KR20140099721A - 차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실외 온도뿐만 아니라 실내 온도까지도 고려한 전자식 제어밸브의 제어가 이루어질 수 있도록 하여 목표 온도로 빠른 수렴이 가능하면서도 컷오프의 감소를 이룰 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 차량용 공조장치의 운전이 이루어질 경우 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드를 확인하는 모드 확인단계; 상기 모드 확인단계를 통해 확인된 공기 순환모드가 실내공기 순환모드일 경우 내기온 센서에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 열교환기의 공기유입 온도로 선정하고, 상기 모드 확인단계를 통해 확인된 공기 순환모드가 실외공기 순환모드일 경우 외기온 센서에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 열교환기의 공기유입 온도로 선정하는 온도 선정단계; 상기 온도 선정단계를 통해 선정된 열교환기의 공기유입 온도에 해당되는 가변용량형 압축기의 출력 듀티를 결정하는 듀티 결정단계; 그리고, 상기 듀티 결정단계를 통해 결정된 출력 듀티로 가변용량형 압축기가 운전되도록 전자식 제어밸브의 동작을 제어하는 밸브 제어단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법이 제공된다.

Description

차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법{air conditioner having a variable capacity swash plate type compressor and mehtod for operating of the compressor}

본 발명은 가변용량형 압축기에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 실외 온도뿐만 아니라 실내 온도까지도 고려한 전자식 제어밸브의 제어가 이루어질 수 있도록 하여 목표 온도로 빠른 수렴이 가능하면서도 컷오프(cutoff)의 감소를 이룰 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 공조장치에 사용되는 압축기는 증발기로부터 냉매를 제공받아 고온 고압 상태의 냉매가스로 변환하여 응축기로 제공하는 역할을 수행한다.

상기한 압축기 중 용량 가변형 사판식 압축기는 첨부된 도 1과 같이 크랭크실(21) 내에서 경사각이 가변되도록 설치된 사판(54)이 회전축(51)의 회전 운동에 따라 회전하고, 상기 사판(54)의 회전 운동에 의해 피스톤(12)이 왕복 운동하도록 구성된다.

즉, 상기한 피스톤(12)의 왕복 운동에 의해 흡입실(31)의 냉매가 실린더보어(11) 내에 흡입되어 압축된 후 토출실(32)로 배출되는데, 상기 크랭크실(21) 내의 압력과 실린더보어(11) 내의 압력 차이에 따라 사판(54)의 경사각이 변화하여 냉매의 토출량을 조절하게 된다. 예컨대, 냉방부하가 커지면 상기 사판(54)의 경사각이 커지고, 냉방부하가 작아지면 상기 사판(54)의 경사각이 작아지도록 제어되는 것이다.

상기 사판(54)의 경사각 제어는 전자식 제어밸브(ECV;Electric Control Valve)(60)의 동작 제어에 의한 크랭크실(21) 내부의 압력 조절을 통해 수행된다.

즉, 상기 전자식 제어밸브(60)가 흡입실(31)과 크랭크실(21) 간을 선택적으로 연통시킴과 더불어 상기 크랭크실(21)과 토출실(32) 간을 선택적으로 연통시킴으로써 상기 크랭크실(21) 내의 압력 조절이 이루어지게 되고, 이를 통해 사판(54)의 경사각이 변경될 수 있는 것이다.

한편, 종래에는 상기한 전자식 제어밸브(60)의 동작 제어가 외기의 온도를 기준으로 수행되도록 설정되었다.

즉, 외기온이 높을 경우(예컨대, 30℃ 이상일 경우) 압축기의 작동시 최대 듀티(duty)(예컨대, 100% 출력)에서 해당 압축기의 운전이 시작되도록 하고, 반대로 외기온이 낮을 경우(예컨대, 30℃ 미만일 경우) 압축기의 작동시에는 중간 듀티(예컨대, 60% 출력)에서 해당 압축기의 운전이 시작되도록 하여 목표시된 열교환기의 온도에 빠르게 수렴될 수 있도록 한 것이다.

