KR20160131234A

KR20160131234A - 연료탱크 벤팅시스템

Info

Publication number: KR20160131234A
Application number: KR1020150063121A
Authority: KR
Inventors: 김근수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-16
Also published as: KR102237193B1

Abstract

본 발명은 연료탱크에 설치되어 내부에서 발생하는 연료 증발가스를 캐니스터 측으로 배출하여 내부압력 조절을 위한 연료탱크 벤팅시스템에 있어서, 상기 연료탱크에 형성된 두 개의 제1,2오리피스에 각각 연결되어 연료탱크의 내부 압력이 설정 압력 이상일 경우 개방하여 연료 증발가스를 배출하는 제1,2밸브와; 상기 제1,2오리피스를 통해 각각 배출되는 연료 증발가스를 각각 수용하는 공간을 갖는 제1,2챔버와; 상기 제1,2챔버 사이에 구비되며 저압에 해당하는 쪽의 챔버를 개방하여 캐니스터로 연료 증발가스를 배출하는 셔틀밸브를 포함하며, 상기 셔틀밸브는 상기 제1챔버와 제2챔버를 서로 연통하는 유입통로를 형성하고, 이 유입통로에서 캐니스터로 연통되는 배출통로를 갖는 통로몸체와; 상기 유입통로의 내부에 왕복 가능하게 구비되는 피스톤로드와, 이 피스톤로드의 양단부에 각각 형성되어 상기 유입통로를 개폐하는 밸브부재를 갖는 셔틀피스톤으로 구성되어 상기 제1,2챔버 간에 압력 차이로 인해 상대적으로 낮은 압력의 챔버 측을 개방하고 높은 압력의 챔버 측을 폐쇄하는 작동을 통해 연료 증발가스를 배출통로로 배출하는 연료탱크 벤팅시스템을 제공함으로써, 주유 시 및 주행 시 벤팅성능이 개선됨과 아울러, 연료탱크의 내부 압력에 의한 크랙 및 노이즈를 감소됨에 따라 소비자의 불만족 및 차량의 폭발사고를 미리 예방할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

연료탱크 벤팅시스템{Fuel tank venting system}

본 발명은 연료탱크 벤팅시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주유시 및 주행시 벤팅성능이 개선되며, 연료탱크의 내부 압력에 의한 크랙 및 노이즈가 기존에 비해 감소되는 연료탱크 벤팅시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 연료계통에 설치되는 롤오버밸브(Roll Over Valve; 이하, ROV라 함.)는 차량의 경사주차 또는 전복사고 시 연료탱크(150) 내에 연료가 외부로 누출되는 것을 막아주는 역할을 하는 장치다.

그리고, 상기 ROV(180)는 정상적인 주행 시 연료탱크(150)의 내부에서 발생하는 연료 증발가스(HC GAS)를 캐니스터(170)로 보내주어 연료탱크(150) 내부의 압력을 해소해주는 역할을 병행하고 있다.

이러한, ROV(180)는 도 1에 도시된 종래 ROV(180)를 나타내는 단면도에 의하면, 캐니스터(170)측으로 연결되는 상부의 유도관(100)을 가지는 케이스(110) 내부에 배치되어 상하유동이 가능한 서브플로터(120)와, 이 상단부 중앙에 결합되어 유도관(100)측 입구인 오리피스(Orifice; 구멍)를 개폐하는 메인플로터(140) 등을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

그리고, ROV(180)는 도 2에 도시된 종래 연료탱크 벤팅시스템을 나타내는 개략도에 의하면, 연료탱크(150)의 일측으포 필러파이프(160)가 연장 형성되고, 연료탱크(150)의 상부 일측에는 캐니스터(170)와 연결되어 증발가스를 벤팅하는 ROV(180)가 설치되며, 연료탱크(150)의 상부 다른 일측에는 정정 연료주입량을 정해주는 레벨링파이프(190)가 설치된다.

여기서, 미설명 부호 200은 펌프모듈이고, 210은 엔진을 나타낸다.

