KR101532996B1 - 용량 제어 밸브 - Google Patents

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히데키 히가시도우조노
마사유키 후타쿠치
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

용량 제어시 밸브체의 열림 동작시의 작동성을 완만한 것으로 하는 것을 목적으로 한다. 용량 제어 밸브에 있어서, 제 3 밸브부의 외주부에 제 1 밸브실과 제 3 밸브실을 연통하는 밸브 홀의 지름보다 큰 토출 유체 받이부를 마련함으로써 제 1 밸브부가 개방될 때, 토출 유체 받이부가 토출 유체의 압력을 받기 때문에 밸브체의 열림 동작시의 작동성이 완만한 것이 되어서 크랭크실에 유입되는 냉매량의 급격한 증가에 의한 크랭크실 내의 압력의 승압 감도의 과잉 증대가 방지되어, 밸브체의 동작이 안정된 용량 제어 밸브를 얻을 수 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 토출량을 압력 부하에 따라서 제어하는 용량 제어 밸브에 관한 것이다.
자동차 등의 공조 시스템에 이용되는 사판식 용량 가변형 압축기는 엔진의 회전력에 의해 회전 구동하는 회전축, 회전축에 대해서 경사 각도를 바꿀 수 있도록 연결된 사판(斜板), 사판에 연결된 압축용의 피스톤 등을 구비하여, 사판의 경사 각도를 변화시킴으로써 피스톤의 스트로크를 변화시켜서 냉매 가스의 토출량을 제어하는 것이다.
이 사판의 경사 각도는, 냉매 가스를 흡입하는 흡입실의 흡입 압력, 피스톤에 의해 가압된 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 적절하게 제어하여 피스톤의 양면에 작용하는 압력의 균형 상태를 조정함으로써 연속적으로 변화시킬 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 용량 제어 밸브로서는, 도 5와 같이, 토출실과 제어실을 연통시키는 토출측 통로(73,77,74), 그 토출측 통로 도중에 형성된 제 1 밸브실(82), 흡입실과 제어실을 연통시키는 흡입측 통로(71,72,74), 흡입측 통로 도중에 형성된 제 2 밸브실(작동실)(83), 제 1 밸브실(82) 내에 배치되어서 토출측 통로(73,77,74)를 개폐하는 제 1 밸브부(76)와 제 2 밸브실(83) 내에 배치되어서 흡입측 통로(71,72,74)를 개폐하는 제 2 밸브부(75)가 일체적으로 왕복 운동하면서 동시에 서로에 반대방향으로 개폐 동작을 하도록 형성된 밸브체(81), 흡입측 통로(71,72,74) 도중에 있어서 제어실 쪽에 형성된 제 3 밸브실(용량실)(84), 제 3 밸브실 내에 배치되어서 신장(팽창)하는 방향으로 가세하게 하면서 동시에 주위의 압력 증가에 따라서 수축하는 감압(感壓)체(벨로우즈)(78), 감압체의 신축 방향의 자유단에 마련되어 환상(環狀)의 시트면(座面)을 가지는 밸브 시트체(결합부)(80), 제 3 밸브실(84)에서 밸브체(81)와 일체적으로 이동하면서 동시에 밸브시트체(80)와의 결합 및 이탈에 의해 흡입측 통로를 개폐할 수 있는 제 3 밸브부(밸브 개방 연결부)(79), 밸브체(81)에 전자 구동력을 미치게 하는 솔레노이드(S) 등을 구비한 것이 알려져 있다(이하,「종래기술」이라고 한다. 예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그리고, 이 용량 제어 밸브(70)에서는 용량 제어시에 있어서 용량 가변형 압축기에 클러치 기구를 마련하지 않아도, 제어실 압력을 변경할 필요가 생겼을 경우에는 토출실과 제어실을 연통시켜서 제어실 내의 압력(제어실 압력)Pc을 조정할 수 있도록 한 것이다.
구체적으로는 도 6의 파선으로 나타내는 바와 같이, 냉방시에 냉방 부하가 커지면, 전자 구동력이 커져서 제 1 밸브부(76)의 열림 정도가 작아지도록 힘이 작용한다(도 6의 왼쪽 아래의 한점 쇄선 참조). 제 1 밸브부(76)의 열림 정도가 작아지면, 크랭크실에 유입되는 냉매량이 감소하여 크랭크실 내의 압력이 감소하여서 사판의 기울기(구동 축에 수직인 면에 대해서 이루는 각도)가 커진다. 한편, 냉방 부하가 작을 경우에는 전자 구동력이 작아지고 제 1 밸브부(76)의 열림 정도가 커지도록 힘이 작용하여(도 6의 오른쪽 위의 두 점 쇄선 참조), 크랭크실에 유입되는 냉매량이 증가하여 크랭크실 내의 압력이 증가하여서 사판의 기울기가 작아진다.
