KR100984214B1

KR100984214B1 - 가변 용량 압축기의 제어 밸브

Info

Publication number: KR100984214B1
Application number: KR1020057013414A
Authority: KR
Inventors: 유우지 가와무라; 가즈따까 고와다; 가즈히로 이리에; 지 무따; 요시에 사또
Original assignee: 가부시키가이샤 발레오 서멀 시스템즈
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2010-09-28
Also published as: JPWO2004065789A1; JP4547332B2; CN100396916C; EP1589223A4; KR20050094868A; CN1738971A; EP1589223A1; EP1589223B1; WO2004065789A1; US20050254961A1

Abstract

가변 용량 압축기 내부의 냉매 순환량을 줄여 압축 효율을 좋게 하기 위해, 토출실로부터 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 볼 밸브(11)와, 크랭크실로부터 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 스풀 밸브(12)와, 흡입 압력(Ps)을 감지하는 다이어프램(13)과, 흡입 압력을 설정하는 솔레노이드(14)를 구비하고, 스풀 밸브(12)를 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄 또는 완전 폐쇄 근방이 된 후 유량 제어를 개시하는 동시에, 볼 밸브(11)를 스풀 밸브(12)가 최소 개방도 또는 최소 개방도 근방이 된 후 유량 제어를 개시하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 볼 밸브(11)와 스풀 밸브(12)를 유량 제어를 절환할 때에 이들이 동시에 밸브 개방되어 있는 영역이 거의 없어지므로, 가변 용량 압축기의 내부를 순환하여 냉동 작용에 기여하지 않는 냉매의 유량을 최소한으로 억제할 수 있어, 가변 용량 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다.

다이어프램, 흡입실, 스풀 밸브, 볼 밸브, 솔레노이드, 크랭크실

Description

가변 용량 압축기의 제어 밸브{CONTROL VALVE OF VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은 가변 용량 압축기의 제어 밸브에 관한 것으로, 특히 자동차용 공조 장치의 냉동 사이클에 이용되는 가변 용량 압축기의 제어 밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조 장치에서는, 그 동력원인 엔진의 회전수가 일정하지 않으므로, 엔진의 회전수에 관계없이 냉동 능력이 일정하게 유지되는 제어를 행할 필요가 있다. 이 요구에 대해, 일반적으로는 냉매의 토출 용량을 가변으로 하는 사판식(斜板式) 가변 용량 압축기가 이용되고 있다. 이 가변 용량 압축기는 크랭크실 내에 경사 각도 변경 가능하게 설치된 사판이 회전축의 회전에 의해 요동 운동을 하고, 그 요동 운동에 의해 복수의 피스톤이 회전축과 평행한 방향으로 왕복 운동함으로써 냉매의 흡입, 압축, 토출을 행한다. 이 때, 크랭크실 내의 압력을 제어 밸브로 변화시킴으로써 사판의 경사 각도를 바꾸고, 피스톤의 스트로크를 바꾸어 냉매의 토출 용량을 가변하도록 하고 있다.

이와 같은 제어 밸브는 일반적으로 토출실과 크랭크실을 연통시키는 냉매 통로에 배치되어, 토출실로부터 크랭크실로 도입하는 토출 압력(Pd)의 냉매의 유량을 제어함으로써 크랭크실 내의 압력(Pc)을 제어하고 있다. 크랭크실 내에 도입된 냉 매는 고정 오리피스를 거쳐서 흡입실로 빠진다. 이 제어 밸브는 예를 들어 다이어프램 등의 감압 부재로 흡입실에 있어서의 흡입 압력(Ps)을 감지하고, 그 흡입 압력(Ps)이 일정해지도록 크랭크실로 도입하는 냉매 유량을 제어하도록 하고 있다.

또한, 제어 밸브를 크랭크실과 흡입실을 연통시키는 냉매 통로에 배치하고, 토출실과 크랭크실 사이에 고정 오리피스를 설치하여 크랭크실로부터 발출하는 냉매의 유량을 제어하는 것도 행해지고 있다.

이들 양 타입의 제어 밸브를 사용한 가변 용량 압축기는 모두 토출실로부터 크랭크실, 또는 크랭크실로부터 흡입실에 이르는 통로에 유로 면적이 변화하지 않는 고정 오리피스가 직렬로 들어가 있다. 따라서, 이와 같은 제어 밸브를 이용한 가변 용량 압축기에서는, 그 내부에서 순환하는 냉매가 많아지므로, 어떻게 해도 압축 효율이 나쁜 것으로 되어 있었다.

