KR100455239B1

KR100455239B1 - 용량가변형 압축기의 제어밸브

Info

Publication number: KR100455239B1
Application number: KR10-2001-0065919A
Authority: KR
Inventors: 스이또우겐; 기무라가즈야; 마쯔바라료; 우메무라사또시; 미나미가즈히꼬; 오오따마사끼
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2004-11-15
Also published as: JP4333047B2; CN1184419C; JP2002276545A; EP1223342B1; DE60206975T2; US6638026B2; BR0200120A; CN1364983A; KR20020061097A; US20020094279A1; EP1223342A1; DE60206975D1

Abstract

(과제) 세밀한 공조(空調) 제어 요구에 대응할 수 있는 용량가변형 압축기의 제어밸브를 제공하는 것.

(해결수단) 제어밸브 (CV) 는 코일 (67) 에 대한 통전 듀티비에 의해 결정된, 두개의 압력감시점 (P1, P2) 간 차압의 제어 목표를 유지하도록, 이 차압의 변동에 따라 내부 자율적으로 솔레노이드 로드 (40 (밸브체부: 43)) 를 위치결정하는 구성으로 되어 있다. 이 제어 목표는 코일 (67) 에 대한 통전 듀티비를 조절함으로써 외부로부터 변경할 수 있게 되어 있다.

Description

용량가변형 압축기의 제어밸브 {CONTROL VALVE FOR A VARIABLE CAPACITY COMPRESSOR}

본 발명은 예를 들면 차량용 공조장치의 냉매순환회로를 구성하여, 제어실의 압력조절에 의해 토출용량을 변경할 수 있는 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브에 관한 것이다.

이러한 종류의 제어밸브로는, 일본 공개특허공보 평 11-324930 호에 개시된 것을 들 수 있다.

즉, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 상기 공보의 제어밸브는 냉매순환회로에 설정된 두개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 차압 (두점간 차압) 을 감압부재 (101) 에서 기계적으로 검지한다. 그리고, 동 감압부재 (101) 를 통하여 작용하는 두점간 차압에 기초하는 힘을 이용함으로써, 제어실 (사판식 압축기를 예로 들면 사판 수용실인 크랭크실) 의 압력조절로 이어지는 밸브체 (102) 의 위치결정을 수행하는 것이다.

상기 두점간 차압에는 냉매순환회로의 냉매유량이 반영되어 있으며, 감압부재 (101) 는 동 두점간 차압의 변동 즉 냉매순환회로에서의 냉매유량의 변동을 상쇄하는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브체 (102) 의 위치결정을 수행한다.

그런데 상기 공보의 제어밸브는 미리 설정된 단일 냉매유량을 유지하는 단순한 내부자율 제어구성밖에 가지고 있지 않아, 냉매순환회로의 냉매유량을 적극적으로는 변경할 수 없다. 따라서, 세밀한 공조 제어 요구에 대응할 수 없다는 문제를 낳고 있었다.

본 발명의 목적은 세밀한 공조 제어 요구에 대응할 수 있는 용량가변형 압축기의 제어밸브를 제공하는 것이다.

도 1 은 용량가변형 사판식 압축기의 단면도이다.

도 2 는 제어밸브의 단면도이다.

도 3 은 비교예의 제어밸브의 단면도이다.

도 4 는 종래 공보의 제어밸브의 단면도이다.

(부호의 설명)

5 : 제어실로서의 크랭크실

21 : 흡입압력 영역으로서의 흡입실

22 : 토출압력 영역으로서의 토출실

27 : 추기통로

28 : 급기통로

40 : 솔레노이드 로드

41 : 감압(感壓) 로드

43 : 밸브체로서의 밸브체부

45 : 밸브 하우징

46 : 밸브실

48 : 감압실(感壓室)

54 : 감압부재

55 : 제 1 압력실

56 : 제 2 압력실

60 : 전자 액튜에이터로서의 솔레노이드부

62 : 고정철심

63 : 솔레노이드실

64 : 가동철심

P1 : 제 1 압력감시점

P2 : 제 2 압력감시점

PdH : 제 1 압력감시점의 압력

PdL : 제 2 압력감시점의 압력

Pc : 크랭크압

CV : 제어밸브

상기 목적을 달성하기 위해 청구항 제 1 항의 발명은, 냉매순환회로를 구성하여, 제어실의 압력 조절에 의해 토출용량을 변경할 수 있는 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브로서, 상기 제어실과 냉매순환회로의 토출압력 영역을 접속하는 급기통로 또는 제어실과 냉매순환회로의 흡입압력 영역을 접속하는 추기통로의 일부를 구성하기 위해 밸브 하우징 내에 구획된 밸브실과, 상기 밸브실 내에 변위가 가능하게 수용되고, 동 밸브실 내에서의 위치에 따라 상기 급기통로 또는 추기통로의 개방도를 조절할 수 있는 밸브체와, 상기 밸브 하우징 내에 구획된 감압실과, 상기 감압실 내에 배치되어 동 감압실을 제 1 압력실과 제 2 압력실로 구획하는 감압부재와, 상기 냉매순환회로에 설정된 두개의 압력감시점 중 고압측의 제 1 압력감시점의 압력은 제 1 압력실에 도입됨과 동시에, 저압측의 제 2 압력감시점의 압력은 제 2 압력실에 도입되는 것과, 상기 밸브실과 감압실의 사이에서 밸브 하우징에 슬라이딩이 가능하도록 지지되고, 일단이 감압부재에 작동 연결됨과 동시에 타단이 밸브체에 맞닿은 감압 로드와, 상기 제 1 압력실과 제 2 압력실의 압력차의 변동에 기초한 감압부재의 변위는 동 압력차의 변동을 상쇄하는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 감압 로드를 통하여 밸브체의 위치결정에 반영되는 것과, 상기 밸브 하우징 내에 밸브실과 인접하여 구획된 솔레노이드실과, 상기 솔레노이드실 내에 변위가 가능하게 수용된 가동철심과, 상기 밸브실과 솔레노이드실의 사이에서 양 실간의 격벽처럼 배치된 고정철심과, 상기 고정철심에 슬라이딩이 가능하도록 삽입통과하여 지지됨과 동시에, 밸브실 내에서 밸브체를 고정지지하고, 또 솔레노이드실 내에 있어서 가동철심이 고정된 솔레노이드 로드와, 상기 솔레노이드 로드에 부여하는 전자탄성력을 외부로부터의 급전제어에 의해 변경할 수 있음에 따라, 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정 동작의 기준이 되는 설정차압을 변경할 수 있는, 상기 가동철심 및 고정철심을 포함하는 전자(電磁) 액튜에이터를 갖춘 것을 특징으로 하는 제어밸브이다.

