KR101685970B1 - 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브의 공급전류 및 듀티 제어 결정방법 및 이를 이용한 전자제어밸브 제어방법 - Google Patents

크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브의 공급전류 및 듀티 제어 결정방법 및 이를 이용한 전자제어밸브 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(ECV)의 동작을 보다 효율적으로 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 차량용 공조시스템에 적용되는 압축기 내에 설치된 ECV의 크랭크케이스포트(crankcase port ; Pc)에서의 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대하여, 공급전류(supply current)와 듀티 제어(duty control)에 의한 영향을 실험적으로 분석하고, 그러한 분석결과에 근거하여 ECV의 제어를 수행하도록 구성되는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법이 제공된다.

Description

크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브의 공급전류 및 듀티 제어 결정방법 및 이를 이용한 전자제어밸브 제어방법{Method for determining supply current and duty control of electromagnetic control valve using crankcase flow analysis and method for controlling electromagnetic control valve using thereof}
본 발명은 차량용 공조시스템의 압축기에 적용되는 전자제어밸브(electromagnetic control valve, 이하, 간단히 'ECV'라고도 함)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(ECV)의 동작을 효과적이고 효율적으로 제어하기 위한 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 차량용 공조시스템에 적용되는 압축기 내에 설치된 ECV의 크랭크케이스포트(crankcase port ; Pc)에서의 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대하여, 공급전류(supply current)와 듀티 제어(duty control)에 의한 영향을 실험적으로 분석하고, 그러한 분석결과에 근거하여 ECV의 제어를 수행하도록 구성되는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법에 관한 것이다.
최근, 자동차 분야에 있어서, 공조시스템의 효율을 개선하여 차량의 효율 및 연비를 개선하는 것이 큰 관심사로 대두되고 있으며, 그 중에서도, 차량용 공조시스템의 중요한 부품 중 하나인 압축기는, 엔진의 파워를 많이 소모함으로 인해 고효율의 압축기에 대한 요구가 증가하고 있다.
즉, 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 있고, 이는, 전자제어밸브(electromagnetic control valve ; ECV)와 결합하여 차량 공조시스템의 제어시스템으로서 적용되고 있다(참고문헌 1 참조).
더 상세하게는, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변식 압축기는, 차량 실내공기 조절을 위한 다양한 요구에 맞추어 무한히 그 피스톤 스트로크 길이(piston stroke length)를 변화시키며, 그로 인해, 공조시스템은, 부드럽고 연속적인 압축기의 동작과, 보다 편안한 실내환경 및 연비 개선 등의 이점을 가진다(참고문헌 2 참조).
일반적으로, ECV는, 고정식 압축기보다는 가변 사판식 압축기(external variable swash plate type compressor)에 적합하며, 또한, 대부분의 자동차 제조회사들에서도, 고효율의 기술적 및 경제적인 특성으로 인해, 고정식 대신에 가변식 압축기를 많이 적용하고 있다.
더 상세하게는, 압축기에 적용되는 ECV는, 압축기 RPM, 증발기 공기흐름(air flow), 콘덴서 공기흐름, 주변환경(ambient condition), 차량 내부온도 등과 같은 여러 가지 요인에 의한 공조시스템의 제한된 용량 내에서 평균 입력전류의 기능으로 흡입압력을 유지하며, 또한, ECV는, 고압(압축기 배출(compressor discharge))에서 압축기 크랭크케이스 압력으로 압축기 내부적인 공기/냉매(air/refrigerant)의 흐름을 제어한다.
아울러, 압축기에는 크랭크케이스에서 흡입(suction)까지 내부적으로 고정된 블리드(fixed bleed)를 가지며, 밸브는 흡입압력을 감지하고 피드백 소자로 작용하는 압력감지소자(pressure sensing element)(예를 들면, 벨로우즈(bellows))를 가진다.
