KR100282043B1

KR100282043B1 - 가변용량 사판식 압축기

Info

Publication number: KR100282043B1
Application number: KR1019980048043A
Authority: KR
Inventors: 안휴남
Original assignee: 신영주; 한라공조주식회사; 토마스 데주어; 포드 모터 컴파니
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2001-02-15
Also published as: DE69923279T2; DE69923279D1; KR20000031816A; JP3084528B2; EP1004769B1; US6227811B1; EP1004769A3; EP1004769A2; JP2000145628A

Abstract

본 발명은 사판식 압축기에 사용하기 적합한 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 구조를 갖는 피스톤을 제공하는 것으로, 내부에 방사상으로 배치되는 다수의 실린더보어를 갖는 실린더블록; 상기 실린더블록의 전후방에 배치되는 하우징; 크랭크실의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단; 상기 하우징과 상기 실린더블록에 회전가능하게 지지되는 구동축; 상기 구동축에 장착되는 회전체; 상기 회전체에 연결되고 또한 상기 구동축에 미끄럼 가능하게 장착되어 상기 크랭크실의 압력변화에 따라 경사각이 변화되는 사판; 상기 회전체와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판의 경사각을 변화시키기 위한 힌지수단; 각각은 실린더 형상의 몸통과 이 몸통과 연결되고 리세스 및 한 쌍의 슈포켓을 갖는 브릿지를 포함하며, 상기 실린더보어 각각의 내부에 왕복가능하게 배치되는 다수의 피스톤; 상기 사판을 사이에 두고 상기 피스톤들 각각의 상기 리세스 내의 상기 슈포켓들 각각에 수용되어 상기 사판의 회전운동을 상기 피스톤들의 왕복운동으로 전환하기 위한 다수의 슈; 상기 피스톤들 각각에서 상기 브릿지와 연결되는 부분에서의 상기 몸통의 하단 모서리(P)가 상기 슈포켓들 중 몸통측에 인접한 슈포켓의 입구(Q1)와 정점(Q2) 사이에 위치하도록 형성되고; 및 상기 사판에 형성되는 상기 피스톤의 하단모서리(P)와의 접촉을 방지하기 위한 접촉방지수단;을 포함하는 것을 특징으로하는 가변용량 사판식 압축기인 것을 특징으로 한다.

Description

가변용량 사판식 압축기

본 발명은 피스톤형의 압축기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량용 에어컨 시스템에 사용하기 적합한 가변용량 사판식 압축기에 관한 것으로, 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 구조를 갖는 피스톤 및 이러한 피스톤 구조에 따라 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 기구(mechanism)와 실린더블록이 제공된다.

일예로서 차량 에어컨 시스템에 사용하기 위한 피스톤형 압축기(piston type compressor)는 다수의 실린더보어(cylinder bore)를 갖는 실린더블록을 포함한다. 개개의 실린더보어에는 피스톤이 미끄럼 운동가능하게 배치되어 사판(swash plate)에 의해 실린더보어내에서 왕복운동을 하게 된다. 사판 경사각을 변화시키는 기구를 갖는 가변용량 사판식 압축기에서는 일반적으로 편두 피스톤(single-headed piston)을 사용하게 되는데, 편두 피스톤은 몸통부와 사판의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시키기 위한 슈들(shoes)을 수용하기 위한 슈포켓부를 포함한다. 그러나 이러한 종래의 압축기는 압축기의 동작시, 피스톤에 편향되게 작용하는 힘으로 인해 피스톤에서는 벤딩 모멘트(bending moment)가 작용하게 되고 이 벤딩 모멘트에 의해 피스톤의 변형이 초래되며 피스톤과 실린더 접촉부위에 편마모가 발생되는 문제점이 있다.

도1을 참조하여, 종래의 가변 변위기구를 갖는 사판식 압축기(a swash plate type compressor with variable displacement mechanism)에서 발생되는 문제점을 설명하면, 가변 변위기구를 갖는 사판식 압축기(1)는 다수의 실린더보어(cylinder bore)(4)가 형성된 실린더블록(2)를 가지며, 실린더블록(2)의 양단부는 전방 하우징(6)과 후방 하우징(8)에 의해 밀폐된다. 실린더블록(2)과 전방 하우징(6)은 그 사이에 기밀상태의 크랭크 실(10)을 정하게 된다. 실린더블록(2)의 후단부와 후방 하우징(8) 사이에는 밸브 플레이트(12)가 개재되며, 후방 하우징(8)에는 냉매 가스의 유출입을 위한 유입구(14)와 유출구(16), 흡입실(18) 및 토출실(20)이 형성된다. 흡입실(18) 및 토출실(20)은 각기 흡입 및 토출 밸브 기구를 통해 개개의 실린더보어(4)와 냉매의 소통이 이루어 진다. 구동축(22)은 전방 하우징(6)을 지나 실린더블록(2)까지 연장되도록 중심부에 배치되며, 또한 전방 하우징(6)과 실린더블록(2)에 장착된 베어링(24)에 의해 회전가능하게 지지된다. 실린더블록(2)과 전후방 하우징(6,8)은 관통볼트(25)에 의해 결합된다. 크랭크실(10)내에는 회전체(rotor)(26)가 구동축(22)과 함께 회전가능하게 구동축(22)에 장착되며 또한 회전체(26)는 전방 하우징(6)의 안쪽 단부에 설치된 쓰러스트 베어링(28)에 의해 지지된다. 지지면(support surface)으로 작용하는 구형의 외면을 갖는 구형 슬리브(spherical sleeve)(30)는 구동축(22)에 의해 미끄럼 가능하게 지지된다. 구동축(22)주위에 설치된 스프링(32)은 회전체(26)와 구형 슬리브(30)사이에 개재되어 구형 슬리브(30)를 후방 하우징(8)쪽으로 밀게 된다.

