KR101768930B1 - 용량가변형 압축기 및 이를 포함하는 압축기 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용량제어밸브의 제어방법은, 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 압축기의 크랭크실 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 용량제어밸브의 제어방법으로서; 외부 제어부(FATC)에서 상기 용량제어밸브의 개폐를 제어하는 PWM 디지털 제어신호를 발생시키고 D/A 컨버터에 송신하는 단계; 상기 제어부로부터 수신한 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 아날로그 제어신호를 상기 용량제어밸브로 송출하는 단계; 상기 수신된 아날로그 제어신호에 따라 상기 용량제어밸브의 밸브 개폐량을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 제어부에서 발생된 PWM 디지털 제어신호를 D/A 컨버터를 통해 아날로그 제어신호로 변환하여 용량제어밸브에 제어함에 따라 용량제어밸브의 진동과 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Description

용량가변형 압축기 및 이를 포함하는 압축기 제어 시스템{VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR AND COMPRESSOR CONTROL SYSTEMS HAVING THE SAME}

본 발명은 용량가변형 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브체와 밸브시트의 접촉에 의한 용량제어밸브의 진동과 소음을 감소시키는 용량가변형 압축기에 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 구동축의 회전운동에 따라 회전하고, 상기 사판의 회전운동에 의해 피스톤이 왕복 운동하는 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 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하여 용량제어밸브를 제어함에 따라 용량제어밸브의 진동과 소음을 감소시키는 용량가변형 압축기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용량제어밸브의 제어방법은, 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 압축기의 크랭크실 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 용량제어밸브의 제어방법으로서; 외부 제어부(FATC)에서 상기 용량제어밸브의 개폐를 제어하는 PWM 디지털 제어신호를 발생시키고 D/A 컨버터에 송신하는 단계; 상기 제어부로부터 수신한 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 아날로그 제어신호를 상기 용량제어밸브로 송출하는 단계; 상기 수신된 아날로그 제어신호에 따라 상기 용량제어밸브의 밸브 개폐량을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 압축기 제어 시스템은, 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 크랭크실의 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 용량제어밸브가 구비된 압축기 본체; 상기 용량제어밸브를 제어하도록 PWM 디지털 제어신호를 출력하는 제어부(FATC); 및 상기 제어부의 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하여 상기 용량제어밸브에 인가하는 D/A 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 D/A 컨버터는 제어부 외부에 별도로 구비되거나 상기 제어부 내부에 일체형으로 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 D/A 컨버터는 정전류원 회로를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 용량제어밸브는, 상기 압축기 본체의 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 통전에 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 것이 바람직하다.

본 발명의 용량가변형 압축기는, 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 압축기의 크랭크실 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 용량제어밸브가 구비된 압축기 본체; 상기 용량제어밸브는 아날로그 제어신호에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 용량제어밸브인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축기 본체에는 D/A 컨버터부가 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 D/A 컨버터부는 정전류원 회로를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 용량제어밸브는, 상기 압축기 본체의 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 통전에 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 것이 바람직하다.

본 발명의 압축기용 용량제어밸브는, 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 압축기의 크랭크실 압력을 조정하고, 이를 통해 압축기에 설치되는 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 압축기용 용량제어밸브로서, 상기 용량제어밸브는 아날로그 제어신호에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 용량제어밸브인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용량제어밸브는, 상기 압축기 본체의 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 통전에 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 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 용량가변형 압축기에 따르면, 제어부에서 발생된 PWM 디지털 제어신호를 D/A 컨버터를 통해 아날로그 제어신호로 변환하여 용량제어밸브를 제어함에 따라 용량제어밸브의 진동과 소음을 감소시키는 효과가 있다.

즉, PWM에 의한 진동이 방지된다.

또한, 접촉부와 슬라이딩부에 의해 밸브체와 밸브시트의 접촉에 의한 진동과 소음을 감소시킨다.

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.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 용량가변형 사판식 압축기(C)는, 압축기 본체(H)와, 상기 압축기 본체(H)에서 토출되는 냉매의 용량을 조절하는 용량제어밸브(100) 및 상기 용량제어밸브(100)의 개폐량을 제어하는 제어부(600)로 구성된다.

