KR20220083168A - 연료 증기 퍼지 시스템 및 방법 - Google Patents

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고병철
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Abstract

연료 증기 퍼지 시스템 및 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 주유 버튼의 동작을 감지하는 센서; 연료 탱크와 캐니스터를 연결하는 베이퍼 라인에 구비되는 연료 탱크 격리 밸브; 캐니스터와 흡기계를 연결하는 퍼지 라인에 구비되는 액티브 퍼지 펌프; 및 상기 센서에 의해 상기 주유 버튼의 동작이 인식되면 상기 연료 탱크 격리 밸브를 개방시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프를 동작시켜 상기 연료 탱크에서 발생한 연료 증기를 상기 퍼지 라인에 트랩시키는 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

연료 증기 퍼지 시스템 및 방법 {PURGE SYTEM OF FUEL VAPOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연료 증기 퍼지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주유 중에 발생하는 연료 증기를 액티브 퍼지 펌프를 이용하여 트랩할 수 있는 연료 증기 퍼지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
자동차 산업은 배기가스를 개선하기 위하여 많은 연구를 해오고 있으며, 특히 해외에서는 가솔린 연료의 증발가스 성분 중 탄화수소(HC)의 배출을 최소화하기 위해 연료 증기 총량을 0.5g/day 이하로 규제하는 규정법규를 적용하고 있는 실정이고, 순차적으로 연료증발 가스의 총량을 0.054g/day 이하로 확대할 예정이다.
일반적으로 규정법규에 대응하기 위하여 최근에는 연료탱크의 재질을 향상시키고 연결구조를 최적화시켜, 연료탱크를 투과하는 연료 증기의 발생을 최소화시키고 있으며, 다른 한편으로는 연료공급장치에 캐니스터를 적용한 연료 증기 재순환 장치를 적용하고 있다.
여기서, 캐니스터는 휘발성 연료를 저장하는 연료 탱크로부터 연료 증기를 흡수할 수 있는 흡착성 물질을 함유한 것으로, 기화기의 뜨개실과 연료탱크에서 증발하는 연료 증기가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하기 위하여 연료탱크와 연결되어 연료 증기를 포집하게 된다.
이와 같이, 캐니스터에 포집된 연료 증기는 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit; 이하 'ECU'라 함)에 의해 제어되는 압력제어 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve; PCSV)를 통하여 다시 엔진으로 유입되어 연소가 이루어짐으로써, 연료 증기를 재순환시키는 것이다.
한편, 주유 중에는 엔진이 오프되기 때문에, 주유 시에 연료탱크에서 발생한 연료 증기는 캐니스터에 포집되고, 연료탱크에서 발생한 연료 증기의 양이 캐니스터의 용량을 초과하게 되면, 대기 중으로 배출된다.
이와 같이, 주유 중에 대기 중으로 배출되는 연료 증기량을 최소화하기 위해, 종래에는 캐니스터의 용량을 증가시켰다.
하지만, 연료 증기를 포집하기 위해 캐니스터의 용량을 키우면, 캐니스터의 부피가 증가하게 되고, 고용량 캐니스터의 제작을 위한 제조 원가가 증가하는 문제가 발생하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주유 중에 발생하는 연료 증기가 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있는 연료 증기 퍼지 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 연료 증기를 포집하기 위한 캐니스터의 용량을 감소시켜 캐니스터의 부피를 줄이고 캐니스터 제작을 위한 제조 원가를 절감할 수 있는 연료 증기 퍼지 시스템 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 주유 버튼의 동작을 감지하는 센서; 연료 탱크와 캐니스터를 연결하는 베이퍼 라인에 구비되는 연료 탱크 격리 밸브; 캐니스터와 흡기계를 연결하는 퍼지 라인에 구비되는 액티브 퍼지 펌프; 및 상기 센서에 의해 상기 주유 버튼의 동작이 인식되면 상기 연료 탱크 격리 밸브를 개방시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프를 동작시켜 상기 연료 탱크에서 발생한 연료 증기를 상기 퍼지 라인에 트랩시키는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 센서에 의해 상기 주유 버튼의 동작이 인식된 후, 설정된 시간 동안 상기 연료 탱크 격리 밸브를 개방시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프를 동작시킬 수 있다.