또한, 토출실과 크랭크실을 연통시키는 냉매 통로와, 크랭크실과 흡입실을 연통시키는 냉매 통로에 각각 연동하여 동작하는 2개의 밸브를 배치하여, 크랭크실에 들어가는 냉매의 유량과 크랭크실로부터 발출되는 냉매의 유량을 동시에 제어하도록 한 제어 밸브가 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 소58-158382호 공보, 도3). 이에 의해, 제어 밸브는 토출실과 크랭크실을 연통시키는 냉매 통로 및 크랭크실과 흡입실을 연통시키는 냉매 통로 중 어느 한쪽이 냉매 유량을 증가시키도록 제어하고 있을 때에는 다른 쪽이 유량을 줄이도록 제어하므로, 가변 용량 압축기의 내부에서 순환하는 냉매의 유량을 줄일 수 있어, 전술 구성의 제어 밸브로부터 압축 효율이 좋은 가변 용량 압축기를 구성할 수 있다.

또한, 토출실과 크랭크실을 연통시키는 냉매 통로와, 크랭크실과 흡입실을 연통시키는 냉매 통로에 각각 연동하여 작동시키는 2개의 밸브를 배치하여, 한쪽의 냉매 통로가 개방되어 제어 상태에 있을 때에는 다른 쪽 냉매 통로를 폐쇄하도록 구성한 제어 밸브도 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 소64-41680호 공보, 도2). 이에 의해, 제어 밸브는 한쪽의 냉매 통로가 냉매 유량을 제어하고 있을 때에는 다른 쪽 냉매 통로가 폐쇄되어 있으므로, 가변 용량 압축기 내부에서 순환하는 냉매를 더 줄이는 것이 가능해진다.

그러나, 전자의 크랭크실에 대해 흡입측과 배출측에 각각 밸브를 배치한 일본 특허 공개 소58-158382호 공보에 기재된 제어 밸브에서는, 연동하여 작동하는 2개의 밸브에 있어서, 한쪽이 폐쇄되면서 다른 쪽이 개방되어 가는 동작을 하고 있으므로, 반드시 양쪽 모두 개방되어 있는 영역이 있어서 내부를 순환하는 냉매 유량을 어느 정도까지밖에 줄일 수 없어, 충분한 압축 효율의 개선 효과는 얻을 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 후자의 한쪽 밸브가 개방되어 있을 때에 다른 쪽 밸브가 폐쇄되는 일본 특허 공개 소64-41680호 공보에 기재된 제어 밸브에서는, 흡입 압력이 제1 설정압 이하로 저하된 경우, 크랭크실과 흡입실 사이의 냉매 통로(배출측)가 완전히 폐쇄되어 있으므로, 토출실과 크랭크실 사이의 냉매 통로(흡입측)의 밸브의 미소한 변화에 대해 크랭크실 내의 압력이 민감하게 반응한다. 그리고, 크랭크실 내의 압력이 과도하게 상승한 경우, 흡입측의 개방도를 변화시켜도 크랭크실 내에 모인 가스 냉매를 감소시킬 수 없고, 토출 용량의 감소에 수반하여 자연스럽게 흡입 압력이 제2 설정압 이상까지 상승하여 배출측의 냉매 통로가 개방되어, 점점 크랭크실 내의 압력이 저하된다. 그리고, 크랭크실 내의 압력의 저하에 수반하여 토출 용량이 증가하고, 흡입 압력이 제1 설정압 이하까지 저하되어, 다시 상기 사이클을 반복하는 이른바 헌팅 현상이 발생한다. 이상과 같이, 후자의 제어 밸브의 구성에서는 안정된 제어성을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 점에 비추어 이루어진 것으로, 안정된 제어성을 얻으면서 가변 용량 압축기 내부의 냉매 순환량을 줄여 압축 효율을 좋게 할 수 있는 가변 용량 압축기의 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위해, 크랭크실 내의 압력을 제어함으로써 냉매의 토출 용량을 가변할 수 있는 가변 용량 압축기의 제어 밸브에 있어서, 상기 가변 용량 압축기의 토출실과 상기 크랭크실 사이에 배치되어 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 제1 밸브와, 상기 크랭크실과 상기 가변 용량 압축기의 흡입실 사이에 배치되어 상기 제1 밸브가 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하고 있을 때에 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 최소의 소정량으로 제어하는 동시에 상기 제1 밸브가 완전 폐쇄 또는 완전 폐쇄 근방에 있을 때에 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 제2 밸브와, 상기 흡입실에 있어서의 흡입 압력을 감지하여 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브의 리프트량을 변위시키는 감압부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브가 제공된다.

