KR20090109930A

KR20090109930A - 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조

Info

Publication number: KR20090109930A
Application number: KR1020080035428A
Authority: KR
Inventors: 김창현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-21

Abstract

본 발명은 모터 작동구간에서 연료탱크 내부의 증발가스를 안전하게 배출할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 관한 것으로,

종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조는 모터 작동시에 증발가스가 대기로 방출되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 되는 장점이 있지만 연료탱크(10')의 두께를 증대시키고, 가압식 OBD 체크밸브(50')를 사용함으로써 원가와 중량이 현저하게 상승되는 문제가 있었고, 연료탱크(10') 내부의 압력이 증가하면 연료탱크(10')와 그에 내장된 연료펌프(11'), 그리고 연료탱크(10')와 벤트밸브(12'; VENT VALVE)의 장착부위에서 증발가스 누출(Leak)이 발생하게 될 우려가 많게 될 뿐 아니라 연료탱크(10')의 피로하중이 증가하여 크랙이 발생할 수 있게 되는 등의 문제가 있었던 바,

연료펌프와 벤트밸브가 내장되는 연료탱크와 캐니스터 사이에 증발가스를 유도하는 베이퍼라인이 마련되고, 캐니스터에 엔진으로 증발가스를 송출하는 퍼지라인이 접속되는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조를 구성함에 있어서, 상기 캐니스터에 증발가스를 방출하는 제1출구니플과 제2출구니플을 마련하고, 제1출구니플에 CCV 밸브를 장착하는 동시에 제2출구니플에 솔레노이드밸브를 장착하며, 상기 솔레노이드밸브를 촉매제(UCC)가 설치되는 배기관에 접속하는 것 등을 특징으로 하는 본 발명에 있어서는 엔진이 오프되어 퍼지가 불가능한 모터 작동구간에서 보다 안전하게 증발가스를 배출할 수 있게 되며, 연료탱크의 두께를 증가시킬 필요가 없 게 되므로 중량 절감 및 연비 향상을 도모할 수 있게 되고, 연료탱크 내부에 증발가스로 인한 과도한 압력이 형성되지 않게 되므로 연료탱크 내부의 증발가스의 누출이 없게 됨은 물론 연료탱크의 내구성을 향상시킬 수 있게 되며, 종래의 가압식 OBD 체크밸브에 대비하여 원가가 저렴하고, 크기가 작은 CCV 밸브를 사용함으로써 레이아웃에 크게 유리하게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

하이브리드 차량, 연료탱크, 증발가스, 캐니스터, CCV 밸브, 솔레노이드밸브, 제1출구니플, 제2출구니플

Description

하이브리드 차량의 증발가스 배출구조 {a vapor gas discharging structure for a hybrid electric vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 관한 것으로, 더 자세하게는 모터 작동구간에서 연료탱크 내부의 증발가스를 안전하게 배출할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

일반적으로 엔진과 모터를 사용하는 하이브리드 차량(HEV; Hybrid Electric Vehicle)을 설계할 때에 연료시스템에서 가장 문제되는 사항은 엔진 정지구간에서 연료탱크에서 방출되는 증발가스를 외부로 어떻게 방출하느냐 하는 것이다.

도 1에는 본 발명이 관계하는 하이브리드 차량의 주행모드 예시도가 도시되어 있다.

가솔린시스템은 엔진이 작동되면 연료와 함께 캐니스터에서 증발가스가 엔진으로 송출된다.

하이브리드 시스템은 도 1과 같이 중/저속 및 아이들 상태에서 모터로 구동 되며, 이때 엔진이 정지되므로 캐니스터에서 엔진으로 유입되는 증발가스 퍼지량은 0이 되지만 연료탱크 내부의 연료는 끊임없이 증발가스를 방출하게 되므로 연료탱크에서 캐니스터로 유입된 증발가스가 퍼지라인으로 방출되지 못하게 되면 에어 출구를 통해 대기로 방출된다.

