액체 연료 및 증기의 유동 제어 시스템과, 액체 연료 및 연료 증기의 유동 제어 방법{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING LIQUID FUEL AND VAPOR FLOW DURING REFUELING OF A MOTOR VEHICLE FUEL TANK}

본 발명은 가솔린 또는 알콜 또는 이들의 혼합물과 같은 휘발성 연료를 수용하는 자동차 연료 탱크로부터 연료 증기의 배출을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이며, 특히 탱크의 연료 공급 동안에 이들 시스템이 작동되는 것이 필요한 시스템에 관한 것이다.

최근에, 승용차 및 경트럭 차량에 있어서, 전형적으로 부유 작동되는 증기 배기 밸브는 목탄 충전 캐니스터와 같은 저장 장치에 그 출구가 연결되어 있으며, 상기 캐니스터는 엔진 정지의 주기 동안에 연료 증기를 저장한다. 엔진 시동시에, 증기는 캐니스터로부터 엔진 공기 입구까지 추출된다.

도 3을 참조하면, 공지된 연료 증기 배기 시스템이 도시되어 있으며, 연료 탱크는 일괄적으로 참조부호(10)로 표시된 높이까지 액체 연료가 충전되며, 탱크의 상부 표면에 장착된 증기 배기 밸브(11)를 구비하며, 상기 밸브(11)는 상부 탱크 벽의 외부 표면에 대해 일치되고 이 외부 표면상에 밀봉된 플랜지(12)를 구비한다. 충전 튜브(13)는 탱크에 연결된 그 하부 단부를 구비하며, 튜브(13)는 그 상부 단부에 노즐 수납 확대 입구 부분을 구비하며, 상기 입구 부분은 참조부호(14)로 표시되고 캡이 없는 형태이다. 노즐 수납 단부 부분(14)은 연료 공급 동안에 연료노즐(16)이 그 내로 수납되는 노즐 밀봉부(15)를 그 내부에 구비하며, 밀봉부(15)에 의해 그 둘레가 밀봉된다. 또한, 충전 튜브의 확대 상부 단부(14)는 노즐(16)의 삽입시에 개방되고 밀봉부(15)의 하류에 위치된 통상 폐쇄된 플래퍼 밸브(17)를 그 내부에 구비한다. 노즐(16)이 철수될 때, 밸브(17)는 폐쇄되고 튜브 단부(14)의 개구부를 밀봉한다.

선택적으로, 별개의 제거가능한 충전 캡(도시되지 않음)이 도 3의 시스템에서 충전 튜브(13)의 상부 부분(14)의 개방 단부상에서 이용된다면, 밀봉 플래퍼 밸브(17)가 제거될 수 있다.

압력 해제 밸브(18)는 초과 증기 압력 형성의 경우에 해제되고, 밀봉부(15) 둘레의 바이패스 유동을 허용하도록 제공된다. 증기 재순환 튜브(19)의 일 단부는 충전 튜브 상부 단부(14)와 연통되며; 튜브(19)의 대향 단부는 바람직하게 상부 벽을 통해 탱크내로 연통되게 연결되며, 입구는 튜브의 단부가 액체 연료(10)의 상승 높이에 근접할 때까지 증기 재순환을 허용하도록 탱크내의 소망의 높이에 위치된다.

도 3의 공지된 시스템에 있어서, 증기 배기 밸브(11)는 호스(20)를 통해, 바람직하게 차량 엔진의 공기 입구에 연결시키기에 적합한 출구 튜브(22)를 구비하는 증기 저장 캐니스터(21)의 입구에 연통하도록 연결된다. 캐니스터(21)는 저장된 증기가 엔진 작동 동안에 캐니스터로부터 뽑아내질 때 공기를 추출하는 것을 허용하는 공기 입구(23)를 구비한다.