이 구성에서는, 전자 액튜에이터를 외부로부터 급전제어함으로써 설정 차압을 변경할 수 있게 되어 있고, 동 전자 액튜에이터를 갖추고 있지 않은 바꿔말하면 단일 설정차압밖에 가질 수 없는 종래 공보의 제어밸브와 비교하여 세밀한 공조 제어 요구에 대응할 수 있다.

또, 상기 제어밸브에서는 밸브체와 감압 로드가 별체로 되어 있어, 양자는 밸브 하우징의 축선방향 (밸브체의 밸브개방도 조절방향) 으로는 일체로 이동되지만 동 축선과 교차방향으로는 상대이동 (어긋남이동) 이 가능하게 되어 있다. 따라서, 가동철심과 고정철심간의 전자흡인력의 편작용에 기초하는 횡력이 밸브체를 통하여 감압 로드에 작용되지 않아, 동 감압 로드의 슬라이딩 저항을 경감시켜, 제어밸브의 개방도 조절 특성에서 히스테리시스(hysteresis)한 경향의 발현을 억제할 수 있다.

청구항 제 2 항의 발명은 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 가동철심의 변위는 솔레노이드 로드를 통하여 고정철심에 의해서만 안내되는 구성인 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 밸브체, 솔레노이드 로드 및 가동철심으로 이루어지는 일체물의 밸브 하우징 내에서의 지지 장소가 동 솔레노이드 로드를 통한 고정철심 한곳으로만 되어 있다. 따라서, 고정철심에 의한 솔레노이드 로드의 지지를 고정밀도로 설정할 수 있게 되어, 고정밀도로 가동철심을 고정철심에 대하여 축선일치로 배치시킬 수 있다. 그 결과, 양 철심간의 전자흡인력의 편작용을 방지할 수 있어, 동 편작용에 기초하는 횡력이 솔레노이드 로드에 작용하는 것을 경감시킬 수 있고, 제어밸브의 밸브개방도 조절 특성에 있어서 히스테리시스한 경향의 발현을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명을 차량용 공조장치가 구비하는 용량가변형 사판식 압축기의 제어밸브에 있어서 구체화한 일 실시형태에 대해서 설명한다.

(용량가변형 사판식 압축기)

도 1 에 나타낸 바와 같이 용량가변형 사판식 압축기 (이하 간단하게 압축기라고 한다) 는 실린더블록 (1) 과, 그 전단에 접합고정된 프론트 하우징 (2) 과, 실린더블록 (1) 의 후단에 밸브형성체 (3) 를 통하여 접합고정된 리어 하우징 (4) 을 갖추고 있다.

상기 실린더블록 (1) 과 프론트 하우징 (2) 으로 둘러싸인 영역에는 제어실로서의 크랭크실 (5) 이 구획되어 있다. 동 크랭크실 (5) 내에는 구동축 (6) 이 회전이 가능하도록 배치되어 있다. 동 구동축 (6) 은 외부구동원으로서의 차량의 주행구동원인 엔진 (E) 에 연결되고, 동 엔진 (E) 에 의해 회전 구동된다.

상기 크랭크실 (5) 에 있어서 구동축 (6) 상에는 러그 플레이트 (11) 가 일체로 회전가능하게 고정되어 있다. 크랭크실 (5) 내에는 캠 플레이트로서의 사판 (12) 이 수용되어 있다. 사판 (12) 은 구동축 (6) 에 슬라이드 이동이 가능하면서 경사이동(傾動)이 가능하도록 지지되어 있다. 힌지기구 (13) 는 러그 플레이트 (11) 와 사판 (12) 의 사이에 존재한다. 따라서, 사판 (12) 은 힌지기구 (13) 를 통한 러그 플레이트 (11) 와의 사이에서의 힌지연결, 및 구동축 (6) 의 지지에 의해 러그 플레이트 (11) 및 구동축 (6) 과 동기회전이 가능함과 동시에, 구동축 (6) 의 축선방향으로의 슬라이드 이동을 동반하면서 구동축 (6) 에 대하여 경사이동이 가능하도록 되어 있다.

복수 (도면에는 하나만 나타낸다) 의 실린더보어 (1a) 는, 상기 실린더블록 (1) 에 있어서 구동축 (6) 을 둘러싸도록 하여 관통 형성되어 있다. 편두형의 피스톤 (20) 은 각 실린더보어 (1a) 에 왕복운동이 가능하도록 수용되어 있다. 실린더보어 (1a) 의 전후 개구는 밸브형성체 (3) 및 피스톤 (20) 에 의해 폐색되어 있으며, 이 실린더보어 (1a) 내에는 피스톤 (20) 의 왕복운동에 따라 체적이 변화하는 압축실이 구획되어 있다. 각 피스톤 (20) 은 슈 (shoe: 19) 를 통하여 사판 (12) 의 외주부에 걸림고정되어 있다. 따라서, 구동축 (6) 의 회전에 수반되는 사판(12) 의 회전운동이 슈 (19) 를 통하여 피스톤 (20) 의 왕복직선 운동으로 변환된다.