더욱이, 압축기의 배기량(displacement)은 크랭크케이스 압력과 흡입 압력의 압력차에 의해 제어되며, 즉, 압축기 배기량을 감소하기 위해, ECV에 공급되는 평균전류가 감소되면, ECV를 통한 크랭크케이스 흐름으로의 배출이 증가하고, 따라서 크랭크케이스에서 흡입까지의 흐름이 고정되므로, 크랭크케이스 압력이 증가한다.
이는, 크랭크케이스와 흡입 사이의 압력차를 증가시키고, 결과적으로 압축기 배기량은 감소하게 된다.
이와 같이, 압축기 배기량이 감소하게 되면, 흡입 압력은 증가하게 되고, 크랭크케이스로부터 나오는(out of) 흐름은(압력차가 감소되므로) 평형(equilibrium)에 도달할 때까지 감소하여, 시스템이 새로운 흡입 압력 설정지점(suction pressure setting point)에서 동작하게 되며, 이러한 원리를 통하여, ECV는 클러치(clutch) 없이 동작하는 공조시스템용 압축기에 사용된다(참고문헌 3 참조).
즉, 최근, 자동차 산업 분야에 있어서, 가변 사판식 압축기에 사용되는 솔레노이드 동작되는(solenoid poerated) 전자제어밸브(ECV)가 주목받고 있으며, 이러한 ECV는, 외부의 제어기로부터 공급되는 펄스폭변조(pulse width modulation ; PWM) 입력신호에 근거하여 차량용 공조시스템의 압축기를 제어하도록 구성된다.
여기서, PWM 기술은 전송(transmission)을 위해 정보를 부호화(encode)하는 기술로서, 그 주된 용도는, 전기장치(electrical device), 특히, 관성부하(inertial loads)에 공급되는 전력의 제어를 위해 사용된다.
또한, 이러한 메커니즘은, ECV 내의 서로 다른 압력포트 기능을 이용하여 사판 챔버의 압력을 증가 또는 감소하는 것에 의해 압축기 내에서 사판각(swash plate angle)을 변경하도록 구성된다.
결과적으로, 사판각의 증가 또는 감소는 공급전류에 비례하여 작용하는 솔레노이드 힘에 의해 결정되며, 따라서 보다 효율적이고 효과적인 ECV의 제어를 위하여는, ECV의 크랭크케이스포트(crankcase pressure port ; Pc)에서의 크랭크케이스 흐름(crankcase flow) 동안 전류 공급 및 듀티 제어(duty control)의 영향을 고려하여 ECV의 제어를 수행하는 것이 필요하다.
그러나 종래에는, 상기한 바와 같이 ECV의 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름을 분석하고, 그러한 분석 결과에 근거하여 ECV를 제어하는 장치나 방법은 제시된 바 없었다.
[참고문헌]
1. Y. Huang, R. J. Callahan, S. A. Harte, and L. W. Smith, "Electronic control strategy for A/C compressor", United States Patent no. 6675592B2 (2004).
2. C. Tian, Y. Liao, X. Li, "A mathematical model of variable displacement swash plate compressor for automotive air conditioning system", International Journal of Refrigeration, Vol. 29, Issue 2 (2006), pp. 270-280.
3. M. I. Mahmud and H. M. Cho, "Analysis of Crankcase Flow an Automobile ECV for Air Conditioning Control System", Applied Mechanics and Materials, Vols. 373-375 (2013), pp. 421-426.
4. M. I. Mahmud and H. Cho, "ECV body leakage test analysis at its discharge port (Pd) location", International Journal of Applied Engineering Research , Vol. 9, No. 18 (2014), pp. 4785~4791.
5. M. I. Mahmud and H. Cho, "Analysis of forces in an automobile ECV using in external variable displacement swash plate type compressor for air conditioning control system", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 28, No. 5 (2014), pp. 1979~1984.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허 제10-1308143호(2013.09.06.)
2. 한국 등록특허 제10-1151095호(2012.05.22.)
