KR20120092606A - 활성탄 필터의 플러싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관(1)의 탱크 환기 시스템의 활성탄 필터(6)의 플러싱 방법에 관한 것이다. 탱크 환기 시스템은 연료 탱크(2)와 활성탄 필터(6)를 포함하며, 상기 활성탄 필터에는 탱크 차단 밸브(TAV)(12), 탱크 환기 밸브(TEV)(9) 및 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)가 할당된다. 활성탄 필터(6)의 플러싱을 위해, 탱크 차단 밸브(TAV)(12)가 폐쇄되고, 탱크 환기 밸브(TEV)(9)는 개방되며, 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)는 폐쇄된다. 후속해서, AAV(10)는 바람직하게 클록 방식으로 폐쇄되도록 구동된다.

Description

활성탄 필터의 플러싱 방법{METHOD FOR FLUSHING AN ACTIVATED CARBON FILTER}
본 발명은 제1항의 전제부에 따라, 내연기관의 탱크 환기 시스템의 활성탄 필터의 플러싱 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
자동차 연료 탱크에서는 연료 증발이 발생한다. 최신 자동차들의 경우, 이러한 휘발성 탄화수소가 탱크로부터 배출되는 것을 방지하기 위해, 연료 증발을 저지하기 위한 장치들이 제공된다. 이를 위해 통상적으로 활성탄 필터가 제공된다. 상기 활성탄 필터로는 연료 탱크의 환기 라인이 이어진다. 활성탄은 연료 증기 또는 휘발성 탄화수소를 흡착한다. 상기 활성탄 필터로부터 엔진 또는 내연기관의 흡입관으로 추가의 라인이 안내된다. 상기 라인 내에 탱크 환기 밸브(TEV)가 배치된다. 활성탄 필터의 재생 또는 플러싱을 위해 탱크 환기 밸브가 개방되므로, 활성탄 필터와 흡입관 사이는 유체식으로 연결된다. 활성탄 필터의 환기구 또는 환기 라인은 주변 공기와 접촉한다. 탱크 환기 밸브가 개방되고 엔진이 작동중인 경우, 흡입관 내에 부압이 존재함으로써 환기 라인을 거쳐 신선한 공기가 활성탄을 통해 흡입된다. 신선한 공기는 흡착된 연료를 플러싱 흐름 내에 수용해서 엔진의 연소 시에 이를 제공한다. 활성탄이 규칙적으로 플러싱되거나 재생됨으로써, 활성탄 필터는 새로이 증발되는 연료에 대해 수용 가능하게 유지한다.
전체 탱크 시스템의 밀봉성 검사가 가능하도록, 활성탄 필터의 환기 출구에 종종 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)가 제공된다. 밀봉성 검사를 위해, AAV가 폐쇄되고 TEV는 개방된다. 흡입관 내에 존재하는 부압에 의해, 전체 탱크 시스템 내에 부압이 형성되며 이러한 부압은 연료 탱크 내에 설치된 차압 센서에 의해 측정될 수 있다. 부압이 특정 임계값에 도달하면, TEV는 폐쇄된다. 이러한 부압은 탱크 시스템에서 요구되는 밀봉성이 주어지는 한, AAV가 폐쇄되고 TEV가 개방된 경우 유지된다.
활성탄 필터는 제한된 수용 용량만을 갖는다. 활성탄 필터의 수용 용량 또는 저장 성능이 소진되면, 연료는 활성탄 필터로부터 액적 형태로 떨어진다. 이러한 문제는 특히 엔진이 정지할 경우에, 예컨대, 하이브리드 구동 장치를 구비한 차량에서 전기 작동중 내연기관 또는 엔진이 스위치 오프되는 경우에 발생한다.
따라서 본 발명의 과제는 활성탄 필터의 최대 수용 용량이 제공되도록 활성탄 필터의 플러싱 및 재생을 개선하는 것이다.
