KR20140069792A - 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140069792A
KR20140069792A KR1020120137507A KR20120137507A KR20140069792A KR 20140069792 A KR20140069792 A KR 20140069792A KR 1020120137507 A KR1020120137507 A KR 1020120137507A KR 20120137507 A KR20120137507 A KR 20120137507A KR 20140069792 A KR20140069792 A KR 20140069792A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
compressor
evaporator
expansion valve
electronic expansion
Prior art date
Application number
KR1020120137507A
Other languages
English (en)
Inventor
최용현
박중하
차용웅
박만희
조완제
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020120137507A priority Critical patent/KR20140069792A/ko
Publication of KR20140069792A publication Critical patent/KR20140069792A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3208—Vehicle drive related control of the compressor drive means, e.g. for fuel saving purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00485—Valves for air-conditioning devices, e.g. thermostatic valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3248—Cooling devices information from a variable is obtained related to pressure
    • B60H2001/3254—Cooling devices information from a variable is obtained related to pressure of the refrigerant at an expansion unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3267—Cooling devices information from a variable is obtained related to the operation of an expansion valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/06—Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/068—Expansion valves combined with a sensor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 컴프레서 토크와 연동하는 엔진 RPM 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 컴프레서와 전자식 팽창밸브를 동시에 능동적으로 제어하는 방식을 채택하여, 컴프레서 제어 밸브(ECV)가 적용된 외부제어 가변 컴프레서의 제어 기능을 이용한 컴프레서 토출량을 조절 제어 과정과, 전자식 팽창밸브를 이용한 통과 냉매 유량을 미세하게 조절하는 제어 과정이 반복적으로 실행되도록 함으로써, 최적의 성능과 최소의 컴프레서 소요 동력을 유지할 수 있도록 한 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법{Air conditioning system having electronic expansion valve and method for controlling the same}
본 발명은 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 컴프레서 토크와 연동하는 엔진 RPM 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기계식 팽창밸브를 포함하는 차량용 에어컨 시스템은 냉매의 기화열에 의해 실내를 냉각시키는데 사용되는 공기조절장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 냉각 사이클을 이루는 컴프레서(10), 응축기(20), 기계식 팽챙밸브(32), 증발기(40) 등을 포함한다.
이때, 도 2에서 보듯이 냉각 사이클은 압축과정(compression process, a→b), 응축과정(condensing process, b→c), 팽창과정(expansion process, c→d), 증발과정(evaporation process, d→a)을 반복한다.
따라서, 컴프레서에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스는 응축기에서 주변의 공기와 열교환하여 고온의 액냉매로 변화된 뒤, 팽창밸브를 지나면서 감압되고, 증발기에서 주변 공기와의 열교환에 의해 기화되며, 이때 흡수되는 기화열에 의해 냉각된 공기가 실내를 냉각시키게 된다.
이러한 기계식 팽창밸브를 포함하는 차량용 에어컨 시스템은 냉매과열도(S.H : Superheat) 감지 및 냉매과열도 조절이 불가능하여 냉매 유량을 능동적으로 제어할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 기계식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템의 작동 시, 에어컨 부하에 따른 컴프레서 작동 토크 증감에 따라 엔진의 토크 보상 로직을 구성하고, 이를 토대로 엔진 목표 RPM을 설정하여 실차에서 이를 추종토록 하는 시도가 진행되고 있고, 이때 에어컨 작동 시 엔진 꺼짐 발생 또는 엔진 RPM 유동(흔들림) 현상을 없도록 해야 한다.
이를 위해, 고압측 압력(Pd), 컴프레서 제어 듀티(Duty), 공기블로워 전압(V), 컴프레서 RPM 별로 별도의 시험을 거쳐 에어컨 작동 시의 컴프레서 토크 맵(Map)을 작성하고, 이를 기준으로 에어컨 작동시의 엔진 RPM을 매핑하고 있다.
그러나, 실질적인 컴프레서 토크를 측정한 후, 이를 ECU에서 송신하여 실시간 실제 컴프레서 토크를 기준으로 엔진 RPM을 매핑하여야 하나, 실질적인 컴프레서 토크가 아닌 주변 현상들을 기준으로 추정한 토크값을 기준하기 때문에 사전에 매핑되지 않은 구간에서의 토크 추종성이 떨어지므로 이로 인한 엔진 RPM 제어가 불확실한 문제점이 있다.
