KR20210113793A - 차량용 공조장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

차량용 공조장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

온풍 바이패스 도어의 개도를 최적으로 제어하여 상하 온도차를 구현할 수 있는 차량용 공조장치 및 이의 제어방법이 개시된다. 차량용 공조장치는 내부에 공기유로가 형성되고 공기토출구에 페이스벤트 및 플로어벤트가 형성된 공조케이스; 상기 공조케이스의 공기유로에 구비되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기; 상기 냉각용 열교환기와 가열용 열교환기 사이에 구비되어 냉풍유로와 온풍유로의 개도를 조절하는 템프도어; 상기 가열용 열교환기를 통과한 공기가 바로 플로어벤트로 토출되도록 하는 온풍바이패스유로; 및 상기 온풍바이패스유로의 개도를 조절하는 온풍바이패스도어를 포함하며, 공조모드 또는 템프도어의 개도량에 따라 상기 온풍바이패스도어의 회전각을 제어하는 제어부가 구비된다.

Description

차량용 공조장치 및 이의 제어방법{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 차량과 같이 PTC등의 전열히터를 난방 열원으로 하며 온풍을 바로 플로어벤트로 토출할 수 있도록 온풍 바이패스 도어를 구비한 차량용 공조장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품이다. 공조장치는 통상 난방시스템과 냉방시스템을 동시에 갖추고 있어서, 외기나 내기를 선택적으로 도입하여 그 공기를 가열 또는 냉각한 다음 차량 실내에 송풍함으로써 차량 실내를 냉,난방하거나 환기한다.
선 출원된 대한민국 등록특허공보 제1484718호(2015.01.14)에는 후석 템프도어와 후석 보조템프도어 및 후석 온오프도어의 위치를 제어하여 후석 풍량을 조절하는 차량용 공조장치가 개시된바 있다. 도 1은 종래의 차량용 공조장치를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 공조장치는 공조케이스(10)와, 증발기(20) 및 히터코어(30)와, 전석 템프도어(51) 및 전석 모드도어를 포함한다.
공조케이스(10)는 공기유입구(11)와 공기토출구를 구비하며 내부에 공기통로가 형성된다. 공기유입구(11) 측에 송풍장치가 연결되어 내기 또는 외기가 선택적으로 공조케이스(10) 내부 공기통로로 유입된다. 공기토출구는 디프로스트 벤트(12), 전석 페이스 벤트(13), 전석 플로어 벤트(114), 후석 페이스 벤트(15) 및 후석 플로어 벤트(16)로 구성된다. 공조케이스(10) 내부 공기통로는 전석 냉풍통로(P1), 온풍통로(P2) 및 후석 냉풍통로(P3)로 구성된다.
증발기(20)는 냉각용 열교환기로서 이를 통과하는 공기를 냉각시킨다. 히터코어(30)는 가열용 열교환기로서 이를 통과하는 공기를 가열시킨다. 히터코어(30)는 공기 유동 방향으로 증발기(20)의 하류 측인 온풍통로(P2)에 배치된다. 온풍통로(P2)에는 PTC히터 등의 전열히터(40)가 더 구비될 수 있다. 전석 템프도어(51)는 증발기(20)와 히터코어(30) 사이에 배치되어 히터코어(30)를 통과하는 온풍통로(P2)와 히터코어(30)를 바이패스하는 냉풍통로(P1)(P3)의 개도를 조절한다. 전석 모드도어는 디프로스트 도어(53), 벤트 도어(54) 및 플로어 도어(55)로 구성된다.
후석 공기통로는 증발기(20)를 통과한 공기가 히터코어(30)를 바이패스하는 후석 냉풍통로(P3)와 히터코어(30)를 통과하는 온풍통로로 구성된다. 이 후석 공기통로의 온풍통로는 전석 공기통로의 온풍통로(P2)와 함께 사용된다. 즉, 히터코어(30)를 통과하여 온풍통로(P2)를 유동하는 공기의 일부는 상부로 이동하여 디프로스트 벤트(12), 전석 페이스 벤트(13), 전석 플로어 벤트(114) 중 적어도 하나로 토출되며, 공기의 다른 일부는 하부로 이동하여 후석 페이스 벤트(15)와 후석 플로어 벤트(16) 중 적어도 하나로 토출된다. 후석 공기통로에는 후석 페이스 벤트(15)와 후석 플로어 벤트(16)의 개도를 조절하는 후석 모드도어(58)가 구비된다.