또한, 용량 가변형 압축기가 정지 상태에 있어서 제어실 압력(Pc)이 상승한 경우에는, 제 3 밸브부(밸브 개방 연결부)(79)와 밸브시트체(결합부)(80)가 이탈되도록 되어 있고, 그 상태에서 솔레노이드(S)가 ON이 되고 밸브체(81)가 기동을 시작하면, 흡입측 통로를 개방하여 흡입실과 제어실을 연통하도록 한 구성으로 이루어져 있다.
상기 용량 제어 밸브(70)를 구비한 사판식 용량 가변형 압축기는 외부 신호에 의해 흡입 압력을 제어하는, 이른바 외부 제어 방식이라 불리는 것이 있는데, 밸브체(81)의 작동성이 양호하기 때문에 전자 구동력을 작게 하여서 제 1 밸브부(76)를 개방할 때, 밸브 열림 속도가 커서 크랭크실로 유입되는 냉매량이 급격히 증가하여 크랭크실 내의 압력의 승압(昇壓) 감도도 증대되는 경향이 된다(도 6의 파선 참조). 크랭크실 내의 압력의 승압 감도가 과잉으로 증대하면, 토출 용량이 과도하게 감소하여 밸브체(81)의 동작이 불안정해져 이른바 헌팅과 같은 불안정한 현상을 일으키는 경우가 보인다. 이 경향은 밸브체(81)의 작동성이 양호한 것일수록 발생되기 쉬우며, 헌팅 현상이 발생하면 이 사판식 용량 가변형 압축기를 이용한 차량용 공조 장치에 의한 공조 제어에 있어서, 차량 실내의 온도 변동이 발생하여 공조 제어에 나쁜 영향을 줄 뿐만 아니라 압축기의 토크 변동을 일으켜 엔진에도 나쁜 영향을 미칠 우려가 있다.
국제공개 제2006/090760호
본 발명은 상기의 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 도 6의 실선으로 나타내는 바와 같이 용량 제어시 밸브체의 열림 동작시의 작동성을 완만하게 함으로써 크랭크실에 유입되는 냉매량의 급격한 증가에 의한 크랭크실 내의 압력의 승압 감도의 과잉 증가를 방지하여 밸브체의 동작이 안정된 용량 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 용량 제어 밸브는, 첫째로,
유체를 토출하는 토출실과 유체의 토출량을 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 제 2 밸브실과,
상기 제 1 밸브실에서 상기 토출측 통로를 개폐하는 제 1 밸브부 및 상기 제 2 밸브실에서 상기 흡입측 통로를 개폐하는 제 2 밸브부를 일체적으로 가지고 그 왕복 움직임에 의해 서로 반대방향의 개폐 동작을 행하는 밸브체와,
상기 흡입측 통로의 도중에 상기 제 2 밸브실보다 상기 제어실 쪽에 형성된 제 3 밸브실과,
상기 제 3 밸브실 내에 배치되어서 그 신장에 의해 상기 제 1 밸브부를 열리게 하는 방향으로 가세하게 하면서 주위의 압력 증가에 따라 수축되는 감압체와,
상기 감압체의 신축 방향의 자유단에 마련되어서 환상의 시트면을 가지는 어댑터와,
상기 제 3 밸브실에서 상기 밸브체와 일체적으로 이동하면서 상기 어댑터의 시트면과의 결합 및 이탈에 의해 상기 흡입측 통로를 개폐하는 테이퍼 형태의 결합면을 가지는 제 3 밸브부와,
일정 주파수의 펄스 폭 변조 방식 신호로 상기 밸브체에 대해서 상기 제 1 밸브부를 닫히게 하는 방향으로 전자구동력을 미치게 하는 솔레노이드를 구비하며,
상기 제 3 밸브부의 외주부에 제 1 밸브실과 제 3 밸브실을 연통하는 밸브 홀의 지름보다 큰 토출 유체 받이부를 마련하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 둘째로, 제 1의 특징에 있어서 상기 토출 유체 받이부의 토출 유체를 받는 면은 토출 유체의 흐름 방향과 직교해서 평면형태로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 셋째로, 제 1의 특징에 있어서 상기 토출 유체 받이부의 토출 유체를 받는 면은 토출 유체의 흐름 방향과 직교하는 면보다 상류 측에 예각을 이루어 평면 또는 곡면 형태로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 넷째로, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 토출 유체 받이부가 상기 제 3 밸브부의 외주부에 플랜지를 마련하는 것으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 다섯째로, 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 토출 유체 받이부의 외경은, 밸브 홀의 지름의 1.2~1.7배로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용량 제어 밸브는, 여섯째로, 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 특징에 있어서, 토출 유체 받이부의 토출 유체의 압력을 받는 면과 그 면과 대향되는 보디측 면과의 틈(클리어런스)은, 밸브 닫힘시에 있어서 밸브체의 최대 스트로크의 2.1~2.5배로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 뛰어난 효과를 나타낸다.
