KR101181065B1

KR101181065B1 - 차량의 연료탱크 컨트롤밸브

Info

Publication number: KR101181065B1
Application number: KR1020100122044A
Authority: KR
Inventors: 이성원
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-09-07
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: DE102011054565A1; US20120138610A1; KR20120060510A; CN102486145A; JP2012117514A

Abstract

본 발명은 엔진이 오프된 상태에서는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩되는 것을 방지할 수 있도록 하고 엔진이 온된 상태에서는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 하면서도, 주유시 등과 같은 경우에는 엔진이 비록 오프되어 있더라도 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 하는 등 연료탱크로부터 캐니스터로 연결되는 증발가스의 로딩관로를 필요에 따라 능동적으로 적절히 제어할 수 있도록 하고, 연료탱크 내부에 압력이 지나치게 높게 형성되거나 낮게 형성되는 것을 방지할 수 있도록 한 차량의 연료탱크 컨트롤밸브를 제공한다.

Description

차량의 연료탱크 컨트롤밸브{Fuel Tank Control Valve for Vehicle}

본 발명은 차량의 연료탱크 컨트롤밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료탱크와 캐니스터 사이에 설치되어 연료탱크로부터 캐니스터로 이동되는 연료의 증발가스를 제어하는 컨트롤밸브에 관한 기술이다.

차량의 캐니스터는 연료탱크에 저장된 연료의 증발가스를 포집하였다가, 엔진의 작동시 엔진의 흡기측으로 증발가스를 퍼지하여 연소시키도록 함으로써, 연료의 증발가스가 대기중으로 누출되는 것을 방지하도록 하는 장치이다.

최근의 하이브리드 차량이나 플러그인 하이브리드 차량 등의 경우에는, 차량의 운행중 전기모터의 구동비율이 종래의 일반적인 차량에 비하여 크게 증가하여, 증발가스를 엔진으로 퍼지할 수 있는 양이 크게 줄어들게 됨에 따라, 캐니스터의 포집용량이 초과되어 증발가스가 대기중으로 누출될 염려가 크게 증가한다.

따라서, 연료주입시를 제외한 엔진 오프시에는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩되는 것을 제한하거나 방지할 수 있도록 제어하고, 엔진이 온되어 있는 동안에만 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 제한한 필요가 있다.

또한, 상기한 바와 같이 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩되는 것을제한하는 경우 연료탱크가 밀폐되어 과도하게 압력이 상승하거나 부압이 발생할 수 있는 바, 이와 같은 압력을 적절히 해소할 수 있는 대책이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 기본적으로 엔진이 오프된 상태에서는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩되는 것을 방지할 수 있도록 하고 엔진이 온된 상태에서는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 하면서도, 주유시 등과 같은 경우에는 엔진이 비록 오프되어 있더라도 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 하는 등 연료탱크로부터 캐니스터로 연결되는 증발가스의 로딩관로를 필요에 따라 능동적으로 적절히 제어할 수 있도록 하고, 연료탱크 내부에 압력이 지나치게 높게 형성되거나 낮게 형성되는 것을 방지할 수 있도록 한 차량의 연료탱크 컨트롤밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 연료탱크 컨트롤밸브는

연료탱크로 연통되는 제1포트와 캐니스터로 연통되는 제2포트를 구비한 하우징과;

상기 하우징 내에 직선슬라이딩 가능하게 설치되어, 상기 제1포트와 제2포트 사이를 차단하거나 연통시킬 수 있도록 설치되며, 관통공이 구비된 압력밸브스풀과;

상기 압력밸브스풀이 상기 제1포트와 제2포트 사이를 차단하도록 하는 방향으로, 상기 관통공을 막으면서 상기 압력밸브스풀을 가압할 수 있도록 직선 운동하는 플런저를 구비한 솔레노이드액츄에이터와;

상기 제1포트와 제2포트 사이를 연통시키는 방향으로 상기 압력밸브스풀을 탄성 지지하도록 설치된 압력스프링과;

