KR101028874B1 - 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는, 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서, 압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력 및 흡입실 압력을 각각 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공 및 흡입실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 제1안내공이 관통되게 형성된 밸브하우징; 왕복운동하면서 제1안내공 입구를 개폐하도록 대경부와 소경부로 구성되는 밸브체; 통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드; 및 상기 소경부보다 직경이 크게 형성된 슬리브가 형성되며 상기 밸브체의 소경부와 전자 솔레노이드 사이를 연결하는 슬리브부재;를 포함하는 것을 특징으로한다.

이에 따라, 슬리브부재에 의해 밸브체의 열림량이 제한되므로 토출압(Pd)이 높아져도 흡입압(Ps)이 일정값을 유지하여 제어정밀도가 향상되는 효과가 있다.

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Description

용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법{DISPLACEMENT CONTROL VALVE OF VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR AND ASSEMBLY METHOD THEREOF}

본 발명은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토출압(Pd)이 높아져도 흡입압(Ps)이 일정값을 유지하도록 구성되어 제어정밀도가 향상되는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법에 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 흡입실의 냉매가 실린더 내에 흡입되어 압축된 후 토출실로 배출되는데, 상기 크랭크실 내의 압력과 흡입실 내의 압력 차이에 따라 사판의 경사각이 변화하여 냉매의 토출량이 조절되게 된다.

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

이와 같은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 대표적인 예가 하기 특허문헌 1(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 도 1 내지 도 2를 참조하여 그 개략적인 구성에 관해서 개략적으로 설명한다.

도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 용량제어밸브(5)는, 축부(15c)와, 상기 축부(15c)보다 작은 지름의 중간 소경부(15b) 및 상기 축부(15c)보다 큰 지름의 밸브 본체부(15a)를 가지는 밸브봉(15)과, 상기 밸브봉(15)의 축부(15c)가 미끄럼 이동이 자유롭도록 끼워져 삽입되는 안내 구멍(19) 및 밸브 본체부(15a)가 그 하단부(밸브 시트부(22a))에 접촉 분리되는 밸브구(22)가 설치된 밸브실(21)과, 상기 밸브실(21)의 외주부(밸브구(22)보다 상류측)에 압축기로부터 토출 압력(Pd)의 냉매를 도입하기 위한 복수의 필터(25A)가 부착된 토출압 냉매 도입구(25)가 설치되 는 동시에, 밸브구(22)의 아래 쪽(하류측)에 압축기의 크랭크실에 연속해서 통하는 냉매 출구(26)가 설치된 밸브 본체(20) 및 전자식 액추에이터(30)를 구비한다.

상기 전자식 액추에이터(30)는, 통전용의 커넥터부(31)를 가지는 코일(32)과, 상기 코일(32)의 내주측에 배치된 원통 모양의 스테이터(33)와, 상기 스테이터(33)의 하단부 내주에 압입 고정된 단면이 오목한 모양의 흡인자(34)와, 상기 스테이터(33)의 하단부 외주(단차부)에 그 상단부가 TIG용접에 의해 접합된 플랜지 모양부(35a)가 있는 파이프(35)와, 상기 흡인자(34)의 아래쪽에서 파이프(35)의 내주측에 상하 방향으로 미끄럼 이동이 자유롭도록 배치된 플런저(37) 및 상기 코일(32)의 외주를 덮도록 배치된 바닥이 있는 구멍을 갖는 원통 모양의 하우징(60)을 구비하고 있다.

또한, 상기 스테이터(33)의 상부에는, 6각 구멍을 갖는 조절 나사(65)가 나사 결합되고, 상기 스테이터(33)의 내주측에 있어서의 상기 조절 나사(65)와 흡인자(34) 사이에는 압축기의 흡입 압력(Ps)이 도입되는 감압실(45)이 형성되고, 상기 감압실(45)에는 감압에 따라 움직이는 부재로서 벨로즈(41)가 구비되고, 역 볼록 모양의 상부 스토퍼(42), 역 오목 모양의 하부 스토퍼(43) 및 압축 코일 스프링(44)으로 이루어지는 벨로즈 본체(40)가 배치된다.

그리고, 상기 벨로즈 본체(40)와 흡인자(34) 사이에는 벨로즈 본체(40)를 수축시키는 방향(조절 나사(65)측에 압축하는 방향)으로 가압하는 압축 코일 스프링(46)이 배치되어 있다. 또한, 상기 벨로즈 본체(40)의 하부 스토퍼(43)(의 역 오목부)와 플런저(37)(의 오목부 37c) 사이에는 상기 흡인자(34)를 관통하는 작동 봉(14)이 배치되고, 상기 흡인자(34)와 플런저(37)(의 오목부37b) 사이에는, 플런저(37)를 통해 밸브봉(15)을 아래 쪽(밸브 개방 방향)으로 가압하는 압축 코일스프링으로 이루어지는 밸브 개방 스프링(47)이 배치되어 있다.