(1)제 1 밸브부가 열릴 때, 토출 유체 받이부가 토출 유체의 압력을 받기 때문에 밸브체의 열림 동작시의 작동성이 완만하게 되어, 크랭크실에 유입되는 냉매량의 급격한 증가에 따른 크랭크실 내의 압력의 승압 감도의 과잉 증대가 방지되고, 밸브체의 동작이 안정된 용량 제어 밸브를 얻을 수 있다. 그 때문에 본 발명의 용량 제어 밸브를 장착한 사판식 용량 가변형 압축기를 이용한 차량용 공조 장치에 의한 공조 제어에 있어서는, 차량 실내의 온도 변동의 발생, 공조 제어에 대한 나쁜 영향, 압축기의 토크 변동, 및 엔진에 나쁜 영향 등을 방지할 수 있다.
또한, 제 3 밸브부의 어댑터의 시트면과의 결합면이 테이퍼 상태로 이루어져 있어서, 제 3 밸브부와 어댑터와의 결합 및 이탈을 확실하고 쉽게 할 수 있다.
(2)상기 토출 유체 받이부의 토출 유체를 받는 면이 토출 유체의 흐름 방향과 직교하여 평면형태로 설치되어 있어서, 효율적으로 토출 유체의 압력을 받을 수 있다. 또한, 상기 토출 유체 받이부의 토출 유체를 받는 면이 토출 유체의 흐름 방향과 직교하는 면보다 상류 측에 예각을 이루고 평면 또는 곡면 형태로 설치되어 있어서, 보다 많은 토출 유체의 압력을 받을 수 있다. 그리고 또한, 상기 토출 유체 받이부가 상기 제 3 밸브부의 외주부에 플랜지을 마련하여 형성됨으로써 토출 유체 받이부가 경량이며 쉽게 제조될 수 있다.
(3)토출 유체 받이부의 외경이 밸브 홀의 지름의 1.2~1.7배로 설정되어 있어서, 더 확실하게 용량 제어시의 제 1 밸브부의 반동 현상을 방지할 수 있다.
(4)토출 유체 받이부의 토출 유체의 압력을 받는 면과 그 면과 대향하는 보디측 면과의 틈이, 밸브체의 최대 스트로크의 2.1~2.5배로 설정되어 있어서, 토출실과 제어실을 연통시키는 토출측 통로에서의 토출 유체의 유량을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 용량 제어 밸브를 구비한 사판식 용량 가변형 압축기를 나타내는 개략 구성도이고,
도 2는 본 발명과 관련된 용량 제어 밸브의 실시형태를 나타내는 정면 단면도이고,
도 3은 실시형태의 용량 제어 밸브의 요부 단면도로서, (a)는 밸브가 열렸을 때의 상태를, (b)는 밸브가 닫혔을 때의 제 3 밸브부 및 토출 유체 받이부 부근을 나타내고 있으며,
도 4는 제 3 밸브부 및 토출 유체 받이부의 변형 예를 나타낸 도면이고,
도 5는 종래기술의 용량 제어 밸브를 나타내는 정면 단면도이고,
도 6은 종래기술의 밸브체 및 본 발명의 밸브체의 밸브 열림시의 동작 특성을 설명하는 설명도이다
본 발명과 관련된 용량 제어 밸브를 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하면서 자세히 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되어 해석되는 것이 아니며 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 당업자의 지식을 근거로 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 가할 수 있는 것이다.
사판식 용량 가변형 압축기(M)는, 도 1에 나타내어진 바와 같이, 토출실(11), 제어실(크랭크실이라고도 칭함)(12), 흡입실(13), 복수의 실린더(14), 실린더(14)와 토출실(11)을 연통시켜 토출 밸브(11a)에 의해 개폐되는 포트(11b), 실린더(14)와 흡입실(13)을 연통시켜 흡입 밸브(13a)에 의해 개폐되는 포트(13b), 외부의 냉각 회로에 접속되는 토출 포트(11c) 및 흡입 포트(13c), 토출실(11)과 제어실(12)을 연통시키는 토출측 통로로서의 연통로(15), 전술된 토출측 통로로서의 역할 및 제어실(12)과 흡입실(13)을 연통시키는 흡입측 통로로서의 역할을 겸하는 연통로(16), 흡입측 통로로서의 연통로(17) 등을 획정하는 케이싱(10), 제어실(크랭크실)(12) 내에서 외부로 돌출하여 회동 자유롭게 마련된 회전축(20), 회전축(20)과 일체적으로 회전하면서 회전축(20)에 대해서 경사 각도가 가변적으로 연결된 사판(21), 각각의 실린더(14) 내에 왕복 이동 자유롭게 끼워 맞춰진 여러 개의 피스톤(22), 사판(21)과 각각의 피스톤(22)을 연결하는 복수의 연결부재(23), 회전축(20)에 설치된 피동 풀리(24), 케이싱(10)에 끼워 넣어진 본 발명의 용량 제어 밸브(V) 등을 구비하고 있다.