먼저, 상기 압축기 본체(H)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.

한편, 상기 용량제어밸브(100)는 아날로그 제어신호에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부(600)는 용량제어밸브(100)를 제어하도록 PWM 디지털 제어신호를 출력하게 된다. 이때, 상기 제어부(600)는 자동차 내·외부의 온도 변화에 따라 온도 및 습도 등 공기와 환경을 적절하게 유지하는 전자동 온도 조절 시스템(FATC : full automatic temperature control system)인 것이 바람직하다.

한편, 종래에는 진폭이 발생하는 PWM 디지털 제어신호로 인해 밸브체(1)와 밸브시트(2)는 접촉에 의한 소음이 발생하였다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은, 상기 제어부(600)의 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호를 변환하여 상기 용량제어밸브(100)에 인가하는 D/A 컨버터(610)가 추가되었다.

즉, 상기 D/A 컨버터(610)는 하기 [표 1]과 같이 진폭을 가지는 PWM 디지털 제어신호를 진폭이 없는 아날로그 제어신호를 변환하여 용량제어밸브(100)에 인가함에 따라 용량제어밸브(100)의 진동과 소음을 감소시키게 된다.

한편, 상기 D/A 컨버터(610)는 도 2와 같이 제어부(600)와 용량제어밸브(100) 사이에 별도로 구비되거나 상기 제어부(600)와 일체형으로 구성될 수도 있다.

덧붙여, 상기 압축기 본체(H)에 D/A 컨버터부(610)가 설치될 수도 있다.

이러한, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 정전류원 회로(CONSTANT CURRENT SOURCE CIRCUIT)인 D/A 컨버터(610)는 공지된 기술이므로 구성 및 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도 3 내지 도 5에 도시한 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 아날로그 제어신호에 의해 제어됨에 따라 밸브체(120)가 왕복 이동하면서 밸브시트(300)를 개폐하는 구성으로 되어 있다. 이때, 밸브체(120)와 밸브시트(300)의 접촉에 의한 소음이 미약하지만 일부 발생할 수 있었다.

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.

이하, 용량제어밸브의 제어방법을 설명한다.

먼저, 제어부(600;FATC)에서 상기 용량제어밸브(100)의 개폐를 제어하는 PWM 디지털 제어신호를 발생시키고 D/A 컨버터(610)에 송신한다.

다음, 상기 D/A 컨버터(610)는 제어부(600)로부터 수신한 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환한다.

그리고, 상기 변환된 아날로그 제어신호를 상기 용량제어밸브(100)로 송출한다.

다음, 상기 수신된 아날로그 제어신호에 따라 상기 용량제어밸브(100)의 밸브 개폐량을 조절한다.

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 H - 압축기 본체
100 - 용량제어밸브 600 - 제어부
610 - D/A 컨버터

Claims (11)

1. 삭제
2. 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 크랭크실의 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 용량제어밸브가 구비된 압축기 본체;
   상기 용량제어밸브를 제어하도록 PWM 디지털 제어신호를 출력하는 제어부(FATC); 및
   상기 제어부의 PWM 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하여 상기 용량제어밸브에 인가하는 D/A 컨버터;를 포함하되,
   상기 D/A 컨버터는 정전류원 회로를 구비하며,
   상기 용량제어밸브는 상기 압축기 본체의 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 밸브하우징을 왕복 운동하면서 안내공의 밸브시트를 개폐하는 밸브체 및 통전에 의해 상기 밸브체를 왕복 운동시키는 전자 솔레노이드를 포함하고,
   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 하는 압축기 제어 시스템.
   
3. 제2항에 따른 압축기 제어 시스템을 포함하며,
   통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 압축기의 크랭크실 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 냉매의 토출 용량을 조절하는 용량제어밸브가 구비된 압축기 본체를 포함하고,
   상기 용량제어밸브는 아날로그 제어신호에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 용량제어밸브인 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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