상기 압력스프링에 대향하는 방향으로 상기 플런저를 가압하도록 설치된 밸런스스프링;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 엔진이 오프된 상태에서는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩되는 것을 방지할 수 있도록 하고 엔진이 온된 상태에서는 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 하면서도, 주유시 등과 같은 경우에는 엔진이 비록 오프되어 있더라도 연료탱크로부터 캐니스터로 증발가스가 로딩될 수 있도록 하는 등 연료탱크로부터 캐니스터로 연결되는 증발가스의 로딩관로를 필요에 따라 능동적으로 적절히 제어할 수 있도록 하고, 연료탱크 내부에 압력이 지나치게 높게 형성되거나 낮게 형성되는 것을 방지할 수 있도록 하여 연료탱크를 보호함은 물론, 연료의 증발가스가 대기중을 누출되는 것을 방지하여 환경오염을 최소화하고 각종 법규를 만족할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명 차량의 연료탱크 컨트롤밸브의 외관을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 도 3에 비교하여 컨트롤밸브의 1단계 오픈상태를 설명한 도면,
도 5는 도 3과 도 4에 비교하여 컨트롤밸브의 2단계 오픈상태를 설명한 도면,
도 6은 정상적인 상태의 릴리프밸브와 진공밸브를 도시한 도면,
도 7은 도 6의 상태를 다른 시각에서 도시한 단면도,
도 8은 연료탱크의 압력이 과도하게 높은 상태에서 상기 릴리프밸브의 작동을 설명한 도면,
도 9는 도 8의 상태를 다른 시각에서 도시한 단면도,
도 10은 연료탱크의 압력이 지나치게 낮은 상태에서 상기 진공밸브의 작동을 설명한 도면,
도 11은 도 10의 상태를 다른 시각에서 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예는 연료탱크로 연통되는 제1포트(1)와 캐니스터로 연통되는 제2포트(3)를 구비한 하우징(5)과; 상기 하우징(5) 내에 직선슬라이딩 가능하게 설치되어, 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 차단하거나 연통시킬 수 있도록 설치되며, 관통공(7)이 구비된 압력밸브스풀(9)과; 상기 압력밸브스풀(9)이 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 차단하도록 하는 방향으로, 상기 관통공(7)을 막으면서 상기 압력밸브스풀(9)을 가압할 수 있도록 직선 운동하는 플런저(11)를 구비한 솔레노이드액츄에이터(13)와; 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 연통시키는 방향으로 상기 압력밸브스풀(9)을 탄성 지지하도록 설치된 압력스프링(15)과; 상기 압력스프링(15)에 대향하는 방향으로 상기 플런저(11)를 가압하도록 설치된 밸런스스프링(17)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 압력밸브스풀(9)은 도면상 상하방향으로 직선 슬라이딩 가능하게 상기 하우징(5) 내에 장착되어, 그 하측은 상기 압력스프링(15)에 의해 탄성적으로 지지되고 있고, 상측은 상기 플런저(11)가 상기 관통공(7)을 막으면서 가압할 수 있도록 되어있으며, 상기 플런저(11)는 상기 밸런스스프링(17)을 통해 상기 압력밸브스풀(9)을 하측으로 가압하도록 탄성적으로 지지되어 있어서, 상기 솔레노이드액츄에이터(13)에 가해지는 전기력에 의해 상기 플런저(11)가 상기 밸런스스프링(17)을 압축시키면서 상승하는 만큼 상기 압력밸브스풀(9)이 상승하면서 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 완전히 연통시키는 상태와 완전히 밀폐하는 상태를 전환할 수 있을 뿐만 아니라 그 사이의 상태를 연속적으로 형성함으로써, 그 개방면적을 선형적으로 가변하여 제어할 수 있도록 한 것이다.

상기한 바와 같이 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이의 개방면적을 솔레노이드액츄에이터(13)에 제공되는 전기력의 변화에 따라 선형적으로 가변하여 제어할 수 있도록 함으로써, 연료탱크의 압력에 따라 정밀하게 상기 연료탱크의 압력 및 상기 연료탱크로부터 상기 캐니스터로 작용하는 증발가스의 압력을 제어할 수 있다.

또한, 상기 하우징(5)에는 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 차단하고 있는 상태의 압력밸브스풀(9)을 바이패스하여 상기 제1포트(1)와 제2포트(3)를 연통시킬 수 있도록 형성된 바이패스통로(19)가 구비되고, 상기 바이패스통로(19)에는 연료탱크의 압력이 소정의 제1기준압력 이상이 되면 상기 바이패스통로(19)를 개방시키는 릴리프밸브(21)와, 연료탱크의 압력이 소정의 제2기준압력 이하가 되면 상기 바이패스통로(19)를 개방시키는 진공밸브(23)가 더 구비된다.