공조케이스(10) 내에는 후석 템프도어(52)와, 후석 보조템프도어(56)와, 후석 온오프도어(57)가 구비된다. 후석 템프도어(52)는 증발기(20)와 히터코어(30) 사이에 구비되어 온풍통로(P2)로 유동하는 통로와 후석 냉풍통로(P3)로 유동하는 통로의 개도를 조절하며, 후석 보조템프도어(56)는 공기 유동 방향으로 히터코어(30)의 하류 측에 배치되어 후석 공기토출구로 유동하는 통로의 개도를 조절한다. 후석 온오프도어(57)는 후석 냉풍통로(P3)의 개도를 조절한다.
도 2는 종래의 차량용 공조장치의 전후석 냉방 모드를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 전후석 냉방 모드 시, 전석 템프도어(51)는 온풍통로(P2)를 폐쇄하고 전석 냉풍통로(P1)를 개방하며, 후석 템프도어(52)는 온풍통로(P2)를 폐쇄하고 후석 냉풍통로(P3)를 개방한다. 후석 보조템프도어(56)는 후석 공기토출구로 유동하는 통로를 폐쇄하고, 후석 온오프도어(57)는 후석 냉풍통로(P3)를 개방한다. 증발기(20)를 통과하며 차가워진 공기는 히터코어(30)를 바이패스하여 일부는 전석 냉풍통로(P1)를 지나 전석 공기토출구 중 적어도 하나로 토출되며, 다른 일부는 후석 냉풍통로(P3)를 지나 후석 공기토출구 중 적어도 하나로 토출된다.
도 3은 종래의 차량용 공조장치의 전후석 난방 모드를 도시한 것이다. 도 3를 참조하면, 전후석 난방 모드 시, 전석 템프도어(51)는 전석 냉풍통로(P1)를 폐쇄하고 온풍통로(P2)를 개방하며, 후석 템프도어(52)는 후석 냉풍통로(P3)를 폐쇄하고 온풍통로(P2)를 개방한다. 후석 보조템프도어(56)는 후석 공기토출구로 유동하는 통로를 개방하고, 후석 온오프도어(57)는 후석 냉풍통로(P3)를 폐쇄한다. 증발기(20)를 통과한 공기는 히터코어(30)를 통과하면서 가열된 후 일부는 상부로 이동하여 전석 공기토출구 중 적어도 하나로 토출되며, 다른 일부는 하부로 이동하여 후석 공기토출구 중 적어도 하나로 토출된다.
종래의 가솔린 차량의 경우, 냉각수를 열원으로 하는 히터코어를 가열용 열교환기로 사용한다. 가솔린 차량의 공조장치는 히터코어의 온도가 높고 냉각수 온도에 영향을 받기 때문에, 공기토출구의 온도 제어를 위해 템프도어를 회전 제어한다. 반면에, 전기 차량의 경우, 고전압 PTC를 가열용 열교환기로 사용한다. 즉, PTC출력을 높이면 공기토출구의 온도가 증가하고 PTC출력을 낮추면 공기토출구의 온도가 감소한다. 이 경우, 차량의 연비향상을 위해 템프도어는 최대한 최대 난방 위치에 고정하고 PTC출력을 조절하여 공기토출구의 온도를 제어하게 된다.
가솔린 차량의 경우, 템프도어의 회전 각도를 조절하여 공기토출구의 온도를 제어하므로, 냉풍과 온풍이 만나서 각 토출구로 향하는 과정에서 플로어모드, 믹스모드, 바이레벨모드 등과 같이 다양한 공조모드에서 상하 온도차가 발생한다. 반면에, 전기 차량의 경우, 템프도어를 최대 난방 위치에 고정하고 PTC출력을 제어하여 공기토출구의 온도를 조절한다. 즉, 전기 차량의 경우, 냉풍과 온풍을 혼합시키지 않고 온풍의 온도를 직접 조절하므로, 다양한 공조모드에서 상하 온도차가 발생하지 않는다.
승객의 실내 쾌적성을 향상시키기 위해서는, 차량 상측으로는 비교적 차가운 공기가, 차량 하측으로는 비교적 따뜻한 공기가 토출되도록 하여야 한다. 결국, 전기 차량의 경우 특정 공조모드에서 상하 온도차를 구현할 수 있는 공조장치의 개발이 요구된다.
