를 구비한다. 제 1 필터(12)는 도 2와 관련하여 보다 상세하게 후술된다.
엔진이 작동하면, 연료는 프라이머 펌프(18)를 통해 제 1 연료 필터(12)로 통과하는 연료 공급 라인(16)을 따라 연료 탱크(2)로부터 통과한다. 프라이머 펌프(18)는 시스템이 비거나 또는 연료가 낮은 경우에만 작동한다. 프라이머 펌프는 엔진이 턴 온될 수 있기 전에 연료 시스템 내에서 디젤로 충진하는데 사용된다. 제 1 연료 필터(12) 내에서, 연료는 연료 내에 존재하는 임의의 물을 분리하고 오염물을 포획하는 여과 물질(20)을 통과한다. 특정 실시예에서, 여과 물질(20)은 30㎛ 초과의 직경을 갖는 입자를 분리한다. 그 다음, 여과된 연료는 메인 연료 펌프(6)에 의해 연료 공급 라인(22)을 따라 제 1 필터(12)로부터 유도되어, 연료를 가압하고 연료 공급 라인(24)을 따라 제 2 필터(14)로 가압된 연료를 공급한다. 제 2 연료 필터(14) 내에서, 연료는 미세한 미립자 오염물을 분리하도록 제 2 여과 물질(26)을 통과한다. 특정 실시예에서, 여과 물질은 2㎛ 초과의 직경을 갖는 입자를 분리한다.
가압 및 여과된 연료는 엔진 갤러리(8)로 주행하는 메인 연료 공급 라인(28)을 따라 제 2 연료 필터(14)로부터 나오며, 종래의 방식으로 연소된다. 더욱이, 메인 연료 공급 라인(28)의 지류는 제 1 필터(12)에 결합된 재순환 밸브(30)로 통과한다. 재순환 밸브(30)는 제 1 필터(12)로 복귀한 소량의 가압되고 가열된 연료를 통과시킴으로써, 제 1 필터(12) 내의 연료의 온도를 상승시키는데 조력하는 기능을 한다.
제 2 연료 필터(14)는, 에어 벤트 통로(34)를 따라 제 2 연료 필터(14) 내에 존재하는 임의의 공기를 연료 탱크(2)로 복귀시키는 에어 벤트 밸브(32)를 더 구비한다. 마찬가지로, 제 1 연료 필터(12)는, 제 1 연료 필터로부터 연료 공급 라인(22)으로 제 1 연료 필터(12) 내에 존재하는 임의의 공기를 배출시키는 에어 벤트 밸브(36)를 더 구비하며, 이는 에어 벤트 밸브(32)를 통해 처리된다. 엔진 갤러리(8)는, 엔진 갤러리(8) 내의 연료 압력을 유지하도록 기능하는 엔진 압력 조절 밸브(38)를 더 구비한다. 엔진 압력 조절 밸브(38)를 거쳐 엔진 갤러리(8)에서 배출하는 사용되지 않은 연료는 연료 공급 라인(22)으로 복귀되어, 메인 연료 펌프(6)로 다시 통과함으로써 연료 시스템 루프를 완료한다.
HC 주입 시스템(10)은 배출부 내의 탄화수소를 증가시키도록 디젤 엔진의 배기 스팀 내에 소량의 연료를 주입하는 일련의 솔레노이드 밸브(40, 42) 및 노즐(44)을 포함한다. 탄화수소는 DPF를 활성적으로 재생하도록 배기 온도를 상승시키는 디젤 산화 촉매를 통과함으로써, 배출부 내의 NOx 가스의 양을 감소시킨다. 연료는 연소 공정을 최적화하도록 노즐(44)을 통해 배출부 내로 분사된다. 주입 시스템(10)은 필터 조립체(4) 내에 통합될 수 있거나 또는 도 1에 도시한 바와 같이 별개로 제공될 수 있다.
HC 주입 시스템 내에서, 제 1 솔레노이드 밸브(40)는 주입 시스템(10)으로의 연료 공급을 차단하도록 기능한다. 종래의 엔진에서, 주입 시스템(10)으로의 연료 공급은 필터(6)를 거쳐 메인 연료 공급부로부터 유도된다. 변형적으로, 필터(46)는 물/연료 출구(96)의 일부일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 물과 연료는 보다 상세하게 후술하는 바와 같이 필터(46)를 거쳐 공급 파이프(48)를 따라 물 드레인 시스템으로부터 연료 차단 솔레노이드 밸브(40)로 공급된다. 제 2 솔레노이드 밸브(42)는 주입 밸브를 포함하며, 노즐(44)로 공급되는 소량의 연료를 제어하도록 엔진 제어 유닛(43)에 의해 제어된다. 작동 시의 주입 밸브(42)는 소량의 연료를 주기적으로 해제하는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는다. 엔진 제어 유닛(43)과 주입 시스템(10) 사이의 연결부는 명확성을 위해 도 1에 도시되지 않으며, 전적으로 종래의 것일 수 있다. 체크 밸브(54)는 연료 차단 밸브(40)와 주입 밸브(42) 사이에 제공되어, 연료 차단 밸브(40)로의 연료 공급부 내의 압력이 떨어지면 연료 또는 다른 유체가 배출부로부터 복귀할 수 없게 보장한다. 또한, 에어 퍼지 밸브(52)가 제공되어, 주입 시스템(10) 내에 존재하는 임의의 공기를 해제시키도록 체크 밸브(54)를 거쳐 주입 밸브(42)와 노즐(44) 사이에 결합되는 한편, 이러한 방식으로 주입 시스템(10)으로부터 임의의 연료가 배출되는 것을 방지한다. 또한, 압력 센서(56)는 주입 시스템(10) 내에 제공된다. 도 3과 관련하여 기술되는 바와 같이, HC 주입 시스템(10)의 작동 동안에, ECU(43)는 주입 시스템 내의 유체 압력을 측정하고, 주입 밸브(42)의 요구된 듀티 사이클을 결정하도록 노즐(44)로의 요구된 유량과 함께 이러한 양을 사용한다.
