KR101632751B1 - 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법 - Google Patents

Abstract

가변용량형 사판식 압축기의 예상토크를 보다 정밀하게 산출하여 엔진을 제어하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 관한 것이다. 본 발명은 차량 주행을 위한 구동력과 차량의 냉방을 위한 구동력을 제공하는 엔진(10)으로부터 구동력을 전달받아 동작하는 가변용량형 사판식 압축기(11)의 예상토크를 연산하여, 연산된 예상토크 만큼 보상된 엔진(10)의 구동토크에 따라 상기 엔진(10)의 구동을 제어하는 엔진제어부(30)를 포함하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 있어서, 상기 예상토크 산출방법은 공조장치 구동이 정지되면, 공조장치 구동이 정지된 시점에서 연산된 상기 압축기(11)의 예상토크로부터 일정하게 감소하는 값을 압축기 예상토크값으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 공조장치 온/오프 시의 엔진 회전수의 급변 및 그에 따른 시동꺼짐 현상을 방지할 수 있고, 안정적인 주행환경을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Description

차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법{METHOD FOR CALCULATING TORQUE OF COMPRESSOR FOR AIR CONDITIONER OF VEHICLE}

본 발명은 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변용량형 사판식 압축기의 예상토크를 보다 정밀하게 산출하여 엔진을 제어하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 구성된다. 도 1은 일반적인 자동차용 공조장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 일반적인 자동차용 공조장치는 도면에 도시된 것처럼, 엔진(10)에 의해 구동되어 냉매를 압축하고 냉방 요구량에 따라 토출량이 변화되는 가변 용량 압축기(11)와, 상기 압축기(11)에서 토출되는 냉매를 응축하는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)를 통과하여 액화된 냉매를 단열팽창시켜 기체와 액체가 혼합된 상태로 만들고 상기 압축기(11)의 냉매 토출량에 따라 그 개도가 변화하는 전자 팽창밸브(13)와, 냉매가 기화될 때의 증발잠열을 이용하여 주위 공기를 냉각시킨 후 상기 압축기(11)로 냉매를 귀환시키는 증발기(14)와, 공조장치의 온방 기능을 위하여 고온의 냉각수가 흐르는 히터코어(15)와, 자동차의 실내외로부터 공기를 흡입하여 상기 증발기(14) 또는 히터코어(15)와 공기를 열교환 시키기 위한 블로워(16)와 자동차의 실내외에 각각 설치되는 각종 센서들로부터 입력되는 실내온도와 실외온도 등의 공조환경과 사용자에 의해 입력된 공조조건에 따라 상기 압축기(11)의 냉매 토출량을 제어하는 제어부(20)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 공조장치를 작동시키면 상기 제어부(20)는 각종 센서로부터 전해지는 실내온도와 실외온도 등의 공조환경과 사용자에 의해 설정된 차량 실내 설정온도, 난방 또는 냉방 등의 기능선택과 같은 공조조건에 따라 상기 압축기(11)의 냉매 토출량을 변화시키게 된다.

상기 압축기(11)에서 토출된 냉매는 상기 응축기(12)를 거치면서 응축되어 액화되고, 상기 전자 팽창밸브(13)를 통과하면서 기체와 액체가 혼합된 상태가 된다. 이때, 상기 전자 팽창밸브(13)는 상기 압축기(11)의 냉매 토출량에 따라 그 개도가 변화된다.

이후, 증발기(14)로 유입된 냉매가 기화되면서 주변 공기와의 열교환을 통해 주변 공기를 냉각시키게 된다. 즉, 냉매가 기화되는데 필요한 증발잠열을 주변 공기로부터 빼앗게 되므로, 상기 증발기(14)의 주변 공기의 온도가 하강하는 것이다.

기화된 냉매는 다시 상기 압축기(11)로 유입되고, 열교환을 통해 냉각된 공기가 실내로 공급되어 실내를 냉방하게 된다.

한편 최근에는 이와 같은 자동차용 공조장치의 압축기로서 사판식 압축기가 널리 사용되고 있다. 사판식 압축기 중에서도 압축기 내의 사판의 경사각을 변화시켜 토출 용량을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 타입을 널리 사용하고 있다.