상기 밸브형성체 (3)와 리어 하우징 (4) 의 사이에는 흡입실 (21) 및 토출실 (22) 이 각각 구획 형성되어 있다. 그리고, 흡입실 (21) 의 냉매가스는 각 피스톤 (20) 의 상사점 위치에서 하사점측으로의 이동에 의해, 밸브형성체 (3) 에 형성된 흡입포트 (23) 및 흡입밸브 (24) 를 통하여 실린더보어 (1a) 에 흡입된다.실린더보어 (1a) 에 흡입된 냉매가스는 피스톤 (20) 의 하사점 위치에서 상사점측으로의 이동에 의해 소정 압력까지 압축되고, 밸브형성체 (3) 에 형성된 토출포트 (25) 및 토출밸브 (26) 를 통하여 토출실 (22) 로 토출된다.

(크랭크압 제어기구)

도 1 에 나타낸 바와 같이, 상기 사판 (12) 의 경사각도 제어에 관여하는, 크랭크실 (5) 의 압력 (크랭크압 (Pc)) 을 제어하기 위한 크랭크압 제어기구는, 도 1 에 나타내는 압축기 하우징 내에 형성된 추기통로 (27) 및 급기통로 (28) 그리고 제어밸브 (CV) 에 의해 구성되어 있다. 추기통로 (27) 는 크랭크실 (5) 과 흡입압력 (Ps) 영역인 흡입실 (21) 을 접속한다. 급기통로 (28) 는 토출압력 (Pd) 영역인 토출실 (22) 과 크랭크실 (5) 을 접속하고, 그 도중에 제어밸브 (CV) 가 배치되어 있다.

그리고, 상기 제어밸브 (CV) 의 개방도를 조절함으로써, 급기통로 (28) 를 통한 크랭크실 (5) 로의 고압의 토출가스의 도입량과 추기통로 (27) 를 통한 크랭크실 (5) 로부터의 가스 토출량과의 밸런스가 제어되어 크랭크압 (Pc) 이 결정된다. 크랭크압 (Pc) 의 변경에 따라 피스톤 (20) 을 통한 크랭크압 (Pc) 과 실린더보어 (1a: 압축실) 의 내압의 차가 변경되고, 사판 (12) 의 경사각도가 변경된 결과, 피스톤 (20) 의 스트로크 즉 토출용량이 조절된다.

(냉매순환회로)

도 1 에 나타낸 바와 같이, 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동싸이클) 는 상술한 압축기와 외부냉매회로 (30) 로 구성되어 있다. 외부냉매회로 (30)는 예를 들면 응축기 (31), 감압장치로서의 팽창밸브 (32) 및 증발기 (33) 를 갖추고 있다. 동 외부냉매회로 (30) 의 하류역에는 증발기 (33) 의 출구와 압축기의 흡입실 (21) 을 연결하는 냉매의 유통관 (35) 이 형성되어 있다. 외부냉매회로 (30) 의 상류역에는 압축기의 토출실 (22) 과 응축기 (31) 의 입구를 연결하는 냉매의 유통관 (36) 이 형성되어 있다.

상기 냉매순환회로를 흐르는 냉매의 유량이 많아질수록, 회로 또는 배관의 단위길이당 압력손실도 커진다. 즉, 냉매순환회로를 따라 설정된 두개의 압력감시점 (P1, P2) 사이의 압력손실 (차압) 은 동 회로에서의 냉매유량과 플러스의 상관을 나타낸다. 따라서, 두개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 차압 (이하 두점간 차압 (?Pd) 라고 한다) 을 파악하는 것은, 냉매순환회로에서의 냉매유량을 간접적으로 검출하는 것에 틀림없다.

도 2 에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에서는 유통관 (36) 의 최상류역에 해당하는 토출실 (22) 내에 상류측의 제 1 압력감시점 (P1) 을 정함과 동시에, 거기서부터 소정거리만큼 떨어진 유통관 (36) 의 도중에 하류측의 제 2 압력감시점 (P2) 을 정하고 있다. 그리고, 제 1 압력감시점 (P1) 에서의 냉매가스의 감시압력 (PdH) 을 제 1 검압통로 (37) 를 통하여, 또 제 2 압력감시점 (P2) 에서의 냉매가스의 감시압력 (PdL) 을 제 2 검압통로 (38) 를 통하여 각각 제어밸브 (CV) 에 도입하고 있다.

(제어밸브)

도 2 에 나타낸 바와 같이 상기 제어밸브 (CV) 는 그 상반부를 차지하는 도입측 밸브부와 하반부를 차지하는 솔레노이드부 (60) 를 갖추고 있다. 도입측 밸브부는 토출실 (22) 과 크랭크실 (5) 을 접속하는 급기통로 (28) 의 개방도 (스로틀량) 를 조절한다. 솔레노이드부 (60) 는 제어밸브 (CV) 내에 배치된 솔레노이드 로드 (40) 를 외부로부터의 통전제어에 기초하여 탄성제어하기 위한 일종의 전자 액튜에이터이다. 솔레노이드 로드 (40) 는 그 선단부에 밸브체부 (43) 를 갖추고 있는 막대기형 부재이다.