상기 과제는 제1항에 설명된 바와 같이, 탱크 환기 시스템의 활성탄 필터의 플러싱 방법에 의해 해결된다. 상기 방법의 바람직한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 방법은 연료 탱크를 구비한 내연기관의 탱크 환기 시스템의 활성탄 필터의 플러싱에 사용된다. 활성탄 필터에는 탱크 차단 밸브(TAV), 탱크 환기 밸브(TEV) 및 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)가 할당된다. 본 발명에 따르면, 매우 큰 부압이 활성탄 필터에 인가됨으로써 활성탄 필터의 매우 집중적인 신속한 플러싱이 달성된다. 활성탄 필터 내에 부압을 형성하기 위해, TEV가 개방되며 AAV는 폐쇄된다. 매우 낮은 압력이 탱크에 전달되지 않고 탱크에서 연료의 흡입이 야기될 수도 있도록, 바람직하게 TAV가 폐쇄된다. 부압이 형성된 이후, 부압 유지 및 집중적인 플러싱을 위해 AAV는 클록 방식으로 폐쇄되도록 구동될 수 있다. 바람직하게 TEV는, 사전 설정 가능한 연료 비율이 플러싱 흐름 내에 형성될 때까지 부압 형성을 위해 램프 형태로 개방된다. 후속해서 AAV는, 사전 설정 가능한 부압 및/또는 활성탄 필터로부터의 사전 설정 가능한 가스 방출이 형성될 때까지 램프 형태로 폐쇄될 수 있다. 밸브는 바람직하게 람다 조절 장치의 고려 하에 제어될 수 있으며, 상기 람다 조절 장치에 의해 플러싱 흐름 내의 질량 흐름 또는 연료 비율이 측정될 수 있다. 활성탄 필터 내의 압력을 측정하기 위해, 상응하는 압력 센서들이 제공될 수 있다.
상기 활성탄은 본 발명에 따른 방법에서 형성될 수 있는 활성탄 필터 내의 매우 낮은 압력에 의해, 저장된 연료 증기 또는 흡착된 탄화수소를 종래의 활성탄 필터의 플러싱에서보다 훨씬 더 효율적이고 신속하게 배출한다. 이로써, 하이브리드 구동 장치를 구비한 차량의 경우 예컨대 내연기관의 정지 단계에서 요구되는 활성탄 필터의 최대 저장 성능이 본 발명에 따른 방법에 의해 매우 신속하게 다시 제공될 수 있다.
상기 플러싱은 AAV가 다시 개방되어 부압이 감소함으로써 종료될 수 있다. 예를 들어, AAV는 예컨대 람다 조절 장치에 의해 측정 가능한 플러싱 흐름 내의 연료 비율이 사전 설정 가능한 임계값 미만으로 감소할 때 개방될 수 있다.
또한, 집중적인 플러싱은 TAV가 개방됨으로써 종료될 수 있다. 예컨대, TAV는 연료 탱크에서의 압력이 사전 설정 가능한 임계값을 초과할 때 즉, 연료 증기가 증가할 때 개방될 수 있다. TAV가 개방됨으로써 연료 증기가 활성탄 필터에 도달하며 활성탄 필터에서 포집되거나 흡착된다.
바람직하게 플러싱 및, 특히 본 발명의 방법에 따른 집중적인 플러싱은 내연기관의 사전 설정 가능한 작동 단계, 특히 부분 부하 작동 시 실행된다. 부분 부하 작동 시 플러싱이 실행됨으로써 원활한 엔진 작동과, 본 발명에 따른 방법을 실행하기에 충분한 압력 강하가 보장된다. 본 발명에 따른 방법은 사전 설정 가능한 시간 간격 내에 또는 요구에 따라 실행될 수 있다. 이러한 요구는 예컨대 활성탄 필터의 충전 레벨에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 활성탄 필터의 재생은 종래의 플러싱 방법과 비교해서 훨씬 양호하게 제어될 수 있다. 플러싱 흐름 내의 탄화수소 농도가 낮을 경우, 활성탄에 남아 있는 탄화수소는 인가된 부압에 의해 훨씬 신속하게 방출될 수 있다. 그러나 플러싱 흐름 내의 탄화수소 농도가 높을 경우 부압은 장애가 될 수 있다. 특히 공회전 시 플러싱 흐름 내의 연료 비율이 매우 높은 경우 원활하지 못한 작동이 초래될 수 있는데, 이는 탄화수소 증기가 실린더에 불균일하게 분포될 수 있기 때문이다. 이는, 플러싱 흐름 내의 탄화수소 함량이 예컨대 람다 조절 장치에 의해 측정되고 TEV가 상응하게 구동됨으로써 본 발명에 따라 고려된다. 따라서 플러싱 흐름 내의 탄화수소 농도가 증가할 경우, TEV는 덜 개방된다. 그러나, 유량이 매우 적은 경우 TEV의 작동이 부정확하기 때문에, 이러한 경우에는 바람직하게 부압이 인가되지 않는데 즉, AAV는 폐쇄되지 않는다.