사판(34)은 구형 슬리브(30)의 외부 지지면 상에 회전가능하게 지지된다. 사판(34)과 회전체(26)는 힌지 기구에 의해 연결되어 사판(34)은 회전체(26)와 함게 회전하게 된다. 즉, 지지아암(36)이 회전체(26)의 한 측면으로부터 축을 따라 바깥쪽으로 돌출되며, 아암(38)은 사판(34)의 한 표면으로부터 회전체(26)의 지지아암(36)쪽으로 돌출된다. 지지아암(36)과 아암(38)은 핀(40)에 의해 서로 연결되는데, 핀(40)은 회전체(26)의 지지아암(36)을 관통하여 형성된 핀호울(42)과 사판(34)의 아암(38)을 관통하여 길게 형성된 대략 장방형의 호울(43)을 통해 연장된다. 이와 같이 회전체(26)와 사판(34)은 서로 힌지 결합되어 장방형 호울(43)내에서의 핀(40)의 미끄럼 운동에 의해 사판(34)의 경사각이 변화하게 되고, 그에 따라 압축기의 용량이 변하게 된다.

개개의 실린더보어(4)에는 피스톤(44)이 미끄럼 가능하게 배치되며, 각각의 피스톤(44)은 실린더보어(4)내에 미끄럼 가능하게 배치되는 몸통(46)과 브릿지부(48)를 갖는다. 피스톤(44)의 브릿지부(48)에는 리세스(recess)(50)가 형성이 되며, 이 리세스(50)에는 사판(34)의 외주 부분이 위치하게 된다. 반구형 슈들(52)은 피스톤(44)의 브릿지부(48)에 형성된 슈포켓(shoe pocket)(54)에 배치되어 사판(34)의 외주 부분의 양면과 미끄럼 가능하게 맞물리게 된다. 따라서, 구동축(22)이 회전함에 따라 사판(34)도 회전하게 되며, 사판(34)의 회전운동은 슈들(52)을 통해 피스톤(44)의 왕복운동으로 전환된다. 피스톤(44)의 일측 단부에는 절취부(cutout portion)(56)가 형성이 되는데, 이 절취부(56)는 피스톤(44)이 하사점에 위치했을 때 사판(34)의 표면과 피스톤(44)의 몸통(46)이 서로 접촉하게 되는 것을 방지하기 위한 것이다.

후방 하우징(8)에는 조절밸브(60)가 배치되어 크랭크실(10)의 압력 수준을 조절한다.

상술한 구조를 갖는 압축기에서, 피스톤(44)에는 여러 가지 힘이 작용하게 되는데, 그 중 벤딩모멘트로 인해 피스톤의 변형이 초래되고 피스톤과 실린더 접촉부위에 편마모가 발생하게 된다. 도2는 피스톤에 작용하는 여러 가지 힘을 보여주기 위한 도1의 확대도이다. 도2를 참조하여 설명하면, 압축행정시 피스톤(44)의 일단에는 크랭크실(10)의 압력(Pc)이 작용하게 되며 타단에는 압축반력(compression reaction force)(Pd)이 작용하게 된다. 크랭크실(10)의 압력(Pc)과 압축반력(Pd)은 슈들(52)을 통해 사판(34)에 작용하게 되고 사판(34)에 작용하는 힘은 동일한 크기를 가지나 방향이 반대인 반력으로서 다시 슈들(52)을 통해 피스톤(54)에 작용하게 된다. 즉, 피스톤(44)이 압축행정을 할 경우, 사판(34)이 피스톤에 작용하는 힘(F)은 피스톤의 몸통측 슈(52)의 반구형 외면과 슈포켓(54)의 반구형 내면 중 서로 접촉하는 접촉위치, 즉 피스톤(44)의 중심축(O)상에 있는 슈포켓(54)의 정점에서 사판면에 수직한 각도로 피스톤(44)에 작용하게 된다. 사판(34)이 피스톤(44)에 인가하는 힘(F)은 피스톤(44)의 중심축(O)과 일치하는 수평성분의 힘(Fx)과 피스톤(44)의 중심축(O)에 수직인 수직성분의 힘(Fy)으로 나누어 볼 수 있다. 피스톤(44)의 질량을 m이라 하고 압축행정시 피스톤(44)은 a의 가속도로 이동하며 피스톤(44)의 단면적을 A라 하면,

Σ Fx = APcAPd + Fx

Σ Fx= ma 에서,

Fx = ma + A (Pd-Pc)

= ma + π/4D²(Pd-Pc) (1)

이고 (D는 피스톤(44)의 직경),

Fy = Fx tanθ

= tanθ [ ma + π/4D²(Pd-Pc)] (2)

로 표현된다.

