KR19990014931A - 개량된 퍼지 밸브 제어부를 가진 캐니스터 퍼지 시스템 - Google Patents

Abstract

퍼지밸브는 선형힘대 아마츄어(18)상에 작용하는 전류특성을 가진 솔레노이드(S)를 구체화한다. 히스테리시스 효과는 어떤 구조적 특성과 관련된 제어회로에 의해서 밸브를 작동시키는 방식에 의해서 최소화된다.

Description

개량된 퍼지 밸브 제어부를 가진 캐니스터 퍼지 시스템

현재의 시스템은 전형적으로 마이크로프로세서 장착식 엔진 관리 시스템에 의해서 발생된 퍼지제어신호의 제어하에 있는 솔레노이드 작동식 퍼지밸브를 포함하고 있다. 전형적인 퍼지제어신호는 예컨대 5Hz 내지 50Hz의 범위내에 있는 비교적 저주파수를 가진 듀티 사이클 변조식 펄스파형이다. 변조는 0% 내지 100%의 범위에 걸쳐 있다.

어떤 종래의 솔레노이드 작동식 퍼지밸브의 반응은 충분히 빨라서 밸브가 어느 정도 거기에 적용될 펄싱파형에 따르도록 하며, 이것은 유사한 맥동을 얻도록 퍼지유동를 발생시킨다. 이러한 맥동은 언제던지 흡기매니폴드로의 이러한 퍼지유동이 엔진 익스저스트내에서 부적당한 탄화수소 스파크를 발생시킬 수 있으므로 테일파이프 배기제어계를 손상시킬 수 있다. 차량의 정상 작동중에 발생하는 흡기 매니폴드진공의 변화는, 진공영향을 고려하지 않고 진공조절기를 포함한 설비가 장착되었다면, 제어방법을 혼란하게 하는 방식으로 밸브상에서 직접 작용될 수 있다. 더욱이, 저주파수 맥동은 소음으로 될 수 있는 가청소음을 발생시킬 수 있다.

본 발명은 자동차의 내연기관에 장착되는 증발배기 제어 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 엔진용 휘발성 액체연료를 수용하는 탱크로부터 방출되는 연료증기를 수집하는 증기수집 캐니스터와 수집된 증기를 엔진의 흡기 매니폴드로 주기적으로 퍼지하는 퍼지 밸브를 포함하고 있다.

도 1은 본 발명의 원리를 구체화한 캐니스터 퍼지 솔레노이드 밸브의 종단면도이며 증발배기가스제어 시스템과 연결상태로 있는 밸브를 도시하고 있는 도면,

도 2는 변형된 형태를 도시하고 있고 도 1의 원 2의 확대 개략도,

도 3은 본 발명의 원리를 구체화한 캐니스터 퍼지 솔레노이드 밸브의 제2실시예의 종단면도,

도 4는 압력조절기와 연결상태로 있는 도 1의 밸브를 도시한 도면,

도 5는 부가적인 특성이 개략적으로 도시된 상태로 도 1의 밸브를 도시한 도면,

도 6은 부가적인 특성이 개략적으로 도시된 상태로 도 1의 밸브를 도시한 도면,

도 7, 8 및 9는 본 발명의 확실한 특성을 설명하는데 이용한 각각의 그래프도,

도 10은 캐니스터 퍼지 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위한 제어의 개략적인 전기 블록선도.

본 발명의 일반적인 특성은 정밀제어를 혼란하게 하는 작용에도 불구하고 더 정밀한 제어를 제공할 수 있는 캐니스터 퍼지밸브를 제공하는데 있다. 이러한 일반적인 목적의 증진에 있어서, 상세 특성은 선형솔레노이드 액츄에이터를 제공하는데 있다.

다른 상세 특성은 밸브 및 시트요소의 상세와 같은 다양한 구조적인 특성에 관한 것이다.

부가적인 특징에 따라 본 발명의 상기 및 다른 이점 및 이익은 도면을 참조한 이하의 설명 및 청구항에서 나타날 것이다. 도면은 본 발명을 달성하기 위하여 여기서 예측된 최대모드에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 개시한다.

(바람직한 실시예의 설명)

도 1은 증발수집 캐니스터(120) 및 연료탱크(160)와 통상의 형상으로 있는 내연기관(200)의 흡기매니폴드(180) 사이에서 일련으로 연결된 캐니스터 퍼지 솔레노이드 밸브(140)를 포함하는 자동차의 증발배기가스제어 시스템을 도시하고 있다. 엔진관리 컴퓨터(220)는 밸브(140)를 작동시키기 위하여 퍼지제어 신호를 공급한다.

밸브(140)는 도관(280)를 경유하여 캐니스터(120)의 퍼지포트와 연결된 입구포트(23)와 도관(320)을 경유하여 흡기 매니폴드(180)와 연결된 출구포트(22)를 가진 2부분몸체(B1, B2)를 포함하고 있다. 도관(321)은 캐니스터 탱크포트를 연료탱크(160)의 헤드공간에 연통시킨다. 캐니스터 퍼지 솔레노이드 밸브(140)는 길이방향 축선(340)을 가지고 있으며 몸체부분(B1)은 축선(340)과 공축이고 또한 몸체부분(B2)과 조립상태로 있는 상부축방향 끝에서 개방되는 원통형 측벽(360)을 포함하고 있다. 그 하부축방향 끝에서는 몸체부분(B1)이 축선(340)과 공축이고 포트(22)에 의해서 방사상으로 차단된 측벽(11)을 포함하고 있다. 숄더(350)는 측벽(11)을 측벽(360)에 결합시킨다. 측벽(11)은 측벽(11)의 각각의 하부 및 상부부분(11A, 11B)을 결합시킨 숄더를 수용하고 있다. 전자부분은 완전하게 원통형인 반면에 후자부분은 부분적으로 원통형이다. 포트(23)는 측벽(11)의 하부축방향 끝으로부터 뻗어 있는 엘보의 형상으로 되어 있다. 그 자체에 의해서, 몸체부분(B1)은 그 개구상부축방향 끝을 제외하고는 2개의 포트(22, 23)를 둘러싸고 있다.