보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 제 1 연료 필터(12) 내의 연료 공급부로부터 분리된 물은 제 1 연료 필터(12)에 결합된 챔버 내에 수집되어, 메인 연료 라인(28)에 의해 가압된다. 챔버는 물과 연료의 혼합물을 수용한다. 물과 연료의 가압된 혼합물은 공급 라인(48)을 따라 주입 시스템(10)의 솔레노이드 연료 차단 밸브(40)에 연결된다. 연료를 연소하도록 주입 시스템(10)이 엔진 제어 유닛(43)에 의해 신호를 수신하면, 초기에 물은 연료 차단 밸브(40)와 주입 밸브(42)를 통과한다. 물이 통과하고 연료가 주입 밸브(42)를 통과하기 시작하면, 주입 시스템(10)은 다음 작동 사이클까지 연료 차단 밸브(40)가 폐쇄되기 전에 노즐(44)에 측정된 양의 연료를 제공한다. 주입 사이클이 잠시 동안에 수행되지 않아 제 1 연료 필터(12)에 결합된 챔버에 물이 검출되면, 챔버 내의 물 센서는 배출부 내에 연료를 주입하지 않고서 특정 양의 물만을 처리하도록 주입 시스템(10)을 작동시키기 위해 ECU에 신호를 송신할 수 있다. 주입 시스템의 이러한 제어는 엔진 제어 유닛(43)에 의해 수행된다.
도 2는 제 1 연료 필터(12)의 단면을 도시하며, 특히 본 발명의 물 드레인 시스템을 보다 상세하게 도시한다. 도시한 바와 같이, 연료는 연료 공급 라인(16)을 따라 제 1 필터(12)로 통과한다(도 2에 도시하지 않음). 제 1 필터(12)는 제 1 필터 헤드(70)와 보울(72)을 포함한다. 보울(72)은, 예컨대 나사 결합식 커플링에 의해 제 1 필터 헤드(70)에 연결되고, 2개의 부품이 밀봉식 컨테이너를 형성하도록 캐스킷(74)에 의해 밀봉된다. 이와 같이 형성된 밀봉식 컨테이너는 실질적으로 원통형이다. 보울(72)은 디바이더(80)에 의해 상측 챔버(76)와 하측 챔버(78)로 나뉜다. 디바이더(80)는 캐스킷(82)에 의해 보울(72)의 내부에 대해 밀봉되며, 보울(72)의 내부 상의 레지(84)에 대해 안착된다.
연료는, 예컨대 상부(70) 내의 입구(도 2에 도시하지 않음)를 통해 상측 챔버(76) 내로 통과하고, 여과 물질(20)을 통해 중앙 캐비티(86) 내로 통과한다. 그 다음, 여과된 연료는 상부의 제 1 필터 헤드(70) 내의 출구(도 2에 도시하지 않음)를 거쳐 중앙 캐비티(86)로부터 제 1 필터(12)로 배출한다. 연료는 메인 연료 펌프(6)에 의해 연료 공급 라인(22)을 따라 제 1 필터(12)로부터 유도된다. 여과 물질(20)은 물과 분리하여, 연료로부터 오염시키고, 분리된 물은 연료보다 밀도가 높기 때문에 상측 챔버(76)의 하부 내에 수집한다.
디바이더(80)는 상측 및 하측 챔버(76, 78)와 분리하며, 또한 [메인 펌프(6)의 하류에 있는] 연료 장치의 압력측으로부터 연료 장치[즉, 메인 펌프96)의 상류]의 흡입측과 분리한다. 연료 입구(88)는 하측 챔버(78)에 연결된다. 연료 입구(88)는 체크 밸브(90)를 거쳐 메인 연료 공급 라인(28)에 결합된다(도 1에 도시함). 엔진이 작동하고 있으면, 가압된 연료는 연료 입구(88)를 통해 하측 챔버(78)로 공급된다. 엔진이 정지하면, 입구(88)를 통한 연료 공급을 중단한다. 메인 연료 공급 라인(28) 내의 압력이 제 1 필터(12)의 하측 챔버(78) 내의 압력 보다 낮은 압력으로 감소하는 경우(예컨대, 엔진이 스위치 오프되는 경우)에, 체크 밸브(90)는 연료가 메인 연료 공급 라인(28)으로 복귀하는 것을 방지한다.
