KR20050021331A - 내연 기관용 공기 펌프 - Google Patents

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KR20050021331A
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KR1020040067630A
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오하시히로노리
호소야하지메
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

연료 증기 퍼지(purge) 시스템의 연료 증기 통로를 가압하는 공기 펌프의 모터와 펌프를, 상기 모터를 수용하는 격실과 상기 펌프를 수용하는 격실로 분할되는 케이스에 설치하여, 상기 모터의 구동력을 자성 커플링에 의하여 상기 펌프에 전달시킨다.

Description

내연 기관용 공기 펌프{AIR PUMP FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 예를 들어 연료 증기 퍼지(purge) 시스템의 연료 증기 통로 내부를 가압하거나 감압하기 위한 공기 펌프로서 적합한 내연 기관용 공기 펌프에 관한 것이다.
일본 특허공개공보 제2003-013810호는 연료 증기 퍼지 시스템의 연료 증기 통로에서 누설이 발생하는지를 진단하기 위한 진단 기구를 개시한다.
이 진단 기구에서, 연료 증기 통로는 밸브에 의하여 폐쇄되고, 그 폐쇄된 구간에는 공기 펌프로 공기가 공급되어 가압된다.
그리고나서 공기 펌프의 구동 부하에 근거하여, 연료 증기 통로에 누설이 발생했는지 아닌지를 판단한다.
공기 펌프는 공기를 보내기 위하여 사용되기 때문에, 운반된 공기로부터 모터를 기밀(氣密)하게 밀폐시키기 위한 기밀(氣密) 구조를 구비하고 있지 않다.
따라서, 연료 증기 통로 내부를 가압하는 경우, 때때로 연료 증기가 역류하여 모터에 도달한다.
모터에 도달한 연료 증기는 모터의 회로 부분을 부식시켜서, 모터에서 발생한 스파크가 연료 증기에 인화(引火)될 가능성이 있다.
본 발명의 목적은 내연 기관용 공기 펌프에서 연료 증기와 같은 휘발성 물질이 모터에 도달하지 않게 하여 회로 부분의 부식과 휘발성 물질의 연소를 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 모터와 그 모터에 의해 구동되는 펌프를 포함한 내연 기관용 공기 펌프에, 상기 모터의 내부를 외부 공간으로부터 기밀하게 밀폐시키기 위하여 기밀 구조체가 설치된다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터와 그 모터에 의하여 구동되는 펌프를 포함한 내연 기관용 공기 펌프에, 상기 펌프의 공기 통로로부터 외부 공간으로 누설이 발생하는 것을 방지하기 위하여 기밀 구조체가 설치된다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터와 그 모터에 의해 구동되는 펌프를 포함한 내연 기관용 공기 펌프에, 상기 모터를 상기 펌프로부터 밀폐시키기 위하여 기밀 구조체가 설치된다.
본 발명의 다른 목적과 특징은 첨부되는 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다.
도 1에 도시되는 내연 기관(1)은 차량에 장착되는 가솔린 기관이다.
스로틀 밸브(throttle valve)(2)가 내연 기관(1)의 흡기관(吸氣管)(3)에 설치된다.
내연 기관(1)의 흡입 공기량은 스로틀 밸브(2)에 의해서 조절된다.
각 실린더마다, 스로틀 밸브(2)의 하류측의 흡기관(3)의 매니폴드(manifold) 부분에는 전자기 방식의 연료 분사 밸브(4)가 설치된다.
연료 분사 밸브(4)는 마이크로 컴퓨터를 내장한 제어 유닛(20)으로부터 출력되는 분사 펄스 신호에 기하여 연료를 분사한다.
내연 기관(1)에는 연료 증기 퍼지(purge) 시스템이 설치된다.
연료 증기 퍼지 시스템은 증발 통로(6), 캐니스터(canister)(7), 퍼지(purge) 통로(10) 그리고 퍼지(purge) 제어 밸브(11)를 포함한다.
연료 탱크(5)에서 발생하는 연료 증기는 증발 통로(6)를 통하여 캐니스터(7)로 끌어들인다.
캐니스터(7)는 활성탄과 같은 흡착재(8)를 채운 용기이다.
