KR101151095B1 - 공조장치용 가변용량 압축기의 ｅｃｖ 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공조장치에서 사용되는 가변용량 압축기의 ECV(Electronic Control Valve)를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 있어서; 증발기 온도센서(320), 차외온도센서(330), 차내온도센서(340), 일사량센서(350), 냉각수온도센서(360) 등의 센서값들과 설정온도, 블로워 전압값 등을 제어유니트(300)로 입력하는 단계; 상기 블로워 전압의 변화량이 소정값(a)보다 큰 경우인지를 판단하는 블로워 전압의 변화량 판단 단계, 상기 목표 증발기 온도의 변화량이 소정값(b)보다 큰 경우인지 여부를 판단하는 목표 증발기 온도의 변화량 판단 단계 및 듀티가 최대치이거나 최소치인지를 판단하는 듀티값 판단 단계를 포함하고, 이들 판단 단계중 적어도 하나의 판단 단계를 만족하는 경우에는, 분당 듀티 변화율의 최대치를 냉매 흐름의 맥동을 방지하기 위해 설정된 통상슬루율(S0)보다 큰 급변슬루율(Sc)값으로 설정하는 단계; 상기의 판단 단계들을 모두 만족하지 않는 경우에는, 상기 분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로 설정하는 단계; 상기 분당 듀티 변화율의 최대치 미만으로 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 듀티의 변화율을 제어하는 단계; 상기 센서값들, 설정온도 및 블로워 전압 등을 제어유니트(300)로 입력하는 단계로 회귀하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 외부 요인이 급변한 경우에 증발기 온도의 수렴성 및 공조장치 조작에 대한 응답성이 저하되는 일이 발생되지 않게 할 수 있다.

가변용량 압축기, 사판, ECV, 듀티값, 가변 슬루율, 응답성, 토출량

Description

공조장치용 가변용량 압축기의 ＥＣＶ 제어방법{The Control Method of Electronic Control Valve for Variable Capacity Compressor of Air Conditioner}

도 1은, 가변용량 압축기가 적용된 공조장치가 도시된 구성도.

도 2는, 목표 듀티를 연산하는 과정을 도시한 구성도.

도 3은, 종래의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 있어서, 블로워의 전압이 4V에서 12V로, 12V에서 4V로 급변한 경우, 분당 듀티 변화율의 최대값을 통상슬루율(S0)로 하여 듀티값를 변화시킬 때의 증발기 온도의 변화를 나타낸 그래프.

도 4은, 가변용량 압축기의 듀티값 변화에 따르는 냉매 유량이 도시된 그래프.

도 5는, 본 발명에 의한 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법이 도시된 순서도.

도 6는 블로워 전압이 12V에서 7V로 급변한 경우에, 분당 듀티 변화율의 최대값을 통상슬루율(S0)과 급변슬루율(Sc)로 제어한 경우에 증발기 온도의 변화를 나타낸 그래프.

도 7은 블로워의 전압이 4V에서 12V로, 12V에서 4V로 급변한 경우, 분당 듀티 변화율의 최대값을 급변슬루율(Sc)로 듀티값을 변화시킬 때 증발기 온도의 변화를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

Sc: 급변슬루율 S0: 통상슬루율

본 발명은 공조장치에서 사용되는 가변용량 압축기의 ECV(Electronic Control Valve)를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특히 공조환경의 급격한 변화가 있는 경우에, ECV의 듀티 변화율의 최대치 즉, 분당 듀티 변화율의 최대치를 변화시켜 온도의 수렴성 및 응답성을 향상시키도록 하는 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공조장치용 가변용량 압축기는 냉매 토출량의 조절을 위하여 압력조절밸브를 사용하고 있는데, 기계적 구조의 압력조절밸브 대신에 전기적 힘을 이용하는 ECV를 채용하기도 한다. ECV가 채용된 사판식 가변용량 압축기의 경우 ECV의 듀티(Duty)에 의해 사판의 기울기가 변화하게 되며, 사판의 기울기에 따라 압축기의 냉매 토출량이 결정된다. 결과적으로 ECV의 듀티에 따라 증발기로 공급되는 냉매량이 달라지게 되며, 이는 ECV의 듀티값이 증발기 온도를 결정하는 주요 인자임을 의미한다. 상기한 ECV의 듀티값은 전체 시간 중에 ECV가 온 되어 있는 시간을 백분률로 나타낸 값이다. 따라서, 듀티가 높은 경우 시간당 압축기의 냉매토출량이 증가하며, 낮은 경우는 감소하게 된다.

