KR20120087444A - 자동차용 공조시스템의 제어 방법 - Google Patents

자동차용 공조시스템의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 공조시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 외기 모드시 자동차용 냉방시스템에 구비된 증발기의 과냉을 방지하기 위한 자동차용 공조시스템의 제어 방법에 있어서, (A) 사용자가 입력한 공조조건을 기초로 제어기가 목표 증발기 온도를 산출하는 단계; (B) 상기 제어기가 압축기의 rpm이 최소 rpm인지 여부를 판단하는 단계; (C) 상기 압축기의 rpm이 최소 rpm인 것으로 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 목표 증발기 온도로부터 미리 설정된 제1버퍼값을 감한 값인 기준 증발기 온도와 증발기 센서로부터 전송된 현재 증발기 온도 간 대소를 비교하는 단계; 및 (D) 상기 현재 증발기 온도가 상기 기준 증발기 온도보다 작은 경우, 상기 제어기가 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법을 제공한다.

Description

자동차용 공조시스템의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AIR CONDITIONING SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 자동차용 공조시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차용 냉방시스템의 증발기가 과냉되는 현상을 방지할 수 있도록 자동차용 공조시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 공조시스템이 설치된다. 그리고 상기 공조시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실(자동차 실내)의 냉방을 위한 냉방시스템(60), 차실의 난방을 위한 난방시스템(70), 전자동 온도조절장치(FATC : Full Automatic Temperature Controller)(20), 차실로 유입되는 공기의 온도/세기/방향을 조절하는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning)(80) 등을 포함한다.
상기 냉방시스템(60)은 압축기(62)와, 응축기(64)와, 팽창밸브(66)와, 증발기(68)를 포함한다. 압축기(62)는 증발기(68)로부터 인입된 저온저압의 기상 냉매를 고온고압의 기상 냉매로 압축시킨다. 응축기(64)는 압축기(62)로부터 인입된 고온고압의 기상 냉매를 응축하여 액화시키고, 팽창밸브(66)는 응축기(64)로부터 인입된 액상 냉매를 단열팽창시켜 기체와 액체가 혼합된 상태로 형성한다. 팽창밸브(66)를 거친 냉매는 증발기(68)에서 주변 공기로부터 열을 흡수하여 기화된 후 압축기(62)로 유입된다. 증발기(68)에서 냉매와의 열교환을 통해 냉각된 주면 공기는 차실로 공급되어 상기 차실을 냉방한다.
상기 난방시스템(70)은 펌프(74)와, 히터코어(76)와, 엔진(72)을 포함한다. 엔진(72)은 냉각수를 가열하고, 히터코어(76)는 엔진(72)에서 가열된 후 유입된 냉각수의 열을 주변 공기로 전달한다. 히터코어(76)에서 냉각수와의 열교환을 통해 가열된 주변 공기는 차실로 공급되어 상기 차실을 난방한다. 펌프(74)는 냉각수를 엔진(72)으로부터 히터코어(76)로 유입시키고, 히터코어(76)로부터 엔진(72)으로 복귀시킨다.
전자동 온도조절장치(20)는 운전석 전방의 센터 파시아 패널에 장착된 콘트롤 패널(40)로부터 수신한 공조조건을 이용하여 목표 증발기 온도를 산출한다. 또한 전자동 온도조절장치(20)는 공조장치(80)에 내장된 증발기센서(84)로부터 수신한 증발기 온도(증발기(68)를 통과한 공기의 온도)와 상기 목표 증발기 온도를 비교하여 압축기(62)를 제어한다.
구체적으로, 상기 증발기 온도가 상기 목표 증발기 온도보다 낮으면 전자동 온도조절장치(20)는 압축기(62)의 rpm(또는 duty)을 감소시키고, 증발기 온도가 목표 증발기 온도보다 높으면 압축기(62)의 rpm(또는 duty)을 증가시킨다.
한편, 외기 온도가 낮고 내외기 모드가 외기 모드인 경우, 압축기(62)의 rpm(또는 duty)이 최소임에도 불구하고 증발기 온도가 목표 증발기 온도보다 낮을 수 있다. 이와 같은 상황이 지속되면 과냉된 증발기(68) 표면에 결빙현상이 발생하여 공조효율이 저하되기 때문에, 전자동 온도조절장치(20)는 증발기(68)의 과냉을 방지하기 위해 압축기(62)를 정지시킨다. 이후 증발기(68)의 온도가 상승하면 전자동 온도조절장치(20)는 압축기(62)를 다시 작동시킨다.