하지만, 전술한 종래 기술에 따른 전자식 제어밸브(60)의 동작 제어는 냉방 조건을 외기에서 내기로 변환하게 될 경우 목표로 한 열교환 온도에 늦게 수렴됨으로써 사용자의 불만이 야기되었던 문제점이 있다.

즉, 종래에는 내기의 온도에 상관없이 외기의 온도로만 상기 전자식 제어밸브(60)에 대한 동작 제어가 이루어짐에 따라 외기의 온도가 낮더라도 일사(日射)의 영향에 의해 실내 온도가 높은 조건에서 내기 제어시 실내가 목표 온도에 도달되지 않았음에도 불구하고 최소 출력 듀티로의 압축기 운전이 이루어짐으로써 목표 온도에 수렴되는 시간이 늦어질 수밖에 없었던 것이다.

더욱이, 높은 외기온이면서 실내는 안정화 상태(예컨대, 외기온은 30℃ 이상이면서도 차량 내부의 온도는 20℃ 정도일 경우)에서는 압축기의 작동시 첨부된 도 2의 그래프와 같이 열교환기의 착빙(icing)을 방지하기 위해 압축기의 구동을 선택적으로 오프(OFF) 시키는 컷오프(cutoff)가 다발적으로 발생되었던 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 최근에는 차량의 일시 정차(예컨대, 신호 대기 등)시 엔진이 정지되는 IGS(Idle Go and Stop) 기능이 많이 보급되고 있지만, 이러한 IGS 기능을 가지는 차량은 단시간 엔진의 정지 후 재시동이 이루어질 경우 첨부된 도 2의 그래프와 같이 압축기 듀티(혹은, 압축기 RPM)는 백업 듀티에서 재시작됨에 따른 컷오프(cutoff)가 발생되었던 문제점 역시 가지고 있다.

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 본 발명은 실외 온도뿐만 아니라 실내 온도까지도 고려한 전자식 제어밸브의 제어가 이루어질 수 있도록 하여 목표 온도로 빠른 수렴이 가능하면서도 컷오프의 감소를 이룰 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조장치에 따르면 크랭크실 내의 압력 제어를 통해 사판의 경사각이 조절되도록 제어되는 전자식 제어밸브(ECV;Electric Control Valve)를 가지는 가변용량형 압축기와, 사용자의 조작에 의해 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드를 전환하는 모드 전환부와, 차량 외부의 온도를 센싱하는 외기온 센서와, 차량 내의 실내 온도를 센싱하는 내기온 센서와, 상기 압축기로부터 압축되어 응축기 및 팽창기를 거쳐 유동되는 냉매를 열교환시키는 열교환기 그리고, 상기 가변용량형 압축기의 전자식 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 모드 전환부의 조작 상태를 토대로 상기 외기온 센서 및 내기온 센서에서 센싱된 값 중 어느 하나의 센싱 값을 열교환기의 공기유입(inlet) 온도로 선정하여 해당 공기유입 온도별로 설정된 출력 듀티(duty)로 상기 가변용량형 압축기의 전자식 제어밸브를 제어하도록 프로그래밍되어 구성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조장치를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법에 따르면 차량용 공조장치의 운전이 이루어질 경우 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드를 확인하는 모드 확인단계; 상기 모드 확인단계를 통해 확인된 공기 순환모드가 실내공기 순환모드일 경우 내기온 센서에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 열교환기의 공기유입 온도로 선정하고, 상기 모드 확인단계를 통해 확인된 공기 순환모드가 실외공기 순환모드일 경우 외기온 센서에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 열교환기의 공기유입 온도로 선정하는 온도 선정단계; 상기 온도 선정단계를 통해 선정된 열교환기의 공기유입 온도에 해당되는 가변용량형 압축기의 출력 듀티를 결정하는 듀티 결정단계; 그리고, 상기 듀티 결정단계를 통해 결정된 출력 듀티로 가변용량형 압축기가 운전되도록 전자식 제어밸브의 동작을 제어하는 밸브 제어단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 듀티 결정단계는 상기 온도 선정단계를 통해 선정된 열교환기의 공기유입 온도가 높을수록 가변용량형 압축기의 출력 듀티도 상기 온도에 비례하여 높아지도록 결정됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 듀티 결정단계는 상기 열교환기의 공기유입 온도가 20℃ 미만일 경우 40% 이하의 범위로 가변용량형 압축기의 출력 듀티가 설정되고, 상기 열교환기의 공기유입 온도가 20℃ 이상 30℃미만일 경우 40% ~ 60% 사이의 범위로 가변용량형 압축기의 출력 듀티가 설정되며, 상기 열교환기의 공기유입 온도가 30℃ 이상일 경우 60% ~ 100% 사이의 범위로 가변용량형 압축기의 출력 듀티가 설정됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법은 아래의 각종 효과를 가진다.

