KR101189224B1 - 차량용 에어컨 컴프레서 - Google Patents

Abstract

차량용 에어컨 컴프레서가 개시된다. 개시된 차량용 에어컨 컴프레서는, 하우징과; 상기 하우징의 중앙에 회전 가능하게 설치된 샤프트와; 상기 샤프트에 가로질러 설치되는 동시에 일정 각도로 기울어지며 설치된 사판과; 상기 사판에 의해 전후진되게 상기 샤프트의 외주면에 설치된 피스톤과; 상기 피스톤이 전후진되게 수납되며 상기 하우징 내에 마련된 실린더와; 상기 하우징의 후방에 설치된 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브와 연결 설치되어 상기 솔레노이드 밸브의 작동을 단속하는 스위치;를 포함하고, 상기 피스톤 하나에 상기 실린더가 2개가 마련되며, 서로 반대 방향으로 운동되게 구비되고, 상기 2개의 실린더가 연통되도록 일측에 압력 릴리프 홀이 형성된 것을 그 특징으로 한다.

컴프레서, 냉매, 사판

Description

차량용 에어컨 컴프레서{AIR-CONDITIONER COMPRESSOR FOR VEHICLE}

도 1은 종래의 기술에 따른 차량용 고정형 에어컨 컴프레서의 구성을 나타내 보인 도면.

도 2는 종래의 기술에 따른 차량용 가변형 에어컨 컴프레서의 구성을 나타내 보인 도면.

도 3은 도 1 및 도 2의 컴프레서의 시간에 따라 온도와 토출량을 개략적으로 나타내 보인 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서의 구성을 개략적으로 나타내 보인 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서에 적용된 디엑티브 실린더의 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서의 일반 모드 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 단면도.

도 7은 도 6에서 A-A 선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31. 하우징

32. 샤프트

33. 사판

34. 피스톤

34a,34a'. 실린더

35. 제어샤프트

36. 스프링

37. 1차 로드

43. 솔레노이드 밸브

44. 스위치

51. 압력 릴리프 홀

본 발명은 차량용 에어컨 컴프레서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 연비와 컴프레서에서 발생하는 탈착음을 개선하기 위한 차량용 에어컨 컴프레서에 관한 것이다.

차량의 에어컨 시스템에 사용되는 에어컨 컴프레서 종류에는 고정 용량형과 가변형으로 대별된다.

이 중 상기 고정형은 도 1에 도시된 바와 같이, 샤프트에 적용된 사판(12)이 일정한 기울기로 고정되어 있어 회전수에 따라 일정한 양의 냉매가 밸브를 통해 토출된다.

이와 같은 고정형은, 구조가 간단하고 가격이 싸고, 기계식으로 에어컨 제어가 가능하며(FATC 불필요), 저가형 차량(소형, 중형 차량)에 적합하다.

반면, 냉매 토출량 제어가 불가능하고, 소요 토크가 크며(차량 연비가 나쁨), 내구력이 불리하고(항상 피스톤(11)이 최대로 움직임), 작동소음이 심하다(사이클링에 의한 컴프레서 탈착음).

그리고 가변형은 도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트에 적용된 사판(21)이 외부적 요인이나 내부적 압력차에 의해 각도변화를 일으켜 피스톤의 행정을 변화시키고 냉매 압축 스트로크가 달라져 토출량의 변화를 가져오게 된다. 도 2의 도면부호 22는 제어밸브를 나타내 보인 것이다.

이와 같은 가변형은, 냉매 토출량 제어가 용이하고, 연비 모드에서 소요 토크를 줄일 수 있고(연비 향상), 내구력이 좋다.

반면, FATC 적용이 필요하고, 시스템 가격이 비싸 저가형 차량(소형/중형)에 적용이 불가하며, 원가/중량이 과다하다(크기가 고정형 대비 크다).

상기와 같은 고정형과 가변형의 가장 큰 특징은 바로 타켓 온도(실내)에 대한 추종성이다.(도 3에 도시된 그래프 참조)

예를 들어, 가변형은 실내 온도를 25℃로 하였을 때 가변형은 에어컨 ECU에서 연산을 통해 컴프레서의 사판각을 변화시켜 토출량을 필요한 만큼만 토출되도록 조절한다.

하지만, 고정형은 토출량 제어가 되지 않으므로 불필요하게 과도한 냉매 토출량을 내보내고 실내온도 보다 낮은 공기를 히터를 통과한 공기와 혼합하여 타켓 온도를 맞춘다. 이는 에너지 손실이고 도 3의 그래프에서 시간이 지남에 따라 나타나는 갭(gap)은 결국 고정형이 가지고 있는 최대 단점이 된다. 또한 주행 중 '딱'하는 컴프레서 탈착음을 느낄 수 있다.

이는 증발기 온도가 아이싱((icing) 부위에 도달하여 스위치 작동에 의해 인위적으로 컴프레서를 끊고 붙여주기 때문이다. 그럼에도 불구하고 소형차량이나 저가형 차량에 고정형을 사용할 수밖에 없는 이유는 바로 원가적으로 장점이 가변형 대비 크기 때문이다.

