KR20210024013A

KR20210024013A - 가솔린 연료 탱크에서 증기 재순환을 제어하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210024013A
Application number: KR1020217001524A
Authority: KR
Inventors: 본 케이. 밀스
Original assignee: 이턴 인텔리전트 파워 리미티드
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US20210114453A1; BR112020026749A2; EP3814161A1; WO2020001815A1; CN112368170A

Abstract

내연 기관에 연료를 전달하도록 구성된 연료 탱크 상의 연료보급 이벤트 동안 증기 재순환 벤팅을 관리하도록 구성된 벤트 차단 조립체는 메인 하우징 및 액추에이터 조립체를 포함한다. 메인 하우징은 탄소 캐니스터로 선택적으로 벤팅한다. 액추에이터 조립체는 메인 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 액추에이터 조립체는 제1 캠 및 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 포함한다. 제1 캠은 연료 탱크 내의 제1 벤트에 유체적으로 연결된 제1 포트를 선택적으로 개방하는 제1 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는다. 제2 캠은 증기를 다시 연료 탱크의 필러 넥으로 라우팅하는 재순환 라인에 유체적으로 연결된 제2 포트를 선택적으로 개방하는 제2 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는다.

Description

가솔린 연료 탱크에서 증기 재순환을 제어하기 위한 방법 및 장치

본 개시는 일반적으로 승용차 상의 연료 탱크에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 상부 필러 넥(filler neck)에 유체적으로 연결된 재순환 라인 내의 증기의 유동을 조정하는 시스템에 관한 것이다.

연료 증기 배출물 제어 시스템은, 대부분 가솔린 구동 차량의 제조자에게 부과된 환경 및 안전 규정을 준수하기 위해, 점점 더 복잡해지고 있다. 결과로서 뒤따르는 전체 시스템 복잡성과 함께, 시스템 내의 개별 구성요소의 복잡성이 또한 증가하였다. 가솔린-구동 차량 산업에 영향을 미치는 소정의 규정은 연료 탱크의 환기 시스템으로부터의 연료 증기 배출물이 엔진의 작동 기간 동안 저장될 것을 요구한다. 전체 증기 배출물 제어 시스템이 계속하여 그것의 의도된 목적으로 기능하기 위해서는, 저장된 탄화수소 증기의 주기적인 퍼징(purging)이 차량의 작동 동안 필요하다. 하이브리드 파워트레인(hybrid powertrain)과 함께 사용하도록 구성된 연료 탱크에서, 연료 탱크를 적절하게 벤팅(venting)하는 것이 또한 필요하다.

본 명세서에 제공되는 배경기술 설명은 본 개시의 맥락을 개괄적으로 제공할 목적을 위한 것이다. 현재 지명된 발명자의 성과물 - 이 배경기술 섹션에 기술되는 범위에서 - 뿐만 아니라, 그렇지 않으면 출원시에 종래 기술로서의 자격이 없을 수 있는 설명의 태양은 명시적으로도 묵시적으로도 본 개시에 대한 종래 기술로서 인정되지 않는다.

내연 기관에 연료를 전달하도록 구성된 연료 탱크 상의 연료보급 이벤트(refueling event) 동안 증기 재순환 벤팅(vapor recirculation venting)을 관리하도록 구성된 벤트 차단 조립체(vent shut-off assembly)는 메인 하우징(main housing) 및 액추에이터 조립체(actuator assembly)를 포함한다. 메인 하우징은 탄소 캐니스터(carbon canister)로 선택적으로 벤팅한다. 액추에이터 조립체는 메인 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 액추에이터 조립체는 제1 캠 및 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 포함한다. 제1 캠은 연료 탱크 내의 제1 벤트에 유체적으로 연결된 제1 포트를 선택적으로 개방하는 제1 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는다. 제2 캠은 증기를 다시 연료 탱크의 필러 넥으로 라우팅하는 재순환 라인에 유체적으로 연결된 제2 포트를 선택적으로 개방하는 제2 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는다.

다른 특징들에서, 액추에이터 조립체는 액추에이터 조립체를 회전시키는 모터를 추가로 포함한다. 메인 하우징은 연료 탱크 밖에 위치될 수 있다. 캠 조립체는 연료 탱크 내의 제2 벤트에 유체적으로 연결된 제3 포트를 선택적으로 개방하는 제3 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제3 캠을 추가로 포함한다. 제1 캠은 연료보급 유동 프로파일, 주행 손실/트리클 충전(trickle fill) 유동 프로파일, 및 유동 없음(no flow) 프로파일을 포함하는 프로파일을 갖는다.

추가의 특징들에서, 제2 캠은 재순환 유동 최대 프로파일, 재순환 유동 프로파일 및 유동 없음 프로파일을 포함하는 프로파일을 갖는다. 액추에이터 조립체는 원하는 유량을 결정하는 컨트롤러로부터의 신호에 기초하여 캠 샤프트를 회전시킨다. 컨트롤러는 충전 속도에 기초하여 원하는 유량을 결정한다. 컨트롤러는 또한 연료 탱크 압력, 주위 온도 및 차량 경사도(vehicle grade) 중 적어도 하나에 기초하여 원하는 유량을 결정한다. 제2 밸브는 제2 캠에 의해 밸브 시트(valve seat)로부터 떨어지도록 선택적으로 가압되는 데드 웨이트(dead weight)를 포함할 수 있다. 모터는 메인 하우징 밖에 장착된 직류 모터일 수 있다. 모터는 스테퍼 모터(stepper motor)일 수 있다.