3. 한국 공개특허공보 제10-2011-0040207호(2011.04.20.)
4. 한국 등록특허 제10-0941217호(201.02.01.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(ECV)의 동작을 효과적이고 효율적으로 제어하기 위한 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 차량용 공조시스템에 적용되는 압축기 내에 설치된 ECV의 크랭크케이스포트(Pc)에서 공급전류(supply current) 및 듀티 제어(duty control)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 각각 실험적으로 분석하고, 그러한 분석결과에 근거하여 ECV의 제어를 수행하도록 구성되는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(electromagnetic control valve, ; ECV)의 동작을 효과적이고 효율적으로 제어하기 위한 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법에 있어서, 전자제어밸브(ECV)의 샘플을 준비하는 준비단계; 상기 준비단계에서 준비된 ECV 샘플을 이용하여, 상기 ECV 샘플의 크랭크케이스포트(crankcase port ; Pc)에서 공급전류(supply current)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 분석하는 처리가 수행되는 제 1 분석단계; 상기 준비단계에서 준비된 ECV 샘플을 이용하여, 상기 ECV 샘플의 크랭크케이스포트(crankcase port ; Pc)에서 듀티 제어(duty control)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 분석하는 처리가 수행되는 제 2 분석단계; 및 상기 제 1 분석단계 및 상기 제 2 분석단계에서의 분석결과에 근거하여 상기 ECV 샘플의 동작을 제어하는 처리가 수행되는 제어단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법이 제공된다.
여기서, 상기 제 1 분석단계는, 상기 입력전류와 상기 듀티 제어에 따른 ECV의 크랭크케이스 흐름을 분석하기 위한 에어 보드 테스터(air board tester)를 이용하여, 상기 에어 보드 테스터의 테스트 챔버에 상기 ECV 샘플을 고정하여 상기 ECV 샘플의 크랭크케이스포트(Pc)를 통하여 외부 소스로부터 공기(Air)를 공급하고, DC 파워 서플라이(power supply)를 통하여 상기 ECV 샘플에 전류를 공급하며, 상기 에어 보드 테스터에 설치된 흐름 스위치(flow switch)를 통하여 측정값을 기록하는 것에 의해, 상기 공급전류의 변화에 따른 상기 크랭크케이스포트(Pc)에서의 상기 크랭크케이스 흐름을 측정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 분석단계는, 상기 입력전류와 상기 듀티 제어에 따른 ECV의 크랭크케이스 흐름을 분석하기 위한 에어 보드 테스터(air board tester)를 이용하여, 상기 에어 보드 테스터의 테스트 챔버에 상기 ECV 샘플을 고정하여 상기 ECV 샘플의 크랭크케이스포트(Pc)를 통하여 외부 소스로부터 공기(Air)를 공급하고, 듀티 제어기(duty controller) 파워 서플라이를 통하여 상기 ECV 샘플에 대한 듀티를 제어하며, 상기 에어 보드 테스터에 설치된 흐름 스위치(flow switch)를 통하여 측정값을 기록하는 것에 의해, 상기 듀테 제어의 변화에 따른 상기 크랭크케이스포트(Pc)에서의 상기 크랭크케이스 흐름을 측정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제 1 분석단계 및 상기 제 2 분석단계는, 적어도 2개 이상의 ECV 샘플에 대하여, 상기 공급전류 및 상기 듀티 제어에 따른 상기 크랭크케이스 흐름의 변화를 측정하고, 상기 공급전류 및 상기 듀티 제어와 상기 크랭크케이스 흐름 사이의 관계를 각각 분석하는 과정을 반복하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제어단계는, 상기 제 1 분석단계 및 상기 제 2 분석단계의 각각의 분석결과에 근거하여, 상기 공급전류와 상기 크랭크케이스 흐름 사이의 관계 및 상기 듀티 제어와 상기 크랭크케이스 흐름 사이의 관계를 도출하고, 도출된 결과에 따라 상기 ECV 샘플의 동작을 제어하기 위한 상기 공급전류 및 상기 듀티 제어의 값이나 범위를 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법에 의해 동작이 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어밸브가 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 ECV의 크랭크케이스포트(Pc)에서 공급전류(supply current) 및 듀티 제어(duty control)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 각각 실험적으로 분석하고, 그러한 분석결과에 근거하여 ECV의 제어를 수행하도록 구성되는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법이 제공됨으로써, 차량용 공조시스템에 적용되는 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(ECV)의 동작을 종래에 비해 보다 효과적이고 효율적으로 제어할 수 있다.