따라서 배출가스 규제 법규를 만족하지 못하게 되고, 냄새 등의 상품성 문제를 야기시키게 된다.

도 2에는 종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조의 구성도가 도시되어 있다.

상기의 문제를 해결하기 위해 종래에는 도 2와 같이 연료탱크를 증발가스의 과도한 압력에도 견딜 수 있도록 두께가 두꺼운 고장력 강판으로 구성하고, 연료탱크(10')와 캐니스터(20')의 사이에 마련되는 베이퍼라인(30')에 솔레노이드밸브(40')를 장착하며, 캐니스터(20')의 출구니플(21')에 가압식 OBD 밸브(50')를 장착한 형태의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조가 제안되었다.

상기 종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 있어서 모터 작동시 퍼지가 없을 때 증발가스 흐름은 다음과 같다.

즉, 상기 종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 있어서는 아이들 또는 저속 구간 엔진이 정지되고, 모터가 작동하게 되면 베이퍼라인(30')의 솔레노이드밸브(40')를 차단하게 되며, 그에 따라 연료탱크(10') 내부의 증발가스가 캐니스터(20')로 유입되지 못하고 연료탱크(10') 내부에 머물게 된다.

그리고 가속 구간에서 엔진이 가동되면 베이퍼라인(30')의 솔레노이드밸 브(40')를 개방하게 되며, 이 때에는 연료탱크(10') 내부의 증발가스가 베이퍼라인(30')을 통해 캐니스터(20')로 유입되고, 캐니스터(20')에 접속되는 퍼지라인(60')을 따라 엔진으로 송출된다.

이처럼 상기 종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조는 모터 작동시에 증발가스가 대기로 방출되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 되는 장점이 있지만 연료탱크(10')의 두께를 증대시키고, 가압식 OBD 체크밸브(50')를 사용함으로써 원가와 중량이 현저하게 상승되는 문제가 있었다.

예를 들어 0.8mm 두께의 연료탱크의 중량이 14kg이라면 그 두께를 1.8mm로 키우게 되면 중량은 2배 정도인 약 28kg으로 증가되며, 이러한 연료탱크의 중량 증대는 연비 저하를 초래하게 되므로 하이브리드의 궁극적 목표인 연비 상승을 위해 연료탱크의 두께를 감소시킬 필요가 있게 된다.

또한 상기 종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 있어서는 연료탱크(10') 내부의 압력이 증가하면 연료탱크(10')와 그에 내장된 연료펌프(11'), 그리고 연료탱크(10')와 벤트밸브(12'; VENT VALVE)의 장착부위에서 증발가스 누출(Leak)이 발생하게 될 우려가 많게 될 뿐 아니라 연료탱크(10')의 피로하중이 증가하여 크랙이 발생할 수 있게 되는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 구조의 제결함을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 모터 작동구간에서 연료탱크 내부의 증발가스를 효율적으로 배출시킬 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조를 제공하는 데에 있는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료탱크의 증발가스가 유입되는 캐니스터에 두 개의 출구니플을 마련하고, 하나의 출구니플에 CCV 밸브를 통해 퍼지라인을 접속하는 동시에 다른 출구니플에 솔레노이드밸브를 통해 배기관 및 촉매제를 접속하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 연료펌프와 벤트밸브가 내장되는 연료탱크와 캐니스터 사이에 증발가스를 유도하는 베이퍼라인이 마련되고, 캐니스터에 엔진으로 증발가스를 송출하는 퍼지라인이 접속되는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조를 구성함에 있어서, 상기 캐니스터에 증발가스를 방출하는 제1출구니플과 제2출구니플을 마련하고, 제1출구니플에 CCV 밸브를 장착하는 동시에 제2출구니플에 솔레노이드밸브를 장착하며, 상기 솔레노이드밸브를 촉매제(UCC)가 설치되는 배기관에 접속하여서 되는 것이다.

