KR100559838B1 - 차량의 연료증기 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 연료증기 처리장치에 관한 것으로, 연료탱크의 온도를 감지하는 연료탱크온도 감지센서와, 전원에 의해 일측으로는 냉각작용을 하고 타측으로는 가열작용을 하며 그 냉각하는 부분이 상기 연료탱크측에 배치되고 그 가열하는 부분이 캐니스터측에 배치되는 온도조절수단과, 상기 연료탱크온도 감지센서로부터 감지된 온도에 따라 상기 온도조절수단의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다. 이러한 본 발명은, 연료탱크를 적절한 온도로 냉각하여 연료증기의 증발을 최소로 억제하고 캐니스터를 적절한 온도로 가열하여 퍼지유량을 증가시킴으로써 퍼지효율 및 캐니스터의 내구성을 향상시킬 수 있고 강화되는 환경 규제에 보다 능동적으로 대처할 수 있다.

Description

차량의 연료증기 처리장치{A purge device for fuel gas in automobile}

도 1은 일반적인 차량의 연료증기 처리장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 연료증기 처리장치를 도시한 개략도,

도 3은 도 2에 도시된 제어부의 동작과정을 설명하기 위한 플로우챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 연료탱크 12: 증기 분리기

13: 캐니스터 14: 퍼지제어밸브

15: 캐니스터클로즈밸브 16: 필터

20: 펠티어소자 30: 스위칭부

40: 연료탱크 온도 감지센서 50: 수온 감지 센서

60: 제어부

본 발명은 차량의 연료증기 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료증기에 대한 퍼지성능을 향상시킬 수 있는 차량의 연료증기 처리장치에 관한 것이다.

주지되어 있는 바와 같이, 자동차의 배기가스 정화 대책은 여러각도에서 연구가 진행되고 있으나 유해성분의 발생 또는 생성원인이 서로 다르기 때문에 이를 동시에 해결하는 것은 쉽지 않다. 유해 가스 중 연료증기인 탄화수소(HC)는 가솔린의 주성분으로서 실린더내에서 연소되지 않은 가솔린의 분해에 의해 발생되는데 이는 농도가 낮기 때문에 호흡기 계통과 눈에 치명적인 영향을 주며 발암성물질이 포함되어 있어서 질소산화물과 합성하면서 광화학 스모그를 생성시키게 된다.

이런 이유로 인해 미국환경보호청(Enviornmental Protection Agency)이나 캘리포니아주 대기 지원국(California Air Resources Board)에서는 연료탱크로부터 흡입다기관까지의 배관부위에서 누설되는 증발연료의 양을 진단하고 허용량을 넘을 경우 대책을 강구하여 증발연료가 대기중으로 방출되는 것을 미연에 방지하도록 요구하고 있고, 진단장치나 누설진단방법을 제안하고 있는 실정이다.

현재, 연료 연료증기 억제 시스템은 다양한 방식으로 제시되어 있으며, 이 중 캐니스터 방식은 연료탱크내에서 증발하는 연료증기에 함유된 탄화수소를 활성탄이 저장되어 있는 캐니스터(Canister)에 포집하고 이 캐니스터에 포집된 연료증기를 엔진의 연소실로 유입시켜 연소하는 방식이다.

상기와 같은 캐니스터 방식의 연료증기 처리장치는 도 1에 도시되어 있으며, 동도면에 도시되어 있는 바와 같이, 연료탱크(1)의 연료가 증발되면 이 증기를 증기 분리기(2)에 의해 분리하여 캐니스터(3)의 내부에 충전되어 있는 활성탄으로 포 집하였다가, 엔진이 작동되면서 엔진제어유닛의 제어에 의해 퍼지제어밸브(Purge Control Valve;"PCV")(4) 및 캐니스터클로즈밸브(Canister Close Valve; "CCV")(5)가 개방되면 엔진에서 발생되는 부압에 의해 캐니스터(3)의 대기측에서 유입되는 외기와 동시에 포집되어 있던 연료증기를 연소실로 유입시켜 연소되도록 되어 있다(이하, "퍼지(Purge)"라 함).

참고적으로, 최근의 캐니스터에는 상기한 바와 같이 연료증기를 연소실로 유입시킬 때 필요한 외기를 여과하여 흡입하기 위한 필터(6)가 장착되어 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 캐니스터 방식에 따른 연료증기 처리장치는, 엔진 냉각계통의 난기조건, 궤환(feed back) 조건, 연료 단절(fuel cut) 조건 등의 수많은 제한 조건들로 인해 실제 퍼지할 수 있는 시간이 충분하지 못하다.

그리고, 주행중에 엔진으로부터 리턴되는 연료 및 주변 온도의 상승에 의해 연료탱크의 온도가 상승하여 연료증기의 양이 증가할 경우 캐니스터의 용량을 초과할 수 있다.

