KR100439815B1 - 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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KR100439815B1 KR10-2002-0031477A KR20020031477A KR100439815B1 KR 100439815 B1 KR100439815 B1 KR 100439815B1 KR 20020031477 A KR20020031477 A KR 20020031477A KR 100439815 B1 KR100439815 B1 KR 100439815B1
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Abstract

본 발명은 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어컨 시스템 가동시 이베퍼레이터로부터 냉매를 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서로 보내는 기존의 컴프레서 외에, 이베퍼레이터로부터 컨덴서를 거쳐 팽창밸브로 이어지는 별도의 보조냉매라인을 설치하고, 이 보조냉매라인상에 차량 전방으로부터 자연 유입되는 고속의 주행풍을 이용하여 냉매를 흡입ㆍ압축하는 보조냉매압축장치를 추가 구성하여, 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 때 상기 보조냉매라인 및 보조냉매압축장치에 의해 냉매의 흡입ㆍ압축이 이루어지도록 함으로써, 에어컨 시스템 가동시 컴프레서 구동에 의해 엔진에 걸리는 부하를 줄일 수 있고, 엔진 출력의 저하를 최소화할 수 있는 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법{System for compressing refrigerant for automobile air conditioner and method for controlling it}
본 발명은 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어컨 시스템 가동시 이베퍼레이터로부터 냉매를 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서로 보내는 기존의 컴프레서 외에, 이베퍼레이터로부터 컨덴서를 거쳐 팽창밸브로 이어지는 별도의 보조냉매라인을 설치하고, 이 보조냉매라인상에 차량 전방으로부터 자연 유입되는 고속의 주행풍을 이용하여 냉매를 흡입ㆍ압축하는 보조냉매압축장치를 추가 구성하여, 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 때 상기 보조냉매라인 및 보조냉매압축장치에 의해 냉매의 흡입ㆍ압축이 이루어지도록 함으로써, 에어컨 시스템 가동시 컴프레서 구동에 의해 엔진에 걸리는 부하를 줄일 수 있고, 엔진 출력의 저하를 최소화할 수 있는 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 에어컨 시스템은 엔진의 회전력으로 압축ㆍ순환되는 냉매의 잠열을 이용하는 것으로서, 크게 이베퍼레이터, 컴프레서, 컨덴서, 팽창밸브의 4가지 주요 부품으로 구성되며, 이들 구성부품에서 냉각이 이루어지는 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 자동차용 에어컨 시스템이 가동되면, 가스상태의 냉매가 이베퍼레이터에서 컴프레서로 흡입ㆍ압축된 후 고온ㆍ고압의 가스상태로 컨덴서에 보내지고, 이 컨덴서에서 강제 냉각된 냉매는 팽창밸브를 지나면서 저온ㆍ저압의 습증기상태로 팽창된 후 이베퍼레이터로 보내져 저온ㆍ저압의 가스상태로 기화된다.
여기서, 이베퍼레이터를 지나는 냉매는 기화시 그 주변을 지나는 공기의 열을 빼앗게 되는 바, 이때 냉각된 공기가 차량의 실내로 유입되면서 냉방이 이루어지는 것이다.
상기한 에어컨 시스템의 구성요소 중 컴프레서는 냉매를 흡입ㆍ압축하기 위한 구동력으로 엔진의 회전력을 이용하고 있는 바, 클러치 구조를 적용하여 엔진의 크랭크 축과 연동하는 풀리에 에어컨 컴프레서의 축을 접속시켜 동력을 전달받는 방식을 채택하고 있다.
그러나, 상기와 같이, 컴프레서의 구동에는 반드시 엔진의 회전력이 이용되어야 하는 바, 냉매압축시 컴프레서가 이용되는 에어컨 시스템에서는 가동시 엔진에 많은 부하가 걸리게 되며, 이는 곧 엔진 출력의 저하로 이어진다.