또한, 사판식 용량 가변형 압축기(M)에는, 제어실(크랭크실)(12)과 흡입실(13)을 직접 연통하는 연통로(18)가 설치되어 있으며, 그 연통로(18)에는 고정 오리피스(19)가 설치되어 있다.
그리고 또한, 이 사판식 용량 가변형 압축기(M)에는 토출 포트(11c) 및 흡입 포트(13c)에 대해서 냉각 회로가 연결되고, 이 냉각 회로에는 콘덴서(응축기)(25), 팽창밸브(26), 에바포레이터(증발기)(27)가 차례로 배열되어 설치되어 있다.
용량 제어 밸브(V)는, 도 2에서와 같이, 금속재료 또는 수지재료로 형성된 보디(30), 보디(30) 내에서 자유롭게 왕복 움직일 수 있도록 배치된 밸브체(40), 밸브체(40)를 한 방향으로 힘을 부여하는 감압체(50), 보디(30)에 연결되어 밸브체(40)에 전자 구동력을 미치게 하는 솔레노이드(60) 등을 구비한다.
솔레노이드(60)는, 보디(30)에 접속되는 케이싱(62), 일단부가 닫힌 슬리브 (63), 케이싱(62) 및 슬리브(63)의 내측에 배치된 원통형의 고정 철심(64), 고정 철심(64)의 내측에서 자유롭게 왕복 움직일 수 있도록 그 선단이 밸브체(40)에 연결되어서 연통로(44)를 형성하는 구동 로드(65), 구동 로드(65)의 타단측에 고정 장착된 가동(可動) 철심(66), 제 1 밸브부(41)를 열리게 하는 방향으로 가동 철심(66)에 힘을 부여하는 코일스프링(67), 슬리브(63)의 외측에 보빈을 통해서 감아 돌려진 여자(勵磁)용 코일(68) 등을 구비한다.
보디(30)는, 토출측 통로로서 기능하는 연통로(31,32,33), 후술되는 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 제 2 밸브실(36), 밸브체(40)를 가이드 하는 가이드 통로(37), 토출측 통로 및 흡입측 통로의 제어실 (12) 쪽에 형성된 제 3 밸브실(38) 등을 구비한다. 또한, 보디(30)에는 제 3 밸브 실(38)을 획정하면서 동시에 보디(30)의 일부를 구성하는 폐색(閉塞)부재(39)가 나사 결합에 의해 설치되어 있다.
즉, 연통로(33) 및 제 3 밸브실(38)은, 토출측 통로 및 흡입측 통로의 일부를 겸하도록 형성되고, 연통로(32)는, 제 1 밸브실(35)과 제 3 밸브실(38)을 연통시키면서 동시에 밸브체(40)를 삽통시키는(유체가 흐르는 틈을 확보하면서 밸브체(40)를 통하게 한다) 밸브 홀을 형성한다. 또한, 연통로(31,33,34)는, 각각 둘레방향으로 방사형태로 배열되어서 복수(예를 들면, 90도 간격을 두고 4개) 형성되어 있다.
그리고, 제 1 밸브실(35)에 있어서, 연통로(밸브구멍)(32)의 둘레부분에는 후술되는 밸브체(40)의 제 1 밸브부(41)가 착좌하는 시트면(35a)이 형성되고, 또 제 2 밸브실(36)에 있어서 후술되는 고정 철심(64)의 단부에는 후술하는 밸브체(40)의 제 2 밸브부(42)가 착좌하는 시트면(36a)이 형성되어 있다.
밸브체(40)는 대략 원통 형태로 형성되어서 일단 측에 제 1 밸브부(41), 타 단 측에 제 2 밸브부(42), 제 1 밸브부(41)를 사이에 두고 제 2 밸브부(42)와 반대쪽에 나중에 장착하여 연결된 제 3 밸브부(43), 그 축선 방향에 있어서 제 2 밸브부(42)에서 제 3 밸브부(43)까지 관통하여 흡입측 통로로서 기능하는 연통로(44) 등을 구비한다.