도 1은 ECV를 가지는 가변 사판식 압축기를 나타내는 도면이다.
도 2는 ECV의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 ECV에 PWM으로 전류를 인가하여 ECV가 스위치 온 된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 입력전류와 듀티 제어에 따른 ECV의 크랭크케이스 흐름을 분석하기 위한 에어 보드 테스터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 입력전류와 듀티 제어에 따른 ECV의 크랭크케이스 흐름을 분석하기 위한 에어 보드 테스터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실험 분석을 통해 얻어진 공급전류와 듀티의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 실험 분석을 통해 얻어진 듀티 제어와 Pc 흐름의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 실험 분석을 통해 얻어진 공급전류와 Pc 흐름의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
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.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(ECV)의 동작을 효과적이고 효율적으로 제어하기 위한 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 차량용 공조시스템에 적용되는 압축기 내에 설치된 ECV의 크랭크케이스포트(Pc)에서 공급전류(supply current) 및 듀티 제어(duty control)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 각각 실험적으로 분석하고, 그러한 분석결과에 근거하여 ECV의 제어를 수행하도록 구성되는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 본 발명에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법의 구체적인 내용에 대하여 설명하기 전에, 먼저, 가변 사판식 압축기(variable displacement swash plate type compressor) 및 이러한 압축기에 적용되는 전자제어밸브(ECV)의 전체적인 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 ECV를 가지는 가변 사판식 압축기를 나타내는 도면이고, 도 2는 ECV의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, ECV에 형성된 세 개의 압력포트의 구성을 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, ECV에는, 흡입포트(suction port ; Ps), 크랭크케이스포트(crankcase port ; Pc) 및 배출포트(discharge port ; Pd)의 세 개의 압력포트가 형성되어 있으며, 이러한 압력포트는 ECV를 통하여 공기/냉매 흐름 작용을 위한 주된 연결통로가 된다.
또한, ECV는, 코어(core), 가이드(guide), 플런저(plunger), 가이드핀(guide pin), 플런저 스프링(plunger spring) 및 벨로우즈(bellows) 등과 같은 다양한 내부 부품들로 이루어지고(참고문헌 4 참조), 전류가 인가되면, 이러한 내부 부품들(주로 플런저 어셈블리)이 움직이기 시작하여 ECV 동작을 위한 솔레노이드 힘을 생성하고, 이는, 각각의 압력포트로 공조 제어과정(air conditioning control procedure)을 위한 공기/냉매 흐름량을 제어한다.
더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 ECV에 PWM으로 전류를 인가하여 ECV가 스위치 온 된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, ECV가 스위치 온인 상태에서 흐름의 최대 배출(maximum discharge)이 발생하고, 압력포트 Pc에서 Ps까지의 흐름은 개방되며, 이때, 피스톤 운동(piston movement)으로 인해 최대 스트로크(maximum stroke)에서 압력포트 Pd에서의 흐름 압력이 최대가 되고, Pc 압력의 감소는 Pd에서 Pc까지의 흐름이 존재할 때 사판각을 최대가 되도록 한다(참고문헌 5 참조).
