KR101938848B1

KR101938848B1 - 에어 컨디셔닝 압축기를 위한 전기 제어 밸브

Info

Publication number: KR101938848B1
Application number: KR1020177010267A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 돔케
Original assignee: 티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2019-01-15
Also published as: US20170184082A1; CN106715902A; JP2017534805A; DE102014218525A1; JP6450011B2; DE102014218525B4; US10451048B2; CN106715902B; EP3194775A1; KR20170060061A; EP3194775B1; WO2016042013A1

Abstract

본 발명은, 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의, 그리고 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 냉매 유동을 제어하기 위해 에어 컨디셔닝 압축기에서 이용하도록 특별히 설계되는 전기 제어 밸브에 관한 것이다. 제어 밸브는 2개의 상이한 포지션들에서 고압 영역을 크랭크케이스 압력 영역에 그리고 크랭크케이스 압력 영역을 저압 영역에 연결하는 제어 피스톤을 포함한다. 추가로, 제어 밸브는 2개의 포지션들 사이에서 제어 피스톤을 전후로 이동시키는 전기 모터를 포함한다. 제어 밸브는, 전기 모터에 의해 이동되는 제어 피스톤의 포지션을 확인하는 센서를 포함한다. 또한, 제어 밸브는, 센서에 의해 확인된 제어 피스톤의 포지션에 의존하여, 전기 모터에 의한 제어 피스톤의 이동에 의해 냉매 유동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

Description

에어 컨디셔닝 압축기를 위한 전기 제어 밸브{ELECTRICAL CONTROL VALVE FOR AN AIR CONDITIONING COMPRESSOR}

본 발명은 에어 컨디셔닝 압축기, 특히 자동차용 에어 컨디셔닝 압축기에서 사용하기 위한 전기 제어 밸브에 관한 것이다. 전기 제어 밸브는 에어 컨디셔닝 압축기의 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의, 그리고 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 냉매 유동을 제어한다.

에어 컨디셔닝 압축기들의 설계 및 동작 모드는 모두 예를 들어, DE 10 2011 117 354 A1에서 당업자에게 알려져 있다.

복수의 피스톤들은 에어 컨디셔닝 압축기의 크랭크 케이싱 내에 배열되어 냉매를 압력 챔버로 펌핑한다. 이 프로세스에서, 피스톤들의 이동은 다음의 설명으로부터 명백해질 바와 같이, 회전하는 워블 플레이트(wobble plate)에 의해 안내된다.

예를 들어, 벨트 드라이브를 통해 회전되는 워블 플레이트가 0과 상이한 경사각을 갖는다면, 이는, 피스톤들이 워블 플레이트의 회전축을 중심으로 회전할 때 피스톤들의 축방향 스트로크 이동으로 이어진다. 이 프로세스에서, 냉매는 에어 컨디셔닝 압축기의 흡입 챔버에 의해 흡입되고 압력 챔버 내로 펌핑된다.

흡입 챔버는 에어 컨디셔닝 압축기의 저압-측 커넥터에 연결되며, 이는 자동차 내의 그의 장착된 상태에서, 그의 부분들에 대해, 에어 컨디셔닝 시스템의 저압 영역에, 즉, 특히 콘덴서의 아웃렛과 연결된다. 압력 챔버는 에어 컨디셔닝 압축기의 고압-측 아웃렛에 연결되며, 이는 그의 부분들에 대해, 특히 콘덴서의 인렛과 관련된 열교환기를 통해 기후 시스템의 고압 영역에 연결된다.

특히, 냉매의 유동을 제어하도록 배기량(displacement volume)을 적응시키기 위해, 에어 컨디셔닝 압축기에서 워블 플레이트의 경사각을 변동시키는 것은 이미 알려져있다. 예를 들어, 에어 컨디셔닝 압축기가 최대 배기량에 대해 미리 설정되는 경우, 워블 플레이트의 피벗(pivoting back)은 에어 컨디셔닝 압축기의 피스톤들의 축방향 허브 스트로크의 감소 및 이에 따른 배기량의 감소를 유발한다.

또한, 제어 밸브에 의한 냉매 유동의 이러한 제어의 수행이 알려져 있다. 이 목적을 위해, 제어 밸브는 고압 영역, 저압 영역 및 크랭크케이스 압력 영역에 연결되며 3개의 영역들 사이의 냉매의 유동을 제어한다.

예를 들어, 제어 밸브가 한 포지션에서 에어 컨디셔닝 압축기의 크랭크케이스 압력 영역과 고압 영역 간의 연결을 개방하는 경우, 냉매가 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로 유동하고; 크랭크케이스 압력 영역에서 압력이 상승한다.

제어 밸브가 다른 포지션에서 에어 컨디셔닝 압축기의 저압 영역과 크랭크케이스 압력 영역 간의 연결을 개방하는 경우, 냉매가 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로 유동하고; 크랭크케이스 압력 영역에서 압력이 하강한다.

제어 밸브에 의해 제어되는 크랭크케이스 압력 영역의 압력 상승은 워블 플레이트의 피벗을 유발한다. 따라서 에어 컨디셔닝 압축기의 피스톤들의 축방향 스트로크 이동이 줄고 에어 컨디셔닝 압축기의 배기량이 감소된다. 결과적으로, 에어 컨디셔닝 시스템의 고압 영역에서 압력은 추가로 증가하지 않는다.