수직성분의 힘 (Fy)은 피스톤(44)에 벤딩모멘트로서 작용하게 되는데, 벤딩모멘트는 P로 표시된 피스톤(44)의 내측 모서리에서 최대로 작용하게 된다. 다시말하면, 흡입행정중에 있는 피스톤중의 하나가 하사점에 도달했을 때 사판(34)의 한 측면과 피스톤(44)의 몸통(46)이 서로 접촉되는 것을 방지하기 위해 피스톤(44)에는 절취부(56)가 제공되는데, 이 절취부(56)로 인해 피스톤의 힘(F)의 작용점과 상기 절취부(56) 내측 모서리의 반력작용점(P) 사이에는 도면에 도시된 바와같이 x 만큼의 거리가 발생하게 되고 이 거리(x)에 의해 피스톤에 벤딩모멘트가 작용하게 된다. 즉, 피스톤에 미치는 최대 벤딩 모멘트 Mmax는

Mmax = xFy

= xtanθ [ ma + π/4D²(Pd-Pc)] (3)

가 된다.

따라서 피스톤(44)의 브릿지부(bridge)(48)에는 상기 반력작용점(P)를 중심으로 거리 x 만큼 반시계 방향으로 벤딩모멘트에 의해 피스톤은 휨 변형이 발생함과 동시에 피스톤 몸통과 실린더에도 상기 반력작용점(P) 및 그 대각선 방향 모서리부에서 편마모가 발생하게 된다.

계속해서 도1,2를 참조하면, 피스톤의 흡입행정 동안 피스톤(44)의 일단에는 크랭크실(10)의 압력(Pc)이 작용하게 되며 타단에는 흡입력(suction pressure)(Ps)이 작용하게 된다. 크랭크실(10)의 압력(Pc)과 흡입력(Ps)은 슈들(52)을 통해 사판(34)에 작용하게 되고 사판(34)에 작용하는 힘은 동일한 크기를 가지나 방향이 반대인 반력으로서 다시 슈들(52)을 통해 피스톤(54)에 작용하게 된다. 즉, 피스톤(44)이 흡입행정을 할 경우, 사판(34)으로부터 피스톤(44)의 몸통(46) 반대측 슈(52)를 통해 피스톤(44)에 작용하는 힘(F')은 피스톤 몸통 반대측 슈(52)의 반구형 외면과 슈포켓(54)의 반구형 내면 중 서로 접촉하는 접촉위치에서 사판면과 수직인 각도로 피스톤(44)에 작용하게 되며, 상기 접촉위치는 피스톤(44)의 중심축(O)상에 위치한다. 사판(34)이 피스톤(44)에 인가하는 힘(F')은 피스톤(44)의 중심축(O)과 일치하는 수평 성분의 힘(Fx')과 피스톤(44)의 중심축(O)에 수직인 수직성분의 힘(Fy')으로 나누어 볼 수 있다. 피스톤(44)의 질량을 m이라 하고 흡입행정시 피스톤(44)은 a의 가속도로 이동하며 피스톤(44)의 몸통의 단면적을 A라 하면,

ΣFx= -ma 이고, (오른쪽 힘의 방향을 양으로 설정)

ΣFx = APcAPs - Fx' 이 된다.

따라서 수평성분의 힘(Fx')은 하기의 식,

Fx'= ma + A (Pc-Ps)

= ma + π/4D²(Pc-Ps) (4)

으로 되고 (D는 피스톤(44)의 직경),

Fy' = Fx' tanθ

= tanθ [ ma + π/4D²(Pc-Ps)] (5)

로 표현된다.

수직성분의 힘(Fy')은 피스톤(44)에 벤딩모멘트로서 작용하게 되는데, 최대 흡입행정시 피스톤(44)이 실린더보어(4)내로 삽입된 깊이를 w라 하였을 때 피스톤(44)의 끝단으로부터 w만큼 떨어진 위치(P')에서 벤딩 모멘트가 최대로 작용하게 된다.

피스톤(44)이 실린더보어(4)내로 삽입된 깊이가 w이고, 피스톤 몸통 반대측 슈(52)의 반구형 외면과 슈포켓(54)의 반구형 내면이 서로 접촉하는 점에서 피스톤의 오른쪽 끝단까지의 길이를 L'이라 하면, 흡입행정시의 최대 벤딩모멘트 M'max는

M'max = (L' - w) Fy'

= (L' - w) tanθ [ ma + π/4D²(Pc-Ps)] (6)

가 된다.