본 발명에서 OBD 체크밸브로 사용되는 CCV 밸브 가압식 OBD 체크밸브에 대비하여 원가가 저렴하고, 크기가 작아 레이아웃에 유리하게 된다.

본 발명의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 있어서는 제1출구니플에 장착된 CCV 밸브가 닫히게 되면 제2출구니플에 장착된 솔레노이드밸브가 개방되며, 연료탱크로부터 베이퍼라인을 통해 캐니스터 내부로 유입된 증발가스가 솔레노이드 밸브를 통과하여 배기관 및 촉매제를 거쳐 대기중으로 방출된다.

본 발명에 있어서 고온의 배기관이 연결되는 솔레노이드밸브의 출입구에는 배기관의 높은 온도에 직접 노출되는 것을 방지하기 위하여 내열성 수지의 링을 장착하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는 엔진이 오프되어 퍼지가 불가능한 모터 작동구간에서 캐니스터 내부의 증발가스를 배기관으로 유도하고 촉매제를 거쳐 대기중으로 방출시키게 되므로 안전하게 증발가스를 배출할 수 있게 되며, 연료탱크의 두께를 증가시킬 필요가 없게 되므로 중량 절감 및 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 연료탱크 내부에 증발가스로 인한 과도한 압력이 형성되지 않게 되므로 연료탱크 내부의 증발가스의 누출이 없게 되고, 연료탱크의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

아울러 본 발명에 의하면 종래의 가압식 OBD 체크밸브에 대비하여 원가가 저렴하고, 크기가 작은 CCV 밸브를 사용함으로써 레이아웃에 크게 유리하게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

이하 본 발명의 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에는 본 발명의 한 실시예의 구성도가 도시되어 있다.

본 발명은 연료펌프(11)와 벤트밸브(12)가 내장되는 연료탱크(10)와 캐니스터(20) 사이에 증발가스를 유도하는 베이퍼라인(30)이 마련되고, 캐니스터(20)에 엔진으로 증발가스를 송출하는 퍼지라인(60)이 접속되는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조를 구성함에 있어서, 상기 캐니스터(20)에 증발가스를 방출하는 제1출구니플(21)과 제2출구니플(22)을 마련하고, 제1출구니플(21)에 CCV 밸브(70)를 장착하는 동시에 제2출구니플(22)에 솔레노이드밸브(80)를 장착하며, 상기 솔레노이드밸브(80)를 촉매제(100; UCC)가 설치되는 배기관(90)에 접속하여서 되는 것이다.

본 발명에서 OBD 체크밸브로 사용되는 CCV 밸브(70)는 전술한 종래의 가압식 OBD 체크밸브에 대비하여 원가가 저렴하고, 크기가 작아 레이아웃에 유리하게 된다.

상기 OBD 체크밸브는 증발가스가 대기로 새어나가는 지의 여부를 전자제어유니트(ECU)에서 확인하는 것이다.

본 발명의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 있어서는 제1출구니플(21)에 장착된 CCV 밸브(70)가 닫히게 되면 제2출구니플(22)에 장착된 솔레노이드밸브(22)가 개방되며, 이 때에는 연료탱크(10)로부터 베이퍼라인(30)을 통해 캐니스터(20) 내부로 유입된 증발가스가 솔레노이드밸브(80)를 통과하여 배기관(90)으로 방출되며, 배기경로에 마련된 촉매제(100)를 거쳐 대기중으로 방출된다.

즉, 도 4a와 같이 엔진이 오프(OFF)되고 캐니스터(20)에서 엔진으로 유입되는 증발가스 퍼지량은 0이 되어 퍼지가 불가능한 모터 작동구간에서는 제1출구니 플(21)의 CCV 밸브(70)가 닫히게 되고, 제2출구니플(22)의 솔레노이드밸브(80)가 개방되어 캐니스터(20) 내부의 증발가스가 배기관(90), 촉매제(100)를 거쳐 대기중으로 방출된다.