또한, 새 공기 유입구(new air inlet)(9)가 캐니스터(7)에 형성되고, 퍼지 통로(10)는 캐니스터(7)에 연결된다.
퍼지 통로(10)는 퍼지 제어 밸브(11)를 통하여 스로틀 밸브(2)의 하류측의 흡기관(3)에 연결된다.
퍼지 제어 밸브(11)는 제어 유닛(20)에서 출력되는 퍼지 제어 신호에 의하여 개방된다.
내연 기관(1)의 운전 중에 소정의 퍼지 허가 조건이 성립되면, 퍼지 제어 밸브(11)가 개방되도록 제어된다.
퍼지 제어 밸브(11)가 개방되도록 제어될 때, 내연 기관(1)의 흡입 부압(負壓)이 캐니스터(7)에 작용하여, 캐니스터에 흡착된 연료 증기는 새 공기 유입구(9)로부터 들어온 신선한 공기에 의하여 이탈된다.
캐니스터(7)로부터 이탈된 연료 증기를 함유한 추기된 가스(purged gas)는 퍼지 통로(10)를 통과하여 흡기관(3)에 흡입된다.
마이크로 컴퓨터를 내장한 제어 유닛(20)은 중앙처리장치(CPU), 롬(ROM), 램(RAM), A/D 컨버터 그리고 입력/출력 인터페이스를 포함한다.
제어 유닛은 다양한 센서들로부터 탐지 신호를 수신한다.
상기 다양한 센서들로서, 크랭크축의 회전각을 탐지하는 크랭크 각 센서(21), 내연 기관(1)의 흡입 공기량을 측정하는 공기 유량 미터(22), 차량 속도를 감지하는 차량 속도 센서(23), 연료 탱크(5) 내의 압력을 감지하는 압력 센서(24), 그리고 연료 탱크(5)의 연료 수준을 감지하는 연료 수준 센서(25)가 구비된다.
또한, 상기 연료 증기 퍼지 시스템의 연료 증기 통로에서의 누설 발생 유무를 진단하기 위하여, 새 공기 유입구(9)를 개폐하기 위한 드레인 차단 밸브(drain cut valve)(12)와 증발 통로(6)에 공기를 공급하기 위한 공기 펌프(13)가 설치된다.
공기 펌프(13)의 배출구는 공기 공급관(14)를 통하여 증발 통로(6)와 연결된다.
공기 공급관(14)의 도중에는 체크 밸브(15)가 설치된다.
또한, 공기 펌프(13)의 흡입구 측에는 공기 청정기(17)가 설치된다.
진단 조건이 성립되었을 때, 제어 유닛(20)은 퍼지 제어 밸브(11)와 드레인 차단 밸브(12)를 제어하여 폐쇄시킨다.
그 결과, 연료 탱크(5), 증기 통로(6), 캐니스터(7) 그리고 퍼지 제어 밸브(11)의 하류의 퍼지 통로(10)는 진단 구간으로서 폐쇄된다.
여기서, 공기 펌프(13)가 작동되면, 상기 진단 구간이 가압된다.
그러면, 상기 진단 구간이 공기 펌프(13)에 의하여 가압되었을 때 연료 탱크(5) 내의 압력 변화에 기하여, 상기 진단 구간에서의 누설 발생 유무를 진단한다.
상기 진단 구간이 소정의 압력으로 가압된 후의 압력 강하에 기하여 누설 발생 유무를 진단하는 것이 가능하다.
또한, 진단 구간이 가압되었을 때의 공기 펌프(13)의 구동 부하에 기하여 누설 발생 유무를 진단할 수 있다.
또한, 공기 펌프(13)에 의해서 상기 진단 구간으로부터 공기를 빨아들여서 상기 진단 구간을 감압시켜서 그 때의 연료 탱크(5) 내의 압력이나 공기 펌프(13)의 구동 부하에 기하여 누설 발생 유무를 진단할 수 있다.
다음으로, 공기 펌프(13)의 구조를 상세하게 설명한다.
도 2는 공기 펌프(13)의 제1 실시예를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공기 펌프(13)는 모터(13a)와 모터(13a)에 의해 구동되는 펌프(13b)를 포함한다.