따라서 일반적인 압축기의 경우 w의 길이가 짧기때문에, 압축 또는 흡입행정시에 사판의 힘에 의해 피스톤에 작용하는 벤딩 모멘트는 피스톤(44)의 변형을 일으키게 되고 피스톤의 몸통과 실린더 사이의 편마모를 일으키는 원인이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 압축기에서, 발생되는 상술한 문제점을 해결하기 위한 피스톤을 갖는 사판식 압축기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사판식 압축기에 사용하기 적합한 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 구조를 갖는 피스톤을 제공하는 것으로서 이에 의하면 피스톤의 내구성을 향상시키게 되며 따라서 압축기의 내구성 또한 향상시키게 된다.

본 발명의 또 다른 목적은 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 기구를 갖는 사판식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사판식 압축기에 사용하기 적합한 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 구조를 갖는 실린더블록을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 벤딩 모멘트를 최소화하기 위한 구조를 갖는 가변용량 사판식 압축기는 그 내부에 방사상으로 배치되는 다수의 실린더보어를 갖는 실린더블록; 상기 실린더블록의 전후방에 배치되는 하우징; 상기 크랭크실의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단; 상기 하우징과 상기 실린더블록에 회전가능하게 지지되는 구동축; 상기 구동축에 장착되는 회전체; 상기 회전체에 연결되고 또한 상기 구동축에 미끄럼 가능하게 장착되어 상기 크랭크실의 압력변화에 따라 경사각이 변화되는 사판; 상기 회전체와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판의 경사각을 변화시키기 위한 힌지수단; 각각은 실린더 형상의 몸통과 이 몸통과 연결되고 리세스 및 한 쌍의 슈포켓을 갖는 브릿지를 포함하며, 상기 실린더보어 각각의 내부에 왕복가능하게 배치되는 다수의 피스톤; 상기 사판을 사이에 두고 상기 피스톤들 각각의 상기 리세스 내의 상기 슈포켓들 각각에 수용되어 상기 사판의 회전운동을 상기 피스톤들의 왕복운동으로 전환하기 위한 다수의 슈; 상기 피스톤들 각각에서 상기 브릿지와 연결되는 부분에서의 상기 몸통의 하단 모서리(P)가 상기 슈포켓들 중 몸통측에 인접한 슈포켓의 입구(Q1)와 정점(Q2) 사이에 위치하도록 형성되고; 및 상기 사판에 형성되는 상기 피스톤의 하단모서리(P)와의 접촉을 방지하기 위한 접촉방지수단;을 포함하는 것을 특징으로하는 가변용량 사판식 압축기인 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술의 가변용량 사판식 압축기의 종단면도,

도 2는 피스톤에 작용하는 여러가지 힘을 보이기 위한 도1의 일부 확대도,

도 3은 본 발명에 따른 가변용량 사판식 압축기의 종단면도,

도 4는 도3의 압축기에서 주요 부분의 동작을 보이기 위한 부분 확대단면도 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사판의 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 실린더블록의 사시도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더블록의 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

70;압축기 76;전방하우징

78;후방하우징 94;사판

110;피스톤 126;슈포켓

128;슈

도 3은 본 발명에 따른 압축기의 일예를 도시한 것으로, 벤딩모멘트를 최소화하기 위한 기구를 갖는 가변용량 사판식 압축기의 종단면도이다. 가변용량 사판식 압축기(variable capacity swash plate type compressor)(70)는 다수의 실린더보어(bore)(74)를 갖는 실린더블록(72), 전방 하우징(76), 및 후방 하우징(78)을 갖는다. 실린더블록(72)의 양단부는 각기 전방 하우징(76)과 후방 하우징(78)에 의해 밀봉되도록 결합되며, 실린더블록(72)과 후방 하우징(78)사이에는 밸브 플레이트(valve plate)(80)가 개재된다. 실린더블록(72)과 전방 하우징(76)은 기밀된(air-tight sealed) 크랭크 실(82)을 정하게 된다. 구동축(84)은 전방 하우징(76)을 지나 실린더블록(72)에 까지 연장되도록 배치되며, 또한 레이디얼 베어링(86,87)에 의해 회전가능하게 지지된다. 실린더블록(72)과 전후방 하우징(76,78)은 관통볼트(89)에 의해 서로 결합된다.

회전체(rotor)(90)는 구동축(84)과 함께 회전되도록 크랭크실(82)에 위치된 구동축(84)에 고정되게 장착된다. 회전체(90)는 전방 하우징(76)의 내부의 단부(inner end)에 설치된 쓰러스트 베어링(92)에 의해 지지된다. 사판(swash plate)(94)은 구동축(84)에 회전가능하게 지지되며, 구동축(84)과 사판(94)사이에는 구형 슬리브(spherical sleeve)가 개재될 수도 있으며, 이 경우 사판(94)은 구형 슬리브의 외부 지지면에 회전가능하게 지지된다. 도3에서 사판(94)은 최대 경사각의 위치에 있으며, 이때 스프링(98)은 최대로 압축된 상태이고, 돌출부(96)의 스톱면(stop surface)(96a)은 회전체(90)와 접촉하게 되므로 사판(94)의 경사각은 회전체(90)에 의해 제한된다. 또한 구동축(84)에는 스토퍼(stopper)(97)가 제공되어 사판(94)의 최소 경사각을 제한한다.