이와 같은 가변 용량 압축기의 제어 밸브에 따르면, 크랭크실로부터 가변 용량 압축기의 흡입실에 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 제2 밸브는 제1 밸브가 완전 폐쇄 또는 완전 폐쇄 근방이 된 후 유량 제어를 개시하고, 제1 밸브도 제2 밸브가 최소 개방도 또는 최소 개방도 근방이 된 후 유량 제어를 개시하는 구성으로 함으로써, 토출실로부터 크랭크실, 또는 크랭크실로부터 흡입실로 흐르는 냉매의 유량, 즉 가변 용량 압축기의 내부를 순환하여 냉동 작용에 기여하지 않는 냉매의 유량을 최소한으로 억제할 수 있고, 또한 크랭크실 내의 압력이 과민하게 상승하는 것이 억제된다. 이 결과, 안정된 제어성을 얻으면서 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 예로서 바람직한 실시 형태를 나타내는 첨부의 도면과 관련된 이하의 설명에 의해 명백해질 것이다.

도1은 본 발명에 의한 가변 용량 압축기의 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다.

도2는 제1 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도이다.

도3은 제1 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

도4는 제2 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도이다.

도5는 제2 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

도6은 제3 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도이다.

도7은 제3 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

도8은 흡입측 및 배출측에 고정 오리피스가 형성되는 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도이다.

도9는 제4 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

도10은 흡입측 및 배출측에 고정 오리피스가 형성되는 제어 밸브를 도시하는 개념도이다.

도11은 제5 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

도12는 가변 용량 압축기의 기계식 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다.

도13은 가변 용량 압축기의 기계식 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다.

도14는 제2 밸브의 고정 오리피스 기능을 독립시킨 가변 용량 압축기의 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 가변 용량 압축기의 제어 밸브는 제1 밸브를 구성하는 볼 밸 브(11)와, 제2 밸브를 구성하는 스풀 밸브(12)와, 감압부를 구성하는 다이어프램(13)과, 압력 설정부를 구성하는 솔레노이드(14)가 이 순서로 배열되어 있다.

볼 밸브(11)는 가변 용량 압축기의 토출실로부터 토출 압력(Pd)의 냉매를 도입하고, 유량 제어한 압력(Pc1)의 냉매를 가변 용량 압축기의 크랭크실에 공급한다. 스풀 밸브(12)는 크랭크실로부터 압력(Pc2)의 냉매를 도입하고, 볼 밸브(11)의 동작에 연동하여 가변 용량 압축기의 흡입실에 공급하는 냉매 유량을 제어한다. 다이어프램(13)은 흡입실의 흡입 압력(Ps)을 받아 소정의 흡입 압력 설정점을 하회하면 크랭크실 내의 압력을 상승시키도록 볼 밸브(11) 및 스풀 밸브(12)를 변위시킨다. 크랭크실 내의 압력이 상승함으로써 압축기의 토출 용량이 감소하고, 결과적으로 공조 장치의 흡입 압력이 소정의 흡입 압력 설정점 근방으로 제어된다. 솔레노이드(14)는 다이어프램(13)에 압박 하중을 부여하여 흡입 압력 설정점을 설정하는 것으로, 그 압박 하중은 외부로부터 공급되는 전류치에 따라서 설정된다.

스풀 밸브(12)는 밸브 시트(15)와 밸브 구멍에 대해 삽입 발출 가능한 밸브 부재(16)를 갖고, 밸브 시트(15)와 밸브 부재(16) 사이에는 소정의 클리어런스(17)가 마련되어 있다. 이 클리어런스(17)는 밸브 부재(16)가 밸브 구멍 내에 삽입되었을 때에, 크랭크실과 흡입실 사이에 유로 면적이 변화하지 않는 고정 오리피스를 구성하는 것으로, 가변 용량 압축기의 사판의 안정성에 의해 결정된다. 또한, 밸브 부재(16)는 볼 밸브(11)를 구동하는 샤프트(18)와 일체로 형성되어 있고, 밸브 부재(16) 및 샤프트(18)는 단면이 테이퍼 형상으로 형성된 절두 원뿔 형상의 접합 부분(19)에 의해 접합되어 있다.

