KR101507054B1 - Method for analysing fluid motion characteristics of electromagnetic control valve for compressor of air conditioning control system in automobiles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수치해석 시뮬레이션에 의한 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV)의 분석방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브 모델에 대하여 밸브 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하기 위한 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of analyzing an electromagnetic control valve (ECV) by a numerical simulation, and more particularly, to a method of analyzing an electronic control valve by a computational fluid dynamics (CFD) And more particularly, to a method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system for analyzing fluid motion characteristics in the interior of the vehicle.
또한, 본 발명은, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브 모델의 분석을 수행하는데 있어서, 유한원소법(finite element method)에 근거하여 전자제어밸브(ECV) 모델의 유동장(flow field)에 대한 분석을 행하고, 서로 다른 위치 및 다양한 조건에서 유동 속도벡터(flow velocity vector)의 분포와 속도 다이어그램(velocity diagram)을 작성하여 표시하도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법에 관한 것이다.
The present invention also relates to a method of analyzing an electronic control valve model by computational fluid dynamics (CFD) simulations, comprising the steps of: determining a flow field of an electronic control valve (ECV) model based on a finite element method; And analyzing the flow characteristic of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured to display and display a distribution of a flow velocity vector and a velocity diagram at different positions and under various conditions .
아울러, 본 발명은, 상기한 바와 같이 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법을 이용하여, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 밸브 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 전자제어밸브의 설계에 적용하는 것에 의해 고효율의 압축기를 설계함으로써, 엔진의 부하를 감소하여 연비를 개선할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법에 관한 것이다.
In addition, the present invention analyzes the fluid flow characteristics inside the valve by computational fluid dynamics (CFD) simulation using the flow characteristics analysis method of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured as described above And more particularly, to a method for designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system, which is configured to reduce the load on the engine and improve the fuel efficiency by designing a high efficiency compressor by applying a result to the design of the electronic control valve.
일반적으로, 압축기(compressor)는, 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)에 부착된 벨트에 의해 구동되는 일종의 펌프로서 자동차용 에어컨과 같은 차량 공조시스템에 있어서 심장과 같은 역할을 하는 것으로 언급된다.
Generally, a compressor is a kind of pump driven by a belt attached to a crankshaft of an engine and is referred to as acting as a heart in a vehicle air conditioning system such as an automotive air conditioner.
또한, 이러한 차량 공조시스템의 동작은, 먼저, 저압 가스 형태(low-pressure gaseous form)의 냉매가 압축기로 유입되면, 벨트에 의해 펌프가 구동되고, 가스에 압력을 인가하여 응축기(condenser) 밖으로 밀어내게 된다(참고문헌 1 참조).
Also, in this vehicle air conditioning system, first, when a low-pressure gaseous form of refrigerant flows into the compressor, the pump is driven by the belt, and pressure is applied to the gas to push it out of the condenser (See Reference 1).
아울러, 최근, 차량 공조시스템에 있어서는, 사계절 내내 실내온도를 항상 쾌적하게 유지하는 에어컨 본래의 기능뿐만 아니라, 연료소비를 감소하여 차량의 전체적인 연비를 개선할 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다.
In addition, recently, in a vehicle air conditioning system, it is required to improve the overall fuel efficiency of the vehicle by reducing fuel consumption as well as the original function of the air conditioner, which keeps the indoor temperature always pleasant throughout the season.
즉, 차량 공조시스템에 적용되는 압축기는 엔진의 파워를 많이 소모하는 부품에 해당하므로, 따라서 엔진의 부하를 감소하여 연료소비를 감소하기 위해 최근에는 고효율의 압축기에 대한 요구가 높아지고 있다(참고문헌 2 참조).
That is, a compressor applied to a vehicle air conditioning system corresponds to a part consuming a large amount of power of an engine, and therefore, a demand for a highly efficient compressor is recently increasing to reduce fuel consumption by reducing an engine load (Reference 2 Reference).
여기서, 상기한 바와 같이 차량 공조시스템에 적용되는 압축기의 효율을 개선하기 위해, 최근에는, 차량용 액츄에이터(actuator)의 일종으로서, 빠르고 안전한 스위칭, 높은 신뢰성, 긴 수명, 양호한 호환성, 낮은 제어전력 및 간결한 구성 등의 많은 장점을 가지는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)가 비단 차량뿐만 아니라 다른 분야에도 널리 사용되고 있다(참고문헌 3 참조).
In order to improve the efficiency of a compressor applied to a vehicle air conditioning system as described above, recently, a type of an actuator for a vehicle has been proposed, which can provide quick and safe switching, high reliability, long life, good compatibility, A solenoid valve having many advantages such as the configuration is widely used not only in silkscreen vehicles but also in other fields (see Reference 3).
더욱이, 최근의 자동차 산업 분야에 있어서는, 낮은 에너지 소비와 고효율 특성으로 인해 종래의 고정용량 압축기(fixed capacity compressor) 대신에 가변용량 압축기(variable capacity compressor)가 많이 사용되고 있으며, 이는, 전자제어밸브(ECV)와 결합하여 차량 공조시스템의 제어시스템으로서 적용되고 있다(참고문헌 4 참조).
In recent years, variable capacity compressors have been used in place of conventional fixed capacity compressors because of their low energy consumption and high efficiency characteristics, ) As a control system of a vehicle air conditioning system (refer to Reference 4).
더 상세하게는, 상기한 바와 같은 가변용량 압축기 및 전자제어밸브(ECV)에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-1308143호에 따르면, 냉매 토출량의 조절을 위한 ECV에 인가되는 전류량을 피드백시켜 설정 온도에 근접하게 제어할 수 있는 차량용 ECV 컨트롤러 및 ECV 제어 방법에 관한 기술내용이 제시된 바 있고, 또한, 한국 등록특허 제10-1151095호에 따르면, 공조환경의 급격한 변화가 있는 경우 ECV의 듀티 변화율의 최대치, 즉, 분당 듀티 변화율의 최대치를 변화시켜 온도의 수렴성 및 응답성을 향상시키도록 구성되는 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
More specifically, as an example of the conventional technology for the variable capacity compressor and the electronic control valve (ECV) as described above, for example, according to Korean Patent No. 10-1308143, an ECV for controlling the refrigerant discharge amount The ECV controller and the ECV control method capable of controlling the amount of applied current to be close to the set temperature can be fed back. Also, according to Korean Patent No. 10-1151095, a sudden change in the air conditioning environment The ECV control method of the variable capacity compressor for an air conditioner is configured to change the maximum value of the rate of duty change of the ECV, that is, the maximum value of the rate of change per unit time per minute to improve the convergence and responsiveness of the temperature.
