KR101710365B1 - 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법 및 그 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법 및 그 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
본 발명은 (A) 상기 차량용 공조장치가 작동된 이후, 상기 압축기의 내부에 존재하는 냉매가 기체로 간주되어 상기 압축기의 예상토크가 산출되는 단계(S110); (B) 센서에 의해 검출된 엔진 냉각수 온도에 기초하여 보정토크가 산출되는 단계(S120); 및 (C) 상기 예상토크에 상기 보정토크가 적용되어 상기 압축기의 최종예상토크가 산출되는 단계(S130);를 포함한다. 이때, 상기 보정토크는 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 높아질수록 작아지다가, 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 상기 액냉매의 상변화가 완료된 시점에서의 엔진 냉각수 온도인 목표 온도에 도달한 이후에는 0 N*m의 값을 갖는다.

Description

액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법 및 그 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치{UNEXPECTED TORQUE CALCULATING METHOD FOR LIQUID REFRIGERANT CONTAING COMPRESSOR AND VEHICLE AIR CONDITIONER INCLUDING CONTROLLER IMPLEMENTING THE METHOD}
본 발명은 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 압축기에 액냉매가 존재할 경우 압축기에서 요구될 것으로 예상되는 예상토크를 산출하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 예상토크를 산출하는 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 실내의 냉난방을 위해 공조장치가 설치된다. 그리고 차량용 공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(11)와, 응축기(12)와, 팽창밸브(13)와, 증발기(14)와, 제어부(20)를 포함한다.
압축기(11)는 엔진(10)에 의해 구동하면서 증발기(14)로부터 인입된 저온저압의 기상 냉매를 고온고압의 기상 냉매로 압축시킨다. 응축기(12)는 압축기(11)로부터 인입된 고온고압의 기상 냉매를 응축하여 액화시키고, 팽창밸브(13)는 응축기(12)로부터 인입된 액상 냉매를 단열팽창시켜 기체와 액체가 혼합된 상태로 형성한다. 팽창밸브(13)를 거친 냉매는 증발기(14)에서 주변 공기로부터 열을 흡수하여 기화된 후 압축기(11)로 유입된다. 증발기(14)에서 냉매와의 열교환을 통해 냉각된 주면 공기는 실내로 공급되어 실내를 냉방한다. 제어부(20)는 차량의 실내외에 설치되는 각종 센서들로부터 입력되는 정보와 사용자에 의해 입력된 공조조건에 따라 상기 압축기(11)의 냉매 토출량을 제어한다.
차량의 공조장치용으로 가장 널리 사용되고 있는 압축기(11)는 사판식 압축이다. 사판식 압축기에는 클러치의 흡/탈착으로 냉방용량을 조절하는 고정 사판식 압축기와, 피스톤이 연결된 사판의 경사각 변화를 통해 냉방용량을 조절하는 가변용량 사판식 압축기가 있다. 그러나 고정 사판식 압축기의 경우, 냉방부하를 맞추기 위하여 클러치가 계속적으로 흡/탈착되기 때문에 압축기(11)의 토크 변동이 급격하게 일어나고, 이와 같은 현상은 자동차 엔진(10)에 좋지 않은 영향을 미칠 뿐만 아니라 승차감을 저하시킨다. 따라서, 최근에는 자동차 공조장치용 압축기(11)로 가변용량 사판식 압축기가 주로 사용되고 있다.
가변용량 사판식 압축기의 경우, 사판의 경사각이 연속적으로 변화하기 때문에 압축기(11)의 토크 변동이 고정 사판식 압축기에 비해 상대적으로 적다. 그러나 가변용량 사판식 압축기에 의하더라도 여전히 압축기(11)의 토크 변동은 발생한다. 그리고 압축기(11)의 토크 변동은 엔진(10)의 RPM의 유동(오버슛, 언더슛)을 초래하고, 엔진(10)의 RPM 유동은 차량의 원활한 주행을 방해한다. 따라서, 공조장치가 작동되면 엔진(10)의 토크량 보정이 이루어진다.
