KR101085978B1 - 공기조화 시스템의 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모든 작동 조건 하에서 압축기 사이클링 주파수와 배출 공기 온도 변화량 사이의 최적의 또는 특정의 교환 요건을 성취하도록 공기조화 시스템(10) 내의 사이클식 냉매 압축기(12)의 스위칭 한계점을 동역학적으로 조절하기 위한 제어 방법론을 제공한다. 제 1 실시예에 있어서, 압축기 사이클링 한계점은 모든 작동 조건에 대한 실제로 일정한 배출 공기 온도 변화량을 유지하도록 제어된다(84, 92). 제 2 실시예에 있어서, 압축기 사이클링 한계점은 탑승자에 대한 실제로 일정한 인간의 안락함 레벨을 제공하도록 배출 공기 온도에 대해 배출 공기 온도 변화량이 변경하도록 제어된다(86, 92). 그리고 제 3 실시예에 있어서, 압축기 사이클링 한계점은 탑승자에 대한 실제로 일정한 인간의 안락함 레벨을 제공하도록 주위 공기 온도에 대해 배출 공기 온도 변화량이 변경하도록 제어된다(88, 92).

Description

공기조화 시스템의 작동 방법{COMPRESSOR CYCLE CONTROL METHOD FOR A VEHICLE AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 냉방 용량을 제어하도록 온/오프 사이클링되는 냉매 압축기를 구비한 자동차 공기조화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탑승자의 편안함과 압축기의 신뢰성을 극도로 최적화하는 압축기 사이클링 제어 방법에 관한 것이다.
고정식 변위 냉매 압축기를 구비한 공기조화 시스템의 냉방 용량은 일반적으로 압축기를 온/오프 사이클링함으로써 조절된다. 도 1의 예시적인 자동차 공기조화 시스템(10)에 있어서, 압축기(12)는 전기 작동식 클러치(16)에 의해 종동 풀리(14)에 결합되어, 클러치(16)를 결합 및 분리함으로써 압축기(12)가 온/오프 사이클링될 수 있다. 냉매는 응축기(18), 오리피스 튜브(20), 증발기(22) 및 압축기 배출 및 흡입 포트(26, 28) 사이에 순차적으로 배치된 축열기/탈수기(24)를 구비한 폐쇄 회로를 통해 흐른다. 냉각 팬(30)은 응축기(18) 내의 고압 냉매로부터 열을 제거하기 위해 추가적인 공기류를 제공하도록 전기식으로 작동되고, 오리피스 튜 브(20)는 라인(30) 내의 냉각된 고압 냉매가 증발기(22)를 통과하기 전에 등엔탈피 방식으로 팽창하게 한다. 증발기(22)는 핀 형성된 냉매-전도 튜브의 어레이로서 형성되고, 증발기(22)의 상류에 배치된 공기 흡입 덕트(32)는 증발기 튜브를 지난 공기를 강제하는 모터 구동식 환기 송풍기(34)를 수용한다. 덕트(32)는 송풍기(34)의 상류에서 나뉘고, 입구 공기 제어 도어(36)는 도시한 바와 같이 외부 공기와 차내 공기 사이의 입구 공기를 할당하도록 조절가능하다. 증발기(22)의 하류에 있는 공기 출구 덕트(38)는 엔진 냉매를 유동시키는 핀형 튜브 어레이로서 형성된 히터 코어(40)를 수용한다. 히터 코어(40)는 출구 덕트(38)를 효과적으로 두 갈래로 나누고, 히터 코어(40) 옆의 재가열 공기 제어 도어(42)는 도시한 바와 같이 히터 코어(40)를 통해 그리고 그 둘레에서 공기류를 할당하도록 조절가능하다. 가열되고 비가열된 공기의 일부는 히터 코어(40)의 하류에 있는 플레넘(plenum)(44) 내에서 혼합되고, 2개의 배출 공기 제어 도어(46, 48)는 도시한 바와 같이 제상 출구(defrost outlet)(50), 히터 출구(52) 및 운전자와 승객 패널 출구(54, 56)를 포함하는 하나 이상의 출구를 통해 혼합된 공기를 지향시키도록 조절가능하다. 압축기 클러치(16), 냉각 팬(30), 송풍기(34) 및 공기 제어 도어(36, 42, 46, 48)의 작동은 마이크로프로세서 기반의 제어기(58)에 의해 제어된다.