가변용량 압축기가 채용된 공조장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(210)와, 상기 공조케이스(210)의 입구측에 설치되는 송풍기(220)와, 상기 공조케이스(210)에 내장되고 압축기(100)에 의하여 냉매가 거치는 증발기(200)와, 상기공조케이스(210)에 내장되고 엔진(E)으로부터 냉각수가 공급되는 히터코어(Heater Core, 230)와, 상기 증발기(200)를 거친 공기에 대한 냉기통로와 온기통로의 개도를 조절하는 온도조절도어(240)와, 상기 증발기(200)로부터 냉매를 흡입하여 토출시키는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)로부터 공급되는 냉매를 응축하여 토출시키는 응축기(170)와, 응축기(170)로부터 공급되는 냉매를 기액(氣液)분리하는 리시버 드라이어(Receiver Dryer, 180)와, 상기 리시버 드라이어(180)로부터 공급되는 냉매를 교축하여 증발기(200)로 보내는 팽창밸브(190)를 포함하여 이루어진다. 참조부호 212, 214, 216은 각각 벤트(Vent)를 나타내고, 참조부호 212d, 214d, 216d는 각각 벤트(212, 214, 216)의 개도를 조절하는 도어를 나타낸다.

한편, 압축기(100)에 엔진(E)의 동력을 단속적으로 전달하는 전자클러치(146)와, 사판(144)의 경사각을 조절함으로써 압축기(100)의 토출용량을 제어하는 ECV(160)와, 온도조절도어(240)의 개도를 조절하는 액츄에이터(Actuator, 310) 등의 전자장치는 제어유니트(300)에 의하여 그 구동출력이 제어된다. 즉, 제어유니트(300)는 전자클러치(146)에 대하여 전원을 인가하거나 차단하고, 온도조절도어(240)가 히터코어(230)쪽 유로 또는 히터코어(230)를 우회하는 유로쪽으로 선회하도록 액츄에이터(310)에 대한 출력전압을 제어하며, 구동축에 대한 사판(144)의 경사각이 변화하여 압축기(100)의 토출용량이 증감하도록 ECV(160)의 듀티, 즉 ECV(160)가 온 되는 시간을 제어한다.

미설명 부호 320은 증발기온도센서, 330은 차외온도센서, 340은 차내온도센서, 350은 일사량센서, 그리고 360은 냉각수온도센서를 각각 나타내며, 이들에 대한 감지신호는 제어유니트(300)로 입력되고, 승객의 설정온도 및 블로워의 전압값이 제어 유니트(300)로 입력된다.

사용자가 입력한 차량의 설정온도와, 차량의 소정 위치에 설치된 센서(330, 340, 350)로부터 감지되어 입력되는 차량 실내온도, 차량 실외온도, 일사량에 의하여 목표 증발기 온도가 연산된다. 목표 증발기 온도가 연산되면 증발기 온도센서(320)에서 측정된 증발기의 온도와 상기 목표 증발기 온도에 의해서 ECV의 목표 듀티값을 연산하게 된다.

목표 듀티값이 연산되면, 현재의 듀티값에서 목표 듀티를 향해 소정의 분당 듀티 변화율로 듀티를 변화시키게 되는데, 이때에 분당 듀티 변화율은 통상슬루율(S0)을 넘지 못하게 설정된다.

통상슬루율(S0)은 시스템에 대해서, 압축기의 유입냉매량이 변하더라도 압축기의 헌팅(hunting), 즉 압축기의 유입 냉매량의 급격한 변화로 울컥거리는 현상이 발생하지 않고 냉매 흐름의 맥동을 최소화 할 수 있는 값으로 정해진다.

그림 2는 목표 듀티가 연산되는 과정을 나타낸 구성도이다. 증발기 온도센서에서 측정된 실제의 증발기온도, ECV를 제어한 듀티 및 상기 목표 증발기 온도를 변수로 하여 목표 듀티를 연산하고, 연산된 듀티로 압축기 ECV를 제어한다. ECV제어후 다시 증발기 온도를 측정하여 상기와 같이 목표 듀티를 연산하는 과정을 반복하게 된다.