디바이더(80)는 제 1 및 제 2 체크 밸브(92, 94)를 내장한다. 엔진이 작동하고 있고 가압된 연료가 하측 챔버(78)에 공급되면, 하측 챔버(78) 내의 압력이 상측 챔버(76) 내의 압력을 초과한다. 체크 밸브(92, 94)는 볼 밸브를 포함하며, 볼은 상측으로 강제되어 가압된 연료 흐름을 상측 챔버(76) 내로 구속한다. 도 2는 체크 밸브(92, 94)를 구속 위치에 도시한다. 체크 밸브(92, 94)의 볼은 상승된 것으로 도시된다. 체크 밸브(92, 94)는 완전히 밀봉될 수 있거나, 또는 가압된 연료의 적은 부분이 상측 챔버(76) 내에 흐르게 하도록 배치될 수 있다. 가압된 연료가 가압됨에 따라 엔진이 작동하고 있는 경우에 가압된 연료가 적게 누설되게 하는 것이 바람직할 수 있다. 연료로부터의 누설은 제 1 필터(12)를 따뜻하게 하는 기능을 한다. 제 1 필터(12)를 따뜻하게 하는 것은, 특히 콜드 스타트 조건 동안에 연료가 연료 장치 내에서 매끄럽게 이동하는 것을 보장하는데 도움을 준다. 이와 같이 연료를 통한 누설이 제공되면, 종래의 재순환 밸브(30)를 제공할 필요가 없을 수 있다.
엔진이 정지하면, 입구(88)를 통한 가압된 연료의 공급이 중지된다. 하측 챔버(78) 내의 압력은 상측 챔버(76) 내의 압력에 대해 점차 감소할 것이다. 연료를 통한 소량의 누설을 허용하도록 체크 밸브(92, 94)가 배치되면, 상측 및 하측 챔버(86, 78) 내의 압력을 동일하게 하는 비율을 증가시킬 수 있다. 2개의 챔버(76, 78) 내의 압력이 실질적으로 동일하면, 체크 밸브(92, 94)는 개방한다. 엔진이 정지하고 체크 밸브(92, 94)가 개방되는 상황은 도 2에 도시하지 않는다. 디젤 및 휘발유 등의 연료보다 물이 밀도가 높기 때문에, 밸브(92, 94)가 개방되면, 상측 챔버(76)의 하부 내에 수집된 물은 밸브(92, 94)를 통해 하측 챔버(78) 내로 흐를 것이고, 반대방향으로 통과하는 연료에 의해 대체될 것이다.
체크 밸브(92, 94)는 서로 수직방향으로 오프셋된다. 이러한 오프셋은 보다 높은 밸브보다 하측 밸브(92) 위의 물의 보다 높은 압력 헤드가 있기 때문에 물과 연료의 흐름에 도움을 준다. 결과적으로, 물은 밸브(92)를 통해 하측 챔버(78) 내로 흐르는 것이 바람직할 것이며, 연료는 밸브(94)를 통해 물을 대체하도록 상측 챔버(76) 내로 흐르는 것이 바람직할 것이다.
각각의 체크 밸브(92, 94)는 볼과 밸브 시트 사이의 접촉 레벨에 형성된 연료 필터(12)를 통해 연장되는 종축 상에 효과적인 높이를 갖는다. 연료 필터가 정확하게 직립하게 위치설정되지 않으면, 필터의 종축을 따르는 각각의 밸브를 위한 효과적인 높이는 볼과 밸브 시트 사이의 접촉의 평균 높이로 고려될 수 있다. 필터(12)의 종축을 따라 측정된 2개의 밸브(92, 94)들 사이의 수직방향 오프셋, 필터의 종축에 직교하게 연장되는 평면에서 측정된 밸브의 중앙 지점들 사이의 거리, 및 밸브들의 중앙 지점들 사이에서 연장되는 라인의 구배 간의 관계는 수학적으로 정의될 수 있다. 수평방향 이격거리가 A이면, 수직방향 오프셋은 B이고, 밸브들의 중앙 지점들 사이에서 연장되는 라인의 구배는 α이며,
tanα=B/A
밸브(92, 94)를 보다 근접하게 위치설정하면, 밸브의 중앙 지점들 사이에서 연장되는 라인의 구배를 증가시킨다(즉, α가 보다 커진다). 마찬가지로, 밸브의 수직방향 오프셋을 증가시키면, 구배를 증가시킨다. 그러나, 연료 필터(12)가 정확하게 수직방향으로 위치설정되지 않으면, 밸브(9, 94)의 효과적인 수직방향 오프셋은 필터의 축을 따라 측정되는 수직방향 오프셋(B)으로부터 변경될 수 있다. 예를 들면, 차량이 슬로프 상에 위치설정되면, 밸브들 사이의 수직방향 오프셋은 변경될 수 있다.
또한, 필터(12)의 수직방향 축 둘레에서의 밸브(92, 94)의 배향은 차량이 온(on)으로 위치설정되는 슬로프에 의해 효과적인 수직방향 오프셋에 영향을 미치는 정도를 변경시킬 수 있다. 예를 들면, 차량의 운동방향에 수직하는 축을 따라 거리(B)만큼 밸브(92, 94)가 이격되면, 밸브의 효과적인 수직방향 오프셋은 도로의 캠버에 의해서만 영향을 받고, 차량의 이동방향에서의 도로의 경사에 영향을 받지 않는다. 일반적으로, 도로의 캠버는 도로의 최대 구배보다 낮은 구배를 이동방향으로 갖는다.
