KR101319566B1

KR101319566B1 - 용량 제어 밸브

Info

Publication number: KR101319566B1
Application number: KR1020127013040A
Authority: KR
Inventors: 코헤이 후쿠도메; 료수케 쵸; 마사유키 후타쿠치
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-10-23
Also published as: WO2011135911A1; JP5680628B2; US20120198993A1; JPWO2011135911A1; EP2565452B1; EP2565452A1; CN102869884A; CN102869884B; US8757988B2; KR20120112405A; EP2565452A4

Abstract

본 발명은 밸브체와 밸브 하우징(밸브 보디)과의 슬라이딩부를 없게 하는 구조로 함으로써 슬라이딩부에서의 이물질의 물림 방지 및 슬라이딩부 누설을 방지한 용량 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면 제 1 밸브실에서 상기 토출측 통로를 개폐하는 제 1 밸브체와, 흡입측 통로 도중에 상기 제 1 밸브실보다 상기 제어실에 가깝게 형성된 제 2 밸브실과, 제 2 밸브실 내에 배치되어서 그 신장에 의해 제 1 밸브체를 열리게 하는 방향으로 가압력을 미치면서 동시에 주위의 압력 증가에 따라 수축하는 감압체와, 감압체의 신축 방향의 자유단에 설치되어서 고리모양의 시트면을 가지는 어댑터와, 제 1 밸브체에 연결되어 제 2 밸브실에서 어댑터의 시트면과의 결합 및 이탈에 의해 흡입측 통로를 개폐하는 고리 모양의 결합면을 가지는 제 2 밸브체와, 제 1 밸브체에 전자 구동력을 미치는 솔레노이드를 구비하고, 상기 제 1 밸브체에 벨로우즈를 사용한 벨로우즈형 밸브로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

용량 제어 밸브 {CAPACITY CONTROL VALVE}

본 발명은 작동 유체의 용량 또는 압력을 가변 제어하는 용량 제어 밸브에 관한 것으로 특히 자동차 등의 공조 시스템에 이용되는 용량 가변형 압축기 등의 토출양을 압력 부하에 따라 제어하는 용량 제어 밸브에 관한 것이다.

자동차 등의 공조 시스템에 이용되는 사판(斜板, swash plate)식 용량 가변형 압축기는 엔진의 회전력에 의해 회전 구동되는 회전축, 회전축에 대해서 경사 각도를 바꿀 수 있도록 연결된 사판, 사판에 연결된 압축용의 피스톤 등을 구비하여 사판의 경사 각도를 변화시킴으로써 피스톤의 스트로크를 변화시켜서 냉매 가스의 토출양을 제어하는 것이다.

이 사판의 경사 각도는 냉매 가스를 흡입하는 흡입실의 흡입 압력, 피스톤에 의해 가압한 냉매 가스를 토출하는 토출실의 토출 압력, 사판을 수용한 제어실(크랭크실)의 제어실 압력을 이용하면서 전자력에 의해 개폐 구동되는 용량 제어 밸브를 이용하여 제어실 내의 압력을 적당하게 제어하여 피스톤의 양면에 작용하는 압력의 밸런스 상태를 조정함으로써 연속적으로 변화시킬 수 있도록 이루어져 있다.

도 5는 종래의 용량 제어 밸브의 일례를 나타낸 것이다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

이 용량 제어 밸브(100)는 밸브 유닛과 밸브 유닛을 개폐 작동시키는 구동 유닛으로 구성되며, 밸브 유닛은 원통형의 밸브 하우징(101)을 가지며 내부에 제 1 감압실(102), 밸브실(103) 및 제 2 감압실(107)이 축방향으로 차례로 나열되어 형성되어 있다. 제 1 감압실(102)은 밸브 하우징(101)의 외주면에 형성된 연통홀(101a)을 통해서 크랭크실과 연통되어 있다. 제 2 감압실(107)은 밸브 하우징(101)의 외주면에 형성된 연통홀(101e)을 통해서 흡입실과 연통되어 있다. 밸브실(103)은 밸브 하우징(101)의 외주면에 형성된 연통홀(101b)을 통해서 토출실과 연통되어 있다. 제 1 감압실(102)과 밸브실(103)은 밸브 홀(101c)을 통해서 연통 가능하게 이루어져 있다. 밸브실(103)과 제 2 감압실(107) 사이에는 지지홀(101d)이 형성되어 있다.

밸브실(103) 내에는 원주 모양의 밸브체(104)가 수용되어 있다. 밸브체(104)는 외주면이 지지홀(101d)의 내주면에 밀접하면서 지지홀(101d) 안을 슬라이딩 이동가능하되 밸브 하우징(101)의 축선 방향으로 이동할 수 있다. 밸브체(104)의 일단은 밸브 홀(101c)을 개폐할 수 있으면서, 타단은 제2 감압실 (107) 안으로 돌출되어 있다.

