KR101757343B1 - 용량가변형 압축기의 용량제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는, 압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 안내공이 관통되게 형성되며, 상기 안내공의 입구에는 밸브시트가 형성된 밸브하우징; 왕복 운동하면서 안내공의 밸브시트를 개폐하는 밸브체; 및 통전(PWM제어)에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드;를 포함하되, 상기 밸브시트와 밸브체 중 하나에는 접촉부가 형성되며, 상기 접촉부가 형성되지 않은 상기 밸브시트와 밸브체 중 다른 하나에는 상기 접촉부와 간극을 가지도록 슬라이딩부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 서로 간극을 가지는 접촉부와 슬라이딩부에 의해 밸브체와 밸브시트 간에 미접촉 슬라이딩 구간을 형성하여 밸브체와 밸브시트의 접촉에 의한 진동과 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Description

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

본 발명은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브체와 밸브시트의 접촉에 의한 진동과 소음을 감소시키는 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 흡입실의 냉매가 실린더 내에 흡입되어 압축된 후 토출실로 배출되는데, 상기 크랭크실 내의 압력과 실린더 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.

이때, 용량제어밸브의 개폐량은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'이라 칭함)에 의해 제어된다.

구체적으로, 전자 솔레노이드가 PWM의 제어신호에 의해 제어됨에 따라 밸브체가 왕복 이동하면서 밸브시트를 개폐하는 구성으로 되어 있다.

그러나, 도 1에 도시한 종래의 용량제어밸브는 PWM 주파수로 인한 진동과 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

즉, PWM의 주파수가 밸브체(1)에 전달되고 이로 인해 밸브체(1)와 밸브시트(2)가 접촉에 의한 소음을 발생시켰다.

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 밸브체와 밸브시트의 접촉에 의한 진동과 소음을 감소시키는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는, 압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 안내공이 관통되게 형성되며, 상기 안내공의 입구에는 밸브시트가 형성된 밸브하우징; 왕복 운동하면서 안내공의 밸브시트를 개폐하는 밸브체; 및 통전(PWM제어)에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드;를 포함하되, 상기 밸브시트와 밸브체 중 하나에는 접촉부가 형성되며, 상기 접촉부가 형성되지 않은 상기 밸브시트와 밸브체 중 다른 하나에는 상기 접촉부와 간극을 가지도록 슬라이딩부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접촉부에는 라운딩부가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 슬라이딩부의 하단에는 접촉부의 이동을 제한하는 경사면이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 슬라이딩부의 하단은 밸브체의 하사점과 일치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브하우징에는 흡입실 압력을 받는 흡입실 연결공이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 따르면, 서로 간극을 가지는 접촉부와 슬라이딩부에 의해 밸브체와 밸브시트 간에 미접촉 슬라이딩 구간을 형성하여 밸브체와 밸브시트의 접촉에 의한 진동과 소음을 감소시키는 효과가 있다.

결국, 용량제어밸브 진동의 대부분을 차지하는 밸브체의 상하진동에 따른 진동 및 소음을 감소시킨다.

또한, 슬라이딩 구간의 길이를 최소화하여 PMW의 진동에 대한 범위를 줄여준다.

도 1은 종래의 용량제어밸브를 도시한 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 도 2의 용량제어밸브의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 도 3의 'a'부를 확대 도시한 종단면도이다.
도 5는 도 4의 다른 실시예를 도시한 종단면도이다.

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

도 2는 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 구조를 나타내는 종단면도이고, 도 3은 도 2의 용량제어밸브의 구조를 나타내는 종단면도이며, 도 4는 도 3의 'a'부를 확대 도시한 종단면도이고, 도 5는 도 4의 다른 실시예를 도시한 종단면도이다.

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

도 2에 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 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 실린더 보어(12) 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 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용량제어밸브(100)는, 몇 가지 연결공이 형성된 밸브 하우징(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 안내공(140)이 형성되어 있다.

특히, 상기 전자 솔레노이드(130)가 통전됨에 따라 밸브체(120)가 왕복 이동하면서 밸브하우징(110)에 형성된 안내공(140)을 개폐하는 구성으로 되어 있다.

이때, 상기 안내공(140)에는 상기 밸브체(120)와 맞닿는 밸브시트(300)가 형성된다.

상기 밸브하우징(110)에는 크랭크실의 압력(Pc)과 토출실의 압력(Pd)이 각각 작용하는 크랭크실 연결공(150)과 토출실 연결공(160)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 토출실 연결공(160)과 크랭크실 연결공(150)은 상기 안내공(140)을 통해 서로 연통되는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 밸브하우징(110)에는 토출실 연결공(160) 하단으로 흡입실 연결공(170)이 형성된다

또한, 상기 밸브체(120)의 끝단에 슬리브부재(180)가 구비되어 상기 밸브체(120)와 전자 솔레노이드(130) 사이를 연결하도록 구성된다.