한편, 상기 밸브 본체(20)의 상부 중앙에는, 플런저(37)의 최하강 위치를 규제하기 위한 볼록 모양 스토퍼부(28)가 튀어나와 설치되고, 상기 볼록한 모양 스토퍼부(28)를 포함하는 밸브실 윗쪽의 중앙부분에는, 상기 밸브봉(15)이 미끄럼 이동이 자유롭도록 끼워져 삽입된 안내 구멍(19)이 형성되어 있다. 또한, 상기 플런저(37)와 밸브 본체(20)의 상부 외주(볼록한 모양 스토퍼부(28)외주) 사이에는, 압축기의 흡입 압력의 냉매가 도입되는 흡입압 냉매 도입실(23)이 형성되는 동시에, 그 외주측에 여러 개의 흡입압 냉매 도입구(27)가 형성되고, 상기 흡입압 냉매 도입구(27)로부터 흡입압 냉매 도입실(23)로 도입된 흡입 압력(Ps)의 냉매는, 플런저(37)의 외주에 형성된 세로 홈(37a, 37a, …) 및 중앙부에 튀어나와 설치된 연속 통과 구멍(37d)이나 흡인자(34)에 형성된 연속 통과 구멍(39) 등을 통해 상기 감압실(45)에 도입된다.

상기 밸브 본체(20)의 하부(냉매 출구(26))에는, 상기 밸브봉(15)을 윗쪽으로 가압하는 원추형의 압축 코일스프링으로 이루어지는 밸브 폐쇄 스프링(48)이 배치되어 있고, 상기 밸브 폐쇄 스프링(48)의 가압력에 의해 밸브봉(15)의 상단부는, 항상 플런저(37)(연속 통과 구멍 37d부분)에 눌러 접촉하도록 되어 있다.

또한, 밸브 본체(20)의 상단부에는, O링(57)을 통해 상기 파이프(35)의 하단플랜지 모양부(35a)가 놓여지게 되고, 상기 플랜지 모양부(35a)와 상기 코일(32) 사이에는 플랜지 모양부(56a)가 있는 짧은 원통 모양의 파이프 홀더(56)가 끼워져 장착되어, 상기 플랜지 모양부(35a, 56a)가 밸브 본체(20)의 상단 외주 코킹부(29)에 의해 모두 체결 고정되고 있다.

또한, 파이프 홀더(56)의 상단부에는, 상기 하우징(60)의 구멍이 있는 바닥부(61)가 압입고정되고, 하우징(60)의 상단부(62)는, 상기 커넥터부(31)의 플랜지 모양부(31c)위에 코킹 고정되고, 상기 하우징(60)과 커넥터부(31)와 코일(32) 사이에는 0링(66)이 끼워져 장착된다. 또한, 커넥터부(31)의 중앙 하부에는, 상기 조절 나사(65)의 6각 구멍에 끼워져 맞춰지는 볼록부(31b)가 튀어나와 설치된 오목부 (31a)가 형성되고 있으며, 이 오목부(31a)안에 상기 스테이터(33) 및 조절 나사(65)의 상부가 삽입된다.

이와 같이 구성되는 제어 밸브(5)에 있어서는, 코일(32), 스테이터(33) 및 흡인자(34)로 이루어지는 솔레노이드부가 통전되면, 흡인자(34)에 플런저(37)가 끌어당겨지게 된다. 이에 따라, 밸브봉(15)이 밸브 폐쇄 스프링(48)의 가압력에 의해 윗쪽(밸브 닫히는 방향)으로 이동할 수 있게 된다.

한편, 압축기로부터 흡입압 도입구(27)로 도입된 흡입 압력(Ps)의 냉매는, 도입실(23)로부터 플런저(37)의 외주에 형성된 세로홈(37a, 37a, ‥·)이나 흡인자(39)에 형성된 연속 통과 구멍(39)등을 통해 상기 감압실(45)로 도입되고, 벨로즈 본체(40)(내부는 진공압)는 감압실(45)의 압력(흡입 압력(Ps))에 따라 신축 변위(흡입 압력(Ps)이 높으면 수축, 낮으면 신장)하여, 상기 변위가 작동봉(14) 및 플런저(37)를 통해 밸브봉(15)에 전달되고, 이에 따라 밸브 개방도(밸브구(22)의 밸브 시트부(22a)로부터의 밸브 본체부(15a)의 리프트량)가 조정된다.