종래에 엔진(10)의 토크량 보정은, 도 2에 도시된 바와 같이, 두 단계를 통해 이루어졌다. 공조장치가 작동되면 상기 제어부(20)는 첫 번째 단계(S10)에서 압축기(11)에서 요구될 것으로 예상되는 토크(예상토크)를 산출한다. 그리고 제어부(20)는 두 번째 단계(S20)에서 상기 예상토크를 엔진 제어 시스템(EMS)으로 전송한다. 이때, 상기 제어부(20)는 차량의 실내외에 설치되는 각종 센서들로부터 입력되는 정보와 사용자에 의해 입력된 공조조건에 따라 압축기(11)의 예상토크를 산출한다. 그리고, 엔진 제어 시스템(EMS)은 제어부(20)로부터 전송된 예상토크를 반영하여 엔진(10)의 토크량을 산출한다.
한편, 차량이 낮은 외기 온도에 장시간 노출되어 있으면 압축기(11) 내부의 냉매는 액체 상태로 존재하게 된다. 그리고 액냉매를 포함하는 압축기(11)가 요구하는 토크는 액냉매를 포함하지 않은 압축기(11)가 요구하는 토크에 비해 작다. 그러나 상기 제어부(20)가 산출한 예상토크는 압축기(11)에 액냉매가 존재하지 않음을 전제로 산출된 것이고, 이와 같이 산출된 예상토크는 압축기(11)에 액냉매가 존재하는 경우에도 적용되고 있다. 따라서 낮은 외기 온도에 장시간 노출되어 있던 차량에 시동이 걸린 후 공조장치가 작동되면, 상기 예상토크를 반영하여 산출된 엔진(10)의 토크량 중 압축기(11)로 할당된 것과 액냉매를 포함하는 압축기(11)가 실제로 요구하는 토크량 간에 존재하는 차이로 인해 오버슛(요구되는 RPM보다 실제 RPM이 높은 현상)이 발생하게 된다. 상기 오버슛은 승차감 저하 및 연비 저하를 초래하는바, 이에 대한 개선책이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기에 액냉매가 포함된 상태에서 차량용 공조장치가 작동하더라도 엔진의 RPM에 오버슛 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
또한, 본 발명은 상기 압축기의 예상토크를 산출하는 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량용 공조장치의 압축기에 액냉매가 포함된 경우 상기 압축기의 예상토크를 산출하는 방법으로서, (A) 상기 차량용 공조장치가 작동된 이후, 상기 압축기의 내부에 존재하는 냉매가 기체로 간주되어 상기 압축기의 예상토크가 산출되는 단계(S110); (B) 센서에 의해 검출된 엔진 냉각수 온도에 기초하여 보정토크가 산출되는 단계(S120); 및 (C) 상기 예상토크에 상기 보정토크가 적용되어 상기 압축기의 최종예상토크가 산출되는 단계(S130);를 포함한다. 이때, 상기 보정토크는 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 높아질수록 작아지다가, 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 상기 액냉매의 상변화가 완료된 시점에서의 엔진 냉각수 온도인 목표 온도에 도달한 이후에는 0 N*m의 값을 갖는다.
바람직하게 상기 보정토크는 상기 검출된 엔진 냉각수 온도에 보정상수를 곱하여 산출된다. 이때, 상기 보정상수는 엔진 냉각수 온도가 높아짐에 따라 작은 값을 갖도록 설정되고, 상기 목표 온도 이상의 엔진 냉각수 온도에 대하여는 0 N*m의 값을 갖도록 설정된다. 또한, 상기 보정상수는 상기 엔진 냉각수의 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변화율을 갖도록 설정된다.
본 발명은 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 제어기(100)를 포함하는 차량용 공조장치를 제공한다. 여기서, 상기 제어기(100)는, 사용자가 설정한 공조조건을 입력받는 입력부(110); 차량의 실내외에 설치된 센서들이 검출한 정보를 상기 센서들로부터 입력받는 검출부(120); 및 상기 입력부(110)로부터 전송된 공조조건과 상기 검출부(120)로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 압축기의 예상토크 및 보정토크를 산출한 후, 상기 예상토크에 상기 보정토크를 적용하여 상기 압축기의 최종예상토크를 산출하는 연산부(130);를 포함하고, 상기 연산부(130)는 상기 압축기의 내부에 존재하는 냉매를 기체로 간주하여 상기 예상토크를 산출하고, 상기 검출부(120)로부터 전송된 정보 중 하나인 엔진 냉각수 온도가 높아질수록 작아지게 상기 보정토크를 산출하며, 상기 엔진 냉각수 온도가 상기 액냉매의 상변화가 완료된 시점에서의 엔진 냉각수 온도인 목표 온도에 도달한 이후에는 상기 보정토크를 0 N*m로 산출한다.