종래에, 제어기(58)는 응축액이 증발기(22) 상에서 어는 것을 방지하도록 요구되기 때문에 압축기를 온/오프 사이클링하도록 프로그램되고, 공기조화된 공기의 일부는 출구(50-56)를 통해 배출되는 공기의 온도가 소정의 배출 공기 온도와 상응하도록 히터 코어(40)에 의해 재가열된다. 압축기 사이클링 제어는 저측 냉매 압 력에 반응하는 압력 변환기 또는 증발기 출구 공기 온도(Tevp)에 반응하는 온도 변환기(60)로 성취될 수 있다. 양자의 경우에, 압축기 클러치(16)는 측정된 변수가 교정된 하한 임계값 이하로 떨어질 때 분리되고, 측정된 변수가 교정된 상한 임계값 이상으로 올라갈 때 재결합된다. 예를 들면, 상한 및 하한 임계값은 Tevp가 3℃ 내지 4.5℃ 사이에서 사이클링하여 1.5℃의 히스테리시스 밴드(hysteresis band)를 확립하도록 교정될 수 있다.
보다 최근에는, 사용자 냉각 요건에 근거하여 압축기 용량 제어를 변경함으로써 시스템 효율을 개선하는 것이 제안되어 있다. 이로써, 압축기 용량은 탑승자 냉방 요건을 다소 상승된 증발기 출구 공기 온도(또는 냉매 압력)로 충족하도록 감소되어, 배출 공기의 과감습(over-dehumidication) 및 증발기 출구 공기의 시리즈 재가열(series re-heating) 양자를 감소시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명의 양수인에 양도된 미국 특허 6,293,116호(Forrest 등)을 참조하며, 본원에 참고로 인용한다. 일반적인 원리는 배출 공기 온도 요건을 충족하기에 필요한 만큼만 낮게 입구 공기를 냉각하는 것이다. 예를 들면, 배출 공기 온도 목표값이 10℃이면, 공기를 3℃ 아래로 냉각할 필요가 없고 10℃만으로 재가열하면 된다. 탑승자의 편안함을 위한 감습 및 창문 서리의 방지의 적어도 특정 레벨을 제공하기 위해, 증발기 온도 설정점은 10℃ 등의 한계값 아래로 유지될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 과감습을 감소시키는 것은 탑승자의 안락함을 개선하고, 감소된 용량으로 압축기를 작동시키는 것은 공기조화 시스템의 에너지 효율을 개선시킨다. 이와 같은 제어는 전 기제어식 가변 변위 압축기로 성취될 수 있지만, 냉각 용량을 제어하도록 온/오프 사이클링되는 고정식 변위 압축기를 사용하는 것은 대체로 보다 비용 효율적이다. 또다른 가능성은, 본원 발명의 양수인에 양도된 2007년 5월 22일자로 출원된 미국특허출원 11/805,469호(Zima 등)에 개시되어 있는 바와 같이 유압 제어식 가변 변위 압축기를 사이클링시키는 것이며, 이는 본원에 참고로 인용된다.
