KR20200108611A - 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템 - Google Patents

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송주태
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Abstract

본 발명은 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템에 관한 것으로서, 부품 수 축소 및 원가 절감이 가능한 듀얼 퍼지 방식의 연료증발가스 퍼지 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 구동 유체가 통과하도록 형성된 노즐, 구동 유체가 공급되는 구동 인렛, 흡입 유체로서 캐니스터로부터 연료성분을 포함하는 퍼지 가스가 흡입되는 흡입 인렛, 상기 노즐을 통과한 구동 유체와 상기 흡입된 퍼지 가스가 혼합된 상태로 배출되는 디퓨저 아울렛, 상기 흡입 인렛으로부터 구동 유체 흐름방향을 기준으로 노즐 하류측 위치로 연결되는 흡입 통로, 및 상기 흡입 인렛으로부터 구동 인렛으로 연결되는 바이패스 통로를 구비한 이젝터를 포함하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템이 개시된다.

Description

차량의 연료증발가스 퍼지 시스템{Purge system for fuel vaporized gas of vehicle}
본 발명은 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부품 수 축소 및 원가 절감이 가능한 듀얼 퍼지 방식의 연료증발가스 퍼지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이 차량의 연료탱크에서는 연료가 증발한 가스, 즉 탄화수소(HC) 등의 연료성분을 포함하는 연료증발가스가 발생한다.
따라서, 연료탱크에서 발생한 연료증발가스로 인하여 대기가 오염되는 것을 방지하기 위해 통상의 차량에는 연료탱크로부터 연료증발가스를 포집하여 저장해두는 캐니스터(canister)가 설치된다.
캐니스터는 케이스 내부에 연료탱크에서 이동한 연료증발가스를 흡착할 수 있는 흡착성 물질을 충전하여 구성되는 것으로, 흡착성 물질로는 활성탄(activated carbon)이 널리 사용되고 있다.
상기 활성탄은 캐니스터의 케이스 내부로 유입된 연료증발가스 중 연료성분인 탄화수소(HC) 등을 흡착하는 기능을 한다.
이러한 캐니스터는 엔진이 정지(stop)된 상태에서 연료증발가스를 흡착성 물질에 흡착시키고, 엔진이 구동(run)될 경우에는 흡착성 물질에 흡착된 연료증발가스를 외부(대기)에서 흡입되는 공기의 압력에 의해 탈착시켜 그 탈착된 가스가 공기와 함께 엔진 흡기계로 공급되도록 한다.
연료증발가스를 캐니스터에서 엔진으로 흡입하는 작동을 퍼지(purge) 작동이라 하고, 캐니스터에서 엔진으로 흡입되는 가스를 퍼지 가스라 하며, 이 퍼지 가스는 캐니스터의 흡착성 물질로부터 탈착된 탄화수소 등 연료성분과 공기가 혼합된 가스라 할 수 있다.
또한, 캐니스터의 퍼지 포트와 엔진 흡기계 사이를 연결하는 퍼지 라인에는 퍼지 작동을 제어하기 위한 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve, 이하 'PCSV'라 칭함)가 설치된다.
상기 PCSV는 엔진 구동 중 퍼지 작동시 개방되는 밸브로서, 연료탱크에서 발생한 연료증발가스를 캐니스터에 포집하였다가, 개방된 상태의 PCSV를 통해 엔진 흡기계로 퍼지하여 엔진에서 연소시키게 된다.
상기 PCSV는 제어부, 예컨대 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)에 의해 제어되는 전자식 밸브로서, 연료증발가스 제어를 위해 차량 운전 상태에 따라 PCSV를 개폐하거나(퍼지 작동을 온/오프함), PCSV의 개도량을 조절하는 제어가 수행된다.
일반적인 캐니스터의 구성에 대해 좀더 설명하면, 캐니스터는 흡착성 물질(예, 활성탄)이 채워지는 케이스를 포함하고, 이 케이스에는 엔진 흡기계와 연결되어 연료증발가스를 엔진측으로 보내는 퍼지 포트, 연료탱크와 연결되어 연료증발가스가 유입되는 로딩 포트, 에어필터(즉 캐니스터 필터)와 연결되어 대기 중의 공기가 흡입되는 대기 포트가 형성된다.
그리고, 케이스의 내부공간 중 대기 포트가 위치되는 공간과, 퍼지 포트 및 로딩 포트가 위치되는 공간을 구획하는 격벽이 케이스의 내부공간에 형성되고, 연료탱크로부터 로딩 포트를 통해 유입된 연료증발가스를 상기 격벽에 의해 구획된 내부공간으로 통과시키면서 연료성분인 탄화수소가 흡착성 물질에 흡착되도록 한다.
또한, 엔진 구동 중 제어부에 의해 PCSV가 개방되어 엔진 흡기계로부터 퍼지 포트를 통해 캐니스터의 내부공간에 흡입 압력, 즉 엔진 부압이 작용하게 되면, 에어필터 및 대기 포트를 통해서는 공기가 흡입되고, 퍼지 포트를 통해서는 공기에 의해 흡착성 물질로부터 탈착된 가스가 배출되어 엔진으로 흡입된다.
