KR20200068795A - 차량용 듀얼 퍼지 시스템 - Google Patents

차량용 듀얼 퍼지 시스템 Download PDF

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KR20200068795A
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엄태광
이수홍
김규섭
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 흡기매니폴드 서지탱크의 압력상태에 따라 캐니스터의 퍼징량을 가변하여 차량 운전영역에 적합한 퍼징효율을 구현하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 엔진 부압시, 모든 캐니스터에 포집된 증발가스를 탈착함으로써, 퍼징량이 증대되어 연비를 향상시키고, 엔진 정압시, 일부 캐니스터에 포집된 증발가스만을 탈착함으로써, 기존 대비 증발가스의 유동저항을 줄여 증발가스의 탈착 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템이 소개된다.

Description

차량용 듀얼 퍼지 시스템{DUAL PURGE SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 흡기매니폴드 서지탱크의 압력상태에 따라 캐니스터의 퍼징량을 가변하여 차량 운전영역에 적합한 퍼징효율을 구현하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템에 관한 것이다.
연료탱크 내 연료가 외부의 열기에 의해 증발하거나, 또는 주유시에 증발가스(유증기)가 발생하게 된다.
이러한 증발가스는 캐니스터에 포집하는 방식을 채택하고 있고, 캐니스터에 포집된 증발가스는 퍼지 시스템을 통해 흡기매니폴드에서 공기와 혼합된 후 연소실에 연소된다.
한편, MPI 엔진의 경우 싱글퍼지 시스템을 통해 증발가스 관련 환경 법규의 대응체계로 사용되고 있다.
하지만, 터보 GDI 엔진의 경우에는, 터보 작동시 흡기 매니폴드 내에 정압 형성으로 인해 싱글퍼지 시스템의 사용이 불가한 문제가 있다.
즉, 터보차저가 작동됨에 따라 압축공기가 흡기 매니폴드 내부에 유입됨으로써, 흡기 매니폴드 내부에 정압이 형성되어 기존의 싱글퍼지 시스템으로는 퍼지 기능이 어려운 문제가 발생되었다.
이에, 최근에는 터보 GDI 엔진에 듀얼 퍼지(Dual Purge)시스템을 적용하여 법규와 상품성을 만족하도록 노력하고 있다.
즉, 터보차저 작동시 강제적으로 부압을 형성하는 장치가 설치됨으로써, 엔진 부압시에는 캐니스터에서 배출된 증발가스를 서지탱크 내에 퍼지시키고, 터보차저의 작동시에는 부압형성장치에 의해 부압을 형성하여 증발가스를 연소실 내에 유입시킬 수 있게 된다.
하지만, 기존의 듀얼 퍼징 시스템의 경우 1개의 캐니스터를 사용하기 때문에 퍼징효율에 관계없이 캐니스터 전체를 흡입하여 증발가스를 탈착함으로써, 터보차저 작동에 따라 부압을 형성하여 퍼징을 실시하는 경우 가스의 유동저항이 커져 많은 부하가 걸리게 되는바, 탈착의 효율성이 떨어지는 문제가 있고, 또한 엔진 부압시에는 1개의 캐니스터에서만 증발가스를 흡입하여 캐니스터로부터 제공되는 퍼징량이 제한되는 단점도 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
US 2015-0292421 A JP 1996-135524 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 흡기매니폴드 서지탱크의 압력상태에 따라 캐니스터의 퍼징량을 가변하여 차량 운전영역에 적합한 퍼징효율을 구현하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 연료탱크의 증발가스가 포집되는 복수의 캐니스터; 상기 캐니스터들에 포집된 증발가스가 부압에 의해 탈착되도록 구성된 탈착조절수단; 및 상기 캐니스터들에서 탈착된 증발가스가 배출되면서 합쳐지는 부분에 마련되어, 합쳐진 증발가스가 퍼지밸브(PCSV) 방향으로 유동되도록 구성된 투웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 탈착조절수단은, 상기 캐니스터들 사이에 마련되어 소정 흡인력 이상 작용시 개방되고, 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 어느 한 캐니스터에서 다른 캐니스터 방향으로만 유동되도록 구성된 원웨이밸브;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 투웨이밸브는 상기 합쳐진 증발가스가 퍼지밸브 방향으로만 유동되도록 구성될 수 있다.