계속해서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 입력전류와 듀티 제어에 따른 ECV의 크랭크케이스 흐름을 분석하기 위한 에어 보드 테스터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 ECV의 동작을 실험적으로 분석하기 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이, ECV의 압력포트 Pc를 통하여 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)을 조정(calibrating)하기 위해 외부 소스(즉, 에어 컴프레셔(air compressor))로부터 공기(Air)가 공급되도록 에어 보드 테스터(air board tester)를 구성하였다.
또한, 도 5에 있어서, 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 실험 분석에 사용된 ECV 샘플을 나타내고, 도 5b는 ECV 샘플에 전류를 공급하여 흐름을 측정하는 모습을 나타내며, 도 5c는 전원공급을 위한 DC 파워 서플라이(power supply)를 나타내고, 도 5d는 듀티 제어기(duty controller) 파워 서플라이를 나타내며, 도 5e는 Pc 흐름을 측정하기 위한 흐름 스위치(flow switch)를 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 본 실시예의 실험 분석에서는, 도 5a에 나타낸 바와 같이 두 개의 ECV 샘플이 사용되었으며, 각각의 ECV 샘플은 도 5b에 나타낸 바와 같이 에어보드 테스터의 테스트 챔버에 고정되어, 도 5c에 나타낸 바와 같은 DC 파워 서플라이를 통해 전류가 인가되었다.
그 후, 도 5d에 나타낸 바와 같은 외부 제어기를 통하여 PWM에 의한 입력신호가 듀티를 제어하고 압력포트 Pc에서의 크랭크케이스 흐름을 측정하기 위해 사용되었으며, 도 5e에 나타낸 바와 같이 보드 내에 설치된 흐름 스위치를 통하여 측정값이 기록되었다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 크랭크케이스 흐름을 측정하기 위한 에어 보드 테스터의 파라미터 설정(set up)은 다음과 같이 설정되었다.
- 흐름 설정 순서(flow setting order) : V1→high ; V2→Pd ; V3→off ; V4→Pc flow ; V5→off ; V6→flow ; V7→all ; V8→all
(여기서, V1 ~ V8은 서로 다른 흐름제어밸브(flow control valve)를 나타내며, 'high'는 최대입력압력(maximum input pressure)을 나타내고, 'off'는 밸브가 닫힌 것을 의미하며, 'flow'는 Pd에서 Ps로 또는 Pc에서 Ps로 또는 Pd에서 Pc로 공기/냉매 흐름을 의미하고, 'all'은 Ps를 제외한 모든 경로에 대한 공기/냉매 흐름을 의미한다.)
- 최대 고압(Maximum high pressure) : 0.069 MPa (0.69 bar)
- DC 파워 서플라이 : 23.5V
- 듀티 제어기 파워 서플라이 : 13.6V
- 주파수(Frequency) : 400±10Hz
- 듀티사이클(Duty cycle) :0 ~ 100%
따라서 본 발명자들은, 상기한 바와 같이 하여 파라미터를 설정한 후, 2개의 ECV 샘플에 대하여 총 6번의 실험 테스트가 수행하였으며, 그 결과, 전류 공급이 크랭크케이스 흐름에 영향을 미치고 또한 듀티 제어와도 관련이 있음을 알 수 있었다.
계속해서, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 상기한 바와 같은 실험 결과 및 그 분석 내용에 대하여 설명한다.
즉, 도 6 내지 도 7을 참조하면, 도 6은 공급전류와 듀티의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 7은 듀티 제어와 Pc 흐름의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 8은 공급전류와 Pc 흐름의 관계를 나타내는 그래프이다.
더 상세하게는, 먼저, 듀티 제어와 공급전류의 관계는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 모든 샘플 테스트에 대하여 측정값이 선형적으로 분포하는 것을 확인할 수 있으며, 이는, 공급전류가 증가하면 듀티도 증가하는 것을 의미한다.
