KR100236130B1 - 가변용량형 압축기(Compressor in vaniable volume) - Google Patents

Abstract

각 활주부의 냉각, 윤활의 향상 및, 용량제어 밸브의 간소화를 목적으로 하며, 이를 해결하기 위한 수단은 다음과 같다.

전방 하우징(2)에 형성된 크랭크실(5)에는 외부 냉각 회로와 접속된 흡입구멍(40)이 개구형성되어 있고, 후방 하우징(3)내의 흡입실(30)은 실린더 블럭(1)을 경유하여 설치된 흡입통로를 거쳐 크랭크실(5)과 연통되어 있고, 흡입통로에는 그압력 변동에 직접 응답하여 통로 단면적을 조정하고 이에 의해 흡입실 압력과 사판의 경사각을 변화시킨 제어밸브기구(50)가 설치되어 있으므로, 활주부의 내용성이 향상되고, 밸브 기구를 포함한 관련구조가 현저하게 간소화 된다.

Description

가변용량형 압축기

본 발명은 주로 냉각용으로 제공되는 압축기 특히, 단두(單頭)형 피스톤을 구비한 가변용량형 압축기에 관한것이다.

일반적으로 공조냉동용으로 공급되는 사판식 요동판식등의 가변 용량형 압축기는 사판요소를 지지점주위로 경사운동시킬수 있는 기구로 이루어져 있고, 사판요소를 포위하는 전방 하우징의 내부, 즉 크랭크실 압력을 변화시키므로써 단두형 피스톤의 배면에 작용하는 힘을 제어하고, 이 힘과 피스톤의 앞면에 작용하는 가스 압력의 균형(조화)에 의해, 상기 사판 요소의 지지점 주위로의 경사운동 변위, 즉 피스톤 스트록을 제어하도록 되어 있다.

그렇지만, 상술한 용량 가변기구를 구비한 압축기에 있어서, 크랭크실 압력을 제어하기 위해서는 크랭크실을 거의 밀폐상태로 유지하는 구조가 필요하고 또한, 크랭크실내에는 고온, 고압의 블로우바이(blowby)가스 분위기가 조성되고, 특히 냉방부하가 큰 전(全)용량 운전시에는 한층 과도한 분위기가 계속되는 결과, 축 밀봉 장치(립시일)의 조기 열화뿐만아니라 미끄럼이동부의 마모의 진행도 우려된다. 이는 예를들어 사판 요소의 변혁에도 영향을 미쳐 고가의 재료 선택이나 보다 우수한 표면처리의 적용등, 고비용화에 연관된 대책에도 여실히 드러나 있다.

또한, 이러한 가변 용량형 압축기는 특히 소용량 운전시에 흡입맥동이 커지고 증발기의 맥동음을 유발하므로, 후방 하우징등에 머플러 기구를 내장하는 제안도 적지 않다. 상술된 용량 제어밸브처럼 흡입압력에 응답하여 크랭크실내로의 토출압력을 공급하는 형식의 제어밸브는 그 자체의 복잡한 구조에 부가하여 검압(압력검출) 통로나 급기통로의 설치등 극히 번거로운 가공을 필요로 하므로, 코스트의 저감을 방해하는 큰 요인중의 하나로 되고 있다.

본 발명의 제 1 해결과제는 크랭크실의 분위기를 개조하여, 진동소음의 저감과 압축기의 신뢰성향상을 도모하는 것이고, 제 2 해결과제는 간소한 밸브기구로 압축기의 용량제어를 행하는 것이다.