따라서, 에어컨 시스템의 가동시, 컴프레서 구동에 의한 엔진 출력의 저하를최소화할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 에어컨 시스템 가동시 이베퍼레이터로부터 냉매를 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서로 보내는 기존의 컴프레서 외에, 이베퍼레이터로부터 컨덴서를 거쳐 팽창밸브로 이어지는 별도의 보조냉매라인을 설치하고, 이 보조냉매라인상에 차량 전방으로부터 자연 유입되는 고속의 주행풍을 이용하여 냉매를 흡입ㆍ압축하는 보조냉매압축장치를 추가 구성하여, 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 때 상기 보조냉매라인 및 보조냉매압축장치에 의해 냉매의 흡입ㆍ압축이 이루어지도록 함으로써, 에어컨 시스템 가동시 컴프레서 구동에 의해 엔진에 걸리는 부하를 줄일 수 있고, 엔진 출력의 저하를 최소화할 수 있는 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 에어컨 냉매압축시스템의 구성을 보여주는 장치구성도이고,
도 2는 본 발명에서 보조냉매압축장치를 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명에서 펌핑기어의 작동상태를 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 이베퍼레이터 2 : 컴프레서
3 : 컨덴서 4 : 팽창밸브
5 : 주냉매라인 6 : 보조냉매라인
7a,7b : 2-웨이 밸브 8a,8b : 액츄에이터
10 : 제어부 11 : 에어컨 스위치
12 : 라디에이터 15 : 차속센서
16 : 압력센서 17 : 제1릴레이
18 : 제2릴레이 20a : 제1보조냉매압축장치
20b : 제2보조냉매압축장치 21 : 클러치수단
22 : 펌핑기어 23 : 회전축
24 : 압축실 30a,30b : 전동팬 유닛
31 : 전동팬 33 : 모터
211 : 클러치 하우징 212 : 구동기어
213 : 전자석 214 : 피동기어
215 : 클러치판 216 : 회전판
217 : 전자석
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이베퍼레이터(1)로부터 나온 컴프레서(2) 입력측의 주냉매라인(5) 일측에서 분기되어 컨덴서(3)를 거친 후 다시 팽창밸브(4) 입력측의 주냉매라인(5) 일측과 만나는 보조냉매라인(6)과; 상기 주냉매라인(5)과 보조냉매라인(6)의 분기점 및 만나는 지점에서 냉매순환경로를 절환시키는 2-웨이 밸브(7a,7b) 및 그 액츄에이터(8a,8b)와; 각각 라디에이터(12) 및 컨덴서(3) 냉각을 위한 전동팬 유닛(30a,30b)에 설치되고, 컨덴서(3) 입력측의 보조냉매라인(6)상에 설치된 압축실(24) 내에서 냉매를 흡입ㆍ송출하는 펌핑기어(22)와, 전동팬 회전축(32)이 상기 펌핑기어(22)의 회전축(23)과 전동팬 모터(33)의 회전축(34) 중 선택된 하나와 회전력 전달이 이루어지도록 단속하는 클러치수단(21)으로 구성된 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)와; 차속을 검출하는 차속센서(15)와; 차량 전면 일측에서 차량 전면의 주행풍 압력을 검출하는 압력센서(16)와; 상기 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 검출된 현재의 차속 및 주행풍 압력을 기준차속 및 기준압력과 비교하여 판단한 후, 상기 제1, 제2보조냉매압축장치(20a,20b), 컴프레서(2), 전동팬 모터(33) 및 액츄에이터(8a,8b)의 구동을 제어하는 제어부(10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 클러치수단(21)은 회전축(32)의 후단부가 삽입된 전방의 전동팬(31)을 축방향을 따라 전후진 안내하는 클러치 하우징(211)과, 이 클러치 하우징(211) 내의 전동팬 회전축(32) 후단부 끝에 일체로 구비된 클러치판(215)과, 상기 클러치 하우징(211) 내에서 클러치판(215) 전방에 회전 가능하게 설치되고 전자석(213)이 내장되어 전원인가여부에 따라 상기 클러치판(215)과 회전력 단속이 이루어지는 구동기어(212)와, 상기 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 상기 펌핑기어(22)의 회전축(23)상에 설치되고 상기 구동기어(212)와 치합된 피동기어(214)와, 상기 클러치판(215) 후방에서 상기 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 모터(33)의 회전축(34) 선단부 끝에 일체로 설치되고 전자석(217)이 내장되어전원인가여부에 따라 상기 클러치판(215)과 회전력 단속이 이루어지는 회전판(216)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 구동기어(212)와 회전판(216)의 전자석(213,217)이 상기 제어부(10)가 출력하는 릴레이 구동신호에 따라 상기 두 전자석(213,217) 중 선택된 하나에만 전원을 인가하는 릴레이(17,18)와 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 자동차용 에어컨의 냉매압축시스템을 제어하는 방법에 있어서,
상기 제1항의 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 현재의 차속 및 주행풍 압력을 입력받는 제1단계와;
입력받은 현재의 차속 및 주행풍 압력이 동시에 기준차속 및 기준압력 이상인가를 판단하는 제2단계와;
상기 제2단계의 조건을 만족하는 경우, 냉매가 상기 제1항의 보조냉매라인(6)을 거쳐 순환될 수 있도록 상기 2-웨이 밸브(7a,7b)의 절환작동을 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 구동시키는 동시에 상기 각 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터(33)와 컴프레서(2)의 구동을 정지시키는 제3단계와;
상기 제2단계의 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 주냉매라인(5)으로 냉매가 순환될 수 있도록 상기 2-웨이 밸브(7a,7b)의 절환작동을 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동을 정지시키는 동시에 상기 각 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터(33)와 컴프레서(2)를 구동시키는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제3단계에서, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동은 상기 제3항의 릴레이(17,18)에 의해 구동기어(212)에 내장된 전자석(213)에 전원이 인가될 수 있도록 릴레이 구동신호를 출력함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4단계에서, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동 정지는 상기 제3항의 릴레이(17,18)에 의해 회전판(216)에 내장된 전자석(217)에 전원이 인가될 수 있도록 릴레이 구동신호를 출력함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차 에어컨 냉매압축시스템의 구성을 보여주는 장치구성도이다.