즉, 밸브 개방도는, 코일(32), 스테이터(33) 및 흡인자(34)로 이루어지는 솔레노이드부에 의한 플런저(37)의 흡인력과, 벨로즈 본체(40)의 가압력과, 밸브 개방 스프링(47) 및 밸브 폐쇄 스프링(48)에 의한 가압력과, 밸브축(15)에 대한 토출 압력(Pd)에 의한 밸브개방 방향 하중과 밸브 닫히는 방향 하중에 의해 결정되고, 그 밸브 개방도에 따라, 토출압 냉매 도입구(25)로부터 밸브실(21)로 도입된 토출 압력(Pd)의 냉매의 응축량, 즉, 크랭크실로의 도출량(응축량)이 조정된다. 바꿔 말하면, 밸브 개방도에 따라, 냉매 출구(26)측의 압력(Pc), 즉 크랭크실 내의 압력이 제어되고, 이것에 따라 압축기의 경사판의 경사각도 및 피스톤의 스트로크가 조정되어 토출량이 증감된다.

그러나, 종래기술에 따른 용량가변형 압축기용 용량제어밸브(5)에 있어서는, 다음과 같은 개선해야 할 과제가 있었다.

즉, 제어 밸브(5)에 있어서는, 밸브구(22)보다 상류측에 토출압 냉매 입구(21)가 설치되는 동시에 밸브구(22)보다 하류측에 냉매 출구(26)가 설치되고, 밸브 본체부(15a)는 밸브봉(15)의 축부(15c)의 하단부에 설치되어 상기 밸브구(22)를 그 하측으로부터 개폐하도록 되어 있으며, 밸브봉(15)에 토출 압력(Pd)이 작용하도록 되어있다.

이 경우, 밸브 조립상 편의를 도모하기 위해, 도 2(a)와 도 2(b)에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 밸브구(22)는, 밸브봉(15)의 축부(15c)를 그 하측으로부터 끼워 통과할 수 있도록, 그 구경(Da)이 축부(15c)의 외경(Db)보다 약간 크 게 이루어지고, 또한 밸브구(22)를 그 하측으로부터 밸브 본체부(15a)에서 개폐하기 위해(밸브구(22)의 하단부에 설치된 밸브 시트부(22a)에 밸브 본체부(15a)가 접촉 분리되도록) 밸브 본체부(15a)의 외경(Dc)은 밸브구(22)의 구경(Da)보다 크게 되어 있다(Db≤Da <Dc).

이 경우, 밸브봉(15)에 작용하는 토출 압력(Pd)에 의한 밸브 폐쇄 방향 하중(밀어 올리는 힘) A는, 축부(15c)의 수압 면적(외경 Db)에 따르는 것이 되는 데에 대하여, 밸브 개방 방향 하중(밀어 내리는 힘) B는, 밸브구(22)(밸브 시트부(22a))의 구경(Da)에 따른 하중 Ba에, 밸브 본체부(15a)의 외경 Dc(Dc-Da)에 따른 하중 Bb가 가산된 크기가 된다.

여기에서, Da와 Db는 대략 같다고 상정해도 좋기 때문에, 밸브봉(15)에 대한 토출 압력 (Pd)에 의한 밸브 개방 방향 하중(밀어 내리는 힘)이 밸브 폐쇄 방향 하중 (밀어 올리는 힘)보다 상기 하중 Bb정도 커진다. 그 때문에 전자식 액추에이터(30)의 코일(32)에 공급되는 전류값 I를 일정하게 하면, 도 3에 도시된 (Pd)-(Ps)특성에 의해 토출 압력(Pd)이 높아짐에 따라 출구 압력(Pc) 나아가서는 흡입 압력(Ps)(압축기의 사용상, 출구 압력 (Pc)과 흡입 압력 (Ps)은 대략 같아진다)도 높아지는(우측 위쪽으로) 경향이 있으며, 이것이 제어에 악영향을 미치게 되는(제어 정밀도의 저하 등을 초래한다) 문제가 있었다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 제2006-291867호

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 토출압(Pd)이 높아져도 흡입압(Ps)이 일정값을 유지하도록 구성되어 제어정밀도가 향상되는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 토출실과 흡입실의 차압, 벨로우즈 및 전자 솔레노이드의 힘의 평형 관계를 이용하여 토출용량을 조절하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는, 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서, 압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력 및 흡입실 압력을 각각 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공 및 흡입실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 제1안내공이 관통되게 형성된 밸브하우징; 왕복운동하면서 제1안내공 입구를 개폐하도록 대경부와 소경부로 구성되는 밸브체; 통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드; 및 상기 소경부보다 직경이 크게 형성된 슬리브가 형성되며 상기 밸브체의 소경부와 전자 솔레노이드 사이를 연결하는 슬리브부재;를 포함하는 것을 특징으로한다.

