KR101120007B1 - 누설 가스연료 감지 및 포집 기능을 갖춘 압축천연가스 차량용 레귤레이터 - Google Patents

누설 가스연료 감지 및 포집 기능을 갖춘 압축천연가스 차량용 레귤레이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이어프램 손상에 의해 가스연료가 누설되는 경우 누설 가스연료를 감지하고 이를 포집하며 고장 진단을 가능하게 하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터를 제공한다. 본 발명의 압축천연가스 차량용 레귤레이터는, ⅰ) 다이어프램과 스프링 및 밸브 조립체를 구비하며, 유입되는 고압의 가스연료를 감압시켜 일정 압력으로 배출하는 레귤레이터 본체, ⅱ) 다이어프램의 상부 공간과 흡기 매니폴드를 연결하여 흡기 매니폴드의 압력이 다이어프램 위로 작용하게 하는 연결관, ⅲ) 연결관에 설치되며, 다이어프램의 손상으로 가스연료 누설시 누설 가스연료의 유량을 감지하는 유량 감지기, 및 ⅳ) 연결관에 설치되며, 가스연료 누설시 작동하여 누설 가스연료를 포집하는 캐니스터를 포함한다.
레귤레이터, 다이어프램, 스프링, 누설, 압축천연가스, 흡기매니폴드, 유량감지기, 캐니스터

Description

누설 가스연료 감지 및 포집 기능을 갖춘 압축천연가스 차량용 레귤레이터 {REGULATOR FOR COMPRESSED NATURAL GAS VEHICLE HAVING LEAKAGE FUEL GAS DETECTING AND COLLECTING FUNCTIONS}
본 발명은 압축천연가스 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 가스연료를 저압으로 감압시켜 엔진의 인젝터로 제공하는 레귤레이터에 관한 것이다.
압축천연가스(compressed natural gas; CNG) 차량에서 엔진의 기본 구조는 디젤 엔진과 동일하며 연료 계통에서 차이를 보인다. 연료인 압축천연가스는 기체상태로 차량 내의 가스용기에 저장되거나, 액화상태로 단열용기에 저장된다. 저장된 가스연료는 연료 배관을 거쳐 레귤레이터에 공급되고, 레귤레이터에서 일정 압력으로 감압된 후 인젝터에서 공기와 혼합되어 엔진 내부로 공급된다.
압축천연가스 차량에서 정밀한 연료 공급을 이루기 위해서는 인젝터에 공급되는 연료의 압력과 온도가 연료의 유량 변화 및 압력조건 변화에 관계없이 허용치 이내로 유지되어야 한다. 비록 연료의 압력과 온도를 측정하여 엔진제어유닛(ECU)에서 분사량을 보정하도록 되어 있지만, 과도한 이탈은 보정의 한계를 넘어 실화(misfire)나 이상연소를 유발한다.
따라서 레귤레이터는 어떠한 운전 조건에서도 연료의 압력과 온도를 허용치 이내로 유지할 수 있도록 설계되어야 한다. 그런데 레귤레이터 내부의 다이어프램이 손상되어 가스연료 누설이 일어나면, 흡기 매니폴드로 누설 가스연료를 지속적으로 방출하게 된다. 이런 현상이 지속되면 엔진의 회전속도가 상승하거나 노킹이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 다이어프램 손상에 의해 가스연료가 누설되는 경우 누설 가스연료를 감지하고 이를 포집하며 고장 진단을 가능하게 하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축천연가스 차량용 레귤레이터는, ⅰ) 다이어프램과 스프링 및 밸브 조립체를 구비하며, 유입되는 고압의 가스연료를 감압시켜 일정 압력으로 배출하는 레귤레이터 본체, ⅱ) 다이어프램의 상부 공간과 흡기 매니폴드를 연결하여 흡기 매니폴드의 압력이 다이어프램 위로 작용하게 하는 연결관, ⅲ) 연결관에 설치되며, 다이어프램의 손상으로 가스연료 누설시 누설 가스연료의 유량을 감지하는 유량 감지기, 및 ⅳ) 연결관에 설치되며, 가스연료 누설시 작동하여 누설 가스연료를 포집하는 캐니스터를 포함한다.