또한, 실질적인 차량 에어컨 토크와 매핑한 추정 토크간의 차이로 인하여 엔진 RPM 유동 발생하며, 차이가 클 경우 엔진 스톨(STALL)이 발생하는 단점이 있다.
또한, 상기 매핑방식은 컴프레서 온/오프시 비정상 상태의 실질 토크를 추정할 수 없으므로, 엔진 RPM 유동이 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 에어컨 성능이 안정화될 때 에어컨 시스템을 순환하는 냉매 유량을 최적하여 줄이는 방안으로 컴프레서의 토출량을 줄이거나 팽창밸브의 통과 유량을 줄이는 기존 방법과 달리, 컴프레서와 전자식 팽창밸브를 동시에 능동적으로 제어하는 방식을 채택하여, 컴프레서 제어 밸브(ECV)가 적용된 외부제어 가변 컴프레서의 제어 기능을 이용한 컴프레서 토출량을 조절 제어 과정과, 전자식 팽창밸브를 이용한 통과 냉매 유량을 미세하게 조절하는 제어 과정이 반복적으로 실행되도록 함으로써, 최적의 성능과 최소의 컴프레서 소요 동력을 유지할 수 있도록 한 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 냉매 토출량을 조절하는 컴프레서 제어밸브를 갖는 구조로 채택된 컴프레서, 응축기, 증발기 통과후 저압측 냉매로 증발기 입구 고압측 냉매를 냉각하는 내부 열교환기, 전자식 팽창밸브, 증발기가 하나의 냉각사이클을 이루며 순차적으로 연결되고, 전자식 팽창밸브를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 전자식 팽창밸브의 출구와 증발기의 입구 간 및 증발기의 출구와 컴프레서의 입구 간을 연결하는 기화냉매라인에 냉매 온도 및 압력을 측정하는 제1냉매센서를 장착하고, 상기 컴프레서의 출구와 응축기의 입구 간 및 응축기의 출구와 전자식 팽창밸브의 입구 간을 연결하는 리퀴드냉매라인에 냉매 압력 또는 온도를 측정하는 제2냉매센서를 장착하여, 제1 및 제2냉매센서의 검출값을 기반으로 냉매과열도(S.H) 및 컴프레서 토크를 계산한 후, 목표 S.H 제어 및 엔진 RPM 제어가 이루어질 수 있도록 한 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 제1냉매센서는 증발기의 출구 후단 또는 증발기의 입구 전단 및 출구 후단에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2냉매센서는 컴프레서의 출구 후단 또는 응축기의 출구 후단에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 냉매 토출량을 조절하는 컴프레서 제어밸브를 갖는 구조로 채택된 컴프레서, 응축기, 증발기 통과후 저압측 냉매로 증발기 입구 고압측 냉매를 냉각하는 내부 열교환기, 전자식 팽창밸브, 증발기가 하나의 냉각사이클을 이루며 순차적으로 연결되고, 전자식 팽창밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 에어컨 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 컴프레서의 출구 후단에 장착된 제2냉매센서에서 컴프레서에서 토출되는 냉매의 압력 또는 온도를 측정하는 동시에 상기 증발기의 출구 후단에 장착된 제1냉매센서에서 증발기 통과 냉매의 온도 및 압력을 감지하는 단계와; 상기 제1 및 제2냉매센서의 온도 및 압력을 감지한 값을 이용하여 컴프레서의 토크를 추정하는 단계와; 추정된 토크를 이용하여 엔진 RPM을 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템의 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제어 방법은 증발기 통과 냉매의 과열도(S.H)를 측정하여 목표 S.H 제어를 실시하는 단계와, 목표 S.H 제어를 이용하여 컴프레서의 향후 토크 변동량을 추정하여 엔진 RPM을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 컴프레서가 작동 정지 상태에서 구동을 시작할 때, 전자 팽창 밸브를 통하여 컴프레서로 진입하는 냉매 유량을 조절하여 컴프레서 토크가 제한값 이하로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
1) 전자식 팽창밸브를 채용하여 에어컨 시스템의 각 구성을 흐르는 냉매 유량을 최적 제어함으로써 차량의 연비를 개선할 수 있다.
2) 실차 상태의 실시간 에어컨 컴프레서 토크 정보를 엔진 ECU에 전달하여, 엔진 ECU에 의한 엔진 RPM 제어시 RPM 불안정성(유동)을 방지할 수 있다.