또한, 상기 슬리브의 직경에 대한 단면적은, 상기 제1안내공의 직경에 대한 단면적과 상기 대경부의 직경에 대한 단면적의 합을 2로 나눈 값보다 크거나 같은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 밸브하우징에는 슬리브에 대응되는 슬리브 보어가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 슬리브부재에는 수용부가 형성되며, 상기 수용부에는 벨로우즈가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자 솔레노이드는, 상기 슬리브부재와 연결되는 가동철심과, 상기 가동철심의 둘레에 배치된 전자코일과, 상기 벨로우즈와 연결되는 로드 및 상기 로드를 고정하는 고정철심으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 벨로우즈에는 삽입홈이 형성되고, 상기 로드에는 삽입홈에 대응되는 삽입구가 형성되어 상대운동을 방지하도록 고정결합되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 로드는 고정철심과 나사결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로드에는 링홈이 형성되며, 상기 링홈에는 오링이 삽입되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가동철심에는 흡입실 연결공과 연통되도록 안내홈이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 가동철심에는 로드의 이동을 안내하기 위한 제2안내공이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬리브와 밸브체는 상대운동을 방지하도록 고정결합되는 것이 바 람직하다.

그리고, 상기 벨로우즈에는 제1지지스프링이 내장되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 벨로우즈의 삽입홈이 형성되지 않은 반대 단부는 상기 슬리브부재에 고정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브하우징에는 밸브체의 단부와 마주하는 방향으로 나사 결합되는 캡이 구비되며, 상기 밸브체와 캡 사이에는 제2지지스프링이 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 토출실 연결공에는 필터가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 용량가변형 압축기의 용량제어밸브의 조립방법은, 상술한 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서, 전자 솔레노이드에 로드를 나사 결합하고, 상기 로드의 돌출된 단부에 벨로우즈를 결합하며, 상기 벨로우즈를 감싸도록 전자 솔레노이드와 슬리브부재를 결합하고, 상기 전자 솔레노이드와 밸브하우징을 결합하며, 상기 슬리브부재의 슬리브와 밸브체의 소경부를 결합하고, 상기 밸브하우징의 개방된 단부를 덮도록 캡을 고정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 및 조립방법에 따르면, 슬리브부재에 의해 밸브체의 열림량이 제한되므로 토출압(Pd)이 높아져도 흡입압(Ps)이 일정값을 유지하여 제어정밀도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 토출실과 흡입실의 차압, 벨로우즈 및 전자 솔레노이드의 힘의 평형 관계를 이용하여 토출용량을 조절하는 효과가 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 전자 솔레노이드에 작용하는 전류의 크기를 토출압과 흡입압의 차이에 비례하도록 하여 토출용량과 토크의 조절이 용이하다는 이점이 있다.

또한, 오링에 의해 냉매의 유출을 방지하여 실링성이 향상된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 구조를 나타내는 종단면도이며, 도 5는 도 4에서 용량제어밸브의 구조를 나타내는 종단면도이고, 도 6은 도 4의 용량제어밸브에서 각 구성요소 사이의 힘의 평형관계를 나타내는 종단면도이다.

먼저, 본 발명에 따른 용량제어밸브가 설치된 용량가변형 사판식 압축기의 구조를 개략적으로 설명하도록 한다.

도시한 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 하우 징(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.

구체적으로, 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 있으며, 이러한 특성의 압축기에 모두 적용이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 용량제어밸브(100)를 상세하게 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량제어밸브(100)는, 몇 가지 연결공이 형성된 밸브하우징(110), 전자 솔레노이드(130), 상기 밸브 하우징(110)의 내부에서 이동 가능하게 설치되는 밸브체(120)를 포함하고 있다.

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

특히, 상기 전자 솔레노이드(130)가 통전됨에 따라 밸브체(120)가 왕복 이동하면서 밸브하우징(110)에 형성된 제1안내공(117)을 개폐하는 구성으로 되어 있다.