제 3 밸브부(43)는, 제 1 밸브실(35)에서 제 3 밸브실(38)을 향해 지름이 줄어든 상태에서 아래가 퍼지도록 지름이 확대된 형상을 하고 있으며, 축경부(縮徑部)(43a)가 연통로(밸브 홀)(32)에 삽입 통과되면서 확경부(擴徑部)(43b)에 있어서 제 3 밸브실(38) 측에 후술되는 어탭터(53)와 대향되는 테이퍼 형태의 결합면(43c)이 형성되어 있다.
도 2에 있어서, 감압체(50)는, 벨로우즈(51) 및 어댑터(53) 등을 구비한다. 벨로우즈(51)는, 그 일단이 폐색부재(39)에 고정되고, 그 타단(自由端)에 어댑터(53)를 유지하고 있다.
어댑터(53)는, 도 3에서와 같이, 제 3 밸브부(43)에 선단이 걸려 맞춰지는 단면이 대략 コ모양을 한 중공 원통형부(53a)를 가지며, 중공 원통형부(53a)의 선단에 제 3 밸브부(43)의 테이퍼 형태의 결합면(43c)과 대향해서 결합 및 이탈하는 환상의 시트면(53b)을 구비하고 있다.
감압체(50)는, 제 3 밸브실(38) 내에 배치되어서, 그 신장(팽창)에 의해 제 1 밸브부(41)를 열리게 하는 방향으로 힘을 부여하게 하면서 주위(제 3 밸브실(38) 및 밸브체(40)의 연통로(44) 내)의 압력 증가에 수반하여 수축되어 제 1 밸브부(41)에 미치게 하는 힘을 약화시키도록 작동한다.
도 3은 본 실시형태와 관련한 용량 제어밸브의 주요부를 나타내는 단면도로서, 도 3 (a)는 밸브 열림시의 상태를 나타내고, 도 3 (b)는 밸브 닫힘시의 제 3 밸브부 및 토출 유체 받이부 부근을 나타내고 있다.
제 3 밸브부(43)의 확경부(43b)의 외주부에는 토출 유체의 압력을 받기 위한 토출 유체 받이부(45)가 제 1 밸브실과 제 3 밸브실을 연통하는 밸브 홀(32)의 지름보다 큰 외경으로 마련되어 있다. 토출 유체 받이부(45)는, 제 3 밸브부(43)와 일체로 마련되어도 별개로 마련되어도 좋다. 도 3(a)에서는 토출 유체 받이부(45)의 토출 유체의 압력을 받는 면(45a)은 토출 유체의 흐름 방향에 직교하여 평면상태로 마련되어 있다. 이 토출 유체 받이부(45)는, 제 1 밸브부(41)가 시트면(35a)에서 멀어져 밸브 홀(32)이 개방되고, 화살표로 표시되는 토출 유체(토출 압력Pd)가 밸브 홀(32)을 거쳐 제 3 밸브실(38) 내에 유입될 때, 토출 유체의 압력을 받기 위한 것이다. 토출 유체 받이부(45)에 의해 토출 유체의 압력을 받았을 경우, 밸브체(40)에는 제 1 밸브부(41)를 닫히게 하는 방향의 힘이 작용한다.
따라서, 제 1 밸브부(41)가 시트면(35a)으로부터 멀어져서 연통로(밸브 홀)(32)가 개방되어 있는 상태(도 3(a)의 상태)에서는 항상 밸브체(40)에는 제 1 밸브부(41)를 닫히게 하는 방향의 힘이 작용하게 된다.
본 예에서는, 어댑터(53)의 시트면(53b)과 결합되는 제 3 밸브부(43)의 테이퍼 형태의 결합면(43c)은 저면에서부터 토출 유체 받이부(45)의 외주까지 형성되어 있다.
도 3(b)에 있어서, 토출 유체 받이부(45)의 외경(a)은, 토출 유체의 압력을 받는 면적을 확보하기 위해 연통로(밸브 홀)(32)의 지름(b)의 1.2~1.7배로 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 토출 유체 받이부(45)의 외주부와 제 3 밸브실(38)의 내주면 사이에는 토출 유체가 흐르는 공간이 확보되어 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 토출 유체 받이부(45)의 토출 유체의 압력을 받은 면(45a)과 그 면(45a)과 대향하는 보디(30)측의 면(45b)과의 틈(c)은, 토출 유체의 유량을 확보하기 위해, 밸브 닫힘시 밸브체(40)의 최대 스트로크의 2.1~2.5배로 설정되는 것이 바람직하다.
도 4는, 제 3 밸브부 및 토출 유체 받이부의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 4 (a)에서 나타내는 바와 같이, 토출 유체를 받는 상기 토출 유체 받이부 (45)의 면(45a)은 토출 유체의 흐름 방향과 직교하는 면보다 상류 측에 예각을 이루고 평면(실선) 또는 곡면(2점 쇄선) 형태로 마련되어도 좋다. 이 경우에는 토출 유체의 압력을 더 받을 수 있다.