3) 전자식 팽창밸브를 갖는 에어컨 시스템의 특징인 냉매과열도(S.H) 감지 기능을 이용하여, 향후 컴프레서 토크 변동 예상량을 추정하여, 엔진 ECU의 선제적인 RPM 보상 대응이 가능하여 엔진 제어성 향상으로 실차 NVH 상품성을 향상시킬 수 있다.
4) 특히, 컴프레서 초기 작동시(OFF 상태 → ON) 토크 변동에 의한 NVH 저하, 엔진 RPM 불안정 문제를 컴프레서 초기 기동시 팽창밸브를 통과하는 냉매 유량을 조절하여 컴프레서 토크가 제한된 값 이하로 작동하도록 제어하여 해결할 수 있다.
도 1은 기계식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 구성도,
도 2는 에어컨 시스템의 냉각 사이클을 나타내는 PH선도,
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 제어 방법을 나타내는 순서도,
도 8은 종래 대비 본 발명의 엔진 RPM 제어를 설명하는 그래프,
도 9는 종래 대비 본 발명의 컴프레서 초기 기동시 토크 제한을 설명하는 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3 내지 도 6에서 보듯이, 전자식 팽창밸브를 포함하는 차량용 에어컨 시스템은 하나의 냉각 사이클을 이루는 컴프레서(10), 응축기(20), 전자식 팽챙밸브(30), 증발기(40) 등을 포함하고, 냉매상태(온도 및 압력)를 감지하는 제1 및 제2냉매센서(51,52)와, 제1 및 제2냉매센서(51,52)의 검출 신호에 따라 전자식 팽창밸브(30)를 제어하는 제어기(50)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 응축기(20)와 전자식 팽챙밸브(30) 사이를 지나는 기화냉매라인과 리퀴드냉매라인은 내부 열교환기(34)를 지나가게 되는 바, 이 내부 열교환기(34)는 증발기 통과후의 저압측 냉매로 증발기 입구의 고압측 냉매를 냉각하는 역할을 한다.
이때, 상기 컴프레서(10)에는 제어기(50)의 신호에 따라 냉매 토출량을 조절하는 컴프레서 제어밸브(12)가 장착된다.
이러한 전자식 팽창밸브를 포함하는 차량용 에어컨 시스템은 기계식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템과 달리, 냉매과열도(S.H : Superheat) 감지 및 냉매과열도 임의 조절이 가능한 장점이 있다.
즉, 도 2에서 보듯이, 냉매과열도를 Ta ↔ Ta1 범위로 임의 조절 가능하므로, 증발기를 통과하는 냉매 상태를 감지하여 목표 냉매과열도(S.H)가 발생할 수 있도록 냉매 유랑을 능동적으로 제어할 수 있고, 차량 상태에 따라 에어컨 냉매 유량을 최적 제어함에 따른 연비 향상 효과를 얻을 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1냉매센서(51)를 증발기(40)의 출구와 컴프레서(10)의 입구 간을 연결하는 기화냉매라인에 장착하되, 바람직하게는 증발기(40)의 출구단쪽에 장착하여 증발기를 통과한 냉매 온도 및 압력을 측정하고, 상기 제2냉매센서(52)를 응축기(20)의 출구와 전자식 팽창밸브(30)의 입구 간을 연결하는 리퀴드냉매라인에 장착하되, 응축기(20)의 출구단쪽에 장착하여 응축기를 통과한 냉매 온도 및 압력을 측정한다.
또는, 도 4에서 보듯이 상기 제1냉매센서(51)가 증발기(40)의 출구단쪽에 장착됨과 함께, 제2냉매센서(52)가 컴프레서(10)의 출구단에 장착된다.
또는, 도 5에서 보듯이 제1냉매센서(51)가 한 쌍으로 구비되어 증발기(40)의 입구 및 출구단에 장착되고, 제2냉매센서(52)가 응축기의 출구단에 장착된다.
또는, 도 6에서 보듯이 제1냉매센서(51)가 한 쌍으로 구비되어 증발기(40)의 입구 및 출구단에 장착됨과 함께, 제2냉매센서(52)가 컴프레서(10)의 출구단에 장착된다.
이렇게 제1 및 제2냉매센서(51,52)의 장착 위치를 달리 설정할 수 있지만, 기본적으로 제1냉매센서(51)는 증발기(40)의 입구단에 장착하고, 제2냉매센서(52)는 컴프레서(10)의 출구단에 장착하여, 증발기를 통과한 냉매의 온도 및 압력을 측정하는 동시에 압축기에서 토출되는 냉매의 온도 및 압력을 측정하도록 한다.
