KR20220146018A - 차량의 연료 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 연료 시스템에 관한 것으로서, 차량의 주유 중 주유구를 통해 외부로 방출되는 연료증발가스로 인하여 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있는 차량의 연료 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 외기온도를 검출하는 외기온 센서; 연료탱크 내 연료잔량을 검출하는 연료량 검출장치; 연료탱크와 캐니스터 사이의 로딩라인에서 분기되어 필러 넥 어셈블리의 레벨링 파이프 도중으로 연결된 연결라인; 상기 검출되는 외기온도 및 연료탱크 내 연료잔량을 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하고, 판단 결과에 따라 필러 넥 어셈블리 내 연료증발가스를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기; 및 상기 레벨링 파이프에서 상기 연결라인이 연결되는 위치에 설치되고, 상기 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 내부 유로의 개도 상태가 제어되는 3-웨이 밸브를 포함하는 차량용 연료 시스템, 및 그 제어 방법이 개시된다.

Description

차량의 연료 시스템 및 그 제어 방법{Fuel system for vehicle and control method thereof}
본 발명은 차량의 연료 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 주유 중 주유구를 통해 외부로 방출되는 연료증발가스로 인하여 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있는 차량의 연료 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 연료 시스템은 연료가 저장되는 연료탱크, 연료탱크에 저장된 연료를 송출하여 엔진으로 공급하는 연료펌프 모듈, 엔진으로 공급되는 연료에서 이물질을 제거하는 연료필터, 그리고 연료공급라인 및 연료리턴라인과 같이 연료가 이송되는 연료라인을 포함하여 구성된다.
이에 더하여, 차량의 연료 시스템은 연료탱크에서 발생한 연료증발가스(HC 가스)를 처리 및 제어하는 연료증발가스 처리 시스템을 더 포함한다. 도 1은 종래의 연료 시스템을 도시한 개략 구성도이다. 도 1에서 도면부호 '1'은 연료탱크를 나타내고, 도면부호 '2'는 연료탱크(1) 내에 설치된 연료펌프 모듈을 나타내며, 도면부호 '3'은 연료탱크 내 연료를 주입하기 위한 필러 넥 어셈블리를 각각 나타낸다.
도시된 바와 같이, 연료증발가스 처리 시스템은, 연료탱크(1) 내에서 발생한 연료증발가스를 흡착하여 포집하는 캐니스터(10), 및 캐니스터(10)와 엔진 흡기계 사이의 관로(퍼지라인)(12)를 개폐하거나 관로의 개도량을 조절하는 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve, PCSV)(14)를 포함한다.
각 구성에 대해 더 상세히 설명하면, 연료탱크(1)에서는 연료가 증발한 가스, 즉 탄화수소(HC) 등의 연료성분을 포함하는 연료증발가스가 발생한다. 따라서, 연료탱크에서 발생한 연료증발가스로 인하여 대기가 오염되는 것을 방지하기 위해 차량에는 연료탱크로부터 연료증발가스를 포집하여 저장해두는 캐니스터(10)가 설치된다.
캐니스터(10)는 케이스 내부에 연료탱크(1)로부터 이동한 연료증발가스를 흡착할 수 있는 흡착성 물질을 충전하여 구성되는 것으로, 흡착성 물질로는 활성탄(activated carbon)이 널리 사용되고 있다. 활성탄은 캐니스터의 케이스 내부로 유입된 연료증발가스 중 연료성분인 탄화수소(HC) 등을 흡착하는 기능을 한다.
캐니스터(10)는 엔진(9)이 정지(stop)된 상태에서 연료증발가스를 흡착성 물질에 흡착시킨다. 또한, 캐니스터(10)는 엔진이 구동(run)할 경우 흡착성 물질에 흡착된 연료증발가스를 외부(대기)에서 흡입된 공기의 압력에 의해 탈착시켜, 그 탈착된 가스가 공기와 함께 엔진 흡기계로 공급되도록 한다.
캐니스터(10)에서 포집된 연료증발가스를 엔진(9)으로 흡입하는 작동을 퍼지(purge) 작동이라 하고, 캐니스터에서 엔진으로 흡입되는 가스를 퍼지 가스라 한다. 이 퍼지 가스는 캐니스터의 흡착성 물질로부터 탈착된 탄화수소(HC) 등의 연료성분과 공기가 혼합된 가스라 할 수 있다.
캐니스터(10)와 엔진 흡기계 사이를 연결하는 관로인 퍼지라인(12)에 퍼지 작동을 제어하기 위한 PCSV(14)가 설치된다. PCSV(14)는 엔진 구동 중 퍼지 작동 시 개방된다. 연료탱크(1)에서 발생한 연료증발가스는, 캐니스터(10)에 포집되었다가, 엔진 구동 중 개방된 상태의 PCSV(14)를 통해 엔진 흡기계로 퍼지되어 엔진(9)에서 연소된다.
PCSV(14)는 미도시된 제어기, 예컨대 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)에 의해 제어된다. 상기 제어기는 연료증발가스 제어를 위해 차량 운전 상태에 따라 PCSV(14)를 개폐하거나(퍼지 작동을 온/오프함), PCSV의 개도량(가스 통과 유량)을 조절하는 제어를 수행한다.
캐니스터의 구성에 대해 더 설명하면, 캐니스터(10)는 흡착성 물질(예, 활성탄)이 채워지는 케이스를 포함한다. 이 케이스에는, 연료탱크(1)와 연결되어 연료탱크로부터 연료증발가스가 유입되는 로딩포트(10a), 엔진 흡기계와 연결되어 연료증발가스를 엔진(9)측으로 보내는 퍼지포트(10b), 그리고 대기 중으로 연결되는 대기포트(10c)가 형성된다.
캐니스터(10)의 로딩포트(10a)는 로딩라인(11)을 통해 연료탱크(1)에 연결되고, 캐니스터의 퍼지포트(10b)는 퍼지라인(12)을 통해 엔진 흡기계에 연결된다. 캐니스터의 대기포트(10c)에는 대기 중으로 연결된 관로인 대기라인(벤트라인)(13)이 연결된다.
케이스의 내부공간에는 대기포트(10c)가 위치되는 공간과, 퍼지포트(10b) 및 로딩포트(10a)가 위치되는 공간을 구획하는 격벽(10d)이 형성된다. 이에 연료탱크(1)로부터 로딩포트(10a)를 통해 유입된 연료증발가스를 상기 격벽(10d)에 의해 구획된 내부공간을 따라 통과시키면서 연료성분인 탄화수소(HC)가 흡착성 물질에 흡착되도록 한다.
또한, 엔진 구동 중 제어기에 의해 PCSV(14)가 개방되어 엔진 흡기계로부터 퍼지포트(10b)를 통해 캐니스터(10)의 내부공간에 흡입압력, 즉 엔진 부압이 작용하면, 에어라인(13) 및 대기포트(10c)를 통해서는 공기가 흡입되고, 퍼지포트(10b)를 통해서는 공기에 의해 흡착성 물질로부터 탈착된 가스가 배출되어 엔진 흡기계로 흡입된다.