첫째, 가변용량형 압축기의 최소 출력 듀티를 열교환기의 공기유입 온도를 기준으로 제어함으로써, 목표 온도로 최대한 빨리 수렴될 수 있게 된 효과를 가진다.

둘째, 실외공기 순환모드 및 실내공기 순환모드에 따라 가변용량형 압축기의 출력 듀티가 결정될 수 있도록 함으로써 컷오프가 감소될 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 종래 일반적인 가변용량형 압축기의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 2는 종래 일반적인 가변용량형 압축기의 운전 제어에 따른 온도 변화 및 출력 듀티를 설명하기 위해 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 공조장치를 설명하기 위해 나탄낸 블럭도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 공조장치를 구성하는 가변용량형 압축기의 운전 제어 과정을 설명하기 위해 나타낸 순서도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기의 공기유입 온도에 따른 출력 듀티값을 설명하기 위해 나타낸 비교 테이블
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 공조장치를 구성하는 가변용량형 압축기의 운전 제어에 따른 온도 변화 및 출력 듀티를 설명하기 위해 나타낸 그래프

이하, 본 발명의 차량용 공조장치와 이를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

설명에 앞서, 본 발명에 따른 가변용량형 압축기의 내부 구조 및 도면부호에 대하여는 종래 기술로 설명된 첨부된 도 1을 참조하기로 한다.

첨부된 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 공조장치의 블럭화된 구성이 도시되고 있다.

이를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 공조장치는 크게 가변용량형 압축기(100)와, 모드 전환부(200)와, 외기온 센서(310) 및 내기온 센서(320)와, 열교환기(400) 그리고, 제어부(500)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 가변용량형 압축기(100)는 경사각이 가변되는 사판(54)을 구비하여 이루어진 압축기이며, 상기 가변용량형 압축기(100)에는 크랭크실(21) 내의 압력 제어를 통해 상기 사판(54)의 경사각이 조절되도록 제어되는 전자식 제어밸브(ECV;Electric Control Valve)(60)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 모드 전환부(200)는 사용자의 조작에 의해 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드를 전환하는 구성이며, 상기 외기온 센서(310)는 차량 외부의 온도를 센싱하는 센서임과 더불어 상기 내기온 센서(320)는 차량 내부의 온도를 센싱하는 센서이고, 상기 열교환기(400)는 상기 가변용량형 압축기(100)에서 압축되어 증발기 및 팽창기(도시는 생략됨)를 통과한 냉매를 제공받아 외기와 열교환시키는 구성이며, 상기 제어부(500)는 상기 가변용량형 압축기(100)의 전자식 제어밸브(60)를 제어하는 구성이다. 물론, 상기 제어부(500)는 해당 차량의 운전을 제어하는 메인 컨트롤러가 될 수도 있다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부(500)가 상기 모드 전환부(200)의 조작 상태를 토대로 상기 외기온 센서(310) 및 내기온 센서(320)에서 센싱된 값 중 어느 하나의 센싱 값을 열교환기(400)의 공기유입(inlet) 온도로 선정하여 해당 공기유입 온도별로 설정된 출력 듀티(duty)로 상기 가변용량형 압축기(100)가 운전되게 전자식 제어밸브(60)를 제어하도록 프로그래밍됨을 특징으로 제시한다.