즉, 상기 압력밸브스풀(9) 및 플런저(11)에 의해 상기 제1포트(1)와 제2포트(3)가 완전히 차단되면, 연료탱크는 실질적으로 외부와 완전히 밀폐된 상태가 되므로, 연료탱크의 내부 압력이 지나치게 높아지게 되는 경우나 지나치게 낮아지게 되는 경우에는 이를 적절해 해소시켜 안전성을 확보하기 위해, 상기 릴리프밸브(21)와 진공밸브(23)를 구비하도록 한 것이다.

상기 릴리프밸브(21)는 상기 제1기준압력, 예컨대 35KPa 정도의 압력이 상기 제1포트(1)로부터 작용하면, 상기 바이패스통로(19)를 개방하여 연료탱크의 내부 압력을 캐니스터 쪽으로 해소할 수 있도록 하고, 상기 진공밸브(23)는 상기 제2기준압력, 예컨대 -15KPa 정도의 압력이 상기 제1포트(1) 쪽에 작용하면, 상기 바이패스통로(19)를 개방하여 상기 연료탱크의 부압을 해소시키도록 한 것이다.

상기 압력밸브스풀(9)의 관통공(7)은 상기 플런저(11)가 이격된 상태에서는 상기 압력밸브스풀(9)을 관통하여 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 연통시킬 수 있도록 형성된다.

상기 압력밸브스풀(9)은 상기 관통공(7)이 형성된 평판 형상의 스풀바디(25)와, 상기 스풀바디(25)가 상기 하우징(5) 내에서 직선 슬라이딩하도록 가이드하기 위해 상기 스풀바디(25)의 가장자리에 상기 스풀바디(25)의 평판 형상에 수직한 방향 양측으로 돌출되어 형성된 다수의 가이드돌기(27)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서 상기 밸런스스프링(17)은 상기 솔레노이드액츄에이터(13)의 내부에서 상기 플런저(11)를 상기 압력밸브스풀(9)을 향해 탄성적으로 지지하도록 설치된 구조이지만, 이와 달리 상기 솔레노이드액츄에이터(13) 외부에서 상기 플런저(11)를 지지하도록 설치될 수도 있을 것이다.

상기 바이패스통로(19)의 릴리프밸브(21)와 진공밸브(23)는 서로 병렬로 설치된다.

즉, 상기 하우징(5)에는 상기 바이패스통로(19)를 형성하는 공간에 릴리프바디(29)가 삽입되고, 상기 릴리프바디(29)에 상기 릴리프밸브(21) 및 진공밸브(23)가 나란히 구성된 것이다.

상기 릴리프바디(29)에는 상기 릴리프밸브(21)를 구성하는 릴리프밸브(21)스풀이 직선 슬라이딩 가능하게 삽입되며, 상기 제1포트(1) 쪽에서 작용하는 압력에 대항하여 상기 릴리프밸브스풀(31)을 탄성 지지하도록 릴리프스프링(33)이 구비된다.

또한, 상기 진공밸브(23)는 상기 제2포트(3) 쪽에서 작용하는 압력에 의해 자체적인 변형으로 상기 바이패스통로(19)를 연통시키도록 상기 릴리프바디(29)에 설치된다.

상기 진공밸브(23)는 중앙에 상기 릴리프바디(29)를 관통하여 삽입되는 삽입돌기(35)와, 상기 삽입돌기(35)에 우산 형상으로 일체로 연결되어 상기 릴리프바디(29)에 형성된 연통공(37)을 자체의 탄성력으로 막도록 형성된 탄성판(39)으로 구성된다. 즉, 도시된 바와 같이 상기 삽입돌기(35)와 탄성판(39)이 일체로 우산 형상으로 연결된 고무부품의 형태로 구성되는 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 차량의 연료탱크 컨트롤밸브의 작용을 살펴본다.

