KR100349414B1 - 자동차용 공기조절시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 자동차의 탑승자 공간용 공기조절시스템은, 탑승자 공간의 외측에 위치가능한 제 1열교환기(14); 상기 탑승자 공간의 내측에 위치가능한 제 2열교환기(18); 상기 제 1 및 제 2열교환기들 사이의 제 1유체통로(22); 상기 제 1 및 제 2열교환기들 사이의 제 2유체통로(24); 상기 제 1유체통로내에 위치된 팽창장치(16); 상기 제 2유체통로내에 유체적으로 연결된 축압기/건조기(20); 상기 제 2유체통로의 내부로, 그리고 상기 제 1열교환기, 팽창장치, 제 2열교환기 및 축압기/ 건조기들을 순차적으로 통과하는 제 1방향 혹은, 상기 제 2열교환기, 팽창장치, 제 1열교환기 및 축압기/ 건조기들을 순차적으로 통과하는 제 2방향의 각각으로 유체를 펌핑하기 위한 전기적으로 제어되어 변화가능한 스트로크(stroke)를 갖는 압축기(12); 상기 제 2유체통로내에서 유체흐름의 방향을 제어하기 위한 역전흐름수단(32); 하나 혹은 그이상의 검출된 조건에 따라 출력신호를 제공하기 위한 검출수단(36-48); 및 상기 검출수단과 압축기에 전기적으로 연결되어 상기 검출수단으로부터 출력신호를 받고 상기 출력신호에 근거하여 상기 제 2방향으로의 유체의 흐름도중에 압축기의 스트로크를 제어하기 위한 제어수단(26,30);을 포함한다. 본 발명은 탑승자 공간의 가열제어에 있어서 보다 개선되고 정확한 압축기제어를 제공한다.

Description

자동차용 공기조절시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 탑승자 공간용 공기조절시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 탑승자 공간을 가열 및 냉각할 수 있는 공기조절시스템에 관한 것이다.
자동차의 탑승자공간용 공기조절시스템은 종래에도 잘 알려져 있다. 통상적으로 이러한 시스템들은 내부 열교환기(탑승자 공간내부에 위치)와 외부 열교환기(탑승자공간외부에 위치)를 가지고 있다. 한쌍의 유체통로가 이들 열교환기를 연결하여 열교환기들 사이에서 유체가 순환되도록 하고 있다. 팽창장치가 상기 유체통로중의 어느 하나에 위치된다. 압축기(compressor) 및 축압기/건조기(dryer)가 다른 유체통로에 위치된다. 유체가 압축기에 의해서 펌핑되어 상기 외부 열교환기, 팽창장치, 내부열교환기 및 축압기/건조기들을 차례로 통하는 경우, 상기 내부 열교환기를 통과하는 공기는 상기 공기가 탑승자 공간으로 흘러 들어가는 때, 냉각된다. 유체가 상기 내부 열교환기, 팽창장치, 외부 열교환기 및 축압기/건조기들을 차례로 통과하여 역방향으로 펌핑되는 경우, 상기 내부 열교환기를 통과하여 흐르는 공기는 상기 공기가 탑승자 공간으로 흘러가는 때 가열된다. 역전밸브( reversing valve)가 상기 다른 유체통로내에 위치되어 상기 유체를 필요한 흐름방향으로 제공할 수 있다.