이와 같이 연료증기의 증발량이 캐니스터의 용량을 초과하면, 충분한 퍼지가 이루어질 수 없을 뿐만 아니라, 연료 탱크의 내압 증가로까지 이어져 연료증기의 누설량이 증가됨으로써, 최근 범세계적으로 강화되어가고 있는 연료증기의 증발량 규제를 만족할 수 없게 된다.

또, 상기와 같이 여러 제한 조건들에 의해 실제 퍼지할 수 있는 시간이 충분하지 못한 경우와 연료증기의 증발량이 캐니스터의 용량을 초과하는 경우에 캐니스 터의 내부에 잔존하는 연료증기의 양이 많아지게 되면, 이 잔여 증기가 시간의 경과에 따라 증발과 응축의 상변화를 반복함으로써 캐니스터의 내구성을 저하시키게 된다.

이에, 보다 효율적인 퍼지를 이루기 위한 방식들에 대한 개발이 요구되고 있는 바, 최근에는 퍼지유량을 증가시키는 방법이 개발 및 시도되었지만, 퍼지유량을 인위적으로 증가시킬 경우 캐니스터 내의 연료 기회에 한 흡열반응으로 인해 캐니스터의 온도가 낮아짐으로써 오히려 캐니스터 내의 연료 기화를 저해하여 퍼지량이 감소하는 역효과가 발생하는 등, 현재로서는 나날이 강화되어 가고 있는 환경규제를 만족할 수 있는 효율적인 퍼지 방법이 개발되어 있지 못한 실정이다.

이에 본 발명은 상기한 종래기술의 단점을 개선하고 상기한 기술 개발의 요구에 부응하고자 안출한 것으로, 연료탱크를 적절한 온도로 냉각하여 연료증기의 증발을 최소로 억제하고 캐니스터를 적절한 온도로 가열하여 퍼지유량을 증가시킬 수 있는 차량의 연료증기 처리장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 연료증기 처리장치는, 연료탱크로부터 증발된 증기를 캐니스터를 통해 포집하고 포집된 연료증기를 엔진의 연소실로 공급하는 차량의 연료증기 처리장치에 있어서, 상기 연료탱크의 온도를 감지하는 연료탱크온도 감지센서와, 전원에 의해 일측으로는 냉각작용을 하고 타측으로는 가열작용을 하며 그 냉각하는 부분이 상기 연료탱크측에 배치되고 그 가열하는 부분이 상기 캐니스터측에 배치되는 온도조절수단과, 상기 연료탱크온도 감지센서로부터 감지된 온도에 따라 상기 온도조절수단의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되면서; 상기 온도조절수단은, 입력되는 전원에 의해 양측면으로 각각 발열과 흡열작용을 수행하는 펠티어소자와, 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 스위칭 동작하여 전원을 상기 펠티어소자로 인가하는 스위칭부를 포함하여 구성되는 한편; 상기 펠티어소자는 그 흡열작용을 수행하는 면이 상기 연료탱크의 일측면에 부착되고 그 발열작용을 수행하는 면이 상기 캐니스터의 일측면과 일정간격만큼 거리를 두도록 배치되어 설치된 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하 기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 연료증기 처리장치를 도시한 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 연료탱크(11)와 증기분리기(12)와 캐니스터(13)와 퍼지제어밸브(14)와 캐니스터클로즈밸브(15)와 필터(16)와 펠티어소자(20)와 스위칭부(30)와 연료탱크 온도 감지센서(40)와 수온 감지 센서(50) 및 제어부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 연료탱크(11)는 저장된 연료를 연료펌프(FP)를 매개로 연료인젝터(FI)로 공급하며, 상기 증기분리기(12)는 연료탱크(11)로부터 증발되는 연료증기를 분리해서 캐니스터(13)로 공급한다.

상기 캐니스터(13)는 그 내부에 충전되어 있는 활성탄으로 연료증기를 포집하였다가 이를 퍼지제어밸브(14)를 통해 엔진의 연소실로 공급하고, 상기 퍼지제어밸브(14)는 엔진제어유닛(도시되지 않음)의 제어에 따라 개방동작하여 캐니스터(13)에 의해 포집된 연료증기를 엔진의 연소실로 공급한다.

여기서, 연료탱크(11)와 캐니스터(13)는 후술될 펠티어소자(20)의 설치를 위해 서로 근접하게 배치된다.

상기 캐니스터클로즈밸브(15)는 상기 엔진제어유닛의 제어에 따라 개방동작하여 연료증기를 엔진의 연소실로 유입시킬 때 필요한 외기를 캐니스터(13)의 내부로 유입시키며, 상기 필터(16)는 캐니스터클로즈밸브(15)를 통해 캐니스터(13)의 내부로 유입되는 외기를 여과한다.