연료 탱크 상의 연료보급 이벤트 동안 증기 재순환 라인을 통한 증기 유동을 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 연료보급 동안의 작동 조건들을 결정하는 단계를 포함한다. 신호가 컨트롤러로부터 연료 탱크에 대해 배치된 벤트 차단 조립체로 전달된다. 벤트 차단 조립체 상의 제1 밸브가 사전결정된 위치로 개방된다. 제1 밸브는 연료 탱크 내의 제1 벤트에 유체적으로 연결된 제1 포트를 선택적으로 개방한다. 제2 밸브가 벤트 차단 조립체 상에서 사전결정된 위치로 개방된다. 제2 밸브는 증기를 다시 연료 탱크 상의 필러 넥으로 라우팅하는 재순환 라인에 유체적으로 연결된 제2 포트를 선택적으로 개방한다.

다른 특징들에서, 연료 탱크에 들어가는 연료의 충전 속도가 결정된다. 제1 포트를 선택적으로 개방하는 제1 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제1 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체가 작동된다. 제1 캠은 연료보급 유동 프로파일, 주행 손실/트리클 유동 프로파일 및 유동 없음 프로파일을 갖는 프로파일에 대응하는 위치로 회전될 수 있다. 제2 밸브를 개방하는 단계는 제2 포트를 선택적으로 개방하는 제2 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 캠 조립체를 작동시키는 단계는 제2 캠을 재순환 유동 최대 프로파일, 재순환 유동 프로파일 및 유동 없음 프로파일을 갖는 프로파일에 대응하는 위치로 회전시키는 단계를 포함한다. 제2 밸브를 개방하는 단계는 데드 웨이트를 밸브 시트로부터 떨어지도록 가압하는 프로파일을 갖는 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 작동시키는 단계를 포함한다.

본 개시는 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 일례에 따른, 벤트 차단 조립체, 컨트롤러, 전기 커넥터 및 관련 배선을 포함하는 증발 배출물 제어 시스템을 갖는 연료 탱크 시스템의 개략도.
도 2는 본 개시의 일례에 따른, 솔레노이드로 구성된 벤트 차단 조립체를 포함하는 증발 배출물 제어 시스템의 정면 사시도.
도 3은 도 2의 증발 배출물 제어 시스템의 분해도.
도 4는 벤트 차단 조립체를 갖고, 본 개시의 다른 예에 따라 새들 연료 탱크(saddle fuel tank) 상에서 사용하도록 구성된 연료 탱크 시스템의 사시도이며, 연료 탱크는 단면도로 도시됨.
도 5는 도 4의 연료 탱크 시스템의 벤트 차단 조립체의 사시도.
도 6은 본 개시의 추가의 특징에 따라 구성된 벤트 차단 조립체의 상면 사시도.
도 7은 도 6의 벤트 차단 조립체의 저면 사시도.
도 8은 선 8-8을 따라 취해진 도 6의 벤트 차단 조립체의 단면도.
도 9는 선 9-9를 따라 취해진 도 6의 벤트 차단 조립체의 단면도.
도 10은 본 개시의 다른 예에 따라 구성된 벤트 차단 조립체의 정면 사시도.
도 11은 선 11-11을 따라 취해진 도 10의 벤트 차단 조립체의 단면도.
도 12는 선 12-12를 따라 취해진 도 10의 벤트 차단 조립체의 단면도.
도 13은 도 10의 벤트 차단 조립체의 분해도.
도 14a는 종래 기술의 일례에 따라 구성된 연료 탱크 시스템의 개략도.
도 14b는 종래 기술의 일례에 따른 연료보급 동안 도시된 필러 넥의 상세도.
도 15는 본 개시에 따라 구성된 다른 벤트 차단 조립체의 상면 사시도.
도 16은 본 개시의 일례에 따른 도 15의 벤트 차단 조립체를 포함하는 연료 탱크 시스템의 개략도.
도 17은 본 개시의 추가의 특징에 따른 벤트 차단 조립체의 캠 로브(cam lobe)의 단면도.
도 18은 본 개시의 다른 예에 따른 재순환 포트의 단면도.

처음으로 도 1을 참조하면, 본 개시의 일례에 따라 구성된 연료 탱크 시스템이 도시되며, 일반적으로 도면 부호 1010으로 식별된다. 연료 탱크 시스템(1010)은 일반적으로 연료 펌프(1014)를 포함하는 연료 전달 시스템을 통해 내연 기관에 공급될 연료를 수용하기 위한 저장소(reservoir)로서 구성된 연료 탱크(1012)를 포함할 수 있다. 연료 펌프(1014)는 연료를 연료 공급 라인(1016)을 통해 차량 엔진으로 전달하도록 구성될 수 있다. 증발 배출물 제어 시스템(1020)은 배출된 연료 증기를 재포획하고 재순환시키도록 구성될 수 있다. 하기의 논의로부터 인식될 바와 같이, 증발 배출물 제어 시스템(1020)은 차량을 위한 완전 증발 시스템을 관리하는 전자 제어식 모듈을 제공한다.

증발 배출물 제어 시스템(1020)은 모든 지역 및 모든 연료에 대한 범용 설계를 제공한다. 이와 관련하여, 지역 규정을 충족시키는 데 필요한 특유한 구성요소의 요구가 회피될 수 있다. 대신에, 소프트웨어가 광범위한 응용을 충족시키도록 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 특유한 구성요소가 재인증될 필요가 없어, 시간과 비용을 절약한다. 공통 아키텍처가 차량 라인들에 걸쳐 사용될 수 있다. 종래의 기계식 탱크내 밸브가 대체될 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 증발 제어 시스템(1020)은 또한 하이브리드 파워트레인 차량과 관련된 것을 비롯한 가압형 시스템(pressurized system)과 양립가능할 수 있다.