아울러, 상기한 바와 같은 가변용량 압축기 및 전자제어밸브(ECV)에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2011-0040207호에 따르면, 전자제어밸브(ECV)에 인가되는 전류의 듀티 값이 일정 값 이상 일정 시간 이상 지속되는 경우 제어밸브를 열어서 오일이 크랭크실로 회수될 수 있도록 구성되는 가변 용량형 사판식 압축기의 구동 제어방법에 관한 기술내용이 제시된 바 있고, 더욱이, 한국 등록특허 제10-0941217호에 따르면, 가변용량 압축기의 전자제어밸브의 듀티 제어 인자로 차량의 가속 및 차량의 감속을 이용함으로써, 차량의 가속시에 동력성능을 향상시키고, 감속시에 제동손실을 감소시킬 수 있는 가변용량 압축기 전자제어밸브의 듀티 제어방법에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
Another example of the prior art for the variable capacity compressor and the electronic control valve (ECV) as described above is disclosed in, for example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0040207, The present invention relates to a drive control method for a variable displacement swash plate type compressor in which the control valve is opened so that the oil can be recovered to the crank chamber when the duty value of the applied current lasts more than a predetermined value for a certain period of time, According to Korean Patent No. 10-0941217, the acceleration of the vehicle and the deceleration of the vehicle are used as the duty control factor of the electronic control valve of the variable displacement compressor, thereby improving the power performance at the time of acceleration of the vehicle, A description has been given of a duty control method of a variable capacity compressor electronic control valve capable of reducing a loss.
상기한 바와 같이, 종래, 가변용량 압축기 및 전자제어밸브(ECV)에 관한 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래의 기술내용들은, 대부분 이미 제작된 압축기나 전자제어밸브의 동작을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 전자제어밸브의 최초 설계단계에서부터 전자제어밸브 및 압축기의 효율을 개선할 수 있도록 하기 위한 방법에 관한 기술내용은 제시된 바 없었다.
As described above, various technical contents related to the variable capacity compressor and the electronic control valve (ECV) have been proposed. However, the conventional technologies described above have been limited to the operation of the compressor or the electronic control valve, There is no description on a method for improving the efficiency of the electronic control valve and the compressor from the initial design stage of the electronic control valve.
즉, 상기한 바와 같이, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위하여는, 최초 설계단계에서 고효율의 압축기를 구현 가능한 전자제어밸브를 설계하는 것이 더욱 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 설계방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
That is, as described above, in order to improve the efficiency of the compressor for the vehicle air-conditioning system consuming a large amount of power of the engine to thereby reduce the load on the engine, it is necessary to increase the efficiency of the compressor It is more desirable to design an electronically controllable valve that can be implemented, but a design method that satisfies all such requirements is not yet available.
[참고문헌] [references]
1. Family Car Parts., "Automotive Air Conditioning Systems", Jan. 25, 2012, http://www.familycar.com/ac1.htm 1. Family Car Parts., "Automotive Air Conditioning Systems ", Jan. 25, 2012, http://www.familycar.com/ac1.htm
2. M. J. Kim, I. S. Park and G. H. Lee, "An experimental study on the performance of variable displacement swash plate type compressor with various pressure of swash plate chamber", Korean Journal of Air Conditioning and Refrigeration Engineering, No. 2004-S-127 (2004), pp 765-770. 2. M. J. Kim, I. S. Park and G. H. Lee, "An experimental study on the performance of variable displacement swash plate type compressor with various pressure swash plate chamber", Korean Journal of Air Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 2004-S-127 (2004), pp. 765-770.
3. Qianfeng Liu, Hanliang Bo, Benke Qin, Hanliang Bo, Benke Qin, "Experimental study and numerical analysis on electromagnetic force of direct action solenoid valve", Nuclear Engineering and Design, Volume 240, Issue 12, December 2010, Pages 4031-4036. 3. Qianfeng Liu, Hanliang Bo, Benke Qin, Hanliang Bo, and Benke Qin, "Experimental study and numerical analysis on electromagnetic force of direct action solenoid valve ", Nuclear Engineering and Design, Volume 240, Issue 12, 4036.
4. Md. Iqbal Mahmud and Haeng Muk Cho, "Analysis of Crankcase Flow of an Automobile ECV for Air Conditioning Control System", Applied Mechanics and Materials Vols. 373-375 (2013) pp 421-426. 4. Art. Iqbal Mahmud and Haeng Muk Cho, "Analysis of Crankcase Flow of an Automobile ECV for Air Conditioning Control System ", Applied Mechanics and Materials Vols. 373-375 (2013) pp 421-426.
5. P Saarenrinne, M Piirto, "Turbulent kinetic energy dissipation rate estimation from PIV velocity vector fields", Experiments in fluids, 2000 - Springer.
5. P Saarenrinne, M. Piirto, "Turbulent kinetic energy dissipation rate estimation from PIV velocity vector fields", Experiments in fluids, 2000 - Springer.
[선행기술문헌] [Prior Art Literature]
1. 한국 등록특허 제10-1308143호(2013.09.06.) 1. Korean Registered Patent No. 10-1308143 (2013.09.06.)
2. 한국 등록특허 제10-1151095호(2012.05.22.) 2. Korean Patent No. 10-1151095 (2012.05.22.)
3. 한국 공개특허공보 제10-2011-0040207호(2011.04.20.) 3. Korean Patent Publication No. 10-2011-0040207 (April 20, 2011)
4. 한국 등록특허 제10-0941217호(201.02.01.)