상기 펠티어소자(Peltier Device)(20)는, 소위, 열전소자 또는 열전반도체라 불리우는 것으로, 직류전압이 인가되면 소자의 일측면(21)은 펠티어효과에 의한 발열작용에 의해 가열되고 타측면(22)은 펠티어효과에 의한 흡열작용에 의해 냉각되는 소자이다.

이 펠티어소자(20)는 발열작용이 이루어지는 면(21)이 캐니스터(13)의 일측을 향하고 흡열작용이 이루어지는 면(22)이 연료탱크(11)의 일측에 부착되도록 배치된다.

상기 스위칭부(30)는 제어부(60)로부터 인가되는 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하여 차량내의 직류전원공급수단(예컨대, 배터리 등)으로부터 인가되는 직류전압을 펠티어소자(20)로 인가한다.

상기 연료탱크 온도 감지센서(40)는 연료탱크(40)의 일측에 부착되어 연료탱크(40)의 온도를 감지하고 감지된 온도에 상응하는 감지신호를 발생하여 제어부(60)로 인가하고, 수온 감지 센서(50)는 엔진의 냉각계통에서 순환되는 냉각수의 온도를 감지하여 그에 상응하는 감지신호를 발생하여 제어부(60)로 인가한다.

여기서, 수온 감지 센서(50)는 별도로 설치하여도 되나, 구조를 단순화하고 제조비용을 절감하는 차원에서 통상의 수냉식 엔진에 채용되어 있는 수온 감지 센서를 공용으로 이용하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(60)는 연료탱크 온도 감지센서(40)와 수온 감지 센서(50)를 통해 감지되는 연료탱크(11)의 온도와 캐니스터(13)의 온도에 따라 스위칭부(30)를 제어하여 펠티어소자(20)의 동작을 제어한다.

여기서, 제어부(60)는 별도로 구비되는 마이크로프로세서(Micro Processor) 일 수도 있고, 차량의 엔진을 제어하는 엔진제어유닛(Engine Control Unit; "ECU") 또는 차량의 전장품을 제어하는 전자제어유닛과 일체로 구성될 수도 있다.

이제 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 차량의 엔진이 시동되고 전원공급수단(예컨대, 배터리 등)으로부터 전원이 인가되면, 엔진제어유닛의 제어에 따라 퍼지제어밸브(14)와 캐니스터클로즈밸브(15)가 개방됨으로써 연료탱크(11)로부터 발생된 연료증기의 퍼지가 이루어진다.

그리고, 연료탱크 온도 감지센서(40)에서 연료탱크(11)의 온도가 감지되어 그에 상응하는 감지신호가 발생됨과 더불어, 수온 감지 센서(50)에서 엔진 냉각 계통의 냉각수온이 감지되어 그에 상응하는 감지신호가 발생된다.

상기 연료탱크 온도 감지센서(40) 및 수온 감지 센서(50)로부터 발생된 각각의 감지신호는 제어부(60)로 입력되고, 제어부(60)는 상기 각 센서(40, 50)로부터 입력되는 감지신호에 의해 연료탱크(11)의 온도 및 냉각수온을 검출한다(S10).

제어부(60)는 상기 스텝(S10)에서 검출된 냉각수온을 제1 설정온도(Tset1)(예컨대, 50℃ 정도)와 비교함과 더불어 검출된 연료탱크(11)의 온도를 제2 설정온도(Tset2)(예컨대, 30℃ 정도)와 비교한다(S20).

상기 스텝(S20)에서의 비교결과 냉각수온이 제1 설정온도(Tset1)를 초과하고 연료탱크(11)의 온도가 제2 설정온도(Tset2)를 초과하면, 제어부(60)는 펠티어소자(20)로 전원을 인가하기 위한 제어신호를 발생하여 스위칭부(30)로 인가한다.

참고적으로, 냉각수온이 상승한다는 것은 엔진 계통의 온도가 증가한 상태임을 나타내는 것이고, 이와 같이 엔진 계통의 온도가 상승한 경우 엔진으로부터 연료탱크(11)로 역류되는 연료의 온도가 높아 연료탱크(11)에 저장된 연료의 온도가 상승하는 조건이 되므로, 연료탱크(11)를 냉각시키고 캐니스터(13)를 가열하여 퍼지효율을 증가시킬 필요가 있다.

상기 제어부(60)로부터 인가되는 제어신호에 의해 스위칭부(30)는 스위칭 절환하여 차량 내의 직류전원공급수단(예컨대, 배터리 등)으로부터 인가되는 직류전압을 펠티어소자(20)로 인가한다.

상기 스위칭부(30)를 매개로 직류전압이 인가되면 펠티어소자(20)의 일측면(21)에서는 펠티어효과에 의한 발열작용에 의해 가열이 이루어지고 펠티어소자(20)의 타측면(22)에서는 펠티어효과에 의한 흡열작용에 의해 냉각이 이루어진다(S30).