상기 캐니스터는, 제1캐니스터 및 제2캐니스터를 포함하여 구성이 되고, 상기 제1캐니스터는 제2캐니스터보다 증발가스의 포집용량이 크게 형성되며; 상기 원웨이밸브는 제1캐니스터와 제2캐니스터 사이에 마련되어 증발가스가 제2캐니스터에서 제1캐니스터 방향으로만 유동되도록 구성될 수 있다.
상기 제1캐니스터 및 제2캐니스터의 내부공간의 일부를 구분하도록 제1격벽 및 제2격벽이 각각 설치되고; 상기 제1캐니스터 및 제2캐니스터의 내부공간에 활성탄이 배치되되, 상기 제1격벽과 제2격벽을 기준으로 증발가스의 통과효율이 상이한 저효율 활성탄과 고효율 활성탄이 각각 배치되며; 상기 원웨이밸브는 고효율 활성탄이 배치된 제1캐니스터의 내부공간과 고효율 활성탄이 배치된 제2캐니스터의 내부공간 사이에 구비될 수 있다.
상기 저효율 활성탄이 배치된 제1캐니스터 및 제2캐니스터에 제1캐니스터클로즈밸브 및 제2캐니스터클로즈밸브가 각각 설치될 수 있다.
상기 탈착조절수단은, 상기 캐니스터들과 투웨이밸브 사이에 배출라인이 각각 연결되고; 상기 배출라인의 내경이 상이할 수 있다.
상기 퍼지밸브와 서지탱크 전단 사이에 연결되는 엔진부압퍼지라인; 터보차저 전단에 마련되어 부압을 형성하는 이젝터; 상기 퍼지밸브와 이젝터 사이에 연결되는 엔진정압퍼지라인;을 더 포함할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 엔진 부압 영역에서는, 엔진 부압에 의한 흡인력에 의해 모든 캐니스터에 포집된 증발가스를 탈착 및 흡입하게 됨으로써, 퍼지량이 증가되어 연비를 향상시키는 효과가 있고, 엔진 정압 영역에서는, 사이즈가 작은 캐니스터 공간에서만 증발가스를 탈착하도록 하여 증발가스의 유동저항을 줄임으로써, 증발가스의 탈착 효율을 높이는 효과가 있다. 따라서, 차량 운전영역에 적합하게 퍼징효율을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 듀얼 퍼지 시스템을 전체적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 캐니스터가 조합된 구성을 개념적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따라 엔진 정압시 증발가스 유동 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따라 엔진 부압시 증발가스 유동 흐름을 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 차량용 듀얼 퍼지 시스템은, 크게 복수의 캐니스터와, 탈착조절수단 및 투웨이밸브(2-way valve)(50)를 포함하여 구성이 된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 연료탱크(10)의 증발가스가 포집되도록 복수의 캐니스터가 구비되고, 상기 캐니스터들에 포집된 증발가스가 부압에 의해 탈착되도록 탈착조절수단이 구비된다.
그리고, 상기 캐니스터들에서 탈착된 증발가스가 배출되면서 합쳐지는 부분에 투웨이밸브(50)가 마련되어, 상기 투웨이밸브(50)에서 합쳐진 증발가스가 퍼지밸브(60)(PCSV : Purge Control Solenoid Valve) 방향으로 유동되도록 구성된다.
여기서, 상기 투웨이밸브(50)는 상기 합쳐진 증발가스가 퍼지밸브(60) 방향으로만 유동되도록 구성될 수 있다.
아울러, 상기 탈착조절수단의 바람직한 예시로서, 원웨이밸브(40)가 사용될 수 있다.
예컨대, 상기 캐니스터들 사이에 원웨이밸브(40)가 마련되어 소정 흡인력 이상 작용시 상기 원웨이밸브(40)가 개방된다. 이때에, 상기 소정 흡인력은 엔진 부압에 상응하는 압력인 것으로, 상기 원웨이밸브(40)가 개방되면서 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 어느 한 캐니스터에서 다른 캐니스터 방향으로만 유동이 된다.