상기 설정된 시간 경과 후, 상기 제어기는 연료 탱크 격리 밸브를 차단시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프의 동작을 정지시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 방법은 센서에 의해, 주유 버튼의 동작을 감지하는 단계; 및 제어기에 의해, 상기 주유 버튼의 동작에 기초하여 연료 탱크와 캐니스터를 연결하는 베이퍼 라인에 구비되는 연료 탱크 격리 밸브, 및 캐니스터와 흡기계를 연결하는 퍼지 라인에 구비되는 액티브 퍼지 펌프의 동작을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주유 버튼의 동작이 인식되면, 설정된 시간 동안 상기 연료 탱크 격리 밸브가 개방되고, 상기 액티브 퍼지 펌프가 동작될 수 있다.
상기 설정된 시간이 경과하면, 상기 연료 탱크 격리 밸브는 차단되고, 상기 액티브 퍼지 펌프의 동작이 정지될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 주유 중에 연료탱크에서 발생하는 연료 증기를 액티브 퍼지 펌프를 사용하여 퍼지 라인에 트랩함으로써, 연료 증기가 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 주유 중에 발생하는 연료 증기를 포집하기 위해 캐니스터의 용량을 키울 필요가 없기 때문에, 캐니스터의 부피를 감소시킬 수 있고 캐니스터의 제조 원가를 절감할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 도시한 개념도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 연료 탱크(10), 캐니스터(20), 흡기계(40), 및 제어기(70)(70)를 포함할 수 있다.
흡기계(40)(intake system)는 엔진, 흡기 매니폴드, 엔진과 흡기 매니폴드로 유입되는 흡기가 흐르는 흡기 라인을 포함할 수 있다.
엔진은 연료의 연소의 의해 구동력을 발생시키는 복수의 실린더를 포함한다. 엔진에는 실린더로 공급되는 흡기가 흐르는 흡기 라인, 및 실린더에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인이 각각 구비된다.
흡기 라인을 통해 유입되는 공기(또는, 외기)는 흡기 매니폴드를 통해 실린더로 공급된다. 흡기 매니폴드의 전단(또는, 상류)에는 엔진의 실린더로 공급되는 공기량을 조절하는 스로틀 밸브가 장착된다.
엔진의 실린더로 공급되는 휘발성 연료는 연료 탱크(10)에 저장된다. 연료 탱크(10)에는 압력 센서(13)가 구비되고, 압력 센서(13)는 연료 탱크(10)의 내부 압력을 감지하여 제어기(70)로 전송한다.
연료 탱크(10)와 캐니스터(20)는 베이퍼 라인(1)을 통해 연결(또는, 연통)되고, 베이퍼 라인(1)에는 연료 탱크 격리 밸브(11)(FTIV: fuel tank isolation valve)가 설치된다. 연료 탱크 격리 밸브(11)의 온/오프(ON/OFF)에 따라 캐니스터(20)와 연료 탱크(10)가 선택적으로 개방 또는 차단된다.
연료 탱크(10)로 연료를 주유하는 경우, 또는 연료 탱크(10)의 압력이 설정된 압력 이상인 경우에, 연료 탱크 격리 밸브(11)는 개방되어, 연료 탱크(10)와 캐니스터(20) 사이의 베이퍼 라인(1)이 개방된다. 따라서, 연료 탱크(10)로부터 캐니스터(20)로 연료 증기가 이동하게 된다.
캐니스터(20)는 연료 탱크(10)에서 발생한 연료 증기를 포집할 수 있는 흡착성 물질을 함유한다.
캐니스터(20)와 흡기계(40)(예를 들어, 흡기 매니폴드)는 퍼지 라인(3)을 통해 연결(또는, 연통)되고, 퍼지 라인(3)에는 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(21)(PCSV: purge control solenoid valve)가 장착된다. 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(21)의 동작에 의해, 캐니스터(20)에서 포집된 연료 증기가 흡기계(40)로 공급되는 것이 선택적으로 개방 또는 차단된다.