상기 밸브하우징(110)에는 크랭크실(86)의 압력(Pc)과 토출실(24)의 압력(Pd)이 각각 작용하는 크랭크실 연결공(112)과 토출실 연결공(113)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결공(112)은 상기 제1안내공(117)을 통해 서로 연통되는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 밸브하우징(110)에는 토출실 연결공(113) 하단으로 흡입실 연결공(111)이 형성된다

도면에서는, 상기 토출실 연결공(113)과 흡입실 연결공(111)이 크랭크실 연결공(112)에 각각 직교하는 방향으로 형성되어 있으나, 그 방향은 임의로 정해질 수 있다.

그리고, 상기 밸브체(120)는 턱부(121)를 경계로 하여 대경부(122)와 소경부(123)로 나뉘어져 있다. 턱부(121)를 중심으로 크랭크실 연결공(112) 쪽이 대경부(122), 흡입실 연결공(111) 쪽이 소경부(123)로 형성되는 것이다. 상기 턱부(121)는 상기 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결공(112) 사이를 연결하는 제1안내공(117)의 입구를 개폐할 수 있게 되어 있다.

한편, 도시되진 않았지만 상기 밸브체(120)의 양단부에는 압축기(C)의 흡입압(Ps) 또는 크랭크실(86)의 압력(Pc)이 작용하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브체(120)의 소경부(123) 끝단에 슬리브부재(140)가 구비되어 상기 밸브체(120)의 소경부(123)와 전자 솔레노이드(130) 사이를 연결하도록 구성된다.

한편, 상기 슬리브부재(140)가 설치되는 상기 밸브하우징(110)에는 슬리브 보어(119)가 형성되며, 상기 슬리브부재(140)에는 상기 슬리브 보어(119)에 대응되는 슬리브(141)가 형성된다. 상기 슬리브(141)는 소경부(123)보다 직경이 크게 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 슬리브(141)의 직경에 대한 단면적은, 상기 제1안내공(117)의 직경에 대한 단면적과 상기 대경부(122)의 직경에 대한 단면적의 합을 2로 나눈 값보다 크거나 같도록 형성하는 것이 바람직하며 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

한편, 상기 슬리브부재(140)는 소경부(123)와 서로 압입 고정되어 상대운동을 방지하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자 솔레노이드(130)는 상기 슬리브부재(140)와 연결된 가동철심(131)과, 상기 가동철심(131)의 둘레에 배치된 전자코일(132)과, 상기 전자코일(132) 등을 감싸는 솔레노이드 하우징(134)과, 상기 전자코일(132)의 안쪽에 배치된 고정철심(133) 및 상기 고정철심(133)에 결합되며 후술될 벨로우즈(160)와 고정되는 로드(135)로 구성된다.

그리고, 상기 솔레노이드 하우징(134)은 전자코일(132)을 감싸는 사출물이나 절연성 케이스에 해당한다.

아울러, 상기 가동철심(131)에는 로드(135)의 이동을 안내하기 위한 제2안내공(131a)이 형성된다.

이에 따라, 상기 전자 솔레노이드(130)의 통전에 의해 가동철심(131)과 슬리브부재(140) 및 밸브체(120)가 왕복운동함과 동시에, 밸브체(120)의 턱부(121)에 의해 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결공(112) 사이를 연결하는 제1안내공(117)의 입구가 개폐된다.

또한, 상기 고정철심(133)과 가동철심(131) 사이에는 오프 스프링(off-spring, 125)이 설치되어 있어, 외력이 없는 평상시에는 밸브체(120)가 상승하여 제1안내공(117)의 입구가 개방된 상태를 유지하도록 한다.

그리고, 상기 로드(135)는 고정철심(133)과 나사결합되어 상기 로드(135)의 회전에 의해 후술할 벨로우즈(160)의 초기 설정 값을 조정할 수 있다.

그리고, 상기 슬리브부재(140)의 일면과 제1안내공(117)이 형성된 밸브하우징(110)의 내측 대향면에 의해 상기 밸브체(120)의 최대 열림량이 제한된다.

또한, 상기 슬리브부재(140)에는 안쪽에 수용부(170)가 형성되며, 상기 수용부(170)에는 벨로우즈(160)가 설치된다.

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.

한편, 상기 수용부(170)는 상기 흡입실(22)에 직접 연결되어 흡입실 압력(Ps)이 작용된다.

그리고, 상기 벨로우즈(160)에는 삽입홈(161)이 형성되고, 상기 로드(135)에는 상기 삽입홈(161)에 대응되는 삽입구(135a)가 형성되어 상대운동을 방지하도록 고정결합되는 것이다.