제어 밸브에 의해 제어되는 크랭크케이스 압력 영역의 압력 하강은 워블 플레이트의 스윙 아웃(swinging out)(즉, 팁핑(tipping))을 유발한다. 따라서 에어 컨디셔닝 압축기의 피스톤들의 축방향 스트로크 이동이 늘고 에어 컨디셔닝 압축기의 배기량이 더 커진다. 결과적으로, 에어 컨디셔닝 시스템의 고압 영역에서 압력이 추가로 증가한다.

일반적으로, 워블 플레이트는 스프링 장력에 의해 팁핑된 시작 포지션에 유지되어서, 크랭크케이스 압력 영역에서 압력의 추후의 하락이 있는 경우, 워블 플레이트가 다시 시작 위치로 피벗하고 에어 컨디셔닝 압축기의 배기량에 대한 시작 포지션을 제공한다,

제어 밸브(100)의 예시적인 실현이 아래에서 도 1을 사용하여 설명될 것이다. 이 경우, 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로 그리고 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로 냉매 유동을 각각 제어하기 위해 에어 컨디셔닝 압축기에 사용되는 바와 같은 제어 밸브(100)가 개략도로 도시된다.

제어 밸브(100)의 작동은 제어 밸브의 제어 피스톤(104)의 이동을 통해 발생한다. 여기서의 제어 피스톤(104)은 적어도 하나의 밀봉 바디(108)를 갖는 작동 로드(106)를 포함한다. 결과적으로, 작동 로드(106)는 제어 피스톤(104)의 종방향으로 그리고 이에 대향하여 이동하여서, 밀봉 바디(108)는 제어 밸브의 크랭크케이스 영역과 고압 영역 사이의 통로를 각각 개방 또는 차단하게 된다.

제어 밸브의 제어 피스톤(104)의 이동은 안내된 이동으로서 흔히 일어난다. 제어 피스톤의 피스톤 안내는, 예를 들어, 제어 밸브의 케이싱 내의 종방향 보어(longitudinal bore)에 의해 실현될 수 있다. 또한, 측방향 리세스들(Ps, Pd, Pc)이 고압 영역(Pd), 저압 영역(Ps) 및 크랭크케이스 압력 영역(Pc)의 연결을 위해 케이싱에 제공될 수 있다.

에어 컨디셔닝 압축기들의 분야에서, 제어 피스톤은 흔히 니들(needle)로서 또한 지칭된다. 여기서, 니들은 밀봉 바디(즉, 차단 바디)가 원뿔형이 되도록 구성되고, 고압 영역과 크랭크케이스 압력 영역 사이의 통로 및 크랭크케이스 압력 영역과 저압 영역 사이의 통로 내의 환형 인렛/아웃렛 어퍼처와 협력하는 것을 특징으호 한다.

제어 피스톤의 작동은 다음의 설명에 따라 발생하는데 : 제어 피스톤(104)이 제1 포지션으로 이동되면, 제어 밸브(100)(보다 정확하게는, 밀봉 바디(108))는 고압 영역(Pd)으로부터 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로의 통로를 개방한다. 동시에, 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 통로는 밀봉(즉, 차단)된다.

결과적으로, 냉매는 고압 영역(Pd)으로부터 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로 유동할 수 있고, 크랭크케이스 압력 영역에서의 압력의 상승을 제공할 수 있다. 제어 밸브의 제1 포지션은 에어 컨디셔닝 압축기가 하향으로 조절되게 한다.

제어 피스톤(104)이 제2 포지션으로 이동되면, 제어 밸브(100)(보다 정확하게는, 밀봉 바디(108))는 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 통로를 개방한다. 동시에, 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 고압 영역(Pd) 사이의 통로는 밀봉(즉, 차단)된다.

결과적으로, 냉매는 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로부터 저압 영역(Ps)으로 유동하고, 크랭크케이스 압력 영역에서의 압력의 하락을 제공할 것이다. 제어 밸브의 제2 포지션은 에어 컨디셔닝 압축기가 위로 조절되게 한다.

제어 피스톤의 이동은 작동 로드(106)의 측에 배열된 전자기 환형 코일(102)에 의해 유발된다. 전력이 환형 코일(102)에 공급되면, 환형 코일 내부에 배열된 제어 피스톤(104)의 작동 로드(106)의 단부와 상호작용하는 자기장이 코일의 내부에 유도된다.

유리하게는, 환형 코일(102) 내부에 배열된 제어 피스톤(104)의 작동 로드(106)의 단부는 강자성 재료로 제조된다.

전자기 환형 코일로 작동되는 제어 밸브에서, 제1 포지션과 제2 포지션 사이에서 제어 피스톤의 이동의 제어는 부정확하다. 환형 코일(102)과 그 내부에 배열된 제어 피스톤(104)의 작동 로드(106)의 단부 사이의 기계적 및 자기적 상호 작용들은, 환형 코일(102)에 공급되는 전력에 대해 제어 피스톤(104)의 이동에 있어서의 히스테리시스를 초래한다.

또한, 고압 영역 및 저압 영역에서 제어 피스톤의 밀봉 바디에 각각 작용하는 고압 및 저압은 가변적이며 유도 자기장을 방해한다. 따라서, 예로서, 고압 영역에서 보다 높은 압력의 경우, 예를 들어, 제어 피스톤을 한 포지션에서 제2 포지션으로 이동시키기 위해 보다 강한 자기장이 요구된다.