바람직하게, 구배(α)는 밸브들의 효과적인 수직방향 오프셋이 감소 또는 역전되기 쉽지 않기 때문에(45°보다 가파른 슬로브에 차량이 위치설정될 필요가 있기 때문에) 45°이상이다. 본 발명의 일 실시예에서, 밸브들은 9 mm의 수직방향 오프셋(B)을 갖고, 50 mm만큼 이격됨으로써(필터의 중앙선 둘레에 동일하게 이격되며, 필터는 110mm의 최대 직경을 가짐), 대략 10°의 구배(α)와 같다. 구배(α)를 45°로 증가시키면, 수직방향 오프셋(B)이 50mm로 증가될 필요가 있으므로, 필터 패키지의 사이즈를 증가시키기 때문에 실제적일 수 없다.
밸브들의 효과적인 수직방향 오프셋이 0(zero)으로 감소되면, 물은 하측 챔버 내의 연료를 대체할 수 없다. 그러나, 실제로, 밸브들의 효과적인 수직방향 오프셋, 수직방향 오프셋(B)은 정확하게 0으로 감소되기가 쉽지 않다. 구배(α)가 적으면, 가파른 슬로브 상에 차량을 위치설정하는 효과는 밸브들의 수직방향 오프셋을 역전시킬 수 있다. 결과적으로, 물과 연료가 각각의 챔버를 통해 흐를 수 있도록 밸브(92, 94)가 동일한 것이 바람직하다. 구배(α)는 밸브들이 서로 근접하게 위치설정될 수 있기 때문에[수평방향 이격거리(A)를 감소시킴] [중앙 연료 라인(88)의 양측부에 대향됨에 따라] 연료 필터의 일측부로 밸브(92, 94)를 위치설정함으로써 증가될 수 있다.
밸브를 통해 물과 연료의 흐름을 구속함에 따라, 밸브(92, 94)를 통한 개구는 물 인장 효과를 벗어나지 위해 충분히 넓은 것이 바람직하다.
엔진이 한동안 정지되어 있은 후에, 상측 챔버(76) 내에 초기에 존재한 물의 대부분은 하측 챔버(78)로 통과될 것이다. 엔진이 재시동되고, 입구(88)를 통해 하측 챔버(78)로 가압된 연료가 다시 통과되면, 체크 밸브(92, 94)는 폐쇄될 것이고, 물은 하측 챔버(78) 내에 가둬진다.
상술한 바와 같이, 제 1 필터(12)로부터의 물은 HC 주입 시스템(10)을 통해 처리될 것이다. 물 출구(96)는 하측 챔버(78)의 바닥부 근방으로 연장된다. HC 주입 시스템(10)이 작동하면, 물은 물 출구(96)를 통해 하측 챔버(78)로부터 유도되고, [입구(88)에 의해 공급된 가압된 연료에 의해 대체]될 것이다. 출구(96)가 하측 챔버(78)의 바닥부 근방으로 연장됨에 다라, 실질적으로 존재하는 모든 물은 출구(96)를 통해 (물의 상부에 부유하는) 연료가 흐르기 시작할 때까지 하측 챔버(78)의 바닥부 근방으로 연장된다. 출구(96)의 하단부는 임의의 미립자 오염물이 주입 시스템으로 통과되는 것을 방지하도록 필터에 의해 보호될 수 있다. HC 주입 시스템(10)은 물이 통과한 후에 배출부 내로 충분한 양의 연료가 분사될 때까지 [출구(96)에 결합된] 공급 라인(48)을 따라 공급되는 물/연료를 모니터링하도록 배치된다. 이러한 방식으로 배출부로 통과된 물은 증발된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 변형예에서, 하측 챔버(78)로부터 주입 시스템으로 물을 통과시키는 대신에, 물은 [가압된 입구(88)로부터의 압력 하에서] 출구(96)를 통해 연료 탱크(2) 또는 추후 처분을 위한 다른 수집 용기로 별도의 밸브의 제어 하에서 주기적으로 해제될 수 있다. 또한, 물은 종래의 솔레노이드 밸브를 통해 배출부 내로 해제될 수 있다.