이와 같이 대기 중의 공기가 캐니스터에 흡입되도록 하고 흡입된 공기에 의해 탄화수소 등의 연료성분이 캐니스터 내 흡착성 물질로부터 탈착된 후 엔진으로 흡입되도록 하는 퍼지 작동을 위해서는, 엔진 부압이 퍼지 라인 및 퍼지 포트를 통해 캐니스터에 작용되도록 해야 한다.
그러나, 터보차저 엔진을 탑재한 차량에서는 흡기 매니폴드 등 엔진 흡기계의 부압이 상대적으로 낮거나 터보차저의 작동시 엔진 흡기계에 부압이 아닌 정압이 형성되므로 캐니스터의 퍼지 작동에 어려움이 있다.
특히, 최근에는 엔진 다운사이징(downsizing) 추세에 부응하여 연비 개선과 출력 향상을 위한 터보차저를 장착한 가솔린 엔진, 예를 들어 터보 GDI(Gasoline Direct Injection) 엔진의 이용이 증가하고 있다.
터보 가솔린 엔진의 경우 터보차저 작동시(즉 과급시) 흡기 매니폴드 내에 정압이 형성되어 부압에 의한 퍼지 가스의 흡입이 이루어지지 않으므로 캐니스터 내 연료증발가스의 퍼지가 불가하다.
따라서, 터보 가솔린 엔진에서는 기존의 싱글 퍼지(single purge) 시스템의 사용이 불가하고, 퍼지 불가시 혹서기 연료 냄새 발생에 취약해질 뿐만 아니라 캐니스터 열화로 인한 배기가스 법규 불만족의 우려가 커지게 된다.
통상 퍼지의 수행은 엔진의 구동 조건에 따라 달라지고(예를 들면, 엔진의 아이들시에는 연소 안정성의 이유로 퍼지 수행을 가급적 하지 않음), 주로 흡기측 부압을 이용하여 퍼지를 수행하므로 흡기측에 충분한 부압이 형성된 상태인지에 따라 퍼지 가능 여부가 결정된다.
흡기측에 충분한 부압이 형성된 상태라면 가급적 자주 퍼지를 수행하여 캐니스터 내 연료성분을 제거해야 한다.
그런데, T(Turbo)-GDI 엔진 등 터보차저 엔진(즉 과급 엔진)의 경우 터보차저 작동(과급)으로 인해 퍼지 기능을 수행할 수 있는 운전영역에 제한이 있으며, 다운사이징 된 엔진에서는 요구되는 과급의 빈도가 더욱 잦으므로 캐니스터에 적재된 연료성분을 퍼지할 수 있는 시점과 시간에 더 많은 제한이 있다.
예를 들어, 가솔린 터보 차량이 혹서기의 고온 조건에서 등판 주행을 할 때, 연료 온도의 상승으로 인해 연료 증발량이 증가하고, 터보차저 작동시 흡기 매니폴드 내 정압 형성으로 연료증발가스 퍼지가 불가한 상태가 되면, 캐니스터 내에 연료증발가스는 과포화 상태가 된다.
결국, 캐니스터에서 연료증발가스의 외부 방출이 발생할 수 있고, 그로 인해 연료 냄새가 발생하는 등의 문제가 나타날 수 있다.
또한, 캐니스터 내부에 액상 연료의 응축이 반복되면서 캐니스터 성능 열화 및 그로 인한 법규 불만족의 문제가 나타날 수 있다.
이러한 문제는 엔진 부압 영역의 감소로 인해 퍼지 작동 횟수가 축소될 수밖에 없는 하이브리드 차량(HEV,PHEV)에서도 유사하게 나타나고 있다.
따라서, 이를 보완하기 위해, 기존의 싱글 퍼지 시스템을 대신하여, 터보차저 엔진에서는 터보차저 작동시에도 연료증발가스의 퍼지가 가능한 듀얼 퍼지(dual purge) 시스템이 널리 사용되고 있다.
듀얼 퍼지 시스템에서는 터보차저 작동시 이젝터를 통해 강제 부압을 형성하여 과급 이전의 위치, 즉 압축이 이루어지기 전 위치인 터보차저 컴프레서의 전단 위치로 퍼지 가스를 흡입한다.
그러나, 종래의 듀얼 퍼지 시스템은 설치 비용 및 부품의 원가 상승이 과다한 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 부품 수 축소 및 원가 절감이 가능한 듀얼 퍼지 방식의 연료증발가스 퍼지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 구동 유체가 통과하도록 형성된 노즐, 구동 유체가 공급되는 구동 인렛, 흡입 유체로서 캐니스터로부터 연료성분을 포함하는 퍼지 가스가 흡입되는 흡입 인렛, 상기 노즐을 통과한 구동 유체와 상기 흡입된 퍼지 가스가 혼합된 상태로 배출되는 디퓨저 아울렛, 상기 흡입 인렛으로부터 구동 유체 흐름방향을 기준으로 노즐 하류측 위치로 연결되는 흡입 통로, 및 상기 흡입 인렛으로부터 구동 인렛으로 연결되는 바이패스 통로를 구비한 이젝터를 포함하고, 상기 이젝터의 구동 인렛에 터보차저 컴프레서 후단 위치의 엔진 흡기계로부터 재순환 유체 라인이 연결되며, 상기 재순환 유체 라인에 의해, 상기 엔진 흡기계로부터 이젝터의 구동 인렛으로 터보차저 컴프레서에 의해 압축된 압축 공기가 구동 유체로서 공급되거나, 상기 구동 인렛으로부터 엔진 흡기계로 흡입 유체인 퍼지 가스가 흡입되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 이젝터의 흡입 인렛에 캐니스터로부터 퍼지 가스가 흡입되도록 퍼지 라인이 연결되고; 상기 이젝터의 디퓨저 아울렛이 터보차저 컴프레서 전단 위치의 흡기 파이프에 연결될 수 있다.