청구항 1 기재의 가변 용량형 압축기는, 복수의 보어를 병설하여 압축기의 외곽을 구성하는 실린더 블럭과, 내부에 크랭크실을 형성하여 실린더 블럭의 전단을 폐쇄하는 전방 하우징과, 상기 실린더 블럭과 전방 하우징에 회전가능하게 지지된 구동축과, 흡입실 및 토출실을 갖고 실린더 블럭의 후단을 폐쇄하는 후방 하우징과, 구동축과 함께 회전하고 흡입실 압력과 크랭크실 압력의 차압에 근거하여 경사각을 변위시킬수 있는 사판요소와, 상기 사판요소와 연계하여 보어 내부를 직동하는 피스톤을 구비한 가변용량형 압축기에 있어서, 상기 그랭크실에는 외부 냉동회로와 접속된 흡입구멍이 개구되며, 상기 크랭크실과 흡입실은 흡입통로에 의해 연통되고, 흡입실에는 크랭크실 및 흡입통로를 거쳐 외부 냉동 회로의 냉매가 도입되는 동시에, 상기 흡입통로에는 그 통로단면적을 조절할 수 있는 제어밸브 기구가 배치되고, 상기 제어밸브기구에 의해 흡입실 압력과 크랭크실 압력의 차를 변경하여 사판 요소의 경사각을 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 외부 냉동회로로부터 귀환된 냉매가스는 흡입구멍으로부터 먼저 크랭크실에 수용되고, 실린더 블럭을 경유하는 흡입통로를 거쳐 흡입실로 인도된후, 흡입밸브의 개방에 의해 각 흡입 포트로부터 보어로 흡입되므로, 크랭크실 내부는 항상 흡입분위기로 유지된다. 따라서, 저온의 냉매가스 및 그 혼재 유립(油粒)에 의해 각 미끄럼이동부는 층분히 냉각, 윤활되므로, 그 내용성(耐用性)이 현저히 향상되는 외에, 축밀봉 장치(립시일)의 시일압력의 저하에 따라 발열량도 적어지므로, 열저하도 양호하게 개선된다.

토출용량이 축소 제어되는 경우, 흡입통로의 압력 변동(압력저하)에 직접 응답하는 제어 밸브 기구가 통로 단면적을 축소하는 방향으로 작동하여 흡입실 압력을 저하시키므로, 피스톤에 대항적으로 작용하는 크랭크실 압력과의 균형이 무너져 사판 경사각과 피스톤 스트록이 축소되고, 압축기는 소용량운전으로 이행된다. 또한, 귀환 냉매가스를 직접 수용하는 크랭크실은 사실상 흡입 머플러를 구성하여 맥동의 감쇠에 기여하고 있다.

청구항 2 기재의 압축기는, 상기 제어밸브 기구가 상기 흡입 통로에 연결되는 감압실과 대기압실을 구획하고, 실질적으로 상기 흡입통로의 단면적을 조절할 수 있는 밸브기능을 가진 벨로우즈와, 대기압실내에 내장된 벨로우즈를 감압실측으로 가압하는 조정 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 대기압과 조정 스프링의 가압력의 합력이 흡입통로의 변동압력과 균형을 이루도록 벨로우즈를 작동시키므로, 극히 간소한 밸브 구성으로 압축기의 용량 제어를 행할 수 있다.

또한, 상기 사판요소는, 회전 사판과 조합된 요동판이 커넥팅로드를 통해 피스톤과 연결된 와플형 및, 회전사판이 슈를 통해 직접 피스톤과 연계되는 스워시(swash)형중 어느 형태도 포함하는 사판요소이다.

도1은 본 발명의 일실시형태에 따른 압축기의 전체 모습을 나타내는 단면 정면도.

도2는 상기 압축기의 제어밸브기구를 도시하는 확대 단면도.

도3은 상기 압축기의 흡입통로를 도시하는 도1의 A-A를 따라 취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 블록 2 : 전방하우징

3 : 후방 하우징 5 : 크랭크실

8 : 보어 12 : 사판

30 : 흡입실 31 : 토출실

40 : 흡입구멍 50 : 제어 밸브 기구

이하, 본 발명을 구체화한 실시형태를 도면을 기초로 설명한다.