그러나 증발기(69) 과냉 현상을 방지하기 위한 위와 같은 종래의 방법에 의하면, 압축기(62)의 빈번한 온/오프 및 빈번한 증발기 사이클링(증발기의 온도의 증감이 반복되는 현상)이 발생하게 된다. 압축기(62)의 빈번한 온/오프 및 빈번한 증발기 사이클링은 자동차용 공조시스템의 불안정을 초래하는바, 이에 대한 개선책이 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기 온/오프 및 증발기 사이클링의 발생 없이도 상기 증발기가 과냉되는 현상을 방지할 수 있는 자동차용 공조시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 외기 모드시 자동차용 냉방시스템에 구비된 증발기의 과냉을 방지하기 위한 자동차용 공조시스템의 제어 방법에 있어서, (A) 사용자가 입력한 공조조건을 기초로 제어기가 목표 증발기 온도를 산출하는 단계; (B) 상기 제어기가 압축기의 rpm이 최소 rpm인지 여부를 판단하는 단계; (C) 상기 압축기의 rpm이 최소 rpm인 것으로 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 목표 증발기 온도로부터 미리 설정된 제1버퍼값을 감한 값인 기준 증발기 온도와 증발기 센서로부터 전송된 현재 증발기 온도 간 대소를 비교하는 단계; 및 (D) 상기 현재 증발기 온도가 상기 기준 증발기 온도보다 작은 경우, 상기 제어기가 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법을 제공한다.
바람직하게 상기 (D)단계에서 상기 제어기는 자동차의 실내 공기가 상기 증발기로 유입되는 것을 방지하기 위해 공조장치에 구비된 제1도어를 닫고, 자동차의 실외 공기가 상기 증발기로 유입되는 것을 방지함과 동시에 상기 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키기 위해 상기 공조장치에 구비된 제2도어를 개방한다.
바람직하게, 상기 자동차용 공조시스템의 제어 방법은 (E) 상기 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시킨 후 상기 제어기가 상기 최소 rpm에 미리 설정된 제2버퍼값을 합한 값인 기준 rpm과 압축기 rpm 간 대소를 비교하는 단계; 및 (F) 상기 압축기 rpm이 상기 기준 rpm보다 작은 경우, 상기 제어기가 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키는 단계;를 더 포함한다. 이때 상기 압축기 rpm이 상기 기준 rpm보다 작지 않은 경우, 상기 제어기는 자동차의 실외 공기를 상기 증발기로 유입시킨다.
바람직하게, 상기 (B)단계에서 상기 압축기의 rpm이 최소 rpm보다 크다고 판단한 경우, 상기 제어기는 자동차의 실외 공기를 상기 증발기로 유입시킨다. 이를 위해 상기 제어기는 자동차의 실내 공기가 상기 증발기로 유입되는 것을 방지하기 위해 공조장치에 구비된 제1도어를 닫고, 상기 엔진룸의 공기가 상기 증발기로 유입되는 것을 방지함과 동시에 자동차의 실외 공기를 상기 증발기로 유입시키기 위해 상기 공조장치에 구비된 제2도어를 닫는다.
본 발명에 의하면, 압축기 온/오프 및 증발기 사이클링의 발생 없이도 증발기가 과냉되는 현상이 방지될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 증발기로 유입되는 공기가 엔진룸 공기에서 외기로 전환되는 시점이 압축기의 rpm이 최소 rpm보다 커진 시점이 아니라 압축기의 rpm이 기준 rpm(최소 rpm + 제2버퍼값)보다 커진 시점이기 때문에, 제2도어의 작동 회수가 빈번하여 지는 현상이 방지될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 전기자동차나 하이브리드 자동차의 주행거리가 감소되는 현상 없이도 차실의 과다 냉방이 방지될 수 있다.
도 1은 일반적인 자동차용 공조시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 공조시스템의 제어 방법이 적용될 자동차용 공조시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 공조시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 자동차용 공조시스템의 제어 방법의 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 자동차용 공조시스템의 제어 방법을 설명하기에 앞서 그 적용 대상인 자동차용 공조시스템을 도 2를 참조하여 설명하되, 전자동 온도조절장치를 제어기로 탑재한 자동차용 공조시스템을 예로 들어 설명한다. 그러나 이는 설명의 용이성 및 명확성을 위한 것일 뿐이므로 상기 제어기가 전자동 온도조절장치로 한정 해석되어서는 아니됨을 미리 밝혀 둔다.