솔레노이드(S)는 몸체부분(B1)내에 배치되고 조립중에는 몸체(B1)의 개구상부 끝을 통하여 끼워진다. 솔레노이드는 보빈, 보빈장착식 전자기코일을 형성하도록 보빈(8)에 감겨지는 자석와이어(9) 및 보빈코일과 연결된 스테이터를 포함하고 있다. 이 스테이터 구조부는 보빈코일의 상부 끝에 배치된 상부 스테이터 끝부분(7), 보빈코일의 외측둘레에서 원주방향으로 배치된 원통형측 스테이터부분(19)을 포함하고 있다.

상부 스테이터 끝부분(7)은 외주가 측부분(19)의 상부 끝에 끼워지고 또한 부싱(4)이 축선(340)과 공축이되도록 가압되는 구멍을 수용하는 편평한 원형디스크 부분을 포함하고 있다. 또한, 디스크부분은 자석와이어(9)의 끝이 결합되는 한쌍의 보빈 장착식 전기단자(17)의 상향통로를 허용하는 다른 구멍을 수용하고 있다. 끝부분(7)은 디스크 부분으로부터 축선(340)과 공축인 보빈(8)내의 중심 관통구멍내로 일정한 거리만큼 상향으로 뻗어 있는 원통형 넥(7A)을 더 포함하고 있다. 넥(7A)의 내부표면은 원통형인 반면에 그 외부표면은 넥이 보빈관통구멍내로 뻗음에 따라 점차적으로 작아지는 방사상 두께를 제공하도록 원추형이다.

하부스테이터 끝부분(10)은 외주가 측부분(19)의 하부 끝에 끼워지고 부싱(20)이 축선(340)과 공축이 되도록 가압되는 구멍을 수용하는 편평한 원형 디스크 부분을 포함하고 있다. 이 부분(10)은 디스크 부분으로부터 축선(340)과 공축인 보빈(B)내의 중심관통구멍내로 일정한 거리만큼 상향으로 뻗어 있는 상부원통형 넥(10A)을 더 포함하고 있다. 넥(10A)은 균일한 두께를 가지고 있다. 이 부분(10)은 그 하단끝이 측벽(11)의 하부부분(11A)내에서 밀접하게 끼워지도록 디스크 부분으로부터 일정한 거리만큼 하향으로 뻗어 있는 하부원통형 넥(10B)을 더 포함하고 있다. 밸브시트요소(21)는 넥(10B)의 하부끝내로 압입되도록 넥형상으로 되어 있고 O링에 의해서 벽부분(11A)의 내측으로 밀봉되어 있다. 측벽(11)에 끼워지는 하단끝 위에서 넥(10B)이 포트(22)와 시트요소(21)상에 배치되고 넥(10B)에 의해서 경계되는 공간 사이에서 연통되는 다수의 관통구멍(10C)을 수용하고 있다. 측벽(11)의 상부부분(11B)은 관통구멍(10C)을 제한하지 않으므로써 이로한 연통을 제공하도록 상술된 바와 같은 형상으로 되어 있다.

부싱(4, 20)은 축선(340)을 따라 선형운동을 하기 위하여 밸브축(12)을 안내하는데 사용된다. 축(12)의 중심구역은 관형상 아마츄어(18)의 압입을 위하여 약간 확대되어 있다. 축(12)의 하부끝은 밸브시트요소(21)와 접촉하는 밸브요소로 형성되어 있다. 도 1의 밸브요소는 경사진 핀틀의 일반적인 형상으로 되어 있으며 둥근끝을 가진 원추형 팁(12A)을 포함하고 있다. 팁(12A) 바로 위에는 O링 타입의 시일(13)이 시일요소에 대해 밀봉하기 위하여 축둘레에 배치되어 있다. 시트요소의 상세는 도 2와 관련하여 후에 설명된다. 도 1은 포트(22, 23) 사이의 유동통로를 폐쇄하도록 요소(21)상에 안착되어 폐쇄되게 하는 시일을 도시하고 있다. 이 위치에는 아마츄어(18)의 상부부분(18)은 넥(10A)의 상부끝과 넥(7A)의 하부끝 사이에 존재하는 에어갭을 축방향으로 중첩하며, 하지만 약간의 방사상 간극은 아마츄어(18)가 실제적으로 넥과 접촉하지 않아 자기단락을 피하도록 존재한다.