또한, 상기 이젝터는 상기 흡입 통로에 설치되어 흡입 인렛으로부터 노즐 하류측 위치로만 흡입 유체의 흐름을 허용하고 역방향으로의 흡입 유체 흐름은 차단하는 제1 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이젝터는 상기 바이패스 통로에 설치되어 흡입 인렛으로부터 구동 인렛으로만 흡입 유체의 흐름을 허용하고 역방향으로의 흡입 유체 흐름은 차단하는 제2 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이젝터의 디퓨저 아울렛이 상기 터보차저 컴프레서 전단 위치의 흡기 파이프에 직접 연결될 수 있다.
또한, 상기 재순환 유체 라인은 스로틀 밸브 후단 위치의 흡기 파이프로부터 이젝터의 구동 인렛에 연결될 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템에 의하면, 퍼지 작동을 위한 두 개의 가스 라인, 즉 이젝터와 엔진 흡기계 사이의 가스 라인(즉 재순환 유체 라인), 및 이젝터와 캐니스터 사이의 가스 라인(즉 퍼지 라인)만 필요하고, 이로써 가스 라인의 단순화 및 부품 수 축소, 비용 및 원가 절감, 그리고 경량화가 가능해진다.
도 1은 종래의 듀얼 퍼지 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 듀얼 패스 이젝터의 주요 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 듀얼 패스 이젝터의 단면도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 터보차저 작동 여부 및 엔진 흡기계 압력상태에 따라 퍼지 가스가 흐르는 경로를 구분하여 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 차량에서 연료증발가스를 퍼지하기 위한 퍼지 시스템에 관한 것이다.
통상 연료탱크에서 발생한 연료증발가스는 캐니스터에 포집되어 있다가 퍼지 시스템에 의해 퍼지되는데, 퍼지 시스템은 부압을 이용하여 캐니스터로부터 연료증발가스를 흡입하고, 흡입된 연료증발가스를 엔진 흡기계로 공급하여 엔진에서 연료증발가스가 연소될 수 있도록 한다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 도 1을 참조하여 터보차저 엔진이 탑재된 차량에서 사용되는 종래의 듀얼 퍼지 시스템에 대해 간단히 설명하기로 한다.
듀얼 퍼지 시스템은 두 개의 퍼지 경로를 가지며, 터보차저의 작동 여부 및 엔진 흡기계의 압력상태에 따라 퍼지 경로가 선택된다.
도 1을 참조하면, 에어클리너(11)와 흡기 파이프(12)가 도시되어 있고, 또한 공기를 흡입 및 압축하여 고압 상태로 공급하는 터보차저의 컴프레서(13)와, 상기 컴프레서(13)에 의해 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러(14)가 도시되어 있다.
또한, 스로틀 밸브(15), 서지탱크(16), 흡기 매니폴드(17), 실린더 헤드 및 블록(18) 등을 포함하는 엔진(10)이 나타나 있다.
에어클리너(11)를 통해 흡입된 공기는 흡기 파이프(12)를 따라 흐르는 동안 터보차저의 컴프레서(13), 인터쿨러(14), 스로틀 밸브(15), 서지탱크(16), 흡기 매니폴드(17)를 거쳐 실린더 헤드 및 블록(18) 내 연소실로 공급된다.
또한, 연료가 저장되는 연료탱크(21), 연료탱크(21)에서 발생한 연료증발가스를 포집하는 캐니스터(22), 캐니스터(22)에 포집된 연료증발가스의 연료성분을 엔진으로 공급하여 연소시키는 듀얼 퍼지 시스템(30)의 구성이 나타나 있다.
여기서, 캐니스터(22)에는 퍼지 포트(23), 로딩 포트(24), 대기 포트(25)가 구비되고, 캐니스터(22)의 내부에 격벽(26)이 구비된다.
도 1에서 도면부호 27은 에어필터를 나타낸다.