종래에는, 사용자가 블로워 스위치를 급변 시키거나 설정온도를 급변한 경우에도 듀티의 변화율이 통상 슬루율을 넘지 못하게 되는 바, 증발기 온도의 수렴성 및 응답성이 저하되는 문제점이 있다.

다시 말해서 통상의 가변 용량 압축기는 외부 조건의 급변에 관계없이 ECV(160)의 분당 듀티 변화율, 즉 슬루율(Slew Rate)이 통상슬루율(S0)을 넘지 못하게 제어하고 있어, 환경이 급변한 경우에도 ECV 듀티값이 천천히 변화하여 목표 듀티에 도달하는 데까지 증발기 온도가 과도한 오버슈트(over shoot)나 언더슈트(under shoot)가 발생하며, 이에 따라 증발기의 온도가 안정화 상태에 도달하는 시간이 길어지게 된다. 따라서, 증발기 온도의 수렴성 및 사용자의 공조장치 조작에 대한 응답성이 떨어지게 된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사용자의 설정온도 또는 블로워의 전압이 급변한 경우에 신속히 외란을 제거하기 위하여 분당 듀티 변화율의 최대값을 가변시켜 증발기 온도가 과도한 오버슈트나 언더슈트가 발생하지 않도록 하여 증발기 온도의 수렴성 및 응답성을 향상시키는 차량용 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 따르면, 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 있어서, 증발기 온도센서(320), 차외온도센서(330), 차내온도센서(340), 일사량센서(350), 냉각수온도센서(360) 등의 센서값들과 설정온도, 블로워 전압 등을 제어유니트(300)로 입력하는 단계; 상기 값들로부터 목표 증발기 온도를 연산하는 단계; 상기 블로워 전압의 변화량이 소정값(a)보다 큰 경우, 또는 상기 목표 증발기 온도의 변화량이 소정값(b)보다 큰 경우, 또는 듀티가 최대값이거나 최소값인 경우 중 적어도 어느 한 경우에 해당하는 경우에는, 분당 듀티 변화율의 최대치를 냉매 흐름의 맥동을 방지하기 위해 설정된 통상슬루율(S0)보다 큰 급변슬루율(Sc)로 설정하는 단계; 상기의 모든 경우에 해당하지 않는 경우, 분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로 설정하는 단계; 상기 분당 듀티 변화율의 최대치 미만으로 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 듀티의 변화율을 제어하는 단계; 상기 센서값들, 설정온도 및 블로워 전압 등을 제어유니트로 입력하는 단계로 회귀하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 따르면, 상기 급변슬루율(Sc)는 통상슬루율(S0)보다 20%/분 내지 40%/분 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 따르면, 상기 급변슬루율(Sc)는 40%/분 내지 60%/분이 바람직하다.

또한, 블로워 전압의 변화량의 비교값인 소정값(a)은 7V가 바람직하며, 목표 증발기온도의 변화량이 비교되는 값인 소정값(b)은 5℃가 바람직하다.

상기한 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합 하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법이 도시된 순서도이고, 도 6는 승객이 블로워 전압값을 12V에서 7V로 감소시킨 경우에, 분당 듀티 변화율의 최대값을 통상슬루율(S0)과 급변슬루율(Sc)로 제어한 경우에, 증발기 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6에 있어서, 블로워 전압값 변화량의 비교값이 6V일 때, 블로워 전압값의 변화량이 소정값(a)보다는 작으나 듀티가 최대값이라면, 이러한 경우는 블로워의 전압값이 높거나 외기온도가 상당히 높은 경우로서 증발기에서 충분한 냉각을 이룰 수 없어 목표 증발기 온도에 이를 수 없는 경우로 증발기 온도센서에서 측정되는 증발기의 온도가 높아서 목표 듀티가 최대치로 설정된 경우이다.