증발 배출물 제어 시스템(1020)은 벤트 차단 조립체(1022), 매니폴드 조립체(1024), 액체 트랩(liquid trap)(1026), 제어 모듈(1030), 퍼지 캐니스터(1032), 에너지 저장 디바이스(1034), 제1 증기 관(1040), 제2 증기 관(1042), 전기 커넥터(1044), 연료 전달 모듈(fuel delivery module, FDM) 플랜지(1046) 및 플로트 레벨 센서 조립체(float level sensor assembly)(1048)를 포함한다. 제1 증기 관(1040)은 연료 탱크(1012)의 상부 모서리에 배열된 배플을 포함할 수 있는 벤트 개방부(1041A)에서 종결될 수 있다. 유사하게, 제2 증기 관(1042)은 연료 탱크(1012)의 상부 모서리에 배열된 배플을 포함할 수 있는 벤트 개방부(1041B)에서 종결될 수 있다.

일례에서, 매니폴드 조립체(1024)는 작동 조건에 기초하여 적절한 벤트 관(1040, 1042)(또는 다른 벤트 관)으로 벤팅을 라우팅하는 매니폴드 몸체(1049)(도 3)를 포함할 수 있다. 하기의 논의로부터 인식될 바와 같이, 벤트 차단 조립체(1022)는 솔레노이드를 비롯한 전기 시스템 및 DC 모터 작동식 캠 시스템을 비롯한 기계 시스템과 같은 많은 형태를 취할 수 있다.

이제 도 2와 도 3을 참조하면, 본 개시의 일례에 따라 구성된 벤트 차단 조립체(1022A)가 도시된다. 인식될 수 있는 바와 같이, 벤트 차단 조립체(1022A)는 도 1에 관하여 전술된 연료 탱크 시스템(1010) 내의 증발 배출물 제어 시스템(1020)의 일부로서 사용될 수 있다. 벤트 차단 조립체(1022A)는 두 쌍의 솔레노이드 뱅크(solenoid bank)(1050A, 1050B)를 포함한다. 제1 솔레노이드 뱅크(1050A)는 제1 및 제2 솔레노이드(1052A, 1052B)를 포함한다. 제2 솔레노이드 뱅크(1050B)는 제3 및 제4 솔레노이드(1052C, 1052D)를 포함한다.

제1 및 제2 솔레노이드(1052A, 1052B)는 증기 관(1040)에 유체적으로 연결될 수 있다. 제3 및 제4 솔레노이드(1052C, 1052D)는 증기 관(1042)에 유체적으로 연결될 수 있다. 제어 모듈(1030)은, 연료 탱크(1012)를 위한 과압 및 진공 릴리프를 제공하기 위해, 매니폴드 조립체(1024) 내의 경로를 선택적으로 개폐하도록 제1, 제2, 제3 및 제4 솔레노이드(1052A, 1052B, 1052C, 1052D)의 작동을 조절하도록 구성될 수 있다. 증발 배출물 제어 조립체(1020)는 또한 벤추리 펌프(venturi pump)와 같은 펌프(1054) 및 안전 롤오버 밸브(safety rollover valve)(1056)를 포함할 수 있다. 종래의 센딩 유닛(sending unit)(1058)이 또한 도시된다.

제어 모듈(1030)은 또한 집합적으로 도면 부호 1060으로 지칭되는 시스템 센서를 포함하거나 그것으로부터 입력을 수신할 수 있다. 시스템 센서(1060)는 연료 탱크(1012)의 압력을 감지하는 탱크 압력 센서(1060A), 캐니스터(1032)의 압력을 감지하는 캐니스터 압력 센서(1060B), 연료 탱크(1012) 내의 온도를 감지하는 온도 센서(1060C), 연료 탱크(1012) 내의 압력을 감지하는 탱크 압력 센서(1060D), 및 차량의 경사도 및/또는 가속도를 측정하는 차량 경사도 센서 및/또는 차량 가속도계(1060E)를 포함할 수 있다. 시스템 센서(1060)들이 그룹으로서 도시되지만, 그것들은 연료 탱크 시스템(1010) 주위에 위치될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

제어 모듈(1030)은 또한 충전 레벨 신호 판독 처리, 연료 압력 드라이버 모듈 기능을 포함할 수 있고, 차량 전자 제어 모듈(구체적으로 도시되지는 않음)과의 양방향 통신에 적합할 수 있다. 벤트 차단 조립체(1022)와 매니폴드 조립체(1024)는 연료 탱크(1012)와 퍼지 캐니스터(1032) 사이의 연료 증기의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 퍼지 캐니스터(1032)는 연료 탱크(1012)에 의해 배출된 연료 증기를 수집하고 후속하여 연료 증기를 엔진으로 방출하도록 구성된다. 제어 모듈(1030)은 또한 배출된 연료 증기를 재포획하고 재순환시키기 위해 증발 배출물 제어 시스템(1020)의 작동을 조절하도록 구성될 수 있다. 플로트 레벨 센서 조립체(1048)는 충전 레벨 표시를 제어 모듈(1030)에 제공할 수 있다.