듀얼 퍼지 시스템(30)은, 캐니스터(22)의 퍼지 포트(23)에 연결된 메인 퍼지 라인(31), 메인 퍼지 라인(31)에서 분기되어 엔진 흡기계로 연결되는 제1 퍼지 라인(32), 메인 퍼지 라인(31)에서 분기되어 이젝터(40)로 연결되는 제2 퍼지 라인(33), 메인 퍼지 라인(31)에 설치되어 퍼지 작동을 제어하는 PCSV(34), 제1 퍼지 라인(32) 및 제2 퍼지 라인(33)에 각각 설치되는 체크 밸브(35,36), 컴프레서(13) 전단 위치의 흡기 파이프(12)에 별도의 관로(38)를 통해 연결되는 이젝터(40), 스로틀 밸브(15) 전단 위치의 흡기 파이프(12)와 이젝터(40) 사이를 연결하는 재순환 유체 라인(37)을 포함할 수 있다.
여기서, 메인 퍼지 라인(31), 제1 퍼지 라인(32) 및 제2 퍼지 라인(33), 상기 관로(38)가 퍼지 가스를 흡기 파이프(12)로 흐르게 하는 퍼지 라인을 구성하는 것이며, 이 중에서 제1 퍼지 라인(32)은 메인 퍼지 라인(31)에서 분기되어 엔진 흡기계 중 스로틀 밸브(15) 후단 위치의 흡기 파이프(12)에 연결될 수 있다.
도시된 듀얼 퍼지 시스템에서는, 서지탱크(16)의 압력상태에 따라, 캐니스터(22)에서 흡입된 연료성분 및 공기(대기 포트를 통해 유입됨)의 혼합가스가 개방상태의 PCSV(34)를 통과한 뒤, 제1 퍼지 라인(32)을 통해 엔진 흡기계로 흡입되거나, 제2 퍼지 라인(33) 및 이젝터(40), 관로(38), 컴프레서(13) 전단 위치의 흡기 파이프(12), 컴프레서(13), 컴프레서(13) 후단 위치의 흡기 파이프(12), 인터쿨러(14)를 통과한 후 스로틀 밸브(15)를 통해 서지탱크(16)로 흡입된다.
이하의 설명에서 퍼지 시스템에 의해 캐니스터(22)로부터 메인 퍼지 라인(31)을 통해 흡입되는 연료성분 및 공기의 혼합가스를 '퍼지 가스'라 칭하기로 한다.
이젝터(40)는 터보차저 작동시 강제로 부압을 형성하는 장치로서, 구동 유체가 유입되는 구동 인렛(41)에 재순환 유체 라인(37)이 연결되고, 흡입 유체(퍼지 가스)가 흡입되는 흡입 인렛(42)에 제2 퍼지 라인(33)이 연결된다.
또한, 구동 유체와 흡입 유체가 혼합된 상태로 배출되는 디퓨저 아울렛(43)이 컴프레서(13) 전단 위치의 흡기 파이프(12)에 상기 관로(38)를 통해 연결된다.
재순환 유체 라인(37)은 스로틀 밸브(15) 전단 위치의 흡기 파이프(12)와 이젝터(40)의 구동 인렛(41) 사이를 연결하는 관로가 되며, 터보차저의 작동(과급 작동)시 컴프레서(13)가 회전하여 에어클리너(11)를 통해 흡입한 공기를 압축하여 공급할 때, 컴프레서(13) 후단 위치의 흡기 파이프(12)로부터 재순환 유체 라인(37)을 통해 이젝터(40)로 공기(구동 유체)가 유입되고, 유입된 공기가 이젝터(40)를 통과하는 동안 부압이 생성된다.
즉, 터보차저의 컴프레서(13)에 의해 압축된 뒤 재순환 유체 라인(37) 및 이젝터(40)의 구동 인렛(41)을 통해 공급되는 고압의 압축 공기가 이젝터(40) 내에서 노즐을 통과하면서 부압이 생성 및 증폭되는 것이다.
이때의 부압이 제2 퍼지 라인(33) 및 메인 퍼지 라인(31), 개방된 PCSV(34)를 통해 캐니스터(22)에 작용하면, 캐니스터(22)로부터 공기와 연료성분이 혼합된 퍼지 가스(흡입 유체)가 흡입 인렛(42)을 통해 이젝터(40)로 흡입된다.
결국, 이젝터(40)에서 퍼지 가스가 구동 인렛(41)을 통해 공급된 공기(구동 유체)와 혼합되고, 이어 혼합된 상태로 이젝터(40)의 디퓨저 아울렛(43) 및 관로(38)를 통해 컴프레서(13) 전단 위치의 흡기 파이프(12)로 흡입된 뒤, 흡기 파이프(12)를 따라 컴프레서(13), 인터쿨러(14), 스로틀 밸브(15), 서지탱크(16), 흡기 매니폴드(17)의 경로로 엔진의 연소실에 공급된다.
싱글 퍼지 시스템은 제2 퍼지 라인(33)과 이젝터(40)가 없는 시스템으로, PCSV(34) 개방상태에서 퍼지 가스가 엔진의 부압(서지탱크의 부압)에 의해서만 캐니스터(22)로부터 퍼지 라인(31,32)을 통해 엔진(10)으로 흡입된 후 엔진의 연소실에서 연소되도록 되어 있다.
반면, 듀얼 퍼지 시스템(30)은 터보차저의 작동시 압축 공기의 유입으로 서지탱크(16) 및 흡기 매니폴드(17) 등에 정압이 형성되더라도 퍼지가 가능하도록 한 시스템이며, 터보차저가 설치됨에 따라 제2 퍼지 라인(33)과 이젝터(40)가 추가로 설치된다.
