기계식 작동 차단 밸브, 차단 밸브, 연료 탱크 배출 제어 시스템, 가솔린 엔진 차량 및 차단 방법 document_id A220623037833

연료 증기 배출 제어 시스템은, 대부분 가솔린 엔진 차량, 특히 경 승용 트럭 및 자동차의 제조사에게 부여되는 환경 및 안전 규정에 따르기 위해 점점 더 복잡해지고 있다. 결과적인 전체 시스템의 복잡성과 함께, 개개의 부품의 복잡성도 증가하였다. 가솔린 엔진 차량 산업에 영향을 미치는 일정한 규정은, 엔진 작동의 주기 중에 연료 탱크의 환기 시스템으로부터의 연료 증기 배출물이 저장될 것을 필요로 한다. 전체의 증기 배출 제어 시스템이 의도하는 목적에 대해 기능을 계속 수행할 수 있도록 하기 위해서, 차량의 작동 중에 저장된 탄화수소 증기의 주기적인 정화가 필요하다. 정화 도중에, 전체의 증기 경로는 탄화수소 증가가 저장되는 통(canister)에 대해 개방된다. 그러한 경로가 정화되는 영향에 근거하여, 압력 또는 유동의 변동은 작동 중에 엔진의 효율, 유효성 및 배기가스 배출에 악영향을 미칠 수 있다. 인접한 통을 정화할 때 연료 탱크로의 개방 증기 경로에 의해서 발생되는 바람직하지 않은 그러한 결과를 제거하기 위해서, 연료 탱크 차단 밸브가 사용되어 왔다. 기계식 작동의(예컨대, 공압에 응답하는) 어떤 밸브가 공지되어 있다. 예컨대, 미국 특허 제 4,714,172 호 참조. 그러나, 연료 탱크 배출 제어 시스템에서의 최근의 추세는, 전자 작동식 밸브를 포함하는 경향이 있다. 미국 특허 제 6,668,807 호는 연료 탱크 차단 밸브를 이용하는 연료 증기 배출 제어 시스템을 개시하고 있다. 연료 탱크 차단 밸브는 전자식으로 작동한다. 종래의 다이어프램(diaphragm) 작동 밸브와 관련된 것으로 알려진 단점을 극복하기 위하여 전기 작동 밸브가 개발되었다. 따라서, 현재의 연료 탱크 배출 제어 시스템은 전기 작동 밸브에 의존하는 바가 크다. 예컨대, 미국 특허 제 6,553,975 호의 전기 작동 밸브에 대한 고찰을 참조하기 바란다. 미국 특허 제 6,637,261 호는 연료 탱크 배출 제어 밸브에 사용되는 추가의 전기 작동 밸브를 개시하고 있다. 다양한 부품들을 결합하여 작동 가능한 연료 탱크 배출 제어 시스템을 형성할 수 있다. 하나의 종래의 연료 탱크 배출 제어 시스템이 종래 기술인 도 1에 도시되어 있다. 연료 탱크 배출 제어 시스템은 막히지 않은 경로를 거쳐 연료 탱크(2)로부터 탄화수소 연료 증기를 직접 수용하도록 연결된 탄화수소 저장 장치(예컨대, 통)(1)를 포함하며, 이 통(1)은 전자 제어 유닛(ECU)(5)에 연결된 제어 밸브(4)에 의해 개폐될 수도 있는 대기 정화 밸브(3)를 구비한다. 연료 탱크(2)는 이 탱크(2)내의 내부 압력을 검지하도록 연결된 탱크 압력 센서(6)를 구비하며, 그것을 토대로 ECU(5)에 관련 전기 입력을 제공한다. 통(1)은 엔진의 하류에서 내부 연소를 위해 탄화수소 증기 흐름을 제공하도록 연결된 증기 출구 관(2)을 갖는다. 탄화수소 증기는 증기 출구 관(2)을 거쳐서 제어 오리피스(8)를 통해서 통(1)으로부터 흐르며, 오리피스(8)의 하류측은 엔진 정화 제어 밸브(9)의 입구에 연결되고, 엔진 정화 제어 밸브(9)의 출구는 엔진(10)의 연소 공기 입구 또는 흡입 매니폴드에 연결된다. 엔진 정화 제어 밸브(9)는 ECU(5)에 의해서 제어되는 전기 작동 밸브이다. 전자 작동식의 정상 개방된 밸브(11)는 제어 오리피스(8)를 바이패스하도록 연결되며, 또한 ECU(5)에 의해서 제어된다. 차압 센서(differential pressure sensor)(12)는 제어 오리피스(8)를 횡단하는 압력 강하를 검지하고, 또한 ECU(5)에 관련 입력 신호를 제공하도록 연결된다. 기계적 작동에서 전기적 작동까지의 밸브의 변형을 포함하는 연료 탱크 배출 제어 시스템의 최근의 혁신은, 항상 전체의 시스템의 이점으로 귀결되지는 않는다. 예컨대, 차량 내의 점점 더 많은 부품들이 전기적으로 제어되도록 설계되고 있으므로, 차량의 총 비용이 증가한다. 또한, 전기 시스템의 적절한 기능 수행에 있어서 개개의 기능을 수행하기 위한 전기 부품의 사용에 대한 상당한 신뢰가 예상된다. 따라서, 전기 시스템의 작은 고장도 차량의 전체의 작동 시스템에 걸쳐서 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 전기 시스템의 고장이 그 내부의 연료 탱크 차단 밸브의 적절한 개폐에 영향을 미치면, 그 영향은 주변 환경으로의 바람직하지 않거나 심지어는 불법적인 오염물질의 방출을 야기시키거나 관련 엔진의 기계적 고장을 초래하기에 이를 만큼 더욱 확대될 수 있다. 