도 3 내지 도 6를 참조하여, 상기 압력밸브스풀(9) 및 플런저(11)에 의한 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이의 개폐작용을 살펴보면, 도 3의 상태는 상기 압력밸브스풀(9)이 상기 플런저(11)에 의해 하측으로 가압되어, 상기 관통공(7)도 막혀 있으므로 상기 제1포트(1)와 제2포트(3)가 완전히 차단된 상태로서, 통상 엔진이 오프된 상태에서는 이와 같은 상태를 유지함으로써, 연료탱크로부터의 증발가스가 캐니스터로 로딩되지 않도록 한다.

물론, 이와 같은 상태에서 연료탱크의 압력이 상기 제1기준압력 이상으로 올라간다면, 상기 릴리프밸브(21)가 저절로 개방되면서 상기 연료탱크의 압력을 해소하도록 한다.

상기 도 3과 같은 상태로부터 컨트롤밸브가 오픈되는 1단계는 도 4에 도시된 바와 같다.

즉, 상기 솔레노이드액츄에이터(13)에 전기력을 공급하여 상기 플런저(11)가 상기 밸런스스프링(17)을 압축시키면서 상승하면, 그 상승 초기에는 상기 연료탱크로부터의 압력에 의해 상기 압력밸브스풀(9)이 즉각적으로 상기 플런저(11)를 따라 상승하지 못하고 머무르게 되어, 상기 관통공(7)을 통해서만 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이가 연통되는 순간이 형성되는 것이다.

이는 갑작스러운 연료탱크의 압력이 해소되는 경우에 연료탱크 내에 설치된 각종 밸브류의 오작동 등을 방지하고 소음 및 진동이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기한 바와 같은 1차 오픈 동작에 의해, 예컨대 연료탱크의 압력은 35 KPa에서 약 1KPa 수준으로 압력이 먼저 해소되게 된다.

이후에는 상기한 바와 같은 연료탱크 쪽의 제1포트(1)와 캐니스터 쪽의 제2포트(3) 사이의 압력차가 해소됨에 따라, 상기 압력밸브스풀(9)은 상기 압력스프링(15)의 탄성력에 의해 상기 플런저(11)를 따라 상측으로 이동하여, 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이를 완전히 개방할 수 있게 된다.

물론, 상기한 바와 같은 압력밸브스풀(9)의 이동 스트로크는 상기 솔레노이드액츄에이터(13)에 가해지는 전기력에 의해 조절될 수 있는 바, 상술한 바와 같이 상기 압력밸브스풀(9)이 상기 제1포트(1)와 제2포트(3) 사이의 통로를 개방하는 면적을 임의로 조절할 수 있도록 함으로써, 보다 정밀한 압력제어가 가능하게 된다.

도 6 내지 도 11은 상기한 바와 같은 압력밸브스풀(9)의 개방이 없는 상태에서, 상기 연료탱크 내부에 과도한 압력이 형성되거나 지나친 부압이 형성되는 경우 이를 저절로 해소시킬 수 있도록 함으로써, 연료탱크의 안전성을 확보할 수 있도록 하는 작용을 비교하여 도시하고 있다.

도 6과 도 7을 살펴보면, 연료탱크 내부의 압력이 상기 제2기준압력 초과 제1기준압력 미만인 경우, 즉 정상적이라고 볼 수 있는 압력 범위 이내에 있는 경우로서, 상기 바이패스통로(19)는 상기 릴리프밸브(21)와 진공밸브(23)에 의해 차단된 상태이다.

도 8과 도 9를 살펴보면, 연료탱크의 내부 압력이 상기 제1기준압력 이상으로 상승된 경우로서, 상기 제1포트(1) 쪽으로부터 제공된 압력이 상기 릴리프밸브스풀(31)에 작용하여, 상기 릴리프밸브스풀(31)이 상기 릴리프스프링(33)을 압축시키면서 이동하여 상기 바이패스통로(19)를 연통시킴으로써, 연료탱크를 캐니스터로 연통시켜서 연료탱크의 과도한 압력을 해소하도록 하며, 압력이 해소되면, 자동적으로 상기 릴리프스프링(33)의 탄성력으로 상기 릴리프밸브스풀(31)이 원위치되면서 상기 바이패스통로(19)를 차단하게 된다.