이와 같이 탄화수소 등의 연료성분이 캐니스터(10) 내 흡착성 물질로부터 탈착된 뒤 엔진 흡기계로 흡입되도록 하는 퍼지 작동을 위해서는, 엔진 부압이 퍼지라인(12) 및 퍼지포트(10b)를 통해 캐니스터(10)에 작용되도록 해야 한다.
또한, 연료탱크(1)에서 캐니스터(10)로 연결되는 로딩라인(11)의 입구부에는 롤 오버 밸브(roll over valve)(15)가 설치된다. 롤 오버 밸브(15)는 연료탱크(1) 내에서 발생한 연료증발가스를 로딩라인(11) 및 캐니스터(10)로 유도함과 더불어, 차량이 전복되거나 추돌사고 시에는 연료탱크(1) 내 액체 연료가 로딩라인(11)을 통해 외부로 누출되지 않도록 하는 역할을 한다.
또한, 연료탱크(1)에는 연료가 주입되는 필러 파이프(4)와 함께 연료 주입 시 연료 과주입을 방지하기 위한 레벨링 파이프(7)가 설치된다. 이에 운전자나 주유원이 연료캡(6)을 열고 차량의 주유구(5)에 주유건(미도시)을 삽입한 뒤 주유를 시작하면, 주유건에서 토출되는 연료가 필러 파이프(4)를 따라 연료탱크(1)의 내부로 주입되어 채워진다.
또한, 연료탱크(1) 내에서 유면이 상승하여 연료에 의해 레벨링 파이프(7)의 끝단 개구부가 막히면 연료탱크(1) 내 압력이 상승하여 연료가 역류하게 된다. 이와 같이 역류된 연료가 필러 파이프(4)에 삽입된 주유건의 셧-오프 센서 측으로 분출되어 센서가 작동하면 주유건의 동작을 중지시켜 연료 주입이 중단된다.
도 1에서 도면부호 '4a'는 연료탱크(1) 및 이 연료탱크(1)에 연결된 필러 파이프(4)의 단부(필러 파이프의 출구부)에 설치되어 연료의 역류를 방지하는 체크밸브이다. 이 체크밸브(4a)에서 연료가 통과할 수 있는 방향은 필러 파이프(4)에서 연료탱크(1)로 이동하는 방향이고, 그 역방향으로는 연료가 체크밸브(4a)를 통과할 수 없다. 즉, 체크밸브(4a)에 의하면, 필러 파이프(4)에서 연료탱크(1)로는 연료의 이동이 가능하지만, 연료탱크(1) 내에서 필러 파이프(4)로는 연료의 이동이 금지된다.
한편, 주유 시 정전기로 인해 화재가 발생할 수 있다. 예를 들면, 건조한 겨울철에 가솔린 연료를 주유할 때 연료캡(6)을 여는 순간 필러 파이프(4) 내에 있던 유증기(연료증발가스, HC 가스)가 주유구(5)를 통해 외부로 방출될 수 있다. 이때, 운전자나 주유원이 정전기 대전 상태로 손을 차체에 접촉시키면 손을 통해 정전기가 차체로 방전되면서 스파크가 발생하고, 결국 스파크가 유증기와 접촉하면서 화재가 발생하게 된다.
통상 차량의 연료 시스템에서 연료탱크(1) 내 연료증발가스가 캐니스터(10)를 통해 대기로 방출되는 양은 매우 적다. 즉, 연료탱크(1)에서 로딩라인(11)을 따라 캐니스터(10)로 이동한 연료증발가스의 대부분이 캐니스터 내 흡착성 물질에 포집되어 있기 때문에 대기라인(13)을 통해 대기로 거의 방출되지 않으며, 더욱이 캐니스터(10)와 주유구(5) 사이의 거리로 인해 캐니스터를 통해 대기로 방출되는 연료증발가스의 양은 극소량이다. 단, 주로 혹서기 고지대에서 또는 터보 엔진 차종에서 캐니스터의 포집 용량이 초과되었을 때 연료증발가스가 대기라인(13)을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다.
반면, 연료캡(6)을 열었을 때 주유구(5)를 통해 외부로 방출되는 연료증발가스(유증기)의 대부분은 연료탱크(1)에서 레벨링 파이프(6)를 통해 필러 파이프(4) 및 주유구(5)로 이동한 가스이다. 또한, 연료캡(6)을 여는 순간 필러 파이프(4) 내에 채워져 있던 연료증발가스가 주유구(5)를 통해 외부로 방출될 수 있다. 하지만, 연료탱크(1) 내 공간의 체적이 필러 파이프(4) 내 공간의 체적보다 훨씬 크기 때문에 연료탱크(1)에서 레벨링 파이프(7)를 통해 주유구(5)로 이동한 뒤 외부로 방출되는 연료증발가스의 양이 필러 파이프(4) 내에 있다가 방출되는 양보다 훨씬 많다.
또한, 필러 파이프(4)의 출구부에는 체크밸브(4a)가 설치되어 있으므로 연료탱크(1)에서 필러 파이프로 연료증발가스가 이동하는 것은 불가하다. 따라서, 체크밸브(4a)에서 주유구(5)까지 필러 파이프(4) 내에 존재하는 연료증발가스의 양은 소량이며, 다만 연료캡(6)을 열었을 때 필러 파이프(4) 내에 존재하는 연료증발가스가 주유구(5)를 통해 방출되면서 운전자나 주유원이 연료 냄새를 맡을 수 있다.
상기와 같이 주유를 위해 연료캡을 열었을 때 주유구를 통해 연료증발가스가 방출되면 화재가 발생할 위험이 있는데, 특히 봄철이나 겨울철과 같이 건조한 날씨에 운전자나 주유원의 손이 차체에 접촉하는 순간 정전기로 인한 스파크가 쉽게 발생할 수 있고, 이때 주유구를 통해 방출되는 연료증발가스에 스파크가 닿게 되면 화재가 발생할 수 있다. 또한, 운전자나 주유원이 연료 냄새를 맡게 되면서 불쾌감을 느낄 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량의 주유 중 주유구를 통해 외부로 방출되는 연료증발가스로 인하여 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있는 차량의 연료 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 외기온도를 검출하는 외기온 센서; 연료탱크 내 연료잔량을 검출하는 연료량 검출장치; 연료탱크와 캐니스터 사이의 로딩라인에서 분기되어 필러 넥 어셈블리의 레벨링 파이프 도중으로 연결된 연결라인; 상기 검출되는 외기온도 및 연료탱크 내 연료잔량을 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하고, 판단 결과에 따라 필러 넥 어셈블리 내 연료증발가스를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기; 및 상기 레벨링 파이프에서 상기 연결라인이 연결되는 위치에 설치되고, 상기 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 내부 유로의 개도 상태가 제어되는 3-웨이 밸브를 포함하는 차량의 연료 시스템을 제공한다.
