KR20140040080A - 탱크 세정이 개선된 내연 기관 - Google Patents

탱크 세정이 개선된 내연 기관 Download PDF

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필리프 그라스
만프레드 바이글
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

연료 탱크를 구비하고, 연료 탱크로부터 나오는 연료 증기를 저장하기 위한 연료 증기 저장소를 구비하며, 재생 단계 중 연료 증기 저장소로부터의 연료 증기를 공기 흡입관 내로 유입시키기 위한, 연료 증기 저장소와 내연 기관의 공기 흡입관 사이의 연결 라인을 구비하고, 연결 라인 내에 배치되는 밸브를 구비하며, 연료 증기 저장소를 위한 통기 라인을 구비하고, 연료 증기 저장소의 통기를 제어하기 위한, 통기 라인 내에 배치되는 밸브 유닛을 구비하는, 내연 기관이 기술된다. 연료 증기 저장소를 위한 통기 라인 내에 연료 증기 저장소의 통기를 제어하기 위해 밸브 유닛 내에 통합되는 정화 공기 펌프가 배치된다. 이 방식으로, 공기 흡입관에 의해 음압이 전혀 제공되지 않거나 단지 낮은 음압만이 제공되는 때에도, 연료 증기 저장소의 특히 효과적인 퍼징 또는 재생이 달성된다.

Description

탱크 세정이 개선된 내연 기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH IMPROVED TANK CLEANING}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부의 특징을 갖는 내연 기관에 관한 것이다.
현대의 차량은 현재 일반적으로 탱크 통기 시스템(tank venting system)을 구비하고 있다. 이러한 시스템에서, 차량의 연료 탱크 내에 형성되는 연료 증기가 일반적으로 활성탄 캐니스터(activated carbon canister)인 연료 증기 저장소 내에 흡착된다. 연료 증기 저장소는 연결 라인(통기 라인)에 의해 내연 기관의 공기 흡입 섹션에 연결된다. 통기 라인 내에 탱크 통기 밸브가 있으며, 이러한 탱크 통기 밸브에 의해 연료 증기 저장소가 흡입 섹션에 연결되거나 그것으로부터 분리될 수 있다. 때때로, 연료 증기를 함유한 연료 증기 저장소가 재생되어야 한다. 이는 탱크 통기 밸브가 개방되고, 흡착된 연료 증기가 연료 증기 저장소로부터 흡입 섹션 내로 유동하고 내연 기관의 연소 과정에 참여하는 과정에 의해 달성된다.
이러한 방식으로 설계되는 내연 기관이 예를 들어 DE 10 2007 008 119 B4 및 DE 10 2007 013 993 A1으로부터 알려져 있다.
그러나, 연료 증기 저장소를 위한 특수 공기 유입 라인 및 연료 증기 저장소로의 공기 유입을 제어하기 위해 공기 유입 라인 내에 배치되는 밸브 유닛을 또한 구비하는 역시 이미 알려진 내연 기관이 있다. 이러한 밸브 유닛이 개방될 때, 연료 증기 저장소를 위한 공기 유입 라인이 대기에 연결되어, 주위 공기가 연료 증기 저장소 내로 유동하도록 그리고 그 내부에 존재하는 연료 증기를 통기 라인을 통해 제거하도록 허용한다.
전술된 과정에서, 연료 증기는 따라서 진공에 의해 흡입되고 연소 공기에 공급된다. 이를 위해, 스로틀 범위(throttled range) 내의 엔진 작동 상태가 요구되는데, 왜냐하면 오직 그때만이 흡입 또는 퍼징(purging)에 의한 제거에 이용가능한 충분한 진공이 존재하기 때문이다. 지금까지, 이러한 과정은 특히 차량의 승인에 대해 규정된 시험 사이클에서, 증발 손실에 대한 후속 시험이 통과될 수 있을 정도의 효율로 연료 증기 저장소를 정화시키기에 충분하였다.
그러나, 연료 소비를 감소시켜야 한다는 압력으로 인해 충분한 진공이 이용가능한 시간을 결정적으로 감소시키는 조치를 차량에 도입하게 되었다. 이것들은 예를 들어 차량이 정지되어 있을 때 엔진이 꺼지는 시동/정지 기능, 공회전이 거의 완전히 회피되고 부분-부하 작동이 대부분 회피되는, 하이브리드 구동 장치의 사용, 및 스로틀 밸브의 기능이 대부분 또는 심지어 완전히 배제되는, 가변 밸브 기어에 의한 엔진 출력 제어를 포함한다.