이러한 상태에서 블로워 전압이 12V인 상태에서 승객이 7V로 블로워 전압을 감소시킨 경우에는 블로워 단수가 낮아져 충분한 냉각을 이룰 수 있어, 증발기 온도 센서에서 측정되는 증발기의 온도가 낮아지게 되어, 목표 듀티가 낮은 값으로 연산된다.

분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로 하여 제어한 경우를 실선으로 나타냈으며, 급변슬루율(Sc)로 하여 제어한 경우를 점선으로 나타냈다.

도 7에서 보는 바와 같이, 위와 같은 경우에도 ECV의 분당 듀티 변화율의 최대값을 통상슬루율(S0)로 하여 제어하는 경우에는 과도한 언더슈트(under shoot)가 발생함을 알 수 있다. 여기서, 통상슬루율(S0)은 압축기의 유입되는 냉매의 변화에 따른 냉매 흐름의 맥동을 최소화하고 압축기의 헌팅(hunting)발생을 최소화 할 수 있도록 설정된 ECV 듀티의 변화율로서 20%/분으로 설정되었다.

반면에, 분당 듀티 변화율의 최대값을 급변슬루율(Sc)로 하여 제어한 경우에는 언더슈트가 발생함 없이 안정적인 증발기의 온도를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 여기서 급변슬루율(Sc)은 50%/분으로 설정되었다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법은 ECV 듀티의 변화율을 변화시켜 공조장치의 제어에 따르는 응답성을 좋게 한다.

먼저 증발기 온도센서(320), 차외온도센서(330), 차내온도센서(340), 일사량센서(350), 냉각수온도센서(360) 등의 센서값들이 제어유니트(300)로 입력되고, 승객의 설정온도와 승객이 설정한 블로워의 전압 등이 입력된다. 차량에 따라 블로워의 전압은 차이가 있으나, 대부분의 차량에서 약3V를 최하단, 약12V를 최고단으로 하고 있다.

사용자가 입력한 차량의 설정온도와, 차량의 소정 위치에 설치된 센서(330, 340, 350)로부터 감지되어 입력되는 차량 실내온도, 차량 실외온도, 일사량에 의하여 목표 증발기 온도가 연산된다. 목표 증발기 온도가 연산되면 현재의 실제 증발기의 온도와 상기 목표 증발기 온도에 의해서 ECV의 목표 듀티를 연산하게 된다.

목표 듀티가 연산되면, 상기 블로워 전압값의 변화량이 소정값(a)보다 큰 경우, 또는 상기 목표증발기 온도의 변화량이 소정값(b)보다 큰 경우, 또는 상기 듀티가 최대치이거나 최소치인 경우 중 적어도 어느 한 경우에 해당하는 경우에는, 분당 듀티 변화율의 최대치는 냉매 흐름의 맥동을 방지하기 위해 설정된 통상슬루율(S0)보다 큰 급변슬루율(Sc)로 설정하고, 위의 어느 경우에 해당하지 않는 경우에는 상기 분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로 설정한다.

상기 분당 듀티 변화율의 최대치가 결정되면, 현재의 듀티에서 목표 듀티를 향해 듀티의 변화율이 설정된 상기 분당 듀티 변화율의 최대치 미만으로 듀티를 변화시키게 된다.

블로워 전압값이 크게 변화하거나 목표 증발기 온도가 크게 변화한 경우 또는 듀티가 최대치이거나 최소치인 경우에도, 분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로하여 듀티를 목표 듀티로 변화시켜 가는 경우에는 증발기의 온도변화에 과도한 오버슈트(over shoot)나 언더슈트(under shoot)가 발생한다. 반면에, 분당 듀티 변화율의 최대치를 급변슬루율(Sc)로 제어하는 경우에는 안정적인 목표 증발기 온도에 이를 수 있다.

도 2에서 블로워의 전압이 4V에서 12V로, 12V에서 4V로 급변한 경우에도, 분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로 하여 듀티를 변화시키는 경우, 증발기의 온도에 과도한 오버슈트 및 언더슈트가 발생하는 것을 알 수 있다. 반면에, 도 7에 도시된 바와 같이, 블로워의 전압이 4V에서 12V로, 12V에서 4V로 급변한 경우, 분당 듀티 변화율의 최대치를 급변슬루율(Sc)로 하여 듀티를 변화시키는 경우는 과도한 오버슈트나 언더슈트 없이 보다 안정적인 증발기 온도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

통상슬루율(S0)은 압축기의 유입되는 냉매의 변화에 따른 냉매 흐름의 맥동을 최소화하고 압축기의 헌팅(hunting)발생을 최소화 할 수 있도록 설정된 ECV 듀티의 변화율로서 시스템에 따라 그 값이 다르다. 마찬가지로, 급변슬루율(Sc)도 시스템에 따라 그 값을 달리한다. 여기서 전자는 20%/분으로 설정되었으며, 급변슬루율(Sc)은 50%/분으로 설정되었다.