증발 배출물 제어 시스템(1020)이 벤트 차단 조립체(1022A)로 구성될 때, 제어 모듈(1030)은 연료 탱크 시스템(1010)을 벤팅하기 위해 개개의 솔레노이드(1052A 내지 1052D) 또는 솔레노이드(1052A 내지 1052D)의 임의의 조합을 폐쇄할 수 있다. 예를 들어, 솔레노이드(1052A)는 플로트 레벨 센서 조립체(1048)가 만충(full) 연료 레벨 상태를 나타내는 신호를 제공할 때 벤트(1040)를 폐쇄하도록 작동될 수 있다. 제어 모듈(1030)이 솔레노이드 뱅크(1050A, 1050B)에 대해 대체로 멀리 떨어져 위치된 것으로 도면에 도시되지만, 제어 모듈(1030)은 증발 배출물 제어 시스템(1020) 내의 다른 곳에, 이를테면 예를 들어 캐니스터(1032)에 인접하게 위치될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 계속 참조하여, 증발 배출물 제어 시스템(1020)의 추가의 특징이 기술될 것이다. 하나의 구성에서, 벤트 관(1040, 1042)은 클립(clip)으로 연료 탱크(1012)에 고정될 수 있다. 벤트 관(1040, 1042)의 내경은 3 내지 4 mm일 수 있다. 몇몇 예에서, 포핏 밸브 조립체 또는 캠 로브는 더 작은 오리피스 크기를 결정할 것이다. 벤트 관(1040, 1042)은 연료 탱크(1012)의 높은 지점으로 라우팅될 수 있다. 다른 예에서, 외부 라인 및 관이 추가적으로 또는 대안적으로 이용될 수 있다. 그러한 예에서, 외부 라인은 용접된 니플(nipple) 및 푸시-스루(push-through) 커넥터와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는, 적합한 커넥터를 사용하여 탱크 벽을 통해 연결된다.

위에서 확인된 바와 같이, 증발 배출물 제어 시스템(1020)은 차량을 위한 완전 증발 시스템을 관리하는 전자 제어식 모듈을 갖춘 탱크내 밸브를 포함한 기계적 구성요소를 필요로 하는 종래의 연료 탱크 시스템을 대체할 수 있다. 이와 관련하여, 본 개시의 증발 배출물 제어 시스템(1020)을 사용하여 제거될 수 있는 몇몇 구성요소는 GVV 및 FLVV와 같은 탱크내 밸브, 캐니스터 벤트 밸브 솔레노이드 및 관련 배선, 탱크 압력 센서 및 관련 배선, 연료 펌프 드라이버 모듈 및 관련 배선, 연료 펌프 모듈 전기 커넥터 및 관련 배선, 및 증기 관리 밸브(들)(시스템 의존적)를 포함할 수 있다. 이들 제거되는 구성요소는 제어 모듈(1030), 벤트 차단 조립체(1022), 매니폴드(1024), 솔레노이드 뱅크(1050A, 1050B) 및 관련 전기 커넥터(1044)에 의해 대체된다. 연료 탱크(1012)를 포함한 다양한 다른 구성요소가 증발 배출물 제어 시스템(1020)을 수용하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 연료 탱크(1012)는 픽업 지점에 대한 밸브 및 내부 라인을 제거하도록 변경될 수 있다. FDM의 플랜지(1046)는 제어 모듈(1030) 및/또는 전기 커넥터(1044)와 같은 다른 구성요소를 수용하도록 변경될 수 있다. 다른 구성에서, 캐니스터(1032)의 신선한 공기 라인(fresh air line) 및 더스트 박스(dust box)가 변경될 수 있다. 일례에서, 캐니스터(1032)의 신선한 공기 라인 및 더스트 박스는 제어 모듈(1030)에 연결될 수 있다.

이제 도 4와 도 5를 참조하여, 본 개시의 다른 예에 따라 구성된 연료 탱크 시스템(1010A)이 기술될 것이다. 달리 기술되지 않는 한, 연료 탱크 시스템(1010A)은 연료 탱크 시스템(1010)에 관하여 전술된 특징을 포함하는 증발 배출물 제어 시스템(1020A)을 포함할 수 있다. 연료 탱크 시스템(1010A)은 새들 타입 연료 탱크(1012A) 상에 통합된다. 벤트 차단 조립체(1022A1)는 3개 이상의 벤트 지점 입구의 개폐를 제어하기 위해 매니폴드(1024A)와 연통하는 단일 액추에이터(1070)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 매니폴드 조립체(1024A)는 제1 벤트(1040A), 제2 벤트 라인(1042A) 및 제3 벤트 라인(1044A)으로 라우팅된다. 벤트(1046A)는 캐니스터(도 1의 캐니스터(1032) 참조)로 라우팅된다. 액체 트랩 및 드레인(drain)(1054A)이 매니폴드 조립체(1024A) 상에 통합된다. 연료 탱크 시스템(1010A)은 연료 탱크 격리 밸브(fuel tank isolation valve, FTIV)를 요구함이 없이 고압 하이브리드 응용을 위한 연료 탱크 격리를 수행할 수 있다. 또한, 증발 배출물 제어 시스템(1020A)은 벤트 지점에서 최고 가능한 차단을 달성할 수 있다. 시스템은 종래의 기계적 밸브 차단 또는 재개방 구성에 의해 방해받지 않는다. 증기 공간 및 전체 탱크 높이가 감소될 수 있다.