또한, 토출 유체의 압력을 받는 면(45a)이 도 4 (a)에서와 같이 토출 유체의 상류 측에 예각으로 경사진 형상인 경우, 그 압력을 받는 면(45a)과 보디(30) 측의 면(45b)과의 틈(c)은 가장 좁은 부분이 기준이 된다.
도 4(b)에는 제 3 밸브부(43)의 외주에 플랜지(46)를 일체로 마련해서 토출 유체 받이부(45)를 형성하는 예가 나타내어져 있다. 이 경우, 어댑터(53)의 시트 면(53b)과 결합되는 제 3 밸브부(43)의 테이퍼 상태의 결합면(43c)은, 플랜지(46)의 내주부 하면에서 수직 하방으로 연장되는 면과 결합하는 위치까지만 형성되어, 제 3 밸브부(43) 및 토출 유체 받이부(45)의 경량화가 도모된다. 또한, 플랜지(46)를 별도로 형성하고 제 3 밸브부(43)의 외주에 용접 등으로 고착하도록 하면, 제 3 밸브부(43)의 제조가 쉬워진다.
본 발명은, 제 3 밸브부(43)의 확경부(43b)에 밸브 홀(32)의 지름보다 큰 지름의 토출 유체 받이부(45)를 마련함으로써, 닫힘에서 열림을 향하는 중간 영역에서, 토출 유체 받이부(45)에서 토출 유체의 압력을 받아 밸브체(40)에 제 1 밸브부 (41)를 닫히게 하는 방향의 힘을 작용시키도록 한 것이다. 이와 같이, 제 1 밸브부 (41)가 열릴 때, 토출 유체 받이부(45)가 토출 유체의 압력을 받기 때문에 밸브체 (40)의 열림 동작시의 작동성이 완만한 것이 되어 크랭크실에 유입되는 냉매량의 급격한 증가에 따른 크랭크실 내의 압력의 승압 감도의 과잉 증대가 방지되고, 밸브체(40)의 동작이 안정적인 용량 제어 밸브를 얻을 수 있다. 그 때문에 본 발명의 용량 제어 밸브를 장착한 사판식 용량 가변형 압축기를 이용한 차량용 공조 장치에 의한 공조 제어에 있어서는 차량 실내의 온도 변동의 발생, 공조 제어에 대한 나쁜 영향, 압축기의 토크 변동, 및 엔진에 대한 나쁜 영향 등을 방지할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 도 3에서와 같이, 감압체(50)(벨로우즈51)의 유효 지름에서의 수압면적을 Ab, 제 3 밸브부(43)의 씰 지름에서의 수압 면적을 Ar1, 제 1 밸브부(41)의 씰 지름에서의 수압 면적을 As, 제 2 밸브부(42)의 씰 지름에서의 수압 면적을 Ar2, 감압체(50)의 가세력(加勢力)을 Fb, 코일스프링(67)의 가세력 Fs, 솔레노이드(60)의 전자구동력에 의한 가세력을 Fsol, 토출실(11)의 토출 압력을 Pd, 흡입실(13)의 흡입 압력을 Ps, 제어실(크랭크실)(12)의 제어실 압력을 Pc로 할 때, 밸브체(40)에 작용하는 힘의 균형 관계식은,
Pc·(Ab-Ar1)+Pc·(Ar1-As)+Ps·Ar1+Ps·(Ar2-Ar1)+Pd·(As-Ar2)=Fb+Fs-Fsol 가 된다.
이어서, 이 용량 제어 밸브(V)를 구비한 사판식 용량 가변형 압축기(M)가, 자동차의 공조 시스템에 적용된 경우의 동작에 관해서 설명한다.
우선, 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 움직이고, 흡입실(13)에서 실린더(14) 내로 흡입된 냉매 가스가, 피스톤(22)에 의해 압축되어서 토출실(11)로 토출된다. 그리고, 배출된 냉매 가스는 콘덴서(25)에서 팽창밸브(26)를 통해서 에바포레터(27)에 공급되어, 냉동 사이클을 행하면서 흡입실(13)로 리턴되도록 이루어져 있다.
여기서, 냉매 가스의 토출량은 피스톤(22)의 스트로크에 의해 결정되고, 피스톤(22)의 스트로크는 제어실(12) 내의 압력(제어실 압력 Pc)으로 제어되는 사판(21)의 경사 각도에 따라 결정된다.