또한 본 발명은, 연산 장치 또는 제어 장치에서 실행될 때 설명한 방법의 모든 단계들을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 마지막으로 본 발명은 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하며, 상기 프로그램 코드는 컴퓨터 또는 제어 장치에서 프로그램이 실행될 때 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 기계 판독 가능한 매체에 저장된다. 본 발명에 따른 방법은 추가의 부품들이 내장되지 않아도, 예컨대 기존의 차량에서 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 추가의 특징들과 장점들은, 도면 설명과 연관된 실시예들의 이하의 상세한 설명에 제시되어 있다. 이 경우, 다양한 특징들은 각각 단독으로 또는 상호간의 조합 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 내연기관의 탱크 환기 시스템의 개략도이다.
도 1에는 내연기관(1)의 탱크 환기 시스템 또는 탱크 환기 장치가 도시되어 있다. 연료 탱크(2)에는 증발에 의해 부분적으로 기체 상으로 전환되는 액체 연료가 저장되어 있다. 연료 탱크(2)로부터 액체 연료를 빼내기 위해 추출 라인(3)이 제공되며, 연료는 상기 추출 라인을 통해 공지된 방식으로 내연기관(1)의 흡입관(4)에 제공된다(미도시). 연료 탱크(2) 내에 형성되는 연료 증기는 환기관(5)을 통해 활성탄 필터(6)에 제공된다. 휘발성 탄화수소는 필터(6) 내부에서 활성탄에 흡착된다. 활성탄 필터(6)는 환기 라인(7)에 의해 주변 공기와 연결된다. 추가의 라인(8)은 활성탄 필터(6)를 흡입관(4)에 연결한다. 상기 라인(8)에는 탱크 환기 밸브(TEV)(9)가 제공된다. 활성탄 필터(6)의 통상적인 플러싱의 경우, TEV(9)는 엔진 작동중에 개방된다. 이로써 흡입관 내의 부압에 의해 환기 라인(7)을 거쳐 신선한 공기가 활성탄 필터(6)를 통해 흡입된다. 신선한 공기는 활성탄에 흡착된 탄화수소를 수용해서, 이를 내연기관(1) 내부의 연소를 위해 라인(8)을 거쳐 흡입관(4)에 제공한다.
환기 라인(7)에는 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)가 제공된다. 상기 AAV(10)는 연료 탱크(2) 내의 차압 센서(11)와 함께, 탱크 환기 시스템의 밀봉성을 종래의 방식으로 검사하는 데 사용된다. 상기 부품들은 활성탄 필터(6)가 집중적으로 플러싱되도록, 환기관(5) 내의 추가의 밸브들 및 탱크 차단 밸브(TAV)(12)와 함께 본 발명에 따른 방법에 사용된다. 바람직하게, 본 발명에 따른 집중적인 플러싱은 많은 양의 연료 증기가 제공되어도 내연 기관의 작동이 방해를 받지 않는 그러한 내연기관(1)의 작동 단계(예컨대 부분 부하 작동 시)에서 실행된다. 플러싱 시작을 위해, 먼저 TEV(9)가 램프 형태로 개방된다. AAV(10)는 램프 형태로 폐쇄되므로, 활성탄 필터(6) 내에는 낮은 압력이 형성된다. TAV(12)는 활성탄 필터(6) 내의 매우 낮은 압력이 연료 탱크(2)까지 전달되지 않도록 폐쇄된다. 활성탄 필터(6) 내의 낮은 압력이 유지되도록, 집중적인 플러싱을 위해 AAV(10)가 클록 방식으로 구동된다.