상술한 바와 같이, HC 주입 시스템(10)은 엔진 제어 유닛(43)에 의해 제어되며, DPF를 재생하기 위해 주기적으로 사용되도록 배치된다. 제 1 필터(12) 내의 연료로부터 여과된 물의 양에 따라서, 제 1 필터(12)의 하측 챔버(78) 내의 물의 양을 수용가능한 한계값 내로 유지하기에 충분할 수 있다. 그러나, 과도한 양의 물이 하측 챔버(78) 내에 형성될 가능성이 있다. 따라서, 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에서, 물 드레인 시스템은 제 1 필터(12)를 통해 하측 챔버(78) 내로 연장되는 물 센서(98)를 더 포함한다. 물 센서(98)는 제 1 필터(12)를 통해 연료 입구(88)와 동일한 통로를 통과할 수 있다. 물 센서(98)는 하측 챔버(78)의 상부 근방으로 종결함으로써, 하측 챔버(78) 내의 수위가 하측 챔버(78)의 상부에 도달하고 있다면[즉, 하측 챔버(78)가 거의 물로 충진됨], 이는 물 센서(98) 및 엔진 제어 유닛(43)으로 통과된 제어 신호에 의해 검출될 것이다. 주입 시스템(10)의 하나 이상의 추가적인 작동 사이클은 하측 챔버(78) 내의 물의 양을 감소시키기 위해 초기화될 수 있다. 이와 같은 추가적인 작동 사이클을 위해, 주입 시스템의 연료 차단 밸브(40)는 DPF를 재생할 필요가 없다면 임의의 연료가 수용되기 시작하자마자 하측 챔버(78)로부터의 공급을 차단하도록 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 엔진이 스위치 오프되면, 상측 챔버(76)로부터 하측 챔버(78)로 물이 전달된다. 엔진이 상당 기간 동안에 스위치 오프되어 있지 않으면(또는 연료 공급부 내에 많은 양의 물이 있다면), 상측 챔버(76) 내의 물의 양은 연료의 여과를 방해하거나 또는 여과 매체(20)를 통과하여 연료 장치의 나머지 부분에 손상을 입힐 위험을 주는 레벨까지 형성할 수 있다. 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에서, 제 2 물 센서(100)는 상측 챔버(76) 내로 연장되며, 상측 챔버(76) 내의 높은 수위를 검출하도록 배치된다. 제 2 물 센서(100)는 제 1 물 센서(98)와 완전히 별개일 수 있거나, 또는 제 1 물 센서(98)와 연결될 수 있으며, (도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이) 제 1 물 센서(98)로부터 상측 챔버(76) 내에 떨어져서 브랜치를 형성한다. 상측 챔버(76) 내에 과잉의 수위가 존재하면, 제 2 물 센서(100)로부터 신호를 판독하는 엔진 제어 유닛(43)에 의해 검출된다. 가능한 처리방안으로서, 소정 기간 동안 엔진을 정지시켜서 하측 챔버(78) 내로 물이 드레인되게 하도록 차량 조작자에게 경고하는 경고 라이트를 차량 실내에 표시할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 물 드레인 시스템 및 HC 주입 시스템의 하나의 가능한 작동 방법에 대한 흐름도를 개략적으로 도시한다. HC 주입 시스템은 엔진 제어 유닛(43)(ECU)에 의해 제어된다. 주입 시스템의 동작은 배출부 내의 디젤 미립자 필터(DPF) 내의 수트(soot)의 양에 관한 종래의 변수에 따라서 ECU에 의해 작동될 수 있다. 변형적으로, 주입 시스템의 동작은, 물 드레인 시스템의 하측 챔버 내에 과잉의 물이 있음을 나타내는 물 센서로부터의 제어 신호에 응답하여 ECU에 의해 작동될 수 있다. 도 3은 주입 시스템을 제어하며, 상측 챔버 내에 과잉의 물이 있음을 물 센서가 나타낸다면 차량 실내로 경고 신호를 송신하도록 ECU를 배치하는 본 발명의 일 실시예를 도시한다.
흐름도는 과잉 레벨의 디젤 미립자가 배출부 내의 디젤 미립자 필터 내에 형성되었는지의 여부를 결합하는 단계(S0)에서 시작한다. 그 판단은 DPF로 공지된 바와 같은 종래의 압력 센서에 의해 ECU로 제공된 제어 신호에 근거한다. 과잉 미립자가 있다면, DPF를 재생하기 위해 배기가스의 온도를 상승시키도록 주입 시스템을 작동시킬 필요가 있음을 나타낸다. 그러면, 공정은 ECU가 주입 시스템으로 작동 신호를 송신하는 지점에서 단계(S1)로 통과한다.
단계(S2)에서, 흐름 제어 밸브는 (하측 챔버로 공급된 가압된 연료로부터의 압력 하에서) 물 드레인 시스템의 하측 챔버로부터 주입 시스템으로 물과 연료를 통과시키도록 개방된다. 공급된 물과 연료의 압력이 측정 및 기록된다. 단계(S3)에서, 주입 밸브가 개방되어, 압력이 계속 모니터링되어 ECU로 통과된다. 단계(S4)에서, ECU는 주입 밸브의 듀티 사이클을 제어함으로써, 모니터링된 압력에 근거하여 배출 노즐로의 물과 연료의 흐름이 소정 레벨로 설정된다.
단계(S5)에서, 주입 시스템으로 물이 통과되는지의 여부가 판단된다. 물이 연료보다 밀도가 높기 때문에, 물과 연료는 하측 챔버 내에서 분리된다. 하측 챔버로부터의 출구가 하측 챔버의 바닥부를 향하기 때문에, 물지 존재한다면, 주입 시스템에 임의의 연료가 공급되기 전에 일반적으로 주입 시스템으로 통과될 것이며, 이는 차량의 운동으로 인해 하측 챔버 내에 난류가 없는 경우이다. 물이 존재하면, 단계(S7)에서 연료가 배출부 내로 주입되어 연소되기 전에 노즐을 통해 배출부 내로 물이 주입된다. 존재하는 물이 없다면, 공정은 단계(S5) 내지 단계(S7)로 넘어간다.