또한, 듀티가 증가하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 압력포트 Pc에서의 크랭크케이스 흐름은 듀티 제어의 범위 후로 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 즉, 샘플 1에 있어서, 60%의 듀티 제어 후에 크랭크케이스 흐름이 감소하기 시작하고, 샘플 2에 대하여는 45%의 듀티 제어 후에 감소가 시작되는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 입력전류와 Pc 흐름 사이의 관계는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 입력전류에 대한 Pc 흐름을 관찰하기 위해 두 개의 샘플로부터 임의의 값(random value)이 취해진다.
즉, 전류 공급이 0.0에서 1.0A까지의 범위에서 이루어질 때, 샘플 1에 있어서는 Pc 흐름이 0.56A의 공급전류에서 감소하기 시작하는 반면, 샘플 2에 있어서는 0.29A의 공급전류에서 Pc 흐름이 감소하기 시작한다.
이는, 공급전류가 0A일 때 플런저는 움직이지 않음을 의미하며, 따라서 밸브 가이드는, 상기한 공급전류에서 샘플 1과 샘플 2에 대하여 각각 73 l/min 및 82 l/min까지 완전히 개방된다.
플런저 어셈블리가 움직이기 시작하여 솔레노이드 힘을 생성하기 시작하면 흐름은 감소하기 시작하고, 이때, Pc 포트 압력의 감소는 흐름이 Pd에서 Pc까지 최초로(initially) 이동할 때 사판각을 최대로 한다.
그 후, 공급전류가 증가하면 흐름은 감소하고, 플런저 어셈블리의 이동으로 인해 사판각은 감소하며, 최종적으로 사판이 0도일 때(on angle position) 흐름은 0.0 l/min에 도달한다.
따라서 이와 같은 과정을 통하여, 압력포트를 통한 공기/냉매의 흐름으로 공조 제어 과정이 이루어지게 되며, 여기서, 두 개의 샘플 모두 동일한 방식으로 Pc 흐름이 감소되지 않고 서로 다른 공급전류에서 0.0 l/min에 도달하며, 이는, 내부 부품 설계 및 치수 표준(criterion)에 기인한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 가변식 압축기에 적용되는 ECV의 압력포트 Pc에서의 크랭크케이스 흐름에 대한 실험적인 분석을 수행하여, 공급전류와 듀티 제어 사이의 관계에 근거한 비교 결과를 도출하였고, 그러한 실험 분석의 결과로부터, 공급전류와 듀티 제어는 ECV 내부에서 솔레노이드 자력을 유도하는 플런저 스트로크와 상관관계(correlation)가 있음을 알 수 있다.
즉, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같은 특성곡선으로부터, 공급전류가 증가하면 압력포트 Pc에서의 크랭크케이스 흐름은 감소하는 것을 확인할 수 있고, 이는, 자력이 증가하면 밸브의 개방 길이(opening length)가 감소하는 것에 기인한다.
또한, 듀티 제어값이 점진적으로(gradually) 증가할 때에도 마찬가지 결과가 얻어지며, 이러한 결과는, 공급전류 및 듀티 제어가 ECV 내부에 유도된 솔레노이드 자력에 대한 크랭크케이스 흐름과 상관관계가 있음을 의미한다.
따라서 상기한 바와 같은 내용으로부터 본 발명의 실시예에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법을 구현할 수 있다.
즉, 도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법은, 크게 나누어, 먼저, 실험 분석을 위해 전자제어밸브(ECV)에 대한 샘플을 준비하고(단계 S91), 준비된 ECV 샘플을 이용하여, ECV 샘플의 크랭크케이스포트(Pc)에서 공급전류(supply current)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 분석(단계 S92) 및 듀티 제어(duty control)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 분석하고(단계 S93), 각각의 분석결과에 근거하여, ECV의 동작을 제어하는 처리가 수행되는(단계 S94) 일련의 처리단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 공급전류 및 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름에 대한 영향을 분석하는 단계(S92, S93)는, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기한 바와 같이 하여 각각 수행될 수 있다.