축(12)의 상부끝은 일정한 거리만큼 부싱위로 돌출되어 있고 스프링 시트(3)를 부착하기 위한 형상으로 되어 있다. 몸체부분 사이에서 시일(6)을 끼우도록 직면정합 플랜지를 퍼지하는 클린치링(5)에 의해서 몸체부분(B1)에 부착되는 몸체부분(B2)에는 헬리컬코일스프링(2')이 시트(3)와 몸체부분(B2)의 적당하게 형성된 포켓내에 수용된 다른 하나의 스프링시트(1) 사이에 있다. 보정나사(14)는 축선(340)과 공축인 이러한 포켓내의 구멍내에서 나사결합되며 또한 스프링시트(1)가 포켓에 대해 축방향으로 위치된 범위에서 세팅하기 위한 적당한 회전공구(도시안됨)에 의해서 외부에서 접근가능하다. 구멍내로의 보정나사(14)를 돌리면 시트(1)는 스프링시트(3)를 향하여 점진적으로 이동하여 이 과정에서 스프링(2')를 점진적으로 가압한다. 단자(17)는 엔진관리 컴퓨터(220)에 연결된 컨넥터(도시안됨)와의 정합맞물림을 위한 전기 컨넥터(15)를 형성하도록 몸체부분(B2)내에 장착된 단자(16)와 결합된다.

솔레노이드(S)가 전류에 의해서 점진적으로 여자화되면, 아마츄어(18)는 밸브가 시트로부터 떨어지도록 스프링(2')의 대향스프링력에 대향하여 상향으로 당겨지며 또한 유동이 포트(22, 23) 사이에서 발생될 수 있도록 밸브를 개방시킨다. 통상, 밸브의 개방도는 전류흐름을 제어함으로써 밸브를 통한 퍼지유동이 제어되도록 코일을 통한 전류흐름의 크기에 좌우된다. 이러한 제어 및 제어반응은 본 발명의 신규의 특성의 설명과 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 2는 축(12)의 하부 끝에 있는 밸브요소의 변형된 형태의 상세 및 시트요소의 상세를 도시하고 있다. 밸브요소는 둥근팁(12B), 팁(12)으로부터 뻗어 있는 절두원추형 경사부위(12C) 부위(12C)로부터 뻗어 있는 직선원통형부위(12D), 부위(12C) 바로 위에 있는 축상에 배치된 고무 0링 타입의 시일(13), 및 시일의 상부끝의 일체형 백업플랜지(12F)를 포함하고 있다. 시트요소(21)내의 관통구멍은 직선원통형부위(21B)와 이 부위(21B)로부터 뻗어 있는 절두원추형 시트표면(21C)을 가진 내측으로 향한 숄더(21A)를 포함하고 있고 넥(10B)에 의해서 경계되는 내부공간으로 개방되어 있다. 도시된 폐쇄위치에서, 시일(13)의 둥근표면부분은 부위(21B)에 근접한 시트표면(21C)과 원주방향으로 연속 밀봉접촉되어 있다.

밸브축이 밸브요소를 시트요소로부터 떨어지도록 초기에 상향으로 변위됨에 따라, O링 시일(13)은 시트표면(21C)과 헐겁게 접촉되며, 하지만 직선부위(12D)는 일정량의 상향이동 동안에 계속해서 부위(21B)와 축방향으로 중첩된다. 따라서, 유동의 효과적인 개방면적은 이러한 중첩이 중지될 때까지 대체로 일정하며 이때 경사부위(21C)는 부위(21B)와 동일한 면적으로 된다. 축(12)의 계속된 상향운동은 팁(21B)이 통과될 때까지 효과적인 면적이 점진적으로 증가되도록 한다. 팁이 부위(21B)로부터 통과된 후, 관통구멍은 밸브요소에 의해서 제한되도록 중지된다.

도 3은 캐니스터 퍼지 솔레노이드 밸브의 다른 실시예를 도시하고 있으며 여기에서 도 1 및 도 2의 동일부분과 대응하는 부분은 약간의 차이 있더라도 동일한 참조번호로 표시되었다. 도 3과 도 1 사이의 현저한 차이만 설명된 것이며 각 부분, 밸브에 대한 부분의 관계 및 그기능은 동일하다. 도 3에 있어서, 포트(23)는 엘보와 달리 직선이며 시트요소(21)는 분리인설트와 달리 몸체부분(B1)내에서 일체적으로 형성되어 있다. 축(12)은 상부축부분(12')과 하부축부분(12)으로 이루어진 2부분 구조부를 포함하고 있다. 상부축부분(12')은 부싱(4)에 의해서 안내되며 도 1에 도시된 바와 같이 스프링 시트(3)에 부착되도록 상향으로 통과하며 하지만 아마츄어(18)는 축부분(12')의 하부끝에서 가압하기 위하여 막힌 구멍을 가지고 있다. 원통형 슬리브(27)의 상부끝은 넥(7A)의 내측에 끼워지고 슬리브의 하부끝은 넥(10A)의 내측에 끼워지며 그넥의 전체 길이 뿐만아니라 숄더(10D) 만큼 넥(10B)내로 부분적으로 뻗어 있다. 슬리브(27)는 아마츄어와 상부축부분으로 이루어진 조립체가 2개의 축방향으로 이격된 위치에서 안내되도록 아마츄어(18)의 선형운동을 위한 안내부를 제공한다.

슬리브(27)는 스테이터 끝부분에 대한 아마츄어의 다른 손상적인 자기단락을 피하도록 높은 자기저항재질로 되어 있다. 황동은 슬라이딩에 대한 낮은 마찰저항을 가지고 있으므로 슬리브에 적합한 재질이다. 바람직하게 부싱(4, 20)은 자기단락을 피하고 슬라이딩에 대한 낮은 마찰저항을 제공하는 재질로 이루어졌다. 흑연이 함유된 청동은 적당한 재질이다. 축(12)은 바람직하게 아마츄어(18)가 본질적으로 넥(7A, 10A) 사이의 자기회로 에어갭내에 배치된 플럭스도체로 되도록 비자성 스텐레스강으로 이루어졌다.