피스톤(22)의 압축시, 피스톤(22)과 실린더(14) 사이의 틈으로부터 블로바이 가스가 제어실(12)로 항상 흘러들어, 제어실(12)의 압력(Pc)을 상승시키려고 한다. 그러나, 고정 오리피스(19)가 마련되어 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.
최대 토출량의 운전 상태에서는 솔레노이드(60)(코일68)가 소정 전류 값(I)으로 통전되고, 가동 철심(66) 및 구동 로드(65)는, 감압체(50) 및 코일 스프링(67)의 가세력에 대항하여 제 1 밸브부(41)가 시트면(35a)에 착좌해서 연통로(토출측 통로)(31,32)를 폐색하고, 제 2 밸브부(42)가 시트면(36a)에서 멀어져 연통로(흡입측 통로)(34,44)를 개방한 상태가 되는 위치로 밸브체(40)가 이동한다.
또한, 통상적인 제어시(최대 용량 운전과 최소 용량 운전 사이)에는, 솔레노이드(60)(코일67)로의 통전의 크기를 적절하게 제어하여 전자 구동력(가세력)을 변화시킨다. 즉, 전자 구동력으로 밸브체(40)의 위치를 적절히 조정하고, 원하는 토출량이 되도록 제 1 밸브부(41)의 밸브 열림량과 제 2 밸브부(42)의 밸브 열림량이 제어된다. 이 상태에서는 토출 유체(토출압력 Pd)가 밸브 홀(32)을 거쳐 제 3 밸브실(38) 내로 유입될 때, 제 3 밸브부(43)의 토출 유체 받이부(45)가 토출 유체의 압력을 받아, 밸브체(40)에는 제 1 밸브부(41)를 닫히게 하는 방향의 힘이 작용한다. 이 때문에, 밸브체(40)의 열림 동작시의 작동성이 완만한 것이 되어, 크랭크실에 유입되는 냉매량의 급격한 증가에 의한 크랭크실 내의 압력의 승압 감도의 과잉 증대가 방지되고, 밸브체(40)의 동작이 안정적인 용량제어밸브를 얻을 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 용량 제어 밸브를 장착한 사판식 용량 가변형 압축기를 이용한 차량용 공조 장치에 의한 공조 제어에 있어서는, 차량 실내의 온도 변동의 발생, 공조 제어에 대한 나쁜 영향, 압축기의 토크 변동, 및 엔진에 대한 나쁜 영향 등을 방지할 수 있다.
또한, 최소 용량의 운전 상태에서는 솔레노이드(60)(코일68)는 비통전 상태가 되고, 가동 철심(66) 및 구동 로드(65)는, 코일 스프링(67)의 가세력에 의해서 후퇴하여 정지 위치에서 정지하면서 동시에 제 1 밸브부(41)가 시트면(35a)에서 멀어져 연통로(토출측 통로)(31,32)를 개방하고, 제 2 밸브부(42)가 시트면(36a)에 착좌해서 연통로(흡입측 통로)(34,44)를 폐색한 상태가 되는 위치에 밸브체(40)가 이동한다. 이로써, 토출 유체(토출 압력Pd)가 연통로(토출측 통로)(31,32,33)를 거쳐 제어실(12) 내에 공급된다. 그리고, 사판(21)의 경사 각도는 가장 작아지게 제어되어 피스톤(22)의 스트로크를 최소로 한다. 그 결과, 냉매 가스의 토출량은 최소가 된다.
이 상태에서는 토출 유체(토출압력 Pd)가 밸브 홀(32)을 거쳐 제 3 밸브실 (38)내로 유입될 때, 제 3 밸브부(43)의 토출 유체 받이부(45)가 토출 유체의 압력을 받아, 밸브체(40)에는 제 1 밸브부(41)를 닫히게 하는 방향의 힘이 작용하지만, 밸브체(40)는 코일 스프링(67)의 가세력에 의해 그 상태를 유지한다.
상기와 같이, 통상적인 제어시의 운전 상태에 있어서, 토출 유체(토출 압력 Pd)가 밸브 홀(32)을 거쳐 제 3 밸브실(38) 내로 유입될 때, 제 3 밸브부(43)의 토출 유체 받이부(45)가 토출 유체의 압력을 받아, 밸브체(40)에는 제 1 밸브부(41)를 닫히게 하는 방향의 힘이 작용하기 때문에 밸브체(40)의 열림 동작시의 작동성이 완만한 것이 되어, 크랭크실로 유입되는 냉매량의 급격한 증가로 인한 크랭크실 내의 압력의 승압 감도의 과잉 증대가 방지되어, 밸브체(40)의 동작이 안정된 용량 제어 밸브를 얻을 수 있다.