밸브체(104)의 일단에는 막대 모양의 연결부(106)의 일단이 고정되어 있다. 연결부(106)는 타단이 벨로우즈(bellows)(105)에 접촉 가능하게 배치되어 있어 벨로우즈(105)의 변위를 밸브체(104)에 전달하는 기능을 가진다.

구동 유닛은 원통형의 솔레노이드 하우징(112)을 가지며 솔레노이드 하우징 (112)은 밸브 하우징(101)의 타단에 동축적(同軸的)으로 연결되고, 솔레노이드 하우징(112) 내에는 솔레노이드(114)가 수용되어 있다.

솔레노이드(114)에 제어 전류가 공급되면, 솔레노이드(114)는 전자력을 발생해서 가동 코어(108)를 고정 코어(110)를 향해서 흡인하여 밸브체(104)에 대해서 닫힘 방향으로 작용하는 것이다.

용량 제어 밸브는 전자력에 의해 개폐 구동되면서 동시에 사판식 용량 가변형 압축기의 흡입실의 흡입 압력, 토출실의 토출 압력 및 제어실(크랭크실)의 제어실 압력을 이용하면서 제어실 내의 압력을 적당하게 제어하여서 압축기의 용량을 제어하는 것이기 때문에 밸브체(104)의 작동성은 양호한 것이 요망된다. 전술된 바와 같이 종래의 용량 제어 밸브의 밸브체(104)는 외주면이 밸브 하우징(101)의 연통홀(101e)을 통해서 흡입실과 연통된 제 2 감압실(107)과 연통홀(101b)을 통해서 토출실과 연통된 밸브실(103) 사이에 형성된 지지홀(101d)의 내주면에 밀접하면서 슬라이딩 이동하는 구조이기 때문에 이 슬라이딩부(摺動部,sliding part)에 이물질이 물리면 밸브체(104)의 움직임은 저해되어 때로는 작동되지 않게 되는 문제점이 발생한다. 또, 이 이물질이 물리는 것을 피하기 위해서 슬라이딩부의 클리어런스를 크게 잡으면, 슬라이딩부를 통해서 제어 유체가 누설되어 압축기의 소정제어 기능에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

이 용량 제어 밸브(100)의 밸브체(104)와 지지홀(101d)의 슬라이딩부에 물리는 이물질로서는 토출실측과 흡입실측에서의 침입을 일단 생각할 수 있지만, 토출압과 흡입압의 차이에서 볼 때 주로 토출실 측에서의 침입이다. 예를 들면, 토출 필터의 메쉬의 개구 치수가 160㎛라 하면, 그 이하의 크기의 이물질이 슬라이딩부로 침입할 가능성이 있다. 또, 이물질의 재질로서는 압축기의 하우징재인 Al, Fe 및 Si 등이 있다.

일본특허공개공보 제2009-57855호

본 발명은 상기 종래기술의 용량 제어 밸브가 가지는 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서 압축기의 토출실과 연통된 밸브실과 제어실(크랭크실)에 연통된 감압실 사이를 개폐하는 밸브체에 있어서, 밸브체와 밸브 하우징(밸브 보디)과의 슬라이딩부를 없게 하는 구조로 구성함으로써 슬라이딩부에서의 이물질의 물림 방지 및 슬라이딩부 누설을 방지한 용량 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 용량 제어 밸브는, 첫째, 유체를 토출하는 토출실과 유체의 토출양을 제어하는 제어실을 연통시키는 토출측 통로와,

상기 토출측 통로 도중에 형성된 제 1 밸브실과,

유체를 흡입하는 흡입실과 상기 제어실을 연통시키는 흡입측 통로와,

상기 흡입측 통로 도중에 형성된 흡입 포트와,

상기 제 1 밸브실에서 상기 토출측 통로를 개폐하는 제 1 밸브체와,

상기 흡입측 통로 도중에 있어서 상기 제 1 밸브실보다도 상기 제어실에 가깝게 형성된 제 2 밸브실과,

상기 제 2 밸브실 내에 배치되어서 그 신장에 의해 상기 제 1 밸브체를 열림 방향으로 가압력(urging force)을 미치게 하면서 동시에 주위의 압력 증가에 수반해 수축하는 감압체(感壓體, pressure sensitive body)와,