통상적으로, 공압구조가 상기 압축기의 변위(displacement)를 조절하기 위하여 사용되고, 이러한 공압구조는 필수적인 고정된 제어 설정점을 갖는다. 이러한구조는 제어작동을 제한하고, 가능한 작동조건범위들을 통한 압축기 변위의 충분한 제어를 제공하지 못하며, 특히 탑승자 공간의 가열 도중에 그러한 것이다. 그리고, 상기 압축기 속도제어의 사용은 자동차에서는 부적합하며, 그 이유는 상기 압축기가 자동차 엔진에 의해서 구동되고, 엔진속도가 지속적으로 변화하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 고정된 제어 설정점을 갖는 공압구조의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 전기적으로 제어되는 변화가능한 스트로크의 압축기를 사용하는 것에 의하여 압축기의 보다 정확한 펌핑성능제어를 이루는 공기조절시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.그리고, 본 발명은 자동차 엔진의 시동개시의 경우나, 엔진이 저온출력을 제공하는 경우에 보다 정확한 펌핑성능 제어가 가능한 공기조절시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.또한, 본 발명은 검출된 조건에 따라서 작동하는 공기조절 시스템을 제공하여 연료소비의 저감 또는 보다 빠른 엔진의 워밍업, 감소된 배기방출및 탑승자의 편의를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조절시스템의 개략 구성도;
도 2는 도 1의 공기조절시스템에 사용되어지는 압축기와 제어밸브의 단면도;
도 3은 도 1의 공기조절 시스템의 압축기 제어 일례를 도시한 플로우 챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10..... 공기조절 시스템 12..... 압축기
14..... 외부 열교환기 16..... 팽창장치
18..... 내부 열교환기 20..... 축압기/건조기
26..... 제어밸브 32..... 역전밸브
36..... 온도센서 38..... 압력 변환기
42,44,46..... 온도센서 48..... 자동차 속도센서
50..... 도선 52..... 제어장치
80..... 풀리 82..... 회전축
86..... 워블 플레이트(wobble plate)
88..... 피스톤 90..... 크랭크케이스 챔버
92..... 외부 챔버 94..... 내부 챔버
본 발명에 따른 자동차의 탑승자 공간용 공기조절시스템은 상기 탑승자 공간의 외측에 위치가능한 제 1열교환기; 상기 탑승자 공간의 내측에 위치가능한 제 2열교환기; 상기 제 1 및 제 2열교환기들 사이의 제 1유체통로; 상기 제 1 및 제 2열교환기들 사이의 제 2유체통로; 상기 제 1유체통로내에 위치된 팽창장치; 상기 제 2유체통로내에 유체적으로 연결된 축압기/건조기; 상기 제 2유체통로의 내부로, 그리고 상기 제 1열교환기, 팽창장치, 제 2열교환기 및 축압기/ 건조기들을 순차적으로 통과하는 제 1방향 혹은, 상기 제 2열교환기, 팽창장치, 제 1열교환기 및 축압기/ 건조기들을 순차적으로 통과하는 제 2방향의 각각으로 유체를 펌핑하기 위한 전기적으로 제어되어 변화가능한 스트로크(stroke)를 갖는 압축기; 상기 제 2유체통로내에서 유체흐름의 방향을 제어하기 위한 역전흐름수단; 하나 혹은 그이상의 검출된 조건에 따라 출력신호를 제공하기 위한 검출수단; 및 상기 검출수단과 압축기에 전기적으로 연결되어 상기 검출수단으로부터 출력신호를 받고 상기 출력신호에 근거하여 상기 제 2방향으로의 유체의 흐름도중에 압축기의 스트로크를 제어하기 위한 제어수단;을 포함한다.
전기적으로 제어되는 변화가능한 스트로크의 압축기를 사용하기 때문에, 본 발명은 상기 공기조절시스템이 탑승자 공간을 가열시킬 때, 압축기의 보다 정확한 펌핑성능제어가 이루어지도록 한다. 이는 보충적인 가열이 필요한 경우에, 즉 자동차 엔진의 시동개시(initial starting)경우나, 혹은 엔진이 저온출력을 제공하는 경우에 특별한 이점을 갖는다. 본 발명은 검출된 조건에 따라서 작동하는 공기조절시스템을 제공하여 연료소비, 보다 빠른 엔진가온(engine warm-up), 감소된 배기방출 및 개선된 탑승자의 편안함등에서 이점을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 상세히 설명한다.