이제 도 6과 도 7을 참조하여, 본 개시의 다른 예에 따라 구성된 벤트 차단 조립체(1022B)가 기술될 것이다. 벤트 차단 조립체(1022B)는 액추에이터 조립체(1110)를 적어도 부분적으로 수용하는 메인 하우징(1102)을 포함한다. 캐니스터 벤트 라인(1112)은 캐니스터(도 1의 캐니스터(1032) 참조)로 라우팅된다. 액추에이터 조립체(1110)는 일반적으로 선택된 벤트 라인을 개폐하기 위해 전술된 솔레노이드 대신에 사용될 수 있다. 벤트 차단 조립체(1022B)는 캠 조립체(1130)를 포함한다. 캠 조립체(1130)는 캠(1134, 1136, 1138)을 포함하는 캠 샤프트(1132)를 포함한다. 캠 샤프트(1132)는 모터(1140)에 의해 회전가능하게 구동된다. 도시된 예에서, 모터(1140)는 웜 기어(1142)를 회전시키는 직류 모터이며, 이러한 웜 기어는 이어서 구동 기어(1144)를 구동시킨다. 모터(1140)는 메인 하우징(1102) 밖에 장착된다. 다른 구성이 고려된다. 캠(1134, 1136, 1138)은 회전하여, 각각, 밸브(1154, 1156, 1158)를 개폐한다. 밸브(1154, 1156, 1158)는 개폐되어, 각각, 포트(1164, 1166, 1168)를 통해 증기를 선택적으로 전달한다. 일례에서, 모터(1140)는 대안적으로 스테퍼 모터일 수 있다. 다른 구성에서, 전용 DC 모터가 각각의 밸브에 대해 사용될 수 있다. 각각의 DC 모터는 홈 기능(home function)을 가질 수 있다. DC 모터는 스테퍼 모터, 양방향 모터, 단방향 모터, 브러시 모터(brushed motor) 및 브러시리스 모터(brushless motor)를 포함할 수 있다. 홈 기능은 하드 스톱(hard stop), 전기 또는 소프트웨어 구현, 트립 스위치(trip switch), 하드 스톱(캠 샤프트), 전위차계(potentiometer) 및 가감저항기(rheostat)를 포함할 수 있다.

하나의 구성에서, 포트(1164, 1166)는 연료 탱크(1012)의 전방 및 후방으로 라우팅될 수 있다. 포트(1164)는 오직 연료보급 포트로서 구성될 수 있다. 작동시, 포트(1166)가 연료 탱크(1012) 내의 낮은 위치로 라우팅되는 경사면 상에 차량이 주차되는 경우, 캠(1134)이 포트(1164)를 폐쇄하는 위치로 회전된다. 연료보급 중에, 포트(1164)와 관련된 밸브(1154)가 캠(1134)에 의해 개방된다. 일단 연료 레벨 센서(1048)가 "충분(Fill)" 위치에 대응하는 사전결정된 레벨에 도달하면, 컨트롤러(1030)는 밸브(1154)를 폐쇄할 것이다. 다른 구성에서, 캠(1134), 밸브(1154) 및 포트(1164)가 제거되어, 밸브(1156, 1158)를 개폐하는 2개의 캠(1136, 1138)을 남길 수 있다. 그러한 예에서, 2개의 포트(1168, 1166)는 7.5 mm 오리피스일 수 있다. 둘 모두의 포트(1168, 1166)가 개방되면, 연료보급이 일어날 수 있다. 더 적은 유동이 요구되면, 밸브(1156, 1158) 중 하나가 내내 개방되지 않는 캠 위치가 달성될 수 있다.

이제 도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 개시의 다른 예에 따라 구성된 벤트 차단 조립체(1022C)가 기술될 것이다. 벤트 차단 조립체(1022C)는 액추에이터 조립체(1210)를 적어도 부분적으로 수용하는 메인 하우징(1202)을 포함한다. 캐니스터 벤트 라인(1212)은 캐니스터(도 1의 캐니스터(1032) 참조)로 라우팅된다. 액추에이터 조립체(1210)는 일반적으로 선택된 벤트 라인을 개폐하기 위해 전술된 솔레노이드 대신에 사용될 수 있다. 벤트 차단 조립체(1022C)는 캠 조립체(1230)를 포함한다. 캠 조립체(1230)는 캠(1234, 1236, 1238)을 포함하는 캠 샤프트(1232)를 포함한다. 캠 샤프트(1232)는 모터(1240)에 의해 회전가능하게 구동된다. 도시된 예에서, 모터(1240)는 하우징(1202) 내에 수용된다. 모터(1240)는 웜 기어(1242)를 회전시키는 직류 모터이며, 이러한 웜 기어는 이어서 구동 기어(1244)를 구동시킨다. 다른 구성이 고려된다. 캠(1234, 1236, 1238)은 회전하여, 각각, 밸브(1254, 1256, 1258)를 개폐한다. 밸브(1254, 1256, 1258)는 개폐되어, 각각, 포트(1264, 1266, 1268)를 통해 증기를 선택적으로 전달한다. 일례에서, 모터(1240)는 대안적으로 스테퍼 모터일 수 있다. 드레인(1270)이 하우징(1202) 상에 제공될 수 있다.