하부축부분(12)은 부싱(20)에 의해서 안내되며 둥근 상부팁끝 아래로 일정한 거리만큼 이격된 플랜지(25)를 포함하고 있다. 헬리컬코일스프링(24)은 부싱으로부터 떨어진 상향방향으로 하부축부분(12)을 탄성적으로 가압하기 위하여 부싱(20)의 상부끝과 플랜지(25) 사이의 축부분(12) 둘레에 배치되어 있다. 아마츄어(18)의 하부끝은 축부분(12)의 상부팁끝 보다 약간 더큰 직경과 약한 오목한 베이스를 가진 막힌 구멍을 수용하고 있다. 축부분(12)의 둥근 상부팁끝은 스프링(24)의 힘으로 인해 구멍(29)의 오목한 베이스에서 지탱된다. 스프링(24)에 의해서 발휘된 힘은 스프링(2')에 의해서 발휘된 힘 보다 더 적어서 스프링(24)은 단지 하부축부분(12)이 아마츄어(18)의 상향변위를 따르도록 한다. 밸브가 개방될 때, 아마츄어(18)의 하향변위는 아마츄어와 일치하여 축부분을 하향으로 가압하도록 축부분(12)상에 직접 작용하며 이에 따라 스프링을 그 과정에서 점진적으로 가압한다. 도 3에 도시된 축의 2부분 구조부의 중요한 이점은 부싱과 밸브시트의 정렬이 도 1의 1부분축 구조부에서 보다 덜 정밀하다는 점에 있다. 따라서 더많은 부품이 도 3의 실시예에서 요구하더라도 각각의 부품의 제조 간극이 감소될 수 있다. 도 3의 2부분축과 같이 2부분축은 적당한 상황하에서 도 1의 밸브내에서 설계될 수 있다. 솔레노이드가 여자화될 때 넥(7A)과 넥(10A) 사이의 아마츄어를 통과하는 자장라인은 축방향 구성요소가 우세할지라도 축방향 및 방사상 구성요소를 모두 가지고 있다. 실제적인 사항으로서의 방사상 구성요소는 완전하게 평형으로 되지 않으며 그래서 정미방사상 힘을 아마츄어상에 발휘하여 아마츄어를 측방향으로 가압한다. 2부분 축구조부는 아마츄어 상에서 발휘하는 자기력의 정미방사상 구성요소가 중요한 밸브에서 유리하다. 도 3의 밸브상의 이러한 자기력의 효과는 아마츄어 및 상부축부분상에서 만 작용하며, 그 선형운동이 단지 2지점 안내부를 가지고 있으므로, 이러한 방사상 힘의 영향은 도 1에서와 같이, 2지점 안내부의 경우에서 보다 더 쉽게 묵인될 수 있다. 따라서, 3지점 안내부는 전형적으로, 더 정밀한 정렬 및 더 밀접한 부분 및 조립간극을 필요로 한다. 도 3에 있어서, 아마츄어상에서 작용하는 방사상힘은 구멍(29)의 오목한 베이스와 축부분(12)의 둥근팁 끝 사이에서 접촉하는 성질 및 구멍과 축부분 사이에 제공된 방사상 간극으로 인해 어떤 중요한 방식으로 하부축부분(12)에 전달되지 않는다. 부싱(20)으로의 밸브시트요소의 정렬제어와 슬리브(27)으로의 부싱(4)의 정렬제어는 독립적으로 달성될 수 있으며 이것은 3지점 정렬에 전형적으로 필요한 더큰 정밀도를 제거한다. 시트요소(21)와 하부축부분(12)의 하부끝은 밸브가 정해진 최소량으로 개방되고 엔진 매니폴드 진공이 정해진 최소 즉 음속유동 보다 더클 때 흡기 매니폴드 진공내에서 변화되는 것을 실질적으로 느끼지 못하는 유동을 제공하도록 형성된다. 시트요소(21)는 도시된 바와 같이 노즐형상인 측표면(21X)과 측표면(21X)의 하부 끝에 있는 숄더(21Y)를 포함하고 있다. 숄더(21Y)는 포트(23)를 통하여 포트(22)로 유도되는 밸브통로의 내로의 개구부를 제한한다. 측표면(21X)에 직면한 하부축부분(12)의 측벽표면(12X)은 도시된 바와 같이 오목하게 형성되어 있다. 축부분(12)의 하부팁 끝은 도시된 바와 같이 밸브가 폐쇄될 때 숄더(21Y)의 상부표면에 의해서 제공된 시트와 원주가 완전한 밀봉접촉을 가지는 고무시일(13) 수용하고 있다.

측벽(11)은 포트(22)를 향한 개구부를 제외하고는 전체가 직선 인점이 다르다. 넥(10B)은 유동을 위한 측벽(21X)의 상부끝 바로 위의 공간을 제공하여 밸브가 개방될 때 유동이 숄더(21Y)에 의해서 제한된 개구부를 통과한 후 포트(22)로 통과하도록 측벽(11)의 짧은 하부끝을 정지시킨다.

솔레노이드(S)는 전류에 의해서 점진적으로 여자화되면, 아마츄어(18)는 스프링(2')의 대향 스프링력에 대항하여 상향으로 당겨진다. 스프링(24)은 하부축부분(12)을 가압하며 이에 따라 시일(13)을 숄더(21Y)에 의해서 제공된 시트에서 떨어지게 하고 밸브를 개방시켜 유동이 포트(22, 23)에서 발생될 수 있다. 다시한번 언급하면, 밸브의 개방도는 전류흐름을 제어함으로써 밸브를 통한 퍼지유동이 제어되도록 코일을 통한 전류흐름의 크기에 좌우된다.