연료 증기 저장소가 정화되는 효율을 개선하기 위해, 가열된 활성탄 필터 또는 활성탄 내의 잠열 저장소가 이미 사용되었다. 그러나, 이들 방법은 복잡하다.
특허청구범위 제1항의 전제부의 특징을 갖는 내연 기관이 JP 2002 115 605 A로부터 알려져 있다. 이러한 경우에, 정화 공기 펌프가 연료 증기 저장소를 위한 공기 유입 라인 내에 배치되며, 상기 펌프는 연료 증기 저장소에 이것을 세정하기 위해 정화 공기를 공급한다. 정화 공기 펌프와 연료 증기 저장소로의 공기 유입을 제어하기 위한 밸브 유닛은 서로 분리되어 배치된다.
DE 39 35 209 A1은 통기 장치가 필터의 출구에 배치되는, 연료 증기를 위한 흡착 필터를 개시하였으며, 상기 통기 장치는 연료 재보급 중 흡착 필터를 통해 석유 증기를 흡입한다. 여기에서, 통기 장치는 필터에 부착될 수 있는 부조립체로서 설계될 수 있다.
US 6 283 097 B1은 펌프가 시험 중 피시험 증기 배출 공간을 압력 하에 두는 누출 검출 시스템을 개시하였다. 이 경우에, 이러한 펌프는 밸브와 함께 구성 유닛으로서 설계될 수 있다.
본 발명의 기본적인 목적은 연료 증기 저장소의 특히 우수한 세정이 저비용으로 보장될 수 있는, 언급된 유형의 내연 기관을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 서두에 기술된 유형의 내연 기관에서 특허청구범위 제1항의 특징에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 연료 증기 저장소를 세정 또는 퍼징하는 것은 충분히 큰 압력 차이를 생성하는 정화 공기 펌프를 사용함으로써 수행되며, 그 결과 공기 흡입 섹션의 진공에 더하여 또는 그러한 진공 대신에, 연료 증기 저장소의 대체로 문제없는 세정 또는 퍼징이 수행될 수 있으며, 이는 공급되는 주위 공기의 도움으로 수행된다. 본 발명에 따라 사용되는 정화 공기 펌프가 어느 경우든 연료 증기 저장소로의 공기 유입을 제어하기 위해 사용되는 밸브 유닛 내에 통합되기 때문에, 펌프의 배치는 펌프 그 자체에 대한 비용, 케이블류의 양, 그리고 설치 및 가스 연결에 수반되는 노력이 감소될 수 있어 보다 적은 추가의 비용을 발생시킨다. 밸브 유닛 내로의 그 통합으로 인해, 펌프가 전용 하우징을 필요로 하지 않아, 발생하는 유일한 비용은 특히 펌프의 임펠러와 그 구동 장치(전기 모터)에 대한 비용이다. 전기 연결에 대한 비용 및 조립 노력이 최소화되는데, 왜냐하면 예를 들어 밸브 유닛의 기능을 위해 이미 존재하는 플러그-인 연결부가 펌프 제어 시스템을 위한 추가의 핀에 의해 확장되기만 하면 되기 때문이다. 가스 연결에 대한 추가의 비용이 완전히 배제되는데, 왜냐하면 대기 및 연료 증기 저장소로의 연결부가 이미 존재하기 때문이다.
모든 경우에, 밸브 유닛과 정화 공기 펌프는 공통 하우징을 구비하고, 하나의 구성 유닛을 형성하여, 위에서 설명된 바와 같이, 정화 공기 펌프의 배치에 대한 추가의 비용을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
이러한 유형의 밸브 유닛은 밸브 시트와 상호 작용하는 밸브 몸체를 구비하고, 그것이 밸브 시트로부터 상승할 때, 공기 유입 라인과 분위기 사이의 연결을 확립하여, 주위 공기가 공기 유입 라인 내로 유입되도록 허용한다. 여기에서, 밸브의 폐쇄는 바람직하게는 상응하는 압력 평형이 달성된 때 밸브 몸체를 다시 밸브 시트에 가압시키는 스프링에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 정화 공기 펌프는 공기 유입 라인 내로의 정화 공기 공급을 제어하는 밸브 몸체의 연장부로서 배치된다. 여기에서, 정화 공기 펌프의 임펠러의 축은 밸브 몸체의 축의 연장부로서 배치되고, 펌프의 구동 장치(전기 모터)는 밸브 몸체로부터 임펠러의 대향측에 위치된다.