즉, 엔진 부압시와 같은 부분부하(Part Load) 영역에서는, 엔진 부압에 의한 흡인력에 의해 원웨이밸브(40)가 개방이 되고, 이에 모든 캐니스터에 포집된 증발가스를 탈착 및 흡입하게 됨으로써, 퍼지량이 증가되어 연비를 향상시키게 된다.
반면, 터보차저(100)의 부스팅에 의한 엔진 정압시에는 전부하(Full Load) 영역이 대부분인데, 이 경우 엔진 정압에 따라 흡인력이 상대적으로 부족하여 원웨이밸브(40)가 폐쇄되고, 이에 일부 캐니스터에 포집된 증발가스만을 탈착 및 흡입하게 된다.
즉, 엔진 정압영역에서는 기본적으로 연료량이 많으므로 엔진 성능 향상에 기여하는 퍼지량이 적고, 퍼징효율 역시 엔진부압 영역보다 낮으므로, 캐니스터에 의한 퍼징용량이 줄어들게 된다. 이에, 엔진 정압시에는 일부 캐니스터 공간에서만 증발가스를 탈착하도록 하여 유동저항을 줄임으로써, 증발가스의 탈착 효율을 높이게 된다.
아울러, 본 발명은 도 2와 같이 2개의 캐니스터를 조합하여 구성할 수 있는 것으로, 제1캐니스터(20)와 제2캐니스터(30)를 포함하여 구성이 된다.
특히, 상기 제1캐니스터(20)는 제2캐니스터(30)보다 더 크게 형성되어 증발가스의 포집용량이 크게 형성된다. 이에, 상기 원웨이밸브(40)는 제1캐니스터(20)와 제2캐니스터(30) 사이에 구비되어 증발가스가 제2캐니스터(30)에서 제1캐니스터(20) 방향으로만 유동되도록 구성이 된다.
즉, 엔진 부압시, 도 3과 같이 엔진 부압에 의한 흡인력에 의해 원웨이밸브(40)가 개방됨으로써, 제2캐니스터(30)에 포집된 증발가스가 원웨이밸브(40)를 통해 제2캐니스터(30) 내에 유동되고, 이에 제1캐니스터(20) 및 제2캐니스터(30)에 포집된 증발가스를 퍼징하게 되는바, 퍼지량이 증가된다.
반면, 엔진 정압시에는, 도 4와 같이 엔진 정압에 따라 원웨이밸브(40)가 폐쇄된 상태를 유지하게 됨으로써, 포집용량이 큰 제1캐니스터(20)의 증발가스는 흡입되지 않고 상대적으로 포집용량이 작은 제2캐니스터(30)의 증발가스만이 퍼징되는바, 증발가스의 유동저항이 줄어들어 증발가스의 탈착 효율을 높이게 된다.
계속해서, 도 2를 참조하면, 상기 제1캐니스터(20) 내부공간의 일부를 구분하도록 제1격벽(21)이 설치되고, 제2캐니스터(30) 내부공간의 일부를 구분하도록 제2격벽(31)이 설치된다.
그리고, 상기 제1캐니스터(20) 및 제2캐니스터(30)의 내부공간에 활성탄이 배치되되, 상기 제1격벽(21)과 제2격벽(31)을 기준으로 증발가스의 통과효율이 상이한 저효율 활성탄(22,32)과 고효율 활성탄(23,33)이 각각 배치된다.
특히, 상기 원웨이밸브(40)는 고효율 활성탄이 배치된 제1캐니스터(20)의 내부공간과 고효율 활성탄이 배치된 제2캐니스터(30)의 내부공간 사이에 구비된다.
또한, 상기 저효율 활성탄(22)이 배치된 제1캐니스터(20)의 단부에 제1캐니스터클로즈밸브(24)가 설치되고, 상기 저효율 활성탄(32)이 배치된 제2캐니스터(30)의 단부에 제2캐니스터클로즈밸브(34)가 설치된다. 즉, 증발가스의 흡입과 배출이 적은 저효율 활성탄을 대기 쪽에 배치하게 된다.