본 발명의 적용 대상인 자동차용 공조시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 차실(자동차 실내)의 냉방을 위한 냉방시스템(60), 차실의 난방을 위한 난방시스템(70), 전자동 온도조절장치(FATC : Full Automatic Temperature Controller)(120), 차실로 유입되는 공기의 온도/세기/방향을 조절하는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning)(80) 등을 포함한다.
상기 냉방시스템(60)은 압축기(62)와, 응축기(64)와, 팽창밸브(66)와, 증발기(68)를 포함하고, 난방시스템(70)은 펌프(74)와, 히터코어(76)와, 엔진(72)을 포함한다. 냉방시스템(60) 및 난방시스템(70)에 포함된 구성들의 기능 및 작동 방법은 종래의 것과 동일한바, 이들에 대한 설명은 생략한다.
상기 공조장치(80)는 증발기(68)와, 히터코어(76)와, 블로워(88)를 내장한다. 그리고 공조장치(80)에는 자동차의 실외 공기(외기)를 증발기(68)로 안내하는 외기 덕트(130)와, 차실 공기(내기)를 외기 덕트(130)로 안내하는 내기 덕트(132)와, 자동차 엔진룸의 공기를 외기 덕트(130)로 안내하는 엔진룸기 덕트(134)가 구비된다. 또한 공조장치(80)에는 외기 덕트(130)와 내기 덕트(132) 간 연통을 차단하거나 외기가 증발기(68)로 공급되는 것을 차단하는 제1도어(112)와, 외기 덕트(130)와 엔진룸기 덕트(134) 간 연통을 차단하거나 외기가 증발기(68)로 공급되는 것을 차단하는 제2도어(114)가 구비된다.
제1도어(112)가 닫힘 상태(도 2에 도시된 상태)에 있으면 내기의 증발기(68)로의 유입은 차단되고, 열림 상태(도 2의 상태에서 반시계 방향으로 90도 회전한 상태)에 있으면 내기만이 증발기(68)로 유입된다. 제2도어(114)가 닫힘 상태(도 2에 도시된 상태)에 있으면 엔진룸 공기의 증발기(68)로의 유입은 차단되고, 열림 상태(도 2의 상태에서 시계 방향으로 90도 회전한 상태)에 있으면 엔진룸 공기만이 증발기(68)로 유입된다.
이하, 상기 자동차용 공조시스템(100)을 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 전자동 온도조절장치(120)의 기능 내지 작용은 상기 제어 방법을 설명하는 과정에서 명확히 이해될 것이다.
본 발명에 따른 자동차용 공조시스템의 제어 방법은 전자동 온도조절장치(120)가 콘트롤 패널(CP : Control Panel)(40)로부터 공조조건을 수신한 이후에 수행된다. 이때, 전자동 온도조절장치(120)는 콘트롤 패널(40)로부터 수신한 내외기 모드가 내기 모드이면 본 발명의 제어 방법을 수행하지 않고 외기 모드일 때만 본 발명의 제어 방법을 수행한다. 상기 콘트롤 패널(40)은 탑승자로부터 공조조건을 입력받기 위해 자동차 실내의 소정 위치(예컨대, 운전석 전방의 센터 파시아 패널)에 장착된다.
콘트롤 패널(40)로부터 공조조건을 수신한 전자동 온도조절장치(120)는 제1단계(S110)에서 목표 증발기 온도를 산출한다. 전자동 온도조절장치(120)는 탑승자가 콘트롤 패널(40)에 입력한 공조조건들(차실설정온도, 내외기 모드, 풍량 모드, 블로워 단수 등, 풍향 모드 등)중 필요한 것, 외기 온도, 내기 온도, 차속 등의 정보를 이용하여 목표 증발기 온도를 산출한다.
목표 증발기 온도를 산출한 후 압축기(62)를 구동시킨 전자동 온도조절장치(120)는 제2단계(S120)를 수행한다. 제2단계(S120)에서 전자동 온도조절장치(120)는 압축기(62)가 최소 rpm보다 큰 rpm으로 구동하는지 여부를 판단한다.