그리고 도 4b와 같이 퍼지가 가능한 엔진 작동구간에서는 제1출구니플(21)의 CCV 밸브(70)가 개방되고, 그에 따라 캐니스터(20) 내부의 증발가스가 퍼지라인(60)을 통해 엔진으로 송출되며, 이 때 제2출구니플(22)의 솔레노이드밸브(80)는 닫히게 된다.

상기에서 모터 작동구간의 경우 엔진이 오프되어 배기가스가 방출되지 않게 되므로 제2출구니플(22)에 장착된 솔레노이드밸브(80)를 통과한 증발가스가 배기관(90)으로 쉽게 유입될 수 있게 된다.

도 5에는 본 발명의 한 실시예의 솔레노이드밸브 부위의 상세도가 도시되어 있다.

본 발명에 있어서 솔레노이드밸브(80)의 출구는 도 5와 같이 고온의 배기관(90)에 연결된다.

따라서 솔레노이드밸브(80)가 높은 온도에 직접 노출되는 것을 방지하기 위하여 도 5와 같이 솔레노이드밸브(80)의 증발가스 출입구에 내열성 수지의 링(81)을 장착하는 것이 바람직하다.

솔레노이드밸브(80) 내부의 노즐 입구에서는 증발가스의 압력이 높게 되며, 노즐을 통과하게 되면 증발가스의 압력이 낮아짐과 동시에 속도가 증가하고 온도가 낮아지게 된다.(PV/T = 일정)

따라서 본 발명에 있어서는 증발가스를 대기중으로 배출할 때에 증발가스의 온도를 낮춰 배기관(90) 및 머플러 입구 온도를 낮출 수 있게 된다.

또한 배기관(90) 입구의 길이(L)를 길게 설정하면 외부 대기온도에 의하여 증발가스의 온도를 더욱 낮출 수 있게 된다.

증발가스 성분은 탄화수소(HC)이며, 본 발명의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조에 있어서는 상기 증발가스가 촉매제(100)에서 산소와 화학반응에 의하여 수소와 이산화탄소 분리되어 대기중으로 방출되므로 환경오염을 유발하지 않게 된다.(HC+O₂ = H₂+CO₂)

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명이 관계하는 하이브리드 차량의 주행모드 예시도

도 2는 종래의 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조의 구성도

도 3은 본 발명의 한 실시예의 구성도

도 4a는 동 실시예의 모터 작동구간의 제어흐름도

도 4b는 동 실시예의 엔진 작동구간의 제어흐름도

도 5는 동 실시예의 솔레노이드밸브 부위의 상세도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

10 : 연료탱크 11 : 연료펌프

12 : 벤트밸브 20 : 캐니스터

21 : 제1출구니플 22 : 제2출구니플

30 : 베이퍼라인 60 : 퍼지라인

70 : CCV 밸브 80 : 솔레노이드밸브

81 : 내열성 수지의 링 90 : 배기관

100 : 촉매제

Claims

연료펌프(11)와 벤트밸브(12)가 내장되는 연료탱크(10)와 캐니스터(20) 사이에 증발가스를 유도하는 베이퍼라인(30)이 마련되고, 캐니스터(20)에 엔진으로 증발가스를 송출하는 퍼지라인(60)이 접속되는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조를 구성함에 있어서, 상기 캐니스터(20)에 증발가스를 방출하는 제1출구니플(21)과 제2출구니플(22)을 마련하고, 제1출구니플(21)에 CCV 밸브(70)를 장착하는 동시에 제2출구니플(22)에 솔레노이드밸브(80)를 장착하며, 상기 솔레노이드밸브(80)를 촉매제(100; UCC)가 설치되는 배기관(90)에 접속한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조.
제1항에 있어서, 솔레노이드밸브(80)가 높은 온도에 직접 노출되는 것을 방지하기 위하여 솔레노이드밸브(80)의 증발가스 출입구에 내열성 수지의 링(81)을 장착하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 증발가스 배출구조.