특허문헌 : 대한민국 등록특허공보 제1484718호(2015.01.14)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 온풍 바이패스 도어의 개도를 최적으로 제어하여 상하 온도차를 구현할 수 있는 차량용 공조장치 및 이의 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 내부에 공기유로가 형성되고 공기토출구에 페이스벤트 및 플로어벤트가 형성된 공조케이스; 상기 공조케이스의 공기유로에 구비되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기; 상기 냉각용 열교환기와 가열용 열교환기 사이에 구비되어 냉풍유로와 온풍유로의 개도를 조절하는 템프도어; 상기 가열용 열교환기를 통과한 공기가 바로 플로어벤트로 토출되도록 하는 온풍바이패스유로; 및 상기 온풍바이패스유로의 개도를 조절하는 온풍바이패스도어를 포함하며, 공조모드 또는 템프도어의 개도량에 따라 상기 온풍바이패스도어의 회전각을 제어하는 제어부가 구비된다.
상기에서, 제어부는, 공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어를 최대 개방하도록 제어한다.
상기 제어부는, 템프도어 구동전압이 기준전압값 미만일 때, 온풍바이패스도어를 최대 폐쇄하도록 제어한다.
상기에서, 제어부는, 온풍바이패스도어를 최대 개방한 후에 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교하여, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 초과일 경우, 온풍바이패스도어의 개방량을 축소하도록 제어한다.
상기에서, 제어부는, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 온풍바이패스도어를 최대 개방하도록 제어한다.
상기에서, 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 공조모드는, 페이스벤트와 플로어벤트로 공기를 토출하는 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 모든 공기토출구로 공기를 토출하는 올모드(All mole)이다.
상기에서, 기준전압값은, 온풍유로를 모두 폐쇄하는 최대냉방 상태의 템프도어 구동전압과 온풍유로를 모두 개방하는 최대난방 상태의 템프도어 구동전압의 중간값으로 설정된다.
상기에서, 최대냉방 상태의 템프도어 구동전압이 0.3V이고, 최대난방 상태의 템프도어 구동전압이 4.7V일 경우, 상기 기준전압값은 2.0V 내지 3.0V로 설정된다.
상기에서, 페이스벤트의 토출공기 온도를 감지하는 제1 온도센서 및 플로어벤트의 토출공기 온도를 감지하는 제2 온도센서를 구비하고, 상기 제어부는 제1 온도센서 및 제2 온도센서로부터 온도 정보를 수신한다.
상기에서, 플로어벤트는 전석플로어벤트와 후석플로어벤트로 이루어지고, 상기 온풍바이패스유로는 가열용 열교환기를 통과한 공기가 바로 전석플로어벤트로 토출되도록 한다.
상기에서, 전석플로어벤트는 높이 방향으로 가열용 열교환기의 하류측 온풍유로와 나란하게 배치되고, 상기 온풍바이패스유로는 온풍유로와 전석플로어벤트를 구획하는 격벽에 형성된다.
상기에서, 전석냉풍유로와 온풍유로 일부 사이의 개도를 조절하는 전석템프도어와, 상기 냉각용 열교환기와 가열용 열교환기 사이에 배치되고 온풍유로의 다른 일부의 개도를 조절하는 제1 후석템프도어와, 후석공기토출구의 개도를 조절하는 후석모드도어 및 상기 가열용 열교환기의 하류에 배치되며 온풍유로와 후석냉풍유로 사이의 개도를 조절하는 제2 후석템프도어를 포함하며, 상기 제어부는 전석템프도어의 개도량에 따라 온풍바이패스도어의 회전각을 제어한다.
상기에서, 공조케이스의 공기유로는 차량 전석과 후석의 공조를 개별 제어하도록 상부유로와 하부유로를 구비하며, 상기 온풍바이패스도어는, 온풍바이패스유로를 최대 개방시 상부유로와 하부유로를 구획하며, 온풍바이패스유로를 폐쇄시 상부유로와 하부유로를 연통시킨다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치의 제어방법은 운행되고 있는 현재의 공조모드를 감지하고, 템프도어 구동전압을 감지하는 제1 단계; 공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어를 최대 개방하는 제2 단계; 온풍바이패스도어를 최대 개방한 후, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교하는 제3 단계; 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 초과일 경우, 온풍바이패스도어의 개방량을 축소하는 제4 단계를 포함한다.
상기에서, 제2 단계에서, 템프도어 구동전압이 기준전압값 미만일 때, 온풍바이패스도어를 최대 폐쇄하도록 제어한다.
