KR102013595B1

KR102013595B1 - 가변용량형 사판식 압축기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102013595B1
Application number: KR1020140024828A
Authority: KR
Inventors: 정환명; 서봉균; 안희훈; 정재경
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2019-08-23
Also published as: KR20150103406A

Abstract

본 발명은 가변용량형 사판식 압축기에 관한 것으로, 제어실과 토출실을 연통시키고 토출실로부터 제어실로 이동하는 단위시간당 냉매통과량이 서로 다르게 구비되는 복수개의 연결유로, 복수개의 연결유로를 개폐하는 밸브 유닛, 및 밸브 유닛에 개폐신호를 인가하는 제어부를 포함하여, 오프 직후 발생할 수 있는 소음과 진동을 최소화할 수 있게 된다.

Description

가변용량형 사판식 압축기 및 그 제어방법{ A Variable displacement swash plate type compressor and method for controlling thereof }

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사판각이 변동하는 가변용량형 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 실내의 냉난방을 위한 공조장치(Air Conditioning; A/C)가 설치된다. 이러한 공조장치는 냉방시스템의 구성으로서 증발기로부터 인입된 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축시켜 응축기로 보내는 압축기를 포함하고 있다.

종래 차량용 공기조화장치에 적용되는 압축기는 주로 사판식 압축기가 사용되는데, 클러치의 사용 여부에 따라 전자클러치의 단속작용에 의하여 엔진의 동력을 선택적으로 전달받는 고정용량형 사판식 압축기와, 상기 전자클러치를 사용하지 않고 항상 엔진의 동력을 전달받는 가변용량형 사판식 압축기가 있다.

이들 압축기는 자동차 엔진의 회전력으로부터 동력을 전달받아 구동되는데, 고정 용량형은 전자 클러치가 구비되어 압축기의 구동을 제어한다. 그러나 전자클러치가 구비된 경우, 압축기의 구동시 또는 정지시 차량의 RPM이 유동하여 안정적인 차량운행을 방해하는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 클러치가 구비되지 않고, 엔진의 구동과 함께 항상 사판이 회전하되, 사판의 경사각을 변화시켜 냉매의 토출 용량을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 사판식 압축기를 주로 사용한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 종래의 가변용량형 사판식 압축기는, 풀리(7)에 의해 구동축(5)이 축회전하면서 사판(6)을 회전시키고, 흡입실(3)을 통해 실린더보어로 유입되는 냉매를 피스톤으로 압축하여 토출실(2)로 토출시킨다.

실린더(4)의 일측에는 냉매의 압력으로 사판(6)의 경사각을 제어하는 제어실(1)과 압축 냉매가 포집되는 토출실(2)의 압력 평형을 위해 제어실(1)과 토출실(2)을 연통시키는 연결유로(110)가 형성되어 있다. 연결유로(110)는 개폐밸브(130)에 의해 개폐된다.

그러나, 냉방 부하가 큰 상태에서 압축기를 오프시키게 되면 연결유로(110)를 통해 토출실(2)에서 제어실(1)로 압력이 급격히 이동하면서 충격과 진동을 발생시키는 문제점이 있었다.

냉방 부하가 작은 상태에서 압축기를 오프시키게 되면 충격음은 작게 발생하나, 토출실(2)에서 제어실(1)로 냉매가 이동하는 유로의 직경이 작은 경우에는 오프 직후에 고압실과 저압실 간에 평형이 조속하게 이루어지지 않아 사판의 기울기가 불안정적으로 변동되면서 피스톤을 간헐적으로 구동시켜 압축작용을 하게 되는 헌팅(hunting) 현상이 발생하게 된다.