상기와 같이 동작되는 펠티어소자(20)에 의해 캐니스터(13)가 적절한 온도로 가열됨으로써 캐니스터(13)의 내부에 포집되는 연료증기의 증발이 가속화되어 퍼지량이 증가한다.

그리고, 상기와 같이 동작되는 펠티어소자(20)에 의해 연료탱크(11)가 냉각됨으로써, 연료탱크(11)에 저장되어 있는 연료로부터의 연료증기 발생량이 감소한다.

이와 같이 캐니스터(13)에 의한 퍼지량이 증가하고 연료탱크(11)의 연료증기 발생량이 감소함에 따라 연료증기에 대한 처리효율이 향상되며, 캐니스터(13) 내의 연료증기의 잔량이 감소한다.

만약, 상기 스텝(S20)에서의 비교결과 냉각수온이 제1 설정온도(Tset1)의 이하값이고 연료탱크(11)의 온도가 제2 설정온도(Tset2)의 이하값이면, 제어부(60)는 상기 스텝(S10)에서 검출된 냉각수온을 제3 설정온도(Tset3)(예컨대, 0℃ 정도)와 비교한다(S40).

상기 스텝(S40)에서의 비교결과 냉각수온이 제3 설정온도(Tset3)의 미만값이면, 제어부(60)는 상기 스텝(S30)으로 진행하여 펠티어소자(20)를 동작시킴으로써 퍼지효율을 향상시킨다.

참고적으로, 냉각수온이 일정값 미만일 정도로 엔진의 온도가 낮으면, 엔진과 인접하여 배치되는 캐니스터(13)의 온도도 함께 낮아져 캐니스터(13)의 퍼지유량이 감소하므로, 연료탱크(11)를 냉각시키고 캐니스터(13)를 가열하여 퍼지효율을 증가시킬 필요가 있다.

만약, 상기 스텝(S40)에서의 비교결과 냉각수온이 제3 설정온도(Tset3)의 이상값이면, 현 상태는 캐니스터(13)를 가열하고 연료탱크(11)를 냉각시키지 않아도 충분히 연료증기를 퍼지시킬 수 있는 상태이므로, 제어부(60)는 펠티어소자(20)로 인가되는 직류전압을 차단하기 위한 제어신호를 발생하여 스위칭부(30)로 인가한다.

상기 제어부(60)로부터 인가되는 제어신호에 의해 스위칭부(30)가 스위칭절환하여 펠티어소자(20)로 인가되는 직류전압을 차단한다.

상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실 시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 연료탱크를 적절한 온도로 냉각하여 연료증기의 증발을 최소로 억제하고 캐니스터를 적절한 온도로 가열하여 퍼지유량을 증가시킴으로써, 퍼지효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또, 캐니스터 내의 연료 잔량이 감소함으로써 캐니스터의 내구성이 향상되고 환경 규제에 보다 능동적으로 대처할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 연료탱크로부터 증발된 증기를 캐니스터를 통해 포집하고 포집된 연료증기를 엔진의 연소실로 공급하는 차량의 연료증기 처리장치에 있어서,

   상기 연료탱크(11)의 온도를 감지하는 연료탱크온도 감지센서(40)와, 전원에 의해 일측으로는 냉각작용을 하고 타측으로는 가열작용을 하며 그 냉각하는 부분이 상기 연료탱크(11)측에 배치되고 그 가열하는 부분이 상기 캐니스터(13)측에 배치되는 온도조절수단과, 상기 연료탱크온도 감지센서(40)로부터 감지된 온도에 따라 상기 온도조절수단의 동작을 제어하는 제어부(60)를 포함하여 구성되면서;

   상기 온도조절수단은, 입력되는 전원에 의해 양측면으로 각각 발열과 흡열작용을 수행하는 펠티어소자(20)와, 상기 제어부(60)로부터의 제어신호에 따라 스위칭 동작하여 전원을 상기 펠티어소자(20)로 인가하는 스위칭부(30)를 포함하여 구성되는 한편;

   상기 펠티어소자(30)는 그 흡열작용을 수행하는 면이 상기 연료탱크(11)의 일측면에 부착되고 그 발열작용을 수행하는 면이 상기 캐니스터(13)의 일측면과 일정간격만큼 거리를 두도록 배치되어 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 연료증기 처리장치.
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4. 제 1항에 있어서, 엔진 냉각 계통의 냉각수온을 감지하는 수온감지센서(50)를 더 포함하여 구성되고, 상기 제어부(60)는 상기 연료탱크(11)의 온도와 더불어 상기 수온감지센서(50)를 통해 감지되는 냉각수온에 따라서도 상기 온도조절수단의 동작을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 연료증기 처리장치.
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