즉, 상기 제어부(500)는 사용자의 조작에 의해 선택된 모드가 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드의 여부에 따라 외기온 센서(310) 혹은, 내기온 센서(320)에서 센싱된 값 중 어느 하나의 센싱 값을 열교환기(400)의 공기유입 온도로 선정한 후 해당 공기유입 온도별로 선정된 출력 듀티로 상기 가변용량형 압축기(100)가 운전되도록 전자식 제어밸브(60)를 제어하는 것이다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 차량용 공조 장치의 기술적 구성을 토대로 가변용량형 압축기의 운전 제어 과정에 대하여 첨부된 도 4의 순서도를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 제어부(500)는 차량용 공조 장치의 운전 조작 여부를 지속적으로 확인(S110)하며, 이의 과정을 통해 상기 차량용 공조 장치의 운전 조작이 발생될 경우 모드 전환부(200)를 통해 현재의 공기 순환모드에 대한 확인을 수행한다.

즉, 상기 제어부(500)는 현재의 공기 순환모드가 실내공기 순환모드 상태인지 혹은, 실외공기 순환모드 상태인지를 확인함으로써, 공기 순환모드에 따른 가변용량형 압축기(100)의 전자식 제어밸브(60)가 제어될 수 있도록 하는 것이다.

다음으로, 상기 제어부(500)는 상기 확인된 공기 순환모드 상태를 토대로 열교환기(400)의 공기유입 온도를 선정(S140)한다.

즉, 상기 제어부(500)는 상기 모드 전환부(200)를 통해 확인된 현재의 공기 순환모드가 실내공기 순환모드일 경우라면 내기온 센서(320)에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 수신(S131)하여 이를 열교환기의 공기유입 온도로 선정(S140)하고, 상기 모드 전환부(200)를 통해 확인된 현재의 공기 순환모드가 실외공기 순환모드일 경우라면 외기온 센서(310)에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 수신(S132)하여 이를 열교환기(400)의 공기유입 온도로 선정(S140)하는 것이다.

다음으로, 상기 제어부(500)는 상기 선정된 열교환기(400)의 공기유입 온도에 해당되는 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티를 결정(S150)한다.

상기 출력 듀티는 각 온도별로 데이터 베이스화된 테이블을 토대로 결정하며, 이에 대하여는 첨부된 도 5에 도시한 바와 같다.

즉, 열교환기(400)의 공기유입 온도가 20℃ 미만임으로 선정된 경우 40% 이하의 범위로 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티가 결정되어 가변용량형 압축기(100)를 구성하는 사판(54)이 과냉방 상태에서와 같이 비교적 작게 기울어지도록 함으로써 상대적으로 적은 냉매 압축이 이루어질 수 있도록 하고, 상기 열교환기(400)의 공기유입 온도가 20℃ 이상 30℃미만임으로 선정된 경우 40%~60% 사이의 범위로 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티가 결정되어 가변용량형 압축기(100)를 구성하는 사판(54)이 안정화 상태에서와 같이 보통의 수준으로 기울어지도록 함으로써 평균 수준의 냉매 압축이 이루어질 수 있도록 하며, 상기 열교환기(400)의 공기유입 온도가 30℃ 이상임으로 선정된 경우 60%~100% 사이의 범위로 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티가 결정되어 가변용량형 압축기(100)를 구성하는 사판(54)이 최대로 기울어지도록 함으로써 빠른 냉방이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

물론, 상기 열교환기(400)의 공기유입 온도별 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티는 전술된 개략적 온도별로 개략화하여 결정될 수도 있겠지만, 더욱 정밀한 제어 및 연비 향상을 위해서는 미세 단위의 온도별(예컨대, 1℃ 단위 혹은, 5℃ 단위 등)로 미세 단위의 출력 듀티(예컨대, 1% 단위 혹은, 5% 단위 등)가 결정되도록 설정할 수도 있다.