이 스플 밸브(12)는 가변 용량 압축기의 헌팅, 제어성, 안정성 등의 특성에 따라서 연동하는 볼 밸브(11)의 개폐 타이밍과는 다른 개폐 타이밍을 갖도록 자유롭게 변경할 수 있다. 이 개폐 타이밍의 변경은 접합 부분(19)과의 경계인 밸브 부재(16)의 선단부와 볼 밸브(11)의 밸브 부재(20)에 접촉하는 샤프트(18)의 선단부 사이의 거리를 바꾸어 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄하였을 때의 밸브 부재(16)의 선단부를 축선 방향으로 어긋나게 함으로써 용이하게 행할 수 있다.

또, 볼 밸브(11)는 샤프트(18)가 도면의 우측 방향으로 이동함으로써 밸브 부재(20)가 밸브 개방 방향으로 이동하지만, 그 최대 개방도는 샤프트(18)에 설치한 단차부(21)가 본체에 형성된 단차부(22)에 접촉함으로써 규제되어 있다.

도2는 제1 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도, 도3은 제1 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

이 제1 개폐 타이밍은 볼 밸브(11)의 개폐 타이밍과 스풀 밸브(12)의 개폐 타이밍을 일치시킨 것으로, 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄되었을 때에, 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)의 선단부가 밸브 시트(15)의 솔레노이드측 개구 단부면과 일치하도록 되어 있다.

이에 의해, 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)가 축선 방향으로 이동하였을 때의 이 제어 밸브의 특성은 도3에 도시한 바와 같이 된다. 이 도3에 있어서, 횡축은 샤프트(18)의 스트로크를 나타내고 있고, 원점은 샤프트(18)의 단차부(21)가 본체의 단차부(22)에 접촉되어 샤프트(18)가 가장 볼 밸브(11)의 측에 위치하고 있을 때(또는, 솔레노이드가 비통전일 때)를 나타내고 있다. 도3의 종축은 볼 밸브(11) 및 스풀 밸브(12)의 개구 면적을 나타내고 있다. 또한, Pd-Pc로 나타낸 선은 볼 밸브(11)의 개구 면적의 변화를 나타내고, Pc-Ps로 나타낸 선은 스풀 밸브(12)의 개구 면적의 변화를 나타내고 있다.

이 제1 개폐 타이밍에서는 볼 밸브(11)가 개방되어 있는 동안, 스풀 밸브(12)는 클리어런스(17)에 상당하는 개구 면적을 갖고, 고정 오리피스로 되어 있다. 샤프트(18)가 솔레노이드(14) 측으로 이동하여 위치(s1)에 도달하면, 볼 밸브(11)는 그 밸브 부재(20)가 착좌함으로써 완전 폐쇄된다. 샤프트(18)가 솔레노이드(14) 측으로 더욱 이동하면, 샤프트(18)의 선단부는 볼 밸브(11)의 밸브 부재(20)로부터 멀어져 볼 밸브(11)는 완전 폐쇄 상태를 유지하고, 스풀 밸브(12)는 고정 오리피스의 상태로부터 개방되기 시작하여 스트로크에 따라서 개구 면적이 증가해 간다. 이 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄일 때, 이 제어 밸브를 거쳐서 압축된 냉매가 크랭크실로 유출되는 일은 없지만, 냉매를 흡입 압축하는 피스톤과 이 피스톤을 미끄럼 이동 가능하게 수용하고 있는 실린더와의 사이의 간극을 통해 블로우바이 가스가 크랭크실로 미소 누설되고 있음으로써 크랭크실 내의 압력(Pc)(＝ Pc1 ＝ Pc2)의 제어가 가능하게 되어 있다.

도4는 제2 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도, 도5는 제2 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

이 제2 개폐 타이밍은 스풀 밸브(12)가 개방되는 타이밍을 볼 밸브(11)가 폐쇄되는 타이밍보다 지연시킨 것으로, 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄되었을 때는 스풀 밸브(12)는 아직 폐쇄된 상태(고정 오리피스 상태)에 있다. 이를 위해서는, 제1 개 폐 타이밍의 경우에 비교하여, 밸브 부재(16)의 볼 밸브(11)측 선단부와 볼 밸브(11)의 밸브 부재(20)에 접촉하는 샤프트의 선단부 사이를 거리 a만큼 작게 하여, 볼 밸브(11)가 폐쇄되었을 때에 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)의 볼 밸브(11)측 선단부가 밸브 구멍 내에 있도록 하고 있다.

이에 의해, 이 제2 개폐 타이밍에서는, 도5에 도시한 바와 같이 샤프트(18)가 솔레노이드(14)의 측으로 이동해 가면, 우선 볼 밸브(11)가 위치(s1)에 있어서 완전 폐쇄된다. 이 때, 스풀 밸브(12)는 클리어런스(17)에 상당하는 개구 면적을 갖고 있다. 샤프트(18)가 또한 솔레노이드(14) 측으로 이동하여 위치(s2)에 도달하면, 처음으로 스풀 밸브(12)는 개방하기 시작하게 된다.