단계(S8)에서, 디젤 미립자 필터 내의 미립자 레벨이 과잉으로 유지되는지에 대한 판단이 이루어진다. 그러면, 공정 흐름은 단계(S7)로 복귀한다. 그렇지 않으면, 단계(S9)에서 흐름 제어 밸브 및 주입 밸브가 폐쇄된다. 단계(S10)에서, 에어 퍼지 밸브는 단계(S11)에서 다시 폐쇄되기 전에 주입 시스템으로부터 공기를 제거하도록 개방된다. 단계(S11)로부터, 공정 흐름은 디젤 미립자 필터 내의 미립자 레벨의 또 다른 모니터링을 위해 단계(S0)로 복귀한다.
단계(S0)에서 디젤 미립자 필터 내의 과잉 레벨의 미립자가 없다고 판단되면, 공정은 단계(S12)로 통과하여 하측 챔버의 물 센서에 의해 ECU로 통과된느 제어 신호에 근거하여 하측 챔버 내의 과잉 레벨의 물이 있는지의 여부에 대한 판단이 이루어진다. 단계(S13)에서 드레인될 필요가 있는 하측 챔버 내에 물이 있다고 판단되면, ECU는 배출부가 공급되는 물을 증발시키기에 충분히 뜨거운지의 여부에 대한 판단을 한다. 배출부가 충분히 뜨겁지 않으면(예컨대, 엔진이 이제 막 스위치 온된 경우), ECU는 엔진이 가열될 때까지 단계(S14)에서 주입 시스템의 작동을 지체시킨다. 그와 반대로, 공정은 단계(S15)로 바로 통과한다.
단계(S15)에서, ECU는 흐름 제어 밸브 및 주입 밸브를 완전히 개방되게 한다. 하측 챔버 내의 압력 하에서의 물은 주입 시스템을 통해 입구 밖으로 그리고 증발되는 배출부 내로 노즐 밖으로 강제될 것이다. 단계(S16)에서, ECU는 하측 챔버 내에 과잉의 물이 있는지의 여부를 판단한다. 그러면, 공정은 단계(S15)로 복귀한다. 그렇지 않으면, 단계(S17)에서 흐름 제어 밸브 및 주입 밸브가 폐쇄된다. 그 다음, 공정은 주입 시스템으로부터의 공기를 퍼지하기 위해 단계(S10, S11)로 다시 통과한다.
단계(S12)에서 하측 챔버 내에 과잉 양의 물이 존재하지 않다고 판단하면, 공정은 단계(S18)로 통과하여, 상측 챔버의 물 센서에 의해 ECU로 통과된 신호에 근거하여 상측 챔버 내의 과잉 레벨의 물이 있는지의 여부에 관한 판단이 이루어진다. 상측 챔버 내에 과잉 레벨의 물이 있다고 판단되지 않으면, 공정은 단계(S0)로 복귀하여, ECU는 DPF 내의 미립자 레벨을 다시 한번 측정한다. 그러나, 단계(S19)에서 상측 챔버 내에 과잉의 물이 검출되면, ECU는 차량 실내로 경고 신호를 송신한다. 경고 신호를 받을 때 차량 조작자는, 차량 매뉴얼에 의해 판단되는 적절한 조치, 예컨대 단계(S20)에서 소정 기간 동안에 엔진을 스위치 오프하는 조치를 취해야 한다.
상술한 본 발명의 실시예는 물 드레인 시스템으로부터의 물을 HC 주입 시스템을 통해 처리하는 연료 장치에 관한 것이다. 그러나, 물이 임의의 다른 방식으로 처리될 수 있다. 더욱이, 물 드레인 시스템은 연료 공급 장치 내의 제 1 필터와 관련하여 기술되어 있다. 그러나, 물 드레인 시스템은 물이 연료와 분리되어 처리되어야 하는 연료 공급부의 임의의 다른 여과 단계에 적용가능할 수 있다.
또한, 본 발명은 연료로부터 물을 여과하는데 한정되지 않는다. 물은 임의의 다른 액체로부터 여과될 수 있으며, 하나의 요건은 체크 밸브가 개방되면 물이 상측 챔버로부터 하측 챔버로 흘러서 다른 유체에 의해 대체될 수 있도록다른 액체가 물보다 낮은 밀도를 가져야 한다.
상술한 물 드레인 시스템은 2개의 체크 밸브를 포함하며, 이는 연료의 복귀 흐름을 분리함으로써 엔진이 스위치 오프되면 물이 하측 챔버로 드레인할 수 있는 속도를 유리하게 증가시킨다. 그러나, 변형 실시예에서, 액체의 양방향 흐름을 허용하기에 충분한 사이즈의 단일 밸브만 있을 수 있다.