4. Korean Patent No. 10-0941217 (201.02.01.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV) 밸브 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하기 위한 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compressor for a vehicle air conditioning system which consumes a large amount of power of the engine, A vehicle air conditioning system for analyzing fluid motion characteristics inside an electronic control valve (ECV) valve by means of computational fluid dynamics (CFD) simulation, The present invention provides a method for analyzing the flow characteristics of an electronic control valve for a compressor.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(ECV) 모델의 분석을 수행하는데 있어서, 유한원소법(finite element method)에 근거하여 전자제어밸브(ECV) 모델의 유동장(flow field)에 대한 분석을 행하고, 서로 다른 위치 및 다양한 조건에서 유동 속도벡터(flow velocity vector)의 분포와 속도 다이어그램(velocity diagram)을 작성하여 표시하도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 제공하고자 하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an electronic control valve (ECV) model analysis method and a control method thereof, in which an analysis of an electronic control valve (ECV) model is performed by computational fluid dynamics (CFD) (ECV) model of a vehicle, and to create and display a distribution of a flow velocity vector and a velocity diagram at different positions and under various conditions, The present invention provides a method for analyzing the flow characteristics of an electronic control valve for a compressor.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 바와 같이 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법을 이용하여, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 밸브 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 전자제어밸브의 설계에 적용함으로써, 고효율의 압축기를 구현하는 것에 의해 엔진의 부하를 감소하여 연비를 개선할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법을 제공하고자 하는 것이다.
It is a further object of the present invention to provide a method of analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system as described above, A method of designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system is proposed in which the result of performing the analysis on the electronic control valve is applied to the design of the electronic control valve to reduce the load on the engine by implementing a high- .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해, 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV) 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하기 위한 처리를 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 실행시키도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법에 있어서, 상기 처리는, 상기 전자제어밸브(ECV)에 대한 3D 모델을 구축하는 모델링 단계; 상기 모델링 단계에서 구축된 상기 전자제어밸브(ECV) 모델에 대하여, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 상기 전자제어밸브(ECV) 모델 내부에서의 유체 유동특성을 분석하는 시뮬레이션 분석단계; 및 상기 시뮬레이션 분석단계에서의 분석결과를 표나 그래프 및 이미지를 포함하는 시각적인 형태로 가공하여 모니터나 별도의 표시수단에 표시하는 분석결과 표시단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법이 제공된다.
In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, in order to improve the efficiency of the compressor for a vehicle air conditioning system to reduce the load on the engine, the fuel economy can be improved. A method for analyzing flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system, the method comprising the steps of: executing a process for analyzing fluid motion characteristics in an internal combustion engine (ECV) A modeling step of constructing a 3D model for the electronic control valve (ECV); A simulation analysis step for analyzing fluid flow characteristics inside the electronic control valve (ECV) model by computational fluid dynamics (CFD) simulation for the electronic control valve (ECV) model constructed in the modeling step ; And an analysis result display step of processing the analysis result in the simulation analysis step into a visual form including a table, a graph and an image, and displaying the analysis result on a monitor or another display means. A method for analyzing flow characteristics of an electronic control valve is provided.
여기서, 상기 모델링 단계는, 상기 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 상기 전자제어밸브(ECV) 내부에서의 유동 흐름을 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 각각 분석하기 위한 CFD 모델을 구축하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Here, the modeling step may include a process of constructing a CFD model for analyzing the flow flow inside the electronic control valve (ECV) in the switch-off state and the switch-on state, respectively, by the computational fluid dynamics (CFD) simulation .
또한, 상기 시뮬레이션 분석단계는, 상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 상기 ECV 내부에서의 유동 흐름에 대한 분석을 각각 수행하여 속도 단면도(speed sectional drawing)를 작성하는 처리와, 상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 거리에 따른 속도 변화를 그래프로 각각 작성하는 처리와, 상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 궤적(trajectory)을 각각 분석하는 처리 및 상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 난류소실(turbulent dissipation)의 표면 도표(surface plot)를 각각 작성하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
The simulation analysis step may include a process of generating a speed sectional drawing by analyzing the flow flow inside the ECV in a switch-off state and a switch-on state with respect to the ECV model, And a process of analyzing the trajectory of the flow in each of the switch-off state and the switch-on state with respect to the ECV model, And a process for creating a surface plot of turbulent dissipation of the flow flow in the switch-off state and the switch-on state, respectively, is performed for the ECV model.
아울러, 상기 분석결과 표시단계는, 상기 시뮬레이션 분석단계에서의 분석결과를 모니터나 외부 디스플레이를 포함하는 표시장치에 표시하는 동시에, 프린터를 포함하는 외부 출력수단에 의해 출력하거나, 사용자 단말이나 서버를 포함하는 외부 기기로 전송하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the analysis result display step may include displaying the analysis result in the simulation analysis step on a display device including a monitor or an external display, outputting the result by an external output means including a printer, To the external device that is connected to the external device.
더욱이, 본 발명에 따르면, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브(ECV) 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 상기 전자제어밸브(ECV)의 설계에 적용함으로써, 상기 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법에 있어서, 상기 설계방법은, 상기에 기재된 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법에 의한 시뮬레이션 분석결과에 근거하여 상기 압축기의 효율을 최대로 개선 가능한 최적의 ECV 구조를 결정하는 결정단계; 및 상기 결정단계에서의 결과에 따라 상기 ECV를 설계하는 설계단계를 포함하는 처리를 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 실행시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법이 제공된다.
Further, according to the present invention, the result of analyzing fluid flow characteristics inside a compressor electronic control valve (ECV) for a vehicle air conditioning system by CFD simulation is shown in the design of the electronic control valve (ECV) To a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system, which is configured to improve the efficiency of the compressor and thereby reduce the load on the engine, thereby improving the fuel economy, A determining step of determining an optimal ECV structure capable of maximally improving the efficiency of the compressor based on a simulation analysis result by a flow characteristic analysis method of a compressor electronic control valve for an air conditioning system; And a designing step of designing the ECV according to a result of the determining step, on a computer or dedicated hardware, is provided for the design of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system .
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법을 이용하여 설계되고 제작된 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브가 제공된다.
Further, according to the present invention, there is provided a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system, which is designed and manufactured by using the method for designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system described above.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법을 이용하여 설계되고 제작되는 전자제어밸브를 포함하여 구성됨으로써, 효율 개선에 의해 엔진의 부하를 감소하고 연비를 개선할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기가 제공된다.
