KR100993769B1 - 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것으로서, 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하며, 압축기의 토출압력이 상기 전자 솔레노이드의 전자기력에 따라 변하도록 구성된 것을 특징으로 하므로, 차량에 걸리는 부하에 따라 압축기에 걸리는 부하(토크)를 용이하게 조절할 수 있다는 이점이 있다.

압축기, 용량가변, 제어밸브, 솔레노이드, 벨로우즈, 토크

Description

용량가변형 압축기의 용량제어밸브{DISPLACEMENT CONTROL VALVE OF VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기에 걸리는 부하를 용이하게 조절할 수 있도록 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조장치의 냉방 시스템에 포함되는 압축기는 벨트를 통해 엔진에 직접 연결되어 있기 때문에 회전수를 제어할 수 없다.

따라서, 근래에는 엔진의 회전수에 의해 규제되는 경우 없이 냉방 능력을 얻기 위해 냉매의 토출량을 변화시킬 수 있는 용량가변형 압축기가 많이 사용되고 있다.

용량가변형 압축기로는 사판식, 로터리식 및 스크롤식 등 다양한 종류가 개시되어 있다.

이 중 사판식 압축기는, 크랭크실 내에서 경사각이 가변되도록 설치된 사판이 회전축의 회전운동에 따라 회전하고, 상기 사판의 회전운동에 의해 피스톤이 왕복운동하는 방식으로 되어 있다. 이 경우, 상기 피스톤의 왕복운동에 의해 흡입실 의 냉매가 실린더 내에 흡입되어 압축된 후 토출실로 배출되는데, 상기 크랭크실 내의 압력과 흡입실 내의 압력 차이에 따라 사판의 경사각이 변화하여 냉매의 토출량이 조절된다.

특히, 전자 솔레노이드식 용량제어밸브를 채택하여 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 크랭크실의 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 토출용량을 조절하게 되어 있다.

이때, 용량제어밸브의 가동은, 검지된 엔진의 회전수, 차실 내외의 온도 또는 증발기 온도 등의 신호가 CPU 등을 내장하는 제어부에 의해 연산되고, 그 연산결과에 근거하여 전류가 용량제어밸브의 전자코일로 보내짐으로써 이루어진다.

이와 같은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 대표적인 예가 미국등록특허공보 제6,443,708호(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 이하 도 1을 참조하여 그 개략적인 구성에 관해서 개략적으로 설명한다.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브(20)는, 밸브하우징(40), 밸브체(30) 및 전자 솔레노이드를 포함하고 있어, 전자 솔레노이드가 통전됨에 따라 밸브체(30)가 왕복 이동하면서 밸브하우징(40)에 형성된 토출실 연결공(6)을 개폐하는 구성으로 되어 있다.

상기 밸브하우징(40)에는 압축기의 흡입실, 크랭크실 및 토출실의 압력을 받는 흡입실 연결공(8), 크랭크실 연결공(5) 및 토출실 연결공(6)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 상기 토출실 연결공(6)과 크랭크실 연결공(5)은 서로 연통되어 있는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 밸브체(30)는 상기 전자 솔레노이드의 통전에 의해 왕복운동하게 되어 있으며, 왕복하면서 상기 크랭크실 연결공(5)을 지나 토출실 연결공(6)을 개폐하게 되어 있다. 상기 밸브체(30)의 하부에는 스프링(28)이 설치되어 있어, 외력이 없는 평상시에는 밸브체(30)가 하강하여 토출실 연결공(6)이 개방된 상태를 유지한다.

상기 전자 솔레노이드는 상기 밸브체(30)에 연결된 가동로드(24)와, 상기 가동로드(24)의 둘레에 배치된 전자코일(21)을 포함하는 구성으로 되어 있다. 상기 가동로드(24)의 단부에는 가동철심(23)이 설치되어 있다.

한편, 자동차용 에어컨에 사용되는 압축기는 냉방성능도 중요하지만, 자동차의 운행에 지장을 주지 않도록 압축기에 걸리는 토크가 제어되는 것이 중요하다.