사판(94)과 회전체(90)는 힌지 기구에 의해 연결되어 사판(94)은 회전체(90)와 함께 회전하게 된다. 즉, 지지아암(100)이 회전체(90)의 한 측면으로부터 축을 따라 바깥쪽으로 돌출되며, 아암(102)은 사판(94)의 한 표면으로부터 회전체(90)의 지지아암(100)쪽으로 돌출된다. 지지아암(100)과 아암(102)은 핀(104)에 의해 서로 연결되는데, 핀(104)은 회전체(90)의 지지아암(100)을 관통하여 형성된 핀 호울(106)과 사판(94)의 아암(102)을 관통하여 길게 형성된 대략 장방형의 호울(108)을 통해 연장된다. 이와 같이 회전체(90)와 사판(94)은 서로 힌지 결합되어 장방형 호울(108)내에서의 핀(104)의 미끄럼운동에 의해 사판(94)의 경사각이 변화하게 되고, 그에 따라 압축기의 용량이 변하게 된다.

도4에 잘 도시되어 있듯이, 각각의 실린더 형상의 피스톤(110)은 몸통(112)과 브릿지부(122)를 포함하며, 브릿지부(122)에는 리세스(recess)(124)가 제공되어 한 쌍의 반구형 슈(128)가 리세스(124) 전후방면에 형성된 한 쌍의 슈 포켓(126)에 미끄럼 가능하게 배치된다. 반구형 슈들(128)의 내면들은 사판(94)의 외주면상의 양측면에서 미끄럼 가능하게 접촉하게 된다. 이와 같이 개개의 피스톤(110)은 슈들(128) 및 슈 포켓들(126)을 통해 사판(94)과 맞물리게 되므로, 사판(94)이 회전함에 따라 피스톤(110) 각각은 실린더보어(74)내에서 왕복하게 된다.

사판(94)이 몸통측 슈(128)를 통해 피스톤(110)에 인가하는 힘(F)은 몸통측 슈(128)의 반구형 외면과 대응하는 몸통측 슈포켓(126)의 반구형 내면 중 서로 접촉하는 접촉면(선접촉인 경우) 또는 접촉점(점첩촉인 경우)(이하에서는 양자를 포괄하여 "접촉위치 또는 정점"이라 한다)에서 피스톤(110)의 접촉위치에서 사판면에 수직한 각도로 피스톤에 작용하게 된다. 사판(94)이 피스톤(110)에 인가하는 힘(F)은 피스톤(110)의 중심축(O)과 일치하는 수평성분의 힘(Fx)과 피스톤(110)의 중심축(O)에 수직인 수직성분의 힘(Fy)으로 나누어 볼 수 있으며, 수직성분의 힘(Fy)은 벤딩모멘트로서 피스톤(110)에 작용하게 된다.

몸통측 슈(128)의 반구형 외면과 이에 대응하는 슈포켓(126)의 반구형 내면이 서로 접촉하는 접촉위치 즉 몸통측 슈포켓의 정점(Q2)과 피스톤의 내측모서리(P)를 직선으로 연결하였을 때 이루는 직선 S는 피스톤의 중심축(O)과 직교하게 된다. 즉 피스톤 몸통의 내측모서리(P)와 상기 정점(Q2)은 동일 직선상에 놓이도록 한다. 여기서 피스톤 몸통의 내측모서리(P)는 몸통측 슈포켓의 입구(Q1)까지 연장될 수 있다. 즉 다시말해서 상기 피스톤의 내측모서리(P)는 상기 슈포켓의 입구(Q1)와 상기 정점(Q2)사이에 위치하게 된다. 따라서 피스톤 몸통의 하부는 종래의 피스톤 몸통에 비해 x 만큼의 길이를 보상받게 되므로 앞의 식(3)으로부터 피스톤(110)에 작용하는 최대 벤딩 모멘트는 발생되지 않게 된다.

상기와 같이 피스톤(110)의 내측모서리(P)는 종래의 피스톤에 비해 x 만큼의 길이가 보상되나, 이에 따른 사판면과의 간섭 문제는 사판의 형상을 변형함으로써 해결될 수 있다. 이에 대한 일예로써 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와같이 상기 피스톤 몸통과 대향하는 사판면에 함몰부(depressed portion)(130)를 형성할 수 있는데, 이 함몰부(130)는 도4와 같이 사판의 일부에서 전체적으로 형성되거나, 도5의 실시예와 같이 간섭부위에만 국부적으로 형성될 수 있으며 이 함몰부(130)의 깊이는 후술할 실린더블록(72) 중앙의 돌출량에 따라 결정되어야 한다.