이와 같이, ROV(180)를 구비한 연료계통에서 주유건 셧오프(Shut off) 매커니즘을 살펴보면, 연료 주입 시 필러파이프(160)에 주유건을 삽입하여 연료를 주입하면, 연료탱크(150)의 내부에 연료가 채워지면서 그 압력은 레벨링파이프(190)를 통해 해소된다.

한편, 상기 연료탱크(150) 내에 채워지는 연료에 레벨링파이프(190)가 잠기게 되면, 필러파이프(160)를 역류하는 연료에 의해 주유건 셧오프가 이루어지면서 주유가 정지된다.

이러한 셧오프가 원활히 이루지지 않을 경우 연료탱크(150)는 고압에 의해 크랙 발생으로 연료 누출 및 폭발로 인한 생명에 위협을 줄 수 있다.

이렇게, 종래의 ROV(180)는 연료탱크(150) 크랙 또는 연료캡 오픈 시 가스리크 소음이 발생하는 등 탱크 압력해소에 불리한 점이 있고, 연료의 추가 주입량을 제한하는데 어려움이 있다.

또한, 현재 ROV(180)의 경우 도 3에 도시된 종래 연료탱크(150) 벤팅시스템을 나타내는 다른 실시예 개략도에 의하면, 정상 주행 중 탱크 압력 해소를 위해 두 개의 ROV(180)를 적용하거나, ROV(180)의 오리피스(130)를 증대시켰으나, 연료 주입 시 추가 주입량 제한이 불가하고, 고온 주행 시 연료가 비등하여 발생하는 베이퍼(Vapour, 증기) 해소가 100% 되지 않기 때문에 탱크압 상승을 초래하는 등 소비자의 불만족이 가증되는 문제점이 있다.

결국, 도 4에 도시된 그래프에 의하면, 고온 주행 지속 시 연료탱크(150)에 연료가 보일링(Boiling; 가온(加溫))되어 이로 인해 연료 증발가스의 양이 ROV(180)의 벤팅성능을 초과하여 연료탱크(150)의 압력이 상승된 후 주유를 위해 연료캡을 오픈 시 압력이 급강하거나 주차하여 차량 냉각 시 연료탱크(150)의 압력이 해소되는 현상을 반복 수행함에 따라 연료탱크(150)에 피로에너지가 증가되어 마침내 연료탱크(150)에 크랙이 발생하여 이에 따른 문제점이 그대로 노출되는 실정이다.

KR

2011-0025360

A

KR

2012-0032741

A

KR

1183036

B1

KR

2009-0015588

A

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 연료주입 및 주행 시에 따라 두 개의 벤팅밸브를 선택적으로 또는 동시에 개방시키는 셔틀밸브를 적용함으로써, 주유 시 및 주행 시 벤팅성능이 개선됨과 아울러, 연료탱크의 내부 압력에 의한 크랙 및 노이즈를 감소시키는 연료탱크 벤팅시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료탱크에 설치되어 내부에서 발생하는 연료 증발가스를 캐니스터 측으로 배출하여 내부압력 조절을 위한 연료탱크 벤팅시스템에 있어서, 상기 연료탱크에 형성된 두 개의 제1,2오리피스에 각각 연결되어 연료탱크의 내부 압력이 설정 압력 이상일 경우 개방하여 연료 증발가스를 배출하는 제1,2밸브와; 상기 제1,2오리피스를 통해 각각 배출되는 연료 증발가스를 각각 수용하는 공간을 갖는 제1,2챔버와; 상기 제1,2챔버 사이에 구비되며 저압에 해당하는 쪽의 챔버를 개방하여 캐니스터로 연료 증발가스를 배출하는 셔틀밸브를 포함하며, 상기 셔틀밸브는 상기 제1챔버와 제2챔버를 서로 연통하는 유입통로를 형성하고, 이 유입통로에서 캐니스터로 연통되는 배출통로를 갖는 통로몸체와; 상기 유입통로의 내부에 왕복 가능하게 구비되는 피스톤로드와, 이 피스톤로드의 양단부에 각각 형성되어 상기 유입통로를 개폐하는 밸브부재를 갖는 셔틀피스톤으로 구성되어 상기 제1,2챔버 간에 압력 차이로 인해 상대적으로 낮은 압력의 챔버 측을 개방하고 높은 압력의 챔버 측을 폐쇄하는 작동을 통해 연료 증발가스를 배출통로로 배출하는 연료탱크 벤팅시스템을 제공한다.