바람직하게 상기 연산부(130)는 메모리(140)에 저장된 보정상수에 상기 검출부(120)로부터 전송된 엔진 냉각수 온도를 곱하여 상기 보정토크를 산출한다. 이때, 상기 보정상수는 엔진 냉각수 온도가 높아짐에 따라 작은 값을 갖도록 설정되어 있고, 상기 목표 온도 이상의 엔진 냉각수 온도에 대하여는 0 N*m/℃의 값을 갖도록 설정되어 있다. 또한, 상기 보정상수는 상기 엔진 냉각수의 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변화율을 갖도록 설정되어 있다.
본 발명에 의하면, 차량용 공조장치에 구비된 압축기에 액냉매가 존재하는지 여부와, 액냉매가 존재할 경우 그 양이 고려되어 압축기의 예상토크가 산출된다. 따라서 본 발명에 의하면, 압축기에 액냉매가 포함된 상태에서 차량용 공조장치가 작동하더라도 자동차 엔진의 RPM에 오버슛이 발생하지 않고, 이로써 압축기의 내구성, 압축기 구동력 전달부의 내구성, 주행 승차감 및 엔진 효율이 향상된다.
도 1은 일반적인 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 종래기술에 따른 압축기의 예상토크를 산출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 도 3의 방법을 수행하는 제어기를 도시한 블록도이다.
도 5는 엔진 냉각수 온도와 보정상수 간 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 엔진 냉각수 온도와 보정상수 변화율 간 관계를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법 및 그 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 액냉매를 포함하는 자동차 공조장치용 압축기의 예상토크를 산출하는 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 차량에 시동이 걸리고 차량에 설치된 공조장치가 작동된 이후에 수행되는 예상토크 산출단계(S110), 예상토크 산출단계(S110) 이후 또는 예상토크 산출단계(S110)와 동시에 수행되는 보정토크 산출단계(S120) 및 보정토크 산출단계(S120) 이후에 수행되는 최종예상토크 산출단계(S130)를 포함한다.
예상토크 산출단계(S110)에서는 압축기의 예상토크가 산출된다. 상기 예상토크는 상기 압축기에 액냉매가 존재하지 않는다는 전제 하에 산출된 것이다. 즉, 상기 예상토크는 사용자가 설정한 자동차 실내 온도, 증발기 출구 온도, 자동차 실외 온도, 자동차 실내 온도, 냉각팬 회전 속도 등의 정보를 바탕으로 산출된 것으로서 상기 압축기의 내부에 존재하는 냉매가 기체로 간주되어 산출된 것이다. 상기 예상토크를 압축기의 예상토크로 하여 엔진 토크량이 보정되는 방법은 종래에 수행되고 있던 방법이고, 이와 같은 종래의 방법에 따르면 압축기에 액냉매가 존재하는 동안에 엔진 RPM에 오버슛이 발생하게 됨은 앞선 배경기술에서 설명된바 있다.
보정토크 산출단계(S120)에서는 검출된 엔진 냉각수 온도에 기초하여 보정토크가 산출된다. 이때, 상기 보정토크는 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 증가할수록 작아지도록 산출된다. 예컨대, 검출된 엔진 냉각수 온도가 5도이면 보정토크는 4 N*m로 산출되고, 검출된 엔진 냉각수 온도가 30도이면 보정토크는 2.5 N*m로 산출되며, 검출된 엔진 냉각수 온도가 50도이면 보정토크는 1.5 N*m로 산출된다.
또한, 상기 보정토크는 검출된 엔진 냉각수 온도가 목표 온도에 도달한 이후에는 0 N*m로 산출된다. 예컨대 목표 온도가 60도로 미리 설정되어 있다면, 검출된 엔진 냉각수 온도가 60도에 도달한 이후에는 감소토크는 0 N*m로 산출된다. 여기서, 목표 온도는 압축기에 존재하던 액냉매의 상변화가 완료된 시점(액냉매의 기화가 완료된 시점)에서의 엔진 냉각수 온도를 의미한다. 목표 온도는 사전 실험에 의해 미리 설정된다.