함몰부(130)를 형성하지 않는 경우에는 사판(94)을 얇게 형성하거나 사판(94)의 최소 경사각을 제한할 수도 있을 것이다.

여기서 함몰부(130)를 형성할 경우에는 사판의 강도를 보강하기 위해 도5와 같이 함몰부(130)에 대응하는 반대쪽에 융기부(132)를 형성하는 것이 바람직하다.

도6은 본발명에 따른 실린더블록의 일 실시예를 도시한 것으로, 도면에 보인 바와 같이 상기 실린더블록(72)의 중앙지역, 즉 구동축이 결합되는 중앙 관통공(77)과 상기 실린더보어(74)의 사이에는 상기 실린더보어(74)의 입구측 기준면(B)으로부터 상기 사판의 함몰부를 향해 돌출되는 환상의 돌출부(73)가 형성된다. 이 돌출부(73)는 실린더블록(72)의 중앙지역 전체에 걸쳐 형성할 수도 있으나, 압축기의 중량감소 차원에서 상기 실린더보어(74)를 둘러싸는 부분에만 환상의 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 도7은 실린더블록(72)의 변형 예를 도시한 것으로 실린더블록(72)의 외주연(88)과 상기 실린더보어(74) 사이의 면을 상기 중앙지역 돌출부(73)의 돌출량과 대략 동일하게 외주측 돌출부(79)를 형성하여 상기 실린더보어(74)를 사판측으로 보다 연장시킴으로써 피스톤이 하사점으로부터 압축행정을 시작할 때 이 외주측 돌출부(79)가 피스톤의 몸통부분을 보다 안정되게 지지하도록 한 것이다.

다시 도 3, 4를 함께 참조하여 설명하면, 구동축(84)이 관통하는 실린더블록(72)의 중심 호울에서 방사상으로 배치되는 실린더보어들(74)에 이르는 중앙지역에 사판의 함몰부 깊이만큼 압축기(70)의 전방으로 돌출되는 돌출부(73)가 형성된다.

이와같이 실린더블록(72)의 중앙지역이 실린더블록(72)의 외주 지역보다 돌출되어 피스톤의 삽입 깊이(w)가 돌출량만큼 증가되므로 앞의 식(6)으로부터 알 수 있는 바와 같이 흡입행정시 피스톤(110)에 작용하는 최대 벤딩 모멘트는 실린더블록(72) 중앙지역의 돌출부(73) 돌출 길이만큼 감소하게 된다.

다시 도 3을 참조하면, 후방 하우징(78)은 냉매 가스의 유입 및 유출을 위한 유입구(134)와 유출구(136), 흡입실(38) 및 토출실(140)을 갖는다. 개개의 실린더보어(74)는 밸브 플레이트(80)에 형성된 흡입구(142) 및 토출구(144)를 통해 각기 흡입실(138) 및 토출실(140)과 소통이 된다. 각각의 흡입구(142)는 흡입 밸브(146)에 의해 개폐되고 각각의 토출구(144)는 토출밸브(148)에 의해 개폐되며 리테이너(retainer)(150)는 토출밸브(148)의 개방되는 정도를 제한한다.

압축기(70)에는 압력조절수단(152)이 제공되어 크랭크실(82)내의 유체 압력 수준을 조절함으로써 사판(94)의 경사각을 변화시키게 된다.

상술한 구조를 갖는 압축기의 작용을 설명하면, 구동축(84)이 회전할 때 힌지 기구를 통해 일정한 경사각을 갖는 사판(94) 또한 회전하게 되고, 따라서 슈들(128)을 통해 사판(94)의 회전운동은 피스톤들(110)의 개개의 실린더보어들(74)내에서의 왕복운동으로 전환된다. 그에 따라 냉매가스는 후방 하우징(78)의 흡입실(138)로부터 개개의 실린더보어(74)로 유입되어 피스톤(110)의 왕복운동에 의해 압축된다. 압축된 냉매 가스는 개개의 실린더보어(74)로부터 토출실(140)로 토출된다.

이 때, 개개의 실린더보어(74)로부터 토출실(140)로 토출되는 냉매 가스의 양은 크랭크실(82)의 압력 수준을 조정하는 압력조절수단(152)에 의해 조절된다. 즉, 증발기의 부하가 증가하면 흡입실(138)내의 압력(Psc)이 높아지게 되고 그에 따라 압력조절수단(152)은 토출실(140)로부터 크랭크실(82)로 이동되는 냉매 가스를 차단시키게 되므로 크랭크실(82)의 압력 수준(Pcc)은 낮아지게 된다. 크랭크실(82)의 압력 수준이 낮아질 때, 크랭크실(82)의 압력(Pcc)이 피스톤(110)에 작용하는 힘이 감소하게 되고, 따라서 사판(94)의 경사각은 증가하게 된다. 이에 따라 힌지 수단을 이루는 핀(104)은 장방형 호울(108)을 따라 장방형 호울(108)의 하단부 쪽으로 미끄럼 이동된다. 따라서, 사판(94)은 스프링(98) 힘에 대항하여 압축기의 전방으로 이동된다. 이와 같이 사판(94)의 경사각은 증가하게 되고, 그 결과 개개의 피스톤(110)의 행정길이가 연장되게 되어 압축기의 압축용량이 증가하게 된다.