압축기 용량이 사이클링에 의해 제어되는 시스템에서, 캘리브레이터(calibrator)는 상술한 바와 같이 상한 및 하한 스위칭 임계값에 의해 규정되는 히스테리시스 밴드를 확립한다. 종래의 어는점 제어의 경우에, 설정점(즉, 하한 임계값)은 예컨대 3℃로 고정되는 반면, 고효율 제어의 경우에, 설정점은 3℃ 내지 10℃ 사이에서 변한다. 양자의 경우에, 상한 임계값과 하한 임계값 사이의 차(즉, 히스테리시스 밴드)는 압축기 클러치 사이클링 주파수(임계값의 차가 감소함에 따라 증가함)와 배출 공기 온도 변화량(임계값의 차가 확대됨에 따라 증가함) 사이의 밸런스를 가격(strike)하도록 선택된다. 일반적으로, 캘리브레이터는 압축기 및 클러치 내구성에 대한 고려사항을 해결하도록 압축기 클러치 사이클링 주파수를 제한하려는 한편, 탑승자의 안락함에 대한 고려사항을 해결하도록 배출 공기 온도 변화량을 제한하려고 한다. 이는 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2a는 초기의 쿨다운 기간(cool-down period) 이후에, 3℃의 고정된 온도 설정점(60)을 이용하여 압축기를 온/오프 사이클링하는 어는점 제어를 도시한다. 3℃의 설정점은 하한 임계값의 역할을 하고, 상한 임계값(62)은 1.5℃의 히스테리시스 밴드를 위한 4.5℃로 교정된다. 도 2b는 초기의 쿨다운 기간 이후에, 대략 가변 온도 설정점(64)으로 압축기를 온/오프 사이클링하는 고효율 제어를 도시한다. 도면에서, 설정점(64)은 3℃의 초기값을 갖고, 그 다음 약 8.0℃의 상승된 값으로 전이한다. 도 2a와 마찬가지로, 설정점(64)은 하한 임계값의 역할을 하고, 상한 임계값(66)은 1.5℃의 히스테리시스 밴드를 형성하도록 설정점(64)을 돈다. 이에 따라, 히스테리시스 밴드의 폭 또는 크기는 양자의 제어 계획으로 동일해질 수 있다.
압축기 스위칭 한계점의 교정에서의 문제점(즉, 히스테리시스 밴드)은 작동조건 중 하나의 세트 하에서 배출 공기온도 변화량과 압축기 사이클링 주파수 사이의 적절한 교환 요건을 제공하는 셋팅은 작동 조건의 다른 세트 하에서 적절한 교환 요건을 제공하지 않을 수 있다. 따라서, 작동 조건의 임의의 세트 하에서 배출 공기 온도 변화량과 압축기 사이클링 주파수 사이의 최적의 또는 특정의 교환 요건을 성취하는 방법이 필요하다.
본 발명은 모든 작동 조건 하에서 배출 공기 온도 변화량과 압축기 사이클링 주파수 사이의 최적의 또는 특정의 교환 요건을 성취할 목적을 갖는 공기조화 시스템 내의 사이클식 냉매 압축기의 스위칭 한계점을 동역학적으로 조절하기 위한 개선된 제어 방법론에 관한 것이다. 제 1 실시예에 있어서, 압축기 사이클링 한계점은 모든 작동 조건을 위해 실제로 일정한 배출 공기 온도 변화량을 유지하도록 제어된다. 제 2 실시예에 있어서, 압축기 사이클링 한계점은 배출 공기 변화량이 배출 공기 온도에 대해 변화하여 탑승자를 위한 실제로 일정한 사람의 안락함 레벨을 제공하도록 제어된다. 그리고, 제 3 실시예에 있어서, 압축기 사이클링 한계점은 배출 공기 온도 변화량이 주위 또는 외부 공기 온도에 대해 변화하여 탑승자를 위한 실제로 일정한 사람의 안락함 레벨을 제공하도록 제어된다.
일반적으로, 본 발명은 재가열된 공조 공기가 배출 공기 온도를 증가시킬 뿐만 아니라, 증발기의 출구에서의 공기와 비교할 때 배출 공기의 온도 변화량을 감소키시는 경향이 있다는 점을 인정하고 있다. 이는 히터 코어(40)를 통과하는 공기 내의 온도 변화량을 저하시키거나 또는 완화시키는 경향이 있다. 결과적으로, 배출 공기 온도 변화량에 대한 히터 코어(40)의 영향은 히터 코어(40)를 통해 공조 공기가 얼마나 지향되는지에 따라 변한다. 이러한 현상은 공기조화 시스템(10)의 상이한 작동 조건을 위한 시간 함수로서 증발기 출구 공기 온도 Tevp 및 배출 공기 온도 Tdis를 도시한 도 3a 및 도 3b에 그래프로 도시되어 있다. 도 3a는 시스템(10)이 공조 공기의 최소의 재가열로 작동될 때의 온도 Tevp 및 Tdis를 도시한다. 도시한 바와 같이, 증발기(22)의 출구에서의 공기의 온도 변화량 δTevp은 차량 실내로 배출되는 공기의 온도 변화량 δTdis와 실제로 동일하다. 도 3b는 시스템(10)이 공조 공기의 최대의 재가열로 작동될 때의 온도 Tevp 및 Tdis를 도시한다. 이 경우, 상승된 배출 공기 온도 Tdis는 히터 코어(40)를 통과하는 공기의 감소된 온도 변화량으로 인해 증발기 출구 공기 온도 변화량 δTevp이 비해 상당히 감소된 변화량 δTdis을 나타낸다.