그리고 본 발명의 다른 양태에 따르면, 연료탱크와 캐니스터 사이의 로딩라인에서 분기되어 필러 넥 어셈블리의 레벨링 파이프 도중으로 연결된 연결라인; 및 상기 레벨링 파이프에서 상기 연결라인이 연결되는 위치에 설치된 3-웨이 밸브를 포함하는 차량 연료 시스템의 제어 방법에 있어서, 제어기에서 외기온 센서에 의해 검출되는 외기온도, 및 연료량 검출장치에 의해 검출되는 연료탱크 내 연료잔량 정보가 수집되는 단계; 제어기에서 상기 수집된 외기온도 및 연료잔량 정보를 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 제어기에서 상기 판단의 결과에 따라 필러 넥 어셈블리 내 연료증발가스를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 단계; 및 제어기에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 3-웨이 밸브의 개도 상태가 제어되는 단계를 포함하는 차량 연료 시스템의 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에 의하면 주유 시 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 연료캡 개방 시 발생하는 연료 냄새로 인해 운전자가 불쾌감을 가지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 연료 시스템을 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 연료 시스템의 제어 관련 장치 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 3-웨이 밸브의 일례를 도시한 단면도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 로딩라인의 입구부에 설치되는 FLVV를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량 연료 시스템의 상황별 작동 과정을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량 연료 시스템의 평상시 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량 연료 시스템의 가스 회수시 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 필러 파이프 내부로의 가스 유입이 차단된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 주유 시작 후 주유 모드 진입 전의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 주유 모드 진입 후 주유 컷이 실행되는 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 14와 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 3-웨이 밸브 고장 시 주유 컷 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에 대해 도면을 참조로 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 연료 시스템의 제어 관련 장치 구성을 나타내는 블록도이다.
먼저, 외기온도가 일정 온도 이하인 건조한 날씨에 주유를 할 경우 정전기 및 연료증발가스(HC 가스)로 인한 화재 발생의 위험이 높아진다. 주유를 위해 연료캡(6)을 열게 되면 연료탱크(1)와 레벨링 파이프(도 1에서 도면부호 '7'임) 내에 있던 연료증발가스가 주유구(5)를 통해 외부로 방출될 수 있고, 특히 겨울철이나 초봄의 건조한 날씨에서는 운전자 또는 주유원이 정전기 대전 상태에서 손으로 차체를 접촉할 때 손에서 차체로 정전기가 이동하면서 스파크가 발생할 수 있다.
이와 같이 연료증발가스가 주유구를 통해 외부로 방출될 때 정전기로 인한 스파크가 발생하면 화재가 발생한다. 정전기는 겨울철이나 초봄의 건조한 날씨에 쉽게 발생하고, 이때 주유를 하게 되면 주유구를 통해 방출되는 연료증발가스와 정전기로 인해 화재가 발생할 수 있는 것이다.
이에 본 발명에서는 현재 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하면 연료증발가스가 연료탱크(1)에서 필러 넥 어셈블리(3)로 이동하지 못하도록 연료증발가스의 유동 경로를 제어하고, 이를 통해 주유 시 연료증발가스가 주유구(5)를 통해 외부로 방출되지 않도록 하여 상기와 같은 화재 발생을 방지한다.
본 발명에서 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건은, 온도가 낮은 겨울철이나 초봄에 정전기가 많이 발생하는 것을 고려하여, 외기온도가 미리 정해진 설정온도 이하인 조건을 포함할 수 있다. 여기서, 외기온도는 외기온 센서(21)에 의해 검출되는 실시간 정보이다.
또한, 주유 시 연료캡을 열었을 때 연료증발가스가 주유구를 통해 방출되는 상황에서 화재가 발생하므로, 본 발명에서 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건은 주유 가능성이 있는 조건을 더 포함할 수 있다. 여기서, 주유 가능성이 있는 조건은 연료탱크 내 연료잔량이 설정수준 이하인 조건으로 설정될 수 있다.
예컨대, 주유 가능성이 있는 조건은 연료탱크 내 연료잔량이 정해진 만충량의 1/2 이하인 조건으로 설정될 수 있다. 상기 연료탱크 내 연료잔량은 연료량 검출장치(22)에 의해 검출되는 실시간 정보이며, 연료량 검출장치(22)는 통상의 차량에서 연료탱크(1) 내에 설치되어 있는 연료센더일 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 차량에서 수집되는 정보를 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하여 만족하면 연료증발가스의 유동 경로를 필러 넥 어셈블리(3)로 이동하지 못하도록 제어하며, 이때 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성에 대한 판단은 제어기(20)가 한다. 즉, 제어기(20)가 외기온 센서(21)와 연료량 검출장치(22)에 의해 검출되는 외기온도와 연료잔량 정보로부터 현재 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템의 구성에 대해 더 상세하게 설명하면, 연료 과주입 시 연료 주입이 중지되는 셧-오프(shut-off)를 수행하는 장치 및 그 작동 상태는 종래의 연료 시스템과 동일하게 적용된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서, 연료탱크(1), 이 연료탱크(1) 내에 설치된 연료펌프 모듈(2), 필러 넥 어셈블리(3)의 필러 파이프(4), 필러 파이프(4)의 출구부에 설치된 체크밸브(4a)는 종래의 연료 시스템과 비교하여 차이가 없다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서, 로딩포트(10a), 퍼지포트(10b) 및 대기포트(10c)를 가지는 캐니스터(10), 캐니스터(10)의 각 포트에 연결된 로딩라인(11), 퍼지라인(12) 및 대기라인(13), 그리고 캐니스터(10)의 퍼지포트(10b)와 엔진 흡기계 사이에 연결된 퍼지라인(12)의 관로 상에 설치되는 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(PCSV)(14) 또한 종래의 연료 시스템과 비교하여 차이가 없다.
본 명세서에서 종래의 연료 시스템과 동일한 구성요소에 대해서는 앞에서 이미 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략하기로 하며, 이하의 설명에서는 변경된 구성 내지 추가된 신규 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 캐니스터(10)가 도시되어 있고, 캐니스터(10)의 각 포트(10a,10b,10c)에는 로딩라인(11), 퍼지라인(12), 및 대기라인(13)이 연결되어 있다. 이때, 로딩라인(11), 퍼지라인(12), 및 대기라인(13)은 모두 가스가 흐를 수 있는 관로이고, 튜브나 호스, 파이프 등이 될 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 로딩라인(11)에서 연결라인(17)이 분기되고, 상기 연결라인(17)은 레벨링 파이프(7)로 연결된다. 이때, 연결라인(17)은 로딩라인(11)의 관로 도중에 설치된 3-웨이 커넥터(16)를 매개로 연결된다. 즉, 연결라인(17)의 일단부인 제1 단부가 로딩라인(11)의 관로 도중에 설치된 3-웨이 커넥터(16)에 연결됨으로써, 상기 연결라인(17)이 상기 3-웨이 커넥터(16)에 의해 로딩라인(11)로부터 분기 연결된 구조가 된다. 상기 3-웨이 커넥터(16)는 통상의 T 자형 파이프나 T 자형 커넥터가 될 수 있다.