하지만, 이러한 원가측면에서 장점을 가졌더라도 현재 고 유가시대에 차량연비에 상당한 악영향을 미친다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 차량의 연비가 개선되고, 고정형이 가지는 컴프레서의 탈착음이 대폭 개선되도록 한 차량용 에어컨 컴프레서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 에어컨 컴프레서는, 하우징과; 상기 하우징의 중앙에 회전 가능하게 설치된 샤프트와; 상기 샤프트에 가로질러 설치되는 동시에 일정 각도로 기울어지며 설치된 사판과; 상기 사판에 의해 전후진되게 상기 샤프트의 외주면에 설치된 피스톤과; 상기 피스톤이 전후진되게 수납되며 상기 하우징 내에 마련된 실린더와; 상기 하우징의 후방에 설치된 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브와 연결 설치되어 상기 솔레노이드 밸브의 작동 을 단속하는 스위치;를 포함하고, 상기 피스톤 하나에 상기 실린더가 2개가 마련되며, 서로 반대 방향으로 운동되게 구비되고, 상기 2개의 실린더가 연통되도록 일측에 압력 릴리프 홀이 형성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4에는 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서는, 하우징(31)과, 이 하우징(31)의 중앙에 회전 가능하게 설치된 샤프트(32)와, 이 샤프트(32)에 가로질러 설치되는 동시에 일정 각도로 기울어지며 설치된 사판(33)과, 이 사판(33)에 의해 전후진되게 샤프트(32)의 외주면에 설치된 피스톤(34)과, 이 피스톤(34)이 전후진되게 피스톤(34)이 수납되며 하우징(31) 내에 마련된 실린더(34a,34a')를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서는, 상기 하우징(31)의 후방에 설치된 솔레노이드 밸브(43)와, 이 솔레노이드 밸브(43)와 연결되어 하우징(31) 내에 설치된 1차 로드(37)와, 이 1차 로드(37)의 힘이 전달되도록 하우징(31) 내에 설치된 제어샤프트(35)와, 이 제어샤프트(35)의 전방 끝단으로 하우징(31) 내에 설치되어 제어샤프트(35)가 탄성적으로 운동되도록 하는 스프링(36)과, 상기 솔레노이드 밸브(43)와 연결 설치되어 솔레노이드 밸브(43)의 작동을 단속하는 스위치(44)가 구비된다.

이때, 상기 피스톤(34) 하나에 실린더(34a,34a')가 2개가 마련되며, 서로 반대 방향으로 운동되게 구비되고, 상기 2개의 실린더(34a,34a')가 연통되도록 일측에 압력 릴리프 홀(51)이 형성된다.

그리고 상기 제어샤프트(35)는 피스톤(34) 사이에 형성된 홀에 바(bar)가 삽입되어 이루어지는데, 이 바의 중간부분의 절반이 커팅(cutting) 처리된다. 또한 상기 제어샤프트(35)의 바는 스프링(36)의 탄성에 의해 평상시에는 압력 릴리프 홀(51)을 차단한다.

한편, 도 4에서 도면부호 32a는 풀리이고, 41은 흡입챔버이며, 42는 토출밸브이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서는, 소형 및 저가형 차량에 장착하는 고정형 컴프레서의 단점인 냉매 용량 제어를 실린더 디엑티브(Cylinder DeActive, 이하 CDA라 함) 원리를 컴프레서에 적용하여 종래 기술의 단점을 보완하고 차량 연비를 개선하여 고유가 시대에 연비 개선 차량에 적용하고자 한 것이다.

상기한 CDA의 원리에 대하여 설명한다.

고정형은 컴프레서는 보통 5개의 피스톤이 사판을 가운데에 적용하여 사판 회전시 피스톤이 전후 방향으로 움직이므로써 10개의 실린더를 가지고 있다.

본 발명의 원리는, 하나의 피스톤(34)은 2개의 실린더(34a,34a')를 가지고 있고 서로 상반된 운동을 한다. 즉, 한쪽이 압축이면 다른 한쪽은 흡입인데, 이 두 개의 실린더(34a,34a')를 연결시키는 유로를 적용하고, 중앙에 제어밸브를 적용한다면 밸브 작동에 따라 피스톤(34)이 왕복운동을 하여도 냉매 압축과 토출 기능을 상실한다. 반대로 밸브를 닫으면 다시 원래 기능이 회복된다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

상기한 컴프레서의 CDA를 작동시키지 않으면, 기존의 고정형과 동일하게 작동한다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, CDA를 작동시키면 컴프레서의 실린더(34b) 2개가 압축 작동을 멈추고 3개의 실린더의 압축으로 냉동 사이클을 형성하게된다. 도 5에서 도면부호 34b는 디엑티브(DeActive) 실린더이다.

이때, 충분한 냉매 압력이 형성되지 않아 증발기에서는 아이싱 온도까지 내려가지 않으며 컴프레서 사이클링을 하지 않아 NVH(Noise Vibration harshness) 성능이 향상된다.

