KR100559582B1

KR100559582B1 - 자동차용 가변 사판식 압축기

Info

Publication number: KR100559582B1
Application number: KR1020030101439A
Authority: KR
Inventors: 권춘규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2006-03-10
Anticipated expiration: 2023-12-31
Also published as: KR20050070884A

Abstract

본 발명은 자동차용 가변 사판식 압축기에 관한 것으로서, 외기온도, 설정온도, 실내온도, 태양광 등과 같은 외부 온도조건을 측정하고, 이를 이상기체방정식이 적용된 제어로직을 통해 적절한 액츄에이터 제어전압 또는 전력신호를 출력시켜 이상기체 및 저항선을 활용한 압력 변화가 가능한 다이아프램의 작동을 유도하여 저압 및 고압 유체의 작동을 통한 중심축의 변화를 가져오도록 함으로써, 차량 실내의 온도를 수동으로 조절하지 않고 쾌적한 실내 환경 조건을 자동으로 유지할 수 있는 보다 발전된 FATC시스템 개발을 유도할 수 있도록 하는 자동차용 가변 사판식 압축기에 관한 것이다.

자동차, 사판식 압축기, 제어유닛, 온도조절 액츄에이터, 다이아프램

Description

자동차용 가변 사판식 압축기{Variable swash type compressor for automobile}

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 자동차용 가변 사판식 압축기를 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 가변 사판식 압축기에 있어서, 제어유닛의 작동을 나타내는 플로우차트,

도 3은 본 발명에 따른 제어유닛의 신호 완료후의 작동을 나타내는 플로우차트,

도 4는 종래의 기계식 가변 압축기의 구성을 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제어유닛 20 : 온도조절 액츄에이터

30 : 다이아프램 30a : 개폐부재

31 : 압축 스프링 40 : 고압 포트

41 : 고압 토출구 50 : 저압 포트

51 : 저압 토출구 60 : 실린더

70 : 피스톤로드 80 : 중심축

본 발명은 자동차용 가변 사판식 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저압 설정값을 변화시키기 위하여 이상기체와 저항선을 활용하여 압력 변화가 가능한 다이아프램을 구성하여 작동되도록 함으로써, 에어컨 손실을 최대한 방지할 수 있는 자동차용 가변 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 냉방장치는 열교환기인 응축기, 증발기와 증발밸브, 그리고 압축기로 구성되어 있다.

이중 압축기는 엔진으로부터 일정 토크를 받아서 일을 하는 보기류로서 3 ~ 5kW(약 엔진일의 10%)의 파워를 소모하기 때문에 차량의 연비에 영향을 줄 뿐만 아니라, 작동 충격을 주기 때문에 차량의 운전성에 영향을 미치게 된다.

따라서, 연비향상과 운전성 증대를 위해 현재 고정형 클러치 타입의 압축기에서 가변 압축기로 변화하고 있는 추세이다.

가변 압축기는 저압을 일정하게 유지하면서 압축률을 낮추는 기계식 가변 압축기와 저압을 센싱하여 그 값에 따라 압축률을 정해서 전기적으로 압축률을 조절하게 하는 전자식 가변 압축기가 있다.

이중 기계식 가변 압축기는 도 4에 도시된 바와 같이, 다이아프램(100)을 이용하여 저압(Ps:suction pressure)을 일정하게 유지시키는 작용을 하면서 가변 압 축기로 작동된다.

즉, 저압이 다이아프램(100)의 설정압보다 높아지게 되면 제어밸브(200)를 열어서 고압이 들어오게 하여 중심축(300)을 밀어내며 사판(400)의 경사가 커지고, 압축률이 높아지게 된다.

그러나, 반대로 저압이 다이아프램(100)의 설정압보다 낮아지게 되면 제어밸브(200)를 막아서 고압이 들어오지 못하게 하여 중심축(300)을 당기게 하므로 사판(400)의 경사가 작아지고, 압축률이 낮아지게 된다.

그런데, 차량의 에어컨의 경우, 저압 설정이 일정한 경우, 증발기의 증발온도 측면에서 본다면, 에어컨은 항상 최저온도로 제어되도록 하여야 한다.