여기서, 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 제어 방법으로서, 제1 및 제2냉매센서의 검출값을 기반으로 냉매과열도(S.H) 및 컴프레서 토크를 계산한 후, 목표 S.H 제어 및 엔진 RPM 제어가 이루어지는 과정을 첨부한 도 7을 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 컴프레서의 출구 후단에 장착된 제2냉매센서에서 컴프레서에서 토출되는 냉매의 온도 및 압력을 측정하고, 이와 동시에 상기 증발기의 출구 후단에 장착된 제1냉매센서에서 증발기 통과 냉매의 온도 및 압력을 감지한다.
다음으로, 상기 제1 및 제2냉매센서의 온도 및 압력을 감지한 값을 이용하여 컴프레서의 토크를 추정하는 단계가 진행된다.
이를 위해, 컴프레서 동력을 계산하여 토크를 추정하는 방식이 이용될 수 있으며, 이때 컴프레서 동력은 토크 vs 동력 관계식을 이용하여 아래와 같이 구해진다.
* 컴프레서 소모동력(Comp Work) = 컴프레서 토크(Torque)×RPM×2π/60
한편, 도 2의 PH 선도를 나타낸 그래프를 참조하면 컴프레서 소모동력은 아래와 같이 구해질 수도 있다.
* 컴프레서 소모동력(Comp Work) = 냉매유량(m)×엔탈피 차이(hb-ha)×Cp
위의 두번째 컴프레서 소모동력을 구하는 식의 변수들은 아래와 같은 과정을 통하여 산출 가능하다.
먼저, 컴프레서의 전/후(a,b) 냉매상태(압력,온도)를 감지하여 엔탈피 차이(hb-ha)를 구할 수 있다.
즉, 상기 컴프레서의 출구 후단에 장착된 제2냉매센서에서 검출한 냉매상태(컴프레서에서 토출된 냉매의 온도 및 압력)와, 상기 증발기의 출구 후단에 장착된 제1냉매센서에 검출한 냉매상태(증발기 통과 냉매의 온도 및 압력)를 기반으로, 컴프레서의 전/후(a,b)의 엔탈피 차이를 구한다.
이어서, 컴프레서의 입구 및 출구(Pa ,Pb), 그리고 냉매과열도(S.H, 도 2의 PH선도에서 Ta-Tf)값을 이용하여 냉매유량(m)을 추정할 수 있다.
이렇게 엔탈피 차이와 냉매유량 등의 변수를 산출함으로써, 컴프레서 소모동력을 구할 수 있고, 이를 위의 첫번째 식을 통해 다음과 같이 실제 컴프레서 토크를 구할 수 있다.
* 컴프레서 토크(Torque) = 컴프레서 소모동력(Comp Work)/(RPM×2π/60)
따라서, 상기와 같이 구해진 실제 컴프레서 토크값이 실시간으로 엔진 ECU에 전송됨으로써, 에어컨 작동시의 엔진 ECU에 의한 엔진 RPM 제어가 이루어진다.
즉, 컴프레서 작동 토크 증감에 따라 엔진의 토크 보상을 위하여 엔진 목표 RPM을 설정해야 하는 바, 위와 같이 실시간으로 컴프레서 토크값이 정확하게 엔진 ECU로 전송되므로, 엔진 ECU에 의한 엔진 목표 RPM 제어가 정확하게 이루어질 수 있다.
다시 말해서, 첨부한 도 9에서 보듯이 컴프레서 토크를 냉매의 차압을 이용하여 추정하는 종래의 방식은 컴프레서 토크 변동 예측이 어려워 엔진 RPM 제어기 초기에 RPM 유동(흔들림) 현상이 발생되었지만, 상기와 같이 컴프레서 토크를 정확하게 구하여 엔진 ECU에 전송한 경우에는 RPM 유동 현상이 발생되지 않아 엔진 RPM 불안정성(유동)을 방지할 수 있다.
한편, 상기와 같은 컴프레서 토크 계산 단계와 함께 냉매과열도(S.H, 도 2의 PH선도에서 Ta-Tf)값이 산출되는 바, 이 산출된 냉매과열도(S.H)를 기반으로 목표 냉매과열도(S.H) 제어를 실시하고, 목표 냉매과열도(S.H) 제어를 이용하여 컴프레서의 향후 토크 변동량을 추정한 후, 상기와 같은 엔진 RPM 제어가 이루어질 수 있다.