따라서, 개량된 연료 탱크 차단 밸브가 요망된다. 발명의 요약 본 발명의 차단 밸브는, 연료 탱크 배출 제어 시스템 뿐만 아니라 유사한 작동 밸브가 바람직한 다른 시스템에 사용될 경우 이점을 제공한다. 본 발명의 차단 밸브는 기계적으로 편리하게 작동하므로, 그 내부의 전자 부품의 신뢰할만한 작동에 좌우되지 않는다. 또한, 본 발명의 차단 밸브의 설계 및 구조는, 많은 용도에 사용할 경우, 상당한 비용 절감과 중량 감소 및 유리한 특성을 제공한다. 예시적 일 실시예에서, 본 발명의 차단 밸브는, 대형 조립체 내에 직립으로 위치되든 또는 옆으로 위치되든 간에 본질적으로 동일한 기능을 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 그러한 차단 밸브를 사용하면, 전체의 설계 자유도가 확대된다. 일반적으로, 본 발명의 차단 밸브는 제 1 부품(예컨대, 연료 탱크)과 유체 연통하고 있는 제 1 포트와, 제 2 부품(예컨대, 탄화수소 증기의 저장을 위한 통)과 유체 연통하고 있는 제 2 포트와, 제 3 부품(예컨대, 엔진 정화 제어 밸브)과 유체 연통하고 있는 제 3 포트와, 다이어프램을 횡단하는 압력차에 응답하여 제 1 포트와 제 2 포트 사이의 유체 연통을 폐색하도록 정상 개방된 내부 경로를 폐쇄하기 위해 밸브 내부에 배치된 다이어프램과, 다이아프램을 횡단하는 압력차를 제어하는 유동 감응형 압력 장치(예컨대, 헤드 밸브)를 포함한다. 이러한 구성에 따르면, 정상 개방된 내부 경로를 폐쇄할 때, 유체가 제 2 부품으로부터 제 3 부품쪽으로 흐른다. 특정 실시예에서, 제 2 부품으로부터 제 3 부품으로의 유체의 유량에 관계없이 다이어프램을 횡단하여 본질적으로 동일한 압력차가 유지된다. 보다 특정한 실시예에서, 제 1 부품 내의 압력이 다이어프램을 횡단하는 압력차보다 작은 한, 정상 개방된 내부 경로를 폐쇄하면, 제 1 부품과 제 3 부품 사이의 유체 유동이 방지된다. 그러한 차단 밸브를 갖는 다이어프램의 이동량은 전체의 시스템의 설계에 따라 변화될 수 있다. 그러나, 예시적인 일 실시예에서, 작동 중에 다이어프램이 제 1 방향으로 약 3/16 인치만큼 종방향으로 이동하는 것에 의해서 정상 개방된 내부 경로를 폐쇄한다. 일 실시예에서, 정상 개방된 내부 경로를 폐쇄한 후에, 다이어프램을 횡단하는 압력차는 제 2 부품으로부터 제 3 부품으로의 유체 유동이 증가하면서 약 2 인치 내지 약 4 인치의 대기압수주(atmospheric water pressure)의 비교적 일정한 레벨로 제어된다. 예컨대, 제 2 부품으로부터 제 3 부품으로의 유체 유동은 약 100lpm의 유량으로 발생할 수 있다. 추가의 실시예에서, 본 발명의 차단 밸브는 과압 완화 링(overpressure relief ring) 뿐만 아니라 관련된 과압 완화 스프링도 포함한다. 이들 부품은, 내부 경로가 개폐될 때, 제 1 부품으로부터의 과도한 압력의 적절한 감압을 촉진시킨다. 어떤 변형에서, 제 1 부품 내의 압력은 약 10 인치 이하의 대기압수주의 레벨로 유지된다. 예시적 일 실시예에 따르면, 정상 개방된 내부 경로를 폐쇄할 때 유체가 제 2 부품으로부터 제 3 부품쪽으로 흐르면, 제 1 부품과 관련된 감압은 제 2 부품으로부터 제 3 부품쪽으로의 유체 유량에 관계없이 본질적으로 동일하다. 예시적 실시예에서, 본 발명의 차단 밸브는, 그 차단 밸브에 의해 조정되는 유체 유동이 대체적으로 연료를 포함하는 연료 탱크 배출 제어 시스템에 적합하다. 그러한 연료 탱크 배출 제어 시스템은, 예컨대 승용차나 승용 경 트럭 등의 가솔린 엔진 차량에 유리하게 이용된다. 이 실시예에서, 차단 밸브는, 내부의 연료 탱크, 통 및 엔진 정화 제어 밸브 사이에 유체 결합된다. 작동 중에, 연료 탱크 차단 밸브는, 그 내부의 전자 부품의 신뢰할만한 작동에 의존하는 일 없이, 연료 탱크 배출 제어 시스템 내의 탄화수소 통을 정화하는 동시에 거기에 유체 결합된 연료 탱크를 차단하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 연료 증기가 연료 탱크로부터 동시에 빠져나오지 않기 때문에, 내부의 가연성 탄화수소 증기가 통으로부터 신속하고 보다 제어된 속도로 빠져나온다.