In addition, according to the present invention, the electronic control valve is designed and manufactured by using the design method of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system described above, thereby reducing the load on the engine and improving the fuel efficiency A compressor for a vehicle air conditioning system is provided.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV) 밸브 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하기 위한 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, in order to improve the efficiency of a compressor for a vehicle air conditioning system consuming a large amount of power of the engine and thereby to improve fuel economy by reducing the load on the engine, computational fluid dynamics It is possible to provide a method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system for analyzing fluid motion characteristics in an electromagnetic control valve (ECV) have.
또한, 본 발명에 따르면, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(ECV) 모델의 분석을 수행하는데 있어서, 유한원소법(finite element method)에 근거하여 전자제어밸브(ECV) 모델의 유동장(flow field)에 대한 분석을 행하고, 서로 다른 위치 및 다양한 조건에서 유동 속도벡터(flow velocity vector)의 분포와 속도 다이어그램(velocity diagram)을 작성하여 표시하도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 제공할 수 있다.
Further, according to the present invention, in order to improve the efficiency of a compressor for a vehicle air conditioning system which consumes a large amount of power of the engine and thereby to reduce fuel consumption of the engine, CFD simulation In the analysis of the control valve (ECV) model, the flow field of the electronically controlled valve (ECV) model is analyzed based on the finite element method, It is possible to provide a method of analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured to display and display a distribution of a flow velocity vector and a velocity diagram.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법을 이용하여, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 밸브 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 전자제어밸브의 설계에 적용하는 것에 의해 고효율의 압축기를 구현할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법이 제공됨으로써, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소할 수 있으며, 그것에 의해, 차량의 전체적인 연비를 개선할 수 있다.
In addition, according to the present invention, an analysis of fluid flow characteristics inside a valve by computational fluid dynamics (CFD) simulation using the flow characteristics analysis method of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured as described above And a design method of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured to realize a high efficiency compressor by applying the result of the execution to the design of an electronic control valve. Therefore, a compressor for a vehicle air conditioning system The load of the engine can be reduced, thereby improving the overall fuel economy of the vehicle.
도 1은 전자제어밸브의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 전자제어밸브의 스위치 온 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 바와 같은 전자제어밸브의 스위치 오프 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 CFD 시뮬레이션을 위해 구축된 ECV의 3차원 모델을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 ECV 모델의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태에서의 유동 흐름의 속도 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 온 상태에서의 유동 흐름의 속도 단면도를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태에서 거리에 따른 속도 변화를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 온 상태에서 거리에 따른 속도 변화를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태에서 유동 흐름의 궤적을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 궤적을 나타내는 도면이다.
도 12는 난류소실의 표면도표를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12에 나타낸 표면 도표의 로컬 파라미터를 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing an overall configuration of an electronic control valve. FIG.
Fig. 2 is a diagram showing the switch-on state of the electronic control valve as shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 3 is a diagram showing the switch-off state of the electronic control valve as shown in Fig.
4 is a diagram showing a three-dimensional model of ECV constructed for CFD simulation.
Fig. 5 is a schematic view showing the internal structure of the ECV model shown in Fig. 4. Fig.
6 is a view showing a velocity cross-sectional view of a flow flow in a switch-off state with respect to an ECV model as shown in Figs. 4 and 5. Fig.
7 is a view showing a velocity cross-sectional view of the flow flow in the switched-on state with respect to the ECV model as shown in Figs. 4 and 5. Fig.
FIG. 8 is a graph showing a change in velocity along the distance in the switch-off state with respect to the ECV model shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
FIG. 9 is a graph showing a change in velocity along the distance in the switched-on state with respect to the ECV model shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
10 is a view showing the trajectory of the flow in the switch-off state with respect to the ECV model as shown in Figs. 4 and 5. Fig.
FIG. 11 is a diagram showing the trajectory of the flow in the switched-on state with respect to the ECV model shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
12 is a view showing a surface diagram of turbulent flow disappearance.
13 is a table showing the local parameters of the surface diagram shown in Fig. 12 in a table.
14 is a flow chart schematically showing the overall configuration of a method for analyzing flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for analyzing flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
In the following description of the embodiments of the present invention, parts that are the same as or similar to those of the prior art, or which can be easily understood and practiced by a person skilled in the art, It is important to bear in mind that we omit.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV) 밸브 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하기 위한 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법에 관한 것이다.
That is, in order to improve the fuel efficiency by reducing the load of the engine by improving the efficiency of the compressor for the vehicle air conditioning system which consumes a large amount of power of the engine as described later, To an analysis method of flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system for analyzing fluid motion characteristics inside an electronic control valve (ECV) valve by simulation of a fluid dynamics (CFD) .
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(ECV) 모델의 분석을 수행하는데 있어서, 유한원소법(finite element method)에 근거하여 전자제어밸브(ECV) 모델의 유동장(flow field)에 대한 분석을 행하고, 서로 다른 위치 및 다양한 조건에서 유동 속도벡터(flow velocity vector)의 분포와 속도 다이어그램(velocity diagram)을 작성하여 표시하도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법에 관한 것이다.
The present invention also provides an electronic control valve (ECV) model based on a finite element method in performing analysis of an electronic control valve (ECV) model by computational fluid dynamics (CFD) ) Model of a compressor for a vehicle air conditioning system, which is configured to analyze the flow field of the model and generate and display a distribution of a flow velocity vector and a velocity diagram at different positions and under various conditions, To an analysis method of flow characteristics of an electronic control valve.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 상기한 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법을 이용하여, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 밸브 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 전자제어밸브의 설계에 적용함으로써, 고효율의 압축기를 구현하는 것에 의해 엔진의 부하를 감소하여 연비를 개선할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법에 관한 것이다.
In addition, the present invention analyzes the fluid flow characteristics inside the valve by computational fluid dynamics (CFD) simulations using the flow characteristics analysis method of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system as described below The present invention relates to a method of designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system, which is configured to improve the fuel efficiency by reducing the load of the engine by implementing a high efficiency compressor by applying the result of the performance to the design of the electronic control valve.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
Next, with reference to the drawings, the details of the flow characteristics analysis method of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to the present invention will be described.
여기서, 본 발명에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법의 구체적인 내용에 대하여 설명하기 전에, 먼저, 전자제어밸브의 전체적인 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a detailed description of a method for analyzing flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to the present invention will be described. First, the overall configuration of the electronic control valve will be described.