또한, 연결라인(17)의 반대쪽 타단부인 제2 단부는 3-웨이 밸브(40)를 매개로 레벨링 파이프(7)에 연결된다. 3-웨이 밸브(40)는 제어기(20)에 의해 작동이 제어되는 전자식 밸브로서, 구체적으로는, 제어기(20)에 의해 솔레노이드 코일에 대한 전류 인가가 제어됨에 따라 내부 유로의 개도 상태와 가스 유동 방향이 제어되는 3-웨이 솔레노이드 밸브일 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템에서 연결라인과 레벨링 파이프 사이에 설치되는 3-웨이 밸브의 일례를 나타낸 도면으로, 3-웨이 밸브의 작동 상태를 나타내는 단면도이다.
3-웨이 밸브(40)는 레벨링 파이프(7)의 관로 도중에 배치되는데, 이때 레벨링 파이프(7)는 연료탱크(1)로부터 연장된 제1 파이프(7a)와, 필러 파이프(4)로 연결된 제2 파이프(7b)로 구성되며, 이때 제1 파이프(7a)와 제2 파이프(7b)가 3-웨이 밸브(40)를 매개로 연결된다. 3-웨이 밸브(40)는 3개의 포트를 가진다. 상기 3개의 포트 중에서 제1 포트(42a)에는 연결라인(17)의 제2 단부가 연결되고, 제2 포트(42b)에는 연료탱크(1)로부터 연장된 레벨링 파이프(7)인 제1 파이프(7a)가 연결되며, 제3 포트(42c)는 필러 파이프(4)로 연장된 레벨링 파이프(7)인 제2 파이프(7b)가 연결된다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 3-웨이 밸브(40)는 밸브 하우징(41)의 내부에 길게 연장되도록 설치된 가이드핀(43), 가이드핀(43)에 전후 슬라이드 이동 가능하게 결합된 플런저(44), 플런저(44)의 일측과 타측에 설치된 밸브체(45,46), 가이드핀(43)에서 플런저(44)를 탄성 지지하는 리턴 스프링(47), 및 밸브 하우징(41)에 고정 설치되어 제어기(20)에 의해 선택적으로 전류를 인가받도록 구비되고 통전 시 플런저(44)를 이동시키는 솔레노이드 코일(48)을 포함한다.
3-웨이 밸브(40)는 제어기(20)에 의해 내부 유로의 개도 상태를 달리하는 2가지의 모드로 제어된다. 즉, 3-웨이 밸브(40)는 제어기(20)에 의해 내부 유로의 개도 상태가 제1 모드와 제2 모드 중 어느 하나의 상태로 변경 또는 유지되도록 제어된다. 도 4는 제1 모드를, 도 5는 제2 모드를 나타낸다. 이하 설명에서 3-웨이 밸브(40)의 '연결라인측'은 제1 포트(42a)측을 의미하고, 3-웨이 밸브의 '제1 파이프측'은 제2 포트(42b)측을 의미하며, 3-웨이 밸브(40)의 '제3 파이프측'은 제2 포트(42c)측을 의미한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 모드는, 연결라인측 유로는 폐쇄된 상태로 제1 파이프측 유로와 제2 파이프측 유로 사이가 가스 이동이 가능하도록 연통 및 개방되는 모드이다. 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 모드는, 제2 파이프측(제3 포트측) 유로는 폐쇄된 상태로 제1 파이프측(제2 포트측) 유로와 연결라인측(제1 포트측) 유로 사이가 가스 이동이 가능하도록 연통 및 개방되는 모드이다.
제1 모드에서는 제어기(20)에 의해 솔레노이드 코일(48)에 대해 전류 인가가 이루어지지 않으며, 전류가 차단된 솔레노이드 코일(48)의 무통전 상태에서는, 플런저(44)가 가이드핀(43)에서 전방 이동된 상태로 있게 된다. 이때, 플런저(44)의 위치가 리턴 스프링(47)의 힘에 의해 가이드핀(43)에서 전방 이동된 위치로 고정되고, 플런저(44)의 일측에 설치된 제1 밸브체(45)가 연결라인측 유로를 폐쇄한 상태로 있게 된다. 이때, 플런저(44)의 타측에 설치된 제2 밸브체(46)는 제2 파이프측 유로를 개방한 상태로 있게 된다. 이에 제1 모드에서는 제1 파이프(7a)와 제2 파이프(7b)가 가스 이동이 가능하도록 서로 연통된 상태가 된다.
반면, 제2 모드에서는 제어기(20)에 의해 솔레노이드 코일(48)에 전류가 인가되고, 전류가 인가된 솔레노이드 코일(48)의 통전 상태에서는, 솔레노이드 코일(48)과의 사이에 작용하는 전자기력에 의해, 플런저(44)가 리턴 스프링(47)을 압축하면서 가이드핀(43)을 따라 후방으로 이동된다. 이때, 플런저(44)의 일측에 설치된 제1 밸브체(45)가 연결라인측 유로로부터 분리되면서 연결라인측 유로를 개방하고, 동시에 제2 밸브체(46)는 제2 파이프측 유로를 폐쇄하게 된다. 이에 제2 모드에서는 제1 파이프(7a)와 연결라인(17)가 가스 이동이 가능하도록 서로 연통된 상태가 된다.
제2 모드의 상태에서 제어기(20)에 의해 전류가 차단되어 솔레노이드 코일(48)이 다시 무통전 상태가 되면, 압축되어 있던 리턴 스프링(47)의 탄성 복원력에 의해, 플런저(44)가 전방으로 이동되면서 제1 모드의 상태, 즉 연결라인측 유로(제1 포트측 유로)는 폐쇄되고 제1 파이프측 유로(제2 포트측 유로)와 제2 파이프측 유로(제3 포트측 유로)가 연통되는 상태가 된다.
도 4 및 도 5에 도시된 3-웨이 밸브(40)는 예시적인 것으로, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니며, 도 4 및 도 5는 본 발명에서 사용될 수 있는 3-웨이 밸브의 일례를 나타낸 것일 뿐, 제어기(20)가 출력하는 제어신호에 따라 제1 모드와 제2 모드의 개도 상태로 제어될 수 있는 것이라면, 3-웨이 밸브의 종류나 형태, 구성은 다양하게 변경 가능하다. 예를 들면, 액추에이터에 의해 밸브축이 회전됨에 따라 밸브축에 장착된 밸브체가 회전되어 3개 포트에 대한 개도 상태 및 가스 유동 방향이 전술한 제1 모드 및 제2 모드와 같이 제어될 수 있는 밸브의 적용이 가능하다.
또한, 종래의 연료 시스템에서는 로딩라인(11)의 입구부에 롤 오버 밸브가 설치되었으나, 본 발명의 실시에에 따른 연료 시스템에서는 롤 오버 밸브(ROV) 대신 플로터 작동 방식의 FLVV(Fuel Limit Vent Valve)(50)가 사용된다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템에서 로딩라인(11)의 입구부에 설치되는 FLVV(50)를 예시한 도면으로, FLVV(50)의 작동 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6는 통기구(52)가 개방된 상태를 나타내고, 도 7은 통기구(52)가 플로터(53)에 의해 폐쇄된 상태를 나타낸다.