하나의 구성에서, 포트(1264, 1266)는 연료 탱크(1012)의 전방 및 후방으로 라우팅될 수 있다. 포트(1264)는 오직 연료보급 포트로서 구성될 수 있다. 작동시, 포트(1266)가 연료 탱크(1012) 내의 낮은 위치로 라우팅되는 경사면 상에 차량이 주차되는 경우, 캠(1236)이 포트(1266)를 폐쇄하는 위치로 회전된다. 연료보급 중에, 포트(1264)와 관련된 밸브(1254)가 캠(1234)에 의해 개방된다. 일단 연료 레벨 센서(1048)가 "충분" 위치에 대응하는 사전결정된 레벨에 도달하면, 컨트롤러(1030)는 밸브(1254)를 폐쇄할 것이다. 다른 구성에서, 캠(1234), 밸브(1254) 및 포트(1264)가 제거되어, 밸브(1256, 1258)를 개폐하는 2개의 캠(1236, 1238)을 남길 수 있다. 그러한 예에서, 2개의 포트(1268, 1266)는 7.5 mm 오리피스일 수 있다. 둘 모두의 포트(1268, 1266)가 개방되면, 연료보급이 일어날 수 있다. 더 적은 유동이 요구되면, 밸브(1256, 1258) 중 하나가 내내 개방되지 않는 캠 위치가 달성될 수 있다.

본 개시는 가솔린 연료 탱크에서 증기 재순환을 제어하는 데 사용되는 벤트 차단 조립체(1022D)(도 15)를 포함하는 연료 탱크 시스템(1600)에 관한 것이다. 벤트 차단 조립체(1022D)는 본 명세서에 기술된 벤트 차단 조립체와 유사하게 구성될 수 있다. 연료보급 동안, 내장 증기 처리 시스템에서 발생된 증기 중 일부가 상부 필러 넥으로 재순환된다. 이어서 이들 증기는 거기에 생성된 벤추리를 통해 연료 탱크 내에 재포획된다. 본 개시의 벤트 차단 조립체는 이러한 재순환 라인의 유동을 원하는 유량으로 조정하는 데 사용될 수 있다.

종래 기술에 따라 구성된 하나의 종래 기술의 연료 시스템이 도 14a에 도시되어 있으며, 일반적으로 도면 부호 1510으로 식별된다. 연료 시스템(1510)은 재순환 라인(1512), 및 연료보급 노즐(1522)을 수용하는 충전 넥 또는 컵(1520)을 포함한다. 차량 연료 시스템(1510)은 또한 연료 탱크(1530) 내로 연료를 도입하기 위한 충전 파이프(1526), 및 연료 증기가 밸브(1536) 및 벤트 라인(1540)을 통해 연료 탱크(1530)로부터 그것으로 벤팅되는 증기 회수 시스템(예컨대, 증기 캐니스터)(1532)을 포함할 수 있다. 탱크(1530) 내의 연료 레벨이 밸브(1536) 아래에 있을 때, 밸브(1536)는 개방될 수 있고 증기 회수 시스템(1532)으로의 연료 증기의 고 체적 벤팅을 제공할 수 있다. 액체 연료가 밸브(1536)에 도달할 때, 밸브(1536)는 폐쇄에 의해 응답할 수 있으며, 그에 의해 증기 회수 시스템(1532)으로의 유동을 차단할 수 있다.

도 14b는 연료 시스템(1510)을 사용하는 예시적인 연료보급 이벤트를 예시한다. 그러한 종래 기술의 시스템은 고정 오리피스를 한정하는 재순환 라인을 갖는다. 다시 말해서, 재순환 라인(1512)은 벤팅을 위한 고정 직경을 갖는다. 일반적으로 직경은 최악의 경우 시나리오에 대해 고정(설계)된다. 재순환 라인(1512)이 최악의 경우 시나리오에 대해 고정되기 때문에, 몇몇 연료보급 조건은 비효율적으로 공기를 연료 시스템 내로 끌어들일 것이다. 충전 넥(1520) 내로 끌어들여진 공기는 액체 연료 입력의 약 15%이다. 연료 증기는 재순환 라인(1512)을 통해 재순환되도록 허용된다. 이것은 연료보급 이벤트 동안 전체 차콜 캐니스터(charcoal canister) 증기 로딩을 감소시킬 수 있다. 이것은 항상 균형잡힌 행위(balancing act)이다.

노즐(1522)로부터의 분배된 연료의 속도는 재순환 라인(1512)으로부터의 얼마나 많은 증기가 다시 연료 탱크(1530) 내로 유입될 수 있는지를 좌우한다. 그렇지 않으면 벤트 라인(1540)을 통해 탄소 캐니스터(1532)로 지향될 연료 증기가 다시 재순환 라인(1512)을 통해 필러 넥(1526) 내로 재순환된다. 탄소 캐니스터의 로딩은 재순환 라인(1512)을 통해 연료 증기를 재순환시킴으로써 감소된다. 재순환 라인(1512)의 오리피스 크기(유량)가 너무 큰 경우, 조작자는 증기를 대기로 배출할 수 있고 내장 연료보급 증기 회수(onboard refueling vapor recovery, ORVR) 연료보급을 위한 EPA(미국) 테스트. 본 개시는 증기를 알려진 속도로 필러 넥(1526)에 분배하기 위해 전술된 벤트 차단 조립체 장치 및 제어장치들을 이용한다.