더욱이, 제어 밸브의 정밀한 제어는 제어 피스톤의 위치를 확인하는 복잡한 성질로 인해 불리하며, 예를 들어 전자기 환형 코일 내의 전류의 일정한 유동이 제어 피스톤을 폐쇄된 위치에서 유지하는데도 필요하기 때문에 에너지 효율적이지 않다.

본 발명은 제어 피스톤의 이동을 정밀하게 제어하는 것을 가능케 하는 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 목적은 말하자면, 에너지 효율적으로 기능하는 동시에, 비용-효과적인 제어 밸브를 제공하는 것이다.

상술한 목적들 중 적어도 하나는 메인 청구항에 설명된 발명에 의해 달성된다. 유리한 개발들은 종속항들에 명시된다.

본 발명에 따라, 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의, 그리고 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 냉매 유동을 제어하기 위해 에어 컨디셔닝 압축기에서 이용하도록 특별히 설계되는 전기 제어 밸브가 제안된다. 제어 밸브는 2개의 상이한 포지션들에서 고압 영역을 크랭크케이스 압력 영역에 그리고 크랭크케이스 압력 영역을 저압 영역에 연결하는 제어 피스톤을 포함한다. 추가로, 제어 밸브는 2개의 포지션들 사이에서 제어 피스톤을 전후로 이동시키는 전기 모터를 포함한다. 제어 밸브는, 전기 모터에 의해 이동되는 제어 피스톤의 포지션을 확인하는 센서를 포함한다. 또한, 제어 밸브는, 센서에 의해 확인된 제어 피스톤의 포지션에 의존하여, 전기 모터에 의한 제어 피스톤의 이동에 의해 냉매 유동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

본 발명과 관련하여, "모터" 또는 "전기 모터"라는 용어는 전기 에너지를 회전을 통해 기계적 운동으로 변환시키는 디바이스를 나타낸다. 이러한 맥락에서, 모터 또는 전기 모터라는 용어는 고정자 및 회전에 의해 제어 피스톤을 이동시키는 회전자의 존재를 의미한다. 결과적으로, 회전에 의해 (예를 들어, 병진운동에 의해) 제어 피스톤을 이동시키지 않는 모든 이러한 디바이스들은 모터 또는 전기 모터라는 용어에 의해 포함되지 않는다.

유리하게는, 모터에서의 회전에 의한 제어 피스톤의 이동은, 제어 밸브의 2개의 상이한(즉, 개방 및 폐쇄) 포지션들로의 제어 피스톤의 정확한 포지셔닝을 가능하게 한다. 제어 피스톤이 전기 모터에서의 회전에 의해 이동할 때, 모터에 제공된 회전자를 고정자에 대해 정확한 각도로 포지셔닝하는 것이 가능하여서, 밀봉 바디에 작용하는 역압(counterpressure)의 추가 보상이 필요하지 않게 된다.

즉, 2개의 포지션들 사이에서 전후 이동의 증가된 정밀도의 전기 제어 밸브의 이점은 모터에서의 회전 운동을 제어 피스톤의 병진 운동으로 기계적으로 변환함으로써 실현된다. 동시에, 전기 환형 코일과 비교하여, 모터의 사용은, 제어 밸브의 2개의 상이한 포지션들 사이에서 제어 피스톤의 이동에 더 강한 공급력을 가능하게 하고, 그 결과, 예를 들어 고압 영역에서 크랭크케이스 압력 영역으로의 냉매 유동이 더 잘 차단될 수 있다.

동시에, 다음의 이점들, 즉, 거의 없는 히스테리시스, 홀딩 전류가 필요하지 않으므로 증가되는 에너지 효율(예를 들어, 전자기 환형 코일 참조); 예를 들어, 전기적 리부팅(예를 들어, 하드 리셋) 후에 제어 피스톤의 위치를 보다 정확하게 확인하기 위한 추가 센서를 통한 개선된 포지션 확인; 제어 밸브 생산 비용 감소; 전자기 환형 코일을 절감함으로써 제어 밸브의 전체 크기의 감소 및 그의 무게의 절감이 실현된다.

본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 이는 하기의 도면에 도시된 예시적인 실시예들을 사용하여 보다 상세히 설명된다. 여기에서, 동일한 부분들에는 동일한 참조 번호들 및 동일한 컴포넌트 명칭들이 제공된다. 또한, 도시되고 설명된 설계들로부터의 개별적인 특징들 또는 특징들의 조합은 본 발명에 따른 개별의 독립적인 독창적 솔루션 또는 솔루션들을 나타낼 수 있다.