상기 감압체의 신축 방향의 자유단에 설치되어서 고리모양(ring-shaped)의 시트면(seat surface)을 가지는 어댑터와,

상기 제 1 밸브체에 연결되어 상기 제 2 밸브실에서 상기 어댑터의 시트면과의 결합 및 이탈에 의해 상기 흡입측 통로를 개폐하는 고리모양의 결합면을 가지는 제 2 밸브체와,

상기 제 1 밸브체에 전자 구동력을 주는 솔레노이드를 구비하여,

상기 제 1 밸브체에 벨로우즈(bellows)를 사용한 벨로우즈형 밸브로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

제1의 특징에 의해 밸브체와 밸브 보디와의 슬라이딩부가 존재하지 않기 때문에 종래의 용량 제어 밸브의 슬라이딩부에서의 이물질의 물림 및 슬라이딩부 누설의 문제점을 완전히 해소할 수 있다.

또, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 둘째, 제1의 특징에 있어서 벨로우즈형 밸브는 토출측 통로의 시트면에 맞닿는 본체부와, 그 본체부의 배면에 일단이 기밀하게 접합되는 벨로우즈와, 그 벨로우즈의 타단에 기밀하게 접합되는 고정금구를 구비하며, 그 고정금구는 상기 제 1 밸브실과 상기 흡입 포트 사이에 있어서 밸브 보디에 기밀하게 고정되어서 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

제2의 특징에 의해 토출측과 흡입측 사이의 누설을 거의 완전하게 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 셋째, 제2의 특징에 있어서, 제 1 밸브체의 씰 지름에서의 수압면적(B1)과 제 1 밸브체의 벨로우즈의 유효 지름에서의 수압면적(C1)을 동일하게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

제3의 특징에 의해 제 1 밸브체에 작용하는 토출 압력(Pd)이 상쇄되어서 그 영향을 방지할 수 있으며, 토출 압력(Pd)의 영향을 받지 않는 제 1 밸브체의 동작이 가능해져 안정된 용량 제어를 수행할 수 있다.

본 발명은 아래와 같은 뛰어난 효과를 갖는다.

(1)용량 제어 밸브의 토출측 통로를 개폐하는 제 1 밸브체에 벨로우즈를 사용한 벨로우즈형 밸브로 함으로써, 밸브체와 밸브 보디와의 슬라이딩부가 존재하지 않기 때문에 종래의 용량 제어 밸브의 슬라이딩부에서의 이물질의 물림 및 슬라이딩부 누설이라는 문제를 완전하게 해소할 수 있다.

(2)벨로우즈형 밸브는 토출측 통로의 시트면에 맞닿는 본체부와 그 본체부의 배면에 일단이 기밀하게 접합되는 벨로우즈와, 그 벨로우즈의 타단에 기밀하게 접합되는 고정금구를 구비하고, 그 고정금구는 상기 제 1 밸브실과 상기 흡입 포트 사이에서 밸브 보디에 기밀하게 고정되어 이루어져서 토출측과 흡입측 사이의 누설을 거의 완전하게 방지할 수 있다.

(3)제 1 밸브체의 씰 지름에서의 수압면적(B1)과 제 1 밸브체의 벨로우즈의 유효지름에서의 수압면적(C1)를 동등하게 함으로써, 제 1 밸브체에 작용하는 토출 압력(Pd)이 상쇄되어서 그 영향을 방지할 수 있으며 토출 압력(Pd)의 영향을 받지 않는 제 1 밸브체의 동작이 가능해져 안정된 용량 제어를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 용량 제어 밸브를 구비한 사판식 용량 가변형 압축기를 나타낸 개략 구성도,
도 2는 본 발명과 관련된 용량 제어 밸브의 일실시 형태를 나타내는 정면 단면도,
도 3은 본 발명과 관련되는 용량 제어 밸브에서의 제1 밸브체를 확대해서 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명과 관련된 용량 제어 밸브의 밸브체에 작용하는 힘의 균형 관계를 나타내는 설명도,
도 5는 종래의 용량 제어 밸브를 나타내는 정면 단면도이다.

본 발명과 관련된 용량 제어 밸브를 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명하겠는데, 본 발명은 이것에 한정되어 해석되는 것이 아니며 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 당업자의 지식에 근거하여 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.