도 3에 도시된 것과 같은 공지된 시스템에 있어서, 전형적으로 충전 노즐은음압이 노즐 둘레에서 감지될 때 노즐내의 유동을 자동적으로 차단하도록 설정된 감지 장치를 구비한다. 통상적으로, 연료 공급 동안에, 연료 증기가 튜브(19)를 통해 재순환될 때, 탱크는 노즐로부터 유동하는 연료의 모든 흡출 작용을 보상 또는 보정한다. 액체 연료 높이가 튜브(19)의 단부를 커버하는 높이까지 상승될 때 증기 재순환은 정지되며; 그 유동 작용에 의한 노즐로부터의 연료의 연속적인 유동은 노즐 둘레의 영역에서 약간의 음의 게이지 압력을 생성하는 경향이 있다. 증기 재순환의 정지시에, 노즐내의 감지 장치(도시되지 않음)는 음압에 반응하고, 노즐(16)로부터의 유동을 자동적으로 차단한다. 연료 높이의 추가 상승시에, 배기 밸브(12)는 그 내부의 플로트에 의해 폐쇄되며, 탱크와 캐니스터(21) 사이의 모든 증기 연통을 정지시킨다.

그러나, 밀봉부(15)가 공기를 누설시켜 서비스의 반복되는 문제점을 갖고 있는 경우, 관통 유동하는 누설 공기는 노즐(16)로부터 분배되는 연료의 흡출 또는 유동 작용을 보상 또는 보정할 수 있으며; 튜브(19)가 폐쇄되고 증기 재순환이 증가 연료에 의해 정지될 때, 노즐 둘레의 튜브(14)내에 음압이 형성되지 않는다. 따라서, 노즐은 자동적으로 차단되지 않을 수 있고; 충전 튜브(13) 및 상부 단부(14)는 액체 연료로 충전되며, 초과유동 또는 "역류(spit-back)"가 발생하여 연료 흘림이 발생되고, 그 결과 대기로의 바람직하지 못한 증기 방출이 이뤄진다.

따라서, 적절한 노즐 차단을 보장하고 그리고 초과충전 및 연료 흘림을 방지하는 방법으로 자동차 연료 탱크의 연료 공급 동안에 연료 증기 방출을 제어하는 방법 또는 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 연료 공급 동안에 연료 증기의 재순환을 제공하는데 효율적인 자동차 연료 탱크용 연료 증기 방출 제어 시스템을 제공하는 것이며, 일 실시예에 있어서 증기 재순환 라인내의 단방향 체크 밸브를 포함하며, 상기 증기 재순환 라인의 일 단부는 연료 증기 밸브 출구에 연결되고 대향 단부는 증기 유동을 제공하도록 노즐 시일의 하류의 충전 튜브의 상부 단부에 연결된다. 다른 실시예에 있어서, 재순환 라인은 탱크내의 연료의 소망의 차단 높이에 위치된 단부와, 노즐 시일의 하류의 충전 튜브에 연결된 대향 단부를 구비한다. 본 발명의 시스템은 탱크내의 액체 연료내의 모든 높이에서 증기를 재순환시키도록 작동가능한 재순환 라인을 유지하고, 분배된 액체 연료 유동을 중심으로 충전 튜브의 내측에 "동적 밀봉(dynamic seal)"을 제공하고, 연료 공급 노즐 밀봉부가 누설된다면, 충전 튜브내의 음압과 증기의 연속적인 재순환을 보장하고, 충전 노즐내의 자동 차단의 작동을 보장하여 초과 충전을 방지한다.

도 1은 본 발명의 연료 증기 제어 시스템의 일 실시예의 개념도,

도 2는 도 1의 시스템의 체크 밸브의 확대 단면도,

도 3은 종래 기술의 시스템으로서 도 1과 유사한 도면,

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 도 1과 유사한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