도 1은 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의 냉매 유동을 제어하기 위한 에어 컨디셔닝 압축기를 위한 제어 밸브의 개략도이다.
도 2a는 에어 컨디셔닝 압축기의 하향 조절에 대응하는 제1 포지션에서의 에어 컨디셔닝 압축기에 대한 본 발명에 따른 제어 밸브의 개략도이다.
도 2b는 에어 컨디셔닝 압축기의 부분적 상향 조절에 대응하는 중간 포지션에서의 에어 컨디셔닝 압축기에 대한 본 발명에 따른 제어 밸브의 개략도이다.
도 2c는 에어 컨디셔닝 압축기의 상향 조절에 대응하는 제2 포지션에서 냉매 유동을 제어하기 위한 에어 컨디셔닝 압축기에 대한 본 발명에 따른 제어 밸브의 개략도이다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 먼저 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의 또는 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 냉매 유동을 제어하기 위한 에어 컨디셔닝 압축기에 대한 제어 밸브의 일반적인 발명 원리가 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c에서, 제1 예시적인 실시예의 에어 컨디셔닝 압축기에 대한 본 발명에 따른 제어 밸브가 도시되며, 다른 예시적인 실시예들이 설명에서 보다 상세히 설명된다. 제어 밸브의 모든 예시적인 실시예들은 제어 밸브의 2개의 상이한 포지션들에서 제어 피스톤의 정밀한 포지셔닝을 허용한다.

제어 밸브(200)는 각각, 에어 컨디셔닝 압축기(도시되지 않음)의 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의, 그리고 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 냉매 유동을 제어한다. 이 목적을 위해, 제어 밸브는 에어 컨디셔닝 압축기의 고압 영역에 연결하기 위한 연결(Pd) 및 에어 컨디셔닝 압축기의 크랭크케이스 압력 영역에 연결하기 위한 연결(Pc) 및 에어 컨디셔닝 압축기의 저압 영역에 연결하기 위한 연결(Ps)를 포함한다.

제어 밸브(200)는 또한, 제어 밸브(200)의 2개의 상이한 포지션들을 가정할 수 있는 제어 피스톤(204)을 포함한다. 여기서, 제어 피스톤(204)은 적어도 하나의 밀봉 바디(208)를 갖는 작동 로드(206)를 포함한다.

2개의 상이한 포지션들 중 제1 포지션에서, 제어 피스톤(204)은 고압 영역을 크랭크케이스 압력 영역에 연결한다. 2개의 상이한 포지션들 중 제2 포지션에서, 제어 피스톤(204)은 크랭크케이스 압력 영역을 저압 영역에 연결한다.

본 발명의 맥락에서, 제어 밸브(200)의 작동은, 2개의 포지션들에서 제어 피스톤(204)의 포지셔닝을 통해 발생하는데, 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의 그리고 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 통로가 각각 제어 피스톤(204)에 의해 적절히 개방 또는 차단된다.

제어 밸브(200)가 추가로 포함하는 전기 모터(202)는 2개의 포지션들 사이에서 제어 피스톤(204)을 전후로 이동시킨다. 전기 모터(202)의 사용은 회전에 의해 2개의 포지션들 사이에서의 제어 피스톤(204)의 이동을 의미한다. 정밀하게는, 제어 피스톤(204)의 포지셔닝이 정확한 각도로 수행될 수 있기 때문에, 전기 모터(202)의 이러한 회전 운동은 본 발명의 맥락에서 유리하다.

또한, 제어 밸브(200)는 전기 모터(202)에 의해 이동되는 제어 피스톤(204)의 포지션을 확인하는 센서(210), 및 센서(210)에 의해 확인된 제어 피스톤(204)의 포지션에 의존하여, 전기 모터(202)에 의한 제어 피스톤(204)의 이동에 의해 냉매 유동을 제어하는 제어 유닛(212)을 포함한다.

전기 모터(202), 센서(210) 및 제어 유닛(212)의 상호 작용에서, 본 발명에 따른 추가의 이점들은 제어 피스톤(200)의 2개의 상이한 포지션들에서 제어 피스톤(204)의 포지셔닝의 정밀도의 개선이 실현된다. 유리하게는, 목표 값과 실제 값 사이의 편차들은 센서(210)에 의해 제어 유닛(212)에서 확인될 수 있다.

즉, 센서(210)에 의해 확인된 제어 피스톤의 포지션에 대응하는 실제 값(제어 변수) 및 목표 값(기준 변수)을 사용하여 모터(202)를 트리거링하기 위한 제어 유닛(212)의 적응은, 제어 피스톤(204)이 이동할 때 외란들(disturbances)(외란 변수들)의 영향이 최소가되도록 허용한다.

또한, 유리하게는, 제어 밸브 또는 에어 컨디셔닝 압축기의 상이한 특성들이 제어 유닛(212)에서 가역적으로(reversibly) 제공될 수 있고, 이들은 제어 피스톤의 포지션을 통해, 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의 냉매 유동에 대한 적절한 정밀 제어를 전달한다.

본 발명에 따른 제어 밸브의 유리한 개발에 따라, 제어 피스톤은, 제어 밸브의 고압 영역과 크랭크케이스 압력 영역 사이 그리고 크랭크케이스 압력 영역과 저압 영역 사이의 연결의 단면이 연속적으로 가변적이도록 2개의 포지션들 사이에서 이동 가능하다.

결과적으로, 제어 피스톤의 전후 이동을 통해, 이 피스톤은, 제어 밸브가 고압 영역과 크랭크케이스 압력 영역을 서로 연결하는 제1 포지션에 그리고 제어 밸브가 크랭크케이스 압력 영역과 저압 영역을 서로 연결하는 제2 포지션에 포지셔닝될 뿐만 아니라, 제1 포지션과 제2 포지션 사이에 안착된 중간 위치로도 이동된다. 따라서, 제어 피스톤의 제1 및 제2 포지션들은 제어 피스톤의 이동에 관한 최대 변위의 포지션들에 대응한다.