제2단계(S120)에서 압축기(62)가 최소 rpm보다 큰 rpm으로 구동하고 있다고 판단한 경우, 전자동 온도조절장치(120)는 제6단계(S160)를 수행한다. 전자동 온도조절장치(120)는 제6단계(S160)에서 제1도어(112) 및 제2도어(114)를 닫힘 상태로 유지함으로써 내외기 모드를 외기 모드로 유지한다.
제6단계(S160)는 압축기(62)가 최소 rpm으로 구동하고 있지 않은 상태, 즉 압축기(62)의 rpm이 더 낮아질 수 있는 상태에서 수행된다. 이 상태는 전자동 온도조절장치(120)가 압축기(62)의 작동을 정지시키는 상태와는 거리가 있는바, 외기를 지속적으로 증발기(68)로 유입시켜 차실의 신속한 냉방을 달성한다.
반면, 제2단계(S120)에서 압축기(62)가 최소 rpm보다 크지 않은 rpm으로 구동하고 있다고 판단한 경우, 전자동 온도조절장치(120)는 제3단계(S130)를 수행한다. 제3단계(S130)에서 전자동 온도조절장치(120)는 기준 증발기 온도와 현재 증발기 온도 간 대소를 비교한다. 여기서, 기준 증발기 온도는 제1단계(S110)에서 산출된 목표 증발기 온도로부터 미리 설정된 제1버퍼값이 감해진 값이고, 현재 증발기 온도는 공조장치(80)에 내장된 증발시 센서(84)로부터 수신한 값이다.
현재 증발기 온도가 기준 증발기 온도보다 작다는 것은 전자동 온도조절장치(120)가 압축기(62)를 정지시킬 시점이 임박했음을 의미한다. 따라서 제3단계(S130)에서 현재 증발기 온도가 기준 증발기 온도보다 작다고 판단하면, 전자동 온도조절장치(120)는 제4단계(S140)에서 제1도어(112)를 닫고 제2도어(114)를 개방한다. 이와 같은 경우 엔진룸의 따뜻한 공기가 증발기(68)로 유입되기 때문에 현재 증발기 온도가 상승하고, 이로써 전자동 온도조절장치(120)가 압축기(62)를 정지시킬 위험은 사라지게 된다.
반면, 현재 증발기 온도가 기준 증발기 온도보다 작지 않다는 것은 전자동 온도조절장치(120)가 압축기(62)를 정지시킬 시점이 아직 임박하지 않았음을 의미한다. 따라서 제3단계(S130)에서 현재 증발기 온도가 기준 증발기 온도보다 작지 않다고 판단하면, 전자동 온도조절장치(120)는 차실의 신속한 내방을 위해 제6단계(S160)를 수행한다.
만일 제3단계(S130)에서 기준 증발기 온도가 목표 증발기 온도로 대체된다면, 전자동 온도조절장치(120)가 압축기(62)를 정지시킬 시점이 임박하지 않았음에도 불구하고 엔진룸의 따뜻한 공기가 증발기(68)로 유입되는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명은 제3단계(S130)에서 목표 증발기 온도와 현재 증발기 온도 간 대소를 비교하지 않고 기준 증발기 온도와 현재 증발기 온도 간 대소를 비교한다. 기준 증발기 온도의 제1버퍼값은 사전 테스트에 의해 적절한 값으로 선택되고, 차종마다 다르게 선택될 수 있다.
제4단계(S140)가 수행되는 동안에는 현재 증발기 온도가 지속적으로 증가하게 되고, 이와 같은 경우 차실의 냉방 효율이 저하된다. 따라서 제4단계(S140) 수행 후 소정의 시간이 경과하면 엔진룸 공기의 증발기(68)로의 유입을 차단할 필요가 있다.
엔진룸 공기의 증발기(68)로의 유입을 차단하기 위해 전자동 온도조절장치(120)는 제5단계(S150)를 수행한다. 제5단계(S150)에서 전자동 온도조절장치(120)는 기준 rpm과 압축기 rpm 간 대소를 비교한다. 여기서 기준 rpm은 압축기(62)의 최소 rpm에 미리 설정된 제2버퍼값을 합한 값을 의미한다. 그리고 상기 제2버퍼값은 사전 테스트에 의해 선택되고, 차종마다 상이하게 선택될 수 있다.