이러한, 가변 용량형 사판식 압축기는 일반적으로 냉매 토출량의 조절을 위하여 사판의 경사각 조절을 위한 압력조절밸브를 사용하고 있는데 최근에는 전기적 제어에 의해 구동이 제어되는 사판 경사 조절 밸브가 사용되고 있다.

이와 같은 가변용량형 사판식 압축기는 상기 압축기(11)의 구동이 정지되면 상기 압축기(11) 내의 압력 변화에 따라 사판이 서서히 오프(Off) 위치로 이동하게 된다. 그리고 상기 압축기(11)가 다시 동작하면 요구되는 냉매 토출용량에 따라 사판의 경사가 사판 경사 조절 밸브에 의하여 조절된다.

한편, 이미 설명한 바와 같이 상기 압축기(11)는 차량의 엔진(10)으로부터 구동력을 전달받는다. 상기 압축기(11)에 구동력을 공급하는 엔진(10)은 엔진제어부(30)의 제어를 받아 그 회전수(RPM)가 조절된다. 상기 엔진(10)의 회전수는 차량의 주행상태와 차량의 공조장치의 상기 압축기(11)의 구동상태 등에 따라 조절된다.

이를 위하여 상기 엔진제어부(30)는 압축기의 구동상태, 외기온도 등에 근거하여 상기 압축기(11)에 의하여 요구되는 토크를 미리 예상하여 예상토크를 산출한다. 그리고 산출된 예상토크값 만큼 증가한 값의 엔진토크값을 이용하여 상기 엔진(10)의 회전수를 조절한다.

도 2는 종래기술에 의한 엔진토크 보상방법에 의한 엔진 RPM 변화를 보인 그래프이다. 위에서 설명한 바와 같은 차량용 공조장치의 압축기 구동에 의한 예상토크를 보상한 엔진제어방법에 의하면, 엔진의 회전수는 도 2에 도시된 바와 같이 변화한다.

도 2의 상단에는 공조장치가 오프(Off)된 시점으로부터 가변용량형 사판식 압축기에 해당하는 상기 압축기(11) 내부의 사판이 오프 위치로 이동할 만큼의 충분한 시간이 경과된 후에 공조장치가 다시 온(On)되는 경우가 도시되어 있다.

공조장치가 구동중인 구간에서는 상기 압축기(11)가 구동하기 위하여 요구되는 토크량을 미리 예상한 예상토크가 산출된다. 이때 상기 예상토크는 외기온도와 차량 내부의 설정온도, 현재 압축기(11)의 구동속도 등을 이용하여 산출되며, 이때 예상토크 산출방법은 미리 실험에 의하여 예상토크가 실토크와 차이가 크지 않도록 정해지므로, 상기 압축기(11)가 구동중인 상태에서 예상토크는 실토크와 유사한 값을 보인다.

그리고 공조장치가 오프되어 상기 압축기(11)의 구동이 정지된 때에는 실토크와 예상토크 모두 0으로 감소한다. 그 후, 상기 압축기(11) 내부의 사판이 오프 위치로 이동한 뒤 상기 압축기(11)가 다시 구동되면, 상기 압축기(11)의 구동을 위하여 요구되는 토크값은 서서히 증가하게 된다.

그러나, 도 2의 하단에 도시된 그래프에서 볼 수 있는 것처럼, 공조장치의 오프 시간이, 상기 압축기(11) 내부의 사판이 오프 위치로 이동하는데 소요되는 시간보다 짧은 경우, 즉 사판이 오프 위치로 이동하기 전에 상기 압축기(11)가 다시 구동하는 경우에는, 실토크가 예상토크보다 더 급격히 증가하게 된다. 이는 압축기의 예상토크가 사판이 오프 위치에서 현재 요구되는 냉매 토출량에 대응하는 사판 위치로 이동하는데 요구되는 토크량으로 산출되기 때문이다.

따라서 상기 엔진제어부(30)가 산출한 압축기의 예상토크가 반영된 토크값을 이용하여 엔진을 제어하면, 예상토크보다 큰 토크값이 상기 압축기(11)에서 요구되게 되면서, 엔진 회전수가 급격하게 유동하게 된다. 즉, 도면에 표시된 넓이에 해당하는 토크량이 부족하게 되어 상기 엔진(10)의 회전수가 일시적으로 급감한 후, 이를 보상하기 위하여 다시 일시적으로 급증하는 현상이 발생한다.