이제 도 15 및 도 16을 참조하면, 본 개시의 추가의 특징에 따라 구성된 벤트 차단 조립체가 도시되며, 일반적으로 도면 부호 1022D로 식별된다. 벤트 차단 조립체(1022D)는 연료 시스템(1600) 상에 통합된 것으로 도시되어 있다. 하기의 논의로부터 인식될 바와 같이, 벤트 차단 조립체(1022D)는 재순환 라인(1512A)에서 벤트 경로를 소정 오리피스 크기로 개폐하는 데 사용될 수 있다. 연료 시스템(1600)은 충전 넥(1520A)을 포함한다. 연료 증기는 재순환 라인(1512A)을 통해 재순환되도록 허용된다. 노즐(1522A)로부터의 분배된 연료의 속도는 재순환 라인(1512)으로부터의 얼마나 많은 증기가 다시 연료 탱크(1530A) 내로 유입될 수 있는지를 좌우한다. 그렇지 않으면 벤트 라인(1626)을 통해 탄소 캐니스터(1532A)로 지향될 연료 증기가 다시 재순환 라인(1512A)을 통해 필러 넥(1526A) 내로 재순환된다. 도 16에 도시된 구성은 외부 장착된 벤트 차단 조립체(1022D)를 포함하지만, 벤트 차단 조립체(1022D)는 대안적으로 연료 탱크(1530A) 내에 배치될 수 있다.

벤트 차단 조립체(1022D)는 액추에이터 조립체(1610)를 적어도 부분적으로 수용하는 메인 하우징(1602)을 포함한다. 출구 포트(1612)가 벤트 라인(1626)에 의해 탄소 캐니스터(1532A)에 유체적으로 연결된다. 탄소 캐니스터(1532A)는 대기로 선택적으로 벤팅하는 출구(1628)를 가질 수 있다. 벤트 라인(1626)은 또한 엔진 퍼지를 위한 엔진으로의 출구(1629)를 가질 수 있다.

벤트 차단 조립체(1022D)는 캠 조립체(1630)를 포함한다. 캠 조립체(1630)는 캠(1634, 1636, 1638)을 포함하는 캠 샤프트(1632)를 포함한다. 캠 샤프트(1632)는 모터(1640)에 의해 회전가능하게 구동된다. 도시된 예에서, 모터(1640)는 직류 모터이다. 모터(1640)는 메인 하우징(1602) 밖에 장착된다. 다른 구성이 고려된다. 캠(1634, 1636, 1638)은 회전하여, 각각, 밸브(1654, 1656, 1658)를 개폐한다.

밸브(1654, 1656, 1658)는 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서(그리고 그들 사이의 위치로) 개폐되어, 각각, 포트(1664, 1666, 1668)를 통해 증기를 선택적으로 전달한다. 포트(1664, 1666, 1668)뿐만 아니라 밸브(1654, 1656, 1658)의 상대적 크기가 상이하게 구성될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 재순환 밸브(1658) 및 포트(1668)는 다른 것들보다 더 작을 수 있다. 밸브(1654, 1656) 중 하나 및 각자의 포트(1664, 1666)는 연료보급 포트로서 구성되고 나머지 밸브 및 포트에 비해 더 클 수 있다. 일례에서, 모터(1640)는 대안적으로 스테퍼 모터일 수 있다. 다른 구성에서, 전용 DC 모터가 각각의 밸브에 대해 사용될 수 있다.

도시된 예에서, 포트(1664)는 연료 탱크(1530A) 내의 제1 벤트(1674)에 유체적으로 연결된다. 포트(1666)는 연료 탱크(1530A) 내의 제2 벤트(1676)에 유체적으로 연결된다. 몇몇 예들에서, 포핏 밸브(1656) 및 포트(1666)는 선택적인 것일 수 있다. 그러한 경우에, 단지 하나의 밸브(1654) 및 포트(1664)가 벤트 차단 조립체(1022D)와 연료 탱크(1530A)의 증기 공간(1680) 사이에서 증기를 전달하는 데 사용된다. 몇몇 구현에서, 벤트 차단 조립체(1022D) 상의 공통 포트에 병합되는 하나 초과의 벤트가 연료 탱크(1530)의 증기 공간(1680) 내에 통합될 수 있다. 다른 구성이 고려된다. 포트(1668)는 재순환 라인(1512A)에 유체적으로 연결된다.

컨트롤러(예컨대, 전술된 컨트롤러(1030))가 다양한 작동 입력에 기초하여 포트(1664, 1666, 1668)에서 선호되는 원하는 유량 또는 오리피스 크기를 결정하고, 최적의 위치에서 밸브(1654, 1656, 1658)를 개폐하도록 액추에이터 조립체(1610)에 신호를 전달한다. 컨트롤러는 충전 속도, 탱크 압력, 온도, 및 차량 경사도와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는, 작동 조건에 기초하여 재순환 라인(1512A)을 통한 요구되는 최적의 유량을 결정할 수 있다. 이와 관련하여, 밸브(1658)는 포트(1668) 밖으로 그리고 재순환 라인(1512A)을 통해 라우팅되는 유동의 원하는 양을 제어하기 위해 원하는 위치로 작동될 수 있다.

이제 도 17을 참조하면, 캠(1634)의 예시적인 프로파일이 도시되어 있다. 캠(1634)은 연료보급 유동 프로파일(1710), 주행 손실/트리클 충전 유동 프로파일(1712) 및 유동 없음 프로파일(1714)을 갖는다. 다른 프로파일이 고려된다. 증기 재순환 캠(1638)의 예시적인 프로파일이 또한 도시되어 있다. 캠(1638)은 재순환 유동 최대 프로파일(1720), 재순환 유동 프로파일(1722) 및 유동 없음 프로파일(1724)을 갖는다.

이제 도 18을 참조하면, 본 개시의 추가의 특징에 따라 구성된 재순환 포트 장치(1750)가 도시되어 있다. 캠 로브(1752)가 데드 웨이트(1758)와 맞물려 데드 웨이트(1758)를 시트(1760)로부터 떨어지도록 가압하여 (도 16의 재순환 라인(1512A) 내로의) 재순환을 위해 출구(1762) 밖으로의 유동을 허용하도록 구성될 수 있다. 리빙(ribbing)(1770)은 유동을 허용하도록 구성된다.