즉, 도 1을 참조하면, 도 1은 전자제어밸브의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
That is, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a view schematically showing an overall configuration of an electronic control valve.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전자제어밸브, 즉, ECV는, 일반적으로, 자성 코일(magnetic coil), 플런저(plunger), 플런저 스프링(plunger spring), 플런저 핀(plunger pin), 플런저 하우징(plunger housing), 커버 플레이트(cover plate), 코어(core), 밸브가이드(valve guide), 벨로우즈(bellows assay), 벨로우즈 캡(bellows cap) 등을 포함하여 이루어져 있다(참고문헌 1 참조).
As shown in FIG. 1, an electronic control valve, that is, an ECV, generally includes a magnetic coil, a plunger, a plunger spring, a plunger pin, a plunger housing A cover plate, a core, a valve guide, a bellows assay, a bellows cap, and the like (see Reference 1).
아울러, 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2 및 도 3은 도 1에 나타낸 바와 같은 전자제어밸브의 스위치 온 상태와 스위치 오프 상태를 각각 나타내는 도면이다.
2 and 3, FIGS. 2 and 3 are views showing the switch-on state and the switch-off state of the electronic control valve as shown in FIG. 1, respectively.
더 상세하게는, ECV에는, 흡입포트(suction port)(Ps), 크랭크케이스포트(crankcase port)(Pc) 및 배출포트(discharge port)(Pd)의 세 개의 압력포트(pressure port)가 존재하며, 이들 포트들은 ECV의 공기흐름 기능(airflow function)을 위한 주된 연결통로(connecting passage)가 된다(참고문헌 2 참조).
More specifically, in the ECV there are three pressure ports, namely a suction port Ps, a crankcase port Pc and a discharge port Pd , These ports become the main connecting passage for the airflow function of the ECV (see Reference 2).
즉, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, ECV는, 각각의 포트 동작에 따라 압력이 들어오고(incoming) 나가는(outgoing) 두 가지 경우가 존재하며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스위치 온 상태(PWM에 의한 전류가 ECV에 인가되는)에서 배출이 최대가 되는 경우, Pc는 Ps보다 크고 Pc에서 Ps로의 흐름이 개방(open) 된다.
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, there are two cases in which the ECV is outgoing according to the operation of each port, and as shown in FIG. 2, Pc is greater than Ps and the flow from Pc to Ps is open (when the current is supplied by the PWM to the ECV).
또한, 피스톤의 움직임으로 인해, 최대 스트로크일 때 Pd에서 유동압력(flow pressure)이 최대가 되며, Pc 압력이 감소하면 사판각(swable plate angle)이 최대가 된다(Pd에서 Pc까지가 폐쇄될(closed) 때).
In addition, due to the movement of the piston, the flow pressure at Pd is maximized at the maximum stroke, and when the Pc pressure is reduced, the swable plate angle is maximized (from Pd to Pc will be closed closed).
반면, 스위치 오프 상태(PWM에 의한 전류가 ECV에 인가되지 않는), 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, Pd에서 Pc까지가 개방된 상태에서는, Pd가 Pc보다 크고 Pc에서 Ps로의 흐름이 폐쇄된다.
On the other hand, in the switched-off state (the current due to the PWM is not applied to the ECV), that is, from Pd to Pc as shown in Fig. 3, Pd is larger than Pc and the flow from Pc to Ps is closed .
아울러, 압력이 Pd로부터 Pc로 이동하므로, 공급전류(supply current)와 폐쇄위치(closed position) 쪽으로 이동하는 PWM에 근거하여 Pc는 최대 압력을 운반하게(carry) 되고, 결과적으로, Pd 압력은 감소된다.
In addition, since the pressure moves from Pd to Pc, Pc carries the maximum pressure based on the PWM moving toward the supply current and closed position, and as a result, the Pd pressure decreases do.
따라서 피스톤 스트로크는 최종적으로 사판이 수평인 위치(no angle position)에 도달하도록 하여 정지한다(참고문헌 4 참조).
Thus, the piston stroke is finally stopped by allowing the swash plate to reach a horizontal position (no angle position) (see Reference 4).
계속해서, CFD 시뮬레이션을 위한 지배방정식(governing equations)에 대하여 설명하면, CFD 시뮬레이션은 유체유동 제어(fluid flow control) 방정식에 대한 수치해를 얻기 위한 것으로, 전체적인 시간 및 공간에 걸쳐 유동장(flow field)에 대한 수학적 기술(Mathematical description)에 중점을 두고 있다.
Continuing with the governing equations for CFD simulations, CFD simulations are intended to obtain a numerical solution to fluid flow control equations, which are based on the flow field over the entire time and space. It focuses on the mathematical description.
또한, CFD는 편미분 방정식(partial differential equations)으로 이루어지는 유체유동 보존법칙(fluid flow conservation law)을 기술하는 급수(series)로 구성되는 나비에-스토크스 방정식(Navier-Stokes equations)에 의해 구축된다.
CFD is also constructed by Navier-Stokes equations, which consist of a series describing the fluid flow conservation law, which consists of partial differential equations.
아울러, 기체의 움직임(movement)을 시뮬레이션하기 위해, 모델은 질량보존(conservation of mass) 방정식과 같은 기체보존 방정식(gas conservation equations)에 대한 것이어야 하며, 운동량 방정식(momentum equations)의 해를 구해야 한다.
In addition, to simulate gas movement, the model must be for gas conservation equations such as the conservation of mass equations, and the solution of momentum equations .
여기서, 질량보존 방정식은 이하의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Here, the mass conservation equation can be expressed by the following equation (1).
[수학식 1] [Equation 1]
상기한 [수학식 1]에 있어서, ρ는 밀도(density), t는 시간(time), v는 속도(velocity), Sm은 분산(dispersion)으로부터 2차 위상(secondary phase)의 소스(source)에 연속상(continuous phase)에서 임의의 사용자 정의된(user-defined) 품질(quality)을 더한 값이다.
In Equation (1), ρ is the density, t is the time, v is the velocity, S m is the source of the secondary phase from the dispersion, ) Plus any user-defined quality in the continuous phase.
계속해서, 상기한 바와 같은 내용에 근거하여 CFD 시뮬레이션을 수행한 결과에 대하여 설명한다.