특히, 급가속시 또는 급경사 주행시에는 차량에 커다란 부하(토크)가 가해지므로 엔진의 부하 상황에 따라 에어컨의 압축기에 걸리는 부하를 조절할 필요성이 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래기술의 용량제어밸브에 따르면, 전자 솔레노이드의 전자기력과 Pd-Ps(토출압과 흡입압의 압력차)에 의한 힘의 균형을 밸브 열림량에 대한 변수로 사용할 뿐, 전자기력이 토출압(Pd)에 따라서만 변경되도록 되어 있지 않기 때문에 압축기에 걸리는 토크를 정확하게 조절하기 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 압축기의 토출압력이 솔레노이드 전자기력에 따라 변하도록 함으로써 압축기에 걸리는 토크(부하)를 용이하게 조절할 수 있도록 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는,

토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하는 것으로서, 압축기의 토출압력이 상기 전자 솔레노이드의 전자기력에 따라 변하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 서로 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지된 상태에서 전자 솔레노이드로부터 크랭크실 연결공간을 지나 토출실 연결공간까지 연장되어 있되, 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간을 향해 상기 제1안내공의 입구를 개폐하게 되고,

상기 밸브체의 토출실 연결공간쪽 단부에는 벨로우즈가 설치되어 있고,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 크랭크실 압력이 작용하는 것을 특징으로 한다.

상기 오프 스프링은 전자 솔레노이드와 밸브체 사이에 형성된 솔레노이드 압력 수용부 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 솔레노이드 압력 수용부와 크랭크실 연결공간 사이에는 연결통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브하우징에는 온도에 따라 상기 밸브체에 변위를 주는 온도변형수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 온도변형수단은 바이메탈인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 온도변형수단은 상기 벨로우즈의 선단과 밸브하우징의 토출실 연결공간 내면 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 압축기의 토출압력이 솔레노이드 전자기력에 비례하도록 구성함으로써 차량에 걸리는 부하에 따라 압축기에 걸리는 부하(토크)를 용이하게 조절할 수 있다는 이점이 있다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 용량제어밸브가 설치된 용량가변형 사판식 압축기의 구조를 개략적으로 설명하도록 한다.

도시된 바와 같이, 용량가변형 사판식 압축기(C)는, 내주면에 길이방향을 따라 평행하게 형성된 다수의 실린더 보어(12)를 가지는 실린더 블럭(10)과, 상기 실린더 블럭(10)의 전방에 밀폐 결합된 전방 하우징(16)과, 상기 실린더 블럭(10)의 후방에 밸브 플레이트(20)를 개재하여 밀폐 결합된 후방 하우징(18)으로 구성된다.

상기 전방 하우징(16)의 안쪽에는 크랭크실(86)이 마련되며, 전방 하우징(16)의 중심 부근에는 구동축(44)의 일단이 회전가능하게 지지되는 한편, 상기 구동축(44)의 타단은 상기 크랭크실(86)을 통과하여 실린더 블럭(10)에 설치된 베어링을 매개로 하여 지지된다.

또한, 상기 크랭크실(86) 내에는 구동축(44) 둘레에 러그 플레이트(54)와 사판(50)이 설치되어 있다.

상기 러그 플레이트(54)에는, 중앙부에 가이드홀(64)이 각각 직선 천공된 한쌍의 동력전달용 지지 암(62)이 일면에 일체로 돌출되게 형성되어 있고, 상기 사판(50)의 일면에는 볼(66)이 형성되어 있어, 상기 러그 플레이트(54)가 회전함에 따라 상기 사판(50)의 볼(66)이 러그 플레이트(54)의 가이드홀(64) 내에서 슬라이딩 이동하면서 사판(50)의 경사각이 가변되게 되어 있다.

또한, 상기 사판(50)의 외주면은 슈(76)를 개재하여 각 피스톤(14)에 미끄럼이동이 가능하게 끼워진다.

따라서, 상기 사판(50)이 경사된 상태에서 회전함에 따라, 그 외주면에 슈(76)를 개재하여 끼워진 피스톤(14)들은 상기 실린더 블럭(10)의 각 실린더 보어(12) 내에서 왕복운동하게 된다.

그리고, 상기 후방 하우징(18)에는 흡입실(22)과 토출실(24)이 각각 형성되어 있고, 후방 하우징(18)과 실린더 블럭(10) 사이에 개재되는 밸브 플레이트(20)에는 각 실린더 보어(12)에 대응하는 곳에 흡입구(32)와 토출구(36)가 각각 형성되어 있다.

상기 피스톤(14)의 왕복운동에 의해 흡입실(22)의 냉매가 실린더 보어(12) 내에 흡입되어 압축된 후 토출실(24)로 배출되는데, 상기 크랭크실(86) 내의 압력과 흡입실(22) 내의 압력 차이에 따라 사판(50)의 경사각이 변화하여 냉매의 토출량이 조절된다.

본 발명의 실시예에서 채택된 용량가변형 압축기는 전자 솔레노이드식 용량제어밸브(100)를 채택하여 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 크랭크실(86)의 압력을 조정하고, 이를 통해 사판(50)의 경사각을 조정하여 토출용량을 조절하는 방식으로 되어 있다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 용량제어밸브(100)는, 몇 가지 연결공이 형성된 밸브하우징(110), 전자 솔레노이드(130), 상기 밸브 하우징(110)과 전자 솔레노이드(130)의 안쪽에서 이동 가능하게 설치되는 밸브체(120)를 포함하고 있 다.