즉, 엔진 정압시, 도 4와 같이 제2캐니스터클로즈밸브(34)를 통해 제2캐니스터(30) 내부에 외기가 유입되고 저효율 활성탄(32)과 고효율 활성탄(33)을 순차적으로 통과하면서 유동이 된다. 다만, 원웨이밸브(40)가 폐쇄되어 있어, 증발가스가 제1캐니스터(20)로는 유동되지 않고, 제2캐니스터(30)와 투웨이밸브(50) 사이에 연결된 제2배출라인(35)을 통해 투웨이밸브(50)로 유동이 된다.
반면, 엔진 부압시, 도 3과 같이 엔진 부압에 의한 강한 흡인력에 의해 제2캐니스터클로즈밸브(34)를 통해 제2캐니스터(30) 내부에 외기가 유입되는 것은 물론, 제1캐니스터클로즈밸브(24)를 통해 제1캐니스터(20) 내부에 외기가 유입되고, 각각의 내부에 배치된 저효율 활성탄(22,32)과 고효율 활성탄(23,33)을 순차적으로 통과하면서 유동이 된다.
이에, 제2캐니스터(30) 내부의 증발가스가 상기 제2배출라인(35)을 통해 투웨이밸브(50)로 유동되고, 상기 제1캐니스터(20) 내부의 증발가스가 상기 제1캐니스터(20)와 투웨이밸브(50) 사이에 연결된 제1배출라인(25)을 통해 투웨이밸브(50)로 유동된다. 특히 이 경우에는, 엔진 부압에 의해 원웨이밸브(40)가 개방됨으로써, 제2캐니스터(30)에서 탈착된 증발가스가 제1캐니스터(20) 내부로도 유동되는바, 제1캐니스터(20)에서 탈착된 증발가스와 함께 투웨이밸브(50)로 유동이 된다.
계속해서, 상기 탈착조절수단의 다른 예시로서, 상기 캐니스터와 투웨이밸브(50) 사이에 연결되는 배출라인의 구조를 차별화하여 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1캐니스터(20)와 투웨이밸브(50) 사이에 제1배출라인(25)이 연결되고, 상기 제2캐니스터(30)와 투웨이밸브(50) 사이에 제2배출라인(35)이 연결된다.
그리고, 상기 제1배출라인(25)과 제2배출라인(35)의 내경의 길이를 상이하게 형성한다.
즉, 제1캐니스터(20)와 제2캐니스터(30)의 포집용량이 동일한 경우라도, 배출라인의 내경을 상이하게 형성함으로써, 상대적으로 흡인력이 작은 부압에서는 작은 내경의 배출라인과 연결된 캐니스터에서만 증발가스가 탈착되고, 상대적으로 흡인력이 큰 엔진 부압에서는 작은 내경의 배출라인은 물론, 큰 내경의 배출라인과 연결된 캐니스터에서도 증발가스가 탈착될 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 복수의 캐니스터는 듀얼 퍼지 시스템에 적용될 수 있는 것으로, 도 1을 참조하여 상기 듀얼 퍼지 시스템의 구성을 살펴보면, 상기 퍼지밸브(60)와 서지탱크(80) 전단 사이에 엔진부압퍼지라인(70)이 연결된다.
그리고, 터보차저(100) 전단에 이젝터(110)가 마련되어 부압을 형성하고, 상기 이젝터(110)와 쓰로틀밸브 전단 사이에 재순환흐름라인(120)이 연결될 수 있다.
또한, 상기 퍼지밸브(60)와 이젝터(110) 사이에는 엔진정압퍼지라인(90)이 연결된다. 이때에, 상기 엔진정압퍼지라인(90)과, 상기 엔진부압퍼지라인(70) 상에는 체크밸브가 각각 설치되어 증발가스가 역류되는 것을 방지하게 된다.
즉, 엔진 정압시, 터보차저(100) 작동에 따라 생성된 부압에 의해 포집용량이 작은 제2캐니스터(30)에서 증발가스가 탈착되어 퍼지밸브(60)에 유동되고, 컨트롤러의 신호를 받아 퍼지밸브(60)가 작동되면 증발가스가 상기 엔진정압퍼지라인(90)을 따라 터보차저(100) 전단을 거쳐 연소실 내에 유입됨으로서, 증발가스가 퍼지될 수 있게 된다.