한편, 상기 벨로우즈(160)의 삽입홈(161)이 형성되지 않은 반대 단부는 상기 슬리브부재(140)의 내측에 고정되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 벨로우즈(160) 내부에는 팽창된 상태를 유지하도록 제1지지스프링(162)이 내장될 수도 있다.

또한, 상기 밸브하우징(110)에는 상기 밸브체(120)의 단부와 마주하는 방향으로 나사 결합되는 캡(165)이 구비되며, 상기 밸브체(120)와 캡(165) 사이에는 제 2지지스프링(163)이 구비되어 상기 벨로우즈(160)의 팽창력 및 그 내부에 설치된 제1스프링(162)의 팽창력이 규제된다.

이때, 상기 캡(165)의 회전에 의해 상기 제2지지스프링(163)의 초기 설정 값을 조정할 수 있게 된다.

한편, 상기 캡(165)은 일부가 개방되도록 형성되어 크랭크실(86)의 압력(Pc)이 작용하도록 구성된다.

또한, 상기 가동철심(131)에는 흡입실 연결공(111)과 연통되도록 안내홈(131b)이 형성된다.

이에 따라, 상기 솔레노이드 하우징(134)에도 흡입실(22)의 압력(Ps)이 작용하게 된다. 이러한 구조에 의해, 상기 가동철심(131)과 슬리브부재(140)에도 흡입실(22)의 압력(Ps)을 작용시킬 수 있게 된다.

더욱이, 흡입실(22)의 압력(Ps)을 가지는 흡입 냉매가스가 상기 솔레노이드 하우징(134)을 통과함으로써 전자 솔레노이드(130) 부분이 효과적으로 냉각될 수 있다. 이에 따라, 전자 솔레노이드(130)의 신뢰도가 높아지며, 전자 솔레노이드(130)가 발생열의 영향을 받지 않고 전류에 비례하는 전자기력을 정확이 생성시킬 수 있다.

한편, 상기 로드(135)에는 링홈(136)이 형성되며, 상기 링홈(136)에는 오링(137)이 삽입되어 상기 안내홈(131b)을 통해 유입된 냉매의 유출을 방지하게 되는 것이다.

또한, 상기 토출실 연결공(113)에는 필터(180)가 설치되어 제어밸브에 이물 질이 투입되는 것을 차단하도록 하는 역할을 수행한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 용량제어밸브의 작용을 설명한다.

작용설명에 있어서, 초기상태는 용량제어밸브(100)로의 전원공급이 차단된 상태로서, 오프 스프링(125)에 의해 밸브체(120)가 상승하여 밸브체(120)의 턱부(121)가 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결공(112) 사이를 연결하는 상기 제1안내공(117)의 입구로부터 분리되어 개방된 상태를 유지하는 것으로 한다.

이에 따라, 토출압(Pd)이 토출실 연결공(113)을 통해 제1안내공(117)을 경유하여 크랭크실 연결공(112)을 지나 크랭크실(86)에 작용하므로, 크랭크실(86)의 압력은 높아지고 사판(50)의 경사각은 급속히 작아지게 되어 냉매의 토출량도 줄어들게 된다.

다음, 엔진의 회전수, 실내외기의 온도차, 증발기 하류 온도 및 압력 등을 감지하여 그 신호가 MCU에 보내지면, MCU에서 설정된 열적부하와의 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 가동철심(131)과 슬리브부재(140) 및 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 감소하고 사판(50)의 경사각은 커지 므로 압축기의 토출량과 토출압은 급격히 커지게 된다.

이때, 외부의 열적부하 즉, 실내의 온도가 높은 관계로 흡입압(Ps)이 상승하게 되고, 이와 같이 상승된 흡입압(Ps)은 수용부(170)에 작용하게 된다.

이렇게 상승된 흡입압(Ps)에 의해 벨로우즈(160)는 축소되고, 벨로우즈(160)에 고정된 밸브체(120)는 하강하는 힘을 받는다. 이러한 관계로, 전자 솔레노이드(130)에 작용하는 전류가 작아도 밸브체(120)는 용이하게 하강 이동할 수 있게 된다. 전자 솔레노이드(130)에 작용하는 전류량이 적어지면 전자코일(132)로부터의 발열량도 적어지므로 전자 솔레노이드(130)의 열적 영향이 최소화되고 신뢰도가 유지된다.