도6은 제3 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도, 도7은 제3 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다.

이 제3 개폐 타이밍은 스풀 밸브(12)가 개방되는 타이밍을 볼 밸브(11)가 폐쇄되는 타이밍보다 빠르게 한 것이다. 이를 위해서는, 제1 개폐 타이밍의 경우에 비교하여, 밸브 부재(16)의 볼 밸브(11)측 선단부와 볼 밸브(11)의 밸브 부재(20)에 접촉하는 샤프트의 선단부 사이의 거리를 b만큼 크게 하여, 볼 밸브(11)가 폐쇄되었을 때에 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)의 볼 밸브(11)측 선단부가 밸브 시트(15)보다도 솔레노이드(14)측에 있도록 되어 있다.

이에 의해, 이 제3 개폐 타이밍에서는 도7에 도시한 바와 같이 샤프트(18)가 솔레노이드(14) 측으로 이동해 가면, 우선 위치(s1)에 있어서 스풀 밸브(12)가 먼저 개방하기 시작하고, 그 후 위치(s2)에 있어서 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄되게 된 다.

도8은 흡입측 및 배출측에 고정 오리피스가 형성되는 제어 밸브를 도시하는 부분 확대 설명도, 도9는 제4 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다. 또, 도8에 있어서, 도1에 도시한 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 제어 밸브는 크랭크실에 대해 흡입측 및 배출측의 양쪽에 고정 오리피스가 형성되는 것으로, 볼 밸브(11)에 있어서, 밸브 부재(20)가 접촉하는 측의 샤프트(18)의 선단부 부분이 스풀 형상으로 되어 있어, 밸브 부재(20)와의 접촉 단부(23)는 그 외주와 밸브 구멍의 내벽 사이에 클리어런스(24)를 갖고 있다. 이 클리어런스(24)는 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄 근방에 있을 때, 밸브 구멍 내에 위치하여 압축실과 크랭크실 사이에 유로 면적이 변화하지 않는 고정 오리피스를 구성하고 있다. 이 고정 오리피스는 크랭크실로의 냉매 도입을 블로우바이 가스에 의해 행하고, 크랭크실로부터 빠지는 냉매 유량의 제어를 스풀 밸브(12)로 행하고 있는 영역에 있어서 토출실로부터 크랭크실로 도입되는 냉매 유량을 안정적으로 확보하기 위한 것이다. 접촉 단부(23)의 후단부(직경 축소 개시 위치)와 밸브 부재(20)의 착좌 위치 사이는 거리(c)를 갖고 있다. 또한, 본 예에서는 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄되어 있어 밸브 부재(20)가 접촉 단부(23)에 접촉하고 있을 때, 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)의 선단부와 스풀 밸브(12)의 폐쇄 개시 위치 사이의 거리(d)는 거리(c)와 동일한 값으로 되어 있다.

이 때의 제어 밸브의 특성은 도9에 도시한 바와 같이 우선 솔레노이드가 비 통전일 때, 샤프트(18)의 단차부(21)가 본체의 단차부(22)에 접촉하고 있으므로, 볼 밸브(11)는 완전 개방 상태, 스풀 밸브(12)는 고정 오리피스 상태에 있다.

통전 전류가 증가해 가면, 볼 밸브(11)는 완전 개방 상태로부터 개구 면적을 줄이는 방향으로 변화하고, 스풀 밸브(12)는 고정 오리피스 상태를 유지하고 있다. 그리고, 샤프트(18)가 위치(s1)까지 이동하면, 접촉 단부(23)의 후단부가 밸브 부재(20)의 착좌 위치에 도달하여, 스풀 밸브(12)는 밸브 부재(16)가 고정 오리피스 상태로부터 발출되는 밸브 개방 개시 위치에 도달한다. 위치(s1)로부터 더욱 샤프트(18)가 이동하면, 접촉 단부(23)의 후단부가 밸브 구멍으로 진입하여 고정 오리피스 상태가 되고, 스풀 밸브(12)는 고정 오리피스 상태로부터 개구 면적을 늘리는 방향으로 변화해 간다.

그 후, 이 볼 밸브(11)의 고정 오리피스 상태는 이 볼 밸브(11)의 개구 면적이 고정 오리피스의 개구 면적보다 작아질 때까지 유지하여, 마지막에는 볼 밸브(11)는 착좌하여 완전 폐쇄 상태가 된다.

