KR101600885B1 - 차량용 에어컨의 압축기 제어방법 - Google Patents

차량용 에어컨의 압축기 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 에어컨의 압축기 제어방법에 관한 것으로, 차량에 설치된 압축기의 사이클링을 방지하도록 제어하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법에 있어서; 압축기 가동시 현재 설정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 현재 증발기의 온도가 설정된 컷오프 기준온도 이하인 경우 현재 설정된 컷오프 기준온도를 일정온도 만큼 낮추도록 보정하는 제2단계와; 상기 제2단계 후 보정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하는 제3단계와; 상기 제3단계 후 현재 증발기 온도가 상기 2단계를 통해 보정된 압축기 컷오프 기준온도 이하인 경우 상기 제2단계를 재수행하여 보정된 컷오프 기준온도를 재보정하는 제4단계와; 상기 제4단계 후 제3,4단계를 지속적으로 수행하면서 현재 증발기의 온도가 컷오프 최저온도에 도달하면 압축기를 정지시키는 제5단계를 포함하여 구성되는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법을 제공한다.
본 발명은 차량 에어컨용 압축기의 사이클링을 방지하여 보다 균일한 실내 온도를 유지할 수 있고, 압축기가 연속적으로 작동할 수 있어 포그 방지효과도 있으며, 클러치 및 릴레이의 내구성이 증대되므로 수명도 연장할 수 있고, 전기적인 노이즈도 최소화되므로 타 전장품에 미치는 악영향도 없애는 효과가 있다.

Description

차량용 에어컨의 압축기 제어방법{Control method for airconditional compressor of vehicle}
본 발명은 차량용 에어컨의 압축기 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기의 컷오프 기준온도를 단계적으로 낮춤과 동시에 인테이크도어, 블로어, 템프도어를 병행하여 보정제어함으로써 컷오프 기준온도의 낮춤에 의해 유발되는 증발기의 아이싱을 방지할 수 있도록 한 차량용 에어컨의 압축기 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 공조장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)에 의해 구동되어 냉매를 압축하고 냉방 요구량에 따라 토출량이 변화되는 압축기(11)와, 이 압축기(11)에서 토출되는 냉매를 응축하는 응축기(12)와, 응축기(12)를 통과하여 액화된 냉매를 단열팽창시켜 기체와 액체가 혼합된 상태로 만들고 압축기(11)의 냉매 토출량에 따라 그 개도가 변화되는 전자식 팽창밸브(TXV;13)와, 냉매가 기화될 때의 증발잠열을 이용하여 주위 공기를 냉각시킨 후 압축기(11)로 냉매를 귀환시키는 증발기(14)와, 자동차의 실내외에 각각 설치되는 각종 센서(23)들로부터 입력되는 실내온도와 실외온도 등의 공조환경과 사용자에 의해 입력된 공조 조건에 따라 압축기(11)의 냉매 토출량을 제어하는 제어부(20)로 구성된다.
그리하여, 제어부(20)의 제어에 따라 증발기(14) 주변의 공기를 냉각시키고 이를 실내로 공급하여 냉방하게 된다.
이때, 증발기(14)의 출구측에는 공기의 온도를 감지하는 온도 감지센서(21)가 설치되는데, 출구측 온도가 일정 온도 이하이면 제어부(20)가 클러치(22)를 오프시켜 압축기(11)의 작동을 중지시키게 된다.
이는 공기 중에 포함된 수증기가 증발기(14)에 응축된 상태에서 동결되어 열교환을 저해하는 것을 방지하기 위한 것이다.
이에 따라, 냉매 순환이 정지되고, 냉매 순환이 정지되면 증발기(14)에서 공기가 냉각되지 않게 되므로 증발기 출구 온도는 서서히 상승하게 되고, 증발기 출구 온도가 한계 온도 이상으로 상승하게 되면 클러치(22)가 연결되어 다시 압축기(11)가 작동된다.