연료 증기 저장소를 위한 공기 유입 라인 내에 배치되는 밸브 유닛에 대하여, 그것은 연료 증기 저장소의 통기를 제어하는 역할뿐만 아니라, 연료 증기 저장소로의(그리고 따라서 연료 탱크로의/연료 탱크의) 공기 유입을 제어하는 역할도 또한 할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 연료 재보급 중, 공기 유입 라인이 대기에 연결되어, 상응하는 초과 압력이 소산되도록 허용한다.
구동 장치로서, 정화 공기 펌프는 바람직하게는 전기 모터를 구비하여, 저비용의 간단한 해법의 달성을 더욱 촉진시킨다.
바람직하게는 그 임펠러가 특히 간단한 방식으로 밸브 하우징 내에 통합될 수 있는 간단한 레이디얼 펌프(radial pump)가 사용된다.
밸브 유닛이 연료 증기 저장소의(그리고 따라서 연료 탱크의) 통기를 제어하기 위해 또한 사용되면, 그것은 바람직하게는 또한 연료 증기 저장소를 통기시키기 위해 밸브 몸체를 시트로부터 기계적으로 상승시키는 제어 요소를 구비한다. 하나의 특정 실시 형태에서, 이러한 제어 요소는 다이아프램으로서 설계된다. 다이아프램은 공기 유입 라인의 분기부가 그것으로 통하는 제어 챔버에 의해 작동된다. 따라서, 공기 유입 라인 내에 초과 압력이 있으면, 제어 챔버 내에 존재하는 초과 압력이 다이아프램을 밸브 몸체에 가압시키고, 그것을 시트로부터 상승시켜서, 공기 유입 라인이 분위기로 통기될 수 있게 한다.
이러한 유형의 밸브 유닛은 정화 공기 펌프, 특히 간단한 레이디얼 펌프의 통합에 특히 적합하다. 대략 50 l/h의 적절한 체적 유량에 대해 요구되는 압력 차이가 단지 약 50 mbar이기만 하면 되기 때문에, 이러한 밸브 유닛의 제어 요소(다이아프램)의 그것과 유사한 레이디얼 펌프의 직경을 선택할 수 있어, 펌프 기능의 통합이 매우 유리한 구성으로 이어진다.
레이디얼 펌프를 밸브 유닛 내에 통합시키는 것은 구성요소 그 자체에서 그리고 차량 내로의 통합에 관하여 비용 이점을 산출한다.
정화 공기 펌프는 바람직하게는 본 출원인에 의해 제조되는, 공기 유입 및 통기를 위해 사용되는, 상품명 NVLD[자연 진공 누출 검출(Natural Vacuum Leak Detection)]로 판매되는 밸브 시스템의 중앙 밸브 유닛 내에 통합된다. 이러한 시스템의 중앙 구성요소는 펌프 기능을 추가로 담당하기에 이상적으로 적합하다.
이하에서는 본 발명이 도면과 함께 예시적인 실시 형태에 의해 상세히 설명된다.
본 발명에 의하면, 연료 증기 저장소의 특히 우수한 세정이 저비용으로 보장될 수 있는 언급된 유형의 내연 기관이 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료 시스템을 갖춘 내연 기관의 개략도를 도시한다(정화 공기 펌프가 없음).
도 2는 도 1의 시스템에 사용되는 밸브 유닛의 확대 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연료 시스템을 갖춘 내연 기관의 개략도를 도시한다.
도 4는 정화 공기 펌프가 그것 내에 통합되는 밸브 유닛의 단면도를 도시한다.
도 1은 흡입 공기 섹션(7) 및 공기 필터(8)를 갖춘 내연 기관(6)을 개략적으로 도시한다. 내연 기관(6)은 필러 넥(filler neck)(9)을 갖춘 연료 탱크(1)를 구비한다. 라인(3)이 연료 탱크(1)로부터 예를 들어 활성탄으로 충전된 저장소일 수 있는 연료 증기 저장소(2)로 이어진다. 내부에 통기 밸브(5)가 배치되는 연결 라인이 연료 증기 저장소(2)로부터 내연 기관(6)의 공기 흡입 섹션(7)으로 이어진다. 또한, 연료 증기 저장소(2) 및 따라서 연료 탱크(1)로의 공기 유입 및 그것들의 통기를 제어하는 밸브 유닛(11)으로 이어지는 공기 유입 라인(10)이 연료 증기 저장소(2)에 연결된다.