사판식 용량 가변형 압축기(M)는 도 1에서와 같이 토출실(11), 제어실(크랭크실로도 칭함)(12), 흡입실(13), 복수의 실린더(14), 실린더(14)와 토출실(11)을 연통시켜 토출밸브(11a)에 의해 개폐되는 포트(11b), 실린더(14)와 흡입실(13)을 연통시켜 흡입밸브(13a)에 의해 개폐되는 포트(13b), 외부의 냉각 회로에 접속되는 토출포트(11c) 및 흡입포트(13c), 토출실(11)과 제어실(12)을 연통시키는 토출측 통로로서의 연통로(15), 전술의 토출측 통로로서의 역할 및 제어실(12)과 흡입실 (13)을 연통시키는 흡입측 통로로서의 역할을 겸하는 연통로(16), 흡입측 통로로서의 연통로(17) 등을 확정하는 케이싱(10), 제어실(크랭크실)(12) 내에서 외부로 돌출되어 회동 자유롭게 설치된 회전축(20), 회전축(20)과 일체적으로 회전하면서 동시에 회전축(20)에 대해서 경사 각도를 바꿀 수 있게 연결된 사판(21), 각각의 실린더(14) 내에 왕복 이동 자유롭게 결합(嵌合)된 복수의 피스톤(22), 사판(21)과 각각의 피스톤(22)을 연결하는 복수의 연결부재(23), 회전축(20)에 장착된 피동 풀리(24), 케이싱(10)에 조합된 본 발명의 용량 제어 밸브(V) 등을 구비하고 있다.

또, 사판식 용량 가변형 압축기(M)에는 제어실(크랭크실)(12)과 흡입실(13)을 직접 연통하는 연통로(18)가 마련되어 있으며 그 연통로(18)에는 고정 오리피스(19)가 마련되어 있다.

게다가 이 사판식 용량 가변형 압축기(M)에는 토출 포트(11c) 및 흡입 포트 (13c)에 대해서 냉각 회로가 접속되고, 이 냉각 회로에는 콘덴서(응축기)(25), 팽창밸브(26), 에바포레이터(증발기)(27)가 순차적으로 배열되어 설치되어 있다.

용량 제어 밸브(V)는 도 2에서와 같이 금속재료 또는 수지재료에 의해 형성된 밸브보디(30), 그 밸브보디(30) 내에 배치된 제 1 밸브체(40), 그 제 1 밸브체 (40)를 한 방향으로 힘을 가하는 감압체(50), 밸브보디(30)에 접속되어서 제 1 밸브체(40)에 전자 구동력을 미치는 솔레노이드(60) 등을 구비하고 있다.

밸브보디(30)는 토출측 통로로서 기능하는 연통로(31,32,33), 후술하는 제 1 밸브체(40)의 연통로(44)와 함께 흡입측 통로로서 기능하는 연통로(33,34), 토출측 통로 도중에 형성된 제 1 밸브실(35), 흡입측 통로 도중에 형성된 흡입 포트(36), 토출측 통로 및 흡입측 통로의 제어실(12) 가까이에 형성된 제 2 밸브실(38) 등을 구비하고 있다.

또한, 밸브보디(30)에는 제 2 밸브실(38)을 획정하면서 동시에 밸브보디(30)의 일부를 구성하는 폐색부재(39)가 나사결합에 의해 장착되어 있다.

즉, 연통로(33) 및 제 2 밸브실(38)은 토출측 통로 및 흡입측 통로의 일부를 겸하도록 형성되어 연통로(32)는 제 1 밸브실(35)과 제 2 밸브실(38)을 연통시키면서 동시에 제 1 밸브체(40)에 연결된 제 2 밸브체(43)를 삽입 통과시키는(유체가 흐르는 틈새를 확보하면서 제 2 밸브체(43)를 통하게 한다) 밸브 홀을 형성하고 있다.

덧붙여 연통로(31,33,34)는 각각 둘레방향으로 방사형태로 배열해서 복수(예를 들면, 90도의 간격을 두고 4개) 형성되어 있다.

그리고, 제 1 밸브실(35)에 있어서 연통로(밸브 홀)(32)의 가장자리 부분에는 후술되는 제 1 밸브체(40)의 본체부(41)가 착좌하는 시트면(35a)이 형성되어 있다.

제 1 밸브체(40)는 밸브 홀(32)의 시트면(35a)에 착좌 가능한 본체부(41)와, 그 본체부(41)의 배면에 일단이 기밀하게 접합되는 벨로우즈(42)와, 그 벨로우즈(42)의 타단에 기밀하게 접합되는 고정금구(45)를 구비하고, 그 고정금구(45)는 상기 제 1 밸브실(35)과 상기 흡입포트(36) 사이에 있어서 밸브 보디(30)에 기밀하게 고정되어 있다. 이 때문에 제 1 밸브실(35)과 흡입포트(36)는 제 1 밸브체(40)에 의해 기밀하게 차단된 구조로 이루어져 있다.

본체부(41)의 배면 쪽에는 솔레노이드(60)의 가동 로드(65)에 연결되는 연결부(46)가 형성되고, 연결부(46)에 있어서 가동 로드(65)의 단부와 연결된다.