이와 같은 과정을 반복하는 것을 압축기(11)의 사이클링(Cycling)이라 하는데, 이러한 사이클링이 발생하게 되면 증발기(14)의 온도 변화에 따라 실내 온도도 변하게 되며, 압축기(11)의 릴레이와 클러치(22)도 반복적인 온/오프에 의해 내구성이 저하되고, 나아가 클러치(22)의 온/오프시 발생되는 전기적인 노이즈는 차량에 설치된 전장부품에 영향을 미치게 되어 에러 발생율을 높이게 된다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(11)가 온/오프되는 시점에서 증발기(14)의 서미스터 온도에는 일정한 갭이 생기게 되므로 아이싱 방지를 위한 압축기(11) 제어가 정확하지 못하다는 단점도 있었다.
이때, 도 2에 도시된 타이밍도의 가로축은 "증발기의 서미스터 온도"를 나타낸다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 차량 에어컨용 압축기의 구동 제어시 사이클링 발생을 최소화시키기 위해 컷오프 기준온도를 점진적으로 낮추도록 하고, 이때 내외기의 온도에 따라 인테이크도어의 제어를 보정하며, 동시에 블로어를 통한 풍량을 보정하며, 또한 템프도어를 통한 토출온도를 보정함으로써 증발기에 아이싱이 생기지 않는 범위 내에서 압축기의 사이클링을 극소화시킬 수 있도록 한 차량용 에어컨의 압축기 제어방법을 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.
본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 차량에 설치된 압축기의 사이클링을 방지하도록 제어하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법에 있어서; 압축기 가동시 현재 설정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 현재 증발기의 온도가 설정된 컷오프 기준온도 이하인 경우 현재 설정된 컷오프 기준온도를 일정온도 만큼 낮추도록 보정하는 제2단계와; 상기 제2단계 후 보정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하는 제3단계와; 상기 제3단계 후 현재 증발기 온도가 상기 2단계를 통해 보정된 압축기 컷오프 기준온도 이하인 경우 상기 제2단계를 재수행하여 보정된 컷오프 기준온도를 재보정하는 제4단계와; 상기 제4단계 후 제3,4단계를 지속적으로 수행하면서 현재 증발기의 온도가 컷오프 최저온도에 도달하면 압축기를 정지시키는 제5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법을 제공한다.
이때, 상기 제2단계에서, 상기 컷오프 기준온도를 보정한 후에, 차실내로 내기 또는 외기를 선택적으로 유입시키는 인테이크 모드와, 차실내로 공급되는 블로어 풍량과, 차실내로 공급되는 공기를 냉난방하는 템프도어 개도 중 적어도 어느 하나를 보정하는 단계를 더 포함한 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 제2단계의 상기 인테이크 모드 보정은, 외기온도가 기준 온도 미만일 경우 현재 인테이크 모드가 "외기모드"라면 "부분내기모드"로 전환하고, 현재 인테이크 모드가 "내기모드"라면 현재 “내기모드”를 유지하도록 보정하는 것에도 그 특징이 있다.
아울러, 상기 제2단계의 상기 인테이크 모드 보정은, 외기온도가 기준 온도 이상일 경우 현재 인테이크 모드가 “내기모드"라면 “외기모드"로 전환하도록 보정하는 것에도 그 특징이 있다.
그리고, 상기 제2단계의 상기 블로어 풍량 보정은, 현재 풍량을 일정량만큼 증가시키도록 제어하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 제2단계의 상기 템프도어 개도 보정은, 상기 컷오프 기준온도 하강에 따른 차실내 온도 하강을 보상하여 일정한 차실내 온도를 유지하기 위해 냉방공기 공급을 감소시키는 방향으로 상기 템프도어의 개도를 보정하도록 제어하는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명은 차량 에어컨용 압축기의 사이클링을 방지하여 보다 균일한 실내 온도를 유지할 수 있고, 압축기가 연속적으로 작동할 수 있어 포그(FOG) 방지효과도 있으며, 클러치 및 릴레이의 내구성이 증대되므로 수명도 연장할 수 있고, 전기적인 노이즈도 최소화되므로 타 전장품에 미치는 악영향도 없애는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 차량용 에어컨 압축기가 구비된 차량 공조장치의 회로도이다.