즉, 토출실(2)과 제어실(1)을 연통시키는 연결유로(10)의 직경이 작을수록 오프 직후 충격음이 작게 발생하고, 연결유로(110)의 직경이 클수록 헌팅현상이 감소하게 되는데, 하나뿐인 연결유로(110)를 개폐밸브(130)로 개폐하는 제어만으로는 이러한 조건을 충족시킬 수 없었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 가변용량형 사판식 압축기가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 제어실과 토출실을 연결하는 유로의 냉매통과량을 조절하여 오프 직후 소음과 진동이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 가변용량형 사판식 압축기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가변용량형 사판식 압축기는, 냉매의 압력으로 사판각을 제어하는 제어실과 압축 냉매가 포집되는 토출실의 압력 평형을 위해 제어실과 토출실을 연통시키고 상기 토출실로부터 제어실로 이동하는 단위시간당 냉매통과량이 서로 다르게 구비되는 복수개의 연결유로, 상기 복수개의 연결유로를 개폐하는 밸브 유닛, 및 상기 밸브 유닛에 개폐신호를 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 밸브 유닛은 상기 복수개의 연결유로 중 일부를 선택적으로 개폐할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 연결유로는 제1연결유로, 및 상기 제1연결유로보다 단위시간당 냉매통과량이 작게 형성된 제2연결유로를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 밸브 유닛은 상기 제1연결유로를 개폐하는 제1개폐밸브, 및 상기 제2연결유로를 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1개폐밸브 및 제2개폐밸브에 개폐하는 신호를 인가하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 밸브 유닛은 상기 제1연결유로나 제2연결유로를 선택적으로 개폐하는 방향전환밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 방향전환밸브에 방향전환신호를 인가하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 제어부는 압축기 오프시 상기 밸브 유닛으로 개폐신호를 인가하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 제어부는 냉방부하가 설정값 이상일 경우, 상대적으로 냉매통과량이 작은 제2연결유로를 개방하고 제1연결유로는 폐쇄하는 신호를 출력하며, 냉방부하가 설정값 미만인 경우, 상대적으로 냉매통과량이 큰 제1연결유로를 개방하고 제2연결유로는 폐쇄하는 신호를 출력하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 제어부는 토출실의 압력을 검출하여 냉방부하의 기준 설정값과 비교하는 것도 가능하다.

바람직하게는, 상기 냉방부하의 기준 설정값(P)은 10bar < P < 20bar 을 만족시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 복수개의 연결유로는 유로의 단면적이 서로 다르게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 제1연결유로와 제2연결유로는 서로 평행하게 구비되는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 복수개의 연결유로는 유로의 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가변용량형 사판식 압축기의 제어방법은, 압축기에 오프신호가 인가되는 경우 냉방부하를 검출하고, 검출된 냉방부하가 설정값 이상일 경우 상기 제1연결유로와 제2연결유로 중 단위시간당 냉매통과량이 작은 유로를 개방하고 다른 유로를 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 인가하며, 냉방부하가 설정값 미만인 경우 상기 제1연결유로와 제2연결유로 중 단위시간당 냉매통과량이 큰 유로를 개방하고 다른 유로를 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 냉방부하 검출단계에서는 상기 토출실의 압력을 검출하여 냉방부하의 기준 설정값과 비교할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가변용량형 사판식 압축기에 의하면, 제어실과 토출실을 연결하는 유로의 냉매통과량을 조절하여 오프 직후 소음과 진동이 발생하는 것을 최소화할 수 있고, 그로 인해 압축기의 소음 저감을 통해 저소음 차량의 개발에 부응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 가변용량형 사판식 압축기를 나타낸 개략적 측단면도,
도 2는 도 1에 도시된 가변용량형 사판식 압축기의 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기를 나타낸 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기는, 토출실(2)로부터 제어실(1)로 이동하는 단위시간당 냉매통과량이 서로 다르게 구비되는 복수개의 연결유로(10), 상기 복수개의 연결유로(10)를 개폐하는 밸브 유닛, 및 상기 밸브 유닛에 개폐신호를 인가하는 제어부(30)를 포함한다.

상기 연결유로(10)는 냉매의 압력으로 사판각을 제어하는 제어실(1)과 압축 냉매가 포집되는 토출실(2)의 압력 평형을 위해 제어실(1)과 토출실(2)을 연통시키는 통로이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연결유로(10)는 제1연결유로(11), 및 상기 제1연결유로(11)보다 단위시간당 냉매통과량이 작게 형성된 제2연결유로(12)를 포함한다.

상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12)는 유로의 단면적이 서로 다르게 형성됨으로써 단위시간당 냉매통과량에 차이가 나게 된다.

상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12)가 서로 평행하게 구비되고 제1연결유로(11)의 단면적이 제2연결유로(12)보다 크게 형성됨으로써 단위시간당 제1연결유로(11)를 통과하는 냉매량이 제2연결유로(12)보다 크게 된다.

이는 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12)가 서로 평행한 것을 전제로 하는데, 비록 유로의 단면적은 동일하나 유로의 길이가 서로 다르게 형성된 경우에도 단위시간당 냉매통과량이 달라지게 된다.

가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3연결유로(13)는 직선 형상이고 제4연결유로(14)는 절곡된 형태인 경우 제4연결유로(14)의 길이가 제3연결유로(13)보다 길게 되고, 그로 인해 제3연결유로(13)와 제4연결유로(14)의 이송속도에 차이가 발생하여 냉매통과량이 달라지게 되는 것이다.

상기 밸브 유닛은 상기 복수개의 연결유로(10) 중 일부를 선택적으로 개폐한다. 가령, 도 3에 도시된 밸브 유닛은 제1연결유로(11)나 제2연결유로(12)를 택일적으로 개폐하는 방향전환밸브(23)이다.