도 1에 예시된 시스템은 종래 기술에 속한다. 작동 중, 연료 증기가 연료 증기 저장소(2) 내에 모이고, 저장소 내에 배치된 활성탄에 의해 흡착된다. 저장소(2)가 재생되도록 의도될 때, 통기 밸브(5)가 개방되어, 연료 증기 저장소와 내연 기관의 공기 흡입 섹션(7) 사이의 연결을 확립한다. 연료 증기 저장소(2)는 공기 흡입 섹션(7) 내의 진공으로 인해, 밸브 유닛(11)이 개방될 때 공기 유입 라인(10)을 통해 유입되는 주위 공기에 의해 정화되거나 재생되고, 공기 흡입 섹션(7) 내로 배출된 연료 증기는 연소에 포함된다.
도 2는 밸브 유닛(11)을 확대 단면도로 그리고 공기를 연료 증기 저장소(2) 및 따라서 연료 탱크(1)로 유입시키기 위해 사용되는 개방 상태로 도시한다. 밸브 유닛(11)은 제어 챔버(18) 및 공기 챔버(15)가 내부에 배치되는 하우징을 구비하며, 이것들은 다이아프램(17) 형태의 제어 요소에 의해 서로 분리된다. 제어 챔버(18)는 분기부(12)에 의해 공기 유입 라인(10)에 연결된다. 상하로 이동될 수 있는 밸브 몸체(13)가 밸브 시트(16)와 상호 작용하여, 공기 챔버(15)와 공기 유입 라인(10) 사이의 연결을 개폐한다. 밸브 몸체(13)는 도 2에 도시된 바와 같이 공기 챔버(15)와 공기 유입 라인(10) 사이의 압력 차이에 의해 개방되는데, 왜냐하면 주위 공기로 충전된 공기 챔버(15) 내의 압력이 공기 유입 라인(10) 내의 압력보다 크기 때문이다. 따라서, 주위 공기가 공기 챔버(15)로부터 공기 유입 라인(10) 내로 그리고 연료 증기 저장소(2)로 유동하여, 전술된 재생 과정이 수행되도록 허용한다. 더 이상 압력 차이가 없을 때, 밸브 몸체(13)가 다시 스프링(14)에 의해 밸브 시트(16)에 가압되어, 공기 챔버(15)와 공기 유입 라인(10) 사이의 연결을 차단한다.
또한, 밸브 몸체(13)는 또한 기계적으로 이동된다. 이를 위해, 다이아프램 형태의 전술된 제어 요소(17)가 사용된다. 연료 재보급 중, 공기 유입 라인(10) 내의 압력이 급격히 상승하며, 그 결과 또한 제어 챔버(18)에 침투하는 증가된 압력에 의해 제어 요소(17)가 하향으로 가압되고, 밸브 몸체(13)에 충돌하여 그것을 하향으로 이동시키며, 그 결과 공기 챔버(15)와 공기 유입 챔버(10) 사이의 연결부가 넓게 개방된다. 공기 유입 라인(10)은 이제 공기 챔버(15)를 통해 대기로 통기될 수 있다.
밸브 유닛(11)은 또한 여기에 기술되지 않은 다른 기능을 가질 수 있다.
본 발명은 특히 내연 기관의 공기 흡입 섹션(7)에 의해 이용가능해지는 진공이 부적당할 때, 연료 증기 저장소의 개선된 퍼징 또는 재생을 보장하기 위해, 이러한 밸브 유닛(11)의 존재를 활용하고, 정화 공기 펌프를 밸브 유닛 내에 통합시킨다.