캐니스터(20)와 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(21) 사이의 퍼지 라인(3)에는 액티브 퍼지 펌프(50)가 설치된다. 연료 탱크(10)에서 발생한 연료 증기를 엔진의 흡기계(40)로 퍼지하는 경우(예를 들어, 연료 탱크의 내부 압력이 설정 압력 이상인 경우), 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(21)가 개방된 상태에서 액티브 퍼지 펌프(50)가 동작하여, 캐니스터(20)에서 포집된 연료 증기가 퍼지 라인(3)을 통해 흡기계(40)로 공급된다.
자연 흡기 엔진의 경우, 흡기계(40)의 부압을 이용하여 연료 탱크(10)에서 발생하여 캐니스터(20)에 포집된 연료 증기를 흡기계(40)로 공급한다. 그러나 하이브리드 차량의 경우, 이러한 자연 흡기 엔진에서의 연료 증기 퍼지 방법은 사용될 수 없다. 또한, 엔진의 출력을 높이기 위해 터빈과 컴프레서를 포함하는 터보차저, 또는 전동 모터에 의해 동작하는 컴프레서를 포함하는 전동식 슈퍼차저가 차량에 장착되는 경우, 흡기계(40)의 압력이 대기압 이상의 압력을 갖는 경우가 발생하여, 자연 흡기 엔진에서의 연료 증기 퍼지 방법은 사용될 수 없다.
따라서, 하이브리드 차량 또는 터보차저나 전동식 슈퍼차저와 같은 과급기가 장착된 차량의 경우, 퍼지 라인(3)에 장착된 액티브 퍼지 펌프(50)를 통해 연료 증기를 압축하여 흡기계(40)로 공급하게 된다.
캐니스터(20)는 대기와 연통하는 벤트 라인(5)이 구비되고, 벤트 라인(5)에는 연료 증기의 누설(leak)을 진단하기 위한 ELCM(30)(evaporative leak check module)이 장착된다. ELCM(30)은 차량이 주행 중이 아닌 소킹(soaking) 타임(예를 들어, 주차 등)에 연료 증기의 리크를 진단하기 위한 것이다.
ELCM(30) 하류의 벤트 라인(5)에는 필터(31)가 구비되고, 캐니스터(20)에서 포집된 일부 연료 증기는 필터(31)를 통해 대기중으로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템은 주유 버튼의 동작을 감지하는 센서(60), 및 센서(60)에서 감지된 주유 버튼의 동작을 기초로 연료 탱크 격리 밸브(11), 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(21) 및 액티브 퍼지 펌프(50)의 동작을 제어하는 제어기(70)를 포함할 수 있다.
센서(60)는 사용자의 조작에 의한 주유 버튼의 동작을 감지하고, 센서(60)의 의해 감지되는 주유 버튼의 동작은 제어기(70)로 전송된다.
제어기(70)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템의 동작에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 센서(60)는 사용자의 조작에 의한 주유 버튼의 동작을 감지하고, 센서(60)에 의해 감지된 주유 버튼의 동작은 제어기(70)로 전송된다(S10).
주유 버튼의 동작된 것이 감지되면, 연료 탱크(10)로 주유를 시작한 것으로 판단할 수 있고, 제어기(70)는 연료 탱크 격리 밸브(11)를 설정된 시간(예를 들어, 200초) 동안 개방시킨다. 그리고 제어기(70)는 액티브 퍼지 펌프(50)를 설정된 시간(예를 들어, 200초)동작시킨다. 이때, 제어기(70)는 퍼지 제어 솔레노이드 밸브는 차단한다(S20).
이와 같이, 연료 탱크 격리 밸브(11)가 개방되고 퍼지 제어 솔레노이드 밸브가 차단됨에 따라, 연료 탱크(10)-베이퍼 라인(1)-캐니스터(20)-퍼지 라인(3)-퍼지 제어 솔레노이드 밸브는 폐루프를 형성하게 된다.