한편, 상기 슬리브부재(180)가 설치되는 상기 밸브하우징(110)에는 슬리브 보어(190)가 형성되며, 상기 슬리브부재(180)에는 상기 슬리브 보어(190)에 대응되는 슬리브(200)가 형성된다.

또한, 상기 슬리브부재(180)에는 안쪽에 수용부(210)가 형성되며, 상기 수용부(210)에는 벨로우즈(220)가 설치된다.

그리고, 상기 밸브하우징(110)에는 상기 밸브체(120)의 단부와 마주하는 방향으로 나사 결합되는 캡(230)이 구비되며, 상기 밸브체(120)와 캡(230) 사이에는 지지스프링(240)이 구비되어 상기 벨로우즈(220)의 팽창력 및 그 내부에 설치된 제1스프링(250)의 팽창력이 규제된다.

덧붙여, 상기 캡(230)은 일부가 개방되도록 형성되어 크랭크실의 압력(Pc)이 작용하도록 구성된다.

한편, 상기 솔레노이드(130)는 PWM의 제어신호에 의해 제어됨에 따라 밸브체(120)가 왕복 이동하면서 밸브시트(300)를 개폐하는 구성으로 되어 있다. 즉, 용량제어밸브(100)의 개페량은 PWM에 의해 제어되는 것이다.

종래에는 PWM 주파수로 인해 밸브체(120)와 밸브시트(300)는 접촉에 의한 소음이 발생하였다.

이와 같은 문제점을 개선한 본 발명에 따르면, 상기 밸브시트(300)와 밸브체(120) 중 하나에는 접촉부(500)가 형성되며, 상기 접촉부(500)가 형성되지 않은 상기 밸브시트(300)와 밸브체(120) 중 다른 하나에는 상기 접촉부(500)와 미소한 간극(402)을 가지도록 슬라이딩부(400)가 형성된다.

상기 간극(402)은 표면장력에 의한 유막 현상에 의해 냉매가 통과하지 않는 정도의 크기를 갖는다.

또한, 상기 슬라이딩부(400)의 하단은 밸브체(120)의 하사점과 대략 일치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, PWM으로 제어될 때 상기 밸브체(120)의 하사점은 슬라이딩부(400)를 초과하지 않게 구성되어 있다.

이에 따라, 상기 슬라이딩부(400)와 접촉부(500)에 의해 밸브체(120)와 밸브시트(300)는 비접촉 슬라이딩 이동이 발생하여 접촉에 의한 진동과 소음을 감소시키게 된다. 즉, 비접촉 슬라이딩 이동이 일어나는 슬라이딩부(400)와 접촉부(500)에 의해 PMW의 진동이 밸브시트(300)로 전달되는 것을 방지하여 용량제어밸브(200)의 진동과 소음이 감소하게 된다.

또한, 상기 접촉부(500)에는 라운딩부(501)가 형성되어 상기 접촉부(500)와 슬라이딩부(400)의 겹쳐(오버랩)지는 구간을 줄여주게 된다.

한편, 상기 슬라이딩부(400)에는 접촉부(500)의 하향이동(밸브체의 하사점)을 제한하는 경사면(401)이 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 경사면(401)과 접촉부(500)가 접촉시에 토출실 연결공(160)과 크랭크실 연결공(150)을 서로 연통시키는 안내공(140)을 폐쇄하게 되는 것이다.

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.

C - 용량가변형 압축기 100 - 용량제어밸브
120 - 밸브체 140 - 안내공
300 - 밸브시트 400 - 슬라이딩부
500 - 접촉부

Claims (5)

1. 압축기의 크랭크실 압력과 토출실 압력을 받는 크랭크실 연결공과 토출실 연결공이 내부에 각각 형성되어 있고, 상기 토출실 연결공과 크랭크실 연결공을 가로지르는 안내공이 관통되게 형성되며, 상기 안내공의 입구에는 밸브시트가 형성된 밸브하우징;
   왕복 운동하면서 안내공의 밸브시트를 개폐하는 밸브체; 및
   통전(PWM제어)에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드;를 포함하되,
   상기 밸브시트와 밸브체 중 하나에는 접촉부가 형성되며, 상기 접촉부가 형성되지 않은 상기 밸브시트와 밸브체 중 다른 하나에는 상기 접촉부와 간극을 가지도록 슬라이딩부가 형성되며,
   상기 슬라이딩부의 하단에는 접촉부의 이동을 제한하는 경사면이 형성되고,
   상기 슬라이딩부의 하단은 밸브체의 하사점과 일치하는 구조이며,
   상기 접촉부에는 라운딩부가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
   
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