그리고 5개의 실린더가 작용할 때 보다 엔진에 소요토크를 40% 감소시킨다. 이는 연비 향상으로 나타난다. 이러한 CDA를 고정형 컴프레서에 적용하므로써 연비 향상이 40%가 되고, 잦은 사이클링에 의한 컴프레서의 탈착음이 없어져 NVH 성능이 향상된다.

이를 위해 컴프레서 후방에 솔레노이드 밸브(43)를 적용하여 운전자의 의도를 전달하는데, 이 솔레노이드 밸브(43)는 1차 로드(37)와 연결되어 제어샤프트(35)에 힘을 전달한다. 이 제어샤프트(35)는 피스톤(34)과 피스톤(34) 사이에 홀을 적용하여 그 속에 바를 삽입함으로서 이루어진다.

그리고 상기 제어샤프트(35)의 바는 중간 부분 절반이 커팅 처리되는데, 이는 냉매가 흐를 공간을 형성하기 위함이다. 또한 상기 제어샤프트(35)의 바 끝단은 스프링(36)이 설치되어 평상시의 바는 스프링(36)의 탄성에 의해 압력 릴리프 홀(51)을 막고 있다.

도 6 및 도 7을 참조하여 일반 모드시의 작동을 설명한다.

일반 모드는 일반적인 고정형 컴프레서의 작동과 같다. 즉, 피스톤(34) 5개가 압축과 흡입을 진행할 때 제어샤프트(35)가 압력 릴리프 홀(51)을 막고 있으므로, 고압이 형성되면 토출밸브(42)를 오픈한다.

그리고 반대쪽 피스톤(34)은 흡입 과정을 거치므로 흡입챔버(41)가 열려 증발기로부터 냉매를 받아들인다. 도 6에서 노란색 부분이 일반 모드 작동시 냉매가 유동하는 곳이다.

한편, 도 6에서 화살표 'B'는 냉매의 흡입 상태를 나타내 보인 것이고, 화살표 'C'는 냉매의 토출 상태를 나타내 보인 것이다.

또한 상기한 CDA의 작동을 설명한다.

도 4에 도시된 노란색 부분은 CDA 작동에 대한 냉매와 힘 전달 경로를 보여 주고 있다. 운전자의 의도에 의해 상기 스위치(44)가 작동하면 CDA가 작동하여 냉매가 실린더(34a,34a') 내에서 순환하여 압축이 이루어지지 않으며 소요 토크도 없앨 수 있다.

즉, 운전자가 상기 스위치(44)를 작동시키면, 솔레노이드 밸브(43)에 전원이 공급되며, 이 솔레노이드 밸브(43)가 1차 로드(37)를 작동시킨다. 그리고 상기 1 차 로드(37)가 제어샤프트(35)를 움직이게 하며, 이 제어샤프트(35)는 스프링(36)의 힘을 이기고 왼쪽으로 움직인다.

그러면 압력 릴리프 홀(51)이 열리고, 냉매가 피스톤(34)의 뒷 실린더(34a,34a')로 이동하고, 상기 피스톤(34)이 반대로 움직일 때 냉매가 역으로 흐른다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 에어컨 컴프레서는 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명을 적용함으로써 연비가 향상되고, 잦은 사이클링에 의한 컴프레서의 탈착음이 발생되지 않아 NVH 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 하우징과;

   상기 하우징의 중앙에 회전 가능하게 설치된 샤프트와;

   상기 샤프트에 가로질러 설치되는 동시에 일정 각도로 기울어지며 설치된 사판과;

   상기 사판에 의해 전후진되게 상기 샤프트의 외주면에 설치된 피스톤과;

   상기 피스톤이 전후진되게 수납되며 상기 하우징 내에 마련된 실린더와;

   상기 하우징의 후방에 설치된 솔레노이드 밸브와;

   상기 솔레노이드 밸브와 연결 설치되어 상기 솔레노이드 밸브의 작동을 단속하는 스위치;를 포함하고,

   상기 피스톤 하나에 상기 실린더가 2개가 마련되며, 서로 반대 방향으로 운동되게 구비되고, 상기 2개의 실린더가 연통되도록 일측에 압력 릴리프 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 컴프레서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 솔레노이드 밸브와 연결되어 상기 하우징 내에 설치된 1차 로드와;

   상기 1차 로드의 힘이 전달되도록 상기 하우징 내에 설치된 제어샤프트와;

   상기 제어샤프트의 전방 끝단으로 상기 하우징 내에 설치되어 상기 제어샤프트가 탄성적으로 운동되도록 하는 스프링;을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 컴프레서.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어샤프트는 상기 피스톤 사이에 형성된 홀에 바가 삽입되어 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 컴프레서.
4. 제3항에 있어서,

   상기 바의 중간부분의 절반이 커팅 처리된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 컴프레서.
5. 제3항에 있어서,

   상기 바는 상기 스프링의 탄성에 의해 평상시에는 상기 압력 릴리프 홀을 차단하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 컴프레서.

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