그리고, 상기 밸브 하우징(110)에는 밸브체(120)의 이동을 안내하기 위한 제1안내공(117)이 형성되어 있으며,

또한, 상기 밸브하우징(110)에는 크랭크실(86)의 압력(Pc)과 토출실(24)의 압력(Pd)이 각각 작용하는 크랭크실 연결공간(112) 및 토출실 연결공간(113)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 상기 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112)은 제1안내공(117)을 통해 서로 연통되는 구조로 되어 있고, 상기 밸브체(120)는 상기 제1안내공(117)을 통해 이동하면서 상기 제1안내공(117)을 개폐하게 되어 있다.

상기 밸브하우징(110)에는, 상기 밸브체(120)가 토출실 연결공간(113)으로부터 크랭크실 연결공간(112) 방향으로 닫히도록 시트면(118)이 형성된다.

또한, 상기 밸브체(120)의 선단에는 벨로우즈(160)가 설치되어 있다.

상기 벨로우즈(160)는 외부 하중이 작용하지 않을 때 소정의 압력이 작용하도록 일정량의 공기가 채워져 있는 주름형의 구조물로서 외부의 압력의 의해 팽창/수축을 수행하면서 그것과 연결된 구성요소에 힘을 가하는 구성요소이다.

또한, 상기 전자 솔레노이드(130)와 밸브체(120) 사이에는 솔레노이드 압력 수용부(136)가 형성되어 있고, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에는 상기 밸브체(120)를 탄력적으로 지지하는 오프 스프링(125)이 배치되어 있다.

그리고, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에 크랭크실 압력(Pc)이 작용하도록, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)와 크랭크실 연결공간(112) 사이에는 연결통 로(126)가 관통되게 형성되어 있다.

특히, 상기 밸브체(120)의 전자 솔레노이드쪽 선단과 크랭크실 연결공간쪽 단부는 동일한 단면적을 가지고 있어, 밸브의 개폐에 있어서 크랭크실의 압력(Pc)의 영향을 없앨 수 있다.

한편, 상기 전자 솔레노이드(130)는 상기 밸브체(120)에 연결된 가동철심(133)과, 상기 가동철심(133)에 이송방향으로 대향되게 배치된 고정철심(134a)과, 상기 가동철심(133)의 둘레에 배치된 전자코일(132)과, 상기 전자코일(132) 등을 감싸는 솔레노이드 하우징(134)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

예컨대, 상기 솔레노이드 하우징(134)은 상기 전자코일(132) 등을 감싸는 사출물로 구성될 수 있다.

이에 따라, 상기 전자 솔레노이드(130)의 통전에 의해 가동철심(133)과 밸브체(120)가 왕복운동함과 동시에, 밸브체(120)에 의해 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112) 사이를 연결하는 제1안내공(117)의 입구가 개폐된다.

상기 가동철심(133) 또는 밸브체(120)는 오프 스프링(off-spring, 125)에 의해 지지되어 있어, 외력이 없는 평상시에는 밸브체(120)가 상승하여 제1안내공(117)의 입구가 개방된 상태를 유지된다.

상기 전자 솔레노이드(130)에는 상기 가동철심(133) 또는 밸브체(120)의 이동을 안내하기 위한 제2안내공(137)이 형성되어 있다.

한편, 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 밸브하우징(110)과 벨로우즈(160) 사이에 바이메탈(190)과 같은 온도변형수단을 연결함으로써 토출온도(Td) 가 설정치 이상으로 증가할 때 밸브체(120)가 개방되는 방향으로 힘을 작용하여 토출온도를 낮추고, 이를 통해 압축기의 손상을 방지하도록 할 수 있다.

이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 용량제어밸브의 작용을 설명한다.

먼저, 엔진의 회전수, 실내외기의 온도차, 증발기 하류 온도 및 압력 등을 감지하여 그 신호가 MCU에 보내지면, MCU에서 연산이 이루어지고, 감지된 열적부하가 설정치를 초과하게 되면 냉매 토출량 증가를 위한 전류 신호가 전원으로 보내진다.

이에 따라, 전자 솔레노이드(130)에는 증가된 전류가 흐르게 되어, 도 3에 도시한 바와 같이, 가동철심(133)과 밸브체(120)가 오프 스프링(125)의 저항력과 토출실 연결공(113)의 토출압(Pd)을 이기고 하강 이동함으로써 토출실 연결공(113)을 폐쇄하게 된다.

이에 따라, 크랭크실(86) 내부의 압력은 급속히 감소하고 사판(50)의 경사각은 급격히 커지므로 압축기의 토출량과 토출압이 커지게 된다.