상기에서, 제3 단계에서, 상기 제어부는, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 온풍바이패스도어를 최대 개방하도록 제어한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치 및 이의 제어방법은 공조모드 및 상하 온도차의 상황별로 온풍바이패스도어의 개방량을 가변하여 제어함으로써, 차량 상측으로는 비교적 차가운 공기가, 차량 하측으로는 비교적 따뜻한 공기가 토출되도록 하여 승객의 실내 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 차량용 공조장치의 전후석 냉방 모드를 도시한 것이며,
도 3은 종래의 차량용 공조장치의 전후석 난방 모드를 도시한 것이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이며,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 제어방법을 도시한 흐름도이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 작동 예를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 공조장치 및 이의 제어방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 전기 차량 등에 설치되는 히트펌프(Heat pump) 시스템을 사용하는 공조장치로서, 공조케이스(110)와, 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 포함하여 이루어진다.
공조케이스(110) 내부에는 공기유로가 형성되며, 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기는 공조케이스(110)의 공기유로에 구비되어 이를 통과하는 공기와 열교환한다. 공조케이스(110)의 공기유로는 차량 전석과 후석의 공조를 개별 제어하도록 상부유로와 하부유로를 구비한다. 공조케이스(110)는 공기유입구(111)와 공기토출구를 구비한다. 공기유입구(111) 측에 송풍장치가 연결되어 내기 또는 외기가 선택적으로 공조케이스(110) 내부 공기유로로 유입된다.
공조케이스(110)의 공기토출구는 페이스벤트 및 플로어벤트를 구비한다. 플로어벤트는 전석플로어벤트(114) 및 후석플로어벤트(116)로 이루어진다. 즉, 공기토출구는 디프로스트벤트(112), 페이스벤트(113) 및 전석플로어벤트(114)로 이루어진 전석공기토출구와, 콘솔벤트(115) 및 후석플로어벤트(116)로 이루어진 후석공기토출구로 구성된다.
냉각용 열교환기는 증발기(120)로 구성된다. 증발기(120)의 내부에 흐르는 냉매와 증발기(120)를 통과하는 공기가 열교환되어 공기는 냉각된다. 가열용 열교환기는 내부열교환기(130)로 구성된다.
즉, 냉매라인에 압축기, 내부열교환기(130), 외부열교환기, 팽창밸브 및 증발기(120)가 순차로 구비된다. 내부열교환기(130)는 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매를 공조케이스(110)의 공기와 열교환시켜 방열함으로써 공기를 가열한다. 내부열교환기(130)의 하류측에는 전열히터인 PTC(140)가 더 구비된다. PTC(140)는 전원의 인가에 의해 발열하여 이를 통과하는 공기를 가열시킨다.
공조케이스(110)의 공기유로는 전석냉풍유로(P1), 온풍유로(P2) 및 후석냉풍유로(P3)로 구성된다. 증발기(120)의 하류 측에서 공기유로는 전석냉풍유로(P1), 온풍유로(P2) 및 후석냉풍유로(P3), 3가지로 나뉜다. 전석냉풍유로(P1), 온풍유로(P2) 및 후석냉풍유로(P3)는 상부에서 하부로 순차로 배열되며, 상하 방향으로 온풍유로(P2)가 전석냉풍유로(P1)와 후석냉풍유로(P3)의 사이에 배치된다. 전석냉풍유로(P1) 및 온풍유로(P2)는 상부유로이며, 후석냉풍유로(P3)는 하부유로이다.
증발기(120)를 통과한 공기는 온풍유로(P2)의 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 바이패스하여 전석냉풍유로(P1)와 후석냉풍유로(P3)로 유동하거나, 온풍유로(P2)의 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 통과한 후 다시 전석냉풍유로(P1) 또는 후석냉풍유로(P3)로 합류하여 유동한다.
전석냉풍유로(P1)는 증발기(120)를 통과한 공기가 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 바이패스하여 차량 전석 측으로 유동되는 유로이다. 후석냉풍유로(P3)는 증발기(120)를 통과한 공기가 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 바이패스하여 차량 후석 측으로 유동되는 유로이다. 온풍유로(P2)는 증발기(120)를 통과한 공기가 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 통과하여 차량 전석 또는 후석 측으로 유동되는 유로이다.
공조케이스(110)에는 챠랑 전석 측으로 공기를 토출하기 위한 전석공기토출구가 마련되며, 전석공기토출구는 전석모드도어에 의해 그 개도가 제어된다. 전석모드도어는 디프로스트벤트(112)의 개도를 조절하는 디프로스트도어(153), 페이스벤트(113)의 개도를 조절하는 벤트도어(154) 및 전석플로어벤트(114)의 개도를 조절하는 플로어도어(155)로 구성된다. 아울러, 공조케이스(110)에는 차량 후석 측으로 공기를 토출하기 위한 후석공기토출구가 마련되며, 후석공기토출구는 후석모드도어(158)에 의해 그 개도가 제어된다.