FLVV(50)에서 밸브 하우징(51)의 상부가 로딩라인(11)의 입구부 내측으로 삽입되어 결합된다. 이때, 로딩라인(11)의 입구부 내측에 삽입되어 있게 되는 밸브 하우징(51)의 상단부에는 가스가 통과할 수 있는 제1 통기구(52)가 형성된다. 또한, 밸브 하우징(51)의 내부에는 지지 스프링(54)에 의해 지지된 상태로 상하 이동 가능하게 설치된 플로터(53)가 배치된다. 또한, 밸브 하우징(51)의 상부에는 연료탱크(1) 내 유면 상측과 연통되는 제2 통기구(55)가 플로터(43) 상측으로 형성되고, 밸브 하우징(51)의 하부에는 연료탱크(1) 내 연료가 유입될 수 있는 유입구(56)가 형성된다.
도시된 FLVV(50)에서는, 연료탱크(1) 내 연료가 플로터(53)에 접촉하지 않을 때, 플로터(53)가 밸브 하우징(51) 내에서 하측에 위치하게 되므로, 제1 통기구(52) 및 제2 통기구(55)가 플로터(53)에 의해 폐쇄된 상태가 아닌 서로 연통 및 개방된 상태를 유지하게 된다. 이렇게 FLVV(50)가 개방된 상태일 때, 밸브 하우징(51)의 내부가 제1 통기구(52)를 통해 로딩라인(11)의 관로 내부와 연통된다. 이로써, 연료탱크(1) 내 유면 상측에서 발생한 연료증발가스가 FLVV(50)를 통과한 뒤 로딩라인(11)을 따라 캐니스터(10)로 이동될 수 있고, 이에 캐니스터(10) 내 흡착성 물질에 연료증발가스가 포집될 수 있다.
반면, 연료탱크(1)에 연료가 과주입되어 유입구(56)를 통해 밸브 하우징(51) 내에 유입되면, 플로터(53)가 밸브 하우징(51) 내에서 연료에 의해 상승하여 제1 통기구(52) 및 제2 통기구를 막게 되고, 이에 FLVV(50)는 폐쇄된 상태가 된다. 이와 같이 FLVV(50)가 폐쇄된 상태에서는 연료탱크(1) 내 연료가 FLVV를 통과하지 못하는 것은 물론, 주유구(5)에 삽입된 주유건(8)에 의한 연료 주입이 중지되는 주유 컷(cut) 상태(셧-오프 상태)가 된다.
이와 같이 롤 오버 밸브 대신 FLVV(50)가 사용되는 이유는, 전자식 밸브인 3-웨이 밸브(40)가 레벨링 파이프(7)의 관로 도중에 설치되므로, 3-웨이 밸브(40)의 고장 시를 대비할 필요가 있고, 이에 FLVV(50)를 이용하여 페일 세이프(fail safe) 작동 메커니즘을 구현하기 위함이다.
3-웨이 밸브(40)의 고장 시 레벨링 파이프(7)의 관로가 차단된 상태가 되면 기존의 주유 컷(셧-오프) 작동이 불가해질 수 있다. 하지만, FLVV(50)를 설치할 경우, 3-웨이 밸브(40)의 고장으로 레벨링 파이프(7)의 관로가 차단된 상태에서도, 연료가 과주입되어 연료탱크(1) 내 유면이 레벨링 파이프(7)의 입구부 높이보다 더 높게 상승하게 되면, FLVV(50)에서는 플로터(53)가 상승하면서 통기구(52)가 폐쇄된다.
이에 액상의 연료가 로딩라인(11)을 통해 캐니스터(10)로 유입되는 것이 방지될 수 있고, 더불어 3-웨이 밸브(40)의 고장으로 레벨링 파이프(7)의 관로가 차단된 상태라 하더라도, 연료가 만충 상태를 초과하여 주입될 때 연료탱크(1) 내 유면 상측의 압력 해소가 이루어지지 못하면서 연료 주입이 중지되는 주유 컷이 실행되어 연료 과주입이 방지될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템의 작동 상태에 대해 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템의 상황별 작동 과정을 나타내는 순서도이다. 또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템의 평상시 작동 상태를 나타낸 도면이다. 여기서, 평상시는 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 없는 상태로 정의할 수 있다. 즉, 제어기(20)가 외기온 센서(21)에 의해 검출된 외기온도와 연료량 검출장치(22)에 의해 검출된 연료탱크 내 연료잔량 정보를 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 없는 것으로 판단하였을 때를 평상시라 정의할 수 있는 것이다.
더 구체적으로는, 외기온 센서(21)에 의해 검출된 외기온도가 설정온도(예, 10℃) 이하인 조건, 및 연료량 검출장치(22)에 의해 검출된 연료탱크 내 연료잔량이 설정수준(예, 만충량의 1/2 수준) 이하인 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않을 경우, 제어기(20)는 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 없는 평상시로 판단한다.
이때, 제어기(20)는 3-웨이 밸브(40)를 제1 모드로 유지한다. 즉, 연료탱크(1)에서 필러 파이프(4)로 연결된 레벨링 파이프(7)의 관로를 개방하도록 3-웨이 밸브(40)의 개도 상태를 유지하는 것이다. 더 상세하게는, 3-웨이 밸브(40)의 솔레노이드 코일(48)에 전류가 인가되지 않도록 하는 것이며, 이에 3-웨이 밸브(40)에서는 연결라인측 유로는 폐쇄되고 제1 파이프측 유로와 제2 파이프측 유로가 서로 연통된 상태가 유지된다.
이 상태에서는 연료탱크(1) 내에서 발생하는 연료증발가스(HC 가스)가 FLVV(50)와 로딩라인(11)을 통해 캐니스터(10)로 이동할 수 있고, 이때 연료증발가스의 일부는 제1 파이프(7a), 3-웨이 밸브(40), 제2 파이프(7b)를 통해 필러 파이프(4) 내부로 이동할 수 있다.
필러 파이프(4)의 출구부에는 체크밸브(4a)가 설치되어 있기 때문에 연료탱크(1) 내 연료가 필러 파이프로 이동할 수 없고, 연료탱크 내 유면 높이가 체크밸브(4a) 위치보다 낮더라도 연료탱크 내 연료증발가스(HC 가스) 역시 체크밸브(4a)를 역으로 통과하여 필러 파이프(4) 내로 유입될 수 없다.
다음으로, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 필러 넥 어셈블리의 가스 회수시 작동 상태를 나타낸 도면이다. 제어기(20)는, 외기온 센서(21)에 의해 검출된 외기온도와 연료량 검출장치(22)에 의해 검출된 연료탱크 내 연료잔량 정보를 기초로, 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단한다.
이때, 외기온도가 설정온도 이하이고 연료탱크 내 연료잔량이 설정수준 이하이면, 제어기(20)는 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 모두 만족하는 것으로 판단한다. 이와 같이 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는 것으로 판단하면, 제어기(20)는 퍼지 작동 동안, 즉 엔진(9)이 운전 중이고 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(PCSV)(14)가 열린 상태 동안, 3-웨이 밸브(40)를 설정시간 동안 제1 모드로 유지한다.