방향전환밸브(23)는 솔레노이드에 의해 작동하게 되고 리턴스프링에 의해 복원되는 구조로, 솔레노이드로 전원이 인가되면 도 3에 도시된 바와 같이 제1연결유로(11)를 개방하고 제2연결유로(12)를 닫게 되고, 솔레노이드의 전원이 차단되면 복원되면서 제1연결유로(11)를 닫고 제2연결유로(12)를 개방하게 된다(도면미도시). 상기 제어부(30)는 상기 방향전환밸브(23)에 방향전환신호를 인가하여 솔레노이드로 전원이 인가 또는 차단시킨다. 방향전환밸브(23)는 도시된 형태 이외에도 유로를 전환시킬 수 있는 밸브는 모두 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.

한편, 상기 밸브 유닛은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1연결유로(11)를 개폐하는 제1개폐밸브(21), 및 상기 제2연결유로(12)를 개폐하는 제2개폐밸브(22)로 구성될 수 있다. 이 경우 제어부(30)는 상기 제1개폐밸브(21) 및 제2개폐밸브(22)에 개폐하는 신호를 각각 인가한다.

상기 제1개폐밸브(21)를 개방하고 제2개폐밸브(22)를 닫는 것은 상기 방향전환밸브(23)에서 제1연결유로(11)를 토출측 유로와 연결시키는 것과 동일하고, 제1개폐밸브(21)를 닫고 제2개폐밸브(22)를 개방하는 것은 방향전환밸브(23)에서 제2연결유로(12)를 토출측 유로와 연결시키는 것과 동일하다. 상기 제1개폐밸브(21) 및 제2개폐밸브(22)는 필요에 따라 제1연결유로(11) 및 제2연결유로(12)를 모두 닫거나 모두 개방되게 제어될 수 있다.

상기 제어부(30)는 압축기 오프(off)시 상기 밸브 유닛으로 개폐신호를 인가한다. 따라서, 압축기가 오프될 때 제어실(1)로 공급되는 냉매압을 신속하게 조절할 수 있게 된다.

상기 제어부(30)는 압축기가 오프되면 이를 감지하여 냉방부하를 측정한다. 이때, 상기 제어부(30)는 토출실(2)의 압력(Pd)을 검출하여 냉방부하의 기준 설정값(P)과 비교한다. 이는 하나의 예에 불과하고 냉동싸이클 중 다른 부분의 압력을 측정하여 냉방부하 측정값으로 사용하는 것도 가능하다.

상기 토출실(2)에는 압력검출부(40)가 구비되어 토출실(2)의 압력(Pd)을 측정하여 제어부(30)로 송출한다.

상기 제어부(30)는 냉방부하가 설정값(P) 이상일 경우, 상대적으로 냉매통과량이 작은 제2연결유로(12)를 개방하고 제1연결유로(11)는 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 출력한다.

냉방부하가 설정값(P) 이상으로 클 경우 유로의 단면적이 작은 제2연결유로(12)를 통해 제어실(1)로 냉매압을 천천히 공급함으로써 오프 직후 급격한 압력 변동 없이 충격이 완화된다. 냉방부하가 작을 경우에는 제어실(1)로 공급되는 냉매압이 크지 않으므로 유로를 최대로 개방하더라도 충격음이 크게 발생하지 않게 된다.

즉, 냉방부하가 설정값(P) 미만인 경우, 상기 제어부(30)는 상대적으로 냉매통과량이 큰 제1연결유로(11)를 개방하고 제2연결유로(12)는 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 출력한다.

상기 냉방부하의 기준 설정값(P)은 10bar < P < 20bar 을 만족시키는 것이 바람직하다. 설정값(P)이 10bar보다 작은 영역은 냉방부하가 작은 것으로 간주하여 충격음의 영향을 무시할 수 있게 된다. 설정값(P)이 20bar를 초과하는 영역에서는 고압 영역으로 취급하여 충격음의 발생에 대비해야 한다.

도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 제어방법에 대해 설명한다.

먼저, 압축기에 오프신호가 인가되면 냉방부하를 검출한다(S10). 상기 냉방부하 검출단계(S10)에서는 상기 토출실(2)의 압력(Pd)을 검출하여 냉방부하 측정값으로 간주한다.

상기 S10단계에서 토출실(2)의 압력(Pd)을 검출한 후 검출된 압력(Pd)과 냉방부하 설정값(P)을 비교한다(S20).

상기 S20단계에서 비교한 결과, 검출된 냉방부하가 설정값(P) 이상일 경우, 상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12) 중 단위시간당 냉매통과량이 작은 제2연결유로(12)를 개방하고 제1연결유로(11)를 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 인가한다(S31).