배출 공기 온도 변화량 δTdis에 대한 재가열의 영향은, δTdis을 허용가능한 범위 내에서 유지하는 한편, 최적의 압축기 및 클러치 내구성을 위한 압축기 사이클링 주파수를 최소화하도록 압축기 사이클링 한계점(즉, 스위칭 히스테리시스 밴드)을 교정하는 것이 불가능하지 않다면 어렵게 한다. 그러나, 본 발명은 압축기 사이클링 한계점의 동적 제어를 통한 목적을 성취하는 방법을 제공한다. 도 4를 참조하여 후술된 제 1 실시예에 의하면, 압축기 사이클링 한계점은 모든 작동 조건을 위한 실제로 일정한 배출 공기 온도 변화량을 유지하도록 제어된다. 도 5a 및 도 5b를 참조하여 후술된 제 2 실시예에 의하면, 압축기 사이클링 한계점은 배출 공기 온도 변화량이 배출 공기 온도에 대해 변화하여 탑승자를 위한 실제로 일정한 사람의 안락함 레벨을 제공하도록 제어된다. 그리고, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 후술된 제 3 실시예에 의하면, 압축기 사이클링 한계점은 배출 공기 온도 변화량이 주위 또는 외부 공기 온도에 대해 변화하여 탑승자를 위한 실제로 일정한 사람의 안락함 레벨을 제공하도록 제어된다. 마지막으로, 도 7은 각종 제어 방법을 수행하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 7을 참조하여 후술된 바와 같이, 각각의 상술된 실시예는 Tdis의 허용된 변화량을 성취하기 위해 증발기 냉각 용량의 요구된 변화량 및 Tdis의 허용된 변화량의 결정을 수반한다. 일반적으로, 증발기 냉각 용량의 요구된 변화량은 재가열 공기 제어 도어(42)의 위치에 근거하고, 압축기(12)를 위한 사이클링 임계값은 증발기 냉각 용량의 요구된 변화량 및 증발기(22)의 냉각 용량을 위한 소정의 설정점에 근거하여 결정된다. 하기의 설명에서, 증발기 냉각 용량, 냉각 용량 설정점 및 압축기 사이클링 임계값은 모두 증발기 출구 온도에 의해 표현되지만, 이와 같은 변수는 저측 냉매 압력의 의해 표현될 수도 있음을 알아야 한다.
배출 공기 온도 Tdis는 히터 코어(40)에 공급되는 엔진 냉매의 온도 Tclt, 히터 코어(40)의 가열 효율 ε, 증발기 배출 공기 온도 Tdis 및 재가열 공기 제어 도어(42)의 위치 ω를 포함하는 각종 공지된 변수의 함수로서 하기의 수학식 1과 같이 수학적으로 모델링될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112009022910759-pat00001
여기서, f(ω)는 히터 코어(40)를 통과하는 입구 공기의 부분 흐름을 지칭한다. 다시, 가열 효율 ε은 하기의 수학식 2와 같이 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009022910759-pat00002
여기서, Thtr은 히터 코어(40)의 출구에서의 공기 온도이다. 차량 실내로 배출되는 공기의 온도 변화량(율) δTdis을 위한 표현을 제공하는 수학식 1은 하기의 수학식 3을 산출한다.
[수학식 3]
Figure 112009022910759-pat00003
HVAC 시스템(10)이 공조 공기의 최소의 재가열로 작동하고 있는 경우[즉 재가열 공기 제어 도어(42)가 “풀 콜드(full cold)" 위치에 있는 상태]에, 히터 코어(40)를 통한 부분 흐름 f(ω)은 실질적으로 0(zero)이므로, 도 3a에 도시한 바와 같이 δTdis = δTevp이다. 한편, 공기조화 시스템(10)이 공조 공기의 최대의 재가열로 작동하고 있는 경우[즉 재가열 공기 제어 도어(42)가 “풀 핫(full hot)" 위치에 있는 상태]에, 히터 코어(40)를 통한 부분 흐름 f(ω)은 실질적으로 1(100%)이 므로, δTdis는 하기의 수학식 4로 얻어진다.