이때, 엔진 부압이 퍼지라인(12)을 따라 캐니스터(10)의 내부에 작용하게 되고, 이에 캐니스터(10)의 내부에 흡착되어 있던 연료증발가스(HC 가스)가 퍼지라인(12)을 통해 엔진(9)으로 흡입된 뒤 연소된다.
또한, 제어기(20)에 의해 3-웨이 밸브(40)가 제1 모드로 유지되고 있으므로, 필러 파이프(4) 내 연료증발가스와 연료탱크(1) 내 연료증발가스 또한 엔진 부압에 의해 엔진 흡기계로 흡입된다. 이때, 필러 파이프(4) 내 연료증발가스는 제1 파이프(7a), 3-웨이 밸브(40), 제2 파이프(7b), 연료탱크(1) 내부, FLVV(50), 로딩라인(11), 캐니스터(10), 퍼지라인(12)을 따라 엔진 흡기계로 흡입되고, 최종적으로 엔진(9)으로 흡입된 뒤 연소된다. 연료탱크(1) 내 연료증발가스는 FLVV(50), 로딩라인(11), 캐니스터(10), 퍼지라인(12)을 따라 엔진(9)으로 최종 흡입된 뒤 연소된다.
다음으로, 상기 설정시간이 경과하면, 제어기(20)에 의해 3-웨이 밸브(40)가 제2 모드로 제어되면서 연료탱크(1) 내에서 발생한 연료증발가스가 필러 파이프(4) 내부로 유입되지 못하도록 차단된다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 필러 파이프(4) 내부로의 가스 유입이 차단된 상태를 나타낸 도면이다.
3-웨이 밸브(40)가 제2 모드로 제어되면, 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프측 유로와 연결라인측 유로가 서로 연통되므로, 연료탱크(1) 내에서 발생한 연료증발가스가 도 11에 나타낸 바와 같이 레벨링 파이프(7)의 제1 파이프(7a), 3-웨이 밸브(40), 연결라인(17), 3-웨이 커넥터(16), 로딩라인(11)을 따라 캐니스터(10)로 이동한 뒤, 캐니스터(10) 내부의 흡착성 물질에 흡착될 수 있다. 이때, 연료탱크(1) 내에서 발생한 연료증발가스가 FLVV(50)를 통해서도 로딩라인(11)으로 유입된 뒤 캐니스터(10)로 이동될 수 있다.
이와 같이 외기온도와 연료탱크 내 연료잔량 정보를 기초로, 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 3-웨이 밸브(40)를 설정시간 동안 제1 모드로 유지한 뒤 제2 모드로 제어하는데, 제1 모드에서 필러 파이프(4) 내에서 연료증발가스를 모두 제거한 뒤, 제2 모드에서 연료탱크(1) 내 연료증발가스가 필러 파이프(4) 내부로 유입되지 않도록 차단한다.
결국, 필러 넥 어셈블리(3) 내에 연료증발가스가 모두 제거되어 존재하지 않으므로, 이후 주유 시 연료캡(6)을 열더라도 연료증발가스가 주유구(5)를 통해 외부로 방출되지 않게 되며, 이에 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재가 발생하지 않게 된다. 이와 같이 필러 넥 어셈블리(3)에서 연료증발가스를 회수 및 제거한 다음 연료증발가스가 필러 넥 어셈블리(3)에 축적되는 것을 방지함으로써 이후 주유시에 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생을 확실히 방지할 수 있게 된다.
연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건으로서, 외기온도가 설정온도(예, 10℃) 이하인 조건이 필요한 이유는, 외기온도가 저온인 겨울이나 봄에는 건조한 기후를 나타내므로 정전기 발생 가능성이 높기 때문이다. 또한, 외기온도가 상기 설정온도보다 높은 여름에는, 연료증발가스의 발생량이 많으므로 3-웨이 밸브(40)를 제2 모드로 제어한다면, 연료탱크(1) 내 연료증발가스가 필러 넥 어셈블리(3)로 이동하지 못하고 캐니스터(10)로만 이동할 수 있다.
따라서, 캐니스터(10)로 이동한 연료증발가스의 양이 캐니스터 포집 용량을 쉽게 초과할 수 있고, 결국 캐니스터(10)에서 포집되지 못한 연료증발가스가 대기라인(13)을 통해 대기 중으로 방출될 가능성이 높다. 이에 외기온도가 설정온도 이하인 겨울이나 봄에는 3-웨이 밸브(40)를 설정시간 동안 제1 모드로 제어한 뒤, 설정시간 경과 후 제2 모드로 제어하여, 필러 넥 어셈블리(3) 내에 연료증발가스가 축적되지 않도록 한다.
또한, 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건으로서, 연료탱크 내 연료잔량이 설정수준 이하인 조건이 필요한 이유는, 연료탱크 내 연료잔량이 설정수준(예, 만충량의 1/2 수준) 이하일 경우 운전자가 주유할 가능성이 높아지기 때문이다. 이에 연료탱크 내 연료잔량이 설정수준 이하여서 운전자가 주유할 가능성이 높아지면, 3-웨이 밸브(40)를 설정시간 동안 제1 모드로 제어한 뒤, 설정시간 경과 후 제2 모드로 제어하여, 필러 넥 어셈블리(3) 내에 연료증발가스가 축적되지 않도록 한다.
다음으로, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 주유 시작 후 주유 모드 진입 전의 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 13은 주유 모드 진입 후 주유 컷이 실행되는 작동 상태를 나타낸 도면이다. 본 발명에서 주유 모드는 주유가 시작된 후 주유량이 미리 정해진 설정량 이상이 될 경우 시작된다. 여기서, 주유가 시작된 후 주유량은, 연료량 검출장치에 의해 검출되는 연료탱크 내 연료잔량 정보로부터 얻어지거나, 주유소의 주유기로부터 통신을 통해 전달될 수 있다.
차량이 주유를 위해 주유소에 도착하면 정차 상태에서 운전자가 연료캡(6)을 열고 주유구(5)에 주유건(8)을 삽입한 뒤 주유를 시작하는데, 주유가 시작된 후 주유량이 설정량에 도달하기 전까지가 주유 모드 진입 전 상태라 할 수 있다. 제어기(20)는 주유가 시작된 후 주유량이 설정량에 도달하기 전까지 3-웨이 밸브(40)를 온(on) 시켜 제2 모드로 제어한다.
이때, 제어기(20)에 의해 3-웨이 밸브(40) 내 솔레노이드 코일(48)에 전류가 인가되는데, 전류가 인가되면 솔레노이드 코일(48)의 전자기력에 의해 플런저(44)가 가이드핀(43)을 따라 후방으로 당겨져 이동된다. 이에 플런저(44)에 설치된 제1 밸브체(45)가 연결라인측 유로(제1 포트측 유로)로부터 분리되면서 연결라인측 유로를 개방하고, 동시에 플런저(44)에 설치된 제2 밸브체(46)가 제2 파이프측 유로(제3 포트측 유로)를 폐쇄하게 된다(도 5 참조). 이때, 제1 파이프(7a)와 연결라인(17)이 서로 연통된다.