본 발명에서는 에어컨 시스템 가동시 이베퍼레이터(1)로부터 냉매를 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서(3)로 보내는 기존의 컴프레서(2) 외에 별도의 보조냉매라인(6) 및 보조냉매압축장치(20a,20b)를 추가 구성하고, 소정의 작동조건이 만족하면 상기 보조냉매라인(6) 및 보조냉매압축장치(20a,20b)를 이용하여 냉매의 흡입ㆍ압축이 이루어지도록 한 자동차 에어컨 냉매압축시스템에 관한 것이다.
이하, 본 명세서에서는 명확한 설명을 위하여 기존의 냉매라인을 주냉매라인이라 칭하기로 하고, 본 발명에서 새로이 추가 구성되는 냉매라인을 보조냉매라인이라 칭하기로 한다.
먼저, 컴프레서(2)가 설치되는 주냉매라인(5) 외에, 이베퍼레이터(1)로부터 나온 컴프레서(2) 입력측의 주냉매라인(5) 일측에서 분기되어 보조냉매압축장치(20a,20b)와 컨덴서(3)를 거친 후 다시 팽창밸브(4) 입력측의 주냉매라인(5) 일측과 만나는 보조냉매라인(6)이 구비된다.
또한, 상기 이베퍼레이터(1)로부터 나온 컴프레서(2) 입력측의 주냉매라인(5)과 보조냉매라인(6)의 분기점, 컨덴서(3) 출력측의 주냉매라인(5)과 보조냉매라인(6)이 만나는 지점에는 2-웨이 밸브(2-way valve)(7a,7b)가 설치되며, 각 2-웨이 밸브(7a,7b)를 구동시키기 위한 액츄에이터(8a,8b)가 구비된다.
상기 각 2-웨이 밸브(7a,7b)는 냉매가 주냉매라인(5)과 보조냉매라인(6) 중 선택된 어느 하나로 흐르도록 냉매순환경로를 절환시키는 역할을 하며, 상기 각 액츄에이터(8a,8b)는 제어부(10)로부터 출력된 액츄에이터 구동신호에 따라 선택적으로 구동하여 해당 2-웨이 밸브(7a,7b)를 절환작동시킨다.
결국, 본 발명의 냉매압축시스템에서는 상기 제어부(10)가 출력하는 액츄에이터 구동신호에 따라 냉매순환경로가 주냉매라인(5)과 보조냉매라인(6) 중 어느 하나로 결정되어진다.
물론, 여기서 상기 냉매가 보조냉매라인(6)을 통해 순환됨은 냉매가 이베퍼레이터(1)와 컨덴서(3) 사이, 컨덴서(3)와 팽창밸브(4) 사이에 설치된 보조냉매라인(6)을 거쳐 순환됨을 의미한다.
본 발명에서 상기 제어부(10)는 소정의 작동조건을 만족하는지 여부를 판단하여 소정의 작동조건이 만족되면 상기 각 액츄에이터(8a,8b)를 구동시켜 냉매가 보조냉매라인(6)으로 순환될 수 있도록 2-웨이 밸브(7a,7b)를 절환작동시키는 동시에 보조냉매압축장치(20a,20b)를 구동시키도록 되어 있다.
여기서, 상기 제어부(10)는 에어컨 시스템을 총괄 제어하는 것으로서, 기본적으로는 에어컨 스위치(11)의 온(on)/오프(off) 조작에 따라 컴프레서(2)를 온/오프시킴과 아울러, 라디에이터(12)의 냉각을 위해 구비되는 전동팬 유닛(30a)의 모터(도 1에서는 미도시됨)와, 컨덴서(3)의 냉각을 위해 구비되는 전동팬 유닛(30b)의 모터(도 1에서는 미도시됨)를 구동 제어한다.
즉, 상기 제어부(10)는 차량에 구비된 차속센서(15)로부터 현재의 차속을 입력받아 미리 설정된 일정 기준차속 이상에서는 상기 두 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터(33)를 구동 오프시켜 차량 전방으로부터 자연 유입되는 냉각풍(이하 주행풍이라 칭함)으로 라디에이터(12)와 컨덴서(3)를 냉각시키도록 되어 있고, 기준차속 미만일 경우 상기 두 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터(33)를 구동시켜 전동팬(31)에 의해 강제 송출되는 냉각풍으로 라디에이터(12)와 컨덴서(3)를 냉각시키도록 되어 있는 것이다.