Next, the results of performing the CFD simulation based on the above-described contents will be described.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 CFD 시뮬레이션을 위해 구축된 ECV의 3차원 모델을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 나타낸 ECV 모델의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
4 and 5, FIG. 4 is a diagram showing a three-dimensional model of the ECV constructed for the CFD simulation, and FIG. 5 is a diagram schematically showing the internal structure of the ECV model shown in FIG.
즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 내용에 근거하여, ECV의 일반적인 흐름 패턴을 얻기 위한 CFD 시뮬레이션을 위해, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 ECV에 대한 3차원 모델을 구축하였으며, 구축된 CFD 모델을 대략 100,000개의 셀(cell)로 분할하였다.
That is, based on the above-described contents, the present inventors constructed a three-dimensional model for ECV as shown in FIGS. 4 and 5 for CFD simulation for obtaining a general flow pattern of ECV, The model was divided into approximately 100,000 cells.
또한, 구축된 CFD 모델은 프론트 프로세서(front processor)에서 리더스 솔버 시뮬레이션(leaders solver simulation)과 함께 맞물리며(meshed), 계산을 수행하기 위해, 협채널 개선(Advanced narrow channel refinement), 레벨 2 미세 특징 개선(fine solid features refinement level 2), 고체 열전도(solid heat conduction), 중력효과(gravity effects) 및 습도(humidity)는 무시되었으며, 층류(laminar flow)와 난류(turbulent flow)를 이용하여 분류하였다.
In addition, the constructed CFD model may be meshed with a leaders solver simulation in a front processor, advanced narrow channel refinement, level 2 fine feature enhancement solid heat conduction, gravity effects and humidity were neglected and classified by laminar flow and turbulent flow.
여기서, 상기한 바와 같이 ECV에 대한 3차원 모델을 구축하는 과정 및 CFD 시뮬레이션을 수행하는 구체적인 과정은 종래기술의 문헌 등을 통하여 당업자에게 자명한 사항이므로, 설명을 간략히 하기 위해, 여기서는 그 상세한 내용에 대한 설명은 생략하였음에 유념해야 한다.
Here, as described above, the process of constructing the three-dimensional model for the ECV and the specific process of performing the CFD simulation are obvious to those skilled in the art through the literature of the prior art, and therefore, for the sake of simplicity, It is important to note that the explanation for this is omitted.
계속해서, 도 6 내지 13도 을 참조하여, 상기한 바와 같이 하여 구축된 ECV 모델에 대하여 CFD 시뮬레이션을 수행한 결과에 대하여 설명한다.
Next, with reference to FIGS. 6 to 13, the results of performing the CFD simulation on the ECV model constructed as described above will be described.
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6 및 도 7은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서의 유동 흐름의 속도 단면도(speed sectional drawing)를 각각 나타내는 도면이다.
6 and 7, FIGS. 6 and 7 illustrate a speed sectional drawing of the flow flow in the switch-off state and the switch-on state for the ECV model as shown in FIGS. 4 and 5 Respectively.
또한, 도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8 및 도 9는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 거리에 따른 속도 변화를 그래프로 각각 나타내는 도면이다.
8 and 9, FIG. 8 and FIG. 9 are graphs showing graphs of changes in speed according to distance in the switch-off state and the switch-on state, respectively, for the ECV model shown in FIGS. 4 and 5 .
아울러, 도 10 및 도 11을 참조하면, 도 10 및 도 11은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 궤적(trajectory)을 각각 나타내는 도면이다.
Referring to FIGS. 10 and 11, FIGS. 10 and 11 are diagrams showing trajectory of a flow flow in the switch-off state and the switch-on state, respectively, for the ECV model shown in FIGS. 4 and 5 .
더욱이, 도 12를 참조하면, 도 12는 난류소실(turbulent dissipation)의 표면 도표(surface plot)를 나타내는 도면이다.
12 is a diagram showing a surface plot of turbulent dissipation.
또한, 도 13을 참조하면, 도 13은 도 12에 나타낸 표면 도표의 로컬 파라미터(local parameter)를 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
Referring to FIG. 13, FIG. 13 is a table showing the local parameters of the surface diagram shown in FIG. 12 in a table.
즉, 도 6 내지 도 13에 나타낸 바와 같은 결과로부터, 속도가 가장 빠른 부분은 플런저 홀에 집중되어 있음을 확인할 수 있다.
That is, from the results shown in Figs. 6 to 13, it is confirmed that the portion with the highest speed is concentrated in the plunger hole.
아울러, 난류 운동에너지 소실률(turbulent kinetic energy dissipation rate)의 크기(magnitude)는 품질(quality)과 처리과정(process)들의 효율에 의해 결정되며, 따라서 국지적인(local) 난류 에너지 소실률은 처리과정의 설계에 있어 필수적인 문제의 하나이다.
In addition, the magnitude of the turbulent kinetic energy dissipation rate is determined by the quality and the efficiency of the processes, so that the local turbulent energy dissipation rate is determined by the design of the process It is one of the essential problems in Korea.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, ECV 유동 흐름을 개방 및 폐쇄상태에 대하여 각각 CFD 수치해석 시뮬레이션을 통하여 재현하고, 상온 및 압력(normal temperature and pressure) 하에서 0.0002512kg/s의 속도로 테스트를 수행한 결과, 유체가 층류 상태(laminar flow state), 즉, 서로 다른 등급의 와류(different degrees of vortex)가 존재하는 밸브 스위치 내로 진입할 때 안정되며, 또한, 오프 상태에서, 가장 빠른 위치는 밸브와 핀의 표면에 평행하고, 개방 상태에서, 가장 큰 국부 흐름 속도(local flow velocity)는 밸브 포트(valve port)와 코어 영역(core areas)에 접하는 위치인 결과를 얻었다.
As described above, according to the present invention, the ECV flow is reproduced through CFD numerical simulation for the open and closed states, respectively, and the test is performed at a rate of 0.0002512 kg / s under normal temperature and pressure As a result, the fluid is stable when entering a laminar flow state, i. E., Into a valve switch with different degrees of vortex, and also in its off state, In parallel with the surface of the pin and in the open state, the largest local flow velocity resulted in a position in contact with the valve port and core areas.