[수학식 4]
Figure 112009022910759-pat00004
본 발명의 제 1 실시예는, 배출 공기 온도 변화량 δTdis이 공기조화 시스템(10)의 모든 작동 조건을 위해 실질적으로 일정하도록 압축기 사이클링 한계점을 동역학적으로 제어하는 상기의 관계를 이용한다. 이는 δTevp을 위한 수학식 3을 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 얻어진다.
[수학식 5]
Figure 112009022910759-pat00005
이 경우, 소정의 배출 공기 온도 변화량 δTdis은 탑승자의 안락함과 일치하는 상수로서 특정되고, 요구된 증발기 출구 온도 변화량 δTevp은 가열 효율 ε 및 히터 부분 흐름 f(ω)의 함수로서 얻어진다. 연산된 값 δTevp은 특정의 배출 공기 온도 변화량 δTdis을 성취하도록 요구된 스위칭 히스테리시스 밴드를 나타내고, 상한 및 하한 압축기 사이클링 한계점은 이에 따라 결정된다. 가열 효율 ε는 정상 상태의 작동을 위해 실질적으로 일정하고, δTevp의 요구된 값은 재가열 공기 제어 도어 위치 ω의 함수로서 사전 연산되어, 도 4에 도시한 제어 스케줄을 초래할 수 있다. 요구된 δTevp은 재가열 공기 제어 도어(42)가 상술한 바와 같이 "풀 콜드" 또는 0% 위치에 있을 때 δTdis와 동일하고, 재가열 공기 제어 도어(42)가 "풀 핫" 또는 100% 위치에 있을 때 최대값으로 비선형으로 증가한다. δTevp가 공조 공기의 재가열로 인해 δTdis 이상일 때마다, 압축기 스위칭 히스테리시스는 개선된 압축기 및 클러치 내구성을 제공하도록 증가한다.
본 발명의 제 2 실시예는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 압축기 사이클링 한계점이 배출 공기 온도를 변화시키도록 동역학적으로 제어되는 점을 제외하고는 제 1 실시예와 유사하다. 도시한 공기 배출 온도 변화량 스케줄은 Tdis가 약 20℃ 내지 25℃인 경우에 배출 공기 온도 변화량에 탑승자가 극도로 민감하지만, Tdis가 약 20℃ 내지 25℃보다 상당히 높거나 낮은 경우에 덜 민감함을 나타내는 인간의 열적 안락함에 대한 민감도에 근거한다(편의성을 위해, 25℃의 단일 온도가 본 설명에 사용됨). 그 결과, 도 5a에 도시한 바와 같이 δTdis를 제어하는 것은 공기조화 시스템(10)의 임의의 작동 조건 하에서 인간의 안락함의 실질적으로 일정한 레벨을 유지할 수 있다.