도 2는 종래 차량용 에어컨 압축기의 온/오프 제어를 보인 타이밍도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 압축기 제어방법을 보인 플로우챠트이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 압축기의 구동 제어시 사이클링 발생을 최소화시키기 위해 컷오프 기준온도를 점진적으로 낮추도록 하고, 이때 내ㆍ외기의 온도에 따라 인테이크도어의 제어를 보정하며, 동시에 낮아진 컷오프 기준온도에 맞게 블로어를 통해 송풍되는 풍량도 보정하고, 나아가 템프도어를 통한 토출공기도 온기 방향으로 보정하여 증발기 표면에 아이싱(Icing)이 생기지 않게 제어토록 한 것이다.
이를 통해, 압축기의 사이클링을 최대한 지연시킬 수 있고, 압축기의 사이클링이 지연됨으로 인해 클러치 및 릴레이의 온/오프 회수가 줄어들어 이들의 수명을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기적인 노이즈도 줄어들게 되므로 결국 자동차에 탑재되는 다른 전장품들을 보호할 수 있게 된다.
이 경우, 상기 컷오프 기준온도의 점진적 강하는 아이싱이 생기지 않은 최소 온도까지 단계적으로 낮출 수 있는데 이를 테면, 최소 컷오프 기준온도, 즉 서미스터 제어를 위한 최소 증발기 컷오프 기준온도인 -0.4℃까지 사실상 제어가 가능하다.
정리하자면, 본 발명은 압축기 가동시 현재 설정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하고, 이를 통해 현재 증발기의 온도가 설정된 컷오프 기준온도 이하인 경우 현재 설정된 컷오프 기준온도를 일정온도 만큼 낮추도록 보정하며, 보정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하고, 이후 현재 증발기 온도가 보정된 압축기 컷오프 기준온도 이하인 경우 보정된 컷오프 기준온도를 재보정하며, 이와 같은 보정과정을 지속적으로 수행하면서 현재 증발기의 온도가 컷오프 최저온도에 도달하면 압축기를 정지시키도록 하는 형태로 차량용 에어컨의 압축기를 제어하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 에어컨이 동작되면 압축기가 가동, 즉 온(On)된다(S100).
상기 단계(S100)를 통해 압축기가 가동되면 제어부는 현재 검출된 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase)를 비교하게 된다(S110).
이때, 상기 단계(S110)를 통해 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase)보다 높을 경우에는 상술한 S100, S110 단계를 지속적으로 반복하도록 루프를 순환토록 하고, 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase) 이하인 경우, 즉 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase)보다 낮을 경우에는 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase)를 낮추도록 보정하는 단계(S120)가 수행된다.
즉, Tnew ← Tbase - △T, (Tnew는 압축기 컷오프 보정온도)
가 되도록 보정하게 된다.
이 경우, 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도를 소정값(△T) 만큼 낮추는 것과 함께 인테이크도어의 모드(내기, 외기, 부분내기), 템프도어의 개도, 블로어의 풍량 등도 각각 또는 동시에 보정할 수 있다(S130).
특히, 상기 컷오프 기준온도의 보정은 점진적인 온도 강하 형태로 이루어지며, 일정비율씩 강하되도록 설정함이 바람직하다.
예컨대, 0.5℃씩 낮출 수도 있고, 0.4℃씩 낮출 수도 있는데, 이는 정해진 양이 아니며, 차종에 따라 다양한 변수들이 존재하고, 압축기의 용량도 각기 다르기 때문에 차종별 다수회의 테스트를 거쳐 가장 합당한 온도 강하량을 결정할 수 있다.