펌프(13b)로서는 터보 펌프나 용적형(positive displacement type) 로터리 펌프가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 기어 펌프 중의 하나인 트로코이드 펌프(trochoid pump)가 사용된다.
모터(13a)와 펌프(13b)는 모두 케이싱(31) 내에 설치된다.
케이싱(31)은 격벽(31c)에 의해 모터(13a)를 수용하는 격실(31a)과 펌프(13b)를 수용하는 격실(31b)로 분할된다.
모터(13a)로부터 펌프(13b)로의 동력 전달은 자성 커플링(magnetic coupling)에 의하여 이루어진다.
자성 커플링은 모터(13a)의 출력 축에 부착된 원반형 자석과, 펌프(13b)의 회전축에 부착된 원반형 자석을 포함하고, 상기 자석들은 격벽(31c)을 통해서 서로에 마주보게 배치되어 있고, 상기 자석들은 서로를 끌어당겨서 회전 구동량을 전달한다.
여기서, 기밀 구조체로서의 역할을 하는 격벽(31c)이 모터(13a)와 펌프(13b) 사이에 설치되기 때문에, 모터(13a)측과 펌프(13b)측 사이에서의 가스의 유동을 막을 수 있다.
펌프(13b)가 수용된 측의 케이싱(31) 단부면에는 흡입구(31d)와 배출구(31e)가 형성된다.
배출구(31e)는 공기 공급관(14)과 연결된다.
상기 구성의 공기 펌프(13)에 따르면, 예를 들어 연료 증기가 펌프(13b)로 역류한다고 해도, 연료 증기가 모터(13a)를 수용하고 있는 격실(31a)로 들어가는 것은 격벽(31c)에 의해 저지된다.
따라서, 모터(13a)의 회로 부분이 연료 증기의 영향에 의해 부식되거나 스파크가 연료 증기에 인화(引火)되는 것을 막을 수 있다.
또한, 동력이 비-접촉 조인트(non-contact joint)인 자성 커플링(32)을 이용하여 전달되므로, 밀폐 부재에 의하여 동력 전달 통로를 밀봉할 필요가 없어서, 밀폐 부재의 노후화 때문에 기밀성이 저하되는 일이 없다.
자성 커플링(32)으로서는, 도 2에 도시된 원반형 자성 커플링 외에 원통형 자성 커플링을 사용할 수 있고, 따라서 자성 커플링(32)의 구조는 도 2에 도시된 구조에 한정되지 않는다.
도 3은 공기 펌프(13)의 제2 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3에 도시된 제2 실시예에서는 제1 실시예와 유사하게 케이싱(31)은, 기밀 구조체의 역할을 하고 모터(13a)와 펌프(13b) 사이에 배치된 격벽(31c)에 의해 모터(13a)를 수용하는 격실(31a)과 펌프(13b)를 수용하는 격실(31b)로 분할된다.
그러나, 제2 실시예는 모터(13a)의 동력이 축을 이용하여 펌프(13b)에 전달된다는 점에서 제1 실시예와 다르다.
즉, 제2 실시예에서는 모터(13a)의 출력 축(33)이 격벽(31c)을 통과하여 펌프(13b)가 수용된 격실(31b)로 신장하고, 그에 의해 모터(13a)의 출력 축(33)을 펌프(13b)의 회전축에 연결시킨다.
또한, 출력 축(33)이 격벽(31c)을 관통하는 부분에는 씰(seal)(34)을 설치하여, 출력 축(33)의 둘레와 격벽(31c)의 구멍 사이의 틈에서 연료 증기가 누설되는 것을 방지한다.
씰(34)로서는, 액체 씰, 래비린스 씰(labyrinth seal) 또는 그와 비슷한 것을 사용한다.
또한 제2 실시예에서는, 연료 증기가 펌프(13b)로 역류한다고 해도, 연료 증기가 모터(13a)를 수용하고 있는 격실(31a)로 들어가는 것은 격벽(31c)과 씰(34)에 의해 저지된다.
따라서, 모터(13a)의 회로 부분이 연료 증기의 영향에 의해 부식되거나 스파크가 연료 증기에 인화(引火)되는 것을 막을 수 있다.