상기 제어부에 대해서는 이후 다시 설명하기로 한다.
한편, 상기 보조냉매압축장치(20a,20b)는 이베퍼레이터(1)의 출력측에서 주냉매라인(5)과 분기된 보조냉매라인(6)상에 설치되며, 라디에이터(12)에 설치된 전동팬(31)의 회전력으로 구동되는 제1보조냉매압축장치(20a)와, 컨덴서(3)에 설치된전동팬(31)의 회전력으로 구동되는 제2보조냉매압축장치(20b)로 구분된다.
즉, 상기 제1보조냉매압축장치(20a)는 라디에이터(12)의 냉각을 위한 전동팬 유닛(30a)에, 상기 제2보조냉매압축장치(20b)는 컨덴서(3)의 냉각을 위한 전동팬 유닛(30b)에 설치된 것이며, 상기 이베퍼레이터(1) 출력측의 주냉매라인(5)에서 분기된 보조냉매라인(6)은 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 차례로 거친 후 컨덴서(3)로 연결된다.
상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)는 보조냉매라인(6)을 통해 냉매를 동시에 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서(3)로 보내게 된다.
상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)는 보조냉매라인(6)상에서 설치 위치(라디에이터 냉각용 전동팬 유닛과 컨덴서 냉각용 전동팬 유닛)만 다를 뿐, 구성요소와 작동상태, 작용효과가 모두 동일함을 밝혀둔다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 보조냉매압축장치를 보여주는 단면도로서, 기본적으로 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)에 설치된 전동팬(31)은 모터(33)에 의해 구동되며, 대부분의 차량에서는 제어부(10)가 차속센서(15)를 통해 차속을 검출하여 미리 설정된 일정 기준차속 미만에서는 모터(33)를 구동시켜 전동팬(31)을 회전시키나, 기준차속 이상에서는 모터(33)의 구동을 정지시켜 차량 주행시 전방에서 유입되는 주행풍만으로 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)가 냉각되도록 한다.
통상의 차량에서는 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)의 냉각을 위하여 현재의 차속이 50km/h 미만일 경우 모터(33)를 구동시켜 전동팬(31)을 회전시키고, 차속이 50km/h 이상일 경우 모터(33)를 정지시킴과 동시에 주행풍만으로 라디에이터(12)및 컨덴서(3)가 냉각되도록 하는 것이 일반적이다.
특히, 차량 전방에서 유입되는 주행풍에 의한 냉각시에는 이 주행풍에 의해 전동팬(31)이 강제 회전되는 바, 본 발명의 보조냉매압축장치(20a,20b)는 기준차속 이상에서 주행풍에 의한 전동팬(31)의 회전력에 의해 구동될 수 있도록 구성된다.
결국, 전술한 바 있는 소정의 작동조건은 현재의 차속 및 주행풍 압력에 관계되는 것으로서, 본 발명에서 제어부(10)는 현재의 차속 및 주행풍 압력을 차속센서(15)와 압력센서(16)로부터 입력받은 후 이를 기준차속 및 기준압력과 비교 판단하여 냉매순환경로를 선택함과 동시에 컴프레서(2)와 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동여부를 결정하게 된다.
이를 위하여, 본 발명은 차량에 구비되어 차속을 검출하고 검출값에 따른 차속신호를 출력하는 차속센서(15)와, 차량 전면 일측에 구비되어 차량 전면의 주행풍 압력을 검출하고 검출값에 따른 압력신호를 출력하는 압력센서(16)를 포함하며, 상기 제어부(10)는 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 차속신호 및 압력신호를 입력받도록 되어 있다.
즉, 본 발명에서 제어부(10)는 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 입력받은 현재의 차속 및 주행풍 압력을 각각 미리 설정된 기준차속 및 기준압력과 비교한 후, 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 경우, 냉매순환경로를 보조냉매라인(6)으로 절환시킴과 동시에 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 구동시키고 컴프레서(2)를 구동 오프시킨다.
또한, 본 발명에서 상기 제어부(10)는 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 미만일 경우, 냉매순환경로를 기존의 주냉매라인(5)으로 절환시킴과 동시에 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동을 정지시키고 컴프레서(2)를 구동시킨다.
물론, 상기 제어부(10)는 현재의 차속이 기준차속 미만일 경우 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)의 전동팬 모터(33)를 구동시키고, 기준차속 이상일 경우 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)의 전동팬 모터(33)를 구동 오프시킨다.
요약하건대, 본 발명의 냉매압축시스템은 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 미만일 경우 냉매를 보조냉매라인(6)으로 순환시킴과 동시에 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)로 냉매를 압축시키고, 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 미만일 경우 냉매를 주냉매라인(5)으로 순환시킴과 동시에 컴프레서(2)로 냉매를 압축시킨다.