도 1에서, 본 발명에 따른 공기조절시스템 10은 자동차의 탑승자 공간(미도시)을 가열(heating)하거나 냉각하기 위하여 자동차에 사용된다. 상기 공기조절시스템 10은 압축기 12, 외부 열교환기 14, 오리피스 튜브 혹은 팽창장치 16, 내부열교환기 18, 축압기/건조기 20등의 통상적인 부품들을 포함한다. 제 1유체통로 22는 상기 외부열교환기 14를 팽창장치 16를 통하여 내부 열교환기 18에 유체적으로 연결한다. 제 2유체통로 24는 상기 외부열교환기 14를 역전밸브 32를 통하여 내부 열교환기 18에 유체적으로 연결한다. 상기 압축기 12와 축압기/건조기 20는 역전밸브 32를 통하여 제 2유체통로 24에 유체적으로 연결된다.
공기조절시스템 10의 정상(냉각)작동도중에, 상기 역전밸브 32는 X방향으로 유체의 흐름을 허용하도록 설정되어 상기 내부열교환기 18를 통한 공기의 흐름이 냉각되어 공기조절시스템이 탑승자 공간을 냉각하도록 작동된다.
탑승자공간의 최초, 보충 혹은 연장된(prolonged) 가열이 필요한 경우, 상기 역전 밸브 32는 냉매의 흐름을 역전시켜(Y방향으로) 상기 내부 열교환기 18, 오리피스 튜브 16 및 외부 열교환기 14를 통하도록 작동한다. 이러한 모드에서, 상기 공기조절시스템 10은 히트펌프처럼 작동하여 상기 내부 열교환기 18를 통과하는 공기가 가열되어 공기조절시스템이 탑승자 공간을 가열하도록 작동한다.
상기 압축기 12는 전기적으로 변화가능한 압축기이고, 그 작동은 전기변위 제어밸브 26에 의해서 제어된다. 적절한 압축기 12와 제어밸브 26의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 압축기 12는 워블플레이트 압축기(a wobble plate compressor)이다. 다른 예로서, 스워시 플레이트 압축기(a swash plate compressor)가 사용가능하다.
상기 압축기 12는 회전축 82에 연결되고, 밸트 84에 의해서 구동되어지는 풀리 80를 갖는다. 워블플레이트 86가 축 82상에 장착된다. 상기 워블플레이트 86는 하나 혹은 그 이상의 피스톤 88에 연결된다. 크랭크 케이스 챔버 90는 피스톤 88의 일측에 위치되고, 워블플레이트 86는 크랭크케이스 챔버내에 위치된다. 외측 챔버 92와 내측 챔버 94는 피스톤의 양측에 위치된다. 상기 유입챔버 94는 축압기 20에 유체적으로 연결된다. 상기 배출챔버 92는 역전밸브 32에 유체적으로 연결된다. 상기 공기조절시스템 10의 다른 부품들은 도 1에 도시된 바와 같이, 유체적으로 연결된다. 유체는 상기 챔버 90,92,94를 통하여 흐르고, 따라서 상기 챔버내의 유체압력이 제어밸브 26에 의해서 제어된다.