또한, 제2 실시예에서는 축을 이용한 일반적인 동력 전달 기구가 사용되므로, 공기 펌프(13)의 구조를 크게 변경하지 않고 연료 증기가 모터(13a)에 도달하는 것을 피할 수 있다.
도 4는 공기 펌프(13)의 제3 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4의 제3 실시예에서, 모터(13a)와 펌프(13b)는 케이싱(31) 내의 동일한 공간에 설치되고, 모터(13a)의 동력은 모터(13a)와 펌프(13b) 사이에 축을 연결함으로써 펌프(13b)에 전달된다.
또한, 연료 증기가 들어가는 구역을 펌프(13b)의 공기 전달 통로로 제한하고 그에 의해 케이싱(31)에서 연료 증기의 누설을 막기 위하여, 기밀 구조체(35)가 펌프(13b)에 설치된다.
기밀 구조체(35)는 밀폐 부재(37)와 펌프 케이스(36)를 포함한다.
펌프 케이스(36)는 펌프(13b)의 회전 부분을 기밀(氣密)하게 밀폐되도록 덮는다.
밀폐 부재(37)는 펌프(13b)의 회전 축이 펌프 케이스(36)를 관통하는 부분을 밀폐하여, 연료 증기가 펌프 케이스(36)로부터 케이싱(31)으로 누설되지 않도록 한다.
밀폐 부재는 펌프 케이스(36)의 내측 또는 외측에 부착할 수 있다.
밀폐 부재(37)와 펌프 케이스(36)에 의해서, 펌프(13b)로 역류한 연료 증기가 도 4의 굵은 선으로 도시된 경계를 넘어 누설되는 것이 저지된다.
결과적으로, 제3 실시예에서는, 연료 증기가 펌프(13b)로 역류된다고 해도 펌프(13b)로부터 케이싱(31)으로 누설되지는 않는다.
따라서, 모터(13a)의 회로 부분이 연료 증기의 영향에 의해 부식되거나 스파크가 연료 증기에 인화(引火)되는 것을 피할 수 있다.
도 5는 공기 펌프(13)의 제4 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5에 도시된 제4 실시예에서는, 제3 실시예와 유사하게 모터(13a)와 펌프(13b)는 케이싱(31) 내의 동일한 공간에 설치되고, 모터(13a)의 동력은 모터(13a)와 펌프(13b) 사이에 축을 연결함으로써 펌프(13b)에 전달된다.
그러나, 제4 실시예에서는, 모터(13a)의 회전 부분과 회로 부분을 밀폐시키는 기밀 구조체(38)가 모터(13a)에 설치되어서, 펌프(13b)를 통하여 케이싱(31)으로 누설된 연료 증기가 모터(13a)에 침투하지 못한다.
기밀 구조체(38)는, 모터(13a)의 출력 축이 모터 케이스(39)를 관통하는 부분을 밀폐시키는 밀폐 부재와, 모터(13a)의 회전 부분과 회로 부분을 기밀(氣密)하게 밀폐되도록 덮는 모터 케이스(39)를 포함한다.
밀폐 부재는 모터 케이스(39)의 내측 또는 외측에 부착할 수 있다.
기밀 구조체(38)는 펌프(13b)를 통하여 케이싱(31)으로 들어간 연료 증기가 도 5에서 굵은 선으로 표시한 경계선을 넘어서 모터(13a)로 침투하는 것을 방지한다.
결과적으로, 제4 실시예에서는, 연료 증기가 펌프(13b)로 역류되어 케이싱(31)으로 누설된다고 해도, 모터(13a)로 침투하지는 못한다.
따라서, 모터(13a)의 회로 부분이 연료 증기의 영향에 의해 부식되거나 스파크가 연료 증기에 인화(引火)되는 것을 피할 수 있다.
도 2 내지 도 5 각각에 도시된 구조를 가지는 공기 펌프는 연료 증기 퍼지 시스템의 연료 증기 통로의 내부를 가압하거나 감압하는 데에 사용될 수 있고, 연료 분사 밸브에 연료 분무화 공기를 공급하기 위한 공기 펌프로서도 사용될 수 있다.
우선권으로 주장된, 출원일이 2003년 8월 17일인 일본 특허공개공보 제2003-302379호 출원의 전체 내용이 여기에 인용되어 포함되어 있다.