냉각용 열교환기와 가열용 열교환기 사이에는 템프도어가 구비된다. 템프도어는 냉풍유로와 온풍유로의 개도를 조절하는 것으로서, 전석템프도어(171)와 제1 후석템프도어(172) 및 제2 후석템프도어(159)로 이루어진다.
전석템프도어(171)는 전석냉풍유로(P1)와 온풍유로(P2) 일부 사이의 개도를 조절한다. 전석템프도어(171)는 증발기(120)의 하류에 인접하며 전석냉풍유로(P1)와 온풍유로(P2)가 갈라지는 경계 부위에 위치한다. 전석템프도어(171)는 회전축을 중심으로 반경 방향 양측으로 판 부재가 형성된 테일 도어(Tail door) 타입으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 전방 운전석, 전방 조수석 및 후방 좌석(후석)의 독립된 3존(3 Zone)의 온도 제어를 수행하도록 구성되며, 후석의 온도 제어를 3개의 도어로 구현한다. 즉, 차량용 공조장치는 제1 후석템프도어(172), 제2 후석템프도어(159) 및 후석모드도어(158)를 구비한다.
제1 후석템프도어(172)는 증발기(120)와 내부열교환기(130)의 사이에 배치되며, 온풍유로(P2)의 다른 일부의 개도를 조절한다. 즉, 제1 후석템프도어(172)는 온풍유로(P2)의 입구 중 전석템프도어(171)가 커버하지 않는 온풍유로(P2)의 입구 하부 일부의 개도를 조절한다.
제2 후석템프도어(159)는 내부열교환기(130) 및 PTC(140)의 하류에 배치되며, 온풍유로(P2)와 후석냉풍유로(P3) 사이의 개도를 조절한다. 제2 후석템프도어(159)는 돔(Dome) 도어 타입으로 이루어진다. 내부열교환기(130) 및 PTC(140)의 하류의 온풍유로(P2)와 후석냉풍유로(P3)는 연통되게 구성된다. 제2 후석템프도어(159)는 내부열교환기(130) 및 PTC(140)의 하류의 온풍유로(P2)와 후석냉풍유로(P3) 간의 연통로에 배치된다. 즉, 제2 후석템프도어(159)는 온풍유로(P2)와 후석냉풍유로(P3) 간의 연통로와 후석냉풍유로(P3) 사이의 개도를 조절한다.
후석모드도어(158)는 제2 후석템프도어(159)의 하류에 배치되고, 후석공기토출구의 개도를 조절한다. 후석모드도어(158)는 돔(Dome)형 도어 타입으로 이루어진다. 후석모드도어(158)는 후석 공기유로, 콘솔벤트(115), 후석플로어벤트(116) 사이의 개도를 조절한다.
한편, 제1 후석템프도어(172)는 돔(Dome) 도어 타입으로 이루어진다. 제1 후석템프도어(172)는 최대 냉방(Max Cool) 조건인 경우 온풍유로(P2)를 폐쇄하는 위치에 있으며, 최대 난방(Max Warm) 조건인 경우 증발기(120)와 내부열교환기(130) 사이를 구획하는 위치에 있다. 제1 후석템프도어(172)는 후석냉풍유로(P3)를 항시 개방하도록 구성된다.
차량용 공조장치는 온풍바이패스유로 및 온풍바이패스도어(200)를 구비한다. 온풍바이패스유로는 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 통과한 공기가 바로 전석플로어벤트(114)로 토출되도록 한다. 온풍바이패스유로는 온풍유로(P2)와 전석플로어벤트(114)를 구획하는 격벽(119)에 형성된다.
전석플로어벤트(114)는 높이 방향으로 가열용 열교환기의 하류측 온풍유로(P2)와 나란하게 배치된다. 또한, 전석플로어벤트(114)는 격벽(119)과 공조케이스의 후방벽(118) 사이에 형성된다. 온풍바이패스유로를 통해 내부열교환기(130) 및 PTC(140)를 통과한 공기가 바로 전석플로어벤트(114)로 토출되므로 난방 성능의 향상을 기대할 수 있다.
온풍바이패스도어(200)는 온풍바이패스유로의 개도를 조절한다. 온풍바이패스도어(200)는 온풍바이패스유로를 최대 개방시 상부유로와 하부유로를 구획하며, 온풍바이패스유로를 폐쇄시 상부유로와 하부유로를 연통시킨다. 즉, 온풍바이패스도어(200)가 온풍바이패스유로를 최대 개방 시, 온풍바이패스도어(200)의 플레이트 단부는 PTC(140)에 닿거나 PTC(140)에 인접한다. 온풍바이패스도어(200)는 온풍바이패스유로를 개방 시, 온풍 유로(P2)를 유동하는 공기를 전석플로어벤트(114) 쪽으로 안내한다.