이에 듀얼 퍼지 시스템(30)에서는 엔진의 서지탱크(16) 등에 부압이 생성될 때에는 캐니스터(22)로부터 퍼지 가스가 메인 퍼지 라인(31) 및 제1 퍼지 라인(32)을 통해 흡입되어 엔진으로 공급될 수 있지만, 터보차저의 작동으로 엔진 흡기계에 정압이 형성된 상태일 때에는 퍼지 가스가 메인 퍼지 라인(31) 및 제2 퍼지 라인(33)을 통해 이젝터(40)로 흡입된 뒤 흡기 파이프(12)를 따라 엔진의 연소실에 공급된다.
그러나, 터보차저 작동 여부에 따라 두 개의 퍼지 경로 중 하나가 선택되는 듀얼 퍼지 시스템(30)에서는 듀얼 퍼지 기능의 수행을 위해 이젝터(40)와 캐니스터(22), 엔진 흡기계 사이에 복잡한 관로가 연결 및 구성되어야 한다.
즉, 메인 퍼지 라인(31), 제1 퍼지 라인(32), 제2 퍼지 라인(33), 재순환 유체 라인(37), 관로(38) 등의 가스 라인이 다수 필요하고, 이러한 가스 라인들이 부품 사이를 복잡하게 연결하고 있으므로 비용 및 원가 상승의 요인이 되고 있다.
이에 종래의 듀얼 퍼지 시스템에 비해 가스 라인의 수가 축소되고 가스 라인의 구성이 단순화될 수 있어 비용 및 원가 절감이 가능한 듀얼 퍼지 시스템이 요구되고 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료증발가스 퍼지 시스템의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템의 구성을 나타내는 도면으로서, 도면부호 13은 터보차저의 컴프레서를 나타낸다.
또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 듀얼 패스 이젝터(dual-pass ejector)(40a)의 주요 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 듀얼 패스 이젝터의 단면도로서, 도 4는 엔진 흡기계 부압 조건시 작동상태를 나타내고, 도 5는 엔진 흡기계 정압 조건시 작동상태를 나타낸다.
엔진 흡기계 부압 조건은 엔진(10)이 구동될 때(engine on) 흡기 파이프(12)와 서지탱크(16), 흡기 매니폴드(17) 등의 엔진 흡기계에 부압이 작용하고 있는 상태를 의미하고, 이는 터보차저가 작동하지 않고 엔진(10)에 의해 부압이 생성되는 상태일 수 있다.
또한, 엔진 흡기계 정압 조건은 엔진(10)이 구동될 때 엔진 흡기계에 정압이 작용하고 있는 상태를 의미하고, 이는 종래의 싱글 퍼지 시스템의 작동이 불가한 상태, 예를 들면 터보차저가 작동하고 있는 상태일 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 이젝터(40a)의 디퓨저 아울렛(43)이 컴프레서(13) 전단 위치의 흡기 파이프(12)에 중간의 별도 관로 없이 직접 연결된다.
또한, 캐니스터(22)로부터 연결된 퍼지 라인(31)이 이젝터(40a)의 흡입 인렛(42)에 연결되고, 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)에는 재순환 유체 라인(37)이 연결된다.
상기 재순환 유체 라인(37)은 컴프레서(13) 후단의 엔진 흡기계 위치에서 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)으로 연결되며, 예를 들어 스로틀 밸브(15) 후단 위치의 흡기 파이프(12), 즉 스로틀 밸브(15)와 서지탱크(16) 사이의 흡기 파이프(12)로부터 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 재순환 유체 라인(37)은, 터보차저 작동시 컴프레서(13)에 의해 고압으로 압축 및 송출되어 인터쿨러(14)와 스로틀 밸브(15)를 차례로 통과한 압축 공기를 구동 유체로서 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)에 공급하는 가스 경로로 이용되는 것과 더불어, 터보차저 미작동시에는 캐니스터(22)로부터 흡입된 뒤 이젝터(40a)를 거친 퍼지 가스가 부압 상태의 엔진 흡기계로 흡입되도록 하는 퍼지 라인으로도 이용된다.
요컨대, 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)에 연결된 재순환 유체 라인(37)은, 터보차저 작동시 이젝터(40a)로 구동 유체(고압의 압축 공기)를 공급하는 구동 유체 라인의 역할과 더불어, 터보차저 미작동시에는 이젝터(40a)에 의해 캐니스터(22)로부터 흡입된 퍼지 가스(연료성분과 공기의 혼합가스)를 엔진 흡기계에 공급하는 퍼지 라인의 역할을 겸하도록 되어 있는 것이다.