이와 같은 현상이 빈번하게 발생하면, 상기 압축기(11)의 작동 초기에 실토크 상승 기울기가 높아 엔진 회전수의 언더슛(undershoot)이 과다하게 발생하면서 시동꺼짐의 현상이 일어날 수 있다. 또한 운전자가 공조장치의 냉방기능을 온(On) 제어한 후 엔진 회전수의 유동을 경험하게 되어 불안감을 느낄 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공조장치 오프 후, 짧은 시간 내에 다시 구동시키는 경우 엔진의 RPM 유동을 방지할 수 있는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 차량 주행을 위한 구동력과 차량의 냉방을 위한 구동력을 제공하는 엔진(10)으로부터 구동력을 전달받아 동작하는 가변용량형 사판식 압축기(11)의 예상토크를 연산하여, 연산된 예상토크 만큼 보상된 엔진(10)의 구동토크에 따라 상기 엔진(10)의 구동을 제어하는 엔진제어부(30)를 포함하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 있어서, 상기 예상토크 산출방법은 공조장치 구동이 정지되면, 공조장치 오프시 연산된 상기 압축기(11)의 예상토크로부터 일정하게 감소하는 값을 압축기 예상토크값으로 하여 공조장치 오프 후 짧은 시간 내에 다시 구동되는 경우의 엔진 회전수의 급변 및 시동꺼짐 현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 예상토크 산출방법에서는, 상기 공조장치의 구동이 정지된 동안에 연산되는 상기 압축기의 예상토크값이 0 미만인 경우, 상기 압축기의 예상토크값을 0으로 하고, 상기 압축기가 구동된 후 일정시간 동안에만 상기 압축기 예상토크값을 일정하게 증가시킬 수 있다.

또한 상기 예상토크 산출방법은, 상기 압축기의 구동이 정지된 동안에 연산된 압축기의 예상토크값은 상기 엔진제어부로 송출하지 않음으로써, 엔진 구동토크값에 보상하지 않도록 할 수 있다.

그리고 상기 압축기가 정지된 후 다시 구동되면, 상기 압축기가 구동된 시점에 연산된 상기 압축기의 예상토크로부터 일정하게 증가시킬 수 있다.

한편 본 발명은, 공조장치 구동이 정지됨을 감지하는 단계와; 공조장치 구동이 정지된 시점의 압축기 예상토크를 시간에 따라 일정하게 감소되는 값을 압축기 예상토크로 연산하여 저장하는 단계와; 공조장치 구동이 감지되는 단계; 그리고 공조장치 구동이 감지된 시점에서 최종 저장된 압축기 예상토크로부터 시간에 따라 일정하게 증가하는 값을 압축기 예상토크로 연산하여 엔진을 제어하는 엔진제어부에 송출하는 단계를 포함하여 수행될 수도 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 공조장치 온/오프 시의 엔진 회전수의 급변 및 그에 따른 시동꺼짐 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에서는 보다 안정적인 주행환경을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 차량의 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래기술에 의한 엔진토크 보상방법에 의한 엔진 RPM 변화를 보인 그래프.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기 예상토크 산출 및 엔진토크 보상방법을 단계적으로 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기 예상토크 산출 및 엔진토크 보상방법에 따른 엔진 RPM 변화를 보인 그래프.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 엔진제어시스템 및 압축기 예상토크 산출방법을 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기 예상토크 산출 및 엔진토크 보상방법을 단계적으로 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기 예상토크 산출 및 엔진토크 보상방법에 따른 엔진 RPM 변화를 보인 그래프이다.

우선 이하에서 설명하는 공조장치와 차량의 기계적인 구성은 종래기술에서 설명한 공조장치와 차량의 구성과 동일하고, 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다. 특히 상기 압축기(11)는 사판의 경사각에 의하여 압축기의 냉매 토출용량이 제어되는 가변용량형 사판식 압축기에 해당한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기의 예상토크 산출방법 및 엔진토크 보상방법은, 우선 냉방기능으로 동작 중인 차량용 공조장치가 오프되는 단계(S100)로부터 시작된다.

그리고 공조장치가 오프됨이 감지되면 차량의 엔진제어부(30)는 공조장치 오프 시점 직전에 마지막으로 산출된 압축기의 예상토크값으로부터 시간 경과에 따라 일정하게 감소하는 값을 예상토크값으로 산출한다(S200).