이를 위해, 먼저 제어기에서 목표 S.H과 현 S.H 차이를 계산하여 목표 S.H에 근접하도록 냉매량을 조절하는 바, 이 냉매량 조절 제어는 제어기의 명령신호에 따라 전자식 팽창밸브에 의하여 이루어지므로, 제어기는 현재 대비 향후 냉매 유량 증가 또는 감소량을 사전에 알 수 있다(냉매량과 S.H은 상호 반비례 관계에 있음 : 냉매량↑/S.H↓ , 냉매량↓/S.H↑).
또한, 향후 냉매 유량 증가 또는 감소량을 근거로 냉매를 토출하는 컴프레서의 토크 변화를 예측할 수 있다.
이렇게, 전자팽창밸브를 갖는 에어컨 시스템의 특징인 목표 S.H 매핑 방식을 이용하여 향후 컴프레서 토크 변화를 예측하고, 예측된 컴프레서 토크 변화를 엔진 ECU에 전달함으로써, 상기와 같이 유동변화없는 엔진 RPM 제어가 이루어질 수 있다.
이때, 상기 컴프레서가 작동 정지 상태에서 구동을 시작할 때, 전자식 팽창 밸브를 통하여 컴프레서쪽으로 흐르는 냉매 유량을 조절하여 컴프레서 토크가 제한값 이하로 구동되도록 한다.
따라서, 도 9에서 보듯이 종래 기계식 팽창밸브와 달리, 컴프레서 초기 기동시 전자식 팽창밸브를 통과하는 냉매 유량을 조절하여 컴프레서 토크가 제한된 값 이하로 작동하도록 함으로써, 컴프레서 초기 작동시(OFF 상태 → ON) 토크 변동에 의한 NVH 저하, 엔진 RPM 불안정 문제를 해결할 수 있다.
이와 같이, 냉매 차압을 이용한 유량 추정 방식을 이용한 토크 추정 즉, 실차 상태의 유량 변화를 기준으로 토크를 추정하여 향후 컴프레서 토크 변동 예측이 불가능한 종래의 방법과 달리, 본 발명은 고/저압 냉매의 압력/온도, S.H값을 이용하여 실시간 컴프레서 토크 추정이 가능하여, 엔진 RPM의 유동 현상없이 엔진 ECU에 의한 엔진 목표 RPM 제어가 정확하게 이루어질 수 있고, 또한 S.H값 제어(전자팽창밸브에서 인위적인 유량제어)가 가능하므로, 냉매 유량 변동이 예측 가능하여 컴프레서 토크 변동을 엔진 ECU에 사전에 알 수 있고, 그에 다라 엔진 RPM 선행 제어가 가능하다.
10 : 컴프레서
12 : 컴프레서 제어밸브
20 : 응축기
30 : 전자식 팽챙밸브
32 : 기계식 팽창밸브
34 : 내부 열교환기
40 : 증발기
50 : 제어기
51 : 제1냉매센서
52 : 제2냉매센서

Claims (6)

  1. 냉매 토출량을 조절하는 컴프레서 제어밸브를 갖는 구조로 채택된 컴프레서, 응축기, 증발기 통과후 저압측 냉매로 증발기 입구 고압측 냉매를 냉각하는 내부 열교환기, 전자식 팽창밸브, 증발기가 하나의 냉각사이클을 이루며 순차적으로 연결되고, 전자식 팽창밸브를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 전자식 팽창밸브의 출구와 증발기의 입구 간 및 증발기의 출구와 컴프레서의 입구 간을 연결하는 기화냉매라인에 냉매 온도 및 압력을 측정하는 제1냉매센서를 장착하고, 상기 컴프레서의 출구와 응축기의 입구 간 및 응축기의 출구와 전자식 팽창밸브의 입구 간을 연결하는 리퀴드냉매라인에 냉매 압력 또는 온도를 측정하는 제2냉매센서를 장착하여, 제1 및 제2냉매센서의 검출값을 기반으로 냉매과열도(S.H) 및 컴프레서 토크를 계산한 후, 목표 S.H 제어 및 엔진 RPM 제어가 이루어질 수 있도록 한 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1냉매센서는 증발기의 출구 후단 또는 증발기의 입구 전단 및 출구 후단에 장착되는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2냉매센서는 컴프레서의 출구 후단 또는 응축기의 출구 후단에 장착되는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템.