이하, 본 발명의 제1 및 제2보조냉매압축장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)는 공히 컨덴서(3) 입력측의 보조냉매라인(6)상에 설치된 압축실(24) 내에서 회전 가능하게 설치되고 주행풍에 의한 전동팬(31)의 회전력으로 회전되는 동시에 냉매를 흡입ㆍ송출하는 펌핑기어(22)와, 전동팬 회전축(32)이 상기 펌핑기어(22)의 회전축(23)과 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터 회전축(34) 중 선택된 하나와 회전력 전달이 이루어지도록 단속하는 클러치수단(21)으로 구성된다.
먼저, 상기 클러치수단(21)은 회전축(32)의 후단부가 삽입된 전방의전동팬(31)을 축방향을 따라 전후진 안내하는 클러치 하우징(211)과, 이 클러치 하우징(211) 내의 전동팬 회전축(32) 후단부 끝에 일체로 구비된 클러치판(215)과, 상기 클러치 하우징(211) 내에서 클러치판(215) 전방에 회전 가능하게 설치되고 전자석(213)이 내장되어 전원인가여부에 따라 상기 클러치판(215)과 회전력 단속이 이루어지는 구동기어(212)와, 상기 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 상기 펌핑기어(22)의 회전축(23)상에 설치되고 상기 구동기어(212)와 치합된 피동기어(214)와, 상기 클러치판(215) 후방에서 상기 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 모터(33)의 회전축(34) 선단부 끝에 일체로 설치되고 전자석(217)이 내장되어 전원인가여부에 따라 상기 클러치판(215)과 회전력 단속이 이루어지는 회전판(216)을 포함한다.
상기 클러치 하우징(211)은 모터(33) 전방에 고정 설치되는 바, 전방으로 길게 나온 모터(33)의 회전축(34)이 클러치 하우징(211)의 후면을 관통하여 그 내부로 삽입된다.
상기 클러치 하우징(211)의 전방에는 전동팬(31)이 위치되는 바, 상기 전동팬(31)의 회전축(32)은 클러치 하우징(211)의 전면과 구동기어(212)를 관통하여 후방으로 길게 삽입된 후, 그 후단부 끝에 클러치판(215)이 일체로 구비된다.
결국, 상기 클러치판(215)은 전동팬(31)과 함께 회전되며, 구동기어(212)와 회전판(216) 사이에 위치된다.
상기 전동팬(31)은 클러치 하우징(211)에서 전후진 가능하도록 설치되는데, 이러한 전동팬(31)의 전후진은 클러치판(215) 원주면이 클러치 하우징(211) 내벽에의해 전후진 안내되면서 가능해지는 것이다.
또한, 상기 클러치 하우징(211) 내부에는 구동기어(212)와 이에 치합된 피동기어(214)가 회전 가능하게 설치되는 바, 상기 구동기어(212)는 클러치판(215) 전방에 위치되며, 상기 피동기어(214)는 구동기어(212)와 치합된 채 펌핑기어(22)와 동축상에 설치된다.
여기서, 상기 구동기어(212)는 클러치판(215) 전방에서 전후 위치는 고정된 채 회전만 가능하도록 설치된 것이다.
특히, 상기 구동기어(212)에는 전원 인가시 자화되는 전자석(213)이 내장되며, 이 전자석(213)은 제어신호가 출력하는 릴레이 구동신호에 의해 선택적으로 전원을 인가하는 릴레이(17,18)와 연결된다.
상기 피동기어(214)는 펌핑기어(22)의 회전축(23)과 일체로 설치되는 것이며, 상기 구동기어(212)가 회전되면 피동기어(214)가 회전력을 전달하여 펌핑기어(22)가 회전되도록 되어 있다.
결국, 상기 구동기어(212)의 전자석(213)에 전원이 인가된 상태에서 그리고 이 전자석(213)의 자력으로 전동팬 회전축(32)의 클러치판(215)이 구동기어(212)에 전진 밀착된 상태에서는, 차량 전방으로부터 유입되는 주행풍에 의해 전동팬(31)이 회전될 경우 전동팬 회전축(32)의 회전력이 클러치판(215), 구동기어(212), 피동기어(214), 펌핑기어(22)로 전달된다.
물론, 첨부한 도 3에 도시한 바와 같이, 보조냉매라인(6)상의 압축실(24)에서 주행풍에 의한 전동팬(31)의 회전력을 전달받은 펌핑기어(22)는 회전되어 냉매를 흡입ㆍ송출하게 되는 바, 이러한 흡입ㆍ송출작용에 의해 냉매의 압축이 이루어지는 것이다.
상기 회전판(216)은 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 모터 회전축(34)의 선단부 끝에 일체로 설치되며, 전자석(217)이 내장된다.