캐니스터는 내부 공간에 활성탄이 채워진 하우징과, 연결관과 하우징 사이에 설치되는 유입 포트 및 배출 포트와, 유입 포트에 설치되는 개폐 밸브와, 배출 포 트에 설치되는 퍼지컨트롤 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.
압축천연가스 차량용 레귤레이터는 유량 감지기 및 캐니스터와 전기적으로 연결되는 제어부를 더욱 포함하며, 제어부는 유량 감지기에서 누설 가스연료의 지속적인 흐름이 감지될 때 고장 진단신호를 발생할 수 있다.
제어부는 유량 감지기에서 감지한 누설 가스연료의 유량이 인젝터 분사량의 보정 범위를 초과할 때 고장 진단신호를 발생하고, 유입 포트를 개방시켜 캐니스터가 누설 가스연료를 포집하도록 할 수 있다. 제어부는 아이들 운전 조건에서 유입 포트 개방에 의한 캐니스터의 누설 가스연료 포집과 배출 포트 개방에 의한 포집 가스연료의 배출 과정을 반복 실시할 수 있다.
다른 한편으로, 제어부는 차량 운행 조건에서 유량 감지기가 감지한 누설 가스연료의 유량이 인젝터 분사량의 보정 범위를 초과할 때 고장 진단신호를 발생하고, 배출 포트의 개방으로 포집 가스연료를 방출시켜 캐니스터를 초기화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 간단한 부품의 설치 및 구조 개선에 의해 레귤레이터에서 누설되는 가스연료로 인한 엔진의 이상 작동을 억제할 수 있다. 따라서 엔진의 안정성 확보가 가능하고, 운전자에게 고장진단 정보를 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축천연가스 차량용 레귤레이터의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 레귤레이터 본체의 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 압축천연가스 차량용 레귤레이터(100)는 스프링(11)과 다이어프램(12) 및 밸브 조립체(13)를 구비하여 고압의 가스연료를 감압시키는 레귤레이터 본체(10)와, 다이어프램(12)의 상부 공간과 흡기 매니폴드(20)를 연결하는 연결관(30)과, 연결관(30)에 설치되는 유량 감지기(40) 및 캐니스터(50)를 포함한다.
레귤레이터 본체(10)의 내부에는 고압의 가스연료가 유입되는 가스 유입구(14)와, 가스 연료 감압을 위한 스프링(11), 다이어프램(12), 및 밸브 조립체(13)와, 감압된 저압의 가스연료가 배출되는 가스 배출구(15)와, 고온의 냉각수를 순환시켜 가스연료와 열교환이 일어나도록 하는 냉각수 수용부(16)를 포함한다.
가스 유입구(14)와 밸브 조립체(13) 및 가스 배출구(15)는 레귤레이터 본체(10)의 중앙부에 위치하고, 스프링(11)과 다이어프램(12)은 레귤레이터 본체(10)의 상부에 위치하며, 냉각수 수용부(16)는 레귤레이터 본체(10)의 하부에 위치한다.
가스 유입구(14)로 공급된 고압(대략 200bar 내지 20bar)의 가스연료는 밸브(17)를 거치면서 저압(대략 6.8bar 내지 8.7bar)으로 감압된 후 가스 배출구(15)를 거쳐 엔진의 인젝터로 공급된다. 고압의 가스연료가 저압으로 감압 팽창할 때 급격한 온도 강하가 일어나므로, 고온의 엔진 냉각수와 가스연료를 열교환시켜 가스연료의 급격한 온도 강하 및 결빙 현상을 억제한다.