전자 솔레노이드(130)에 흐르는 전류가 일정한 경우, 토출압(Pd)이 설정치보다 크면, 도 4에 도시된 바와 같이, 토출압이 벨로우즈(160)를 축소시켜서 제1안내공(117)이 개방된다.

이에 따라, 크랭크실 압력(Pc)이 상승하고 사판의 경사각이 작아져 토출량과 토출압이 설정치로 유지되고 밸브는 다시 폐쇄된다.

이와는 반대로, 토출압(Pd)이 설정치보다 작은 경우에는 벨로우즈(160)가 밸브 폐쇄위치에서 그대로 유지되므로 제1안내공(117)이 폐쇄된다.

이에 따라, 크랭크실 압력(Pc)이 감소하고 사판의 경사각이 커져서 토출량과 토출압이 설정치까지 상승하게 된다.

결국, 전자 솔레노이드(130)에 전달되는 전류치는 압축기의 토출압과 일정한 관계를 가지게 되므로 압축기의 토출압과 밀접한 관계가 있는 압축기의 토크(부하)를 용이하게 조절할 수 있게 된다.

예컨대, 차량의 급가속시 또는 급경사 주행시 등 차량의 주행부하가 많이 걸리는 경우, 이를 감지하여 차량 공조장치에 포함된 압축기에 전달되는 전류량을 줄여서 냉각 시스템에 걸리는 부하를 일부 희생시킴으로써 차량에 걸리는 주행부하를 용이하게 감당하도록 할 수 있다.

전술한 본 발명의 작용에서는, 밸브체(120)가 입구를 단지 개폐하는 구성만을 나타내었으나 통전량에 따라 제1안내공(117)의 입구의 개도(開度)가 조절될 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래기술에 따른 용량제어밸브의 구조를 나타내는 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 일 예를 나타내는 종단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용량제어밸브의 폐쇄구조를 나타내는 종단면도.

도 4는 도 3의 용량제어밸브의 개방구조를 나타내는 종단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용량제어밸브의 폐쇄구조를 나타내는 종단면도.

도 6은 도 5의 용량제어밸브의 개방구조를 나타내는 종단면도.

※ 주요 구성부호의 설명

100... 용량제어밸브

110... 밸브하우징

111... 크랭크실 연결공간

112... 크랭크실 연결공간

113... 토출실 연결공간

117... 제1안내공

120... 밸브체

130... 전자 솔레노이드

131... 가동철심

132... 전자코일

134... 솔레노이드 하우징

137... 제2안내공

136... 솔레노이드 압력 수용부

160... 벨로우즈

C... 용량가변형 압축기

Claims (10)

1. 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

   압축기의 토출압력이 상기 전자 솔레노이드의 전자기력에 따라 변하도록 구성되고,

   상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 서로 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

   상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지된 상태에서 전자 솔레노이드로부터 크랭크실 연결공간을 지나 토출실 연결공간까지 연장되어 있되, 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간을 향해 상기 제1안내공의 입구를 개폐하게 되고,

   상기 밸브체의 토출실 연결공간쪽 단부에는 벨로우즈가 설치되어 있고,

   상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 크랭크실 압력이 작용하며,

   상기 오프 스프링은 전자 솔레노이드와 밸브체 사이에 형성된 솔레노이드 압력 수용부 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 솔레노이드 압력 수용부와 크랭크실 연결공간 사이에는 연결통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 밸브하우징에는 온도에 따라 상기 밸브체에 변위를 주는 온도변형수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
6. 제5항에 있어서,

   상기 온도변형수단은 상기 벨로우즈의 선단과 밸브하우징의 토출실 연결공간 내면 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
7. 제5항에 있어서,

   상기 온도변형수단은 바이메탈인 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
8. 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

   압축기의 토출압력이 상기 전자 솔레노이드의 전자기력에 따라 변하도록 구성되고,

   상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 서로 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

   상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지된 상태에서 전자 솔레노이드로부터 크랭크실 연결공간을 지나 토출실 연결공간까지 연장되어 있되, 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간을 향해 상기 제1안내공의 입구를 개폐하게 되고,

   상기 밸브체의 토출실 연결공간쪽 단부에는 벨로우즈가 설치되어 있고,

   상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 크랭크실 압력이 작용하며,

   상기 밸브하우징에는 온도에 따라 상기 밸브체에 변위를 주는 온도변형수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
9. 제8항에 있어서,

   상기 온도변형수단은 상기 벨로우즈의 선단과 밸브하우징의 토출실 연결공간 내면 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
10. 제8항에 있어서,

    상기 온도변형수단은 바이메탈인 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.

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