32 : 자동차 연료 탱크34 : 연료 증기 배기 밸브

37 : 접근 개구부40 : 충전 튜브

48 : 충전 노즐60 : 재순환 라인

66 : 입구 통로72' : 탱크

74 : 밸브 부재76' : 충전 튜브

84 : 출구 통로90' : 증기 재순환 라인

94' : 플랜지96' : 호스

100 : 캐니스터104 : 네크부

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 시스템이 참조부호(30)로 표시되어 있으며, 연료 증기 배기 밸브(34)가 제공된 차량 연료 탱크(32)를 구비하며, 상기 밸브(34)는 부유 작동되며, 탱크의 외부와 연통되는 출구를 구비하고 있다. 밸브(34)는 탱크의 상부 벽의 외부 표면에 대해 맞춰지는 플랜지(36)를 구비하는형태일 수 있으며, 밸브의 부유 장치 및 입구는 탱크의 벽내의 접근 개구부(37)를 통해 탱크의 내부로 연장된다. 이러한 구성에 있어서, 밸브의 플랜지는 접근 개구부상을 밀봉하는데, 예를 들면 플라스틱 탱크용 용접부에 의해 또는 금속 탱크의 경우에 기계적 밀봉부에 의해 밀봉된다. 탱크내의 액체 연료의 높이는 참조부호(38)로 표시되어 있다.

탱크는 충전 튜브(40)를 구비하며, 충전 튜브의 하부 단부는 탱크의 벽에 연결되어 연료 공급시에 탱크 내부에 연료 유동체를 제공한다. 충전 튜브(40)의 상부 단부는 탱크위로 연장되고, 확대 부분 또는 단부(42)를 구비한다. 도시된 실시예의 시스템(30)에 있어서, 부분(42)은 충전 캡(도시하지 않음)을 필요로 하는 형태이며, 간극 나사(43)와, 도시되지 않은 충전 캡과 맞물리기에 적합한 외측으로 연장되는 플랜지(44)를 구비한다.

노즐 수납 밀봉부(45)가 상부 단부(42)에 제공되며; 또한 압력 릴리프 밸브(46)가 또한 단부(42)에 제공되어 밀봉부(45)를 바이패스하고 시스템내의 연료 증기의 초과 압력 생성을 방지한다.

충전 튜브 확대 부분(42)은 그 내부에 삽입시에 분배 노즐(48)을 중심으로 단단히 끼워맞춰지도록 구성된 튜브(40)의 소경부 또는 네크부와 연통된다. 본 발명의 현재 실시에 있어서, 네크부(50)의 내경의 크기가 충전 노즐(48)의 외경의 약 1.2배의 범위이여서, 충전 튜브의 내측과 연료 공급 동안에 노즐로부터 유동하는 액체 연료의 스트림 사이에 동적 밀봉을 보장하며; 따라서 유동의 영향에 의해서 액체 밀봉부의 상류에 결과적인 압력 감소 또는 음압을 형성한다. 노즐(48)은 노즐의 팁 영역 둘레에서 음압에 반응하여 노즐내의 유동을 차단하는 자동 차단 장치(도시하지 않음)를 내장한 형태이다.

선택적으로, 필요하다면, 확대 단부(42)는 밀봉부(45)의 아래 또는 상류에 노즐 제거시에 폐쇄 및 밀봉하는 플래퍼 도어를 이용함으로써 캡이 없는 필러로서 배열될 수 있다.

탱크상의 증기 배기 밸브(34)는 그 출구가 탱크의 외부와 연통되고, 그 대향 단부가 저장 장치의 입구에 연결된 도관(52)의 일 단부에 연결되며, 상기 저장 장치는 엔진의 공기 입구에 연결시키기에 적합한 출구(56)를 구비한 목탄 충전 캐니스터(54)일 수 있다. 캐니스터(54)는 엔진 작동 동안에 캐니스터를 청소하기 위한 대기 공기 입구(58)를 구비한다.

도 1의 실시예에 있어서, 재순환 라인(60)은 증기 도관(52)에 연결된 일 단부를 구비하며, 라인(60)은 참조부호(62)로 표시된 단방향 밸브의 입구에 그 대향 단부가 연결되어 있고, 그 출구는 노즐 밀봉부(45)의 하류의 위치에서 충전 튜브의 상부 단부(42)에 연결되어 있다.