반면, 엔진 부압시, 강한 흡인력에 의해 제1캐니스터(20)와 제2캐니스터(30) 모두에서 증발가스가 탈착되어 퍼지밸브(60)에 유동되고, 컨트롤러의 신호를 받아 퍼지밸브(60)가 작동되면 증발가스 상기 엔진부압퍼지라인(70)을 따라 서지탱크(80) 내에 유입되어 증발가스가 퍼지될 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 엔진 부압 영역에서는, 엔진 부압에 의한 흡인력에 의해 제1캐니스터(20)와 제2캐니스터(30)에 포집된 증발가스를 탈착 및 흡입하게 됨으로써, 퍼지량이 증가되어 연비를 향상시키게 된다.
반면, 엔진 정압영역에서는 사이즈가 작은 제2캐니스터(30) 공간에서만 증발가스를 탈착하도록 하여 증발가스의 유동저항을 줄임으로써, 증발가스의 탈착 효율을 높이게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 연료탱크
20 : 제1캐니스터
21 : 제1격벽
22 : 저효율 활성탄
23 : 고효율 활성탄
24 : 제1캐니스터클로즈밸브
25 : 제1배출라인
30 : 제2캐니스터
31 : 제2격벽
32 : 저효율 활성탄
33 : 고효율 활성탄
34 : 제2캐니스터클로즈밸브
35 : 제2배출라인
40 : 원웨이밸브
50 : 투웨이밸브
60 : 퍼지밸브
70 : 엔진부압퍼지라인
80 : 서지탱크
90 : 엔진정압퍼지라인
100 : 터보차저
110 : 이젝터
120 : 재순환흐름라인

Claims (8)

  1. 연료탱크의 증발가스가 포집되는 복수의 캐니스터;
    상기 캐니스터들에 포집된 증발가스가 부압에 의해 탈착되도록 구성된 탈착조절수단; 및
    상기 캐니스터들에서 탈착된 증발가스가 배출되면서 합쳐지는 부분에 마련되어, 합쳐진 증발가스가 퍼지밸브(PCSV) 방향으로 유동되도록 구성된 투웨이밸브;를 포함하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈착조절수단은,
    상기 캐니스터들 사이에 마련되어 소정 흡인력 이상 작용시 개방되고, 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 어느 한 캐니스터에서 다른 캐니스터 방향으로만 유동되도록 구성된 원웨이밸브;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 투웨이밸브는 상기 합쳐진 증발가스가 퍼지밸브 방향으로만 유동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐니스터는, 제1캐니스터 및 제2캐니스터를 포함하여 구성이 되고,
    상기 제1캐니스터는 제2캐니스터보다 증발가스의 포집용량이 크게 형성되며;
    상기 원웨이밸브는 제1캐니스터와 제2캐니스터 사이에 마련되어 증발가스가 제2캐니스터에서 제1캐니스터 방향으로만 유동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1캐니스터 및 제2캐니스터의 내부공간의 일부를 구분하도록 제1격벽 및 제2격벽이 각각 설치되고;
    상기 제1캐니스터 및 제2캐니스터의 내부공간에 활성탄이 배치되되, 상기 제1격벽과 제2격벽을 기준으로 증발가스의 통과효율이 상이한 저효율 활성탄과 고효율 활성탄이 각각 배치되며;
    상기 원웨이밸브는 고효율 활성탄이 배치된 제1캐니스터의 내부공간과 고효율 활성탄이 배치된 제2캐니스터의 내부공간 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 저효율 활성탄이 배치된 제1캐니스터 및 제2캐니스터에 제1캐니스터클로즈밸브 및 제2캐니스터클로즈밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈착조절수단은,
    상기 캐니스터들과 투웨이밸브 사이에 배출라인이 각각 연결되고;
    상기 배출라인의 내경이 상이한 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 퍼지밸브와 서지탱크 전단 사이에 연결되는 엔진부압퍼지라인;
    터보차저 전단에 마련되어 부압을 형성하는 이젝터;
    상기 퍼지밸브와 이젝터 사이에 연결되는 엔진정압퍼지라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 듀얼 퍼지 시스템.
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