상기 제어밸브 (CV) 의 밸브 하우징 (45) 은, 마개(栓)체 (45a) 와, 도입측 밸브부의 주된 외껍데기를 구성하는 상반부 본체 (45b) 와, 솔레노이드부 (60) 의 주된 외껍데기를 구성하는 하반부 본체 (45c) 로 구성되어 있다. 밸브 하우징 (45) 의 상반부 본체 (45b) 내에는 밸브실 (46) 및 연통로 (47) 가 구획되고, 동 상반부 본체 (45b) 와 그 상부에 압입된 마개체 (45a) 의 사이에는 감압실 (48) 이 구획되어 있다.

상기 밸브실 (46) 내에는 솔레노이드 로드 (40) 가 밸브 하우징 (45) 의 축선방향 (도면에서는 수직방향) 으로 이동이 가능하게 배치되어 있다. 밸브실 (46) 및 연통로 (47) 는 솔레노이드 로드 (40) 의 배치에 따라 연통이 가능해진다. 연통로 (47) 내에는 솔레노이드 로드 (40) 와 별체인 감압 로드 (41) 가 밸브 하우징 (45) 의 축선방향으로 이동이 가능하게 삽입되어 있다. 동 감압 로드 (41) 는 연통로 (47) 의 감압실 (48) 측을 구성하는 소경부 (47a) 에 끼워맞춰져 있으며, 동 연통로 (47) 와 감압실 (48) 은 감압 로드 (41) 에 의해 차단되어 있다.

상기 밸브실 (46) 의 저벽은 후기하는 고정철심 (62) 의 상단면에 의해 제공되어 있다. 밸브실 (46) 을 둘러싸는 밸브 하우징 (45) 의 둘레벽에는 반경방향으로 연장되는 포트 (51) 가 형성되고, 이 포트 (51) 는 급기통로 (28) 의 상류부를 통하여 밸브실 (46) 을 토출실 (22) 에 연통시킨다. 연통로 (47) 를 둘러싸는 밸브 하우징 (45) 의 둘레벽에도 반경방향으로 연장되는 포트 (52) 가 형성되고, 이 포트 (52) 는 급기통로 (28) 의 하류부를 통하여 연통로 (47) 를 크랭크실 (5) 에 연통시킨다. 따라서, 포트 (51), 밸브실 (46), 연통로 (47) 및 포트 (52) 는 제어밸브내 통로로서 토출실 (22) 과 크랭크실 (5) 을 연통시키는 급기통로 (28) 의 일부를 구성한다.

상기 밸브실 (46) 내에는 솔레노이드 로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 배치되어 있다. 밸브실 (46) 과 연통로 (47) 의 경계에 위치하는 단차는 밸브좌 (53) 를 이루고 있으며, 연통로 (47) 는 일종의 밸브구멍을 이루고 있다. 그리고, 솔레노이드 로드 (40) 가 도 2 의 위치 (최하동(最下動) 위치) 로부터 밸브체부 (43) 가 밸브좌 (53) 에 착좌하는 최상동(最上動) 위치로 상동하면, 연통로 (47) 가 차단된다. 즉 솔레노이드 로드 (40) 의 밸브체부 (43) 는 급기통로 (28) 의 개방도를 임의로 조절할 수 있는 밸브체로서 기능한다.

상기 감압실 (48) 내에는 벨로스(bellows)로 이루어지는 감압부재 (54) 가 수용 배치되어 있다. 동 감압부재 (54) 의 상단부는 밸브 하우징 (45) 의 마개체 (45a) 에 고정되어 있다. 따라서, 감압실 (48) 내에는 바닥이 있는 원통형상을 이루는 감압부재 (54) 에 의해 동 감압부재 (54) 의 내공간인 제 1 압력실 (55) 과 동 감압부재 (5) 의 외공간인 제 2 압력실 (56) 로 구획되어 있다.

상기 감압부재 (54) 의 외저면에는 로드받이 (54a) 가 오목하게 형성되어 있으며, 동 로드받이 (54a) 에는 감압 로드 (41) 의 상단이 삽입되어 있다. 감압부재 (54) 는 압축탄성 변형된 상태로 장착되어 있으며, 이 탄성변형에 기초하는 하향의 탄성력에 의해 로드받이 (54a) 를 통하여 감압 로드 (41) 에 대해 눌려져 있다. 따라서, 감압 로드 (41) 의 하단면은 감압부재 (54) 로부터의 하향 탄성력에 의해 솔레노이드 로드 (40) 의 밸브체부 (43) 의 상단면에 맞닿아 눌려진 상태로 되어 있으며, 동 감압 로드 (41) 는 솔레노이드 로드 (40) 와 일체로 되어 상하운동한다.

상기 제 1 압력실 (55) 은 마개체 (45a) 에 형성된 P1 포트 (57), 제 1 검압통로 (37) 를 통하여 제 1 압력감시점 (P1) 인 토출실 (22) 과 연통되어 있다. 또, 제 2 압력실 (56) 은 밸브 하우징 (45) 의 상반부 본체 (45b) 에 형성된 P2 포트 (58) 및 제 2 검압통로 (38) 를 통하여 제 2 압력감시점 (P2) 과 연통되어 있다. 요컨대, 제 1 압력실 (55) 에는 제 1 압력감시점 (P1) 의 감시압력 (PdH) 이 유도되고, 제 2 압력실 (56) 에는 제 2 압력감시점 (P2) 의 감시압력 (PdL) 이 유도되고 있다.