반대로, 열적부하가 줄어들게 되면, MCU로부터 감소된 전류에 대한 신호가 전자 솔레노이드(130)에 전달되고, 이 경우 전자기력도 축소되므로 토출압(Pd)과 오프 스프링(125)의 힘에 의해 밸브체(120)는 상승하는 힘을 받는다.

이에 따라, 밸브체(120)의 턱부(121)가 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결공(112) 사이를 연결하는 상기 제1안내공(117)의 입구로부터 분리되기 시작하고, 이어서 토출압(Pd)이 크랭크실(86)에 작용하므로 크랭크실(86)의 압력은 높아지고 결국 사판(50)의 경사각과 냉매의 토출량도 급격히 줄어들게 된다.

이 상태는 실내온도의 냉방이 이미 충분히 이뤄진 상태로서 자연히 흡입압(Ps)도 줄어들게 되므로 벨로우즈(160)는 다시 팽창하여 밸브체(120)의 상승을 돕는다.

한편, 상술한 본 발명의 용량제어밸브(100)는 밸브체(120)의 턱부(121)에 토 출압(Pd)이 작용하도록 형성되어 있다.

예컨대, 상기 소경부(123)의 직경에 대한 단면적(Ab)은 밸브 조립상 편의 도모 및 토출압(Pd)이 크랭크실(86)로 이동을 위해 제1안내공(117)의 직경에 대한 단면적(Ad) 보다 작게 형성되고, 상기 대경부(122)의 직경에 대한 단면적(Aa)은 제1안내공(117)을 개폐하기 위해 제1안내공(117)의 단면적(Ad)보다 크게 형성되어 있다(Ab<Ad<Aa).

여기에서, 상기 밸브체(120)는 힘의 평형(밸브폐쇄방향=밸브개방방향)을 이루고 있다고 상정해도 좋기 때문에, 상기 대경부(122)에 작용하는 토출압(Pd)에 의해 밸브체(120)는 개방방향으로 이동하게 된다.

그 때문에 전자 솔레노이드(130)에 공급되는 전류값을 일정하게 하면, 토출 압(Pd)이 높아짐에 따라 크랭크실출구 압력(Pc) 나아가서는 흡입 압력(Ps)(압축기의 사용상, 크랭크실(86)의 압력(Pc)과 흡입 압력 (Ps)은 대략 같아진다)도 높아지는 경향이 있었으며 이를 개선하기 위해 본 발명의 슬리브(140)가 제안되었다.

구체적으로, 상기 슬리브(140)의 단면적(Ac)은 상기 제1안내공(117)의 단면적(Ad)과 상기 대경부(122)의 단면적(Aa)의 합을 2로 나눈 값보다 크거나 같도록 형성하여 대경부(122)와 턱부(121)로 가해지는 토출압(Pd)이 상기 슬리브(140)에도 동일하게 작용하여 밸브체(120)가 힘의 평형에 의해 이동 없이 정지된 상태를 유지한다.

결국, 토출압(Pd)에 의해 밸브체(120)가 개방하지 않으므로 흡입압(Ps)이 일정 값을 유지하여 본 발명에 따른 용량제어밸브(100)의 제어정밀도가 향상되게 되 는 것이다.

전술한 본 발명의 작용에서는, 밸브체(120)의 턱부(121)가 입구를 단지 개폐하는 구성만을 나타내었으나 통전량에 따라 제1안내공(117)의 입구의 개도(開度)가 조절될 수 있음은 물론이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

예를 들어, 상기 토출실 연결공(113)에 필터(180)가 설치된 것으로 설명하였지만 냉매가 유입되는 흡입실 연결공(111)과 크랭크실 연결공(112)에 모두 적용되어 제어밸브에 이물질이 투입되는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브를 도시한 종단면도이다.

도 2는 종래기술에 따른 용량제어밸브의 주요부 확대 종단면도(a) 및 작용 설명도(b)이다.

도 3은 도 1의 용량제어밸브의 Pd-Ps특성을 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 구조를 나타내는 종단면도이다.

도 5는 도 4에서 용량제어밸브의 구조를 나타내는 종단면도이다.