또한, 본 발명에 따른 제어 밸브의 유리한 개발은 제어 밸브의 케이싱이 2개의 상이한 포지션들 사이에서의 제어 피스톤의 이동을 안내한다는 것을 고려한다. 즉, 제어 밸브의 케이싱은 유리한 개발에서, 제어 피스톤의 이동이 2개의 상이한 포지션들 사이로 한정되도록 가이드(guide)로서 설계된다.

본 발명에 따른 제어 밸브의 추가의 유리한 개발에 따라, 제어 피스톤의 이동은 2개의 포지션들 사이에서 나선 운동의 형태로 또는 직선 운동의 형태로 일어난다. 특히, 나선 운동의 경우, 제어 피스톤의 순방향 및 역방향 이동이 회전 각도와 나선 특성 곡선에 의존하여 세팅되기 때문에, 전기 모터에 의한 제어 피스톤의 특히 정밀한 포지셔닝이 가능해진다.

추가의 유리한 개발에서, 본 발명에 따른 제어 밸브는 기어링 메커니즘(gearing mechanism)을 추가로 포함하며, 이것의 도움으로, 전기 모터가 제어 피스톤의 포지션을 전후로 이동시킨다. 이 경우, 기어링 메커니즘은, 예를 들어, 2개의 상이한 포지션들 사이에서 제어 피스톤을 이동시키도록 모터의 회전 운동을 병진 운동(translational movement)으로 기계적으로 변환하는 것을 가능하게 한다.

기어링 메커니즘은 또한, 제어 피스톤이 그것에 의해 이동되기 전에 전기 모터의 회전 운동의 힘 또는 토크의 적응성과 관련하여 유리하다. 최종-지정된 유리한 개발의 예시적인 구현들은 웜(worm) 기어링 메커니즘 또는 베벨(bevel) 기어링 메커니즘을 포함한다.

고압 영역과 크랭크케이스 압력 영역 및 크랭크케이스 압력 영역과 저압 영역이 각각 서로 연결되는 2개의 상이한 포지션들에서, 모터가 높은 토크에 있을 때, 제어 피스톤은, 각각의 다른 연결, 즉 크랭크케이스 압력 영역과 저압 영역 사이 또는 고압 영역과 크랭크케이스 압력 영역 사이의 연결이 각각 특히 잘 밀봉되도록 이동된다는 것이 특히 강조되어야 한다. 따라서, 제어 밸브가 사용될 때 효율이 증가된다.

본 발명에 따른 제어 밸브의 추가의 유리한 개발은 전기 모터가 서보모터로서 설계되고 센서를 통합하는 것을 고려한다. 이 경우, 이 실현은 제어 피스톤의 포지션을 확인하기 위한 제어 밸브의 추가 센서가 불필요하게 하기 때문에, 유리하다. 구조로 인해, 서보모터에 통합된 센서가 모터 샤프트의 회전 포지션을 검출하지만, 이는 제어 피스톤의 포지션에 직접 의존한다.

특히, 후술하는 예시적인 개발들과 위의 서보모터 및 기어링 메커니즘의 조합의 경우에, 센서는 제어 피스톤의 포지션이 서보모터의 모터 샤프트의 회전 포지션 및 기어링 메커니즘의 알려진 변속비에 의존하여 확인되도록 구성된다. 이 경우, 모터의 회전 운동과 기어링 메커니즘의 변속비에 관한 제어 피스톤의 포지션의 직접적인 의존이 이용되며, 제어 피스톤의 포지션을 확인하기 위한 제어 밸브의 추가 센서를 생략하는 것이 가능하다.

다른 유리한 개발에서, 본 발명에 따른 제어 밸브의 센서는 홀(Hall) 센서로서 설계된다. 자기장의 변화로서 제어 피스톤의 이동으로부터 그의 포지션을 확인하는 것이 가능하다. 제어 밸브의 다른 구조들은 자기장의 변화로서 포지션의 이러한 확인을 허용한다.

한편으로, 예로서, 센서를 마주하는 제어 피스톤의 적어도 단부는 자화될 수 있거나 또는 자석(바람직하게는, 영구 자석)을 포함할 수 있어서, 제어 피스톤의 이동은 직접적으로 자기장의 변화를 유발하고 이에 따라 홀 센서로 설계된 센서에 의해 확인될 수 있게 된다. 유리한 구성에서, 영구 자석은, 그것이 홀 센서에 대향하여 배열되도록 제어 피스톤에 제공된다.

다른 한편으로, 예로서, 센서를 마주하는 제어 피스톤의 적어도 단부는, 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있어서, 제어 피스톤의 이동은 차폐 또는 포커싱에 의해 간접적으로 외부 자기장을 변화시키고, 이에 따라, 홀 센서로 설계된 센서에 의해 변화가 확인될 수 있도록 그것을 제어한다.

이러한 개발은 본 발명에 따른 제어 센서의 소형화의 경우에 특히 유리한데, 그 이유는 이 어레인지먼트에 의해, 제어 피스톤의 자화된 단부 또는 거기에 부착된 자석이 센서와 동일평면으로 배열될 필요가 더 이상 없기 때문이다. 반대로, 외부 자기장은 또한, 종축에서 제어 밸브의 구조 높이가 감소될 수 있도록 측방향으로 배열된 영구 자석에 의해 생성될 수 있다.