이때, 상기 제2밸브는 상기 제2챔버가 상기 제1챔버에 비해 높은 압력을 선점함에 따라 상기 셔틀피스톤을 밀어 상대적으로 저압인 제1챔버 측의 연료 증발가스를 배출할 수 있도록 상기 제1밸브에 비해 상대적으로 낮은 압력으로 개방되는 구조이고, 상기 제2챔버의 내부에는 상기 제1챔버의 압력이 제2챔버에 비해 더 높은 압력으로 역전된다 하더라도 상기 셔틀피스톤의 이동을 제한하여 제1챔버가 폐쇄되지 않도록 리미트돌기가 더 형성된 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 주유 시 및 주행 시 벤팅성능이 개선됨과 아울러, 연료탱크의 내부 압력에 의한 크랙 및 노이즈를 감소됨에 따라 소비자의 불만족 및 차량의 폭발사고를 미리 예방할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 일반적인 ROV를 나타내는 단면도.
도 2는 종래 연료탱크 벤팅시스템을 나타내는 개략도.
도 3은 종래 연료탱크 벤팅시스템을 나타내는 다른 실시예 개략도.
도 4는 종래 연료계통에서 주행 시 시간당 연료탱크 압력 및 온도의 변화를 측정한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 연료탱크 벤팅시스템을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 연료탱크 벤팅시스템에서 벤팅밸브를 나타내는 단면구성도.
도 7은 본 발명에 따른 연료탱크 벤팅시스템의 오리피스 관련 압력 vs 유량의 관계를 나타내는 그래프.
도 8의 (a), (b)는 본 발명에 따른 연료탱크 벤팅시스템에서 벤팅밸브의 작동상태도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 도 5에 도시된 연료탱크 벤팅시스템의 개략도와 같이, 연료탱크(150)에 설치되어 내부에서 발생하는 연료 증발가스를 캐니스터(170) 측으로 배출하여 내부압력 조절을 위한 연료탱크(150) 벤팅시스템을 제공한다.

필러파이프(160)를 통해 연료탱크(150)로 연료를 주입하거나, 배기열, 지열 등에 의해 보일링됨에 따라 연료탱크(150)에 증가된 내압에 의해 연료 증발가스를 캐니스터(170) 측을 배출하는 벤팅밸브(300)가 필요하다.

이러한, 벤팅밸브(300)는 연료 주입 시 벤팅밸브(300)를 하나만 작동시켜 연료 주입 성능을 유지하고, 고온 주행 시 두 개의 벤팅밸브(300)를 작동시켜 최적의 벤팅성능을 갖는다.

즉, 상기 벤팅밸브(300)는 도 6에 도시된 벤팅밸브의 단면구성도와 같이, 상기 연료탱크(150)에 형성된 두 개의 제1,2오리피스(311,321)에 각각 연결되어 연료탱크(150)의 내부 압력이 설정 압력 이상일 경우 개방하여 연료 증발가스를 배출하는 제1,2밸브(313,323)가 구비된다.

이때, 상기 제1,2밸브(313,323)는 그레이드벤트밸브(Grade Vent Valve; GVV)와 ROV 중 어느 한가지 또는 복합적으로 적용하여 설치되며, 스프링의 탄성력에 의해 설정 압력 이상에 개방되는 2웨이밸브(2-way v/v)로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1,2오리피스(311,321)를 통해 각각 배출되는 연료 증발가스를 각각 수용하는 공간을 갖는 제1,2챔버(310,320)가 구비되고,

상기 제1,2챔버(310,320) 사이에 구비되며, 저압에 해당하는 쪽의 챔버를 개방하여 캐니스터(170)로 연료 증발가스를 배출하는 셔틀밸브(400)를 포함한다.