도 2를 참조하면, 만족스러운 것으로 알려진 밸브(62)의 일 변형예의 확대 단면도가 도 2에 도시되어 있으며, 순환 라인(60)에 연결되기에 적합한 입구 피팅(64)과, 밸브 본체(70)의 내부상에서 그 둘레에 형성된 환형 밸브 시트(68)를 구비하는 관통 입구 통로(66)를 구비한다. 활주 플런저(72)의 일 단부는 환형 밸브 시트(68)상에 안착되는 가동 탄성 밸브 부재(74)의 표면과 접촉된다. 플런저(72)는 밸브 부재(74)와 접촉되어 도 2의 우측 방향으로 바이어스되며, 밸브시트와 접촉되어 밸브 부재를 가압한다. 플런저(72)의 바이어스 힘은 플런저상에 형성된 환형 숄더(78)에 대해 일 단부가 맞춰진 스프링(76)에 의해 제공된다. 스프링의 대향 단부는 밸브 본체(70)에 부착되고 그 위에 폐쇄부를 형성하고 출구 통로(84)를 규정하는 피팅(82)에 형성된 환형 표면(80)을 향해 맞춰지고; 피팅(82)은 충전 튜브의 상부 단부(42)에 연결하기 위한 호스(도시되지 않음)에 연결되기에 적합하다.

비교적 낮은 스프링 비율을 가진 스프링(76)에 의해 밸브 부재상에 상대적으로 작은 부하가 제공되는 것을 이해해야 하며; 상부 단부(42)내의 압력이 라인(60)내의 압력보다 작게 되어, 노즐(48)을 통한 튜브(40)내로의 연료의 유동이 야기되는 경우에, 체크 밸브(62)는 개방되어 배기 밸브(34)로부터의 증기가 충전 튜브의 상부 단부(42)내로 순환되게 허용한다.

도 2에 도시되고 설명된 밸브(62)의 특정 변형예로 제한되지 않으며; 다른 형태의 밸브(62)는 예를 들면 다이아프램 또는 덕빌(duck-bill) 밸브와 같은 것이 이용될 수 있다.

연료 공급 동안의 작동시에, 도관(60) 및 단방향 밸브(62)를 통해 충분한 증기가 재순환되어 조기 노즐 차단을 방지한다. 그러나, 소망의 높이에 도달하는 연료 높이에 반응하는 내부의 플로트에 의해서 증기 배기 밸브(34)가 폐쇄되는 경우에, 도관(52) 및 도관(60)내에서의 증기 유동이 정지된다. 다음에, 탱크내의 연료 증기 압력이 증가되어 액체 연료가 충전 튜브로 역류되게 하고, 노즐의 배출 단부를 커버하며, 다음에 노즐내의 차단 장치(도시되지 않음)가 작동된다.

따라서, 본 발명은 연료 공급 동안에 탱크로부터 충전 튜브까지 연료 증기의 재순환을 유지하는 저렴하고 간단한 방법을 제공하고, 분배 노즐로부터 배출되는 액체 연료 스트림상의 동적 밀봉에 의해서, 탱크내의 연료 높이를 상승시킴으로써 연료 재순환이 차단되는 경우에 충전 튜브내의 음압을 보장하며; 동적 밀봉은, 액체 유동 효과가 노즐 밀봉부를 통한 어떠한 공기 누출도 극복하는데 충분한 효과가 있으며, 적절한 노즐 자동 차단을 보장하고, 그에 따라 초과충전 및 흘림이 방지된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 변형 실시예의 시스템이 참조부호(70')로 표시되어 있으며, 참조부호(74')로 표시된 높이로 액체 연료를 내장하고, 일 단부가 탱크의 벽을 통해 연통되어 있는 충전 튜브(76')를 구비한 탱크(72')를 포함하며, 튜브는 확대 개방 상부 단부(78')까지 상방으로 연장되는 대향 단부를 구비한다. 확대 상부 단부(78')는 내치 나사(80') 및 외측으로 연장되는 환형 플랜지(82')를 구비하며, 이들 나사 및 플랜지는 차량 연료 시스템의 디자인에서 공지된 방법으로 폐쇄부 또는 충전 캡(도시되지 않음)과 결합되기에 적합하다.