도1 내지 도3 에서, 1은 실린더 블럭이고, 실린더 블럭(1)의 앞단측은 전방 하우징(2)에 의해 폐쇄되고, 그 후단측은 밸브판(4)을 통해 후방 하우징(3)에 의해 폐쇄됨과 동시에, 관통 볼트(21)에 의해 체결되어 있다. 실린더 블럭(1)과 전방 하우징(2)에 의해 형성된 크랭크실(5)내에는 축심방향으로 연장하는 구동축(6)이 수용되어, 레디얼 베어링(7a, 7b)에 의해 회전가능하게 지지되고 있다. 상기 구동축(6)의 앞단은 예를들면 도시되지 않은 전자 클러치 및 전동 기구를 통해 자동차 엔진에 연결되어 있다. 또한, 실린더 블럭(1)에는 상기 구동축(6)을 둘러싸는 위치에 복수개의 보어(8)가 천공설치되어 있고, 각 보어(8)에는 단두형 피스톤(9)이 각각 왕복운동가능하게 끼워져 있다. 7c 는 축 밀봉장치이다.

크랭크실(5)내에서, 구동축(6)에는 로터(10)가 전방 하우징(2)과의 사이에 트러스트 베어링(11)을 통해 동기 회전 가능하도록 결합되고, 로터(10)의 후방에는 사판(12)이 결합되어져 있다. 그리고, 사판(12)은 로터(10)와의 사이에 설치된 압축 스프링(13)에 의해 항상 후방으로 가압되어 있다.

사판(12)에는 양단면 외주측에 평활한 활주면(12a)이 형성되고, 활주면(12a)에는 반구부를 가진 슈(14)가 맞닿아 있고, 슈(14)의 반구부는 피스톤(9)의 구형지지면에 결합되고 있다.

또한, 사판(12)의 활주면(12a)보다 안쪽영역의 로터(10)측에는 한쌍의 브라켓(12b,12b)이 사판(12)의 상사점 위치(T)를 지나서 돌출설치되고, 각 브라켓(12b)에는 가이드 핀(12c)의 기단이 고착되며, 각 가이드 핀(12c)의 선단에는 구체부(球休部)(12d)가 형성되어 있다. 이렇게하여 본 압축기에서는 브라켓(12b), 가이드핀(12c) 및 구체부(12d)에 의해 힌지 기구(K)의 일부를 구성하고 있다.

사판(12)의 중심부에는 구동축(6)상에서 사판(12)의 경사각 변위를 허용하는굴절상의 관통구멍(20)이 설치되고, 또한, 사판(12)의 하사점 영역에서 로터(10)측에는 구동축(6)의 축심에서 반경방향 외측으로 연장되고 로터(10)측의 슈(14)를 회피하면서 활주면(12a)을 덮어서 가리는 균형추(15)가 리벳등에 의해 장착되어 있다. 그리고 사판(12)은 균형추로부터도 중심 벗어난 전단면(前端面)(12e)이 로터(10)의 후단면(10a)과 맞닿으므로써 최대 경사각이 규제되는 한편, 후단면의 권선 구멍부가 서클립(22)과 맞닿아 있으므로 영이 아닌 최소 경사각이 규제되고 있다.

또한, 로터(10)의 상부에는, 상기 힌지기구(K)의 잔여부를 구성하는 한쌍의 지지아암(17)이 각 가이드핀(12c)과 정합하는 축심방향 후방으로 돌출되고, 지지아암(17)의 선단부에는 구동축(6)의 축심과 사판(12)의 상사점 위치(T)에서 결정되는 면과 평행하게, 또한 구동축(6)의 중심에 대해 바깥쪽으로부터 근접하는 방향으로 가이드구멍(17a)이 관통하여 설치되어 있다. 가이드구멍(17a)의 방향은 사판(12)의 경사각 변위에 관계없는 피스톤(9)의 상사점위치가 부동으로 유지되도록 설정되어 있고, 각 가이드 구멍(17a)내에는 각각 가이드핀(12c)의 구체부(12d)가 활주 가능하게 삽입되어 있다.