이러한 제어 및 밸브반응의 상세는 본 발명의 신규 특성의 설명과 관련되어 더욱 상세하게 설명된다.

도 4는 공압조절기(PR)와 결합된 도 1의 밸브(140)를 도시하고 있다. 공압조절기는 밸브개방의 소정량 동안 흡기매니폴드와 별개로 실질적으로 일정한 유동을 제공하고 이러한 진공이 일정한 최소값을 초과하는 것을 제공하도록 기능하다. 이것은 많은 제어방법을 필요로 한다. 밸브(140)가 개방될 때, 출구포트(22)는 공압조절기를 통하여 흡기매니폴드 진공부에 연통되며, 후자는 도관(400)을 경유하여 포트(22)에 연결된 입구포트(25A)와 도관(410)을 경유하여 매니폴드(180)에 연결된 출구포트(28A)를 가지고 있다.

공압조절기(PR)는 몸체와 다이아프램 사이의 팽창체적(31)을 형성한 내부 다이어프램(26)을 수용한 몸체(30)를 포함하고 있다. 밸브(32)는 다이아프램의 일체적 부분인 강성의 인설트에 부착되고 다이아프램의 중심구역에 배치된다. 다이아프램의 주위 가장자리는 캡을 몸체에 부착하기 위하여 일체형 스냅패스너(34)를 가진 캡(29)에 의해서 몸체(30)의 림에 대해 가압되어 유지된다. 제2팽창 체적(35)은 다이아프램과 캡의 내측에 의해서 형성되고 벤트 오리피스(36)를 통하여 대기로 연통된다. 스프링(37)은 포트(28A)로부터 뻗어 있는 통로의 끝에 있고 밸브와 접촉하기 위해 배치된 시트(27)로부터 멀리 떨어진 방향으로 다이아프램과 밸브를 가압하기 위하여 몸체내에 배치된다. 흡기 매니폴드 진공이 점진적으로 증가함에 따라, 팽창체적(31)내의 진공은 스프링(27)의 힘과 대향되고 다이아프램이 시트를 향해 축방향으로 이동되도록 하는 다이아프램상에 힘을 발휘한다. 진공이 충분한 레벨에 도달할 때, 밸브(32)는 시트(27)에 대해 밀봉하여 포트(23, 28A) 사이의 연통을 차단한다. 그 다음에 체적(31)에서의 진공은 캐니스터 퍼지밸브(140)를 통하여 역으로 감소될 수 있으며 다이아프램상의 힘은 밸브(32)와 시트(27) 사이의 시일을 유지하는데 불충분한 레벨로 감소된다. 스프링(37)의 힘이 밸브를 떨어지게 하면, 체적(31)의 진공은 다시 밸브와 접촉하도록 충분할 때까지 증가하기 시작한다. 이것은 체적(31)내의 평균 진공레벨을 유지하는데 필요한 것으로서 반복되는 조절 사이클이다. 이러한 평균 레벨은 스프링힘과 다이아프램의 유효면적의 기능이다. 이러한 평균진공이 실질적으로 일정하므로, 밸브(140)를 통한 유동은 마찬가지로 필요한 최소진공레벨위로의 흡기매니폴드진공의 변화에도 불구하고 밸브의 소정의 개방도에 대해 일정하다. 도 4는 분리조립체로서 조절기(PR)를 도시하였지만, 조절기는 필요하다면 캐니스터 퍼지밸브와 일체로 될 수 있다. 조절기내에서의 밸브작동은 진공크기의 실제조절이 발생하도록 포트(28A)와 팽창체적(31) 사이에서 발생한다.

도 5는 도 1의 밸브내에 추가된 특징을 합체한 것이다. 이러한 특징은 솔레노이드(S)의 근처에 있는 몸체의 벽을 통한 대기 브리드의 배제이다. 이러한 특징의 상세 실시예는 벽내측의 공간을 대기와 연통시키도록 배열된 오리피스(500)와 필터(502)를 포함하고 있다. 필터의 사용은 어떤 이물질이 밸브내로 들어오는 것을 방지하는데 있다. 이러한 브리드는 퍼지유동통로로부터 솔레노이드를 수용하는 공간 상향으로 들어올 수 있는 진공의 어떤 현저한 층적을 방지하고 솔레노이드 작동중에 이러한 진공의 잠재 역영향을 방지한다.

도 6은 진공이 솔레노이드 작동에 악영향을 주는 것을 방지하는 동일 목적을 달성하도록 다른 수단을 도시하고 있다. 이 수단은 도시된 바와 같이 솔레노이드 공간에서 오리피스(504) 및 일방향 체크밸브(506)를 경유하여 캐니스터 포트로 순환시키는 단계를 포함하고 있다. 체크밸브는 증발배기가스 시스템의 등록된 누출시험중에 브리드 오리피스를 밀봉하는데 사용되며 또한 이러한 시험중에 누출되지 않는 것을 보장하기에 충분한 차동작동을 하여야만 한다. 출구포트(22)와 달리 입구포트(23)가 캐니스터에 연결된다는 사실은 포트(23)에 대해 시일(13, 24)에 넘어서 배치된 퍼지밸브구조부의 그 부분에서 대기로의 유동통로가 조절필요조건을 동의한 시스템에서의 오테스트 결과를 발생시키지 않기 때문에 이러한 시험에서 유리하며 반면에 포트(22)를 캐니스터 포트로서 사용하는 시스템상의 시험은 대기로의 유동통로로 인해 순응하지 않는 것을 나타낸다.