상기 전자동 온도조절장치(120)는 압축기 rpm이 기준 rpm보다 작다고 제5단계(S150)에서 판단하였으면 제4단계(S140)를 계속 유지함으로써 엔진룸 공기를 증발기(68)로 유입시키고, 압축기 rpm이 기준 rpm보다 작지 않다고 제5단계(S150)에서 판단하였으면 제6단계(S160)를 수행함으로써 외기를 증발기(68)로 유입시킨다.
앞서 설명된 바와 달리 제5단계(S150)에서는 압축기 rpm과 최소 rpm 간 대소가 비교될 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우에는 압축기 rpm과 기준 rpm 간 대소가 비교되는 경우보다 제2도어(114)의 작동 회수가 빈번하여 지는바, 제5단계(S150)에서는 앞서 설명된 바와 같이 압축기 rpm과 기준 rpm 간 대소가 비교되는 것이 바람직하다.
한편, 전기자동차나 하이브리드 자동차에서는 난방시스템(70)의 엔진(72)이 고전압 전기히터로 대체된다. 그리고 증발기(68)의 과냉 시 차실이 과다하게 냉방되는 것을 방지하기 위해, 전자동 온도조절장치(120)는 배터리(미도시)에 축적된 전기에너지를 이용하여 상기 고전압 전기히터와 펌프(74)와 템프 도어(82)를 작동시킨다. 그러나 차실의 과다 냉방을 방지하기 위한 이와 같은 제어 방법은 배터리의 전기에너지를 추가적으로 소모시키는바, 전기자동차나 하이브리드 자동차의 주행거리 감소를 초래한다. 반면 본 발명에 따른 제어 방법에 의하면 고전압 전기히터, 펌프(74) 및 템프 도어(82)의 작동 없이도 차실의 과다 냉방이 방지되기 때문에, 본 발명이 전기자동차나 하이브리드 자동차에 적용되면 주행거리의 감소 없이도 차실의 과다 냉방이 방지될 수 있다.
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.
60 : 냉방시스템 62 : 압축기
68 : 증발기 80 : 공조장치
112 : 제1도어 114 : 제2도어
120 : 전자동 온도조절장치(제어기) 130 : 외기 덕트
132 : 내기 덕트 134 : 엔진룸기 덕트

Claims (5)

  1. 외기 모드 시 자동차용 냉방시스템에 구비된 증발기의 과냉을 방지하기 위한 자동차용 공조시스템의 제어 방법에 있어서,
    (A) 사용자가 입력한 공조조건을 기초로 제어기가 목표 증발기 온도를 산출하는 단계;
    (B) 상기 제어기가 압축기의 rpm이 최소 rpm인지 여부를 판단하는 단계;
    (C) 상기 압축기의 rpm이 최소 rpm인 것으로 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 목표 증발기 온도로부터 미리 설정된 제1버퍼값을 감한 값인 기준 증발기 온도와 증발기 센서로부터 전송된 현재 증발기 온도 간 대소를 비교하는 단계; 및
    (D) 상기 현재 증발기 온도가 상기 기준 증발기 온도보다 작은 경우, 상기 제어기가 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (D)단계에서 상기 제어기는 자동차의 실내 공기가 상기 증발기로 유입되는 것을 방지하기 위해 공조장치에 구비된 제1도어를 닫고, 자동차의 실외 공기가 상기 증발기로 유입되는 것을 방지함과 동시에 상기 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키기 위해 상기 공조장치에 구비된 제2도어를 개방하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (E) 상기 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시킨 후 상기 제어기가 상기 최소 rpm에 미리 설정된 제2버퍼값을 합한 값인 기준 rpm과 압축기 rpm 간 대소를 비교하는 단계; 및
    (F) 상기 압축기 rpm이 상기 기준 rpm보다 작은 경우, 상기 제어기가 엔진룸의 공기를 상기 증발기로 유입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축기 rpm이 상기 기준 rpm보다 작지 않은 경우, 상기 제어기는 자동차의 실외 공기를 상기 증발기로 유입시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (B)단계에서 상기 압축기의 rpm이 최소 rpm보다 크다고 판단한 경우, 상기 제어기는 자동차의 실외 공기를 상기 증발기로 유입시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조시스템의 제어 방법.
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