아울러, 폐쇄 상태에서, 최대 유량(flow rate)은 약 0.3m/s이고, 반면, 개방 상태에서, 최대 흐름 속도(flow speed)는 0.8m/s 이상인 것으로 나타났다.
Further, in the closed state, the maximum flow rate is about 0.3 m / s, while in the open state, the maximum flow speed is more than 0.8 m / s.
상기한 바와 같은 결과로부터, 본 발명에 따르면, ECV의 유체 흡입(fluid inhalation)을 예측하고, 실제 결과와 비교 분석하여 보완할 수 있다.
From the results as described above, according to the present invention, fluid inhalation of the ECV can be predicted and compared with the actual results to be supplemented.
따라서 상기한 바와 같은 내용에 근거하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법 및 이를 이용한 전자제어밸브의 설계방법을 구현할 수 있다.
Therefore, a method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system and a method for designing an electronic control valve using the same according to an embodiment of the present invention can be implemented based on the above description.
즉, 도 14를 참조하면, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
That is, referring to FIG. 14, FIG. 14 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a method for analyzing flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention.
도 14에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법은, 크게 나누어, 먼저, 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV)에 대한 3D 모델을 구축하는 모델링 단계(S10)와, 상기 단계에서 구축된 전자제어밸브(ECV) 모델에 대하여 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 상기 전자제어밸브 모델 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하는 시뮬레이션 분석단계(S20) 및 상기 시뮬레이션 분석단계(S20)에서의 분석결과를 표나 그래프 및 도면 등과 같은 시각적인 형태로 가공하여 사용자에게 제시하는 분석결과 표시단계(S30)를 포함하여 구성될 수 있다.
As shown in FIG. 14, a method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention is roughly divided into a 3D model for an electromagnetic control valve (ECV) (CFD) simulation for an electronic control valve (ECV) model constructed in the step (S 10), and a fluid dynamic characteristic A simulation analysis step S20 for analyzing the analysis result and a analysis result display step S30 for displaying the analysis result in the simulation analysis step S20 in a visual form such as a table, a graph, a drawing, .
여기서, 상기한 모델링 단계(S10)는, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(ECV) 내부에서의 유동 흐름을 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 각각 분석하기 위한 CFD 모델을 구축하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
Here, the modeling step (S10) includes a process of constructing a CFD model for analyzing the flow flow inside the electronic control valve (ECV) in the switch-off state and the switch-on state by CFD simulation May be configured to be performed.
또한, 상기한 시뮬레이션 분석단계(S20)는, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(ECV) 모델의 분석을 수행하기 위해, 유한원소법(finite element method)에 근거하여 전자제어밸브(ECV) 모델의 유동장(flow field)에 대한 분석을 행하고, 서로 다른 위치 및 다양한 조건에서 유동 속도벡터(flow velocity vector)의 분포와 속도 다이어그램(velocity diagram)을 작성하여 표시하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
In addition, the simulation analysis step S20 may include an electronic control valve (ECC) model based on a finite element method to perform an analysis of an electronic control valve (ECV) model by computational fluid dynamics (CFD) simulation The flow field of the ECV model is analyzed and a process of creating and displaying a distribution and a velocity diagram of a flow velocity vector at different positions and various conditions is performed .
더 상세하게는, 상기한 시뮬레이션 분석단계(S20)는, 구축된 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 ECV 내부에서의 유동 흐름에 대한 분석을 각각 수행하여 속도 단면도(speed sectional drawing)를 작성하는 처리와, 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 거리에 따른 속도 변화를 그래프로 각각 나타내는 처리와, 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 궤적(trajectory)을 각각 분석하는 처리 및 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 난류소실(turbulent dissipation)의 표면 도표(surface plot)를 각각 작성하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
More specifically, the above-described simulation analysis step (S20) analyzes the flow flow in the ECV in the switched-off state and the switched-on state, respectively, for the constructed ECV model to obtain a speed sectional drawing A process of graphically representing the speed change depending on the distance in the switch-off state and the switch-on state, a process of analyzing the trajectory of the flow flow in the switch-off state and the switch-on state, And a surface plot of the turbulent dissipation of the flow flow in the switched on state, respectively.
아울러, 상기 분석결과 제공단계(S30)는, 상기 시뮬레이션 분석단계(S20)에서의 분석결과를 모니터나 외부 디스플레이와 같은 표시장치에 표시하고 프린터와 같은 외부 출력수단에 의해 출력하거나, 또는, 사용자 단말이나 서버와 같은 외부 기기로 전송하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
In addition, the analysis result providing step S30 may include displaying the analysis result in the simulation analysis step S20 on a display device such as a monitor or an external display, outputting the result of analysis by an external output means such as a printer, Or to an external device such as a server.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법을 ECV의 설계에 적용하여, 압축기의 효율을 개선 가능하도록 구성되는 전자제어밸브를 설계할 수 있는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법을 제공할 수 있다.
Further, according to the present invention, a method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention configured as described above is applied to the design of an ECV, A method of designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system capable of designing an electronic control valve can be provided.
즉, 더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법에 따르면, 상기한 바와 같은 시뮬레이션 분석단계(S20)에서의 분석결과를 종합하여 압축기의 효율을 최대로 개선 가능한 최적의 구조를 결정하고, 그러한 결과에 따라 ECV를 설계하는 처리가 수행되도록 구성됨으로써, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 밸브 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 전자제어밸브의 설계에 적용하는 것에 의해 고효율의 압축기를 구현할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법을 제공할 수 있다.
More specifically, according to the method for designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention, the efficiency of the compressor can be maximized by integrating the analysis results in the simulation analysis step (S20) (CFD) simulation by analyzing the fluid flow characteristics inside the valve by determining the optimum structure that can be improved by the CFD simulation, and designing the ECV according to the result, It is possible to provide a method for designing a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system which is configured to be able to realize a high efficiency compressor by applying it to the design of a control valve.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 구현할 수 있다.
Therefore, the method for analyzing the flow characteristics of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to the present invention can be implemented as described above.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(Electromagnetic Control Valve ; ECV) 밸브 내부에서의 유체 유동특성(fluid motion characteristics)을 분석하기 위한 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 제공할 수 있다.