또한, 차량용 공조장치는 제어부(210)를 구비한다. 제어부(210)는 공조모드 또는 템프도어의 개도량에 따라, 온풍바이패스도어(200)의 회전각을 제어한다. 상세하게는, 제어부(210)는, 공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방하도록 제어한다.
또한, 제어부(210)는, 템프도어 구동전압이 기준전압값 미만일 때, 온풍바이패스도어(200)를 최대 폐쇄하도록 제어한다. 제어부(210)는 전석템프도어(171)의 개도량에 따라 온풍바이패스도어(200)의 회전각을 제어한다. 한편, 제어부(210)는 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드가 아닌 믹스모드 또는 플로어모드인 경우에도 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 만족할 때, 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방하도록 제어한다.
아울러, 제어부(210)는, 공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방한 후에, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교한다. 제어부(210)는, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 초과일 경우, 온풍바이패스도어(200)의 개방량을 축소하도록 제어한다.
만약, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방하도록 제어한다. 즉, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 제어부(210)는 상하 온도차를 유지하도록 온풍바이패스도어(200)를 제어하게 된다.
이 경우, 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 공조모드는, 페이스벤트와 플로어벤트로 공기를 토출하는 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 모든 공기토출구로 공기를 토출하는 올모드(All mole)로 이루어질 수 있다.
차량용 공조장치는 제1 온도센서(220) 및 제2 온도센서(230)를 구비한다. 제1 온도센서(220)는 페이스벤트(113)의 덕트에 구비되어, 페이스벤트(113)의 토출공기 온도를 감지한다. 제2 온도센서(230)는 전석플로어벤트(114)의 덕트에 구비되어, 전석플로어벤트(114)의 토출공기 온도를 감지한다. 제어부(210)는 제1 온도센서(220) 및 제2 온도센서(230)로부터 온도 정보를 수신한다.
이제, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 제어방법을 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 제어방법은 제1 단계 내지 제4 단계를 구비한다.
제1 단계에서, 제어부(210)는 운행되고 있는 현재의 공조모드를 감지한다. 또한, 제어부(210)는 템프도어 구동전압을 감지한다. 즉, 제어부(210)는 전석템프도어(171)에 연결되어 전석템프도어의 구동전압 정보를 수신한다.
제2 단계에서, 제어부(210)는 현재의 공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방한다.
더욱 상세하게는, 제2 단계에서, 현재의 공조모드가 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 올모드(All mode)이고 전석템프도어(171)의 구동전압이 기준전압값 이상인 경우, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)가 온풍바이패스유로를 최대 개방도록 온풍바이패스도어(200)에 구동신호를 송신한다.
만약, 제2 단계에서, 템프도어 구동전압이 기준전압값 미만일 때, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)를 최대 폐쇄하도록 제어한다. 즉, 제2 단계에서, 전석템프도어(171)의 구동전압이 기준전압값 미만인 경우, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)가 온풍바이패스유로를 최대 폐쇄도록 온풍바이패스도어(200)에 구동신호를 송신한다.
더욱 상세하게는, 제2 단계에서, 제어부(210)는 먼저 템프도어 구동전압을 기준전압값과 비교한 후, 템프도어 구동전압이 기준전압값 미만이면 온풍바이패스도어(200)를 최대 폐쇄하도록 제어한다. 만약, 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상이면, 제어부(210)는 현재의 공조모드가 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 올모드(All mode)인지 판단한다.
만약, 현재의 공조모드가 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 올모드(All mode)가 아니면, 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방하도록 제어한다. 즉, 플로어모드(Floor mode) 또는 믹스모드(Mix mode)에서도 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상이면 온풍바이패스도어(200)는 개방된다.
만약, 현재의 공조모드가 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 올모드(All mode)이면, 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방한 후, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교하는 제3 단계를 수행한다.
제2 단계에서, 기준전압값은, 온풍유로(P2)를 모두 폐쇄하는 최대냉방 상태의 템프도어 구동전압과 온풍유로(P2)를 모두 개방하는 최대난방 상태의 템프도어 구동전압의 중간값으로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 최대냉방 상태의 템프도어 구동전압이 0.3V이고, 최대난방 상태의 템프도어 구동전압이 4.7V일 경우, 기준전압값은 2.0V 내지 3.0V로 설정된다. 더욱 바람직하게는, 기준전압값은 2.0V로 설정한다.