여기서 상기 압축기의 예상토크는 종래기술에서 이미 설명한 바와 같이 상기 압축기(11)의 구동에 의하여 요구될 것으로 예상되는 엔진토크값이다.

상기 제200단계는 도 4에서와 같이 공조장치의 오프 시점으로부터 시간이 경과함에 따라 산출되는 현재의 압축기 예상토크는 일정한 기울기(α)로 서서히 감소한다.

따라서 시간에 따른 변수인 압축기 예상토크를 T_E(t)라고 하면, 이 값은 아래와 같은 식에 의하여 산출될 수 있다.

T_E(t)= -αt + T_E(t_off)

이때 상기 α는 양의 값이고, t_off는 공조장치가 오프된 시간, T_E(t_off)는 공조장치가 오프된 시점에 산출된 압축기의 예상토크이다.

다만 T_E(t)≥0이므로 위의 식은 -αt + T_E(t_off)값이 0 보다 크거나 같은 경우에 사용되고, -αt + T_E(t_off) 값이 0보다 작으면, 상기 압축기 예상토크를 산출하는 상기 엔진제어부(30)는 T_E(t)값으로 0을 산출한다.

한편 공조장치가 오프된 구간에서만 위의 식에 의하여 예상토크를 산출한다. 그리고, 이와 같이 공조장치가 오프된 구간에서 산출된 압축기의 예상토크값은 상기 엔진제어부(30)가 이를 산출하여 저장 및 갱신할 뿐, 실제 엔진 토크에 보상하지는 않는다.

그리고, 위와 같이 공조장치가 오프된 구간에서 지속적으로 압축기의 예상토크를 산출하는 도중에 공조장치가 온 제어됨을 감지하면, 상기 엔진제어부(30)는 압축기가 구동하는 시점의 예상토크값으로부터 설정값까지 일정하게 증가하는 압축기 예상토크를 산출한다.

즉, 상기 압축기(11)가 구동되기 직전에 산출된 예상토크값으로부터 미리 설정된 값까지 일정한 기울기(β)로 꾸준히 증가하는 값을 예상토크값으로 산출한다.

여기서 상기 설정값은, 외기온도 등에 따라 평균적으로 요구되는 압축기의 예상토크값이 될 수도 있고, 종래기술에 의한 일반적인 압축기 예상토크 산출방식에 의하여 산출되는 압축기 예상토크값이 될 수도 있다.

또는 상기 제400단계에서 압축기의 예상토크는 상기 공조장치가 온된 시점으로부터 일정시간 동안에만 기울기(β)에 따라 증가하도록 할 수 있다.

즉, 기울기(β)에 따른 압축기 예상토크의 증가가 종료되는 시점은 산출된 예상토크값이 설정값 이상이 될 때 또는 공조장치가 온 제어된 시점으로부터 설정시간이 경과한 때 중 어느 하나가 될 수 있다.

공조장치가 온 제어된 시점으로부터 상기 압축기 예상토크값은, 그 증가가 종료되는 시점까지 아래의 식에 의하여 산출된다.

T_E(t)= βt + T_E(t_on)

이때 상기 β는 양의 값이고, t_on은 공조장치가 온된 시간, T_E(t_on)은 공조장치가 온된 시점에 산출된 압축기의 예상토크이다.

그리고 이와 같이 산출된 압축기 예상토크값은 상기 엔진제어부(30)가 엔진 토크값을 산출할 때 보상값으로 사용된다. 즉, 차량 주행을 위하여 엔진에 요구되는 토크량에 상기 압축기의 예상토크값을 더하여 엔진에 요구되는 전체 토크량을 산출하고, 이를 이용하여 엔진을 제어한다(S500).

이와 같은 본 발명의 구체적인 실시예에 의하여 엔진을 제어하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 공조장치 오프 후 압축기의 사판이 오프 위치에 도달하기까지 충분한 시간이 경과한 시점에 공조장치가 온 제어되는 경우 뿐 아니라, 공조장치 오프 후 압축기 사판이 오프 위치에 도달하는데 요구되는 시간보다 더 이른 시간 내에 공조장치가 온 제어되는 경우에도, 0이 아닌 보다 높은 값으로부터 압축기 예상토크값이 증가하기 때문에, 실토크와 예상토크 사이의 차이가 줄어들게 되고, 그에 따른 엔진 회전수의 유동량이 적게 나타난다.