본 발명의 다른 수정 및 적용은 첨부한 특허청구범위의 범위로부터 벗어나지 않고서 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (19)

  1. 제 1 액체를 드레인하기 위한 드레인 장치에 있어서,
    상기 제 1 액체를 수용하도록 배치된 제 1 챔버와, 제 2 챔버를 갖는 수집 용기;
    상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치설정된 2개의 밸브로서, 상기 제 1 챔버가 상기 제 2 챔버 위에 있는 직립 위치에 드레인 장치가 있을 때 상기 밸브들은 보다 높은 밸브와 보다 낮은 밸브를 포함하도록 배치된, 상기 2개의 밸브; 및
    상기 제 2 챔버에 결합되어, 상기 제 2 챔버로부터 액체를 흐르게 하도록 배치된 제 1 출구;를 포함하며,
    상기 밸브들은 상기 챔버들 사이에서 액체를 통과시킬 수 있는 개방 구성과, 상기 챔버들 사이의 액체 흐름을 구속하는 폐쇄 구성을 가지며, 상기 밸브들은 상기 제 2 챔버 내의 압력이 제 1 소정량 이상만큼 상기 제 1 챔버 내의 압력을 초과할 때 상기 폐쇄 구성에 있도록 배치되고,
    제 1 작동 모드에 있을 때, 상기 제 2 챔버에 결합된 제 1 입구는 상기 제 1 챔버 내의 상기 제 1 액체보다 높은 압력에 있는 제 2 액체를 공급하도록 배치됨으로써, 상기 밸브들이 상기 폐쇄 구성에 있고,
    제 2 작동 모드에 있을 때, 상기 제 1 입구는 상기 제 2 액체의 공급을 중단하도록 배치됨으로써, 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버에 대해 감소되어 상기 밸브들이 상기 개방 구성으로 복귀하게 하는
    드레인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 밸브는 볼 체크 밸브를 포함하여, 드레인 장치가 상기 직립 위치에 있을 때 볼들이 상기 제 1 및 제 2 액체 내에서 중력 하에서 낙하하도록 가압됨으로써, 상기 밸브들이 상기 개방 구성에 있는 것을 특징으로 하는
    드레인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폐쇄 구성에 있을 때, 각각의 밸브는 가압된 제 2 액체 중 적어도 일부가 상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버로 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    드레인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 출구는 드레인 장치가 상기 직립 위치에 있을 때 그리고 드레인 장치가 상기 제 1 작동 모드에 있을 때 상기 제 2 챔버의 바닥부로부터의 액체가 상기 제 1 출구를 통해 배출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    드레인 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 드레인 장치를 포함하는 연료 필터에 있어서,
    상기 제 1 챔버는 제 2 입구와 제 2 출구를 갖는 밀봉 챔버를 포함하고,
    상기 제 2 입구와 상기 제 2 출구는 연료를 통과시키고 물의 통과를 방지하도록 배치된 필터 매체에 의해 상기 제 1 챔버 내에서 분리되고,
    상기 연료 필터는 사용시에 연료와 물의 혼합물이 상기 제 2 입구를 통해 상기 제 1 챔버 내로 통과하고 필터링된 연료가 상기 제 2 출구를 통해 상기 제 1 챔버 외부로 통과하도록 배치되며,
    상기 연료는 상기 제 2 액체를 포함하고, 물은 상기 제 1 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 드레인 장치가 상기 직립 위치 및 상기 제 2 작동 모드에 있을 때 그리고 상기 연료가 물보다 밀도가 낮을 때, 상기 제 1 챔버 내에 존재하는 물은 상기 보다 낮은 밸브를 통해 상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버 내로 통과하도록 배치되고, 상기 제 2 챔버 내에 존재하는 연료는 상기 보다 높은 밸브를 통해 상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버로 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    연료 필터.
  7. 제6항에 따른 연료 필터를 포함하는 연료 공급 장치에 있어서,
    상기 제 2 출구로부터 상기 필터링된 연료를 수용하도록 배치된 펌프를 더 포함하며, 상기 펌프는 상기 연료를 가압하도록 배치되고, 상기 제 2 챔버로의 상기 제 1 입구는 상기 제 1 작동 모드에서 상기 펌프가 상기 가압된 연료를 상기 제 1 입구로 공급하도록 배치되도록 상기 펌프의 출구에 결합되는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제 2 챔버로부터의 상기 제 1 출구는 제어 밸브에 결합됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에서 상기 제 2 챔버 내에 존재하는 연료 또는 물이 상기 제어 밸브의 제어에 의해 상기 제 1 출구를 통해 선택적으로 해제되도록 배치되고,
    상기 제어 밸브는 수집 용기에 결합됨으로써, 상기 제 2 챔버로부터의 연료 또는 물이 상기 수집 용기 내에 수용되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 장치.
  9. 제5항에 따른 액체 공급 장치를 포함하는 차량 엔진에 있어서,
    상기 제 2 챔버로부터의 상기 제 1 출구는 탄화수소 투여 장치의 일부를 형성하는 제어 밸브에 결합됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에서 상기 제 2 챔버로부터의 연료 또는 물이 노즐을 통해 상기 제어 밸브의 제어에 의해 상기 배출구 내로 압력 하에서 선택적으로 해제될 수 있는 것을 특징으로 하는
    차량 엔진.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 드레인 장치의 제 1 작동 모드는 가압된 연료가 상기 제 1 입구를 통해 엔진 연료 라인으로부터 상기 제 2 챔버로 공급되도록 주행하는 상기 엔진에 대응하고,
    상기 엔진에 대응하는 상기 드레인 장치의 상기 제 2 작동 모드는 상기 엔진 연료 라인 내의 압력이 감소하도록 스위치 오프되는 것을 특징으로 하는
    차량 엔진.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제 1 작동 모드에 있을 때 상기 제 2 챔버 내의 물의 초과분을 검출하고 제어 신호를 상기 제어 신호의 수신 시에 상기 탄화수소 투여 장치의 작동을 동작시키도록 배치되는 엔진 제어 유닛으로 통과시키도록 제 1 물 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는
    차량 엔진.