상기 제어밸브 26는 배출챔버 92에 유체적으로 연결된 제 1포트 96; 상기 크랭크 케이스 챔버 90에 유체적으로 연결되고, 유입구로서 작용하는 제 2포트 98; 상기 크랭크 케이스 챔버 90에 유체적으로 연결되고, 배출구로서 작용하는 제 3포트 100; 및, 상기 유입 챔버 94에 유체적으로 연결된 제 4포트 102;들을 갖는다. 상기 제어 밸브 26는 선 28을 통하여 마이크로 프로세서 혹은 그 밖의 컴퓨터 제어유니트로서 바람직하게 이루어지는 제어 유니트 30에 전기적으로 연결된다. 상기 제어 유니트 30는 선 34(도 1참조)에 의해서 하나 혹은 그 이상의 센서들, 즉 상기 내부열교환기 18에 인접한 제 2유체통로 24내의 유체의 온도를 모니터하는 온도센서 36; 상기 축압기/건조기 20로 유입하는 유체의 압력을 모니터하기 위한 압력변환기( a pressure transducer ) 38; 상기 압축기 12를 나가는 유체의 압력을 모니터하기 위한 압력 변환기 40; 상기 엔진 냉매의 온도를 모니터하기 위한 온도센서 42; 대기온도를 모니터하기 위한 온도센서 44; 탑승자 공간내의 온도를 모니터하기 위한 온도센서 46; 및 자동차 속도센서 48등에 전기적으로 연결된다. 상기 제어 유니트 30는 탑승자 공간내에 위치되고 자동차 탑승자에 의해서 상기 탑승자 공간내의 원하는 온도를 선택하도록 작동가능한 수동 조작 제어장치 52에 선 50을 통하여 전기적으로 연결된다.
상기 압축기 12의 스트로크(혹은, 보다 상세히는 피스톤 88의 변위 혹은 스트로크)는 제어밸브 26의 작동에 의해서 제어된다. 상기 제어밸브 26의 부하싸이클(duty cycle)은 크랭크 케이스 챔버 90내의 크랭크 케이스 유체압 Pc; 유입챔버 94내의 유입흡입 유체압 Ps; 및 배출 챔버 92내의 배출 유체압 Po등을 조절하기 위하여 작동된다. 상기 크랭크 케이스 유체압 Pc이 상기 유입 흡입 유체압Ps에 거의 동일한 때, 상기 압축기 12의 스트로크는 최대이다. 상기 크랭크 케이스의 유체압 Pc이 상기 유입 흡입 유체압 Ps보다 클 때, 상기 압축기 12의 스트로크는 최대 스트로크로부터 감소된다. 상기 제어밸브 26의 적절한 제어에 의해서, 상기 압축기 12의 스트로크가 제어될 수 있다.
다른 구성에서, 상기 압축기 12의 스트로크는 배출챔버 92로부터 크랭크 케이스 챔버 90로의 유체흐름을 계측(meters)하고, 크랭크 케이스 챔버로부터 상기 유입챔버 94로 향한 고정된 브리드(a fixed bleed)를 사용하는 전기제어밸브에 의해서 제어될 수 있다. 또 다른 변형 구성에서, 역전구조가, 즉 크랭크 케이스 챔버 90부터 유입 챔버 94로 향한 유체흐름을 계측하고, 상기 배출 챔버 92로부터 크랭크 케이스 챔버로 향한 고정된 브리드를 사용하도록 채택되어질 수 있다. 상기 설명된 부하싸이클 구성과 관련하여, 이러한 변형구성들도 상기 크랭크 케이스 챔버 90내의 압력과 피스톤 88을 가로지르는 압력 균형에 영향을 줌으로서 상기 압축기 12의 스트로크를 제어하는 것이다.
상기 제어 유니트 30는 센서 36-48들과 상기 제어장치 52로부터 하나 혹은 그 이상의 신호를 모니터하며, 상기 제어밸브 26의 작동과, 그리고 상기 검지된 신호에 따르는 압축기 12의 작동을 제어한다. 이러한 구성은 상기 탑승자 공간이 가열되는 때, 공기조절 시스템 10의 가열싸이클 도중에 압축기 12 펌핑성능의 보다 정확한 제어를 제공한다.
탑승자 공간의 가열 도중에 압축기 12의 작동을 위한 제어 유니트 30에 의해서 실행되어지는 가능한 제어 시켄스중의 하나가 도 3에 도시되어 있다. 이러한 시켄스는 단계 54에서, 탑승자 공간의 가열을 위한 개시요청(initial request)으로서 시작한다. 상기 제어 유니트 30는 제어 밸브 26를 동작시켜 단계 56에서 압축기 12에 대한 최소작동 스트로크를 제공한다. 그리고, 상기 제어 유니트 30는 어떠한 지연기준( delay criteria )이라도 단계 58에서 충족되었는지를 검사한다.