따라서, FATC(Full Auto Temperature Control)가 적용된 차량에서 미리 맞추어진 설정온도에 따라 에어컨 손실이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 외기온도, 설정온도, 실내온도, 태양광 등과 같은 외부 온도조건을 측정하고, 이를 이상기체방정식이 적용된 제어로직을 통해 적절한 액츄에이터 제어전압 또는 전력신호를 출력시켜 이상기체 및 저항선을 활용한 압력 변화가 가능한 다이아프램의 작동을 유도하여 저압 및 고압 유체의 작동을 통한 중심축의 변화를 가져오도록 함으로써, 차량 실내의 온도를 수동으로 조절하지 않고 쾌적한 실내 환경 조건을 자동으로 유지할 수 있는 보다 발전된 FATC시스템 개발을 유도할 수 있도록 하는 자 동차용 가변 사판식 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 자동차용 가변 사판식 압축기에 있어서, 고압 및 저압이 유동되는 고압 및 저압 포트(40,50)와; 상기 저압 포트(50)의 저압과 다이어프램의 압력을 비교하여 상기 고압 포트(40)에 형성된 고압 토출구(41)를 선택적으로 개폐시키도록 개폐부재(30a)를 갖는 다이아프램(30)과; 상기 개폐부재(30a)를 탄성력을 이용하여 원위치(폐위치)로 이동시키도록 다이어프램(30)에 포함된 압축스프링(31)과; 상기 고압 토출구(41)를 통해 선택적으로 고압이 유입되어 사판과 연결되는중심축(80)을 이동시키는 실린더(60) 및 피스톤로드(70)와; 소정의 제어로직에 의해 온도조절 액츄에이터(20)를 구동시키는 제어유닛(10)과; 상기 제어유닛(10)에 의해 전압을 제어하는 온도조절 액츄에이터(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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특히, 상기 제어로직은 외기온도, 설정온도, 실내온도, 태양광의 외부 온도조건을 입력하게 될 경우, 덕트의 토출온도(T_v)를 결정하고, 이어서 상기 토출온도(T_v)와 노즐손실온도(T_loss)의 차(-)를 유도하여 냉매증발온도(T_evap)를 검출하는 제1단계와; 상기 냉매증발온도(T_evap)에 대한 냉매포화곡선의 함수에서 냉매증발압력(P_evap)을 검출하는 제2단계와; 상기 다이어프램(30)의 압력(P_diap)이 냉매증발압력(P_evap)으로 검출되는 제3단계와; 상기 다이아프램(30)의 압력(P_diap)을 이상기체방정식(Pv=nRT)에 적용하여 다이아프램(30)의 온도(T_diap)를 검출하는 제4단계와; 상기 제4단계에 대한 이상기체온도 및 액츄에이터(20)의 입력값의 사전측정함수를 통하여 액츄에이터(20)의 제어전압(V) 및 액츄에이터(20)의 제어전력(power)을 검출하여 이를 상기 온도조절 액츄에이터(20)에 출력 신호로 전송하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 자동차용 가변 사판식 압축기를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 가변 사판식 압축기에 있어서, 제어 유닛의 작동을 나타내는 플로우차트이며, 도 3은 본 발명에 따른 제어유닛의 신호 완료후의 작동을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명은 이상기체와 저항선을 활용한 압력 변화가 가능한 다이아프램(30)을 구성하되, 외부 온도조건을 통해서 설정 압력을 변화시킬 수 있는 이상기체방정식을 이용하여 제어로직을 구성하고, 이를 상기 다이아프램(30)에 적용함으로써, 적절한 저압 설정값의 변화를 유도하게 되어 쾌적한 실내 환경 조건을 자동으로 유지할 수 있는 보다 발전된 FATC시스템 개발을 도모할 수 있는 발명이다.

이를 실현하기 위하여, 본 발명은 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 이상기체방정식을 이용한 제어로직에 의해 제어하는 제어유닛(10)이 구비되어 있으며, 이를 통해 적절한 다이아프램(30)의 설정압력을 유도하기 위한 온도조절 액츄에이터(20)가 형성되어 있다.

상기 온도조절 액츄에이터(20)는 다이아프램(30)에서 이상기체의 온도를 조절할 수 있도록 저항에 제어유닛(10)에서 제어하는 온도에 맞는 전력을 공급하도록 전압을 제공하는 장치로서 일례로 PWM(Pulse Width Modulation)을 들 수 있다.

즉, 전원으로 12V가 들어올 때 필요한 다이아프램(30)의 이상기체 온도를 위한 전압을 제어하는 장치이다.

따라서, 상기 온도조절 액츄에이터(20)에 의한 가변 저항이 변화되어 다이아프램(30)의 작동을 실시토록 하는 바, 일측에 개폐부재(30a)를 갖는 상기 다이아프램(30)은 고압이 유동되는 고압 포트(40)의 하단에 형성된 고압 토출구(41)의 개폐를 제어하게 되는데, 이때 상기 고압 토출구(41)와 연결된 실린더(60)의 일측은 사 판(미도시)의 작동을 구현하는 중심축(80)을 갖는 피스톤로드(70)가 장착되어 있다.

한편, 도면부호 31은 다이아프램(30)의 몸체에 장착되어 고압을 실린더(60) 내로 유입되도록 하는 유로인 고압 토출구(41)를 상기 다이아프램(30)의 일측에 형성된 개폐부재(30a)를 통해 탄력적으로 차단할 수 있도록 하는 압축스프링이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 적절한 다이아프램(30)의 설정압력을 유도하기 위한 제어로직은 이상기체방정식을 이용하게 되는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 플로우차트를 통해 설명할 수 있다.