Further, by implementing the method for analyzing the flow characteristics of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system according to the present invention as described above, according to the present invention, the efficiency of a compressor for a vehicle air conditioning system, In order to improve the fuel efficiency by improving the engine load by reducing the engine load, the fluid flow characteristics inside the electronic control valve (ECV) valve by the computational fluid dynamics (CFD) simulation the present invention can provide a method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system for analyzing fluid motion characteristics.
또한, 본 발명에 따르면, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소하는 것에 의해 연비를 개선할 수 있도록 하기 위해 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 전자제어밸브(ECV) 모델의 분석을 수행하는데 있어서, 유한원소법(finite element method)에 근거하여 전자제어밸브(ECV) 모델의 유동장(flow field)에 대한 분석을 행하고, 서로 다른 위치 및 다양한 조건에서 유동 속도벡터(flow velocity vector)의 분포와 속도 다이어그램(velocity diagram)을 작성하여 표시하도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법을 제공할 수 있다.
Further, according to the present invention, in order to improve the efficiency of a compressor for a vehicle air conditioning system which consumes a large amount of power of the engine and thereby to reduce fuel consumption of the engine, CFD simulation In the analysis of the control valve (ECV) model, the flow field of the electronically controlled valve (ECV) model is analyzed based on the finite element method, It is possible to provide a method of analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured to display and display a distribution of a flow velocity vector and a velocity diagram.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법을 이용하여, 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 밸브 내부에서의 유체 유동특성에 대한 분석을 수행한 결과를 전자제어밸브의 설계에 적용하는 것에 의해 고효율의 압축기를 구현할 수 있도록 구성되는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 설계방법이 제공됨으로써, 엔진의 파워를 많이 소모하는 차량 공조시스템용 압축기의 효율을 개선하여 엔진의 부하를 감소할 수 있으며, 그것에 의해, 차량의 전체적인 연비를 개선할 수 있다.
In addition, according to the present invention, an analysis of fluid flow characteristics inside a valve by computational fluid dynamics (CFD) simulation using the flow characteristics analysis method of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured as described above And a design method of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system configured to realize a high efficiency compressor by applying the result of the execution to the design of an electronic control valve. Therefore, a compressor for a vehicle air conditioning system The load of the engine can be reduced, thereby improving the overall fuel economy of the vehicle.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동 특성 분석방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes, modifications, combinations, and substitutions may be made without departing from the scope of the present invention as set forth in the following claims. I will.
Claims (7)
상기 처리는,
상기 전자제어밸브(ECV)에 대한 3D 모델을 구축하는 모델링 단계;
상기 모델링 단계에서 구축된 상기 전자제어밸브(ECV) 모델에 대하여, 전산 유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD) 시뮬레이션에 의해 상기 전자제어밸브(ECV) 모델 내부에서의 유체 유동특성을 분석하는 시뮬레이션 분석단계; 및
상기 시뮬레이션 분석단계에서의 분석결과를 표나 그래프 및 이미지를 포함하는 시각적인 형태로 가공하여 모니터나 별도의 표시수단에 표시하는 분석결과 표시단계;를 포함하고,
상기 시뮬레이션 분석단계는,
상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 상기 ECV 내부에서의 유동 흐름에 대한 분석을 각각 수행하여 속도 단면도(speed sectional drawing)를 작성하는 처리와,
상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 거리에 따른 속도 변화를 그래프로 각각 작성하는 처리와,
상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 궤적(trajectory)을 각각 분석하는 처리 및 상기 ECV 모델에 대하여 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 유동 흐름의 난류소실(turbulent dissipation)의 표면 도표(surface plot)를 각각 작성하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법.
In order to improve the fuel efficiency by reducing the load of the engine by improving the efficiency of the compressor for the vehicle air conditioning system, the fluid motion characteristics in the electronic control valve (ECV) are analyzed And a control unit for controlling the flow of the fluid in the compressor,
The above-
A modeling step of constructing a 3D model for the electronic control valve (ECV);
A simulation analysis step for analyzing fluid flow characteristics inside the electronic control valve (ECV) model by computational fluid dynamics (CFD) simulation for the electronic control valve (ECV) model constructed in the modeling step ; And
And an analysis result display step of processing the analysis result in the simulation analysis step into a visual form including a table, a graph and an image, and displaying the result on a monitor or a separate display means,
Wherein the simulation analysis step comprises:
A process for creating a speed section drawing by analyzing the flow flow inside the ECV in the switch-off state and the switch-on state, respectively, for the ECV model;
A process of graphically creating a velocity change according to the distance in the switch-off state and the switch-on state with respect to the ECV model,
A process for analyzing a trajectory of a flow flow in a switch-off state and a switch-on state for the ECV model, and a process for analyzing a trajectory of a turbulent dissipation of a flow flow in a switch-off state and a switch- Wherein a process for creating a surface plot is performed on the basis of the measured flow characteristics of the compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system.
상기 모델링 단계는,
상기 전산 유체역학(CFD) 시뮬레이션에 의해 상기 전자제어밸브(ECV) 내부에서의 유동 흐름을 스위치 오프 상태와 스위치 온 상태에서 각각 분석하기 위한 CFD 모델을 구축하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법.
The method according to claim 1,
In the modeling step,
Characterized in that a process for constructing a CFD model for analyzing the flow flow inside the electronic control valve (ECV) in the switch-off state and the switch-on state, respectively, is performed by the CFD simulation A method for analyzing the flow characteristics of a compressor electronic control valve for a vehicle air conditioning system.
상기 분석결과 표시단계는,
상기 시뮬레이션 분석단계에서의 분석결과를 모니터나 외부 디스플레이를 포함하는 표시장치에 표시하는 동시에, 프린터를 포함하는 외부 출력수단에 의해 출력하거나, 사용자 단말이나 서버를 포함하는 외부 기기로 전송하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 공조시스템용 압축기 전자제어밸브의 유동특성 분석방법.
The method according to claim 1,
In the analysis result display step,
The analysis result in the simulation analysis step is displayed on a display device including a monitor or an external display and is output by an external output means including a printer or is transmitted to an external device including a user terminal or a server Wherein the flow control valve is configured to control the fluid flow of the compressor.
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| CN109063312A (en) * | 2018-07-26 | 2018-12-21 | 四川长虹空调有限公司 | Transducer air conditioning two-spool compressor piping system Vibration Simulation method |
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