따라서, 재순환 유체 라인(37)의 일단부는 퍼지 가스가 흡입될 수 있도록 엔진 부압이 작용하는 엔진 흡기계 위치에 연결되고, 재순환 유체 라인(37)의 타단부는 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)에 연결된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)은 터보차저 작동시 구동 유체인 압축 공기가 공급 및 유입되는 입구 역할을 하는 것뿐만 아니라, 터보차저 미작동시에는 캐니스터(22)로부터 흡입 인렛(42)을 통해 흡입된 퍼지 가스를 엔진 흡기계로 보내는 출구 역할을 겸하도록 되어 있는바, 구동 인렛(41)은 터보차저 작동시 가스 입구의 역할을, 터보차저 미작동시 가스 출구의 역할을 한다.
결국, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템에서는 퍼지 작동을 위한 두 개의 가스 라인, 즉 이젝터(40a)와 엔진 흡기계 사이의 가스 라인(즉 재순환 유체 라인), 및 이젝터(40a)와 캐니스터(22) 사이의 가스 라인(즉 퍼지 라인)만이 존재하며, 이로써 가스 라인의 단순화 및 부품 수 축소, 비용 및 원가 절감, 그리고 경량화가 가능해진다.
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템의 이젝터(40a)에 대해 상술하면, 이젝터(40a)가 터보차저 작동시 구동 유체인 고압의 압축 공기를 공급받아 퍼지 작동을 위한 부압을 강제로 형성하는 점은 종래와 차이가 없으나, 종래의 듀얼 퍼지 시스템에서 사용되던 것과 비교하여 내부 구성이 개선된다.
본 발명에서 이젝터(40a)는 노즐(46)과 혼합부(47), 디뷰저(확산부)(48)를 가지는 점에서 공지의 이젝터(40a)와 비교하여 차이가 없다.
또한, 본 발명에서 이젝터(40a)는 흡입 통로(44)를 통해 혼합부(47)에 연결되는 흡입 인렛(42), 상기 노즐(46)로 연결되는 구동 인렛(41), 상기 디퓨저(48)의 출구가 되는 디퓨저 아울렛(43)을 가지는 점 또한 공지의 이젝터(40a)와 비교하여 차이가 없다.
다만, 흡입 인렛(42)과 구동 인렛(41)의 사이를 직접 연결하는 바이패스 통로(45)가 이젝터(40a)의 내부에 추가로 형성되며, 상기 바이패스 통로(45)와 흡입 통로(44)에 각각 체크밸브(44a,45a)가 설치된다.
이하에서는 흡입 통로(44)에 설치되는 체크밸브(44a)를 '제1 체크밸브'라 칭하기로 하고, 바이패스 통로(45)에 설치되는 체크밸브(45a)를 '제2 체크밸브'라 칭하기로 한다.
제1 체크밸브(44a)는 흡입 통로(44)에서 흡입 인렛(42)을 통해 흡입된 퍼지 가스가 이젝터(40a)의 혼합부(47) 내 혼합 통로(47a)를 향해서만 흐르도록 하며, 그 역방향의 퍼지 가스 흐름은 차단할 수 있도록 설치된다.
제2 체크밸브(45a)는 바이패스 통로(45)에서 흡입 인렛(42)을 통해 흡입된 퍼지 가스가 입구 역할과 더불어 출구 역할도 하는 구동 인렛(41)을 향해서만 흐르도록 하고, 그 역방향의 퍼지 가스 흐름은 차단할 수 있도록 설치된다.
도 4 및 도 5에서 체크밸브에 대해서는 그 구성을 상세히 예시하지 않았으나, 유체 통로에서 정해진 한쪽 방향의 유체 흐름만 허용하고 그 반대쪽 역방향의 유체 흐름은 차단하는 통상의 체크밸브가 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 시스템의 이젝터에 적용 가능하고, 이러한 체크밸브의 구성에 대해서는 통상의 기술자에게 있어 공지의 기술사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
터보차저가 작동하지 않아서 엔진(10)에 의한 부압이 엔진 흡기계에 생성 및 작용하고 있는 조건, 즉 엔진 흡기계 부압 조건인 경우, 엔진 흡기계의 부압이 재순환 유체 라인(37)을 통해 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)에 작용한다.
결국, 도 4에 나타낸 바와 같이, 캐니스터(22)로부터 퍼지 라인(31) 및 PCSV(34)를 통해 이젝터(40a)의 흡입 인렛(42)으로 흡입된 퍼지 가스(캐니스터에서 탈착된 연료성분과 공기의 혼합가스)가 이젝터(40a)의 바이패스 통로(45) 및 제2 체크밸브(45a)를 거쳐 구동 인렛(41)으로 흐르게 된다.
이때, 구동 인렛(41)은 가스 출구의 역할을 하게 되며, 흡입 인렛(42)으로 들어온 퍼지 가스는 이젝터(40a) 내 바이패스 통로(45)를 통해 구동 인렛(41)으로 흐른 뒤 재순환 유체 라인(37)을 통해 엔진 흡기계로 흡입되고, 이후 서지탱크(16)를 거쳐 엔진(10)의 연소실로 유입된 뒤 연소된다.
한편, 터보차저가 작동하여 엔진 흡기계에 부압이 아닌 정압이 생성된 조건, 즉 엔진 흡기계 정압 조건인 경우, 컴프레서(13)에 의해 압축된 후 인터쿨러(14) 및 스로틀 밸브(15)를 거친 압축 공기(과급 공기)가 엔진 흡기계에서 재순환 유체 라인(37)을 통해 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)으로 공급된다.