본 발명에 따른 제어 밸브의 추가의 유리한 개발에 따라, 홀 센서는, 제어 피스톤의 2개의 상이한 포지션들 중 적어도 하나에서, 홀 센서가 거기에 배치된 영구 자석과 경계를 이루고(예를 들어, 둘러쌈) 이에 따라 외부 외란으로부터 방출된 자기장을 차폐하도록 설계된다. 대안적으로, 제어 피스톤의 한 위치에서, 제어 피스톤에 배열된 영구 자석에 의해 배열되는 홀 센서에 의해 동일한 효과가 또한 자연스럽게 생성된다.

이 개발은, 제어 피스톤의 포지션들 중 하나에서 홀 센서에 의한 영구 자석의 경계를 통해(또는 그 반대로), 이 포지션이 외부 자기장에 의한 외란과 독립적으로 확인되기 때문에 유리하다.

특히, 이러한 개발은 또한 외란들에 독립적인 이 제어 피스톤 포지션에서 센서의 교정을 허용하며, 이는 예를 들어, 온도 등락들 및 영구 자석의 방출된 자기장의 연관된 변화를 보상하는데 유리하다. 결과적으로, 본 발명에 따른 제어 밸브에서 제어 피스톤의 포지션을 확인할 때의 정밀도는 또한 이러한 방식으로 개선될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 제어 밸브의 유리한 개발은, 제어 피스톤의 2개의 상이한 포지션들 중 적어도 하나를, 제어 피스톤을 이동시킴 없이 홀 센서가 확인하도록 홀 센서가 설계되는 것을 고려한다. 이 목적을 위해, 홀 센서는 예를 들어, 측정된 자기장 세기가, 제어 피스톤의 2개의 상이한 포지션들 중 적어도 하나에 할당된 자기장 세기에 대한 미리-저장된(선택적으로, 재교정될 수 있는) 기준값과 비교되도록 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 제어 밸브의 다른 유리한 개발은, 홀 센서가 자기장 세기에 대한 미리-저장된(즉, 절대적인) 기준값 없이 관리한다는 것을 고려한다. 이 경우, 홀 센서는 자기장 세기의 측정된 변화가 제어 피스톤을 이동시키기 위한 전기 모터의 트리거링 신호와 비교되도록 구성된다.

예를 들어, 전기 모터가 균일한 신호로 트리거되는 경우, 전기 모터는 제어 피스톤을 2개의 포지션들 사이에서 선형으로 이동시킨다. 제어 피스톤이 홀 센서로부터 멀어지게 이동함에 따라, 자기장 세기의 측정된 변화는 제어 피스톤이 홀 센서로부터 멀어질수록 감소한다. 결과적으로, 제어 피스톤의 거리 및 이에 따른 포지션은 또한, 자기장 세기의 변화를 사용하여 홀 센서에 의해 이러한 방식으로 확인될 수 있다.

본 발명에 따른 제어 밸브의 추가의 유리한 개발에 따라, 제어는, 센서에 의해 확인되는 제어 피스톤의 포지션 및 펄스-폭 변조된(즉, PWM) 입력 신호에 의존하여, 냉매 유동이 전기 모터에 의한 제어 피스톤의 이동에 의해 제어되도록 설계된다. 예를 들어, PWM 입력 신호는 400Hz의 주파수 즉, 1/400 초의 펄스-폭 지속기간을 갖는다.

결과적으로, 이는 특히 PWM 입력 신호가 제공되는 트리거링을 위한 기존의 에어 컨디셔닝 압축기와의 역 호환성을 보장한다.

또한, 본 발명에 따른 제어 밸브의 유리한 개발에서, 제어는, 적어도 부분적으로, 펄스폭 변조된 입력 신호에 의해 제공되는 전력이 모터에 의한 제어 피스톤의 이동을 위해 그리고 센서에 의한 제어 피스톤의 포지션을 확인하기 위해 이용되도록 설계된다. 결과적으로, 제어 밸브에 대한 추가 전력 공급이 필요하지 않다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 제어 밸브에서 제어 피스톤의 3개의 예시적인 포지션들이 예시적인 실시예에 따라 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.

제1 예시적인 실시예에 따라, 본 발명에 따른 제어 밸브(200)는 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된다. 여기서, 제어 밸브(200)는 이미 설명된 제어 피스톤(204), 전기 모터(202), 센서(210) 및 제어 유닛(212)을 포함한다.

반복을 피하기 위해, 이 문맥에서, 제어 밸브가 특히, 에어 컨디셔닝 압축기에서, 고압 영역(Pd)으로부터 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로의 그리고 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로부터 저압 영역(Ps)으로의 냉매의 유동을 각각 어떻게 가능하게 하는지를 설명하는 위의 언급들만에 대한 참조가 이루어진다.

제1 예시적인 실시예에 따라, 제어 밸브(200)의 제어 피스톤(204)은 작동 로드(206) 및 그 일 단부에서, 밀봉 바디(208)를 포함하고, 작동 로드(206) 및 밀봉 바디(208)는 도시된 제1 예시적인 실시예에서와 같이 단일 조각으로 구성(즉, 형성)된다.

제어 피스톤(204)의 작동은 여기에서, 작동 로드(206)를 움직이게 하는 전기 모터(202)에 의해 수행된다. 작동 로드(206)와 밀봉 바디(208) 사이의 기계적 커플링으로 인해, 이동은 밀봉 바디(208)로 전달된다. 예시적인 실시예에서, 작동 로드(206)의 작동은 제어 밸브(200)의 종방향의 선형 이동으로서 발생하고 일체형(one-piece) 구조를 통해, 밀봉 바디(208)에 동등하게 전달된다.