급변슬루율(Sc)이 통상슬루율(S0)보다 과도하게 큰 경우는 압축기의 헌팅(hunting)이 발생할 확률이 매우 높으며, 냉매의 흐름이 맥동을 나타내는 바, 20%/분 내지 40%/분 큰 것이 바람직하다.

여기서, 상기 '듀티의 최대치'는 듀티가 더 커지더라도 냉매의 유량에 거의 변화가 없는 값을 의미하며, 상기 '듀티의 최소치'는 듀티가 더 작아지더라도 냉매의 유량에 거의 변화가 없는 값을 의미한다. 도 3은 듀티의 변화에 따른 냉매의 유량의 변화를 나타내고 있다.

상기 분당 듀티 변화율의 최대치가 설정되면 실제 듀티의 변화율이 설정된 슬루율의 최대치를 넘지 않도록 하여 ECV의 듀티를 변화시켜 목표 듀티를 향하여 제어하게 된다.

이후, 상기 센서값들, 설정온도 및 블로워 전압 등을 제어유니트로 입력하는 단계로 회귀하여 제어를 반복하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 따르면, 승객이 블로워의 전압을 급변시킨 경우, 설정온도를 급변시킨 경우와 같이 공조환경의 급격한 변화가 있는 경우, 또는 ECV의 듀티가 최대치 또는 최소치인 경우에, ECV의 듀티 변화율의 최대치를 냉매 흐름의 맥동을 방지하고 압축기의 헌팅을 방지하기 위해 설정된 통상슬루율 보다 큰 급변슬루율로 하여 제어함으로써 온도의 수렴성 및 응답성이 향상된다.

Claims (3)

1. 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법에 있어서,

   증발기 온도센서(320), 차외온도센서(330), 차내온도센서(340), 일사량센서(350), 냉각수온도센서(360) 등의 센서값들과 설정온도, 블로워 전압 등을 제어유니트(300)로 입력하는 단계;

   상기 센서들로부터 입력되는 값들 중 적어도 차내 온도, 차외 온도 및 일사량을 이용하여 비례식 또는 비례적분식을 이용하여 목표 증발기 온도를 연산하는 단계;

   상기 블로워 전압의 변화량이 소정값(a)보다 큰 경우인지를 판단하는 블로워 전압의 변화량 판단 단계, 상기 목표 증발기 온도의 변화량이 소정값(b)보다 큰 경우인지 여부를 판단하는 목표 증발기 온도의 변화량 판단 단계 및 듀티가 최대치이거나 최소치인지를 판단하는 듀티값 판단 단계를 포함하고, 이들 판단 단계중 적어도 하나의 판단 단계를 만족하는 경우에는, 분당 듀티 변화율의 최대치를 냉매 흐름의 맥동을 방지하기 위해 설정된 통상슬루율(S0)보다 큰 급변슬루율(Sc)값으로 설정하는 단계;

   상기의 판단 단계들을 모두 만족하지 않는 경우에는, 상기 분당 듀티 변화율의 최대치를 통상슬루율(S0)로 설정하는 단계;

   상기 분당 듀티 변화율의 최대치 미만으로 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 듀티의 변화율을 제어하는 단계;

   상기 센서값들, 설정온도 및 블로워 전압 등을 제어유니트로 입력하는 단계로 회귀하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 급변슬루율(Sc)는 통상슬루율(S0)보다 20%/분 내지 40%/분 큰 것을 특징으로 하는 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법
3. 제1항에 있어서,

   상기 급변슬루율(Sc)는 40%/분 내지 60%/분인 것을 특징으로 하는 공조장치용 가변용량 압축기의 ECV 제어방법

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