반면, 증발기의 부하가 감소하면 흡입실(138)내의 압력(Psc)이 저하되고 그에 따라 조절 밸브(152)는 토출실(140)의 압축된 냉매 가스를 크랭크실(82)로 보내게 된다. 크랭크실(82)의 압력 수준이 높아짐에 따라 크랭크실(82)의 압력(Pcc)이 피스톤(110)에 작용하는 힘은 증가하게 되고, 따라서 사판(94)의 경사각은 감소하게 된다. 즉, 힌지 수단을 이루는 핀(104)은 장방형 호울(108)을 따라 장방형 호울(108)의 상단부 쪽으로 미끄럼 이동된다. 따라서, 사판(94)은 압축기의 후방으로 이동되고 그에 따라 사판(94)의 경사각은 감소하게 된다. 결과적으로 피스톤(110)의 행정길이가 짧아지게 되어 압축기의 압축용량이 감소된다.

상술한 압축기의 압축행정동안 각각의 피스톤(110)에는 크랭크실(82)의 압력과 압축반력이 작용하게 되며, 이 힘들은 슈들(128)을 통해 사판(94)에 작용하게 되고, 크기는 같으나 방향이 반대인 반력이 다시 슈들(128)을 통해 사판(94)으로부터 피스톤(110)에 작용하게 된다. 이 때, 최대 벤딩모멘트는 피스톤(110)의 몸통의 하단모서리(P)에서 작용하게 되나, 피스톤에 작용하는 수직성분의 힘(Fy)과 최대 벤딩모멘트가 작용되는 피스톤 몸통의 하단모서리(P)는 동일 직선상에 놓이게 되어 거리 x가 0이 되어 압축행정시에는 벤딩모멘트가 발생하지 않게 된다. 그 결과 피스톤(110)이 변형되거나 실린더와 피스톤의 편마모가 발생되는 것이 방지되므로 궁극적으로 압축기의 내구성 및 성능향상을 도모할 수 있게 된다.

한편, 압축기의 흡입행정동안 각각의 피스톤(110)에는 크랭크실(82)의 압력과 흡입력이 작용하게 되며, 이 힘들은 피스톤 몸통 반대측 슈들(128)을 통해 사판(94)에 작용하게 되고, 다시 크기는 같으나 방향이 반대인 반력이 슈들(128)을 통해 사판(94)으로부터 피스톤(110)에 작용하게 된다. 이때, 최대 벤딩모멘트는, 피스톤(110)이 실린더보어(74)내에 일정 깊이 만큼 삽입되었을 때 피스톤(110)의 외주면과 실린더보어(74)의 내주면이 서로 접촉하는 지점에서, 피스톤(110)에 작용하게 된다. 실린더블록(72)의 중앙지역(73)은 사판(94) 함몰부(130)의 깊이에 상당하는 량만큼 돌출되어 피스톤(110)의 최대 흡입행정시의 실린더보어(74)내로의 삽입 깊이(w)가 그만큼 증가되므로 피스톤(110)에 작용하는 최대 벤딩모멘트는 그만큼 감소하게 된다.

본 발명에 따른 사판식 압축기에 사용하기 위한 피스톤에 압축 행정시 작용하게 되는 벤딩모멘트는 발생되지 않으므로 피스톤의 변형이나 피스톤과 실린더의 편마모를 방지할 수 있게 된다.

실린더블록의 중앙지역은 외주지역에 비해 돌출형성 되므로 흡입행정시 피스톤에 작용하게 되는 벤딩모멘트는 감소하게 된다.

본 발명에 따른 사판식 압축기에서 벤딩모멘트가 현저히 감소하므로 그에 따라 피스톤의 변형이 방지되어 정확한 압축용량을 제어할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따르면, 압축기의 전장을 늘리지 않고도 피스톤의 벤딩모멘트에 의한 문제점을 해소할 수 있으므로, 압축기의 성능과 내구성을 현저히 증가시킬 수 있음은 물론, 소형화를 도모할 수 있게 된다.

Claims

그 내부에 방사상으로 배치되는 다수의 실린더보어를 갖는 실린더블록;

상기 실린더블록의 전후방에 배치되는 하우징;

크랭크실의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단;

상기 하우징과 상기 실린더블록에 회전가능하게 지지되는 구동축;

상기 구동축에 장착되는 회전체;

상기 회전체에 연결되고 또한 상기 구동축에 미끄럼 가능하게 장착되어 상기 크랭크실의 압력변화에 따라 경사각이 변화되는 사판;

상기 회전체와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판의 경사각을 변화시키기 위한 힌지수단;

각각은 실린더 형상의 몸통과 이 몸통과 연결되고 리세스 및 한 쌍의 슈포켓을 갖는 브릿지를 포함하며, 상기 실린더보어 각각의 내부에 왕복가능하게 배치되는 다수의 피스톤;