한편, 전술된 바와 같은 가변용량형 압축기에 대한 운전 제어가 진행되는 도중 제어부(500)는 모드 전환부(200)를 통해 사용자에 의한 모드 전환 여부를 지속적으로 확인하며, 만일 상기한 과정에서 사용자가 모드 전환을 수행하였을 경우에는 해당 전환된 모드에 따른 공기유입 온도의 재선정 및 이렇게 재선정된 공기유입 온도에 해당되는 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티를 재결정하여 상기 전자식 제어밸브(60)의 동작을 제어한다.

결국, 본 발명은 가변용량형 압축기(100)의 최소 출력 듀티를 열교환기(400)의 공기유입 온도를 기준으로 제어함으로써, 목표 온도로 최대한 빨리 수렴될 수 있게 됨과 더불어 컷오프가 감소될 수 있게 된다.

54. 사판 60. 전자식 제어밸브
100. 가변용량형 압축기 200. 모드 전환부
310. 외기온 센서 320. 내기온 센서
400. 열교환기 500. 제어부

Claims (4)

1. 크랭크실(21) 내의 압력 제어를 통해 사판(54)의 경사각이 조절되도록 제어되는 전자식 제어밸브(ECV;Electric Control Valve)(60)를 가지는 가변용량형 압축기(100)와, 사용자의 조작에 의해 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드를 전환하는 모드 전환부(200)와, 차량 외부의 온도를 센싱하는 외기온 센서(310)와, 차량 내의 실내 온도를 센싱하는 내기온 센서(320)와, 상기 가변용량형 압축기(100)로부터 압축되어 응축기 및 팽창기를 거쳐 유동되는 냉매를 열교환시키는 열교환기(400) 그리고, 상기 가변용량형 압축기(100)의 전자식 제어밸브(60)를 제어하는 제어부(500)를 포함하며,
   상기 제어부(500)는 상기 모드 전환부(200)의 조작 상태를 토대로 상기 외기온 센서(310) 및 내기온 센서(320)에서 센싱된 값 중 어느 하나의 센싱 값을 열교환(400)기의 공기유입(inlet) 온도로 선정하여 해당 공기유입 온도별로 설정된 출력 듀티(duty)로 상기 가변용량형 압축기(100)의 전자식 제어밸브(600)를 제어하도록 프로그래밍되어 구성됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
2. 차량용 공조장치의 운전이 이루어질 경우 실내공기 순환모드 혹은, 실외공기 순환모드를 확인하는 모드 확인단계(S120);
   상기 모드 확인단계(S120)를 통해 확인된 공기 순환모드가 실내공기 순환모드일 경우 내기온 센서(320)에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 열교환기(400)의 공기유입 온도로 선정하고, 상기 모드 확인단계를 통해 확인된 공기 순환모드가 실외공기 순환모드일 경우 외기온 센서(310)에 의해 센싱된 온도 센싱 값을 열교환기(400)의 공기유입 온도로 선정하는 온도 선정단계(S140);
   상기 온도 선정단계(S140)를 통해 선정된 열교환기(400)의 공기유입 온도에 해당되는 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티를 결정하는 듀티 결정단계(S150); 그리고,
   상기 듀티 결정단계를 통해 결정된 출력 듀티로 가변용량형 압축기(100)가 운전되도록 전자식 제어밸브(60)의 동작을 제어하는 밸브 제어단계(S160)를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 듀티 결정단계(S150)는
   상기 온도 선정단계(S140)를 통해 선정된 열교환기의 공기유입 온도가 높을수록 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티도 상기 온도에 비례하여 높아지도록 결정됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 듀티 결정단계(S150)는
   상기 열교환기(400)의 공기유입 온도가 20℃ 미만일 경우 40% 이하의 범위로 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티가 설정되고,
   상기 열교환기(400)의 공기유입 온도가 20℃ 이상 30℃미만일 경우 40% ~ 60% 사이의 범위로 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티가 설정되며,
   상기 열교환기(400)의 공기유입 온도가 30℃ 이상일 경우 60% ~ 100% 사이의 범위로 가변용량형 압축기(100)의 출력 듀티가 설정됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치를 이루는 가변용량형 압축기의 운전 제어방법.
   

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