도 3은 본질적으로 도 1의 그것에 대응하는 그리고 정화 공기 펌프가 공기 유입 라인(10) 내의 밸브 유닛 내에 통합되는 연료 시스템을 개략적으로 도시한다. 정화 공기 펌프가 통합된 이러한 밸브 유닛에는 도면 부호 20이 부여된다. 연료 증기 저장소(2)가 이제 통기 밸브(5)에 의해 재생되거나 퍼징되도록 의도되면, 밸브 유닛(20)이 공기 챔버(15)와 공기 유입 라인(10) 사이의 연결을 개방시키고, 정화 공기 펌프가 작동되어, 연료 증기 저장소(2)에 주위 공기가 공급되는 것을 보장한다.
도 4는 조합된 밸브/정화 공기 펌프 유닛(20)을 도시한다. 여기에서, 밸브 유닛은 본질적으로 도 2에 도시된 유닛과 정확히 동일한 설계를 갖는다. 다만, 공기 유입 라인(10)이 밸브 몸체(13) 아래에 챔버를 형성하기 위해 확장되며, 이러한 챔버 내에 그 아래에 위치되는 전기 모터(22)에 의해 구동되는 레이디얼 펌프(radial pump)의 임펠러(21)가 배치된다. 이러한 배치에서, 임펠러(21)의 샤프트는 밸브 몸체(13)의 연장부로서 제공된다. 밸브 몸체(13)가 이제 공기 챔버(15)와 공기 유입 라인(10) 사이의 연결을 개방시키면, 레이디얼 펌프가 작동되고, 주위 공기가 펌프에 의해 연료 증기 저장소로 전달되며, 이러한 방식으로 연료 증기 저장소가 공기 흡입 섹션(7)으로부터의 상응하는 진공의 필요 없이 퍼징되거나 재생된다. 정화 공기 펌프가 밸브 유닛 내에 통합된다는 사실로 인해, 간단한 저비용의 해법이 달성된다.
1: 연료 탱크 2: 연료 증기 저장소
5: 통기 밸브 6: 내연 기관
7: 공기 흡입 섹션 8: 공기 필터
9: 필러 넥 10: 공기 유입 라인
11: 밸브 유닛 12: 분기부
13: 밸브 몸체 14: 스프링
15: 공기 챔버 16: 밸브 시트
17: 다이아프램 18: 제어 챔버
20: 밸브 유닛 21: 임펠러
22: 전기 모터

Claims (7)

  1. 연료 탱크를 구비하고, 연료 탱크로부터 나오는 연료 증기를 저장하기 위한 연료 증기 저장소를 구비하며, 재생 단계 중 연료 증기 저장소로부터의 연료 증기를 공기 흡입 섹션 내로 유입시키기 위한, 연료 증기 저장소와 내연 기관의 공기 흡입 섹션 사이의 연결 라인을 구비하고, 연결 라인 내에 배치되는 밸브를 구비하며, 연료 증기 저장소를 위한 공기 유입 라인을 구비하고, 연료 증기 저장소로의 공기의 유입을 제어하기 위한, 공기 유입 라인 내에 배치되는 밸브 유닛을 구비하며, 연료 증기 저장소를 세정하기 위해 연료 증기 저장소에 정화 공기를 공급하는 정화 공기 펌프가 연료 증기 저장소를 위한 공기 유입 라인 내에 배치되는, 내연 기관에 있어서,
    정화 공기 펌프는 연료 증기 저장소(2)로의 공기의 유입을 제어하기 위해 밸브 유닛(20) 내에 통합되고, 밸브 유닛과 공통 하우징을 구비하며, 그 임펠러 축이 밸브 유닛(20)의 밸브 몸체(13)의 연장부로서 배치되고, 상기 밸브 몸체는 공기 유입 라인(10) 내로의 정화 공기 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서,
    정화 공기 펌프는 추가로 연료 증기 저장소(2)의 통기를 제어하는 역할을 하는 밸브 유닛(20) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    정화 공기 펌프는 구동 장치로서 전기 모터(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브 유닛(20)은 연료 탱크를 통기시키기 위해 밸브 몸체(13)를 시트(16)로부터 기계적으로 상승시키는 제어 요소(17)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  5. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    정화 공기 펌프는 레이디얼 펌프로서 설계되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  6. 제5항에 있어서,
    레이디얼 펌프의 임펠러(21)는 대략 밸브 유닛(20)의 제어 요소(17)의 직경에 대응하는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    정화 공기 펌프는 연료 탱크(1)로의 공기 유입과 연료 탱크(1)의 통기를 제어하기 위해 NVLD 시스템의 중앙 밸브 유닛 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
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