예들에 대한 상기의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 그것은 총망라한 것으로 또는 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 예의 개개의 요소들 또는 특징들은 일반적으로 그 특정 예로 제한되는 것이 아니라, 적용가능한 경우, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않을지라도, 상호교환 가능하고 선택된 예에서 사용될 수 있다. 그것은 또한 많은 방식으로 변경될 수 있다. 그러한 변경은 본 개시로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하며, 모든 그러한 수정은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims

내연 기관에 연료를 전달하도록 구성된 연료 탱크 상의 연료보급 이벤트(refueling event) 동안 증기 재순환 벤팅(vapor recirculation venting)을 관리하도록 구성된 벤트 차단 조립체(vent shut-off assembly)로서,
탄소 캐니스터(carbon canister)로 선택적으로 벤팅하는 메인 하우징(main housing); 및
상기 메인 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용된 액추에이터 조립체(actuator assembly)를 포함하며, 상기 액추에이터 조립체는,
(i) 상기 연료 탱크 내의 제1 벤트에 유체적으로 연결된 제1 포트를 선택적으로 개방하는 제1 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제1 캠, 및 (ii) 증기를 다시 상기 연료 탱크의 필러 넥(filler neck)으로 라우팅하는 재순환 라인에 유체적으로 연결된 제2 포트를 선택적으로 개방하는 제2 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 포함하는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 액추에이터 조립체는 상기 액추에이터 조립체를 회전시키는 모터를 추가로 포함하는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 메인 하우징은 상기 연료 탱크 밖에 위치되는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 캠 조립체는 상기 연료 탱크 내의 제2 벤트에 유체적으로 연결된 제3 포트를 선택적으로 개방하는 제3 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제3 캠을 추가로 포함하는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 캠은 (i) 연료보급 유동 프로파일, (ii) 주행 손실/트리클 충전(trickle fill) 유동 프로파일, 및 (iii) 유동 없음(no flow) 프로파일을 포함하는 프로파일을 갖는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제2 캠은 (i) 재순환 유동 최대 프로파일, (ii) 재순환 유동 프로파일, 및 (iii) 유동 없음 프로파일을 포함하는 프로파일을 갖는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 액추에이터 조립체는 원하는 유량을 결정하는 컨트롤러로부터의 신호에 기초하여 상기 캠 샤프트를 회전시키는, 벤트 차단 조립체.
제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 충전 속도에 기초하여 상기 원하는 유량을 결정하는, 벤트 차단 조립체.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 연료 탱크 압력, 주위 온도 및 차량 경사도(vehicle grade) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 원하는 유량을 결정하는, 벤트 차단 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제2 밸브는 상기 제2 캠에 의해 밸브 시트(valve seat)로부터 떨어지도록 선택적으로 가압되는 데드 웨이트(dead weight)를 포함하는, 벤트 차단 조립체.
제2항에 있어서, 상기 모터는 상기 메인 하우징 밖에 장착된 직류 모터인, 벤트 차단 조립체.
제2항에 있어서, 상기 모터는 스테퍼 모터(stepper motor)인, 벤트 차단 조립체.
연료 탱크 상의 연료보급 이벤트 동안 증기 재순환 라인을 통한 증기 유동을 제어하는 방법으로서,
연료보급 동안의 작동 조건들을 결정하는 단계;
컨트롤러로부터 상기 연료 탱크에 대해 배치된 벤트 차단 조립체로 신호를 전달하는 단계;
상기 벤트 차단 조립체 상의 제1 밸브를 사전결정된 위치로 개방하는 단계로서, 상기 제1 밸브는 상기 연료 탱크 내의 제1 벤트에 유체적으로 연결된 제1 포트를 선택적으로 개방하는, 상기 제1 밸브를 개방하는 단계; 및
상기 벤트 차단 조립체 상의 제2 밸브를 사전결정된 위치로 개방하는 단계로서, 상기 제2 밸브는 증기를 다시 상기 연료 탱크 상의 필러 넥으로 라우팅하는 상기 재순환 라인에 유체적으로 연결된 제2 포트를 선택적으로 개방하는, 상기 제2 밸브를 개방하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 작동 조건들을 결정하는 단계는 상기 연료 탱크에 들어가는 연료의 충전 속도를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 제1 밸브를 개방하는 단계는,
상기 제1 포트를 선택적으로 개방하는 제1 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제1 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 캠 조립체를 작동시키는 단계는,
상기 제1 캠을 (i) 연료보급 유동 프로파일, (ii) 주행 손실/트리클 충전 유동 프로파일, 및 (iii) 유동 없음 프로파일을 갖는 프로파일에 대응하는 위치로 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 제2 밸브를 개방하는 단계는,
상기 제2 포트를 선택적으로 개방하는 상기 제2 밸브를 작동시키는 프로파일을 갖는 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
제17항에 있어서, 상기 캠 조립체를 작동시키는 단계는,
상기 제2 캠을 (i) 재순환 유동 최대 프로파일, (ii) 재순환 유동 프로파일, 및 (iii) 유동 없음 프로파일을 갖는 프로파일에 대응하는 위치로 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 제2 밸브를 개방하는 단계는,
데드 웨이트를 밸브 시트로부터 떨어지도록 가압하는 프로파일을 갖는 제2 캠을 포함하는 캠 샤프트를 갖는 캠 조립체를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.