또한, 본체부(41)의 앞면 쪽에는 밸브 홀(32) 내를 관통해서 제 2 밸브실(38)로 연장하도록 배치되는 제 2 밸브체(43)가 나중에 장착되어 연결되어 있다.

게다가 본체부(41) 및 제 2 밸브체(43)에는 축선 방향에 있어서 흡입 포트 (36)에서 제 2 밸브실(38)까지 관통하여 흡입측 통로로서 기능하는 연통로(44)가 형성되어 있다.

제 2 밸브체(43)는, 제 1 밸브실(35)에서 제 2 밸브실(38)를 향해 지름이 줄어드는 상태에서 확장되는 형상으로 형성되어 연통로(밸브 홀)(32)를 삽입 통과하면서 동시에 지름이 확장된 부분의 외주연에 있어서 후술되는 어댑터(53)와 대향하는 고리 모양의 결합면(43a)을 구비하고 있다.

도 2에 있어서, 감압체(50)는 벨로우즈(51) 및 어댑터(53) 등을 구비하고 있다. 벨로우즈(51)는 그 일단이 폐색부재(39)에 고정되고, 그 밖의 단(端)(자유단)에 어댑터(53)를 유지하고 있다.

어댑터(53)는 선단에 제 2 밸브체(43)의 결합면(43a)과 대향해서 결합 및 이탈하는 고리모양의 시트면(53a)을 구비하고 있다.

즉, 감압체(50)는 제 2 밸브실(38) 내에 배치되어서 그 신장(팽창)에 의해 제 1 밸브체(40)를 열게 하는 방향으로 가압력((付勢力)을 미치게 하면서 동시에 주위(제 2 밸브실(38) 및 제 1 밸브체(40)의 연통로(44) 내)의 압력 증가에 따라서 수축해서 제 1 밸브체(40)에 미치는 힘을 약하게 하도록 작동한다.

도 3은, 제 1 밸브체(40)의 확대 단면도이다.

제 1 밸브체(40)의 본체부(41)는 머리부와 축부(軸部)로 이루어지는 볼트를 닮은 형상을 하고 있는데, 머리부에 상당하는 부분에는 외주연에 밸브 홀(32)의 시트면(35a)에 착좌 가능한 구면(球面)부(47)가 중앙부에 제 2 밸브체와 연결되기 위한 오목부(48)가 형성되며, 축부에 상당하는 부분에는 가동로드(65)에 연결되는 연결부(46)가 형성되고 있고, 머리부와 축부의 단차부(段差部)(49)에 벨로우즈(42)의 일단이 용접에 의해 기밀하게 접합되어 있다.

연결부(46)의 단부에는 가동 로드(65)와 연결하기 위한 오목부(54)가 형성되고, 또한 머리부 및 축부의 내부에는 연통로(44)가 형성되어 있다.

벨로우즈(42)는 단차부(49)에서 연결부(46)를 가리도록 연장하여 설치되고, 타단에 있어서 고정금구(45)의 측면에 용접으로 기밀하게 접합되어 있다. 고정 금구(45)는 도너츠 형상을 하고 있으며, 외주면이 밸브 보디(30)에 압입됨으로써 기밀하게 고정된다. 이 때문에 제 1 밸브실(35)과 흡입 포트(36) 사이는 제 1 밸브체 (40)에 의해 기밀하게 분리되는 한편 제 1 밸브체(40)의 고정금구(45)의 구멍부 (55), 벨로우즈(42) 내측과 연결부(46) 외측과의 공간, 연결부(46)의 연통로(44)와 제 2 밸브체의 연통로(44)에 의해 흡입 포트(36)와 제 2 밸브실(38)을 연통하는 유체의 통로가 형성된다. 또한, 제 1 밸브체(40)의 본체부(41) 및 벨로우즈(42)는 제 1 밸브실(35)에 있어서 밸브 보디(30) 사이에 간극을 가지고 배설되어 있기 때문에 가동로드(65)에 의해 구동되어 제 1 밸브체(40)가 작동할 때에도 밸브 보디(30)와의 사이에서 슬라이드 이동하는 부분이 없기 때문에 종래의 용량 제어 밸브와 같이 슬라이딩부의 누설 혹은 슬라이딩부에서의 이물질의 물림이라는 문제는 발생하지 않는다.