외기온도, 설정온도, 실내온도, 태양광 등과 같은 외부 온도조건을 입력하게 될 경우, 먼저 덕트의 토출온도(T_v)를 결정하고, 이어서 상기 토출온도(T_v)와 노즐손실온도(T_loss)의 차(-)를 유도하여 냉매증발온도(T_evap)를 검출하며, 상기 냉매증발온도(T_evap)에 대한 냉매포화곡선의 함수에서 냉매증발압력(P_evap)을 검출하고, 상기 냉매증발압력(P_evap)에서 다이아프램(30)의 압력(P_diap)이 검출된다. 즉, 냉매증발압력(P_evap)이 다이아프램(30)의 압력(P_diap)으로 정해진다.

상기 다이아프램(30)의 압력(P_diap)을 이상기체방정식(Pv=nRT)에 적용하여 다이아프램(30)의 온도(T_diap)를 검출하고, 이에 대한 이상기체온도 및 액츄에이터(20)의 입력값의 사전측정함수를 통하여 액츄에이터(20)의 제어전압(V) 및 액츄에이터(20)의 제어전력(power)을 검출하여 이를 통해 상기 온도조절 액츄에이터(20)에 출력 신호를 전송하게 된다.

따라서, 이와 같은 제어로직을 통해 적절한 저압 설정값을 유도할 수 있게 되며, 이로써 사판의 기울기와 압축률을 선택적으로 결정하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용관계를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 저압 포트(50)를 통해서 유입된 유체가 일정압력, 즉 다이아프램(30) 아래의 이상기체의 압력 이상이 되면, 다이아프램(30)이 하방으로 이동하고, 이로 인하여 고압이 고압 토출구(41)를 통해 실린더(60) 내로 충전될 경우, 상기 실린더(60) 내에는 고압이 형성되어 피스톤로드(70)의 선단에 장착된 중심축(80)이 뒤로 밀리게 된다.

이로 인하여, 사판의 기울기가 커지게 됨은 물론, 압축률이 높아지게 된다.

반면에, 저압 포트(50)를 통해서 유입된 유체가 다이아프램(30) 아래의 이상기체의 압력 이하가 되면, 다이아프램(30)이 작동하지 않게 되고, 이로 인하여 고압이 고압 포트(40)의 고압 토출구(41)를 통해 실린더(60) 내로 충전되지 않기 때문에 실린더(60) 내에는 그대로 저압이 형성된다.

이로 인하여, 사판의 기울기가 작아지게 됨은 물론, 압축률이 낮아지게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 가변 사판식 압축기에 의하면, 차량 실내의 온도를 수동으로 조절하지 않고 쾌적한 실내 환경 조건을 자동으로 유 지할 수 있는 보다 발전된 FATC시스템 개발을 유도할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

자동차용 가변 사판식 압축기에 있어서,

고압 및 저압이 유동되는 고압 및 저압 포트(40,50)와;

상기 저압 포트(50)의 저압과 다이어프램의 압력을 비교하여 상기 고압 포트(40)에 형성된 고압 토출구(41)를 선택적으로 개폐시키도록 개폐부재(30a)를 갖는 다이아프램(30)과;

상기 개폐부재(30a)를 탄성력을 이용하여 원위치(폐위치)로 이동시키도록 다이어프램(30)에 포함된 압축스프링(31)과;

상기 고압 토출구(41)를 통해 선택적으로 고압이 유입되어 사판과 연결되는중심축(80)을 이동시키는 실린더(60) 및 피스톤로드(70)와;

소정의 제어로직에 의해 온도조절 액츄에이터(20)를 구동시키는 제어유닛(10)과;

상기 제어유닛(10)에 의해 전압을 제어하는 온도조절 액츄에이터(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 사판식 압축기.
청구항 1에 있어서, 상기 제어로직은 외기온도, 설정온도, 실내온도, 태양광의 외부 온도조건을 입력하게 될 경우, 덕트의 토출온도(T_v)를 결정하고, 이어서 상기 토출온도(T_v)와 노즐손실온도(T_loss)의 차(-)를 유도하여 냉매증발온도(T_evap)를 검출하는 제1단계와;

상기 냉매증발온도(T_evap)에 대한 냉매포화곡선의 함수에서 냉매증발압력(P_evap)을 검출하는 제2단계와;

상기 다이어프램(30)의 압력(P_diap)이 냉매증발압력(P_evap)으로 검출되는 제3단계와;

상기 다이아프램(30)의 압력(P_diap)을 이상기체방정식(Pv=nRT)에 적용하여 다이아프램(30)의 온도(T_diap)를 검출하는 제4단계와;

상기 제4단계에 대한 이상기체온도 및 액츄에이터(20)의 입력값의 사전측정함수를 통하여 액츄에이터(20)의 제어전압(V) 및 액츄에이터(20)의 제어전력(power)을 검출하여 이를 상기 온도조절 액츄에이터(20)에 출력 신호로 전송하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 사판식 압축기.
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