상기 사판을 사이에 두고 상기 피스톤들 각각의 상기 리세스 내의 상기 슈포켓들 각각에 수용되어 상기 사판의 회전운동을 상기 피스톤들의 왕복운동으로 전환하기 위한 다수의 슈;

상기 피스톤들 각각에서 상기 브릿지와 연결되는 부분에서의 상기 몸통의 하단 모서리(P)가 상기 슈포켓들 중 몸통측에 인접한 슈포켓의 입구(Q1)와 정점(Q2) 사이에 위치하도록 형성되고; 및

상기 사판에 형성되는 상기 피스톤의 하단모서리(P)와의 접촉을 방지하기 위한 접촉방지수단;을 포함하는 것을 특징으로하는 가변용량 사판식 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 사판의 접촉방지수단은 상기 피스톤의 내측모서리(P)와 대응되는 부위에 형성된 함몰부인 것을 특징으로 하는 가변용량 사판식 압축기.
그 내부에 방사상으로 배치되는 다수의 실린더보어를 갖는 실린더블록;

상기 실린더블록의 전후방에 배치되는 하우징;

상기 크랭크실의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단;

상기 하우징과 상기 실린더블록에 회전가능하게 지지되는 구동축;

상기 구동축에 장착되는 회전체;

상기 회전체에 연결되고 또한 상기 구동축에 미끄럼 가능하게 장착되어 상기 크랭크실의 압력변화에 따라 경사각이 변화되는 사판;

상기 회전체와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판의 경사각을 변화시키기 위한 힌지수단;

각각은 실린더 형상의 몸통과 이 몸통과 연결되고 리세스 및 한 쌍의 슈포켓을 갖는 브릿지를 포함하며, 상기 실린더보어 각각의 내부에 왕복가능하게 배치되는 다수의 피스톤;

상기 사판을 사이에 두고 피스톤을 각각의 상기 리세스내의 상기 슈포켓들 각각에 수용되어 상기 사판의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위한 다수의 슈;

상기 사판은 상기 피스톤과 대향하는 면에 소정 깊이의 함몰부를 가지며; 및

상기 실린더블록은 상기 구동축과 상기 실린더보어 사이에 이 실린더보어의 입구측 기준면으로부터 상기 사판의 함몰부를 향해 돌출되는 돌출부를 가지는 것;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량 사판식 압축기.
제 3항에 있어서, 상기 실린더블록은, 상기 실린더보어들과 상기 실린더블록의 외주면 사이에 상기 돌출부와 대략 동일높이로 돌출된 외주측 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량 사판식 압축기.
그 내부에 방사상으로 배치되는 다수의 실린더보어를 갖는 실린더블록;

상기 실린더블록의 전후방에 배치되는 하우징;

상기 하우징 일측에 설치되어 크랭크실의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단;

상기 하우징과 상기 실린더블록에 회전가능하게 지지되는 구동축;

상기 구동축에 장착되는 회전체;

상기 회전체에 연결되고 또한 상기 구동축에 미끄럼 가능하게 장착되어 상기 크랭크실의 압력변화에 따라 경사각이 변화되는 사판;

상기 회전체와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판의 경사각이 변화될 수 있도록 하기위한 힌지수단;

각각은 실린더 형상의 몸통과 이 몸통과 연결되고 리세스 및 한 쌍의 슈포켓을 갖는 브릿지를 포함하며, 상기 실린더보어 각각의 내부에 왕복가능하게 배치되는 다수의 피스톤;

상기 사판을 사이에 두고 상기 피스톤들 각각의 리세스 내의 상기 슈포켓들 각각에 수용되어 상기 사판의 회전운동을 상기 피스톤들의 왕복운동으로 전환하기 위한 다수의 슈;

상기 피스톤들 각각에서, 상기 브릿지와 연결되는 부분에서의 상기 몸통의 하단 모서리(P)가 상기 슈포켓들 중 몸통측에 인접한 슈포켓의 입구(Q1)와 정점(Q2) 사이에 위치하도록 형성되고;

상기 실린더블록은 상기 구동축과 실린더보어 사이에 이 실린더보어의 입구측 기준면으로부터 상기 사판을 향해 돌출되는 돌출부를 가지며; 및

상기 사판에 형성되는 상기 피스톤의 내측 모서리(P) 및 상기 실린더블록의 돌출부와의 접촉을 방지하기 위한 접촉방지수단; 을 포함하는 것을 특징으로 가변용량 사판식 압축기.
제 5항에 있어서, 상기 사판의 접촉방지수단은 상기 피스톤의 내측모서리(P)와 대응되는 부위에 형성된 함몰부인 것을 특징으로 하는 가변용량 사판식 압축기.
제 5항에 있어서, 상기 실린더블록은, 상기 실린더보어들과 상기 실린더블록의 외주면 사이에 상기 돌출부와 대략 동일높이로 돌출된 외주측 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량 사판식 압축기.