상기 전자석(217)은 제어신호가 출력하는 릴레이 구동신호에 의해 선택적으로 전원을 인가하는 릴레이(17,18)와 연결된다.
여기서, 상기 릴레이(17,18)는 제어신호가 출력하는 릴레이 구동신호에 의해 선택적으로 구동되는 것으로서, 구동시 구동기어(212)에 내장된 전자석(213)과 회전판(216)에 내장된 전자석(217) 중 선택된 하나에만 전원을 인가하도록 구비된다.
상기 회전판(216)의 전자석(217)에 전원이 인가된 상태에서는 이 전자석(217)의 자력으로 전동팬 회전축(32)의 클러치판(215)이 모터 회전축(34)의 회전판(216)에 후진 밀착되면서 모터(33)의 회전력이 전동팬(31)에 전달되며, 이에 따라 전동팬(31)은 모터(33) 구동에 의해 회전된다.
결국, 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)는 제어부(10)가 출력하는 릴레이 구동신호에 따라 해당 릴레이(17,18)가 전원을 선택 인가하게 되면서 구동 온 또는 구동 오프되는 것이며, 구동 온시에는 고속으로 유입되는 주행풍에 의한 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)의 냉각이 이루어지며, 구동 오프시에는 모터(33)의 구동에 의한 전동팬(31)의 구동으로 라디에이터(12) 및 컨덴서(3)가 냉각된다.
도 1에서 도면부호 17은 제1보조냉매압축장치(20a)의 온/오프에 관계하는 제1릴레이를, 도면부호18은 제2보조냉매압축장치(20b)의 온/오프에 관계하는 제2릴레이를 각각 나타낸다.
즉, 상기 제1릴레이(17)는 제어부(10)로부터 출력되는 릴레이 구동신호에 따라 라디에이터 냉각용 전동팬 유닛(30a)에 설치된 제1보조냉매압축장치(20a)의 구동기어(212)와 회전판(216)의 두 전자석(213,217) 중 어느 하나에 선택적으로 전원을 인가하게 된다.
또한, 상기 제2릴레이(18)는 제어부(10)로부터 출력되는 릴레이 구동신호에 따라 컨덴서 냉각용 전동팬 유닛(30b)에 설치된 제2보조냉매압축장치(20b)의 구동기어(212)와 회전판(216)의 두 전자석(213,217) 중 어느 하나에 선택적으로 전원을 인가하게 된다.
이하, 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자 또는 탑승자가 에어컨 시스템을 가동시키기 위하여 에어컨 스위치(11)를 온(on)조작하면 제어부(10)는 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 현재의 차속 및 주행풍 압력을 에어컨 시스템 가동동안 계속해서 입력받게 된다.
물론, 이때 상기 차속센서(15) 및 압력센서(16)는 각각 현재의 차속 및 주행풍 압력을 검출하고 그 검출값에 따른 차속신호 및 압력신호를 출력하여 제어부(10)에 입력하게 되는 것이다.
또한, 상기 제어부(10)는 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 입력받은 현재의 차속 및 주행풍 압력을 각각 기준차속 및 기준압력과 비교하여 냉매를 컴프레서(2)를 통해 압축할 것인지 아니면 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 통해 압축할 것인지를 판단하게 된다.
상기 제어부(10)의 비교 및 판단과정에서, 상기 제어부(10)는 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 입력받은 현재의 차속 및 주행풍 압력이 동시에 기준차속 및 기준압력 이상일 경우에만 냉매를 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 통해 압축해야 하는 것으로 판단하게 된다.
만약, 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 입력받은 현재의 차속 및 주행풍 압력이 동시에 기준차속 및 기준압력 미만일 경우, 또는 현재의 차속 및 주행풍 압력 중 어느 하나라도 기준차속 또는 기준압력 미만일 경우, 상기 제어부(10)는 냉매를 기존 방식대로 컴프레서(2)를 통해 압축해야 하는 것으로 판단하게 된다.
먼저, 상기 제어부(10)가 냉매를 기존의 컴프레서(2)를 통해 압축해야 하는 것으로 판단한 경우에는 냉매가 주냉매라인(5)을 통해 순환되어야 하므로 액츄에이터 구동신호를 각 액츄에이터(8a,8b)로 출력하여 두 2-웨이 밸브(7a,7b)를 주냉매라인 개통(開通)위치로 절환작동시킨다.
이와 동시에, 상기 제어부(10)는 컴프레서(2)에 전원을 인가하여 이 컴프레서(2)를 구동시키고, 상기 제1 및 제2릴레이(17,18)로 릴레이 구동신호를 출력하여 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동을 정지시킨다.
또한, 상기 제어부(10)는 두 전동팬 유닛(라디에이터 냉각용 및 컨덴서 냉각용)(30a,30b)의 각 모터(33)에 전원을 인가하여 모터(33)가 구동되도록 한다.