검출된 냉방부하가 설정값(P) 미만인 경우에는 상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12) 중 단위시간당 냉매통과량이 큰 제1연결유로(11)를 개방하고 제1연결유로(11)를 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 인가한다(S32).

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 연결유로
11 : 제1연결유로
12 : 제2연결유로
13 : 제3연결유로
14 : 제4연결유로
21 : 제1개폐밸브
22 : 제2개폐밸브
23 : 방향전환밸브
30 : 제어부
40 : 압력검출부

Claims

냉매의 압력으로 사판각을 제어하는 제어실(1)과 압축 냉매가 포집되는 토출실(2)의 압력 평형을 위해 제어실(1)과 토출실(2)을 연통시키고, 상기 토출실(2)로부터 제어실(1)로 이동하는 단위시간당 냉매통과량이 서로 다르게 구비되는 복수개의 연결유로(10);
상기 복수개의 연결유로(10)를 개폐하는 밸브 유닛; 및
상기 밸브 유닛에 개폐신호를 인가하는 제어부(30);를 포함하고,
상기 연결유로(10)는,
제1연결유로(11); 및
상기 제1연결유로(11)보다 단위시간당 냉매통과량이 작게 형성된 제2연결유로(12);를 포함하며,
상기 제어부(30)는,
압축기 오프시 상기 밸브 유닛으로 개폐신호를 인가하되,
냉방부하가 설정값(P) 이상일 경우, 상대적으로 냉매통과량이 작은 제2연결유로(12)를 개방하고 제1연결유로(11)는 폐쇄하는 신호를 출력하여 압축기 오프 직후 급격한 압력 변동없이 충격이 완화되도록 하며,
냉방부하가 설정값(P) 미만인 경우, 상대적으로 냉매통과량이 큰 제1연결유로(11)를 개방하고 제2연결유로(12)는 폐쇄하는 신호를 출력하여
압축기 오프 시 냉방부하에 따라 택일적으로 상기 복수개의 연결유로(10)를 개폐하는 가변용량형 사판식 압축기.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 밸브 유닛은,
상기 제1연결유로(11)를 개폐하는 제1개폐밸브(21); 및 상기 제2연결유로(12)를 개폐하는 제2개폐밸브(22);를 포함하고,
상기 제어부(30)는,
상기 제1개폐밸브(21) 및 제2개폐밸브(22)에 개폐하는 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
제1항에 있어서, 상기 밸브 유닛은,
상기 제1연결유로(11)나 제2연결유로(12)를 선택적으로 개폐하는 방향전환밸브(23);를 포함하고,
상기 제어부(30)는,
상기 방향전환밸브(23)에 방향전환신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 제어부(30)는,
토출실(2)의 압력(Pd)을 검출하여 냉방부하의 기준 설정값(P)과 비교하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
제1항에 있어서, 상기 냉방부하의 기준 설정값(P)은,
10bar < P < 20bar
을 만족시키는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 연결유로(10)는,
유로의 단면적이 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
제10항에 있어서,
상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12)는 서로 평행하게 구비되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 연결유로(10)는,
유로의 길이가 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
냉매의 압력으로 사판각을 제어하는 제어실(1)과 토출실(2)의 압력 평형을 위해 제어실(1)과 토출실(2)을 연통시키고, 상기 토출실(2)로부터 제어실(1)로 이동하는 단위시간당 냉매통과량이 서로 다르게 구비되는 제1연결유로(11) 및 제2연결유로(12); 상기 제1연결유로(11)나 제2연결유로(12)를 선택적으로 개폐하는 밸브 유닛;을 포함하는 가변용량형 사판식 압축기의 제어방법에 있어서,
압축기에 오프신호가 인가되는 경우 냉방부하를 검출하고,
검출된 냉방부하가 설정값(P) 이상일 경우, 상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12) 중 단위시간당 냉매통과량이 작은 유로를 개방하고 다른 유로를 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 인가하여 압축기 오프 직후 급격한 압력 변동없이 충격이 완화되도록 하고,
냉방부하가 설정값(P) 미만인 경우, 상기 제1연결유로(11)와 제2연결유로(12) 중 단위시간당 냉매통과량이 큰 유로를 개방하고 다른 유로를 폐쇄하는 신호를 밸브 유닛으로 인가하여 압축기 오프시 냉방부하에 따라 택일적으로 상기 제1연결유로(11) 및 제2연결유로(12)를 개폐하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 냉방부하 검출단계에서는,
상기 토출실(2)의 압력(Pd)을 검출하여 냉방부하의 기준 설정값(P)과 비교하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 제어방법.