즉, 도 4의 하단에 도시된 그래프에 표시한 넓이는 도 2의 하단 그래프에 표시된 넓이보다 좁으며, 그에 따른 엔진 회전수의 유동도 더 적게 된다. 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들어, 공조장치가 오프된 시점으로부터 압축기의 예상토크가 일정한 기울기로 감소하는 것으로 설명하였으나, 반드시 도시된 것처럼 일차함수로 감소해야하는 것은 아니고 일차함수가 아닌 다른 함수에 따라 감소하도록 할 수도 있다. 또한 공조장치가 온된 시점으로부터 압축기의 예상토크가 일정한 기울기로 증가하는 것으로 설명하였으나 이 경우 또한 일차함수가 아닌 다른 함수에 따라 압축기 예상토크가 증가하도록 할 수도 있다.

10: 엔진 11: 압축기
12: 응축기 13: 전자 팽창 밸브
14: 증발기 15: 히터코어
16: 블로워 20: 제어부
30: 엔진제어부

Claims (5)

1. 차량 주행을 위한 구동력과 차량의 냉방을 위한 구동력을 제공하는 엔진(10)으로부터 구동력을 전달받아 동작하는 가변용량형 사판식 압축기(11)의 예상토크를 연산하여, 연산된 예상토크 만큼 보상된 엔진(10)의 구동토크에 따라 상기 엔진(10)의 구동을 제어하는 엔진제어부(30)를 포함하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 있어서,
   상기 예상토크 산출방법은 공조장치 구동이 정지되면, 공조장치 구동이 정지된 시점에서 연산된 상기 압축기(11)의 예상토크로부터 일정하게 감소하는 값을 압축기 예상토크값으로 하여 공조장치 오프 후 짧은 시간 내에 다시 구동되는 경우의 엔진 회전수의 급변 및 시동꺼짐 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 예상토크 산출방법은,
   상기 공조장치의 구동이 정지된 동안에 연산되는 상기 압축기(11)의 예상토크값이 0 미만인 경우, 상기 압축기(11)의 예상토크값을 0으로 하고, 상기 압축기(11)가 구동된 후 일정시간 동안에만 상기 압축기 예상토크값을 일정하게 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 예상토크 산출방법은,
   상기 압축기(11)의 구동이 정지된 동안에 연산된 압축기의 예상토크값은 상기 엔진제어부(30)로 송출하지 않음으로써, 엔진 구동토크값에 보상하지 않는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 예상토크 산출방법은,
   상기 압축기(11)가 정지된 후 다시 구동되면, 상기 압축기(11)가 구동된 시점에 연산된 상기 압축기(11)의 예상토크로부터 일정하게 증가하는 값을 압축기 예상토크값으로 하는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법.
5. 차량 주행을 위한 구동력과 차량의 냉방을 위한 구동력을 제공하는 엔진(10)으로부터 구동력을 전달받아 동작하는 가변용량형 사판식 압축기(11)의 예상토크를 연산하여, 연산된 예상토크 만큼 보상된 엔진(10)의 구동토크에 따라 상기 엔진(10)의 구동을 제어하는 엔진제어부(30)를 포함하는 차량 공조장치용 압축기의 예상토크 산출방법에 있어서,
   상기 예상토크 산출방법은,
   공조장치 구동이 정지됨을 감지하는 단계와;
   공조장치 구동이 정지된 시점의 압축기(11) 예상토크를 시간에 따라 일정하게 감소되는 값을 압축기(11) 예상토크로 연산하여 저장하는 단계와;
   공조장치 구동이 감지되는 단계; 그리고
   공조장치 구동이 감지된 시점에서 최종 저장된 압축기(11) 예상토크로부터 시간에 따라 일정하게 증가하는 값을 압축기(11) 예상토크로 연산하여 엔진(10)을 제어하는 엔진제어부(30)에 송출하는 단계를 포함하여 공조장치 온/오프 시의 엔진 회전수의 급변 및 시동꺼짐 현상을 방지하는 수행됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 압축기 예상토크 산출방법.

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