상기 보정토크의 산출은 검출된 냉각수 온도에 보정상수를 곱함으로써 이루어진다. 상기 보정상수는 엔진 냉각수 온도가 높아짐에 따라 작은 값을 갖도록 미리 설정되고, 상기 목표 온도 이상의 엔진 냉각수 온도에 대하여는 0의 값을 갖도록 미리 설정된다. 앞선 예의 경우, 검출된 엔진 냉각수 온도 5도에 대응하는 보정상수는 0.8 N*m/℃로 미리 설정되고, 검출된 엔진 냉각수 온도 30도에 대응하는 보정상수는 0.083 N*m/℃로 미리 설정되며, 검출된 엔진 냉각수 온도 50도에 대응하는 보정상수는 0.03 N*m/℃로 미리 설정되고, 검출된 엔진 냉각수 온도 60도 이상에 대응하는 보정상수는 0 N*m/℃로 미리 설정된다. 도 5에는 이 예에 해당하는 보정상수가 엔진 냉각수 온도별로 표시되어 있다.
또한 상기 보정상수는 상기 엔진 냉각수의 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변화율을 갖도록 설정된다. 위 예의 경우, 검출된 엔진 냉각수 온도 5도에서 보정상수 변화율은 -0.09 N*m/℃^2로 설정되고, 검출된 엔진 냉각수 온도 30도에서 보정상수 변화율은 -0.003 N*m/℃^2로 설정되며, 검출된 엔진 냉각수 온도 50도에서 보정상수 변화율은 -0.002 N*m/℃^2로 설정되고, 검출된 엔진 냉각수 온도 60도에서 보정상수 변화율은 -0.001 N*m/℃^2로 설정된다. 도 6에는 이 예에 해당하는 보정상수 변화율이 엔진 냉각수 온도별로 표시되어 있다.
한편, 압축기 내에 존재하는 액냉매의 양에 대응하는 엔진 냉각수 온도는 엔진의 종류, 엔진의 크기, 엔진룸의 구조, 엔진의 냉각 시스템 등에 따라 상이하다. 예컨대 보정토크가 4 N*m로 산출되어야 하는 상황에서 어떤 차종은 엔진 냉각수의 온도가 5도인 반면 다른 차종은 엔진 냉각수의 온도가 6도일 수 있다. 또한, 감소토크가 0 N*m로 산출되어야 하는 상황에서 어떤 차종은 목표 온도가 60도인 반면 다른 차종은 목표 온도가 64도일 수 있다. 따라서, 엔진 냉각수 온도에 대응하는 보정상수 및 보정상수 변화율은 차종마다 상이하게 설정된다.
최종예상토크 산출단계(S130)에서는 압축기의 최종예상토크가 산출된다. 상기 최종예상토크는 엔진의 토크량 보정을 위해 엔진 제어 시스템(EMS)으로 전송되는 값으로서, 예상토크 산출단계(S110)에서 산출된 예상토크로부터 보정토크 산출단계(S120)에서 산출된 보정토크를 감하여 산출된다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 제어기(100)를 포함한다.
상기 제어기(100)는 앞서 설명된 압축기의 예상토크를 산출하는 방법을 수행하기 위해 차량의 공조장치에 구비되는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력부(110)와, 검출부(120)와, 연산부(130)를 포함한다.
입력부(110)는 차량 사용자가 설정한 공조조건(공조장치의 on/off, 차량 실내 온도 등)을 입력받아 연산부(130)로 전송한다. 검출부(120)는 차량의 실내외에 설치된 각종 센서들로부터 정보를 입력받는다. 예컨대, 검출부(120)는 증발기 온도 센서로부터 증발기 출구 온도를 입력받고, 실외 온도 센서로부터 차량 실외 온도를 입력받고, 실내 온도 센서로부터 차량 실내 온도를 입력받고, 냉각팬 속도 센서로부터 냉각팬의 회전 속도를 입력받고, 냉각수 온도 센서로부터 엔진 냉각수 온도를 입력받는다. 그리고, 검출부(120)는 입력받은 정보를 연산부(130)로 전송한다.