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; 연결 부재
24; 피동 풀리
25; 콘덴서(응축기)
26; 팽창밸브
27; 에바포레이터(증발기)
30; 보디
31 및 32; 연통로(토출측 통로)
32; 연통로(밸브 홀)
33; 연통로(제어실측 통로)
34; 연통로(흡입측 통로)
35; 제 1 밸브실
35a; 시트면
36; 제 2 밸브실
36a; 시트면
37; 가이드 통로
38; 제 3 밸브실
39; 폐색부재
40; 밸브체
41; 제 1 밸브부
42; 제 2 밸브부
43; 제 3 밸브부
43a; 제 3 밸브부 축경부
43b; 제 3 밸브부 확경부
43c; 제 3 밸브부 결합면
44; 연통로
45; 토출 유체 받이부
45a; 토출 유체 받이부의 토출 유체의 압력을 받은 면
45b; 토출 유체 받이부의 토출 유체의 압력을 받는 면과 대향하는 보디측 면
46; 플랜지
50; 감압체
51; 벨로우즈
53; 어댑터
53a; 중공 원통형부
53b; 시트면
60; 솔레노이드
62; 케이싱
63; 슬리브
64; 고정 철심
65; 구동 로드
66; 가동 철심
67; 코일 스프링
68; 여자용 코일
M; 사판식 용량 가변형 압축기
V; 용량 제어 밸브
Pd; 토출 압력
Ps; 흡입 압력
Pc; 제어실 압력

Claims (6)

  1. 유체를 토출하는 토출실과 유체의 토출량을 제어하는 제어실을 연통시키는 토출측 통로와,
    상기 토출측 통로 도중에 형성된 제 1 밸브실과,
    유체를 흡입하는 흡입실과 상기 제어실을 연통하는 흡입측 통로와,
    상기 흡입측 통로 도중에 형성된 제 2 밸브실과,
    상기 제 1 밸브실에서 상기 토출측 통로를 개폐하는 제 1 밸브부 및 상기 제 2 밸브실에서 상기 흡입측 통로를 개폐하는 제 2 밸브부를 일체적으로 가지고 그 왕복 움직임에 의해 서로 반대방향의 개폐 동작을 하는 밸브체와,
    상기 흡입측 통로의 도중에 있어서 상기 제 2 밸브실보다 상기 제어실 쪽에 형성된 제 3 밸브실과,
    상기 제 3 밸브실 내에 배치되어서 그 신장에 의해 상기 제 1 밸브부를 열리게 하는 방향으로 가세하게 하면서 동시에 주위의 압력 증가에 따라 수축하는 감압체와,
    상기 감압체의 신축 방향의 자유단에 마련되어서 환상의 시트면을 가지는 어댑터와,
    상기 제 3 밸브실에서 상기 밸브체와 일체적으로 이동하면서 동시에 상기 어댑터의 시트면과의 결합 및 이탈에 의해 상기 흡입측 통로를 개폐하는 테이퍼 상태의 결합면을 가지는 제 3 밸브부와,
    일정 주파수의 펄스 폭 변조 방식 신호로 상기 밸브체에 대해서 상기 제 1 밸브부를 닫히게 하는 방향으로 전자 구동력을 미치게 하는 솔레노이드를 구비한 용량 제어 밸브에 있어서,
    상기 솔레노이드의 전자 구동력으로 상기 밸브체의 위치를 조정해서 원하는 토출량이 되도록 상기 제1 밸브부의 밸브 열림량과 상기 제2 밸브부의 밸브 열림량이 제어되는 통상 제어시에는, 토출 유체가, 상기 제1 밸브실과 상기 제3 밸브실을 연통하는 밸브 홀을 지나서 상기 제3 밸브실 내에 유입될 때, 상기 제3 밸브부가 토출 유체의 압력을 받아 상기 밸브체에는 제1 밸브부를 닫히게 하는 방향의 힘이 작용함으로써 상기 밸브체의 밸브 열림 동작시의 작동이 완만해지도록 상기 제3 밸브부의 확경부의 외주부에 토출 유체의 압력을 받기 위한 토출 유체 받이부가 상기 밸브 홀의 지름보다 크게 형성되며, 그 토출 유체 받이부의 토출 유체의 압력을 받는 면은 토출 유체의 흐름 방향과 직교해서 평면 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 용량 제어 밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 토출 유체 받이부가 상기 제 3 밸브부의 외주부에 플랜지를 마련하여 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 제어 밸브.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 토출 유체 받이부의 외경은 밸브 홀의 지름의 1.2~1.7배로 설정되고, 토출 유체 받이부의 토출 유체의 압력을 받는 면과 그 면과 대향하는 보디 측 면과의 틈은, 밸브 닫힘시에 있어서, 밸브체의 최대 스트로크의 2.1~2.5배로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 용량 제어 밸브.
  6. 삭제
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