본 실시형태의 특징적인 구성의 하나는 기내에 형성된 흡입계의 배치에 있고, 외부 냉동회로와 접속된 흡입구멍(40)이 개구되어 있는 크랭크실(5)은 귀환 냉매를 직접 도입하는 동시에 사실상 확대된 흡입 머플러를 구성하고, 실린더 블럭(1)의 보어 사이에 병설된 복수의 통과 구멍(41) 및 각 통과 구멍(41)을 집속시키는 확장실(42), 후방 하우징(3)의 축심부에 형성된 밸브실 겸용 가압실(43)의 주위벽에 관통설치된 복수의 밸브구멍(44)으로 형성된 일련의 흡입통로를 거치며, 이 크랭크실(5)은 흡입실(30)로 연통되어 있다 (도2참조).

후방 하우징(3)에는 흡입실(30)의 바깥쪽영역에 토출실(31)이 설치되고, 밸브판(4)에는 보어(8)에 대응하여 흡입 포트(32)및 토출포트(33)가 개구되어 있고, 밸브판(4)과 피스톤(9)의 사이에 형성된 압축실이 흡입포트(32)및 토출포트(33)를 개재하여 흡입실(30)및 토출실(31)에 연통되어 있다. 밸브판(4)에는 각 흡입포트(32)및 토출포트(33)를 개폐하는 도시하지 않는 흡입 밸브 및 토출밸브가 장착되어 있다. 실질적으로 토출 머플러를 구성하는 억제실(90)은 실린더 블럭(1)의 외곽부에 전방하우징(2)에 걸쳐서 형성되어있고, 억제실(90)은 통로(91)를 개재하여 토출실(31)에 연통됨과 동시에, 플랜지구멍(토출구멍)(92)에 끼워지는 비도시의 호스조인트를 개재하여 외부 냉동회로에 접속되어 있다.

후방 하우징(3)의 축심부에 밸브실(43)을 형성하는 밸브 구멍 내에는 흡입통로의 압력 변동에 직접 응답하여 밸브 구멍(44)을 포함한 통로 단면적을 조절하는 제어밸브기구(50)가 설치되어 있다. 도2 에 기초하여 각 제어 밸브기구(50)를 상세히 기술하면, 상기 관통구멍내에는 벨로우즈(51)가 수납되고, 그 기단의 설치 고리(52)는 시일(53) 및 멈춤바퀴(54)를 통하여 관통구멍의 외단 개구부에 밀접하게 유지되고, 실질적으로 흡입통로의 통로 단면적을 조절할 수 있는 밸브기능을 갖고 벨로우즈(51)의 바깥쪽 영역은 흡입통로에 연한 감압실(43)을 형성하고 있다. 벨로우즈(51)내부의 전단면에 접합된 스프링 받이(55)와 설치고리(52)에 나사체결된 좌판(座板)(56)과의 사이에는 조정 스프링(57)이 설치되고, 스프링 받이(55)에서 연장된 다리부(55a)는 좌판(56)과의 간섭에 의해 벨로우즈(51)의 후퇴운동 단부를 규제하는 스톱퍼를 구성함과 동시에, 각 좌판(56)에는 벨로우즈(51)의 내부공간을 외부공기와 연동시켜 대기압실(58)을 형성하는 연통구멍(56a)이 설치되어 있다. 또한, 조정 스프링(57)의 가압력은 좌판(56)의 회전운동에 의해 미세조정된다.

본 압축기는 상술한 바와 같이 구성되고, 압축기의 정지시에는 기내의 압력이 설정압력 보다 높은 값으로 균형을 이루므로, 감압실(43)의 압력이 대기압과 조정 스프링(57)의 합력을 상회하여 벨로우즈(51)에 작용하고, 벨로우즈(51)의 회전으로 흡입통로의 밸브구멍(44)부분은 크게 개방된 상태로 유지된다.