한편, 상기 셔틀밸브(400)는 상기 제1챔버(310)와 제2챔버(320)를 서로 연통하는 유입통로(411)를 형성하고, 이 유입통로(411)에서 캐니스터(170)로 연통되는 배출통로(413)를 갖는 통로몸체(410)를 갖는다.

그리고, 상기 유입통로(411)의 내부에 왕복 가능하게 구비되는 피스톤로드(421)와, 이 피스톤로드(421)의 양단부에 각각 형성되어 상기 유입통로(411)를 개폐하는 밸브부재(423)를 갖는 셔틀피스톤(420)를 포함한다.

따라서, 상기 통로몸체(410)와 셔틀피스톤(420)을 갖는 셔틀밸브(400)를 통해 상기 제1,2챔버(310,320) 간에 압력 차이로 인해 상대적으로 낮은 압력의 챔버 측을 개방하고 높은 압력의 챔버 측을 폐쇄하는 작동을 통해 연료 증발가스를 배출통로(413)로 배출할 수 있게 된다.

한편, 상기 제2밸브(323)는 상기 제2챔버(320)가 상기 제1챔버(310)에 비해 높은 압력을 선점함에 따라 상기 셔틀피스톤(420)을 밀어 상대적으로 저압인 제1챔버(310) 측의 연료 증발가스를 배출할 수 있도록 상기 제1밸브(313)에 비해 상대적으로 낮은 압력으로 개방되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2챔버(320)의 내부에는 상기 제1챔버(310)의 압력이 제2챔버(320)에 비해 더 높은 압력으로 역전된다 하더라도 상기 셔틀피스톤(420)의 이동을 제한하여 제1챔버(310)가 폐쇄되지 않도록 리미트돌기(325)가 더 형성된다.

결국, 저온/저압으로 운전하거나 주유할 때 발생하는 저압의 연료 증발가스를 제1밸브(313)를 통해 셔틀밸브(400)를 따라 배출되도록 하고, 고온/고압으로 운전하는 경우 연료 증발가스의 배출량이 많으므로 제1,2밸브(313,323)를 동시에 개방하여 많은 양을 배출할 수 있게 구성하는 것이다.

마지막으로, 상기 제1오리피스(311)는 제2오리피스(321)에 비해 상대적으로 더 큰 지름으로 형성되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 7에 도시된 오리피스 관련 압력 vs 유량 그래프와 같이, GVV에 해당하는 제1밸브(313)의 제1오리피스(311)의 크기를 3ø로 하고, ROV에 해당하는 제2밸브(323)의 제2오리피스(321)의 크기를 2ø로 하였을 때, 상기 연료탱크(150)의 단위 압력당 배출될 수 있는 최대 유량을 해석하였다.

따라서, 실험 결과 9kPa의 압력 이전에는 제1밸브(313)에 비해 제2밸브(323)의 유량이 많으나 9kPa의 압력 이후에는 제2밸브(323)의 유량이 더 증가함에 따라 압력의 역전 현상이 발생한다.

즉, 동일 압력에 동일 유량을 갖는 교차지점에서 상기 셔틀밸브(400)가 제1,2챔버(310,320)를 동시에 개방하여 신속하게 연료 증발가스를 캐니스터 측으로 배출하게 된다.

상기와 같이, 구성된 본 발명에 대하여 도 8에 도시된 벤팅밸브의 작동상태도를 참조하여 구체적인 작용 및 작동을 상세히 설명한다.

도 8의 (a)의 경우 저온 주행 또는 주유 시 연료탱크(150)의 내에 발생하는 내압에 의해 제1챔버(310)에 비해 제2챔버(320)가 고압인 상태가 유지된다.

이때, 상기 셔틀밸브(400)의 셔틀피스톤(420)이 제2챔버(320)의 압력에 의해 이송 작동하여 밸브부재(423)의 차단으로 제1챔버(310)의 연료 증발가스만 셔틀밸브(400)를 통해 배출통로(413)를 따라 캐니스터(170) 측으로 배출된다.