상기 밸브 하우징 (45) 의 하반부 본체 (45c) 내에는 바닥이 있는 원통형상의 수용통 (61) 이 삽입 고정되어 있다. 수용통 (61) 의 상부에는 고정철심 (62) 이 끼워맞춰지고, 이 끼워맞춤에 의해 수용통 (61) 내에는 솔레노이드실 (63) 이 구획되어 있다. 솔레노이드실 (63) 내에는 가동철심 (64) 이 밸브 하우징 (45) 의 축선방향으로 이동이 가능하도록 수용되어 있다. 동 가동철심 (64) 은솔레노이드실 (63: 수용통 (61)) 의 내주면 (63a) 의 직경보다도 외경이 작은 원기둥형상을 이루고 있다. 따라서 동 가동철심 (64) 을 고정철심 (62) 과 동 축상에서 변위시키기 위해서는 동 솔레노이드실 (63) 의 내주면 (63a) 이외의 안내지지수단이 필요하다.

상기 고정철심 (62) 의 중심에는 밸브 하우징 (45) 의 축선방향으로 연장되는 가이드구멍 (65) 이 형성되고, 이 가이드구멍 (65) 내에는 솔레노이드 로드 (40) 가 축선방향으로 이동가능하게 삽입 배치되어 있다. 솔레노이드 로드 (40) 의 하단은 솔레노이드실 (63) 내에서 가동철심 (64) 에 끼워맞춰져 고정되어 있다. 따라서, 가동철심 (64) 은 솔레노이드 로드 (40) 를 통하여 가이드구멍 (65: 고정철심 (62)) 에 의해 지지되고, 동 솔레노이드 로드 (40) 와 항상 일체가 되어 상하운동한다. 즉, 솔레노이드 로드 (40) 및 가이드구멍 (65: 고정철심 (62)) 이 상술한 가동철심 (64) 을 고정철심 (62: 가이드구멍 (65)) 과 동축 상에서 변위시키기 위한 「솔레노이드실 (63) 의 내주면 (63a) 이외의 안내지지수단」으로 되어 있다.

상기 고정철심 (62) 에 있어서 가동철심 (64) 과의 대향면의 바깥둘레 가장자리부에는 가이드구멍 (65) 의 개구를 중심으로 한, 즉 밸브 하우징 (45) 의 축선을 중심으로 한 고리형으로, 앞이 날카로운 볼록형부 (62a) 가 형성되어 있다. 가동철심 (64) 에서 고정철심 (62) 과의 대향면의 바깥둘레 가장자리부 (64a) 는 고정철심 (62) 측의 볼록형부 (62a) 를 내측으로 피하면서 동 볼록형부 (62a) 의 내측면의 경사를 따르도록 하여 모따기가 이루어지고 있다.

이렇게 구성함으로써 고정철심 (62) 과 가동철심 (64) 간의 거리변화에 대하여 양 철심 (62, 64) 사이에 발생하는 전자흡인력 (후술) 을 리니어로 변화시킬 수 있게 된다.

상기 고정철심 (62) 에는 밸브실 (46) 과 솔레노이드실 (63) 을 연통하는 압력도입통로 (68) 가 형성되어 있다. 따라서, 솔레노이드실 (63) 에는 밸브실 (46) 의 압력 (Pd) 이 도입되어 있다. 솔레노이드실 (63) 내에서 가동철심 (64) 의 이동방향 전후의 공간은 동 솔레노이드실 (63) 의 내주면 (63a) 과 가동철심 (64) 과의 직경차에 기초하는 클리어런스를 통하여 토출압 (Pd) 으로 균압되어 있다. 또, 상세하게 서술하지는 않지만, 토출압 (Pd) 을 솔레노이드실 (63) 에 도입함으로써 솔레노이드 로드 (40) 의 위치결정 특성 즉 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도 조절 특성에 좋은 영향을 부여하는 것을 알 수 있다.

상기 솔레노이드실 (63) 에서 고정철심 (62) 과 가동철심 (62) 의 사이에는 코일스프링으로 이루어지는 밸브체 탄성지지스프링 (66) 이 수용되어 있다. 이 밸브체 탄성지지스프링 (66) 은 가동철심 (64) 을 고정철심 (62) 로부터 이간시키는 방향으로 작용하여 솔레노이드 로드 (40: 밸브체부 (43)) 를 도면 하측을 향하여 탄성지지한다.

상기 고정철심 (62) 및 가동철심 (64) 의 주위에는 이들 철심 (62, 64) 을 걸쳐지르는 범위로 코일 (67) 이 감겨져 있다. 이 코일 (67) 에는 외부정보 검지수단 (72) 으로부터의 외부정보 (에어컨 스위치의 온·오프 정보, 차실온도정보 및 설정 온도정보 등) 에 따른 제어컴퓨터 (70) 의 지령에 기초하여 구동회로 (71)로부터 구동신호가 공급된다. 동 코일 (67) 은 그 전력공급량에 따른 크기의 전자흡인력 (전자탄성력) 을 가동철심 (64) 과 고정철심 (62) 의 사이에 발생시킨다. 동 코일 (67) 에 대한 통전제어는 인가전압을 조정함으로써 이루어지고, 동 인가전압의 조정에는 PWM (펄스폭 변조) 제어가 채용되어 있다.

(제어밸브의 동작특성)

상기 제어밸브 (CV) 에서는 다음과 같이 하여 솔레노이드 로드 (40) 의 배치위치 즉 밸브개방도가 정해진다.