상기 실시예에서의 솔레노이드(S)의 구성 및 배열은 솔레노이드에 그 작동범위에 걸쳐 실질적으로 선형작동 특성을 부여한다. 솔레노이드의 선형작동 특성은 아마츄어 근처에 있는 스테이터 구조의 상대형상에 의해서 얻어진다. 이러한 형상은 솔레노이드가 스프링(2') 없이 아마츄어에만 작용하면, 아마츄어상에 발휘되는 축방향 자기력이 솔레노이드 코일(9)내에 흐르는 전류의 실질적인 선형기능을 할수 있도록 한다. 스프링(2')의 효과가 고려되면 (스프링이 선형압축 대 예시된 실시예에서의 힘특성을 가지면) 소정의 전류가 흐르는 동안에 아마츄어는 축선(340)에 따른 위치를 취하며 여기에서 자기력과 스프링힘은 서로 상쇄된다. 전류가 증가되면 아마츄어가 점진적으로 상향으로 변위되어 힘이 평형상태로 될 때까지 점진적으로 스프링을 가압하는 반면에 전류가 감소되면 스프링은 평형이 다시 달성될 때까지 완화된다. 어떤 소정의 퍼지밸브의 실제유동 특성은 솔레노이드의 선형작동 특성 뿐만아니라 밸브요소의 설계에서 구체화된 유동특성 및 힘 즉 스프링(2')의 압축특성의 기능을 가지고 있다. 따라서, 유동 대 어떤 정해진 퍼지밸브의 전류특성은 특정사용요건에 따라 선형 또는 비선형으로 될 수 있다. 예컨대, 비선형 특성을 구비한 스프링은 선형특성 대신 사용될 수 있다. 캐니스터 퍼지밸브의 단자(16)를 가로질러 적용되는 바람직한 전기입력은 실질적으로 일정한 전압 진폭을 가지고 있고 일정한 주파수에서 발생하는 장방형전압펄스로 이루어진 펄스폭 조정식 파형이다. 펄스의 폭은 밸브가 개방되고 펄스폭을 변화시킴으로써 밸브가 다양한 개방도로 작동되는 범위를 결정한다. 펄스폭은 증가함에 따라, 솔레노이드 코일을 통하여 흐르는 평균전류로 된다. 코일내에서 발생되고 아마츄어(18)상에서 작용하는 자기장의 강도가 코일의 회전수와 전류의 곱과 동일하므로, 아마츄어에 적용된 힘은 펄스퍽이 증가함에 따라 증가된다. 폐쇄된 펄스밸브를 개방(개시개방 또는 STO값)하는데 필요한 최소펄스폭은 스프링(2')이 보정나사에 의한 스프링시트(1)의 위치조정에 의해서 압축되는 범위로 설정된다. 하지만, 이러한 펄스의 종결에 따라, 스프링(2')은 밸브요소를 폐쇄위치를 향하여 가압하기 시작한다. 연속펄스가 일정시간내에 적용되지 않으면, 밸브요소는 시트표면과 재접촉한다. 예컨대, 도 1 내지 도 3의 밸브와 같은 이러한 제1펄스가 펄스밸브에 적용되면, 시일(13)은 퍼지밸브를 통한 약간의 유동을 허용하도록 실제로 헐겁게 접촉하여 하지만 그다음 펄스가 충분한 시간내에 적용되지 않으면, 스프링(2')의 작용에 의해 시트표면에 대해 가압한다. 시트에 충격되는 전체 매스는 일정한 관성을 가지고 있으며, 스프링(2')의 힘에 관련하여, 관성충격력은 이동매스가 어느 정도 반동되도록 한다. 도 1 내지 도 3의 개시된 실시예에서와 같이 밸브요소가 탄성중합체 시일(13)을 포함하는 경우에, 그 압축특성은 시트충격으로 인해 어떤 효과를 가질 수 있다. 이러한 현상은 스프링력과 결합된 자기 및 충격력을 각각 나타내는 대향 벡터에 의해서 도 2에 도시되어 있다.

도 7은 14.0 VDC 진폭의 PWM 전압과 75Hz 주파수가 적용되는 퍼지밸브의 유동대 듀티 사이클 특성을 도시하고 있다. 시트요소와의 밸브요소의 충격은 대략 10% (밸브가 개방하기 시작할 때) 내지 대략 25% 듀티 사이클의 범위에 걸쳐 발생한다. (10% 듀티사이클 아래의 SLPM 유동은 시험장비내에서의 누출을 나타내지만 폐쇄된 퍼지밸브를 통하여서는 누출되지 않는다. 이러한 범위의 상부끝에서, 즉 약 22% 내지 24% 듀티 사이클에서는 듀티 사이클이 증가함에 따라 유동이 실제로 약간 감소되는 변이가 있다. 24% 듀티 사이클이상에서는 더 이상의 충격은 없으며, 그 특성은 유동이 대략 72SLPM인 약 50% 듀티 사이클에 이르기 까지 실질적으로 선형이다. 약 50%-60% 듀티 사이클에서는 선형성이 감소되며, 약 60% 듀티 사이클 이상에서는 유동이 실질적으로 일정하여 최대 유동을 나타낸다. 이러한 특성은 일정한 사용에 있어서 만족하지만 낮은 듀티 사이클 범위에서 더좋은 선형성을 가지는 것은 바람직하다. 이러한 개량은 다양한 방식에서 얻어질 수 있다.