연산부(130)는 입력부(110)로부터 전송된 공조조건과 검출부(120)로부터 전송된 정보들을 이용하여 상기 예상토크를 산출한다. 그리고 연산부(130)는 검출부(120)로부터 전송된 엔진 냉각수 온도와, 메모리(140)에 미리 저장되어 있던 보정상수들 중 상기 검출부(120)로부터 전송된 엔진 냉각수 온도에 대응하는 보정상수를 곱하여 상기 보정토크를 산출한다. 이후 연산부(130)는 상기 예상토크로부터 상기 보정토크를 감하여 상기 압축기의 최종예상토크를 산출한다. 상기 최종예상토크는 데이터 송수신부(150)에 의해 엔진 제어 시스템으로 전송된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
S110 : 예상토크 산출단계 S120 : 보정토크 산출단계
S130 : 최종예상토크 산출단계 100 : 제어기
110 : 입력부 120 : 검출부
130 : 연산부 140 : 메모리
150 : 데이터 송수신부

Claims (6)

  1. 차량용 공조장치의 압축기에 액냉매가 포함된 경우 상기 압축기의 예상토크를 산출하는 방법으로서,
    (A) 상기 차량용 공조장치가 작동된 이후, 상기 압축기의 내부에 존재하는 냉매가 기체로 간주되어 상기 압축기의 예상토크가 산출되는 단계(S110);
    (B) 센서에 의해 검출된 엔진 냉각수 온도에 기초하여 보정토크가 산출되는 단계(S120); 및
    (C) 상기 예상토크에 상기 보정토크가 적용되어 상기 압축기의 최종예상토크가 산출되는 단계(S130);를 포함하고,
    상기 보정토크는 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 높아질수록 작아지다가, 상기 검출된 엔진 냉각수 온도가 상기 액냉매의 상변화가 완료된 시점에서의 엔진 냉각수 온도인 목표 온도에 도달한 이후에는 0 N*m의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정토크는 상기 검출된 엔진 냉각수 온도에 보정상수를 곱하여 산출되되, 상기 보정상수는 엔진 냉각수 온도가 높아짐에 따라 작은 값을 갖도록 설정되고, 상기 목표 온도 이상의 엔진 냉각수 온도에 대하여는 0 N*m/℃의 값을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정상수는 상기 엔진 냉각수의 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변화율을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법.
  4. 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 제어기(100)를 포함하되,
    상기 제어기(100)는,
    사용자가 설정한 공조조건을 입력받는 입력부(110);
    차량의 실내외에 설치된 센서들이 검출한 정보를 상기 센서들로부터 입력받는 검출부(120); 및
    상기 입력부(110)로부터 전송된 공조조건과 상기 검출부(120)로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 압축기의 예상토크 및 보정토크를 산출한 후, 상기 예상토크에 상기 보정토크를 적용하여 상기 압축기의 최종예상토크를 산출하는 연산부(130);를 포함하고,
    상기 연산부(130)는 상기 압축기의 내부에 존재하는 냉매를 기체로 간주하여 상기 예상토크를 산출하고, 상기 검출부(120)로부터 전송된 정보 중 하나인 엔진 냉각수 온도가 높아질수록 작아지게 상기 보정토크를 산출하며, 상기 엔진 냉각수 온도가 상기 액냉매의 상변화가 완료된 시점에서의 엔진 냉각수 온도인 목표 온도에 도달한 이후에는 상기 보정토크를 0 N*m로 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산부(130)는 메모리(140)에 저장된 보정상수에 상기 검출부(120)로부터 전송된 엔진 냉각수 온도를 곱하여 상기 보정토크를 산출하되, 상기 보정상수는 엔진 냉각수 온도가 높아짐에 따라 작은 값을 갖도록 설정되어 있고, 상기 목표 온도 이상의 엔진 냉각수 온도에 대하여는 0 N*m/℃의 값을 갖도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보정상수는 상기 엔진 냉각수의 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변화율을 갖도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
KR1020100122802A 2010-12-03 2010-12-03 액냉매를 포함하는 압축기의 예상토크를 산출하는 방법 및 그 방법의 수행을 위한 제어기를 포함하는 차량용 공조장치 KR101710365B1 (ko)

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