즉, 제2 단계에서, 제어부(210)는 공조모드가 바이레벨 모드 또는 올모드이고 전석템프도어 구동전압이 2.0V이상일 경우, 온풍바이패스도어(200)를 최대로 개방하는 것이다.
제3 단계에서, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방한 후, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교한다. 즉, 제어부(210)는 제1 온도센서(220)에서 수신한 페이스벤트(113)의 토출구 온도와 전석플로어벤트(114)의 토출구 온도 정보로부터 상하 온도차값을 구하고, 상하 온도차값을 기준온도값과 비교한다.
제4 단계에서, 제어부(210)는 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 초과일 경우, 온풍바이패스도어(200)의 개방량을 축소한다. 예를 들어, 페이스벤트(113)의 토출구 온도와 전석플로어벤트(114)의 토출구 온도의 차이가 10℃보다 클 경우, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)의 개방량을 축소하도록 신호를 송신한다.
만약, 제3 단계에서, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방하도록 제어한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 작동 예를 도시한 단면도이다.
도 7은 벤트모드를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 전석템프도어(171)는 전석냉풍유로(P1) 및 온풍유로(P2)를 모두 개방한다. 증발기(120)를 통과한 공기 중 일부는 전석냉풍유로(P1)을 통과하고 다른 일부는 온풍유로(P2)를 통과하여 페이스벤트(113)로 토출된다. 또한, 증발기(120)를 통과한 공기 중 일부는 후석냉풍유로(P3)를 통해 콘솔벤트(115)로 토출된다.
도 8 및 도 9는 바이레벨모드를 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 전석템프도어(171)는 전석냉풍유로(P1)를 모두 폐쇄하고 온풍유로(P2)를 모두 개방한다. 증발기(120)를 통과한 공기 중 일부는 온풍유로(P2)를 통과하여 페이스벤트(113) 및 전석플로어벤트(114)로 토출된다. 또한, 증발기(120)를 통과한 공기 중 다른 일부는 온풍유로(P2)를 통해 바로 전석플로어벤트(114)로 토출되며, 일부는 후석플로어벤트(116)로 토출된다.
이 경우, 현재의 공조모드가 바이레벨모드이고 전석템프도어의 구동전압이 4.7V로서 기준전압값 이상이므로, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)를 최대 개방한다.
도 9를 참조하면, 페이스벤트(113)의 토출구 온도와 전석플로어벤트(114)의 토출구 온도의 차이가 10℃보다 커질 경우, 제어부(210)는 온풍바이패스도어(200)의 개방량을 축소하도록 신호를 송신한다. 즉, 온풍바이패스도어(200)는 점선의 상태에서 실선의 상태로 개방량이 축소되도록 회전된다.
온풍바이패스도어(200)가 온풍바이패스유로를 개방할 때, 전석템프도어는 최대 난방 상태에 있어도 상하 온도차가 발생한다. 그 이유는 플로어벤트측 유로가 짧고 고전압 PTC(140)와 열교환된 공기가 다이렉트로 전석플로어벤트로 토출되기 때문이다.
즉, 바이레벨모드 또는 올모드의 경우 PTC(140) 출력이 가변 제어됨과 아울러 템프도어의 개도량을 조절하여 온도 제어를 수행하므로, 상하 온도차가 공조모드 및 상황별로 상이하다. 결국, 온풍바이패스도어(200)의 개방량을 가변하여 제어할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 제어부(210)의 일련의 제어로직을 통해, 공조모드 및 상하 온도차의 상황별로 온풍바이패스도어(200)의 개방량을 가변하여 제어함으로써, 차량 상측으로는 비교적 차가운 공기가, 차량 하측으로는 비교적 따뜻한 공기가 토출되도록 하여 승객의 실내 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 공조장치 및 이의 제어방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 공조케이스 111: 공기유입구
112: 디프로스트벤트 113: 페이스벤트
114: 전석플로어벤트 115: 콘솔벤트
116: 후석플로어벤트 118: 후방벽
119: 격벽 120: 증발기
130: 내부열교환기 140: PTC
153: 디프로스트도어 154: 벤트도어
155: 플로어도어 158: 후석모드도어
171: 전석템프도어 172: 제1 후석템프도어
159: 제2 후석템프도어 P1: 전석냉풍유로
P2: 온풍유로 P3: 후석냉풍유로
200: 온풍바이패스도어 210: 제어부
220: 제1 온도센서 230: 제2 온도센서

Claims (16)

  1. 내부에 공기유로가 형성되고 공기토출구에 페이스벤트 및 플로어벤트가 형성된 공조케이스;
    상기 공조케이스의 공기유로에 구비되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기;
    상기 냉각용 열교환기와 가열용 열교환기 사이에 구비되어 냉풍유로와 온풍유로의 개도를 조절하는 템프도어;
    상기 가열용 열교환기를 통과한 공기가 바로 플로어벤트로 토출되도록 하는 온풍바이패스유로; 및
    상기 온풍바이패스유로의 개도를 조절하는 온풍바이패스도어를 포함하며,