또, 여기서는 거리(c)와 거리(d)를 동일한 값으로 하였지만, 가변 용량 압축기의 특성에 따라서 거리(d)를 증감함으로써 스풀 밸브(12)의 개폐 타이밍을 용이하게 변경할 수 있다.

도10은 흡입측 및 배출측에 고정 오리피스가 형성되는 제어 밸브를 도시하는 개념도, 도11은 제5 개폐 타이밍으로 설정된 제어 밸브의 특성을 나타내는 도면이다. 또, 도10에 있어서, 도1에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 제어 밸브는 압축기와 크랭크실 사이에 배치되는 밸브 및 크랭크실과 흡입실 사이에 배치되는 밸브를 모두 스풀 밸브(11a, 12)로 구성하고 있다. 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)와, 샤프트(18)와, 스풀 밸브(11a)의 밸브 부재(20a)와는 일체로 형성되고, 이 밸브 부재(20a)는 본체에 지지되고 있는 샤프트(18)보다도 작은 직경을 갖고 밸브 구멍의 내벽 사이에 클리어런스(24)를 마련하고 있다. 그리고, 이 밸브 부재(20a)와 샤프트(18) 사이에는 직경이 축소되어 있어 스풀 형상으로 되어 있다. 또한, 스풀 밸브(12)가 밸브 폐쇄 개시 위치에 있을 때, 밸브 부재(20a)의 후단부(직경 축소 개시 위치)와 밸브 부재(20a)가 밸브 구멍으로 인입하는 밸브 폐쇄 개시 위치 사이에 거리(e)를 갖고 있다.

이 때의 제어 밸브의 특성은 도11에 도시한 바와 같이, 우선 솔레노이드가 비 통전일 때, 샤프트(18)의 단차부(21)가 본체의 단차부(22)에 접촉하고 있으므로, 스풀 밸브(11a)는 완전 개방 상태, 스풀 밸브(12)는 완전 폐쇄되어 있어 고정 오리피스 상태에 있다.

통전 전류가 증가해 가면, 스풀 밸브(11a)는 그 밸브 부재(20a)의 후단부가 밸브 구멍에 접근하고 있어 완전 개방 상태로부터 개구 면적을 줄이는 방향으로 변화하고, 스풀 밸브(12)는 고정 오리피스 상태를 유지하고 있다. 그리고, 샤프트(18)가 위치(s1)까지 이동하면 스풀 밸브(11a)는 밸브 폐쇄 개시 위치에 도달하고, 스풀 밸브(12)는 그 밸브 부재(16)가 고정 오리피스 상태로부터 발출되는 밸브 개방 개시 위치에 도달한다. 위치(s1)로부터 더욱 샤프트(18)가 이동하면, 밸브 부재(20a)가 밸브 구멍에 진입하여 스풀 밸브(11a)는 고정 오리피스 상태가 되어 그 상태를 유지하고, 스풀 밸브(12)는 고정 오리피스 상태로부터 개구 면적을 늘리는 방향으로 변화해 간다.

이상의 실시 형태에서는, 흡입실의 흡입 압력(Ps)을 설정하는 수단으로서, 그 설정치(압력 제어점)를 외부로부터의 제어 전류에 의해 자유롭게 설정할 수 있는 솔레노이드를 이용한 전기식 제어 밸브에 대해 설명하였지만, 다음에 흡입 압력(Ps)의 압력 설정을 고정한 기계식 제어 밸브에 대해 설명한다.

도12는 가변 용량 압축기의 기계식 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다. 또, 도12에 있어서, 도1에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.

이 제어 밸브는 제1 밸브를 구성하는 볼 밸브(11)와, 제2 밸브를 구성하는 스풀 밸브(12)와, 감압부를 구성하는 다이어프램(13)과, 압력 설정부를 구성하는 스프링(25)이 이 순서로 배열되어 있다.

이 제어 밸브에 있어서도, 스풀 밸브(12)는 볼 밸브(11)가 그 개구 면적을 가변 제어하고 있는 동안 고정 오리피스로서 기능하고, 볼 밸브(11)가 완전 폐쇄 상태에 있을 때, 개구 면적을 가변 제어하는 구성으로 되어 있다. 물론, 그 스풀 밸브(12)의 개폐 타이밍은 가변 용량 압축기의 특성에 따라서 상술한 제1 내지 제3 개폐 타이밍 중 어느 하나로 설정되어 있다.