다이어프램(12)은 압력을 감지하여 스프링(11)이 누르는 힘과 함께 밸브(17)의 위치를 결정하는 역할을 한다. 다이어프램(12)의 상부 공간은 연결관(30)을 통해 흡기 매니폴드(20)와 연결된다. 이로써 연료를 적게 하는 저부하 상태에서는 낮은 흡기 매니폴드 압력이 다이어프램(12) 위로 작용하고, 연료를 많이 사용하는 고부하 상태에서는 상대적으로 높은 흡기 매니폴드 압력이 다이어프램(12) 위로 작용한다.
따라서 일정한 공급 압력 조건에서 가스연료의 유량 변화에 의해 나타나는 드롭 효과가 감소하여 인젝터로 공급되는 가스연료의 압력을 비교적 일정하게 유지할 수 있다.
그런데 다이어프램(12)이 손상되면 다이어프램(12)의 상부 공간으로 가스연료가 누설되고, 누설된 가스연료가 지속적으로 흡기 매니폴드(20)로 방출된다. 이 현상이 계속되면 엔진의 회전속도가 상승하거나 노킹이 발생하게 된다. 엔진 정지시에는 컷-오프 솔레노이드 밸브의 작동으로 연료가 차단되어 안전하지만, 운전시에는 엔진 제어성과 운행 안전성에 악영향을 미친다.
연결관(30)에 설치된 유량 감지기(40)는 가스연료 누설시 이의 유량 흐름을 감지한다. 즉, 다이어프램(12)이 손상되지 않은 정상적인 상태에서는 연결관(30)에 흡기압의 변화에 의한 압력 변화가 발생할 뿐 가스연료의 흐름을 나타나지 않는다. 그러나 다이어프램(12)의 손상으로 가스연료가 누설되면, 흡기 매니폴드(20)로 지 속적인 흐름이 나타나게 되고, 유량 감지기(40)가 이러한 누설 가스연료의 유량을 감지한다.
유량 감지기(40)와 캐니스터(50)는 제어부(60)와 전기적으로 연결된다. 유량 감지기(40)가 누설 가스연료의 지속적인 흐름을 감지하면, 제어부(60)가 레귤레이터 본체(10)의 고장을 인지하여 고장 진단신호를 발생하고, 이를 운전자에게 제공한다. 그리고 제어부(60)는 캐니스터(50)의 동작을 제어하여 누설 가스연료가 흡기 매니폴드(20)로 유입되게 하거나 캐니스터(50)에 포집될 수 있도록 한다.
캐니스터(50)는 내부 공간에 활성탄이 채워진 하우징(51)과, 연결관(30)과 하우징(51) 사이에 설치되는 유입 포트(52) 및 배출 포트(53)를 포함한다. 유입 포트(52)에는 개폐 밸브(54)가 설치되고, 배출 포트(53)에는 압력을 감지하여 동작하는 퍼지컨트롤 솔레노이드 밸브(55)가 설치된다. 개폐 밸브(54)는 제어부(60)의 명령으로 작동한다. 활성탄은 다공체 구조로서 제공받은 누설 가스연료를 흡착하였다가 배출 포트(53) 개방시 흡착된 가스연료를 탈리시켜 방출한다.
다음으로, 아이들(idle) 운전 조건과 차량 운행 조건 각각에서 레귤레이터(100)의 작용에 대해 설명한다.
먼저 아이들 운전 조건의 경우, 캐니스터(50)에 포집 가능한 가스연료의 용량이 크지 않기 때문에 초기 누설시에는 누설 가스연료를 흡기 매니폴드(20)로 바로 배출시키고, 공지의 람다 피드백 제어에 의한 인젝터의 분사량 보정으로 엔진의 운전을 안정화시킨다.
유량 감지기(40)가 감지한 누설 가스연료의 유량이 인젝터 분사량 보정의 범 위를 초과하면, 제어부(60)가 캐니스터(50)의 개폐 밸브(54)를 작동시켜 유입 포트(52)를 개방하고, 캐니스터(50)에 누설 가스연료가 포집되도록 한다. 이와 동시에 제어부(60)는 고장 진단신호를 발생하여 이를 운전자에게 제공한다.