    공조모드 또는 템프도어의 개도량에 따라 상기 온풍바이패스도어의 회전각을 제어하는 제어부가 구비된 차량용 공조장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어를 최대 개방하도록 제어하는 차량용 공조장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    템프도어 구동전압이 기준전압값 미만일 때, 온풍바이패스도어를 최대 폐쇄하도록 제어하는 차량용 공조장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    온풍바이패스도어를 최대 개방한 후에 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교하여,
    페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 초과일 경우, 온풍바이패스도어의 개방량을 축소하도록 제어하는 차량용 공조장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 온풍바이패스도어를 최대 개방하도록 제어하는 차량용 공조장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 공조모드는, 페이스벤트와 플로어벤트로 공기를 토출하는 바이레벨모드(Bi-level mode) 또는 모든 공기토출구로 공기를 토출하는 올모드(All mole)인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  7. 제2 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준전압값은,
    온풍유로를 모두 폐쇄하는 최대냉방 상태의 템프도어 구동전압과 온풍유로를 모두 개방하는 최대난방 상태의 템프도어 구동전압의 중간값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    최대냉방 상태의 템프도어 구동전압이 0.3V이고, 최대난방 상태의 템프도어 구동전압이 4.7V일 경우, 상기 기준전압값은 2.0V 내지 3.0V로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  9. 제4 항에 있어서,
    페이스벤트의 토출공기 온도를 감지하는 제1 온도센서 및 플로어벤트의 토출공기 온도를 감지하는 제2 온도센서를 구비하고, 상기 제어부는 제1 온도센서 및 제2 온도센서로부터 온도 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  10. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로어벤트는 전석플로어벤트와 후석플로어벤트로 이루어지고,
    상기 온풍바이패스유로는 가열용 열교환기를 통과한 공기가 바로 전석플로어벤트로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 전석플로어벤트는 높이 방향으로 가열용 열교환기의 하류측 온풍유로와 나란하게 배치되고,
    상기 온풍바이패스유로는 온풍유로와 전석플로어벤트를 구획하는 격벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  12. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전석냉풍유로와 온풍유로 일부 사이의 개도를 조절하는 전석템프도어와, 상기 냉각용 열교환기와 가열용 열교환기 사이에 배치되고 온풍유로의 다른 일부의 개도를 조절하는 제1 후석템프도어와, 후석공기토출구의 개도를 조절하는 후석모드도어 및 상기 가열용 열교환기의 하류에 배치되며 온풍유로와 후석냉풍유로 사이의 개도를 조절하는 제2 후석템프도어를 포함하며,
    상기 제어부는 전석템프도어의 개도량에 따라 온풍바이패스도어의 회전각을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  13. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조케이스의 공기유로는 차량 전석과 후석의 공조를 개별 제어하도록 상부유로와 하부유로를 구비하며,
    상기 온풍바이패스도어는, 온풍바이패스유로를 최대 개방시 상부유로와 하부유로를 구획하며, 온풍바이패스유로를 폐쇄시 상부유로와 하부유로를 연통시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  14. 운행되고 있는 현재의 공조모드를 감지하고, 템프도어 구동전압을 감지하는 제1 단계;
    공조모드가 페이스벤트 및 플로어벤트를 모두 개방하는 모드이고 템프도어 구동전압이 기준전압값 이상임을 모두 만족할 때, 온풍바이패스도어를 최대 개방하는 제2 단계;
    온풍바이패스도어를 최대 개방한 후, 페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이를 기준온도값과 비교하는 제3 단계;
    페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 초과일 경우, 온풍바이패스도어의 개방량을 축소하는 제4 단계를 포함하는 차량용 공조장치의 제어방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서,
    템프도어 구동전압이 기준전압값 미만일 때, 온풍바이패스도어를 최대 폐쇄하도록 제어하는 차량용 공조장치의 제어방법.
  16. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 제어부는,
    페이스벤트 온도와 플로어벤트 온도의 차이가 기준온도값 이하일 경우, 온풍바이패스도어를 최대 개방하도록 제어하는 차량용 공조장치의 제어방법.
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