솔레노이드(60)는 도 2에서와 같이 보디(30)에 연결되는 케이싱(62), 일단부가 닫힌 슬리브(63), 케이싱(62) 및 슬리브(63)의 안쪽에 배치된 원통형의 고정철심(64), 고정철심(64)의 내측에 있어서 왕복 움직임이 자유로우며 또한 그 선단이 밸브체(40)에 연결되어서 연통로(44)를 형성하는 구동 로드(65), 구동 로드(65)의 타단 측에 고정 장착된 가동철심(66), 제 1 밸브체(41)를 담히게 하는 방향으로 가동철심(66)에 힘을 부여하는 코일스프링(67), 슬리브(63)의 외측에 보빈을 통하여 감아진 여자(勵磁)용의 코일(68) 등을 구비하고 있다.

상기 구성에 있어서 도 4에서와 같이 감압체(50)(의 벨로우즈(51))의 유효지름에서의 수압면적을 A1, 제 2 밸브체(43)의 씰 지름에서의 수압면적을 A2, 제 1 밸브체(40)의 씰 지름에서의 수압면적을 B1, 제 1 밸브체(40)의 벨로우즈(42)의 유효지름으로의 수압면적을 C1, 감압체(50)의 가압력을 Fb, 코일스프링(67)의 가압력을 Fs, 솔레노이드(60)의 전자 구동력에 의한 가압력을 Fsol, 토출실(11)의 토출 압력을 Pd, 흡입실(13)의 흡입압력을 Ps, 제어실(크랭크실)(12)의 제어실 압력을 Pc로 했을 때, 제 1 밸브체(40)에 작용하는 힘의 균형 관계식은

Fb＋A2·Pc＋C1·Pd=A1·Pc＋A2·Ps＋B1·Pd＋C1·Ps＋Fsol＋Fs가 된다.

지금, A1=A2=B1=C1=A라 하면,

Fb=2A·Ps＋Fsol＋Fs가 되어, 압력 (Pd) 및 (Pc)의 영향을 받지 않는 안정된 제어가 가능해진다.

즉, 수압면적(A1)=수압면적(A2)로 함에 따라 제 2 밸브실(38) 내에 있어서 감압체(50)에 작용하는 제어실 압력(Pc)이 상쇄되어서 그 영향을 방지할 수 있으며 제어실 압력(Pc)의 영향을 받지 않는 제 1 밸브체(40)의 동작이 가능해져 안정된 용량 제어를 수행할 수 있다.

또, 수압면적(B1)=수압면적(C1)로 함에 따라 제 1 밸브체(40)에 작용하는 토출 압력(Pd)이 상쇄되어서 그 영향을 방지할 수 있으며, 토출 압력(Pd)의 영향을 받지 않는 제 1 밸브체(40)의 동작이 가능해져 안정된 용량 제어를 수행할 수 있다.

상기 구성에 있어서 코일(68)이 비통전(非通電) 상태가 되면, 상기 균형 관계식은

Fb=2A·Ps＋Fs가 되어,

제 1 밸브체(40)는 도 2중 위쪽으로 이동하고, 제 1 밸브체(40)의 본체부 (41)가 시트면(35a)으로부터 멀어져 연통로(토출측 통로)(31,32)를 개방한다.

한편, 코일(68)이 소정 전류 값(I) 이상으로 통전되면, 감압체(50)의 가압력과 역방향으로 작용하는 솔레노이드(60)의 전자구동력(가압력, urging force) 및 코일스프링(67)의 가압력에 의해 제 1 밸브체(40)는 도 2중 아래쪽으로 이동하여서 본체부(41)가 시트면(35a)에 착좌해서 연통로(토출측 통로)(31,32)를 폐색한다.

다만, 제 1 밸브체(40)의 작동은 흡입실 압력(Ps)에 의해 제어되기 때문에 예를 들면 흡입실 압력(Ps)이 설정압 이상인 경우, 코일(68)이 비통전 상태에서도 상기와 달리 제 1 밸브체(40)의 본체부(41)가 시트면(35a)에 착좌해서 연통로(토출측 통로)(31,32)를 폐색한다. 또한, 코일(68)이 통전 상태에서도 흡입실 압력(Ps)이 설정압 이하이면, 제 1 밸브체(40)는 도 2중 위쪽으로 이동해서 제 1 밸브체(40)의 본체부(41)가 시트면(35a)에서 멀어져 연통로(토출측 통로)(31,32)를 개방한다.　

다음으로 이 용량 제어 밸브(V)를 구비한 사판식 용량 가변형 압축기(M)가 자동차의 공조 시스템에 적용되었을 경우의 동작에 관해서 설명한다.