  12. 제9항 또는 제10항에 따른 차량 엔진을 포함하는 차량에 있어서,
    상기 제 1 작동 모드에 있을 때 상기 제 1 챔버 내의 물의 초과분을 검출하고 신호를 상기 제어 신호의 수신 시에 상기 엔진이 스위치 오프되어야 하는 것을 나타내는 차량의 조작자에게 경고 신호를 제공하도록 배치되는 엔진 제어 유닛으로 통과시키도록 제 2 물 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는
    차량.
  13. 제 1 액체를 드레인하는 방법에 있어서,
    수집 용기의 제 1 챔버 내에 상기 제 1 액체를 수용하는 단계로서, 상기 수집 용기는 상기 제 1 챔버 아래의 제 2 챔버와, 제 1 밸브가 제 2 챔버보다 높도록 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치설정된 2개의 밸브들을 가지며, 상기 밸브들은 상기 챔버들 사이에서의 액체를 통과시킬 수 있는 개방 구성과, 상기 챔버들 사이에서의 액체의 흐름을 구속하는 폐쇄 구성을 갖고, 상기 밸브들은 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버 내에서 제 1 소정량 이상만큼 초과하는 경우 상기 폐쇄 구성에 있도록 배치되는, 상기 제 1 액체 수용 단계;
    제 1 작동 모드에서, 상기 밸브들이 상기 폐쇄 구성에 있도록 상기 제 2 챔버에 결합된 제 1 입구에 제 2 액체를 압력 하에서 공급하는 단계로서, 상기 제 2 액체는 상기 제 1 액체보다 밀도가 낮은, 상기 제 2 액체 공급 단계;
    제 2 작동 모드에서, 상기 제 2 챔버 내의 압력이 상기 제 1 챔버에 대해 감소하도록 상기 제 1 입구에 상기 제 2 액체의 공급을 중지함으로써, 상기 제 1 액체가 보다 낮은 밸브를 통해 상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 통과하고 상기 제 2 액체가 보다 높은 밸브를 통해 상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버로 통과하도록 상기 밸브들을 상기 개방 구성으로 복귀시키는 단계; 및
    상기 제 1 작동 모드에서, 제 1 출구에 결합된 제어 밸브를 제어함으로써 상기 제 1 출구를 통해 상기 제 2 챔버로부터 액체의 해제를 제어하는 단계;를 포함하는 액체 드레인 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제 1 챔버는 제 2 입구와 제 2 출구를 갖는 밀봉식 챔버를 포함하며, 상기 제 2 입구와 상기 제 2 출구는 연료를 통과시키고 물의 통과를 방지하도록 배치된 필터 매체에 의해 상기 제 2 챔버 내에서 분리되며,
    상기 제 2 입구를 통해 연료와 물의 혼합물을 상기 제 1 챔버 내에 공급하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제 2 출구를 통해 상기 제 1 챔버 외부로 여과된 연료가 통과하고,
    상기 연료는 상기 제 1 액체를 포함하고, 물은 상기 제 2 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 드레인 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 출구를 통해 상기 제 1 챔버 외부로 통과하는 상기 연료는 펌프로 통과하고,
    상기 제 1 작동 모드에서, 상기 펌프에서 상기 연료를 가압하는 단계; 및
    가압된 연료를 상기 제 1 입구로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 드레인 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 밸브는 차량 엔진 내의 탄화수소 주입 시스템(hydrocarbon dosing system)의 일부를 형성함으로써,
    상기 제 1 작동 모드에 있는 경우에, 상기 제어 밸브의 제어에 의해 상기 제 2 챔버로부터 상기 배출부 내의 노즐로 액체를 선택적으로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 드레인 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제 1 작동 모드는 엔진 연료 라인으로부터 상기 제 2 챔버로 가압된 연료가 공급되도록 작동하는 차량 엔진에 대응하고,
    상기 제 2 작동 모드는 상기 엔진 연료 라인 내의 압력이 감소하도록 스위치 오프되는 것을 특징으로 하는 액체 드레인 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제 2 챔버 내의 물의 양이 소정량을 초과하는지의 여부를 검출하도록 제 1 물 센서가 배치됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에 있을 경우에,
    상기 제 2 챔버 내의 물의 초과분을 상기 제 1 물 센서에서 검출하는 단계;
    상기 제 1 물 센서로부터 엔진 제어 유닛으로 제어 신호를 통과시키는 단계; 및
    상기 탄화수소 주입 시스템의 동작을 작동시키도록 상기 엔진 제어 유닛으로부터 상기 탄화수소 주입 시스템으로 제어 신호를 송신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 드레인 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 내의 물의 양이 소정량을 초과하는지의 여부를 검출하도록 제 2 물 센서가 배치됨으로써, 상기 제 1 작동 모드에 있을 경우에,
    상기 제 1 챔버 내의 물의 초과분을 상기 제 2 물 센서에서 검출하는 단계;
    상기 제 2 물 센서로부터 엔진 제어 유닛으로 제어 신호를 통과시키는 단계; 및
    상기 엔진 제어 유닛으로부터 차량 조작자에게 표시하는 차량 실내로 상기 엔진이 스위치 오프되어야 한다는 경고 신호를 송신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 드레인 방법.
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