도 10과 도 11을 살펴보면, 상기 연료탱크의 내부 압력이 상기 제2기준압력 미만으로 내려가서, 심각한 부압을 형성하면, 상기 진공밸브(23)의 탄성판(39)이 자체적으로 변형되면서 상기 릴리프바디(29)에 형성된 연통공(37)을 개방하여, 결과적으로 상기 바이패스통로(19)를 연통시킴으로써, 상기 연료탱크 내부의 부압을 해소하도록 하는 것이다.

1; 제1포트
3; 제2포트
5; 하우징
7; 관통공
9; 압력밸브스풀
11; 플런저
13; 솔레노이드액츄에이터
15; 압력스프링
17; 밸런스스프링
19; 바이패스통로
21; 릴리프밸브
23; 진공밸브
25; 스풀바디
27; 가이드돌기
29; 릴리프바디
31; 릴리프밸브스풀
33; 릴리프스프링
35; 삽입돌기
37; 연통공
39; 탄성판

Claims

연료탱크로 연통되는 제1포트와 캐니스터로 연통되는 제2포트를 구비한 하우징과;
상기 하우징 내에 직선슬라이딩 가능하게 설치되어, 상기 제1포트와 제2포트 사이를 차단하거나 연통시킬 수 있도록 설치되며, 관통공이 구비된 압력밸브스풀과;
상기 압력밸브스풀이 상기 제1포트와 제2포트 사이를 차단하도록 하는 방향으로, 상기 관통공을 막으면서 상기 압력밸브스풀을 가압할 수 있도록 직선 운동하는 플런저를 구비한 솔레노이드액츄에이터와;
상기 제1포트와 제2포트 사이를 연통시키는 방향으로 상기 압력밸브스풀을 탄성 지지하도록 설치된 압력스프링과;
상기 압력스프링에 대향하는 방향으로 상기 플런저를 가압하도록 설치된 밸런스스프링;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징에는 상기 제1포트와 제2포트 사이를 차단하고 있는 상태의 압력밸브스풀을 바이패스하여 상기 제1포트와 제2포트를 연통시킬 수 있도록 형성된 바이패스통로가 구비되고;
상기 바이패스통로에는 연료탱크의 압력이 소정의 제1기준압력 이상이 되면 상기 바이패스통로를 개방시키는 릴리프밸브와, 연료탱크의 압력이 소정의 제2기준압력 이하가 되면 상기 바이패스통로를 개방시키는 진공밸브가 더 구비된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 압력밸브스풀의 관통공은 상기 플런저가 이격된 상태에서는 상기 압력밸브스풀을 관통하여 상기 제1포트와 제2포트 사이를 연통시킬 수 있도록 형성된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 압력밸브스풀은 상기 관통공이 형성된 평판 형상의 스풀바디와, 상기 스풀바디가 상기 하우징 내에서 직선 슬라이딩하도록 가이드하기 위해 상기 스풀바디의 가장자리에 상기 스풀바디의 평판 형상에 수직한 방향 양측으로 돌출되어 형성된 다수의 가이드돌기를 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 밸런스스프링은 상기 솔레노이드액츄에이터의 내부에서 상기 플런저를 상기 압력밸브스풀을 향해 탄성적으로 지지하도록 설치된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 바이패스통로의 릴리프밸브와 진공밸브는 서로 병렬로 설치된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 6에 있어서,
상기 하우징에는 상기 바이패스통로를 형성하는 공간에 릴리프바디가 삽입되고;
상기 릴리프바디에는 상기 릴리프밸브를 구성하는 릴리프밸브스풀이 직선 슬라이딩 가능하게 삽입되며;
상기 제1포트 쪽에서 작용하는 압력에 대항하여 상기 릴리프밸브스풀을 탄성 지지하도록 릴리프스프링이 구비된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 7에 있어서,
상기 진공밸브는 상기 제2포트 쪽에서 작용하는 압력에 의해 자체적인 변형으로 상기 바이패스통로를 연통시키도록 상기 릴리프바디에 설치된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.
청구항 8에 있어서,
상기 진공밸브는 중앙에 상기 릴리프바디를 관통하여 삽입되는 삽입돌기와, 상기 삽입돌기에 우산 형상으로 일체로 연결되어 상기 릴리프바디에 형성된 연통공을 자체의 탄성력으로 막도록 형성된 탄성판으로 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 연료탱크 컨트롤밸브.