먼저, 엔진의 회전 구동력에 의해 전달 벨트(미도시) 및 피동 풀리(24)를 통해서 회전축(20)이 회전하면, 회전축(20)과 일체가 되어 사판(21)이 회전한다. 사판(21)이 회전하면, 사판(21)의 경사 각도에 따른 스트로크로 피스톤(22)이 실린더 (14) 내를 왕복 이동하여 흡입실(13)에서 실린더(14) 내에 흡입된 냉매 가스가 피스톤(22)에 의해 압축되어 토출실(11)로 토출된다. 그리고, 토출된 냉매 가스는 콘덴서(25)로부터 팽창밸브(26)를 통해서 에바포레이터(27)에 공급되어 냉동 사이클을 수행하면서 흡입실(13)로 돌아오게 되어 있다.

여기서, 냉매 가스의 토출양은 피스톤(22)의 스트로크에 의해 결정되어 피스톤(22)의 스트로크는 제어실(12) 내의 압력(제어실 압력 Pc)에 의해 제어되는 사판 (21)의 경사 각도에 따라 결정된다.

피스톤(22)의 압축시, 피스톤(22)과 실린더(14) 사이의 클리어런스에서의 블로어바이가스(blow-by gas)가 제어실(12)로 상시 흘러들어 제어실(12)의 압력(Pc)을 상승시키려고 한다. 그러나, 고정 오리피스(19)가 설치되어 있어서 연통로(흡입측 통로) (33,44,34)가 닫혀 있을 때에도 제어실(12)에서 흡입실로 일정량의 방압이 이루어져 제어실(12) 내의 압력을 적정하게 유지할 수 있다.

우선, 솔레노이드(60)가 오프(off)로 되어 흡입 압력(Ps)이 낮은 경우, 벨로우즈(51)가 수축되지 않고 제 2 밸브체(43)가 어댑터(53)의 시트면(53a)에 착좌한 상태가 된다. 또, 제 1 밸브체(40)의 본체부(41)는 시트면(35a)로부터 멀어져 연통로(31,32)를 개방하기 때문에 제어실(12)에는 액체 냉매가 모인 상태가 된다.

이러한 상태에서 솔레노이드(60)가 온이 되면, 제 1 밸브체(40)가 닫힘 방향으로 이동하여 본체부(41)가 시트면(35a)에 착좌해서 연통로(토출측 통로)(31,32)를 폐색한다. 이 기동(起動) 후에 있어서, 흡입 압력(Ps)이 설정압 이상이 되면 벨로우즈(51)가 수축하고, 어댑터(53)가 제 2 밸브체(43)로부터 이탈해서 흡입측 통로(33,44,34)를 개방한 상태가 되어 제어실(12) 내에 모인 액체 냉매가 연통로(흡입측 통로)(33,44,34)를 경유해 흡입실(13)로 배출된다. 그리고, 제어실(12) 내의 액체 냉매의 배출이 종료되어 제어실 압력(Pc)이 설정압 이하가 되면, 벨로우즈(51)가 신장하고 제 2 밸브체(43)가 어댑터(53)의 시트면(43b)에 착좌한다. 따라서, 연통로(흡입측 통로)(33,44,34)는 폐색된 상태가 된다.

다만, 벨로우즈(51)의 신축에 대해서는 흡입 압력(Ps) 및 제어실 압력(Pc)에 의해 제어되기 때문에 솔레노이드의 온(on) 또는 오프(off)와 관계없이 흡입 압력 (Ps)이 설정 이상이 되면, 벨로우즈(51)가 수축해서 어댑터(53)가 제 2 밸브체(43)로부터 이탈해서 흡입측 통로(33,44,34)를 개방한 상태가 되어, 제어실(12) 내에 모인 액체 냉매가 연통로(흡입측 통로)(33,44,34)를 경유해 흡입실(13)로 배출된다. 그 때문에 제어실(12)에는 액체 냉매가 모이기 어려우며 피스톤(22)의 스트로크를 신속하게 최대로 할 수 있다.

또, 통상 제어시(최대 용량 운전과 최소 용량 운전 사이)에서는 솔레노이드 (60)(코일(67))로의 통전(通電)의 크기를 적절하게 제어해서 전자구동력(urging force)을 변화시킨다. 즉, 전자구동력으로 제 1 밸브체(40)의 위치를 적당하게 조정해서 원하는 토출양이 되도록 밸브 열림 양이 제어된다.

또, 최소 용량의 운전 상태에서는 솔레노이드(60)(코일(68))는 통전되지 않아서, 가동철심(66) 및 구동로드(65)는 감압체(50)의 가압력에 의해 후퇴해서 휴지(休止)위치에 정지하면서 동시에 제 1 밸브체(40)의 본체부(41)가 시트면(35a)으로부터 멀어져 연통로(토출측 통로)(31,32)를 개방한다. 이에 따라 토출 유체(토출 압력(Pd))가 연통로(토출측 통로)(31,32,33)를 거쳐 제어실(12) 내에 공급된다.그리고, 사판(21)의 경사 각도는 가장 작아지도록 제어되어 피스톤(22)의 스트로크를 최소로 한다. 그 결과, 냉매 가스의 토출양은 최소가 된다.