제 2 실시예에 따른 제어에 있어서, δTevp의 요구된 값은 변수 δTdis가 일정한 값 대신에 Tdis의 함수인 점을 제외하고는 수학식 5에 따라 다시 결정된다. 그리고 δTevp의 요구된 값은 Tdis 및 재가열 공기 제어 도어 위치 ω의 함수로서 사전 연산될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5b의 그래프는 3가지의 상이한 배출 공기 온도에 대한 도어 위치 ω의 함수로서 δTevp의 요구된 값을 나타낸다. 하측의 트레이스(trace)는 배출 공기 온도 변화량 δTdis가 최소인 조건인 Tdis = 25℃에 대한 요구된 δTevp를 나타낸다. 상측의 트레이스는 2℃ 또는 60℃의 Tdis 극도값에서의 요구된 δTevp를 나타낸다. 물론, 25℃와 2℃ 및 60℃의 극도의 온도 사이에서의 배출 공기 온도에 대한 요구된 δTevp는 도시한 상측 및 하측 트레이스 사이에 놓인 트레이스에 의해 얻어진다. 중요하게, 본 실시예는 작동 조건의 연장된 범위, 특히 소정의 배출 공기 온도가 25℃보다 상당히 높거나 낮을 때마다 개선된 압축기 및 클러치 내구성에 대한 보다 높은 압축기 스위칭 히스테리시스를 허용한다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어서, 소정의 배출 공기 온도 변화량 δTdis는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 주위 또는 외부 공기 온도 Tamb의 함수로서 변경된다. 이는 제 2 실시예와 유사한 인간의 안락함의 실질적으로 일정한 레벨을 산출하는데, 그 이유는 대부분 경우에 배출 공기 온도 Tdis는 주위 온도 Tamb를 역방향으로 돈다. 즉, 높은 주위 온도는 낮은 배출 공기 온도를 요구하고, 낮은 주위 온도는 편안한 차량 실내를 유지하도록 높은 배출 공기 온도를 요구한다. 달리 말하면, Tdis 대신에 Tamb의 함수로서 δTdis를 스케줄함으로써 최적의 인간 안락함을 성취할 수 있다는 것을 알 수 있다.
제 3 실시예에 따른 제어에 있어서, δTevp의 요구된 값은 도 6a에 도시한 바와 같이 δTdis가 Tamb의 함수로서 변경되는 점을 제외하고는 수학식 5에 따라 다시 결정된다. 소망한다면, δTevp의 요구된 값은 Tamb 및 재가열 공기 제어 도어 위치 ω의 함수로서 사전 연산될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6b의 그래프는 3가지의 상이한 배출 공기 온도에 대한 도어 위치 ω의 함수로서 δTevp의 요구된 값을 나타낸다. 하측의 트레이스는 배출 공기 온도 변화량 δTdis가 최소인 조건인 Tamb = 25℃에 대한 요구된 δTevp를 나타낸다. 상측의 트레이스는 2℃ 또는 40℃의 Tdis 극도값에서의 요구된 δTevp를 나타낸다. 물론, 25℃와 2℃ 및 40℃의 극도의 온도 사이에서의 배출 공기 온도에 대한 요구된 δTevp는 도시한 상측 및 하측 트레이스 사이에 놓인 트레이스에 의해 얻어진다. 제 2 실시예와 마찬가지로, 본 실시예는 작동 조건의 연장된 범위, 특히 주위 공기 온도 Tamb가 25℃보다 상당히 높거나 낮을 때마다 개선된 압축기 및 클러치 내구성에 대한 보다 높은 압축기 스위칭 히스테리시스를 허용한다.
도 7의 흐름도는 상술한 제어 방법을 수행하기 위한 공기조화 시스템(10)의 제어기(58)에 의해 처리되는 소프트웨어 루틴을 나타낸다. 이러한 루틴은 공기조화 시스템(10)의 작동 조건이 시간 경과에 따라 변화함에 따라 압축기 사이클링 한계점이 동역학적으로 조절되도록 제어기(58)에 의해 주기적으로 처리된다. 도시한 루틴은 상술한 제 1, 2 또는 3 제어 계획 중 어느 하나를 수행하도록 구성되지만, 소망한다면 루틴은 제어 계획 중 하나를 바로 수행하도록 단소화될 수 있다.
도 7을 참조하면, 블록(70-76)은 우선 증발기 출구 공기 온도 Tevp에 대한 적절한 설정점을 결정하도록 수행된다. 상술한 바와 같이, Tevp에 대한 설정점은 증발기 동결 보호[블록(70)], 시스템 에너지 효율[블록(72)] 및 창문 서리 방지[블록(74)]를 포함하는 상이하고 때때로 상충하는 고려사항에 근거하여 연산 또는 결정될 수 있다. 블록(76)은 확립된 우선 순위에 근거하여 가장 적절한 설정점을 선택한다. 예를 들면, 창문 서리를 방지하는 설정점이 최적의 에어지 효율을 위한 설정점보다 낮다면, 제어기(58)는 창문 서리를 방지하기 위한 설정점을 선택하도록 프로그램될 수 있다.