다이어프램(13)은 스프링(25)측 면에 디스크(26)가 배치되고, 그 디스크(26)를 거쳐서 스프링(25)에 의해 스풀 밸브(12)의 방향으로 압박되어 있다. 이 스프링(25)은 소정의 흡입 압력 제어점에 대응한 스프링 하중으로 조정되고 있다. 따 라서, 이 제어 밸브는 흡입실의 흡입 압력(Ps)을 받아 소정의 흡입 압력 제어점을 하회하면 크랭크실 내의 압력을 상승시키도록 다이어프램(13)이 볼 밸브(11) 및 스풀 밸브(12)를 압박함으로써, 가변 용량 압축기의 토출 용량을 제어하여 공조 장치의 흡입 압력을 소정의 흡입 압력 제어점 근방으로 제어한다.

물론, 이 제어 밸브에 있어서도, 샤프트(18)의 선단부에 도8에 도시한 고정 오리피스를 구성하는 접촉 단부(23)를 설치함으로써 크랭크실의 냉매 흡입측 및 배출측의 양쪽에 고정 오리피스를 형성하고, 제4 개폐 타이밍으로 설정한 제어 밸브로 할 수 있다.

도13은 가변 용량 압축기의 기계식 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다. 또, 도13에 있어서, 도1 및 도10에 도시한 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

이 제어 밸브는 제1 밸브를 구성하는 스풀 밸브(11a)와, 제2 밸브를 구성하는 스풀 밸브(12)와, 감압부를 구성하는 다이어프램(13)과, 압력 설정부를 구성하는 스프링(25)이 이 순서로 배열되어 있다.

스풀 밸브(11a)에 있어서는, 도10에 도시한 것과 동일한 구성을 갖고, 따라서 이 제어 밸브는 도11에 나타내는 제5 개폐 타이밍의 특성을 갖게 된다.

이 제어 밸브에 있어서도, 흡입실의 흡입 압력(Ps)을 받아 스풀 밸브(11a, 12)의 리프트량을 변위시켜, 결과적으로 흡입 압력(Ps)이 일정해지도록 크랭크실 내의 압력을 제어한다.

도14는 제2 밸브의 고정 오리피스 기능을 독립시킨 가변 용량 압축기의 제어 밸브의 구성을 도시하는 개념도이다. 또, 도14에 있어서, 도1에 도시한 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.

이 제어 밸브는 도1에 도시한 제어 밸브가 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)와 밸브 구멍의 내벽 사이에 마련되어 있던 클리어런스(17)로 고정 오리피스의 기능을 갖게 하고 있었던 데 반해, 그 클리어런스(17)에 의해 생긴 개구 면적 상당의 개구 면적을 가진 고정 오리피스(27)를 본체에 형성하도록 하고 있다. 이 경우, 밸브 부재(16)와 밸브 구멍의 내벽 사이에 마련되는 클리어런스(17)는 가능한 한 작게 된다. 이에 의해, 스풀 밸브(12)가 크랭크실과 흡입실 사이의 냉매 통로를 교축하였을 때에, 냉매를 직경이 큰 고정 오리피스(27) 쪽으로 흐르도록 하고, 간극이 작은 클리어런스(17)에는 흐르지 않도록 하고 있다. 이 결과, 냉매 중에 포함되는 슬러지가 부착함에 따른 냉매의 유량 변화를 작게 할 수 있는 효과가 있다.

즉, 스풀 밸브(12)의 밸브 부재(16)와 밸브 구멍의 내벽 사이의 클리어런스(17)가 예를 들어 0.1 ㎜이고, 그에 상당하는 개구 면적을 가진 고정 오리피스(27)가 직경 1 ㎜의 구멍이었다 하고, 밸브 부재(16) 또는 밸브 구멍의 내벽, 혹은 고정 오리피스(27)의 내벽에 슬러지가 부착하여 예를 들어 0.1 ㎜의 두께까지 성장하였다 하면, 클리어런스(17)의 경우에는 그 슬러지의 두께에 의해 거의 폐쇄되는 데 반해, 고정 오리피스(27)의 경우에는 그 직경이 0.8 ㎜까지밖에 감소하지 않게 되어, 슬러지가 부착한 것에 따른 냉매 유량의 변화는 작은 것이 된다. 게다가, 냉매로서는 흐르기 쉬운 고정 오리피스(27) 쪽을 주로 흐르므로, 좁은 클리어런스 (17)에는 냉매의 흐름은 적고, 슬러지가 부착하기 어렵다는 장점도 있다.