우선 도 2 에 나타낸 바와 같이, 코일 (67) 로의 통전이 없는 경우에는 (듀티비 = 0 %), 솔레노이드 로드 (40) 의 배치에는 감압 로드 (41) 를 통하여 작용하는 감압부재 (54) 자체가 갖는 스프링성 (이하 벨로스 스프링 (54) 이라고 한다) 에 의한 하향 탄성력, 및 밸브체 탄성지지스프링 (66) 의 하향 탄성력의 작용이 지배적이 된다. 따라서, 솔레노이드 로드 (40) 는 최하동 위치에 배치되고, 밸브체부 (43) 는 연통로 (47) 를 전부 개방으로 한다. 따라서, 크랭크압 (Pc) 은 그 때 놓여진 상황하에서 취할 수 있는 최대치가 되고, 동 크랭크압 (Pc) 과 실린더보어 (1a) 의 내압과의 피스톤 (20) 을 통한 차는 크고, 사판 (12) 은 경사각도를 최소로 하여 압축기의 토출용량은 최소가 되어 있다.

다음으로, 상기 제어밸브 (CV) 에 있어서, 코일 (67) 에 대하여 듀티비 가변범위의 최소 듀티비 (>0 %) 의 통전이 이루어지면 상향의 전자탄성력이 벨로스 스프링 (54) 및 밸브체 탄성지지스프링 (66) 에 의한 하향 탄성력을 능가하여 솔레노이드 로드 (40) 가 상동을 개시한다. 이 상태에서는 밸브체 탄성지지스프링(66) 의 하향 탄성력에 의해 세력이 감소된 상향의 전자탄성력이 벨로스 스프링 (54) 의 하향 탄성력에 의해 가세된 두점간 차압 (Pd (= PdH - PdL) 에 기초하는 하향 압압력에 대항한다. 그리고, 이들 상하 탄성력이 균형을 이루는 위치에 솔레노이드 로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 밸브좌 (53) 에 대하여 위치결정된다.

예를 들면 엔진 (E) 의 회전속도가 감소하고 냉매순환회로의 냉매유량이 감소되면, 하향의 두점간 차압 (?Pd) 에 기초하는 힘이 감소하여 솔레노이드 로드 (40: 밸브체부 (43)) 가 상동하고 연통로 (47) 의 개방도가 감소된다. 따라서, 크랭크압 (Pc) 이 저하되고, 사판 (12) 이 경사각도 증대방향으로 경사이동하며 압축기의 토출용량은 증대된다. 압축기의 토출용량이 증대하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 증대하여, 두점간 차압 (?Pd) 은 증가한다.

반대로, 엔진 (E) 의 회전속도가 증대하여 냉매순환회로의 냉매유량이 증대되면, 하향의 두점간 차압 (?Pd) 에 기초하는 힘이 증대하여 솔레노이드 로드 (40) 가 하동하고 연통로 (47) 의 개방도가 증가된다. 따라서, 크랭크압 (Pc) 이 증대되고, 사판 (12) 이 경사각도 감소방향으로 경사이동하며 압축기의 토출용량은 감소된다. 압축기의 토출용량이 감소하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 감소하여, 두점간 차압 (?Pd) 은 감소한다.

또, 예를 들면 코일 (67) 에 대한 통전 듀티비를 크게 하고 상향의 전자탄성력을 크게 하면, 솔레노이드 로드 (40) 가 상동하여 연통로 (47) 의 개방도가 감소하고, 압축기의 토출용량이 증대된다. 따라서, 냉매순환회로에서의 냉매유량이 증대하여 두점간 차압 (?Pd) 도 증대한다.

반대로 코일 (67) 에 대한 통전 듀티비를 작게 하고 전자탄성력을 작게 하면, 솔레노이드 로드 (40) 가 하동하여 연통로 (47) 의 개방도가 증가하고, 압축기의 토출용량이 감소된다. 따라서, 냉매순환회로에서의 냉매유량이 감소하여 두점간 차압 (?Pd) 도 감소한다.

이상과 같이 상기 제어밸브 (CV) 는 코일 (67) 에 대한 통전 듀티비에 의해 결정된 두점간 차압 (?Pd) 의 제어 목표 (설정차압) 를 유지하도록 이 두점간 차압 (?Pd) 의 변동에 따라 내부 자율적으로 솔레노이드 로드 (40) 를 위치결정하는 구성으로 되어 있다. 또, 이 설정차압은 코일 (67) 에 대한 통전 듀티비를 조절함으로써 외부로부터 변경할 수 있게 되어 있다.

본 실시형태에서는 다음과 같은 효과를 나타낸다.

(1) 제어밸브 (CV: 코일(67)) 를 통전제어하는 듀티비를 변경함으로써, 동 밸브 (CV) 의 밸브개방도 조절 동작의 기준이 되는 설정차압을 외부로부터 변경할 수 있다. 따라서, 전자 액튜에이터 (솔레노이드부 (60)) 를 갖추지 않은 바꿔말하면 단일한 설정차압밖에 가질 수 없는 종래 공보의 제어밸브와 비교하여 세밀한 공조 제어 요구에 대응할 수 있다.

(2) 도 3 은 본 실시형태의 제어밸브 (CV) 를 창출하는 과정에 있어서 발생된 비교예의 제어밸브 (CVH) 를 나타낸다. 동 제어밸브 (CVH) 와 본 실시형태의 제어밸브 (CV) 의 상이점은 감압 로드 (41) 가 솔레노이드 로드 (40) 에 일체화(고정)되어 있는 것과, 가이드구멍 (65) 과 솔레노이드 로드 (40) 간에 직경차를 설정하여 양자 (40, 65) 간의 클리어런스를 압력도입통로 (68) 로서 이용하는것과, 솔레노이드실 (63) 의 내주면 (63a) 의 직경과 가동철심 (64) 의 외경이 대략 동일하게 되어, 동 가동철심 (64) 이 솔레노이드실 (63) 의 내주면 (63a) 에 의해 슬라이딩이 가능하도록 지지되어 있는 것이다. 즉, 감압 로드 (41), 솔레노이드 로드 (40) 및 가동철심 (64) 으로 이루어지는 일체물은 감압 로드 (41) 와 연통로 (47) 의 사이 및 가동철심 (64) 과 솔레노이드실 (63) 의 내주면 (63a) 의 사이에 두곳에 있어서 밸브 하우징 (45) 에 의해 슬라이딩이 가능하도록 지지되어 있다.