한편 도 8의(b)의 경우 아스팔트의 지열, 엔진(210)의 과열에 의한 보일링으로 연료탱크(150)의 내압이 급 상승함에 따라 연료 증발가스의 많은 배출이 요구되며, 상기 제1챔버(310)가 제2챔버(320)에 비해 고압/고유량을 갖게 되며, 이 압력에 의해 셔틀피스톤(420)에 의해 제1챔버(310)의 폐쇄이동으로 제2챔버(320)을 개방해야 한다.

하지만, 제2챔버(320) 내에 구비된 리미트돌기(325)에 의해 셔틀피스톤(420)의 이동을 제한하여 제1,2챔버(310,320)를 동시에 개방하여 많은 량의 연료 증발가스를 신속하게 배출한다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 유도관 110: 케이스
120: 서브플로터 130: 오리피스
140: 메인플로터 150: 연료탱크
160: 필러파이프 170: 캐니스터
180: ROV 190: 레벨링파이프
200: 펌프모듈 210: 엔진
300: 벤팅밸브 310: 제1챔버
311: 제1오리피스 313: 제1밸브
320: 제2챔버 321: 제2오리피스
323: 제2밸브 325: 리미트돌기
400: 셔틀밸브 410: 통로몸체
411: 유입통로 413: 배출통로
420: 셔틀피스톤 421: 로드
423: 밸브부재

Claims

연료탱크(150)에 설치되어 내부에서 발생하는 연료 증발가스를 캐니스터(170) 측으로 배출하여 내부압력 조절을 위한 연료탱크(150) 벤팅시스템에 있어서,
상기 연료탱크(150)에 형성된 두 개의 제1,2오리피스(311,321)에 각각 연결되어 연료탱크(150)의 내부 압력이 설정 압력 이상일 경우 개방하여 연료 증발가스를 배출하는 제1,2밸브(313,323)와;
상기 제1,2오리피스(311,321)를 통해 각각 배출되는 연료 증발가스를 각각 수용하는 공간을 갖는 제1,2챔버(310,320)와;
상기 제1,2챔버(310,320) 사이에 구비되며 저압에 해당하는 쪽의 챔버를 개방하여 캐니스터(170)로 연료 증발가스를 배출하는 셔틀밸브(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료탱크(150) 벤팅시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 셔틀밸브(400)는,
상기 제1챔버(310)와 제2챔버(320)를 서로 연통하는 유입통로(411)를 형성하고, 이 유입통로(411)에서 캐니스터(170)로 연통되는 배출통로(413)를 갖는 통로몸체(410)와;
상기 유입통로(411)의 내부에 왕복 가능하게 구비되는 피스톤로드(421)와, 이 피스톤로드(421)의 양단부에 각각 형성되어 상기 유입통로(411)를 개폐하는 밸브부재(423)를 갖는 셔틀피스톤(420)으로 구성되며,
상기 제1,2챔버(310,320) 간에 압력 차이로 인해 상대적으로 낮은 압력의 챔버 측을 개방하고 높은 압력의 챔버 측을 폐쇄하는 작동을 통해 연료 증발가스를 배출통로(413)로 배출하는 것을 특징으로 하는 연료탱크(150) 벤팅시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제2밸브(323)는 상기 제2챔버(320)가 상기 제1챔버(310)에 비해 높은 압력을 선점함에 따라 상기 셔틀피스톤(420)을 밀어 상대적으로 저압인 제1챔버(310) 측의 연료 증발가스를 배출할 수 있도록 상기 제1밸브(313)에 비해 상대적으로 낮은 압력으로 개방되는 것을 특징으로 하는 연료탱크(150) 벤팅시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제2챔버(320)의 내부에는 상기 제1챔버(310)의 압력이 제2챔버(320)에 비해 더 높은 압력으로 역전된다 하더라도 상기 셔틀피스톤(420)의 이동을 제한하여 제1챔버(310)가 폐쇄되지 않도록 리미트돌기(325)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 연료탱크(150) 벤팅시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1오리피스(311)는 제2오리피스(321)에 비해 상대적으로 더 큰 지름으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료탱크(150) 벤팅시스템.