결국, 냉매는 주냉매라인(5)을 통해 순환되고 컴프레서(2)에 의해 압축된다.
상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동 정지는 제어부(10)가 릴레이 구동신호를 출력하여 제1 및 제2릴레이(17,18)가 구동됨과 동시에 각 모터 회전축(34)의 선단부 끝에 일체로 구비된 회전판(216)의 전자석(217)으로 전원이 인가되면서, 이 전자석(217)의 자력으로 각 전동팬(31)이 후진, 결국 전동팬 회전축(32)의 후단부 끝에 일체로 구비된 클러치판(215)이 구동기어(212)와 이격됨에 따른 것이며, 이때 클러치판(215)은 회전판(216)에 후진 밀착된다.
이때는 전동팬(31)의 회전력이 구동기어(212)에 전달되지 않음으로 해서 피동기어(214)와 펌핑기어(22)가 회전되지 않게 된다.
또한, 이때는 모터 회전축(34)의 회전력이 회전판(216), 클러치판(215)을 거쳐 전동팬 회전축(32)으로 전달되고, 결국 모터(33)의 구동에 따른 전동팬(31)의 회전으로 라디에이터(12)와 컨덴서(3)가 냉각되어진다.
그러나, 상기 제어부(10)가 냉매를 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 통해 압축해야 하는 것으로 판단한 경우에는 냉매가 보조냉매라인(6)을 거쳐 순환되어야 하므로 액츄에이터 구동신호를 각 액츄에이터(8a,8b)로 출력하여 두 2-웨이 밸브(7a,7b)를 보조냉매라인 개통위치로 절환작동시킨다.
이와 동시에, 상기 제어부(10)는 제1 및 제2릴레이(17,18)로 릴레이 구동신호를 출력하여 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 구동시키고, 상기 컴프레서(2)의 전원을 차단하여 이 컴프레서(2)의 구동을 정지시킨다.
또한, 상기 제어부(10)는 두 전동팬 유닛(30a,30b)의 각 모터(33)에 전원공급을 차단시켜 차량 전방에서 자연 유입되는 고속의 주행풍으로 각 전동팬(31)이 강제 회전되도록 한다.
물론, 이때 라디에이터(12)와 컨덴서(3)는 차량 전방에서 자연 유입되는 주행풍에 의해 냉각되어진다.
상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동시에는 제1 및 제2릴레이(17,18)가 구동됨과 동시에 구동기어(212)의 전자석(213)으로 전원이 인가되면서, 이 전자석(213)의 자력으로 각 전동팬(31)이 전진, 결국 전동팬 회전축(32)의 후단부 끝에 일체로 구비된 클러치판(215)이 구동기어(212)에 전진 밀착됨에 따른 것이다.
이때는 주행풍에 의한 전동팬(31)의 회전력이 구동기어(212)에 전달됨으로 해서 피동기어(214)와 펌핑기어(22)가 회전되고, 이 펌핑기어(22)가 회전됨에 따라 보조냉매라인(6)상의 냉매가 압축실(24)로 흡입된 후 출력측으로 송출되는 바, 이러한 흡입ㆍ송출작용에 의해 냉매의 압축이 이루어진다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 자동차 에어컨 냉매압축시스템에서는 에어컨 시스템 가동시 이베퍼레이터(1)로부터 냉매를 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서(3)로 보내는 기존의 컴프레서(2) 외에 별도의 보조냉매라인(6)과 보조냉매압축장치(20a,20b)를 추가 구성하여, 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 때 상기 보조냉매라인(6) 및 보조냉매압축장치(20a,20b)를 이용하여 냉매의 흡입ㆍ압축이 이루어지도록 함으로써, 에어컨 시스템 가동시 컴프레서(2) 구동에 의해 엔진에 걸리는 부하를 줄일 수 있고, 엔진 출력의 저하를 최소화할 수 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 에어컨 냉매압축시스템 및 그 제어방법에 의하면, 에어컨 시스템 가동시 이베퍼레이터로부터 냉매를 흡입ㆍ압축한 후 컨덴서로 보내는 기존의 컴프레서 외에, 이베퍼레이터로부터 컨덴서를 거쳐 팽창밸브로 이어지는 별도의 보조냉매라인을 설치하고, 이 보조냉매라인상에 차량 전방으로부터 자연 유입되는 고속의 주행풍을 이용하여 냉매를 흡입ㆍ압축하는 보조냉매압축장치를 추가 구성하여, 현재의 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 때 상기 보조냉매라인 및 보조냉매압축장치에 의해 냉매의 흡입ㆍ압축이 이루어지도록 함으로써, 에어컨 시스템 가동시 컴프레서 구동에 의해 엔진에 걸리는 부하를 줄일 수 있고, 엔진 출력의 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차속 및 주행풍 압력이 기준차속 및 기준압력 이상일 때에는 컴프레서가 사용되지 않음으로 해서 컴프레서에 의한 작동소음이 제거될 수 있고, 컴프레서의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 이베퍼레이터(1)로부터 나온 컴프레서(2) 입력측의 주냉매라인(5) 일측에서 분기되어 컨덴서(3)를 거친 후 다시 팽창밸브(4) 입력측의 주냉매라인(5) 일측과 만나는 보조냉매라인(6)과; 상기 주냉매라인(5)과 보조냉매라인(6)의 분기점 및 만나는 지점에서 냉매순환경로를 절환시키는 2-웨이 밸브(7a,7b) 및 그 액츄에이터(8a,8b)와; 각각 라디에이터(12) 및 