또한, 상기 인테이크 도어의 모드 보정의 경우에도 차종에 따라 또한 현재 인테이크 도어의 모드 상태에 따라 보정방식이 달라질 수 있는데, 이또한 테스트를 거쳐 최적의 제어값을 표준화시킬 수 있을 것이다.
이를 테면, 인테이크 도어의 모드 상태를 먼저 확인한 후 외기온도에 따라 외기온도가 23℃ 보다 낮거나 같고 현 상태가 외기(FRE)로 선택되어져 있다면 이를 부분내기로 전환하고; 외기온도가 23℃ 보다 높을 경우이고 내기(REC)로 선택되어져 있다면 외기(FRE)로 전환하도록 보정할 수 있다.
이는 저 외기온도인 경우에는 외부공기의 온도가 실내공기의 온도보다 낮기 때문에 온도가 높은 실내공기를 순환시키고, 고 외기온도인 경우에는 외부공기의 온도가 실내공기의 온도보다 높기 때문에 상대적으로 높은 외부공기를 유입시켜 증발기의 온도가 하강하는 방지하도록 하기 위한 것이다.
다시 말해, 상기 인테이크 모드 보정은, 외기온도가 기준 온도 미만일 경우 현재 인테이크 모드가 "외기모드"라면 "부분내기모드"로 전환하고, 현재 인테이크 모드가 "내기모드"라면 현재 “내기모드”를 유지하도록 보정할 수 있다.
그리고, 상기 블로어 보정의 경우에는 현재 제어상태 대비 소정비율로 상승시킴으로써 증발기의 온도가 하강하는 것을 방지하도록 한다.
이때에도, 상기 블로어의 풍량을 높이는 비율은 차종에 따라 다를 수 있으므로 특정할 수 없으며, 일정비율로 오프셋(offset)시키는 개념으로 이해될 수 있다.
즉, 상기 블로어 풍량 보정은 현재 풍량을 일정량만큼 증가시키도록 제어하는 형태가 될 수 있는데, 풍량이 증가하게 되면 실내에서 볼 때는 온도가 강하하는 것이지만, 증발기 쪽에서 볼 때는 냉기를 불어내기 때문에 온도 강하가 저지되게 되므로 이러한 개념을 생각하면 쉽게 이해될 수 있다.
마지막으로, 상기 템프도어의 개도를 보정하는 경우에는 현 상태 대비 일정비율만큼 온기 쪽으로 제어하도록 하는데, 이 경우도 차종에 따라 오프셋이 달라질 수 있다.
여기에서, 상기 템프도어의 개도 보정은 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase)를 낮추고 블로어를 통한 풍량을 증대시키면 실내온도가 낮아지므로 템프도어를 온기 쪽으로 일정량 보상하여 실내온도가 급변하면서 탑승자에게 불쾌감을 주는 것을 없애기 위함이다.
즉, 상기 템프도어 개도 보정은, 상기 컷오프 기준온도 하강에 따른 차실내 온도 하강을 보상하여 일정한 차실내 온도를 유지하기 위해 냉방공기 공급을 감소시키는 방향으로 상기 템프도어의 개도를 보정하도록 제어하는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 보정이 완료되면 보정에 의해 강하된 압축기의 컷오프 보정온도(Tnew)와 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)를 다시 비교하게 된다(S140).
상기 비교 단계(S140)를 통해 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 보정에 의해 강하된 압축기의 컷오프 보정온도(Tnew) 이하라면 다음 단계를 수행하고, 그렇지 않다면 압축기를 온 상태로 유지하면서 상기 S140 단계를 만족시킬 때 까지 반복순환하게 된다(S150).
한편, 상기 비교 단계(S140)에서 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 보정에 의해 강하된 압축기의 컷오프 보정온도(Tnew) 이하라면 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)와 압축기의 컷오프 최저온도(Tlow)를 서로 비교하는 단계가 수행된다(S141).
이는 압축기의 컷오프 온도를 단계적으로 더 낮추도록 보정하더라도 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 압축기의 컷오프 최저온도(Tlow) 보다 낮아질 경우에는 증발기 아이싱이 우려되므로 더 이상 압축기 컷오프 온도를 보정하지 않고 압축기를 오프시키도록 하기 위함이다(S160).