단지 선별된 실시예들에 의해 본 발명을 설명하였지만, 이러한 개시내용으로부터 첨부된 청구항에서 정의된 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이나 수정을 할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
또한, 전술한 본 발명에 따른 실시예의 설명은 단지 예시의 목적으로 제공된 것이고 첨부된 청구항들과 그 균등물에서 정의되는 발명을 한정하려는 목적으로 제공된 것이 아니다.
본 발명은 내연 기관용 공기 펌프에서 연료 증기와 같은 휘발성 물질이 모터에 도달하지 않게 하여 모터 회로 부분의 부식과 휘발성 물질의 연소를 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 일 실시예에서 내연 기관을 도시하는 개략도이다.
도 2는 공기 펌프의 제1 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 공기 펌프의 제2 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 공기 펌프의 제3 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5는 공기 펌프의 제4 실시예를 도시하는 도면이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 설명 **
1: 내연 기관 2: 스로틀 밸브
3: 흡기관 4: 연료 분사 밸브
5: 연료 탱크 6: 증발 통로
7: 캐니스터(canister) 8: 흡착재
9: 새 공기 유입구 10: 퍼지(purge) 통로
11: 퍼지 제어 밸브 12: 드레인 차단(drain cut) 밸브
13: 공기 펌프 14: 공기 공급관
15: 체크 밸브 20: 제어 유닛
31: 케이싱 31c: 격벽
32: 자성 커플링 33: 출력 축
34: 씰 35, 38: 기밀 구조체

Claims (13)

  1. 모터와, 상기 모터에 의하여 구동되는 펌프와, 상기 모터의 내부를 외부 공간으로부터 기밀(氣密)하게 밀폐시키는 기밀 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기밀 구조체는, 상기 모터를 둘러싸는 모터 케이스와, 상기 모터 케이스와 상기 모터 케이스를 관통하는 상기 모터의 출력 축(shaft)의 사이를 밀폐시키는 밀폐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내연 기관은 연료 증기 퍼지(purge) 시스템을 포함하고, 상기 공기 펌프는 상기 연료 증기 퍼지 시스템의 연료 증기 통로 내의 압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  4. 모터와, 상기 모터에 의하여 구동되는 펌프와, 상기 펌프 내부의 공기 통로로부터 외부 공간으로의 누설을 방지하는 기밀 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기밀 구조체는, 상기 펌프를 둘러싸는 펌프 케이스와, 상기 펌프 케이스와 상기 펌프 케이스를 관통하는 상기 펌프의 출력 축의 사이를 밀폐시키는 밀폐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 내연 기관은 연료 증기 퍼지 시스템을 포함하고, 상기 공기 펌프는 상기 연료 증기 퍼지 시스템의 연료 증기 통로 내의 압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  7. 모터와, 상기 모터에 의하여 구동되는 펌프와, 상기 모터를 상기 펌프로부터 기밀하게 밀폐시키는 기밀 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기밀 구조체는, 상기 모터와 상기 펌프를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 상기 모터를 수용하는 공간과 상기 펌프를 수용하는 공간으로 분할하는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모터로부터의 출력을 상기 펌프에 전달하는 비-접촉 조인트(non-contact joint)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  10. 제9항에 있어서, 상기 비-접촉 조인트(non-contact joint)는 자성 커플링(magnetic coupling)인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자성 커플링은 상기 모터의 출력 축에 부착된 원반형 자석과 상기 펌프의 회전 축에 부착된 원반형 자석을 포함하고, 상기 자석들은 상기 격벽을 매개로 하여 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기밀 구조체는, 상기 모터와 상기 펌프를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 상기 모터를 수용하는 공간과 상기 펌프를 수용하는 공간으로 분할하는 격벽과, 상기 격벽과 상기 격벽을 관통하는 상기 모터의 출력 축의 사이를 밀폐시키는 밀폐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
  13. 제7항에 있어서, 상기 내연 기관은 연료 증기 퍼지 시스템을 포함하고, 상기 공기 펌프는 상기 연료 증기 퍼지 시스템의 연료 증기 통로 내의 압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 공기 펌프.
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