부압은 이하의 단계에 의해 형성될 수 있다.
시작 이후, 작동 준비된 람다 조절 장치에서는 플러싱율(ratetes)이 0에서부터 램프 형태로 상승한다.
ratetes_new = ratetes_old + delta
TEV(9)를 통해 흐르는 플러싱 흐름(mstev)은 하기의 식에 따라 계산된다.
Figure pct00001
이때, msdk는 내연기관의 스로틀 밸브를 통해 흐르는 질량 흐름을 나타내며, 상기 질량 흐름은 예컨대 열막형 공기 유량계에 의해 측정될 수 있다.
하기의 식에 따라, 플러싱 흐름으로부터 구동 펄스 점유율(tatesoll)이 계산된다.
tatesoll = 역(inverse) 밸브 특성곡선(플러싱 흐름)
하기의 식에 따라, 람다 조절 장치(fr)의 보정 계수로부터 플러싱 흐름 내의 연료 비율(fucote)이 계산될 수 있다.
Figure pct00002
전체 연료에 대한 플러싱 흐름의 최대 연료 비율이 사전 설정 가능한 또는 허용된 한계에 도달하면, 플러싱율이 유지되는데 즉, TEV(9)가 더 많이 개방되지는 않는다. 허용된 한계에 아직 도달하지 않은 한, TEV(9)가 더 많이 개방된다. TAV(12)가 폐쇄된 경우 AAV(10)가 램프 형태로 폐쇄됨으로써, 후속해서 활성탄 필터(6)의 집중적인 플러싱이 실행되는데, 이는 AAV(10)가 램프 형태로 폐쇄됨으로써 활성탄 필터(6) 내의 압력이 추가로 강하하기 때문이다. 이로써 활성탄 필터(6) 내에서 흡착된 탄화수소가 점점 더 많이 방출된다. 사전 설정 가능한 또는 최대의 부압이 활성탄 필터(6) 내에 형성되는 즉시 또는, 연료가 가스를 최대로 방출할 때까지 AAV(10)의 램프형 폐쇄가 유지된다. AAV(10)가 클록 방식으로 구동됨으로써 집중적인 플러싱이 계속될 수 있다. 플러싱 흐름 내의 계산된 연료 비율이 사전 설정 가능한 임계값 미만으로 감소하면, 집중적인 플러싱은 AAV(10)가 개방됨으로써 종료될 수 있다. 활성탄 필터(6) 내의 압력을 측정하기 위해, 상응하는 압력 측정 수단이 제공될 수 있다.
TAV(12)의 개방은 탱크(2) 내에 존재하는 압력에 의해 제어될 수 있다. 플러싱 과정 동안 연료 증기에 의해 연료 탱크(2)에 가해진 압력이 사전 설정 가능한 임계값을 초과하면 TAV(12)가 개방될 수 있으므로, 연료 증기가 활성탄 필터(6)에 도달하며 집중적인 플러싱은 종료된다. 다음 번[즉, 활성탄 필터(6) 내의 압력이 다시 강하한 이후]에, 설명한 방식으로 플러싱이 다시 실행될 수 있다. 탱크(2)에서 압력 임계값에 도달되지 않으면, TAV(12)는 폐쇄 상태로 유지되며 추가의 플러싱이 요구되지 않는데, 이는 이미 플러싱된 활성탄 필터(6)로 연료 증기가 도달하지 못하기 때문이다. 연료 탱크 내의 압력 측정은 바람직하게 차압 센서(11)에 의해 실행된다.