*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*

100... 용량제어밸브

110... 밸브하우징

111... 흡입실 연결공

112... 크랭크실 연결공

113... 토출실 연결공

117... 제1안내공

119... 슬리브 보어

120... 밸브체

121... 턱부

122... 대경부

123... 소경부

130... 전자 솔레노이드

131... 가동철심

132... 전자코일

134... 솔레노이드 하우징

137... 제2안내공

140... 슬리브

160... 벨로우즈

170... 벨로우즈 수용부

C... 용량가변형 압축기

Claims (16)

1. 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

   압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력 및 흡입실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공 및 흡입실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 제1안내공이 관통되게 형성된 밸브하우징;

   왕복운동하면서 제1안내공 입구를 개폐하도록 대경부와 소경부로 구성되는 밸브체;

   통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드; 및

   상기 소경부보다 직경이 크게 형성된 슬리브가 형성되며 상기 밸브체의 소경부와 전자 솔레노이드 사이를 연결하는 슬리브부재;를 포함하되,

   상기 슬리브의 직경에 대한 단면적은,

   상기 제1안내공의 직경에 대한 단면적과 상기 대경부의 직경에 대한 단면적의 합을 2로 나눈 값보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 밸브하우징에는 슬리브에 대응되는 슬리브 보어가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 슬리브부재에는 수용부가 형성되며, 상기 수용부에는 벨로우즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 전자 솔레노이드는,

   상기 슬리브부재와 연결되는 가동철심과, 상기 가동철심의 둘레에 배치된 전자코일과, 상기 벨로우즈와 연결되는 로드 및 상기 로드를 고정하는 고정철심으로 구성되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
6. 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

   압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력 및 흡입실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공 및 흡입실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 제1안내공이 관통되게 형성된 밸브하우징;

   왕복운동하면서 제1안내공 입구를 개폐하도록 대경부와 소경부로 구성되는 밸브체;

   통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드; 및

   상기 소경부보다 직경이 크게 형성된 슬리브가 형성되며 상기 밸브체의 소경부와 전자 솔레노이드 사이를 연결하는 슬리브부재;를 포함하되,

   상기 슬리브부재에는 수용부가 형성되며, 상기 수용부에는 벨로우즈가 구비되고,

   상기 전자 솔레노이드는, 상기 슬리브부재와 연결되는 가동철심과, 상기 가동철심의 둘레에 배치된 전자코일과, 상기 벨로우즈와 연결되는 로드 및 상기 로드를 고정하는 고정철심으로 구성되며,

   상기 벨로우즈에는 삽입홈이 형성되고, 상기 로드에는 삽입홈에 대응되는 삽입구가 형성되어 상대운동을 방지하도록 고정결합되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
7. 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

   압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력 및 흡입실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공 및 흡입실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 제1안내공이 관통되게 형성된 밸브하우징;

   왕복운동하면서 제1안내공 입구를 개폐하도록 대경부와 소경부로 구성되는 밸브체;

   통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드; 및

   상기 소경부보다 직경이 크게 형성된 슬리브가 형성되며 상기 밸브체의 소경부와 전자 솔레노이드 사이를 연결하는 슬리브부재;를 포함하되,

   상기 슬리브부재에는 수용부가 형성되며, 상기 수용부에는 벨로우즈가 구비되고,

   상기 전자 솔레노이드는, 상기 슬리브부재와 연결되는 가동철심과, 상기 가동철심의 둘레에 배치된 전자코일과, 상기 벨로우즈와 연결되는 로드 및 상기 로드를 고정하는 고정철심으로 구성되며,

   상기 로드는 고정철심과 나사결합되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 로드에는 링홈이 형성되며, 상기 링홈에는 오링이 삽입되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 가동철심에는 흡입실 연결공과 연통되도록 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 요량가변형 압축기의 용량제어밸브.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 가동철심에는 로드의 이동을 안내하기 위한 제2안내공이 형성되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
11. 제 6항에 있어서,

    상기 슬리브와 밸브체는 상대운동을 방지하도록 고정결합되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
12. 제 6항에 있어서,

    상기 벨로우즈에는 제1지지스프링이 내장되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
13. 제 6항에 있어서,

    상기 벨로우즈의 삽입홈이 형성되지 않은 반대 단부는 상기 슬리브부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
14. 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

    압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력 및 흡입실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공 및 흡입실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 제1안내공이 관통되게 형성된 밸브하우징;

    왕복운동하면서 제1안내공 입구를 개폐하도록 대경부와 소경부로 구성되는 밸브체;

    통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드; 및

    상기 소경부보다 직경이 크게 형성된 슬리브가 형성되며 상기 밸브체의 소경부와 전자 솔레노이드 사이를 연결하는 슬리브부재;를 포함하되,

    상기 밸브하우징에는 밸브체의 단부와 마주하는 방향으로 나사 결합되는 캡이 구비되며, 상기 밸브체와 캡 사이에는 제2지지스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
15. 제 1항 또는 제 6항 또는 제 7항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 토출실 연결공에는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
16. 삭제

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