도 2에 나타난 용량 제어 밸브에 있어서는 흡입 포트(36)에 밸브체가 설치되지 않고, 연통로(44)는 용량 가변형 압축기의 흡입실(13)과 상시 연통된 구조로 이루어져 있지만, 제 1 밸브체(40)와 연동해서 흡입실(13)과 연통로(44)와의 연통을 개폐하는 밸브체를 설치해도 좋은 것은 물론이다.

10; 케이싱
11; 토출실
12; 제어실(크랭크실)
13; 흡입실
14; 실린더
15; 연통로
16; 연통로
17; 연통로
18; 연통로
19; 고정 오리피스
20; 회전축
21; 사판
22; 피스톤
23; 연결부재
24; 피동 풀리
25; 콘덴서(응축기)
26; 팽창밸브
27; 에바포레이터(증발기)
30; 밸브 보디
31,32; 연통로(토출측 통로)　
33; 연통로(제어실측 통로)
34; 연통로(흡입측 통로)
35; 제 1 밸브실
35a; 시트면　
36; 흡입 포트
38; 제 2 밸브실
39; 폐색부재
40; 제 1 밸브체
41; 본체부
42; 벨로우즈
43; 제 2 밸브체
43a; 결합면
44; 연통로
45; 고정금구(固定金具)
46; 연결부
47; 구면(球面)부
48; 오목부
49; 단차부(段差部)
50; 감압체
51; 벨로우즈
53; 어댑터
53a; 시트면(seat surface)
54; 오목부
55; 구멍부
60; 솔레노이드
62; 케이싱
63; 슬리브
64; 고정 철심(鐵芯)
65; 구동 로드
66; 가동 철심
67; 코일 스프링
68; 여자(勵磁)용의 코일
M; 사판식 용량 가변형 압축기
V; 용량 제어 밸브
Pd; 토출 압력
Ps; 흡입 압력
Pc; 제어실 압력
A1; 감압체의 수압면적
A2; 제 2 밸브체의 수압면적
B1; 제 1 밸브체의 수압면적
C1; 제 1 밸브체의 벨로우즈의 수압면적

Claims

유체를 토출하는 토출실과 유체의 토출양을 제어하는 제어실을 연통시키는 토출측 통로와,
상기 토출측 통로 도중에 형성된 제 1 밸브실과,
유체를 흡입하는 흡입실과 상기 제어실을 연통시키는 흡입측 통로와,
상기 흡입측 통로 도중에 형성된 흡입 포트와,
상기 제 1 밸브실에서 상기 토출측 통로를 개폐하는 제 1 밸브체와,
상기 흡입측 통로 도중에 있어서 상기 제 1 밸브실보다 상기 제어실 쪽으로 형성된 제 2 밸브실과,
상기 제 2 밸브실 내에 배치되어서 그 신장에 의해 상기 제 1 밸브체를 열리게 하는 방향으로 가압력을 미치면서 동시에 주위의 압력 증가에 따라서 수축되는 감압체와,
상기 감압체의 신축 방향의 자유단에 설치되어서 고리모양의 시트면을 가지는 어댑터와,
상기 제 1 밸브체에 연결되고, 상기 제 2 밸브실에서 상기 어댑터의 시트면과의 결합 및 이탈에 의해 상기 흡입측 통로를 개폐하는 고리모양의 결합면을 가지는 제 2 밸브체와,
상기 제 1 밸브체에 전자 구동력을 미치는 솔레노이드를 구비하며,
상기 제 1 밸브체에 벨로우즈를 사용한 벨로우즈형 밸브로 하는 것을 특징으로 하는 용량 제어 밸브.
제 1항에 있어서, 벨로우즈형 밸브는 토출측 통로의 시트면에 맞닿는 본체부와, 그 본체부의 배면에 일단이 기밀하게 접합되는 벨로우즈와, 그 벨로우즈의 타단에 기밀하게 접합되는 고정금구를 구비하며, 그 고정금구는 상기 제 1 밸브실과 상기 흡입 포트 사이에 있어서 밸브 보디에 기밀하게 고정되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량 제어 밸브.
제 2항에 있어서, 제 1 밸브체의 씰 지름에 있어서의 수압면적(B1)과 제 1 밸브체의 벨로우즈의 유효 지름에 있어서의 수압면적(C1)을 동등하게 하는 것을 특징으로 하는 용량 제어 밸브.