설명한 방식으로 실행되는 활성탄 필터(6)의 플러싱은 규칙적인 간격으로, 예컨대 사전 설정된 시간에 그리고/또는 엔진(1)의 사전 설정된 작동 단계에서 실행될 수 있다. 다른 실시예에서 또는, 이에 대해 추가적으로, 예컨대 활성탄 필터(6)의 충전 레벨에 기초하여 산출되는 요구가 있을 경우 설명한 플러싱이 실행될 수 있다.
활성탄 필터(6)의 본 발명에 따른 집중적인 플러싱은 바람직하게 플러싱 흐름 내의 연료 농도가 낮을 경우에 실행된다. 플러싱 흐름 내의 연료 농도가 높을 경우 인가된 부압이 장애를 일으킬 수도 있는데, 이는 특히 공회전 시 플러싱 흐름 내의 연료 비율이 높음으로써 원활하지 못한 작동이 초래될 수 있기 때문이다.
활성탄 필터의 플러싱을 위한 본 발명에 따른 방법은 특히 활성탄 필터의 최대 저장 성능이 요구되는 적용예에 적합하다. 특히 이는 (예컨대, 시작/정지 시스템 또는 하이브리드 구동 장치를 구비한 차량에서) 내연기관이 부분적으로 스위치 오프되는 적용예들이다. 내연기관의 정지 시간 중, 생성되는 연료 증기는 활성탄 필터 내에 안내된다. 활성탄의 수용 용량이 소진되는 즉시, 활성탄 필터로부터 연료가 액적 형태로 떨어진다. 본 발명에 따른 활성탄 필터의 집중적인 플러싱에 의해 활성탄 필터의 저장 성능이 최적으로 활용되며, 이 경우 기존의 밸브들과 라인들이 이용될 수 있다. 바람직하게 본 발명에 따른 방법은 예컨대 자동차의 제어 장치 내에서 컴퓨터 프로그램으로서 실행될 수 있다. 종종, 본 발명에 따른 방법의 실행에 필요한 장치 부품들(특히, 다양한 밸브들)이 자동차 내에 이미 존재하기 때문에, 자동차의 경우 예컨대 엔진 제어 장치에서 상응하는 컴퓨터 프로그램이 실행됨으로써 본 발명에 따른 방법이 어려움 없이 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 연료 탱크(2)를 구비한 내연기관(1)의 탱크 환기 시스템의 활성탄 필터(6)를 플러싱하기 위한 방법이며, 상기 활성탄 필터(6)에는 탱크 차단 밸브(TAV)(12), 탱크 환기 밸브(TEV)(9) 및 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)가 할당되는, 활성탄 필터의 플러싱 방법에 있어서,
    활성탄 필터(6)의 플러싱을 위해, 탱크 차단 밸브(TAV)(12)가 폐쇄되고, 탱크 환기 밸브(TEV)(9)는 개방되며, 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 활성탄 필터의 플러싱 방법.
  2. 제1항에 있어서, 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)가 개방된 경우, 사전 설정 가능한 부압 및/또는 활성탄 필터(6)로부터의 사전 설정 가능한 가스 방출이 형성될 때까지 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)가 램프 형태로 폐쇄되기 전에, 사전 설정 가능한 연료 비율이 플러싱 흐름 내에 형성될 때까지, 먼저 탱크 환기 밸브(TEV)(9)가 부압 형성을 위해 램프 형태로 개방되는 것을 특징으로 하는, 활성탄 필터의 플러싱 방법.
  3. 제2항에 있어서, 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)는 부압이 형성된 이후 클록 방식으로 폐쇄되도록 구동되는 것을 특징으로 하는, 활성탄 필터의 플러싱 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 활성탄 필터 차단 밸브(AAV)(10)가 개방됨으로써 플러싱이 종료되는 것을 특징으로 하는, 활성탄 필터의 플러싱 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플러싱은 내연기관(1)의 사전 설정 가능한 작동 단계, 특히 부분 부하 작동 시에 실행되는 것을 특징으로 하는, 활성탄 필터의 플러싱 방법.
  6. 연산 장치 또는 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계들을 실행하는 컴퓨터 프로그램.
  7. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위해 기계 판독 가능한 매체에 저장되는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품.
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