이렇게 복수의 부재 (40, 41, 64) 로 이루어지는 일체물을 밸브 하우징 (45) 내의 두곳에서 지지하는 경우, 각각의 지지장소에서 지지 정밀도를 향상시키고자 하면 바꿔 말해 덜컥거림을 없애고자 하면 각 부재 (40, 41, 64) 간의 가공·장착정밀도 오차의 겹침을 다른 쪽의 지지장소에 있어서 흡수할 수 없게 되어, 동 일체물의 밸브 하우징 (45) 에 대한 장착이 어려워지게 된다.

따라서, 각 지지장소의 지지정밀도를 떨어뜨릴수 밖에 없어, 상기 일체물에는 밸브 하우징 (45) 의 축선과 교차방향의 덜컥거림이 발생되고 만다. 이 때문에, 고정철심 (62) 의 축선과 가동철심 (64) 의 축선이 크게 어긋나고, 이 어긋남측에 있어서 양 철심 (62, 64) 간의 간극이 한쪽으로 치우쳐 좁아지고, 또 이 간극을 좁히는 방향으로 전자흡인력이 편작용하여 가동철심 (64) 이 축선과 교차방향으로 이동하고자 한다. 그 결과, 상기 일체물에 축선과 교차방향의 횡력이 작용되고, 동 일체물의 각 지지장소에서의 슬라이딩 저항이 증대하고, 제어밸브 (CVH) 의 밸브개방도 조절 특성에서 히스테리시스한 경향의 발현이 현저하게 되는 문제가발생한다.

그러나, 본 실시형태의 제어밸브 (CV: 도 2) 에서는, 솔레노이드 로드 (40: 밸브체부 (43)) 와 감압 로드 (41) 가 별체로 되어 있어, 양자 (40, 41) 는 밸브 하우징 (45) 의 축선방향으로는 일체로 이동되지만, 동 축선과 교차방향으로는 상대이동 (어긋남이동) 이 가능하도록 되어 있다. 따라서, 가동철심 (64) 과 고정철심 (62) 간의 전자흡인력의 편작용에 기초하는 횡력이 솔레노이드 로드 (40) 를 통하여 감압 로드 (41) 에 작용되지 않고, 동 감압 로드 (41) 의 슬라이딩 저항을 경감시켜 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도 조절 특성에서 히스테리시스한 경향의 발현을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태의 제어밸브 (CV) 에서는, 가동철심 (64) 의 변위는 솔레노이드실 (63) 의 내주면(63a) 이 아니라, 솔레노이드 로드 (40) 를 통하여 가이드구멍 (65: 고정철심 (62)) 에 의해 안내된다. 즉, 솔레노이드 로드 (40) 및 가동철심 (64) 으로 이루어지는 일체물의 밸브 하우징 (45) 내에서의 지지장소는 동 솔레노이드 로드 (40) 를 통한 가이드구멍 (65 : 고정철심 (62)) 한곳 뿐이다. 따라서, 가이드구멍 (65) 과 솔레노이드 로드 (40) 를 고정밀도로 가공하여도 상기 일체물의 밸브 하우징 (45) 에 대한 장착이 어렵지 않고, 고정밀도로 가동철심 (64) 을 고정철심 (62) 에 대하여 축선 일치로 배치시킬 수 있다. 그 결과, 양 철심 (62, 64) 간의 전자흡인력의 편작용을 방지할 수 있어, 동 편작용에 기초하는 횡력이 솔레노이드 로드 (40) 에 작용하는 것을 경감시킬 수 있고, 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도 조절 특성에 있어서 히스테리시스한 경향의 발현을 더욱 효과적으로억제할 수 있다.

또, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 범위에서 다음의 양태로도 실시할 수 있다.

·도 1 에서 「별예(別例)」로 나타내는 바와 같이, 제 1 압력감시점 (P1) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡인압력 영역 (도면에서는 유통관 (35) 의 도중) 에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 동일 흡입압력 영역에서 제 1 압력감시점 (P1) 의 하류측 (도면에서는 흡입실 (21)) 에 설정하는 것.

·제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자간의 토출압력 영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡입압력 영역에 설정하는 것.

·제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자간의 토출압력 영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 크랭크실 (5) 에 설정하는 것. 또는 감압실 (48) 에서 감압부재 (54) 의 내(內)공간을 제 2 압력실 (56) 로 하고, 감압부재 (54) 의 외(外)공간을 제 1 압력실 (55) 로 한다. 그리고, 제 1 압력감시점 (P1) 을 크랭크실 (5) 에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡입압력 영역에 설정하는 것.

요컨대, 압력감시점 (P1, P2) 은 상기 실시형태와 같이 냉매순환회로의 주회로인 냉동사이클 (외부냉매회로 (30: 증발기 33) →흡입실 (21) →실린더보어 (1a)→토출실 (22) →외부냉매회로 (30: 응축기 (31)) 로 설정하는 것, 바꿔말하면 냉동사이클의 고압영역 또는 저압영역에 설정하는 것으로 한정하는 것이 아니라, 냉매순환회로의 부회로로서 위치지어지는, 용량제어용 냉매회로 (급기통로 (28) → 크랭크실 (5) → 추기통로 (27)) 를 구성하는, 중간압 영역으로서의 크랭크실 (5) 에 설정해도 된다.