도 8은 여기에서 PWM 전압을 솔레노이드에 적용하여 발생된 것이 평균전류이다. 유동이 평균전류의 기능으로서 구성된 개량 특성을 도시하고 있으며 이러한 개량에서 얻은 하나의 방법은 도 2에 도시된 밸브요소 구성을 활용함으로써 얻어진 것이며 여기에서 직선 원통형부위(12D)는 시트표면에 대한 밸브요소의 위치조정의 일정한 초기범위 동안에 시트요소의 원통형표면(21B)와 중첩된다. 이것은 개방면적이 밸브요소의 개방운동의 초기범위에 걸쳐 실질적으로 변화되지 않도록 하며, 이러한 기여는 이러한 구역내에서의 특성커브를 선형으로 만드는데 조력한다. 펄스 주파수를 예컨대 150Hz로 증가시키는 것은 유리할 수 있다.

도 8은 특성 플롯이 약간의 히스테리시스를 가지고 있다는 것을 가지고 있다. 이것이 어떤 사용에 대해 관찰될 수 없더라도, 이하에서 상세하게 설명될 것이고 PWM 신호를 적용하는 과정은 그 효과를 제거할 수 있다. 따라서 퍼지밸브 자체는 이러한 히스테리시스를 최소화하도록 구성되며 퍼지밸브가 작동되는 방식도 히스테리시스를 더욱 최소화 할수 있다.

도 9는 유동이 평균 전류의 기능으로서 각각 구성되는 일련의 특성 플롯을 개시하고 있다. (작은 히스테리시스 효과는 예시의 간략성을 위하여 각각의 특성플롯에 도시하지 않았다. 각각의 특성플롯은 흡기매니폴드 진공의 특정 크기의 기능으로서 나타난다. 300㎜, 진공에서의 특성플롯은 254㎜, 진공에 대한 도 8에서 도시한 특성플롯과 유사하다. 이러한 도 9는 공압조절기가 사용되지 않을 때 도 1의 경사진 핀들 밸브와 같은 퍼지밸브의 특징을 도시하고 있다. 도 4에서와 같이 유압조절기의 사용은 실질적으로 퍼지밸브상의 상이한 매니폴드의 진공크기의 효과를 제거하며 이러한 조절퍼지는 본질적으로 단일 특성플롯을 가진다.

솔레노이드에 대한 PWM 입력에 반응하여, 코일내의 전류흐름은 펄스주파수에 대한 주파수에 관련된 변동구성요소에 겹쳐지는 평균 DC 구성요소로 이루어지는 복합전류를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 아마츄어와 축의 전체 매스는 매스가 이러한 복합전류에 따르도록 솔레노이드의 자기력 특성에 관련하여 선택된다. 즉, 매스는 평균 DC 구성요소에 상관된 위치에 위치되고 이 위치에서 약간 흔들린다. 이러한 흔들림은 흔들림이 없이 발생되는 정마찰의 영향을 최소화하고 히스테리시스의 영향을 감소시킴으로써 밸브위치의 변화를 요구하는 전류입력을 변화시키는 개량반응에서 이점이 있다. 밸브요소가 단지 약간 개방될 때, 연속펄스전에 시트표면과의 충격은 그 자체가 바람직하지 않지만 밸브요소가 이 하부범위 위에서 작동될 때에 얻어진 현저한 이점으로 되는 흔들림의 결과로 될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 효과는 밸브요소와 이러한 하부범위내에서의 초기변위에 대한 시트 개구부 사이의 일정한 개방 면적을 제공하는 도 2의 밸브요소 설계에 의해서 개선될 수 있다. 흔림림 양은 상당히 작으며, 실제로 과도한 흔들림은 퍼지유동에 있어서 바람직하지 못한 맥동을 발생시킬 수 있으므로 피해져야 한다.

히스테리시스의 효과는 딜리버에 사용되고 솔레노이드 코일내의 전류를 제어하는 회로에 의해서 감소될 수 있다. 도 10은 예시적인 회로를 도시하고 있다. 회로는 3개 단자 고체구동기(600), 전류감지 레지스터(602), 신호조절증폭기(604), A/D(아날로그 대 디지탈) 변환기, 및 전류기준/제어로직(608)을 포함하고 있다. 고체구동기(600)는 그 주전도단자(600a, 600b) 사이에서 제어된 전도통로를 가지고 있다. 단자(600a)는 접지에 연결되고 단자(600b)는 레지스터(602)의 한쪽단자에 연결되어 있다. 레지스터(602)의 다른 쪽 단자는 솔레노이드코일(9)의 한쪽단자에 연결되며 솔레노이드 코일(9)의 다른쪽 단자는 바람직하게 잘 조정되는 포지티브 DC 포텐셜에 연결되어 있다. 고체구동기(600)는 단자(600a, 600b) 사이의 그 주전도통로를 통한 전도성을 제어하는 제어입력단자(600c)를 가지고 있다. 단자(600c)는 전류기준/제어로직(608)으로 부터의 PWM 출력신호가 구동기(600)의 제어입력에 적용되도록 레지스터(612)를 통하여 연결되어 있다. 신호조절증폭기(604)의 입력은 레지스터(602)를 가로질러 연결되고 그 출력은 A/D변환기(606)에 연결된다. A/D변환기(606)의 출력은 전류기준/제어로직(608)의 한쪽 입력에 연결되는 반면에 전류기준/제어로직의 다른쪽 입력은 바람직한 PWM 신호를 명령하는 신호를 제공하는 소스로부터 솔레노이드 코일로 입력신호를 수신한다. 레지스터(602)를 제외한 많은 회로소자와 구동기(600)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 얀자의 조합한 마이크로제어기 장착식 엔진관리 시스템에서 구체화될 수 있다.