확대 튜브 상부 단부(78')는 도 4에 도시된 바와 같이 연료 공급을 위해 그 내부로 삽입될 때 연료 공급 노즐(86') 둘레를 밀봉하도록 작동가능한 밀봉부(84')가 그 내부에 배치되어 있다. 필요하다면, 밀봉부(84')를 바이패스하고 시스템내의 초과 압력 형성을 방지하기 위해 별개의 압력 릴리프 밸브(88')가 제공될 수 있다. 노즐(86')은 노즐 주변의 음압에 반응하여 노즐로부터의 유동을 차단하는 자동 차단 장치(도시되지 않음)를 그 내부에 구비하는 형태이다.

증기 재순환 라인(90')의 일 단부가 탱크의 벽과 연통되어, 연료의 소망의 상부 높이(74')에서 종료되고, 분배 노즐(86')이 차단된다. 도관(90')의 상부 또는 대향 단부는 스테이션 하류 또는 노즐 밀봉부(84') 바로 아래에서 충전 튜브의 확대 직경 상부 단부(78')의 벽을 통해 연결된다. 따라서, 재순환 도관은, 연료 높이(74')가 상승되어 도관(90')의 하부 단부를 커버하고 라인(90')내의 증기 유동을 정지시킬 때까지 충전 튜브 상부 단부(78')로 증기를 재순환시키도록 작동된다.

바람직하게 부유 작동되는 배기 밸브(92')는 탱크의 상부 벽내의 접근 개구부를 통해 배치되며, 예를 들면 탱크의 상부 벽에 플랜지(94')를 용접하는 것과 같은 모든 적당한 방법에 의해 고정된다. 밸브(92')의 출구는 탱크의 외부로 연장되며, 바람직하게 호스(96')를 통해 원거리에 위치된 캐니스터(98')와 연통되도록 연결되어 있다. 캐니스터(98')는 공기 입구에 연결시키기에 적합한 출구 튜브(100')를 구비하는 형태일 수 있으며, 대기 공기 퍼지 입구 튜브(102')를 구비할 수 있다.

시스템(70')은 확장 부분(78')에 인접한 충전 튜브(76')상에 형성된 감소된 직경 또는 네크부(104')를 포함하며, 상기 네크부(104')는 연료 공급 노즐(86')을 단단히 끼워맞추는 크기로 되어 있다. 본 발명의 현재 바람직한 실시예에 있어서, 네크부(104)의 내경은 노즐(86')의 외경의 약 1.2배이다. 본 발명의 현재의 실시예에 있어서, 21㎜의 외경(OD)을 가진 노즐에 있어서, 네크부(104')는 약 25.4㎜의 내경(ID)을 갖고 있다. 따라서, 네크부(104')의 내경부가 노즐(86')의 외경부에 단단히 끼워맞춰져서 네크부(104')의 내경부와 연료 공급 노즐(86')의 단부로부터배출되는 연료의 스트림 사이에 동적 밀봉을 제공한다. 따라서, 유동 효과 및 동적 밀봉은, 공기 누설을 극복하고, 충분한 생성 증기가 재순환 도관(90')을 통해 공급되지 않는 한 대경부(78')내에 음압을 생성하기에 충분하다.

따라서, 본 발명은 충전 튜브를 통해 연료를 공급하는 동안에 연료 증기의 재순환을 제공하여 저장 캐니스터로의 증기 유동을 최소화하고; 액체 연료가 탱크내의 소망의 높이에 도달한 경우 본 발명은 충전 튜브내에 충분한 음압이 존재하여 노즐내의 자동 차단이 이뤄지게 하는 것을 보장한다.

도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 상술하였지만, 본 발명은 변경 및 수정이 이뤄질 수 있으며, 하기의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

본 발명에 의하면, 충전 튜브를 통해 연료를 공급하는 동안에 연료 증기의 재순환을 제공하여 저장 캐니스터로의 증기 유동을 최소화하고, 액체 연료가 탱크내의 소망의 높이에 도달한 경우 충전 튜브내에 충분한 음압이 존재하여 노즐내의 자동 차단이 이뤄지게 하는 효과가 있다.