그리고, 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)으로 들어온 고압의 압축 공기는 이후 이젝터(40a) 내 노즐(46) 및 혼합부(47) 내 혼합 통로(47a)를 통과하는 동안 부압을 생성하고, 혼합 통로(47a)에 생성된 부압이 흡입 통로(44)를 통해 이젝터(40a)의 흡입 인렛(42)에 작용하게 되어 캐니스터(22)로부터 흡입 인렛(42)으로 퍼지 가스가 흡입된다.
결국, 캐니스터(22)로부터 퍼지 라인(31) 및 이 퍼지 라인(31)에 설치된 PCSV(34)를 통해 흡입 인렛(42)으로 흡입된 퍼지 가스가 흡입 통로(44) 및 제1 체크밸브(44a)를 통해 혼합부(47) 내 혼합 통로(47a)로 흡입되고, 흡입된 퍼지 가스가 상기 구동 인렛(41)을 통해 공급된 압축 공기와 혼합 통로(47a)에서 혼합된다.
또한, 상기 혼합가스는 이젝터(40a)의 디퓨저(48) 내 확산 통로(48a)를 통과하여 디퓨저 아울렛(43)에서 흡기 파이프(12)로 배출되고, 이후 혼합가스는 에어클리너(도 2에는 미도시, 도 1에서 도면부호 11임)를 통해 흡입된 새로운 공기와 함께 컴프레서(13)와 인터쿨러(14), 흡기 파이프(12), 스로틀 밸브(15), 서지탱크(16)를 차례로 거쳐 엔진(10)의 연소실로 유입된다.
본 발명에 따른 퍼지 시스템에서 이젝터(40a)의 바이패스 통로(45)는 연료증발가스의 퍼지량 확보를 위해 이젝터(40a)의 내부에 추가로 형성되는 통로로서, 이젝터(40a) 내 흡입 통로(44)와는 흡입 인렛(42)에 연결된다는 공통점을 가진다.
이젝터(40a)에서 흡입 인렛(42)의 내부 통로가 흡입 통로(44)와 바이패 통로(45)로 분기되는 것이며, 흡입 통로(44)와 바이패스 통로(45)가 각각 퍼지 경로로 이용된다.
하지만, 이젝터(40a) 내에서 흡입 통로(44)는 흡입 인렛(42)으로부터 이젝터 내 구동 유체의 흐름방향을 기준으로 노즐(46) 하류측인 혼합부(47) 내 혼합 통로(47a)로 연결되는 통로인 반면, 바이패스 통로(45)는 흡입 인렛(42)으로부터 이젝터 내 구동 유체 흐름방향을 기준으로 노즐(46) 상류측인 구동 인렛(41)으로 연결되는 통로이다.
본 발명에 따른 퍼지 시스템에서는 흡입 인렛(42)을 통해 흡입된 퍼지 가스가 흡입 통로(44)와 바이패스 통로(45) 중에 터보차저 작동 여부 및 엔진 흡기계 정, 부압상태에 따라 선택된 하나의 통로를 통과하게 된다.
도 4에서 화살표 'A'는 종래의 듀얼 퍼지 시스템에서 사용되는 이젝터(40a), 즉 도 4의 구성 중 바이패스 통로(45)와 제2 체크밸브(45a)가 없는 이젝터(40a)를 도 2와 같은 퍼지 시스템에 그대로 적용한다고 가정하였을 때, 엔진 흡기계 부압 조건에서 퍼지 가스가 흐르게 되는 가상의 경로를 나타낸 것이다.
도 2의 퍼지 시스템에 사용되는 이젝터(40a)에서 도 4에 나타낸 바이패스 통로(45)와 제2 체크밸브(45a)가 없다면, 도 4와 같은 엔진 흡기계 부압 조건에서 흡입 인렛(42)을 통해 흡입된 퍼지 가스가 화살표 'A'와 같이 노즐(46)을 역방향으로 통과한 뒤 구동 인렛(41)을 통해 엔진 흡기계로 흡입될 것이다.
이 경우, 흡입 인렛(42)으로 흡입된 퍼지 가스가 흡입 통로(44)를 통과한 뒤 통로 단면적이 매우 작은 노즐(46)을 도면상 우측에서 좌측으로 통과해야 하므로, 퍼지 가스의 양이 크게 축소될 것이며, 연료증발가스의 충분한 퍼지량을 확보하기가 어려워진다.
도 6 및 도 7은 터보차저 작동 여부 및 엔진 흡기계 압력상태에 따라 퍼지 가스가 흐르는 경로를 구분하여 나타낸 도면이다.
도 6은 엔진 흡기계 부압 조건일 때 퍼지 가스가 캐니스터(22)로부터 엔진 흡기계로 흡입되는 경로를 보여주고 있으며, 캐니스터(22) 내 압력(대기압)과 엔진 흡기계 압력(부압) 간 차이로 인해, 퍼지 가스가 캐니스터(22)로부터 이젝터(40a)의 흡입 인렛(42), 바이패스 통로(45), 구동 인렛(41)을 통과한 뒤 엔진 흡기계로 흡입되는 퍼지 작동의 예를 보여주고 있다.