또한, 각각의 분석결과에 근거하여 ECV의 동작을 제어하는 단계(S94)는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 상기한 바와 같이, 각각의 분석결과로부터 최적의 ECV 동작이 가능하도록 하는 공급전류 및 듀티 제어의 값 또는 범위를 결정하고, 그러한 값이나 범위에 따라 실제 ECV의 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 ECV의 크랭크케이스포트(Pc)에서 공급전류(supply current) 및 듀티 제어(duty control)에 따른 크랭크케이스 흐름(crankcase flow)에 대한 영향을 각각 실험적으로 분석하고, 그러한 분석결과에 근거하여 ECV의 제어를 수행하도록 구성되는 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법이 제공됨으로써, 차량용 공조시스템에 적용되는 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(ECV)의 동작을 종래에 비해 보다 효과적이고 효율적으로 제어할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 공급전류와 듀티 제어에 따른 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법의 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.

Claims (6)

  1. 차량용 공조시스템에 적용되는 가변 사판식(external variable swash plate type) 압축기 내에 설치된 전자제어밸브(electromagnetic control valve, ; ECV)의 크랭크케이스 흐름(crankcase flow) 분석을 이용한 전자제어밸브의 공급전류(supply current) 및 듀티 제어(duty control) 결정방법에 있어서,
    전자제어밸브(ECV)의 샘플을 준비하는 준비단계;
    공급전류와 듀티 제어에 따른 ECV의 크랭크케이스 흐름을 분석하기 위한 에어 보드 테스터(air board tester)를 이용하여, 상기 에어 보드 테스터의 테스트 챔버에 상기 준비단계에서 준비된 ECV 샘플을 고정하여 상기 ECV 샘플의 크랭크케이스포트(crankcase port ; Pc)를 통하여 외부 소스로부터 공기(Air)를 공급하고, DC 파워 서플라이(power supply)를 통하여 상기 ECV 샘플에 전류를 공급하며, 상기 에어 보드 테스터에 설치된 흐름 스위치(flow switch)를 통하여 측정값을 기록하여 상기 공급전류의 변화에 따른 상기 크랭크케이스포트(Pc)에서의 상기 크랭크케이스 흐름을 측정하는 처리가 수행되는 제 1 분석단계;
    상기 에어 보드 테스터의 테스트 챔버에 상기 ECV 샘플을 고정하여 상기 ECV 샘플의 크랭크케이스포트(Pc)를 통하여 외부 소스로부터 공기(Air)를 공급하고, 듀티 제어기(duty controller) 파워 서플라이를 통하여 상기 ECV 샘플에 대한 듀티를 제어하며, 상기 에어 보드 테스터에 설치된 흐름 스위치를 통하여 측정값을 기록하여 상기 듀티 제어의 변화에 따른 상기 크랭크케이스포트(Pc)에서의 상기 크랭크케이스 흐름을 측정하는 처리가 수행되는 제 2 분석단계;
    적어도 2개 이상의 ECV 샘플에 대하여 상기 제 1 분석단계 및 상기 제 2 분석단계의 처리를 반복하고, 각각의 분석결과에 근거하여 상기 공급전류와 상기 크랭크케이스 흐름 사이의 관계 및 상기 듀티 제어와 상기 크랭크케이스 흐름 사이의 관계를 각각 도출하며, 도출된 결과에 따라 상기 ECV 샘플의 동작을 제어하기 위한 최적의 상기 공급전류 및 상기 듀티 제어의 값이나 범위를 결정하는 처리가 수행되는 결정단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 공급전류 및 듀티 제어 결정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1항에 기재된 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 공급전류 및 듀티 제어 결정방법을 이용하여 결정된 공급전류 및 듀티 제어의 값이나 범위에 따라 전자제어밸브의 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어밸브 제어방법.
  6. 청구항 1항에 기재된 크랭크케이스 흐름 분석을 이용한 전자제어밸브 제어방법을 이용하여 결정된 공급전류 및 듀티 제어의 값이나 범위에 따라 동작이 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어밸브.
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