제어 밸브(200)의 제어 피스톤(204)이 제1 포지션으로 이동되면, 밀봉 바디(208)는 고압 영역(Pd)과 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 사이의 통로를 개방한다(예를 들어, 도 2a 참조). 결과적으로, 냉매는 에어 컨디셔닝 압축기의 고압 영역(Pd)으로부터 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로 유동할 수 있고 거기에서(즉, 에어 컨디셔닝 압축기의 크랭크케이스에서) 압력의 상승을 제공한다. 제어 밸브의 제1 포지션은 에어 컨디셔닝 압축기가 하향으로 조절되게 한다.

동시에, 제어 피스톤의 제1 포지션에서, 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 통로는 밀봉(즉, 차단)된다. 결과적으로, 어떠한 냉매도 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로부터 저압 영역(Ps)으로 유동하지 않고, 크랭크케이스에서의 압력의 하락을 제공하지 않을 수 있다.

제어 밸브(200)의 제어 피스톤(204)이 제2 포지션으로 이동되면, 밀봉 바디(208)는 저압 영역(Ps)과 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 사이의 통로를 개방한다(예를 들어, 도 2b 및 도 2c 참조). 결과적으로, 냉매는 에어 컨디셔닝 압축기의 크랭크케이스 압력 영역(Pc)으로부터 저압 영역(Ps)으로 유동하고, 크랭크케이스에서의 압력의 하락을 제공할 수 있다. 제어 밸브의 제2 포지션은 에어 컨디셔닝 압축기가 상향으로 조절되게 한다.

동시에, 제어 피스톤의 제2 포지션에서, 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 고압 영역(Pd) 사이의 통로는 밀봉(즉, 차단)된다. 결과적으로, 어떠한 냉매도 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로 유동하지 않고 거기에서(즉, 에어 컨디셔닝 압축기의 크랭크케이스에서) 압력의 상승을 제공하지 않을 수 있다.

예시적인 실시예에 따라, 제어 피스톤(204)은, 제어 밸브의 고압 영역(Pd)과 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 사이 그리고 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 연결의 단면이 각각 연속적으로 가변적이도록, 2개의 포지션들 사이에서(즉, 제1 및 제2 포지션 사이에서) 이동 가능하다.

예를 들어, 도 2b는 에어 컨디셔닝 압축기의 부분적 상향 조절에 대응하는 제어 피스톤(204)의 중간 포지션을 도시한다. 이 중간 포지션에서, 제어 밸브(200)에서 제어 피스톤(204)의 포지션에 의해 제어되는 채널의 단면은 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이에서 감소된다.

유리한 개발에서, 채널의 단면의 감소는, 각각 제어 밸브(200)의 고압 영역(Pd)과 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 사이 또는 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 채널만을 중간 포지션의 제어 피스톤(204)이 차단해제함으로써 생성된다.

예를 들어, 중간 포지션에서, 제어 피스톤(204)은, 이 목적을 위해, 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 채널을 차단해제하는 제어 피스톤(204)의 개구부가 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps)의 연결을 위한 제어 밸브(200)의 케이싱의 리세스들(Pc 및 Ps) 중 하나로부터 오프셋되어 제공되도록 포지셔닝될 수 있다. 제어 밸브(200)에서 제어 피스톤(204)의 대응하는 중간 포지션이 도 2b에 도시된다.

예를 들어, 다른 중간 포지션에서, 제어 피스톤(204)은 또한, 말하자면, 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 고압 영역(Pd) 사이의 채널을 차단해제하는 제어 피스톤(204)의 개구부가 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 고압 영역(Pd)의 링크를 위한 제어 밸브(200)의 케이싱의 리세스들(Pd 및 Pc) 중 하나로부터 오프셋되어 제공되도록 포지셔닝될 수 있다.

그러나 제어 밸브(200)의 제어 피스톤(204)은, 모든 3개의 영역들, 즉 고압 영역(Pd), 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 및 저압 영역(Ps) 사이의 연결이 임의의 중간 포지션에서 가능하지 않도록 설계된다는 것이 강조되어야 한다. 따라서, 고압 영역(Pd)과 저압 영역(Ps) 사이의 단락의 가능성이 배제된다.

에어 컨디셔닝 압축기 분야에서 통상적인 바와 같이, 제어 피스톤(204)은 또한 니들로서 지칭될 수 있다. 여기서, 니들은, 밀봉 바디(208)(즉, 차단 바디)가 원뿔형이 되도록 설계되고, 고압 영역(Pd)과 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 사이 및 크랭크케이스 압력 영역(Pc)과 저압 영역(Ps) 사이의 제어 밸브(200)의 케이싱의 환형 리세스(Pd 및/또는 Ps)와 협력하는 것을 특징으로 한다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c의 제어 밸브(200)의 예시적인 실시예에서, 제어 피스톤(204)은 중공 니들로서 설계되고, 니들에서 제어 밸브(예를 들어, 종방향 보어홀)에 대해 종방향으로 배향되는 리세스는 제어 밸브(200)가 개방될 때, 고압 영역(Pd)과 크랭크케이스 압력 영역(Pc) 사이의 통로를 형성한다.