이와 같이 3-웨이 밸브(40)가 제2 모드 상태를 유지하는 동안, 주유건(8)에서 주유구(5)를 통해 주입된 연료는 필러 파이프(4)를 따라 흐른 뒤 체크밸브(4a)를 통과하여 연료탱크(1) 내부로 이동한다. 이때, 연료탱크(1) 내 유면 상측의 공기 내지 가스가 FLVV(50), 로딩라인(11), 캐니스터(10), 대기라인(13)의 경로와, 제1 파이프(7a), 3-웨이 밸브(40), 연결라인(17), 3-웨이 커넥터(16), 로딩라인(11), 캐니스터(10), 대기라인(13)의 경로를 따라 동시에 이동하여 외부로 방출됨으로써 연료탱크(1) 내 유면 상측의 압력이 해소될 수 있고, 이에 주유건(8)을 통해 주입되는 연료가 계속해서 필러 파이프(4)를 통해 연료탱크(1) 내부로 주입될 수 있다.
이후 연료탱크(1) 내 주유량이 설정량에 도달하게 되면 주유 모드로 진입하는데, 주유 모드로 진입하고 나면 제어기(20)는 3-웨이 밸브(40)를 오프(on) 시켜 제1 모드로 제어한다.
이때, 제어기(20)에 의해 3-웨이 밸브(40) 내 솔레노이드 코일(48)에 인가되던 전류가 차단되는데, 전류가 차단되면 스프링(47)의 탄성 복원력에 의해 플런저(44)가 가이드핀(43)을 따라 전방으로 이동된다. 이에 플런저(44)에 설치된 제2 밸브체(46)가 제2 파이프측 유로로부터 분리되면서 제2 파이프측 유로(제3 포트측 유로)를 개방하고, 동시에 플런저(44)에 설치된 제1 밸브체(45)가 연결라인측 유로(제1 포트측 유로)를 폐쇄하게 된다(도 4 참조). 이때, 제1 파이프(7a)와 제2 파이프(7b)가 서로 연통된다.
이와 같이 3-웨이 밸브(40)가 제1 모드 상태를 유지하는 동안에도 주유건(8)에서 주유구(5)를 통해 주입된 연료는 필러 파이프(4)와 체크밸브(4a)를 통과한 뒤 연료탱크(1) 내부로 이동한다. 이때, 연료탱크(1) 내 유면 상측의 공기 내지 가스가 제1 파이프(7a)와 제2 파이프(7b)로 구성되는 레벨링 파이프(7)를 통해 배출되면서 연료탱크(1) 내 유면 상측의 압력이 해소될 수 있고, 이에 주유건(8)을 통해 주입되는 연료가 계속해서 필러 파이프(4)를 통해 연료탱크(1) 내부로 주입될 수 있다.
이후 연료탱크(1) 내 유면이 상승하여 레벨링 파이프(7) 높이에 도달하면 연료탱크(1) 내 연료가 만충된 상태가 되고, 유면이 레벨링 파이프(7) 높이에 도달한 연료 만충 상태가 되면, 연료탱크(1) 내 연료가 레벨링 파이프(제1 파이프와 제2 파이프)(7)와 3-웨이 밸브(40)를 통과하여 필러 파이프(4)로 흐르게 된다. 결국, 연료가 필러 파이프(4) 내에 삽입된 주유건(8)의 셧-오프 센서(23) 측으로 분출되면서 셧-오프 센서가 작동하게 되는데, 셧-오프 센서가 작동하면 주유건(8)의 동작이 중지되어 연료 주입이 중단되는 주유 컷이 실행된다.
도 14와 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 시스템에서 3-웨이 밸브(40)의 고장 시 주유 컷 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 3-웨이 밸브(40)의 고장 시 주유 컷이 실행되도록 하는 페일 세이프 기능이 FLVV(50)에 의해 구현되며, FLVV(50)는 도시된 바와 같이 연료탱크(1)에 결합된 로딩라인(11)의 입구부에 설치되어 있다.
도 14의 상황은 3-웨이 밸브(40)가 고장 난 상태이며, 이때 3-웨이 밸브(40)의 내부 유로 개도 상태는 솔레노이드 코일(48)에 전류가 인가되지 않는 오프(off) 상태 및 제1 모드 상태와 같다. 즉, 3-웨이 밸브(40) 내에서 제2 밸브체(46)에 의해 제2 파이프측 유로는 폐쇄되어 있고, 제1 파이프측 유로와 연결라인측 유로가 서로 연통 및 개방된 상태이다. 이에 제1 파이프(7a)와 연결라인(17) 사이는 가스 이동이 가능한 연통 상태가 된다.
따라서, 연료탱크(1)의 내부에 연료가 주입되는 동안에는, 연료탱크(1) 내 유면 상측의 가스 또는 공기가 FLVV(50)와 3-웨이 밸브(40)를 통과할 수 있고, 결국 연료 주입 동안 도 12과 같은 경로로 가스 또는 공기가 배출되면서 연료탱크(1) 내 유면 상측의 압력이 해소될 수 있다. 이로써, 도 14와 같은 연료 만충 상태에 도달할 때까지 계속해서 주유는 가능하지만, 고장 상태의 3-웨이 밸브(40)가 계속해서 오프 상태를 유지할 것이므로, 도 13과 같은 연료 만충 초과 시 3-웨이 밸브(40)에 의한 주유 컷 실행은 불가능하다.
이에 3-웨이 밸브(40) 고장 시 주유 컷이 실행되도록 하는 페일 세이프 기능이 필요하며, 이러한 페일 세이프 기능은 롤 오버 밸브 대신 FLVV(50)를 사용함으로써 구현 가능하다. 롤 오버 밸브가 사용되었다면, 차량이 전복되지 않는 한 로딩라인(11)의 입구부는 계속해서 개방되어 있을 것이므로, 도 14의 연료 만충 상태를 지나 계속해서 연료 과주입이 이루질 경우 연료탱크(1) 내 연료가 롤 오버 밸브 및 로딩라인(11)을 통해 캐니스터(10)로 유입될 수 있다. 결국, 엔진 부압에 의한 퍼지 작동 시 캐니스터(10)를 통해 액상 연료가 엔진(9)으로 유입되면서 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상이 발생할 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예와 같이 롤 오버 밸브 대신 FLVV(50)를 사용할 경우, 연료탱크(1) 내 유면이 상승하여 도 14의 연료 만충 상태를 지나면 플로터(53)가 유면에 의해 상승하고, 이어 연료 과주입 상태에서 플로터(53)에 의해 통기구(52)가 막히면서 FLVV(50)가 닫히게 된다. 이에 FLVV(50)로 연료가 통과하여 캐니스터(10)로 이동하는 문제가 해결될 수 있다.