만일, 충족하지 않았다면 상기 제어 유니트는 단계 56로 복귀한다. 만일 충족한다면, 상기 제어 유니트 30는 단계 60로 진행하고 상기 제어밸브 26를 작동시켜 상기 압축기 12의 스트로크를 증가시킨다. 다음, 단계 62에서, 상기 제어 유니트 30는 예를들면, 센서 46로 부터의 온도판독값을 모니터하고, 단계 64에서 이러한 온도판독값을 사전에 설정된 최대 레벨에 비교한다. 만일, 상기 센서 46로 부터의 온도 판독값이 상기 사전에 선정된 최대값에 비하여 그 이상일 경우, 상기 제어 유니트 30는 압축기 12를 작동 정지시킨다(단계 66). 만일 상기 센서 46로 부터의 온도판독값이 사전에 선정된 최대값미만일 경우는, 단계 68에서 상기 제어 유니트 30는 온도판독값을 목표레벨에 비교한다. 만일 상기 온도판독값이 상기 목표값이상이라면, 상기 제어 유니트 30는 제어 밸브 26를 작동시켜서 단계 70에서 상기 압축기 12의 스트로크를 감소시킨다. 만일 상기 온도판독값이 목표레벨 미만인 경우는, 상기 제어유니트 30는 제어밸브 26를 작동시켜서 단계 72에서 압축기 12의 스트로크를 증가시킨다. 만일, 상기 온도판독값이 상기 목표레벨에 일치하는 경우는, 상기 제어 유니트 30는 제어밸브 26가 변화하지 않도록 그대로 유지하여 압축기 12의 스트로크를 단계 74에서 그대로 유지한다. 단계 70, 혹은 단계 72 혹은 단계 74를 따른 후, 상기 제어 유니트 30는 단계 62로 복귀하고, 후속하는 시켄스를 반복하거나 혹은, 탑승자 공간의 가열이 더 이상 필요로 하지 않는다면 단계 66로 진행한다.
이와 유사한 제어 시켄스가 상기 제어 유니트 30에 의해서 실행되어 가열싸이클동안 압축기 12의 작동을 제어하도록 실행되어 질수 있다. 예를들면, 상기 압축기 12의 스트로크는 자동차 엔진의 저온 시동(cold start)으로부터 탑승자 공간의 신속한 가열을 위하여 최대로 설정되어질 수 있다. 이러한 부가적인 부하( extra load)는 엔진의 가온시간을 감소시키는 부수의 이익(side benefit)을 갖는다. 최초 작동후, 상기 압축기의 스트로크는 감소되고 탑승자 공간내의 원하는 안정된 온도를 제공하기 위하여 제어된다. 상기 압축기 12의 스트로크는 제어되어 상기 유체의 피크압력(peak pressure)을 제한하고, 상기 내부열교환기 18에 손상이 가해지는 위험을 감소시킬 수 있다. 상기 압축기 12의 스트로크는 유체 서지(fluid surges)의 위험을 감소시키기 위하여 스트로크에서 원활한 증가와 원활한 감소가 이루어지도록 제어될 수 있다. 상기 압축기 12의 스트로크는 변경되어질 수 있고, 상기 외부 열교환기 14의 낮은 유체레벨 혹은 동결(icing)을 검출하기 위하여 압력변화들이 모니터된다. 상기 압축기 12의 스트로크들이 제어되어 상기 외부 열교환기 14의 동결위험을 감소시키거나 혹은 필요한 어떤 제빙싸이클(de-icing cycle)( 탑승자 공간의 온도 감소를 초래할 수 있음)도 감소시키도록 제어될 수 있다. 상기 압축기 스트로크의 조정은 압축기의 윤활을 향상시킨다. 상기 압축기 12의 초기 스트로크는 압축기에 손상을 가할 수 있는 초기 유체 서지의 위험을 감소시키도록 제어될 수 있다. 상기 제어 유니트 30는 자동차의 속도를 모니터하고, 엔진의아이들(idle)동안 탑승자 공간내에 거의 일정온도를 유지하기 위하여 압축기 12의 작동을 조절할 수 있다.