레지스터(602), 조절증폭기(604), A/D변환기(606) 및 전류기준/제어로직(608)은 코일(9)을 형성하는 동선의 저항을 변화시키는 온도변화를 보정하는데 사용되는 코일전류 피드백 정보를 제공한다. 이러한 방식에 있어서, 코일내에서의 소요전류 흐름을 변화시키는 코일의 저항에서의 온도유도변화의 효과는 본질적으로 제거된다. 코일의 한쪽단자에 적용되는 DC 공급전압이 잘 조절되지 않으면, 이것은 모니터링될 수 있으며 어떤 변화도 유사한 방식으로 보정될 수 있다. 이러한 보정은 코일내의 전류흐름이 엔진관리 컴퓨터에 의해서 명령되는 것을 보장한다. 보정은 구동기(600)를 작동시키도록 적용된 실제 펄스의 펄스폭을 조정하는 형태를 취하며, 이러한 보정은 때때로 일정 변환전류제어로 칭해진다.

히스테리시스는 바람직한 위치가 통상 동일방향으로부터 접근되도록 하는 제어방법을 사용함으로써 제거될 수 있다. 도 8은 하강유동 특성과 상승유동 특성을 도시하고 있다. 이러한 제어방법을 활용함으로써, 명령된 위치는 2개의 특성중의 하나에 통상 도달될 수 있다. 예컨대 상승유동 특성이 사용되고 밸브가 개방을 증가시키는 방향으로 이동하도록 명령되면, 명령입력은 간단하게 바람직한 목표위치에 있게 한다. 한편, 밸브가 개방을 감소시키는 방향으로 이동하도록 명령되면, 명령압력은 먼저 개방을 감소시키는 방향으로 약간의 오버쇼트(over shoot)를 발생시키며(밸브는 실제로 하강유동 특성을 따르게 되므로), 그후 명령은 목표위치로의 개방을 증가시키는 명령이어야 한다(이동안에 밸브는 상승유동 특성을 따른다).

본 발명의 바람직한 실시예는 예시되고 설명되었지만, 원리는 다음의 클레임의 범위에 해당하는 다른 실시예에 적용가능하다. 예컨대, 도 1 및 도 3은 세트나사보정을 도시하였지만, 조립전에 각각의 보정스프링의 선택에 의해서 이러한 보정을 제거하는 것은 가능하며 그러나 이러한 변경은 대량생산에 있어서는 고가로 될 수 있다. 마찬가지로, 상이한 회로구성요소는 등가방식으로 실행되는 제어회로를 구성하는데 사용된다. 또한, 오리피스는 퍼지유동 통로내에 배치될 수 있다. 도 4는 캐니스터 포트(23)의 입구에 배치된 고정 오리피스를 포함하는 환형의 부재를 도시하고 있다. 이 오리피스 부재는 경사진 핀들 밸브요소가 시트요소를 통한 유동을 더 이상 제한하지 않도록 충분하게 개방될 때 그 자체에 의해서 퍼지밸브의 유동특성을 형성하는 단계를 포함하는 퍼지유동 특성의 비례 감소를 제공한다. 가변 오리피스는 퍼지유동통로내에 배치될 수 있다. 바람직하게는 이 가변 오리피스는 퍼지밸브요소와 매니폴드 사이에 배치된다.

Claims (5)

1. 엔진의 흉기 매니폴드와 연료탱크내의 휘발성 연료에 의해서 발생된 중기를 수집하는 연료증기수집 캐니스터 사이에 배치된 전기작동식 캐니스터 퍼지밸브는 상기 캐니스터 퍼지밸브가 퍼지유동을 허용하는 범위로 설정되는 퍼지제어신호에 따라 상기 흡기매니폴드로의 상기 캐니스터의 퍼지를 제어하는 내연기관연료 시스템용 증기수집 시스템에 있어서,

   상기 캐니스터 퍼지밸브는 캐니스터 퍼지밸브가 상기 캐니스터로부터 상기 매니폴드로의 유동을 제한하는 범위를 형성하기 위하여 솔레노이드에 의해서 밸브시트에 대해 축방향으로 위치되는 밸브요소와 선형 솔레노이드, 평균전류유동의 작동범위에 걸쳐 있는 상기 코일내의 평균전류 흐름에 선형적으로 관련된 상기 밸브를 점진적으로 개방하는 방향으로 작용하는 자기력의 구성요소를 제공하는 상기 솔레노이드, 상기 밸브요소를 상기 밸브시트를 향하여 가압하도록 작용하는 스프링력을 발휘하는 가압스프링, 및 PWM 전류를 상기 선형 솔레노이드에 전달하는 제어수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관연료 시스템용 증기수집 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 보정수단은 상기 솔레노이드의 코일의 저항에서의 온도유도변화에도 불구하고 소요전류를 유지하도록 상기 PWM 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 내연기관연료 시스템용 증기수집 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM 전류는 상기 밸브요소에 대한 바람직한 위치를 설립하는 DC 구성요소와 약간의 흔들림을 이러한 위치에서 밸브요소로 전달하는 상기 변동구성요소를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관연료 시스템용 증기수집 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 솔레노이드와 밸브요소는 약간의 히스테리시스를 가지고 있으며 상기 제어수단은 목표위치가 동일한 방향으로부터 통상 접근되도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관연료 시스템용 증기수집 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 보정수단은 상기 솔레노이드의 코일에 적용된 전압크기의 변화에도 불구하고 소요전류를 유지하도록 상기 PWM 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 내연기관연료 시스템용 증기수집 시스템.