  4. 냉매 토출량을 조절하는 컴프레서 제어밸브를 갖는 구조로 채택된 컴프레서, 응축기, 증발기 통과후 저압측 냉매로 증발기 입구 고압측 냉매를 냉각하는 내부 열교환기, 전자식 팽창밸브, 증발기가 하나의 냉각사이클을 이루며 순차적으로 연결되고, 전자식 팽창밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 에어컨 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 컴프레서의 출구 후단에 장착된 제2냉매센서에서 컴프레서에서 토출되는 냉매의 압력 또는 온도를 측정하는 동시에 상기 증발기의 출구 후단에 장착된 제1냉매센서에서 증발기 통과 냉매의 온도 및 압력을 감지하는 단계와;
    상기 제1 및 제2냉매센서의 온도 및 압력을 감지한 값을 이용하여 컴프레서의 토크를 추정하는 단계와;
    추정된 토크를 이용하여 엔진 RPM을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템의 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 증발기 통과 냉매의 과열도(S.H)를 측정하여 목표 S.H 제어를 실시하는 단계와, 목표 S.H 제어를 이용하여 컴프레서의 향후 토크 변동량을 추정하여 엔진 RPM을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템의 제어 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 컴프레서가 작동 정지 상태에서 구동을 시작할 때, 전자 팽창 밸브를 통하여 컴프레서로 진입하는 냉매 유량을 조절하여 컴프레서 토크가 제한값 이하로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템의 제어 방법.
KR1020120137507A 2012-11-30 2012-11-30 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법 KR20140069792A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120137507A KR20140069792A (ko) 2012-11-30 2012-11-30 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120137507A KR20140069792A (ko) 2012-11-30 2012-11-30 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140069792A true KR20140069792A (ko) 2014-06-10

Family

ID=51124817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120137507A KR20140069792A (ko) 2012-11-30 2012-11-30 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140069792A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104290562A (zh) * 2014-09-30 2015-01-21 国家电网公司 一种汽车驶、停时蓄电池供电的冷暖空调装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104290562A (zh) * 2014-09-30 2015-01-21 国家电网公司 一种汽车驶、停时蓄电池供电的冷暖空调装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10962009B2 (en) Variable speed compressor protection system and method
JP5543689B2 (ja) 電気膨張弁を備える空調装置
US8539786B2 (en) System and method for monitoring overheat of a compressor
US20130086932A1 (en) Vehicle Air-Conditioning Device, and Refrigerant Leakage Diagnosis Method for Vehicle Air-Conditioning Device
JP4558060B2 (ja) 冷凍サイクル装置
US7891204B2 (en) Refrigeration cycle device for vehicle
CN103673416A (zh) 汽车空调系统中制冷剂流量的控制方法及汽车空调系统
US20100236265A1 (en) Air conditioner for vehicle
US8434315B2 (en) Compressor driving torque estimating apparatus
US7841197B2 (en) Torque calculation apparatus and torque calculation method of variable capacitance compressor
CN113819570B (zh) 一种多联式空调系统高压压力推算方法及多联机空调系统
EP1491375A2 (en) Compressor output calculation unit and control unit using the same
WO2017086343A1 (ja) 車両用空調装置の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両
JP2003278663A (ja) 可変容量コンプレッサの駆動トルク算出装置
KR20140069792A (ko) 전자식 팽창밸브를 포함하는 에어컨 시스템 및 이의 제어 방법
JP2004115012A (ja) 制御装置を備える空調機
KR101470538B1 (ko) 공기조화기의 제어방법
JP5989534B2 (ja) 冷凍システム装置および空気調和機
US20200130468A1 (en) Method for operating a coolant circuit for a vehicle air-conditioning system
US9987905B2 (en) Method of torque prediction for automotive air conditioning compressor
JP2003278660A (ja) 可変容量コンプレッサの駆動トルク算出装置
US10538146B2 (en) Reducing externally variable displacement compressor (EVDC) start-up delay
KR20220137460A (ko) 열 관리 시스템, 이에 대한 제어 방법 및 이에 포함되는 압축기
CN117249620A (zh) 压缩机补气控制方法、装置及空调机组
JPH01119413A (ja) 車輌用空調装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application