캐니스터(50)에 누설 가스연료가 포집되어 캐니스터(50)의 압력이 설정치를 초과하면, 퍼지컨트롤 솔레노이드 밸브(55)가 작동하여 배출 포트(53)를 개방시킨다. 그러면 활성탄에 흡착된 누설 가스연료가 탈리되면서 배출 포트(53)와 연결관(30)을 통해 흡기 매니폴드(20)로 배출된다.
이와 같이 아이들 운전 조건에서는 운전자에게 고장 진단신호를 제공하고, 고장이 수리되기 전까지 캐니스터(50)를 이용한 누설 가스연료의 포집과 배출 과정을 반복한다.
다음으로 차량 운행 조건에서는 엔진으로부터 지속적인 출력이 요구되기 때문에 누설 가스연료를 바로 흡기 매니폴드(20)로 제공하고, 인젝터의 분사량 보정으로 엔진의 운전을 안정화시킨다. 그리고 유량 감지기(40)가 가스연료의 누설을 감지하면, 제어부(60)가 고장 진단신호를 발생하여 이를 운전자에게 제공한다.
차량 운행 조건에서는 캐니스터(50)에 누설 가스연료를 포집하지 않으며, 제어부(60) 감지로 캐니스터(50) 내부에 누설 가스연료가 포집되어 있으면 배출 포트(53)를 개방시켜 포집된 가스연료를 방출시킨다. 따라서 캐니스터(50)를 초기 상태로 되돌아가도록 하여 아이들 운전 조건에서의 포집 조건을 만들어준다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축천연가스 차량용 레귤레이터의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 레귤레이터 본체의 단면도이다.

Claims (6)

  1. 다이어프램과 스프링 및 밸브 조립체를 구비하며, 유입되는 고압의 가스연료를 감압시켜 일정 압력으로 배출하는 레귤레이터 본체;
    상기 다이어프램의 상부 공간과 흡기 매니폴드를 연결하여 상기 흡기 매니폴드의 압력이 상기 다이어프램 위로 작용하게 하는 연결관;
    상기 연결관에 설치되며, 상기 다이어프램의 손상으로 가스연료 누설시 누설 가스연료의 유량을 감지하는 유량 감지기;
    상기 연결관에 설치되며, 가스연료 누설시 작동하여 누설 가스연료를 포집하는 캐니스터; 및
    상기 유량 감지기 및 상기 캐니스터와 전기적으로 연결되고, 상기 유량 감지기에서 누설 가스연료의 지속적인 흐름이 감지될 때 레귤레이터 고장 진단신호를 발생하는 제어부
    를 포함하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐니스터는 내부 공간에 활성탄이 채워진 하우징과, 상기 연결관과 상기 하우징 사이에 설치되는 유입 포트 및 배출 포트와, 상기 유입 포트에 설치되는 개폐 밸브와, 상기 배출 포트에 설치되는 퍼지컨트롤 솔레노이드 밸브를 포함하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 유량 감지기에서 감지한 누설 가스연료의 유량이 인젝터 분사량의 보정 범위를 초과할 때 상기 레귤레이터 고장 진단신호를 발생하고, 상기 유입 포트를 개방시켜 상기 캐니스터가 누설 가스연료를 포집하도록 하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 아이들 운전 조건에서 상기 유입 포트 개방에 의한 상기 캐니스터의 누설 가스연료 포집과 상기 배출 포트 개방에 의한 포집 가스연료의 배출 과정을 반복 실시하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 차량 운행 조건에서 상기 유량 감지기가 감지한 누설 가스연료의 유량이 인젝터 분사량의 보정 범위를 초과할 때 상기 레귤레이터 고장 진단신호를 발생하고, 상기 배출 포트의 개방으로 포집 가스연료를 방출시켜 상기 캐니스터를 초기화하는 압축천연가스 차량용 레귤레이터.
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KR20010028175A (ko) * 1999-09-18 2001-04-06 이계안 자동차의 증발가스 제어장치
KR100472226B1 (ko) * 2001-11-19 2005-03-08 기아자동차주식회사 연료증발누설제어장치

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