또한, 이 제어 밸브(200)의 예시적인 실시예에서, 센서(210)와 마주하는 영구 자석(220)이 밀봉 바디(208)에 대향하는 작동 로드(206)의 단부에 배열된다. 센서(210)는 또한 홀 센서로서 설계된다.

또한, 도시된 예시적인 실시예에서의 제어 밸브(200)는, 제어 유닛(212)에 연결되고 예를 들어, 펄스 폭 변조된 입력 신호가 입력되게 하는 전기 연결(222)을 포함한다. 센서(210) 및 전기 모터(202)는 각각 제어 유닛(212)에 전기적으로 연결된다.

참조 번호	설명
100, 200,	제어 밸브
102	전자기 환형 코일
202	전기 모터
104, 204,	제어 밸브
106, 206	작동 로드
108, 208	밀봉 바디
210	센서
212	제어 유닛
220	영구 자석
222	연결

Claims

전기 제어 밸브로서,
상기 전기 제어 밸브는 고압 영역으로부터 크랭크케이스 압력 영역으로의, 그리고 상기 크랭크케이스 압력 영역으로부터 저압 영역으로의 냉매 유동을 제어하고,
제 1 포지션에서 상기 고압 영역을 상기 크랭크케이스 압력 영역에 그리고 제 2 포지션에서 상기 크랭크케이스 압력 영역을 상기 저압 영역에 연결하는 제어 피스톤;
상기 제 1 포지션 및 상기 제 2 포지션 사이에서 상기 제어 피스톤을 전후로 이동시키는 전기 모터;
상기 전기 모터에 의해 이동되는 상기 제어 피스톤의 포지션을 확인하는 센서; 및
상기 센서에 의해 확인된 상기 제어 피스톤의 포지션에 의존하여, 상기 전기 모터에 의한 상기 제어 피스톤의 이동에 의해 상기 냉매 유동을 제어하는 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 피스톤은 상기 제 1 포지션과 상기 제 2 포지션 사이의 제 1 중간 포지션 또는 제 2 중간 포지션으로 이동 가능하며,
상기 제 1 중간 포지션에서, 상기 저압 영역과 차단된 상태에서 상기 고압 영역이 상기 제 1 포지션보다 작은 유로 면적으로 상기 크랭크케이스 압력 영역에 연결되고, 그리고
상기 제 2 중간 포지션에서, 상기 고압 영역과 차단된 상태에서 상기 저압 영역이 상기 제 2 포지션보다 작은 유로 면적으로 상기 크랭크케이스 압력 영역에 연결되는,
전기 제어 밸브.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 2개의 상이한 포지션들 사이에서 상기 제어 피스톤의 이동을 안내하는 케이싱(casing)을 더 포함하는,
전기 제어 밸브.
제 3 항에 있어서,
상기 제어 피스톤과 상기 케이싱 사이에 배열되는 하나 이상의 밀봉(seal) 디바이스를 더 포함하는,
전기 제어 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 모터는 상기 2개의 포지션들 사이에서 나선 운동 또는 직선 운동의 형태로 상기 2개의 포지션들 사이에서 상기 제어 피스톤을 전후로 이동시키는,
전기 제어 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 전기 모터가 상기 제어 피스톤의 포지션을 이동시키게 하는 기어링 메커니즘(gearing mechanism)을 더 포함하는,
전기 제어 밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 기어링 메커니즘은 웜(worm) 기어링 메커니즘 또는 베벨(bevel) 기어링 메커니즘으로서 설계되는,
전기 제어 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 전기 모터는 서보모터로서 설계되고 상기 센서를 포함하는,
전기 제어 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 센서는 홀(Hall) 센서로서 설계되고 상기 제어 피스톤의 이동은 자기장의 변화로서 확인되는,
전기 제어 밸브.
제 9 항에 있어서,
상기 제어 피스톤에서 상기 홀 센서에 대향하게 배열되는 영구 자석을 더 포함하는,
전기 제어 밸브.
제 10 항에 있어서,
상기 홀 센서는 상기 제어 피스톤의 2개의 상이한 포지션들 중 적어도 하나에서 상기 홀 센서가 거기에 배열된 영구 자석과 경계를 이루도록 설계되는,
전기 제어 밸브.
제 9 항에 있어서,
상기 홀 센서는, 상기 홀 센서가 제어 밸브의 2개의 상이한 포지션들 중 적어도 하나를, 상기 제어 밸브를 이동시키지 않고 확인하도록 설계되는,
전기 제어 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 냉매 유동이 상기 센서에 의해 확인된 상기 제어 피스톤의 포지션 및 펄스폭 변조된 입력 신호에 의존하여 상기 전기 모터에 의한 상기 제어 피스톤의 이동에 의해 제어되도록 설계되는,
전기 제어 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 적어도 부분적으로, 펄스폭 변조된 입력 신호에 의해 제공되는 전력이 상기 모터에 의해 상기 제어 피스톤을 이동시키기 위해 그리고 상기 센서에 의해 상기 제어 피스톤의 포지션을 확인하기 위해 이용되도록 설계되는,
전기 제어 밸브.
고압 영역, 저압 영역 및 크랭크케이스 압력 영역을 갖는 에어 컨디셔닝 압축기로서,
제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 제어 밸브를 더 포함하는, 에어 컨디셔닝 압축기.