일단 Tevp에 대한 설정점이 확립되면, 블록(78, 80, 82)은 배출 공기 온도 Tdis, 재가열 공기 제어 도어 위치 ω 및 주위 온도 Tamb의 목표값을 얻도록 수행된다. 시스템(10)이 자동 기후 제어 시스템, 즉 운전자가 실내에 대한 설정 온도를 확립하여 제어기(58)가 운전자의 설정온도를 만족하도록 송풍기 속도 및 공기 제어 도어 위치를 조절하는 시스템이면, Tdis, ω 및 Tamb의 목표값은 자동 기후 제어 알고리즘으로부터 얻어질 수 있다. 시스템(10)이 소위 수동 시스템이면, Tdis의 목표값은 온도 제어 노브(knob) 또는 슬라이더(slider)의 셋팅이고, ω 및 Tamb는 적절한 위치 및 온도 변환기로 얻어질 수 있다.
그 다음, 블록(84-90)은 상술한 제 1, 2 또는 3 실시예를 이용하여 배출 공기 온도 변화량 δTdis의 소정값을 결정하도록 수행된다. 블록(84)은 제 1 실시예를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 δTdis의 소정값을 사전결정된 상수로 설정하고; 블록(86)은 제 2 실시예를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 목표의 배출 공기 온도 Tdis에 근거하여 δTdis의 소정값을 결정하고; 블록(88)은 제 3 실시예를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 주위 공기 온도 Tamb에 근거하여 δTdis의 소정값을 결정한다. 블록(86, 88)에서, δTdis의 소정값은 표 검토 또는 분석 기능에 의해 결정될 수 있다. 블록(90)은 소망한다면 교정 비트(calibration bit) 또는 확립된 우선 순위에 근거하여 δTdis 값 중 하나를 선택한다.
일단 δTdis의 소정값이 결정되면, 블록(92)은 δTdis의 소정값 및 재가열 공기 제어 도어 위치 ω에 근거하여 δTevp의 요구된 값을 결정한다. 위에서 나타낸 바와 같이, δTevp은 수학식 5를 풀거나 또는 표 검토에 의해 결정될 수 있다. 가열 효율 ε의 값은 예상될 수 있거나 또는 충분한 정보가 유용하다면 연산될 수 있다. 마지막으로, 블록(94)은 블록(76)에 의해 제공된 설정점 및 블록(92)에 의해 제공된 δTevp 값에 근거하여 압축기 사이클링을 위한 상한 및 하한 온도 임계값을 결정하도록 수행된다. 상술한 바와 같이, 하한 임계값은 설정점일 수 있고, 상한 임계값은 설정점 및 δTevp의 합일 수 있다. 종래의 제어와 마찬가지로, 제어 기(58)는 압축기 사이클링을 제어하도록 측정된 증발기 출구 공기 온도를 상한 및 하한 온도 임계값과 비교한다.
요약하면, 본 발명은 작동 조건의 임의의 설정 하에서 압축기 사이클링 주파수와 배출 공기 온도 변화량 사이의 최적 또는 특정의 교환 요건을 성취하도록 압축기 클러치 사이클링을 동역학적으로 제어하기 위한 신규의 방법론을 제공한다. 본 발명이 도시한 실시예에 대해 기술하였지만, 상술한 기재 이외의 변경 및 수정이 당업자에게 인정될 수 있다. 예를 들면, 제어는 상술한 바와 같은 증발기 출구 공기 온도 대신에 저측 냉매 압력에 근거할 수 있고, 본원에 기재한 특정 온도 및 곡선 형상은 적용에 따라서 다소 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구범위에 허용된 모든 범위를 갖는 것으로 의도된다.