그리고, 상기 비교 단계(S141)에서 현재 증발기의 서미스터 온도(Tevap)가 압축기의 컷오프 최저온도(Tlow)에 도달하지 않았을 경우에는 현재 설정된 압축기의 컷오프 기준온도(Tbase)를 보정에 의해 강하된 압축기의 컷오프 보정온도(Tnew)로 대체한 다음 다시 S110 단계로 회귀하여 동일한 과정을 거쳐 압축기를 제어하도록 한다(S142).
즉, Tbase ← Tnew로 한 상태에서, 상기 S110 단계로 회귀하게 된다.
이와 같은 과정을 반복적으로 수행함으로써 증발기의 아이싱을 효과 있게 방지하면서 압축기를 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 압축기의 사이클링을 최대한 지연시킬 수 있도록 컷오프 기준온도의 점진적 강하와 함께 인테이크 도어의 모드, 블로어 및 템프도어의 개도를 동시 제어하여 보정함으로써 균일한 실내온도를 유지하면서 증발기 표면의 아이싱도 생기지 않고, 나아가 전기적 노이즈 발생도 최소화시킬 수 있게 된다.
11 : 압축기 12 : 응축기
13 : 팽창밸브 14 : 증발기
20 : 제어부 22 : 클러치
Tevap : 증발기 서미스터 온도 Tbase : 압축기 컷오프 기준온도
Tnew : 압축기 컷오프 보정온도 Tlow : 압축기 컷오프 최저온도

Claims (6)

  1. 차량에 설치된 압축기의 사이클링을 방지하도록 제어하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법에 있어서;
    압축기 가동시 현재 설정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하는 제1단계와;
    상기 제1단계를 통해 현재 증발기의 온도가 설정된 컷오프 기준온도 이하인 경우 현재 설정된 컷오프 기준온도를 일정온도 만큼 낮추도록 보정하는 제2단계와;
    상기 제2단계 후 보정된 컷오프 기준온도와 현재 증발기의 온도를 비교하는 제3단계와;
    상기 제3단계 후 현재 증발기 온도가 상기 제2단계를 통해 보정된 압축기 컷오프 기준온도 이하인 경우 상기 제2단계를 재수행하여 보정된 컷오프 기준온도를 재보정하는 제4단계와;
    상기 제4단계 후 제3,4단계를 지속적으로 수행하면서 현재 증발기의 온도가 컷오프 최저온도에 도달하면 압축기를 정지시키는 제5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법.
  2. 청구항 1 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 컷오프 기준온도를 보정한 후에, 차실내로 내기 또는 외기를 선택적으로 유입시키는 인테이크 모드와, 차실내로 공급되는 블로어 풍량과, 차실내로 공급되는 공기를 냉난방하는 템프도어 개도 중 적어도 어느 하나를 보정하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2단계의 상기 인테이크 모드 보정은, 외기온도가 기준 온도 미만일 경우 현재 인테이크 모드가 "외기모드"라면 "부분내기모드"로 전환하고, 현재 인테이크 모드가 "내기모드"라면 현재 “내기모드”를 유지하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2단계의 상기 인테이크 모드 보정은, 외기온도가 기준 온도 이상일 경우 현재 인테이크 모드가 “내기모드"라면 “외기모드"로 전환하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법.
  5. 청구항 2에 있어서;
    상기 제2단계의 상기 블로어 풍량 보정은, 현재 풍량을 일정량만큼 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법.
  6. 청구항 2에 있어서;
    상기 제2단계의 상기 템프도어 개도 보정은, 상기 컷오프 기준온도 하강에 따른 차실내 온도 하강을 보상하여 일정한 차실내 온도를 유지하기 위해 냉방공기 공급을 감소시키는 방향으로 상기 템프도어의 개도를 보정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 압축기 제어방법.
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