또, 고정 오리피스(27)를 제2 밸브를 구성하는 스풀 밸브(12)와 병렬로 설치하는 구성은, 도1에 도시한 솔레노이드(14)를 갖는 타입의 제어 밸브에 적용한 경우를 예로 설명하였지만, 도12 및 도13에 도시한 기계식 제어 밸브에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 토출실로부터 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 제1 밸브와, 크랭크실로부터 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 제2 밸브와, 흡입 압력을 감지하는 감압부와, 흡입 압력(Ps)을 설정하는 압력 설정부를 구비하고, 제2 밸브를 제1 밸브가 완전 폐쇄 또는 완전 폐쇄 근방이 된 후 유량 제어를 개시하고, 제1 밸브를 제2 밸브가 최소 개방도 또는 최소 개방도 근방이 된 후 유량 제어를 개시하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 제1 밸브와 제2 밸브의 제어의 절환시에, 제1 밸브와 제2 밸브가 동시에 개방 상태에 있는 영역이 없어지므로, 토출실로부터 크랭크실, 또는 크랭크실로부터 흡입실로 흐르는 냉매의 유량, 즉 가변 용량 압축기의 내부를 순환하여 냉동 작용에 기여하지 않는 냉매의 유량을 최소한으로 억제할 수 있게 되어, 가변 용량 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 밸브에 크랭크실로부터 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 최소의 소정의 유량으로 하는 고정 오리피스 기능을 갖게 하였으므로, 크랭크실 내의 압력을 안정적으로 조절할 수 있어 우수한 제어성을 얻을 수 있다.

상기에 대해서는 단순히 본 발명의 원리를 나타내는 것이다. 또한, 다수의 변형 및 변경이 당업자에게 있어서 가능하고, 본 발명은 상기에 개재하여 설명한 정확한 구성 및 응용예에 한정되는 것은 아니며, 대응하는 모든 변형예 및 균등물은 첨부한 청구항 및 그 균등물에 의한 본 발명의 범위로 간주된다.

Claims

크랭크실 내의 압력을 제어함으로써 냉매의 토출 용량을 가변할 수 있는 가변 용량 압축기의 제어 밸브에 있어서,

상기 가변 용량 압축기의 토출실과 상기 크랭크실 사이에 배치되어 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어하는 제1 밸브와,

상기 크랭크실과 상기 가변 용량 압축기의 흡입실 사이에 배치되고 상기 제1 밸브가 개방되어 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 냉매가 흐르고 있을 때에 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 최소량으로 제어하는 동시에 상기 제1 밸브가 폐쇄 상태에 있을 때에 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 최소량보다 커지도록 제어하는 제2 밸브와,

상기 흡입실에 있어서의 흡입 압력을 감지하여 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브의 리프트량을 변위시키는 감압부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 제2 밸브는 밸브 구멍의 직경과 상기 제1 밸브가 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어할 때에 상기 밸브 구멍에 삽입되는 밸브 본체의 직경과의 사이에 설정되는 클리어런스에 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 최소량으로 하는 고정 오리피스 기능을 갖게 한 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 밸브의 밸브 구멍을 관통하여 상기 밸브 구멍과 동일 축선 상에 연장되어 상기 제2 밸브의 개폐 동작을 상기 제1 밸브에 전달하는 샤프트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제3항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 밸브 본체와의 접합 부분을 절두 원뿔 형상으로 한 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제3항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 제1 밸브의 밸브 본체와 접촉하는 선단부 부분이 스풀 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제3항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 제1 밸브의 밸브 본체와 접촉 분리 가능한 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제3항에 있어서, 상기 제1 밸브의 밸브 본체에 접촉하는 상기 샤프트의 선단부 부분의 직경과 상기 제1 밸브의 밸브 구멍의 직경 사이에 설정되는 클리어런스에 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 최소량으로 하는 고정 오리피스 기능을 갖게 한 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 제1 밸브는 스풀 밸브인 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 제2 밸브와 병렬로 설치되고, 상기 제1 밸브가 상기 토출실로부터 상기 크랭크실로 흐르는 냉매의 유량을 제어할 때에 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유량을 최소량으로 하는 고정 오리피스를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제1항, 제2항, 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감압부에 압박 하중을 부여하여 제어 밸브의 압력 제어점을 설정하는 압력 설정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제10항에 있어서, 상기 압력 설정부는 외부 신호에 의해 압박 하중을 부여하여 상기 압력 제어점을 설정하는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.
제10항에 있어서, 상기 압력 설정부는 스프링력에 의해 상기 압력 제어점을 설정하는 스프링인 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기의 제어 밸브.