·상기 실시형태의 제어밸브 (CV) 를 변경하여, 급기통로 (28) 의 하류부를 통하여 밸브실 (46) 을 크랭크실 (5) 에 연통시킴과 동시에 급기통로 (28) 의 상류부를 통하여 연통로 (47) 를 토출실 (22) 에 연통시키는 것. 이렇게 하면, 인접하는 제 2 압력실 (56) 과 연통로 (47) 사이의 압력차를 작게 할 수 있고, 나아가 양자 (47, 56) 간에서의 압력누출을 억제할 수 있어, 고정밀도의 토출용량 제어를 수행할 수 있다.

·제어밸브 (CV) 를 급기통로 (28) 가 아니라 추기통로 (27) 의 개방도 조절에 의해 크랭크압 (Pc) 을 조절하는, 소위 발(拔:빼냄)측 제어밸브로 해도 된다.

·워블 타입의 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브로 구체화하는 것.

·상기 실시형태에서, 사판 (12) 에 유체압 액튜에이터를 작동 연결한다. 동 유체압 액튜에이터의 작동압력실에 추기통로 (27) 의 고압측 및 급기통로 (28) 의 저압측을 각각 접속한다. 그리고, 동 작동압력실의 압력을, 예를 들면 상기 실시형태와 동일하게 제어밸브 (CV) 에 의해 조절함으로써 사판 (12) 의 경사각도를 변경할 수 있게 하는 것. 즉, 동 유체압 액튜에이터의 작동압력실을 제어실로 파악하는 것.

상기 실시형태를 통해 파악할 수 있는 기술적 사상에 대해서 기재한다.

(1) 상기 용량가변형 압축기는 피스톤식으로, 캠 플레이트를 수용하는 크랭크실이 제어실로 되어 있는 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 제어밸브.

(2) 상기 두개의 압력감시점은, 각각 토출압력 영역에 설정되어 있는 청구항 제 1 항 또는 제 2 항 혹은 상기 (1) 에 기재된 제어밸브.

(3) 상기 밸브실은 급기통로의 일부를 구성하고, 동 밸브실은 밸브체에 의해 개방도가 조절되는 밸브구멍을 통하여 토출압력 영역에 접속되어 있는 상기 (2) 에 기재된 제어밸브.

(4) 상기 고정철심 및 가동철심 중 하나의 철심에 있어서 다른 쪽 철심과의 대향면에는 솔레노이드 로드를 중심으로 한 고리형으로 앞이 날카로운 볼록형부가 형성되어 있고, 다른 쪽 철심에 있어서 한쪽 철심과 대향면은 볼록형부를 내측으로 피하면서 동 볼록형부의 경사에 따른 형상을 이루고 있는 청구항 제 1 항 또는 제 2 항 혹은 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 제어밸브. 이 구성에서는, 고정철심과 가동철심의 축선 어긋남에 기인한 전자흡인력의 편작용에 기초하는 횡력의 발생이 특히 문제가 되기 때문에, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항 혹은 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 발명의 효과를 나타내기에 특히 유효하다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 세밀한 공조 제어 요구에 대응하는 것이 가능해진다.

Claims

냉매순환회로를 구성하여, 제어실의 압력 조절에 의해 토출용량을 변경할 수 있는 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브로서,

상기 제어실과 냉매순환회로의 토출압력 영역을 접속하는 급기통로 또는 제어실과 냉매순환회로의 흡입압력 영역을 접속하는 추기통로의 일부를 구성하기 위해 밸브 하우징 내에 구획된 밸브실과,

상기 밸브실 내에 변위가 가능하게 수용되고, 동 밸브실 내에서의 위치에 따라 상기 급기통로 또는 추기통로의 개방도를 조절할 수 있는 밸브체와.

상기 밸브 하우징 내에 구획된 감(感)압실과,

상기 감압실 내에 배치되어 동 감압실을 제 1 압력실과 제 2 압력실로 구획하는 감압부재와,

상기 냉매순환회로에 설정된 두개의 압력감시점 중, 고압측의 제 1 압력감시점의 압력은 제 1 압력실에 도입됨과 동시에, 저압측의 제 2 압력감시점의 압력은 제 2 압력실에 도입되는 것과,

상기 밸브실과 감압실의 사이에서 밸브 하우징에 슬라이딩이 가능하도록 지지되고, 일단이 감압부재에 작동 연결됨과 동시에 타단이 밸브체에 맞닿은 감압 로드와,

상기 제 1 압력실과 제 2 압력실의 압력차의 변동에 기초한 감압부재의 변위는 동 압력차의 변동을 상쇄하는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 감압 로드를 통하여 밸브체의 위치결정에 반영되는 것과,

상기 밸브 하우징 내에 밸브실과 인접하여 구획된 솔레노이드실과,

상기 솔레노이드실 내에 변위가 가능하게 수용된 가동철심과,

상기 밸브실과 솔레노이드실의 사이에서 양 실간의 격벽처럼 배치된 고정철심과,

상기 고정철심에 슬라이딩이 가능하도록 삽입통과하여 지지됨과 동시에, 밸브실 내에서 밸브체를 고정지지하고, 또한 솔레노이드실 내에서 가동철심이 고정된 솔레노이드 로드와,

상기 솔레노이드 로드에 부여하는 전자탄성력을 외부로부터의 급전제어에 의해 변경할 수 있음에 따라, 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정 동작의 기준이 되는 설정차압을 변경할 수 있는, 상기 가동철심 및 고정철심을 포함하는 전자 액튜에이터를 갖춘 것을 특징으로 하는 제어밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 가동철심의 변위는 솔레노이드 로드를 통하여 고정철심에 의해서만 안내되는 구성인 제어밸브.