연료 탱크 격리 밸브(11)가 개방되고 액티브 퍼지 펌프(50)가 동작됨에 따라, 주유 중에 연료 탱크(10)에서 발생한 연료 증기는 베이퍼 라인(1)을 통해 캐니스터(20)에 포집되고, 캐니스터(20)에 포집된 연료 증기는 퍼지 라인(3)으로 이동하게 된다. 퍼지 라인(30)에 설치된 액티브 퍼지 펌프(50)는 연료 증기를 압축하고, 액티브 퍼지 펌프(50)에 의해 압축된 연료 증기는 퍼지 라인(3)에 트랩된다(도 4 참조). 따라서, 캐니스터(20)에서 포집된 연료 증기는 벤트 라인(50)을 통해 대기 중으로 배출되지 않게 된다.
설정된 시간이 경과하면, 제어기(70)는 연료 탱크 격리 밸브(11)를 차단하고, 액티브 퍼지 펌프(50)의 동작을 정지시킨다(S30).
설정된 시간 동안만 액티브 퍼지 펌프(50)를 동작시킴으로써, 엔진의 정지 중에 불필요한 전력 소모를 최소화한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연료 증기 퍼지 시스템 및 방법에 의하면, 주유 중에 연료 탱크에서 발생하는 연료 증기를 액티브 퍼지 펌프(50)의 동작에 의해 퍼지 라인에 트랩함으로써, 연료 증기가 대기 중으로 배출되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 연료 탱크에서 발생한 연료 증기를 포집하기 위한 캐니스터의 용량을 최소화할 수 있어, 캐니스터의 부피를 줄일 수 있고, 캐니스터 제조 원가를 절감할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 베이퍼 라인
3: 퍼지 라인
5: 벤트 라인
10: 연료 탱크
11: 연료 탱크 격리 밸브
20: 캐니스터
21: 퍼지 제어 솔레노이드 밸브
30: ELCM
40: 흡기계
50: 액티브 퍼지 펌프
60: 센서
70: 제어기

Claims (6)

  1. 주유 버튼의 동작을 감지하는 센서;
    연료 탱크와 캐니스터를 연결하는 베이퍼 라인에 구비되는 연료 탱크 격리 밸브;
    캐니스터와 흡기계를 연결하는 퍼지 라인에 구비되는 액티브 퍼지 펌프; 및
    상기 센서에 의해 상기 주유 버튼의 동작이 인식되면 상기 연료 탱크 격리 밸브를 개방시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프를 동작시켜 상기 연료 탱크에서 발생한 연료 증기를 상기 퍼지 라인에 트랩시키는 제어기;
    를 포함하는 연료 증기 퍼지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 센서에 의해 상기 주유 버튼의 동작이 인식된 후, 설정된 시간 동안 상기 연료 탱크 격리 밸브를 개방시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프를 동작시키는 연료 증기 퍼지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 설정된 시간 경과 후,
    상기 제어기는
    연료 탱크 격리 밸브를 차단시키고, 상기 액티브 퍼지 펌프의 동작을 정지시키는 연료 증기 퍼지 시스템.
  4. 센서에 의해, 주유 버튼의 동작을 감지하는 단계; 및
    제어기에 의해, 상기 주유 버튼의 동작에 기초하여 연료 탱크와 캐니스터를 연결하는 베이퍼 라인에 구비되는 연료 탱크 격리 밸브, 및 캐니스터와 흡기계를 연결하는 퍼지 라인에 구비되는 액티브 퍼지 펌프의 동작을 제어하는 단계;
    를 포함하는 연료 증기 퍼지 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주유 버튼의 동작이 인식되면, 설정된 시간 동안 상기 연료 탱크 격리 밸브가 개방되고, 상기 액티브 퍼지 펌프가 동작되는 연료 증기 퍼지 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설정된 시간이 경과하면, 상기 연료 탱크 격리 밸브는 차단되고, 상기 액티브 퍼지 펌프의 동작이 정지되는 연료 증기 퍼지 방법.
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