컨덴서(3) 냉각을 위한 전동팬 유닛(30a,30b)에 설치되고, 컨덴서(3) 입력측의 보조냉매라인(6)상에 설치된 압축실(24) 내에서 냉매를 흡입ㆍ송출하는 펌핑기어(22)와, 전동팬 회전축(32)이 상기 펌핑기어(22)의 회전축(23)과 전동팬 모터(33)의 회전축(34) 중 선택된 하나와 회전력 전달이 이루어지도록 단속하는 클러치수단(21)으로 구성된 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)와; 차속을 검출하는 차속센서(15)와; 차량 전면 일측에서 차량 전면의 주행풍 압력을 검출하는 압력센서(16)와; 상기 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 검출된 현재의 차속 및 주행풍 압력을 기준차속 및 기준압력과 비교하여 판단한 후, 상기 제1, 제2보조냉매압축장치(20a,20b), 컴프레서(2), 전동팬 모터(33) 및 액츄에이터(8a,8b)의 구동을 제어하는 제어부(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 에어컨 냉매압축시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치수단(21)은 회전축(32)의 후단부가 삽입된 전방의 전동팬(31)을 축방향을 따라 전후진 안내하는 클러치 하우징(211)과, 이 클러치 하우징(211) 내의 전동팬 회전축(32) 후단부 끝에 일체로 구비된 클러치판(215)과, 상기 클러치 하우징(211) 내에서 클러치판(215) 전방에 회전 가능하게 설치되고 전자석(213)이 내장되어 전원인가여부에 따라 상기 클러치판(215)과 회전력 단속이 이루어지는 구동기어(212)와, 상기 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 상기 펌핑기어(22)의 회전축(23)상에 설치되고 상기 구동기어(212)와 치합된 피동기어(214)와, 상기 클러치판(215) 후방에서 상기 클러치 하우징(211) 내에 삽입된 모터(33)의 회전축(34) 선단부 끝에 일체로 설치되고 전자석(217)이 내장되어 전원인가여부에 따라 상기 클러치판(215)과 회전력 단속이 이루어지는 회전판(216)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 에어컨 냉매압축시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동기어(212)와 회전판(216)의 전자석(213,217)이 상기 제어부(10)가 출력하는 릴레이 구동신호에 따라 상기 두 전자석(213,217) 중 선택된 하나에만 전원을 인가하는 릴레이(17,18)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 에어컨 냉매압축시스템.
  4. 자동차용 에어컨의 냉매압축시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제1항의 차속센서(15) 및 압력센서(16)로부터 현재의 차속 및 주행풍압력을 입력받는 제1단계와;
    입력받은 현재의 차속 및 주행풍 압력이 동시에 기준차속 및 기준압력 이상인가를 판단하는 제2단계와;
    상기 제2단계의 조건을 만족하는 경우, 냉매가 상기 제1항의 보조냉매라인(6)을 거쳐 순환될 수 있도록 상기 2-웨이 밸브(7a,7b)의 절환작동을 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)를 구동시키는 동시에 상기 각 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터(33)와 컴프레서(2)의 구동을 정지시키는 제3단계와;
    상기 제2단계의 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 주냉매라인(5)으로 냉매가 순환될 수 있도록 상기 2-웨이 밸브(7a,7b)의 절환작동을 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동을 정지시키는 동시에 상기 각 전동팬 유닛(30a,30b)의 모터(33)와 컴프레서(2)를 구동시키는 제4단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 에어컨 냉매압축시스템 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제3단계에서, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동은 상기 제3항의 릴레이(17,18)에 의해 구동기어(212)에 내장된 전자석(213)에 전원이 인가될 수 있도록 릴레이 구동신호를 출력함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차 에어컨 냉매압축시스템 제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제4단계에서, 상기 제1 및 제2보조냉매압축장치(20a,20b)의 구동 정지는 상기 제3항의 릴레이(17,18)에 의해 회전판(216)에 내장된 전자석(217)에 전원이 인가될 수 있도록 릴레이 구동신호를 출력함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차 에어컨 압축냉매시스템 제어방법.
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