이 상태에서 도시되지 않은 전자 클러치를 통하여 구동등축(6)이 회전되면, 이 회전운동이 로터(10) 및 힌지기구(K)를 개재하여 사판(12)의 회전요동, 더욱이 피스톤(9)의 왕복운동으로 변환되어 압축동작이 개시된다. 압축기의 기동초기에 있어서는 통상 차의 실내온도와 함께 귀환 냉매압력도 높아지므로, 상술한바와 같이 벨로우즈(51)의 자세를 통하여 크랭크실 압력과 흡입실 압력의 차압이 소정치보다 낮게 유지되므로, 피스톤(9)은 최대 스트록, 최종압축기는 전용량(全容量)상태로 운전된다.

즉, 외부냉동 회로에서 귀환된 냉매가스는 흡입구멍(40)에서 먼저 크랭크실(5)로 수용되고, 실린더 블럭(1)을 경유하는 흡입 통로를 개재하여 흡입실(30)로 도입된후, 도시되지 않은 흡입밸브의 개폐에 의해 각 흡입포트(32)에서 보어(8)로 도입되므로, 크랭크실(5)내는 통상 흡입 분위기로 유지된다. 저온의 냉매가스 및 그 혼재 유립으로 활주부는 충분히 냉각, 윤활되므로, 그 내용성이 현저히 향상되고 축밀봉장치(7c)(립 시일)의 시일 압력의 저하에 따라 발열량도 적게되어 열저하도 양호하게 개선된다.

각 보어(8)내에서 압축된 냉매가스는 도시하지 않은 토출 밸브의 개폐에 의해 토출포트(33)에서 순차로 토출실(31)로 토출되고, 토출된 고압 냉매가스는 통로(91)를 경유해 억제실(90)로 도입되므로, 억제실(90)이 갖고 있는 팽창형의 머플러 기능에 의해 압력 맥동 성분을 감쇄시킨 냉매가스는 플랜지구멍(92)에 접속된 도시되지 않은 호스조인트를 개재하여 외부 냉동회로로 송출된다. 또한, 억제실(90)내에서 토출 냉매가스에서 분리 수집된 윤활유는 도시되지 않은 오일 구멍을 거쳐 크랭크실(5)로 환원된다.

이러한 전용량 운전의 계속에 의해 차츰 차 실내온도가 저하되고 이어서 크랭크실(5) 및 흡입통로에 이어진 감압실(43)의 압력이 설정치를 넘어서 저하되면, 감압실(43)의 압력이 대기압과 조정스프링(57)의 합력에 굴하여 직접적으로 벨로우즈(51)를 전진운동시키고 벨로우즈(51)의 밸브기능에 의해 밸브구멍(44)을 포함한 흡입통로의 통로 단면적을 작게 한다.

이렇게 흡입통로가 좁혀지고 흡입실 압력의 저하에 따라 크랭크실 압력과의 차압이 설정치를 넘어 커지면, 사판(12)의 경사각 및 피스톤 스트록이 축소되어 압축기는 소용량의 제어운전으로 이행되고, 그후는 냉방부하에 기초하여 감압실 압력의 회복이 벨로우즈(51)의 회동을 재촉하여 밸브구멍(44)을 포함한 흡입통로의 개도(開度)는 복원된다. 이 경우, 제어 밸브 기구(50)의 주체를 이룬 벨로우즈(51)는 자체가 직접 귀환 냉매가스의 압력으로 움직여 흡입실 압력을 변화시키고, 이에 의해 발생된 크랭크실 압력과의 차압의 변동이 사판 경사각의 변위를 재촉하므로, 간소한 밸브기구만으로 압축기의 용량 제어 밸브를 교묘하게 수행할 수 있다. 더구나, 흡입통로의 개도가 연속적으로 교축 및 복원되므로 압축기의 용량은 완만하게 변화되고, 주행 필링에도 전혀 악영향을 미치지 않는다.