상기 역전밸브 32이외의 다른 역전흐름수단이 본 발명에 따른 공기조절시스템내에 제공되어질 수 있다. 상기 제어 유니트 30는 상기 역전밸브의 작동을 제어하기 위하여 상기 역전 밸브 32에 연결되어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 전기적으로 제어되는 변화가능한 스트로크의 압축기를 사용하는 것에 의하여 압축기의 보다 정확한 펌핑성능제어가 가능하게 되는 효과가 얻어지게 되며, 자동차 엔진의 시동개시의 경우나, 엔진이 저온출력을 제공하는 경우에 보다 정확한 펌핑성능 제어가 가능한 효과가 얻어지는 것이다.또한, 본 발명은 검출된 조건에 따라서 작동하는 공기조절 시스템을 제공하여 연료소비를 줄이고, 엔진의 워밍업을 빠르게 하며, 배기방출을 감소시키고, 탑승자의 편의가 향상되는 효과가 얻어지는 것이다.

Claims (6)

  1. 탑승자 공간의 외측에 위치가능한 제 1열교환기(14); 상기 탑승자 공간의 내측에 위치가능한 제 2열교환기(18); 상기 제 1 및 제 2열교환기들 사이의 제 1유체통로(22); 상기 제 1 및 제 2열교환기들 사이의 제 2유체통로(24); 상기 제 1유체통로내에 위치된 팽창장치(16); 상기 제 2유체통로내에 유체적으로 연결된 축압기/건조기(20); 상기 제 2유체통로의 내부로, 그리고 상기 제 1열교환기, 팽창장치, 제 2열교환기 및 축압기/ 건조기들을 순차적으로 통과하는 제 1방향(X) 혹은, 상기 제 2열교환기, 팽창장치, 제 1열교환기 및 축압기/ 건조기들을 순차적으로 통과하는 제 2방향(Y)의 각각으로 유체를 펌핑하기 위한 전기적으로 제어되어 변화가능한 스트로크(stroke)를 갖는 압축기(12); 상기 제 2유체통로내에서 유체흐름의 방향을 제어하기 위한 역전흐름수단(32); 하나 혹은 그이상의 검출된 조건에 따라 출력신호를 제공하기 위한 검출수단(36-48); 및 상기 검출수단과 압축기에 전기적으로 연결되어 상기 검출수단으로부터 출력신호를 받고 상기 출력신호에 근거하여 상기 제 2방향으로의 유체의 흐름도중에 압축기의 스트로크를 제어하기 위한 제어수단(26,30);을 포함하는 자동차의 탑승자 공간용 공기조절시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 검지수단에 전기적으로 연결되어지는 마이크로 프로세서와, 상기 압축기에 연결되고 마이크로 프로세서에 의해서 작동되어 상기 압축기의 스트로크를 제어하는 제어밸브를 포함함을 특징으로 하는 공기조절시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 검지수단은 제 2열교환기에 인접한 제 2유체통로내의 유체온도, 및/혹은 대기온도, 및/혹은 탑승자 공간내측의 온도를 모니터링하는 온도센서임을 특징으로 하는 공기조절시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 검지수단은 상기 축압기/건조기로 유입하는 유체의 압력, 및/혹은 상기 압축기를 나가는 유체의 압력을 모니터링하는 압력 변환기임을 특징으로 하는 공기조절시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어수단에 전기적으로 연결되고, 출력신호를 제공하는 수동으로 작동가능한 제어장치를 추가 포함함을 특징으로 하는 공기조절시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 역전흐름수단은 역전밸브를 포함함을 특징으로 하는 공기조절시스템.
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