또한, 3-웨이 밸브(40)가 고장난 상태에서 레벨링 파이프(7)를 통해 필러 파이프(4)로 연료가 이동하지 못하므로 3-웨이 밸브(40)의 작동 및 셧-오프 센서(23)의 작동에 의한 주유 컷 실행은 불가하지만, FLVV(50)가 닫힌 상태에서는 연료탱크(1) 내 유면 상측의 압력 해소 또한 불가하므로 도 15에 나타낸 바와 같이 연료탱크(1) 내부로 연료가 더 주입되지 못하고 주유 컷이 실행될 수 있고, 연료 과주입이 방지될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템에 의하면 주유 시 연료증 발가스 및 정전기로 인한 화재 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 연료캡 개방 시 발생하는 연료 냄새로 인해 운전자가 불쾌감을 가지는 것을 방지할 수 있다.
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.
1 : 연료탱크 2 : 연료펌프 모듈
3 : 필러 넥 어셈블리 4 : 필러 파이프
4a : 체크밸브 5 : 주유구
6 : 연료캡 7 : 레벨링 파이프
7a : 제1 파이프 7b : 제2 파이프
8 : 주유건 9 : 엔진
10 : 캐니스터 10a : 로딩포트
10b : 퍼지포트 10c : 대기포트
11 : 로딩라인 12 : 퍼지라인
13 : 대기라인
14 : 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(PCSV)
15 : 롤 오버 밸브 16 : 3-웨이 커넥터
17 : 연결라인 20 : 제어기
21 : 외기온 센서 22 : 연료량 검출장치
23 : 셧-오프 센서 40 : 3-웨이 밸브
41 : 밸브 하우징 42a : 제1 포트
42b : 제2 포트 42c : 제3 포트
43 : 가이드핀 44 : 플런저
45 : 제1 밸브체 46 : 제2 밸브체
47 : 리턴 스프링 48 : 솔레노이드 코일
50 : FLVV 51 : 밸브 하우징
52 : 제1 통기구 53 : 플로터
54 : 지지 스프링 55 : 제2 통기구
56 : 유입구

Claims (18)

  1. 외기온도를 검출하는 외기온 센서;
    연료탱크 내 연료잔량을 검출하는 연료량 검출장치;
    연료탱크와 캐니스터 사이의 로딩라인에서 분기되어 필러 넥 어셈블리의 레벨링 파이프 도중으로 연결된 연결라인;
    상기 검출되는 외기온도 및 연료탱크 내 연료잔량을 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하고, 판단 결과에 따라 필러 넥 어셈블리 내 연료증발가스를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기; 및
    상기 레벨링 파이프에서 상기 연결라인이 연결되는 위치에 설치되고, 상기 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 내부 유로의 개도 상태가 제어되는 3-웨이 밸브를 포함하는 차량의 연료 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레벨링 파이프는
    상기 연료탱크로부터 연장된 제1 파이프; 및
    상기 필러 넥 어셈블리의 필러 파이프로 연장된 제2 파이프로 구성되고,
    상기 3-웨이 밸브가 상기 연결라인과 제1 파이프, 제2 파이프 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는 것으로 판단한 경우,
    상기 필러 넥 어셈블리 내에 존재하는 연료증발가스를 제거한 후 연료탱크에서 필러 넥 어셈블리로의 연료증발가스 이동을 막기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 필러 넥 어셈블리 내에 존재하는 연료증발가스를 제거하기 위해,
    엔진 운전 중 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 개방하여 엔진 부압에 의한 퍼지 작동이 실시되도록 하고,
    퍼지 작동 시 설정시간 동안 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 연결라인 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 필러 넥 어셈블리로의 연료증발가스 이동을 막기 위해,
    상기 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 연결라인 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하지 않는 것으로 판단한 경우,
    상기 연결라인측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 제2 파이프 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    주유 시작 후 연료 주유량이 설정량 이하인 경우,
    상기 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 연결라인 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    주유 시작 후 연료 주유량이 설정량을 초과할 경우 주유 동안,
    상기 연결라인측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 제2 파이프가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료탱크에 결합된 로딩라인의 입구부에 설치된 FLVV(Full Limit Vent Valve)를 더 포함하고,
    상기 FLVV는, 연료탱크 내 연료가 밸브 하우징의 유입구를 통해 밸브 하우징 내부로 유입되면 밸브 하우징 내 플로터가 상승하여 밸브 하우징 내부와 로딩라인 사이의 통기구를 폐쇄하는 플로터 작동 방식의 밸브인 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
  10. 연료탱크와 캐니스터 사이의 로딩라인에서 분기되어 필러 넥 어셈블리의 레벨링 파이프 도중으로 연결된 연결라인; 및 상기 레벨링 파이프에서 상기 연결라인이 연결되는 위치에 설치된 3-웨이 밸브를 포함하는 차량 연료 시스템의 제어 방법에 있어서,
    제어기에서 외기온 센서에 의해 검출되는 외기온도, 및 연료량 검출장치에 의해 검출되는 연료탱크 내 연료잔량 정보가 수집되는 단계;
    제어기에서 상기 수집된 외기온도 및 연료잔량 정보를 기초로 연료증발가스 및 정전기로 인한 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는지를 판단하는 단계;
    제어기에서 상기 판단의 결과에 따라 필러 넥 어셈블리 내 연료증발가스를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 단계; 및
    제어기에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 3-웨이 밸브의 개도 상태가 제어되는 단계를 포함하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 레벨링 파이프는
    상기 연료탱크로부터 연장된 제1 파이프; 및
    상기 필러 넥 어셈블리의 필러 파이프로 연장된 제2 파이프로 구성되고,
    상기 3-웨이 밸브가 상기 연결라인과 제1 파이프, 제2 파이프 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하는 것으로 판단한 경우,
    상기 필러 넥 어셈블리 내에 존재하는 연료증발가스를 제거한 후 연료탱크에서 필러 넥 어셈블리로의 연료증발가스 이동을 막기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 필러 넥 어셈블리 내에 존재하는 연료증발가스를 제거하기 위해,
    엔진 운전 중 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 개방하여 엔진 부압에 의한 퍼지 작동이 실시되도록 하고,
    퍼지 작동 시 설정시간 동안 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 연결라인 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 필러 넥 어셈블리로의 연료증발가스 이동을 막기 위해,
    상기 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 연결라인 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 화재 발생의 가능성이 있는 조건을 만족하지 않는 것으로 판단한 경우,
    상기 연결라인측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 제2 파이프 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는,
    주유 시작 후 연료 주유량이 설정량 이하인 경우,
    상기 제2 파이프측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 연결라인 사이가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는,
    주유 시작 후 연료 주유량이 설정량을 초과할 경우 주유 동안,
    상기 연결라인측 유로가 폐쇄되고 제1 파이프와 제2 파이프가 서로 연통되도록 3-웨이 밸브의 개도 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 연료탱크에 결합된 로딩라인의 입구부에 설치된 FLVV(Full Limit Vent Valve)를 더 포함하고,
    상기 FLVV는, 연료탱크 내 연료가 밸브 하우징의 유입구를 통해 밸브 하우징 내부로 유입되면 밸브 하우징 내 플로터가 상승하여 밸브 하우징 내부와 로딩라인 사이의 통기구를 폐쇄하는 플로터 작동 방식의 밸브인 것을 특징으로 하는 차량 연료 시스템의 제어 방법.
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