또한, 상술의 실시형태는 감압실과 대항하는 벨로우즈의 내부가 대기압으로 되지만 진공 펌프등을 이용한 진공 흡입에 의해 벨로우즈의 내부압력을 안정화시키는 것은 물론 가능하다.

또한, 별도의 정보 또는 지령에 의해 벨로우즈의 내부를 적극적으로 부압(마이너스 압력)으로 유도하고, 감압실 압력의 여하에 관계없이, 강제적으로 용량의 증대 제어를 실행하는 것도 가능하다. 이러한 제어는 예를들면, 벨로우즈내부와 엔진의 흡기측을 도관에 의해 접속하고, 도관중에 설치된 전자(電磁)밸브의 정상(normal)위치를 통하여 평상시에는 벨로우즈의 내부를 대기 개방포트와 연통시키고, 차실내온도 센서, 일사(日射)센서등의 정보나 오퍼레이터의 의도에 기초한 지령신호에 의해, 전자 밸브를 전환 위치로 조작하여 벨로우즈의 내부를 엔진의 흡기측과 연통시키는 것에 의해 행해진다.

이상, 상술한바와 같이, 본 발명에 의하면, 매우 합리적인 냉매유로 구성에 의해 크랭크실을 흡입분위기로 유지하므로, 저온의 귀환냉매 가스 및 그 혼재유립에 의해 각 활주부는 충분히 냉각, 윤활되어 내용성이 향상되고, 축 밀봉 장치의 시일압력의 저하는 전부터 문제시되고 있는 열저하를 양호하게 방지한다.

또한, 크랭크실의 확대용적이 그대로 머플러기능을 발휘하여 맥동의 감쇄에 기여할뿐 아니라 소용량운전시의 흡입통로 교축 작용은 진동제어를 일층 유효하게 한다.

더구나, 압축기의 용량 제어를 행하는 제어밸브 기구가 흡입 통로의 압력변동에 직접응답하여 그 통로 단면적을 조정하는 구성으로 되어 있으므로, 밸브기구 그 자체의 간소화에 부가하여 압축기내의 부대적인 가공을 대폭으로 생략할 수 있다.

Claims (2)

1. 복수의 보어(8)를 병설하여 압축기의 외곽을 구성하는 실린더 블럭과, 내부에 크랭크실(5)을 형성하여 실린더 블럭의 전단을 폐쇄하는 전방 하우징(2)과, 상기 실린더 블럭(1)과 전방 하우징(2)에 회전가능하게 지지된 구동축(6)과, 흡입실(30) 및 토출실을 갖고 실린더 블럭의 후단을 폐쇄하는 후방 하우징(3)과, 구동축(6)과 함께 회전하고 흡입실(30) 압력과 크랭크실(5) 압력의 차압에 근거하여 경사각을 변위시킬수 있는 사판요소(12)와, 상기 사판요소(12)와 연계하여 보어(8)내부를 직동하는 피스톤(9)을 구비한 가변용량형 압축기에 있어서, 상기 크랭크실(5)에는 외부 냉동회로와 접속된 흡입구멍(6)이 개구되며, 상기 크랭크실(5)과 흡입실(30)은 흡입통로(41-44)에 의해 연통되고, 흡입실(30)에는 크랭크실(5) 및 흡입통로(41-44)를 거쳐 외부냉동 회로의 냉매가 도입되는 동시에, 상기 흡입통로(41-44)에는 그 통로단면적을 조절할 수 있는 제어밸브기구(50)가 배치되고, 상기 제어밸브기구(50)에 의해 흡입실 압력과 크랭크실 압력의 차를 변경하여 사판 요소(12)의 경사각을 변화시키는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어밸브기구(50)는 흡입통로(41-44)에 연결되는 감압실(43)과 대기압실(58)을 구획하고 흡입통로의 통로 단면적을 조절할 수 있는 밸브 기능을 가진 벨로우즈와, 상기 대압실에 내장되어 벨로우즈를 감압실측으로 가압하는 조정 스프링(57)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기.