도 1은 사이클식 냉매 압축기와 마이크로프로세서 기반의 제어기를 구비하는 일 예시적인 자동차 공기조화 시스템의 다이아그램,
도 2a는 증발기 응축물 동결을 방지하기 위한 종래의 압축기 사이클링 제어를 나타내는 그래프,
도 2b는 상승된 증발기 온도에서 공기조화 작동을 허용하기 위한 고효율 압축기 사이클링 제어를 나타내는 그래프,
도 3a는 공조 공기의 최소의 재가열과 함께 시간 함수로서 증발기 출구 및 배출 공기 온도를 나타내는 그래프,
도 3b는 공조 공기의 최대 재가열과 함께 시간 함수로서 증발기 출구 및 배출 공기 온도를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일정한 배출 공기 온도 변화량을 성취하기 위한 증발기 출구 공기 온도의 요구된 변화량을 나타내는 그래프,
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배출 공기 온도의 소정의 변화량을 나타내는 그래프,
도 5b는 도 5a에 나타낸 소정의 배출 공기 온도 변화량을 성취하기 위한 증발기 출구 공기 온도의 요구된 변화량을 나타내는 그래프,
도 6a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배출 공기 온도의 소정의 변화량을 나타내는 그래프,
도 6b는 도 6a에 나타낸 소정의 배출 공기 온도 변화량을 성취하기 위한 증 발기 출구 공기 온도의 요구된 변화량을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 소정의 배출 공기 온도 변화량을 성취하기 위해 압축기를 사이클링하도록 도 1의 제어기에 의해 수행되는 소프트웨어 루틴의 흐름도.

Claims (10)

  1. 입구 공기를 공기조화하기 위한 증발기(22)와, 상기 증발기(22)의 냉방 용량을 제어하도록 온/오프 사이클링을 이루는 냉매 압축기(12)와, 시스템(10)의 배출 공기 온도에 영향을 미치도록 공기조화된 입구 공기의 선택된 일부를 재가열하도록 구성된 히터 코어(40)를 구비한 공기조화 시스템(10)을 작동하는 방법에 있어서,
    상기 증발기(22)의 냉방 용량을 위한 소정의 설정점을 결정하는 단계(70-74);
    상기 히터 코어(40)에 의해 재가열되는 상기 공기조화된 공기가 얼마나 되는지를 결정하는 단계;
    상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량을 결정하는 단계(84-88);
    상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량 및 상기 히터 코어(40)에 의해 재가열되는 공기조화된 공기의 결정된 부분에 근거하여 상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량을 성취하기 위해, 상기 증발기 냉방 용량의 요구된 변화량을 결정하는 단계(92); 및
    상기 증발기 냉방 용량의 소정의 설정점 및 요구된 변화량에 따라서, 상기 압축기(12)를 온/오프 사이클링시키는 단계(94, 58, 16);를 포함하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발기 냉방 용량의 소정의 설정점 및 요구된 변화량에 따라서, 상기 증발기를 위한 상한 및 하한 스위칭 임계값을 결정하는 단계(94); 및
    상기 상한 및 하한 스위칭 임계값과 상기 증발기 냉방 용량의 측정값을 비교함으로써 상기 압축기를 온/오프 사이클링시키는 단계(58, 16);를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증발기 냉방 용량을 위한 상기 소정의 설정점은 상기 증발기(22)의 소정의 출구 공기 온도이고,
    상기 증발기 냉방 용량의 상기 요구된 변화량은 상기 증발기(22)의 출구 공기 온도의 요구된 변화량인 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량은 특정의 일정값(84)인 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배출 공기 온도(86)의 함수로서 상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량을 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량은 20℃ 내지 25℃의 배출 공기 온도에서 최대값을 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량을 결정하는 단계(88)는 주위 공기 온도에 근거하는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량은 20℃ 내지 25℃의 주위 공기 온도에서 최대값을 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    하기의 식에 따라 상기 배출 공기 온도의 허용된 변화량을 성취하기 위해, 상기 증발기 냉방 용량의 요구된 변화량을 결정하는 단계(92)를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
    Figure 112009022910759-pat00006
    여기서, δTdis는 배출 공기 온도의 허용된 변화량, f(ω)는 히터 코어(40)에 의해 재가열되는 공기조화된 공기의 결정된 부분, 및 ε은 히터 코어(40)의 가열 효율이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 공기조화 시스템(10)은 상기 히터 코어(40)에 의해 재가열되는 공기조화된 공기가 얼마나 되는지를 제어하는 공기 제어 도어(42)를 구비하고,
    상기 공기 제어 도어(42)의 위치를 결정하는 단계(80); 및
    상기 공기 제어 도어(42)의 결정된 위치에 근거하여, 상기 히터 코어(40)에 의해 재가열되는 공기조화된 공기가 얼마나 되는지를 결정하는 단계(58);를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 작동 방법.
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