반면, 도 7은 엔진 흡기계 정압 조건일 때 퍼지 가스가 캐니스터(22)로부터 엔진 흡기계로 흡입되는 경로를 보여주고 있으며, 터보차저의 컴프레서(13)에 의해 고압으로 압축된 공기가 정압상태인 엔진 흡기계로부터 재순환 유체 라인(37)을 통해 이젝터(40a)의 구동 인렛(41)으로 공급됨을 보여주고 있다.
이때, 고압의 압축 공기가 이젝터(40a) 내부의 노즐(46)을 통과한 뒤 혼합부(47)의 혼합 통로(47a)를 통과하는 동안 이젝터(40a) 내 혼합 통로(47a)에는 부압이 발생한다.
또한, 이젝터(40a) 내 혼합 통로(47a)의 부압과 캐니스터(22) 내 압력(대기압) 간 차이로 인해 퍼지 가스가 캐니스터(22)로부터 이젝터(40a)의 흡입 인렛(42) 및 흡입 통로(44)를 통해 혼합부(47)의 혼합 통로(47a)로 흡입된다.
결국, 혼합부(47)의 혼합 통로(47a)에서는 구동 유체인 압축 공기와 흡입 유체인 퍼지 가스가 혼합된 상태로 디퓨저(48) 내 확산 통로(48a)를 통과한 뒤 디퓨저 아울렛(43)을 통해 흡기 파이프(12)로 배출되고, 이후 배출된 가스는 컴프레서(13)에 의해 흡입되는 새로운 공기(신기)와 함께 컴프레서(13), 인터쿨러(14), 스로틀 밸브(15)를 거쳐 엔진(10)의 연소실로 공급된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 엔진 11 : 에어클리너
12 : 흡기 파이프 13 : 컴프레서
14 : 인터쿨러 15 : 스로틀 밸브
16 : 서지탱크 17 : 흡기 매니폴드
18 : 실린더 헤드 및 블록 21 : 연료탱크
22 : 캐니스터 23 : 퍼지 포트
24 : 로딩 포트 25 : 대기 포트
26 : 격벽 27 : 에어필터
30 : 듀얼 퍼지 시스템 31 : 퍼지 라인(메인 퍼지 라인)
32 : 제1 퍼지 라인 33 : 제2 퍼지 라인
34 : PCSV 35, 36 : 체크 밸브
37 : 재순환 유체 라인 38 : 관로
40 : 이젝터 41 : 구동 인렛
42 : 흡입 인렛 43 : 디퓨저 아울렛
44 : 흡입 통로 44a : 제1 체크밸브
45 : 바이패스 통로 45a : 제2 체크밸브
46 : 노즐 47 : 혼합부
47a : 혼합 통로 48 : 디퓨저
48a : 확산 통로

Claims (6)

  1. 구동 유체가 통과하도록 형성된 노즐, 구동 유체가 공급되는 구동 인렛, 흡입 유체로서 캐니스터로부터 연료성분을 포함하는 퍼지 가스가 흡입되는 흡입 인렛, 상기 노즐을 통과한 구동 유체와 상기 흡입된 퍼지 가스가 혼합된 상태로 배출되는 디퓨저 아울렛, 상기 흡입 인렛으로부터 구동 유체 흐름방향을 기준으로 노즐 하류측 위치로 연결되는 흡입 통로, 및 상기 흡입 인렛으로부터 구동 인렛으로 연결되는 바이패스 통로를 구비한 이젝터를 포함하고,
    상기 이젝터의 구동 인렛에 터보차저 컴프레서 후단 위치의 엔진 흡기계로부터 재순환 유체 라인이 연결되며,
    상기 재순환 유체 라인에 의해, 상기 엔진 흡기계로부터 이젝터의 구동 인렛으로 터보차저 컴프레서에 의해 압축된 압축 공기가 구동 유체로서 공급되거나, 상기 구동 인렛으로부터 엔진 흡기계로 흡입 유체인 퍼지 가스가 흡입되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이젝터의 흡입 인렛에 캐니스터로부터 퍼지 가스가 흡입되도록 퍼지 라인이 연결되고;
    상기 이젝터의 디퓨저 아울렛이 터보차저 컴프레서 전단 위치의 흡기 파이프에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이젝터는
    상기 흡입 통로에 설치되어 흡입 인렛으로부터 노즐 하류측 위치로만 흡입 유체의 흐름을 허용하고 역방향으로의 흡입 유체 흐름은 차단하는 제1 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이젝터는
    상기 바이패스 통로에 설치되어 흡입 인렛으로부터 구동 인렛으로만 흡입 유체의 흐름을 허용하고 역방향으로의 흡입 유체 흐름은 차단하는 제2 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이젝터의 디퓨저 아울렛이 상기 터보차저 컴프레서 전단 위치의 흡기 파이프에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 재순환 유체 라인은 스로틀 밸브 후단 위치의 흡기 파이프로부터 이젝터의 구동 인렛에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료증발가스 퍼지 시스템.
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