KR102046660B1 - 가변 용량 압축기용 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

[과제]
감압부를 구비하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 그 작동 안정성을 유지한다.
[해결 수단]
제어 밸브(1)는, 일단측이 제1가이드 구멍(73)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 메인 밸브 구멍(18)에 접리하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체(32)가 마련되는 한편, 타단측이 압력실(56)에 배치되고, 제2가이드 구멍(74)에 슬라이딩 가능하게 지지되는 슬라이딩부(86)이 마련된 밸브 구동체(30); 일단부가 밸브 구동체(30)에 고정되고, 흡입실의 흡입 압력(Ps)을 감지하여, 그 흡입 압력(Ps)이 설정 압력보다 낮아지면 밸브 구동체(30)에 밸브 개방 방향의 힘을 작용시키는 파워 엘리먼트(6); 밸브 구동체(30)와 작동 연결 가능하게 마련된 전달 로드(58); 설정 압력에 상응한 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력을 전달 로드(58)를 통해 밸브 구동체(30)에 작용시키는 솔레노이드(3)를 구비한다.

Description

가변 용량 압축기용 제어 밸브{CONTROL VALVE FOR VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은, 가변 용량 압축기의 토출 용량을 제어하는데 바람직한 제어 밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조장치는, 일반적으로, 그 냉동 사이클을 흐르는 냉매를 압축하여 고온 고압의 가스 냉매로 하여 토출하는 압축기, 그 가스 냉매를 응축하는 응축기, 응축된 액냉매를 단열 팽창시키는 것에 의해 저온 저압의 냉매로 하는 팽창 장치, 그 냉매를 증발시키는 것에 의해 차량 실내 공기와의 열교환을 진행하는 증발기 등을 구비하고 있다. 증발기에서 증발된 냉매는 다시 압축기에 되돌려져 냉동 사이클을 순환한다.

이 압축기로서는, 엔진의 회전수에 상관없이 일정한 냉방 능력이 유지되도록, 냉매의 토출 용량을 가변할 수 있는 가변 용량 압축기(이하, "압축기"라고 약칭하기도 한다)가 사용되고 있다. 이 압축기는, 엔진에 의해 회전 구동되는 회전축에 장착된 요동판에 압축용 피스톤이 연결되고, 요동판의 각도를 변화시켜 피스톤의 스트로크를 변화시키는 것에 의해 냉매의 토출량을 조정한다. 요동판의 각도는, 밀폐된 크랭크실 내에 토출 냉매의 일부를 도입하고, 피스톤의 양면에 가해지는 압력의 균형을 변화시키는 것에 의해 연속적으로 바꿀 수 있다. 이 크랭크실 내의 압력(이하 "크랭크 압력"이라 한다)(Pc)은, 압축기의 토출실과 크랭크실 사이, 또는 크랭크실과 흡입실 사이에 마련된 가변 용량 압축기용 제어 밸브(이하, "제어 밸브"라고 약칭하기도 한다)에 의해 제어된다.

이와 같은 제어 밸브로서, 예를 들면 흡입 압력(Ps)에 상응하여 크랭크실로의 냉매의 도입량을 조정하는 것에 의해, 크랭크 압력(Pc)을 제어하는 것이 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이 제어 밸브는, 흡입 압력(Ps)을 감지하여 변위하는 감압부와, 감압부의 구동력을 받아 토출실에서 크랭크실로 통하는 통로를 개폐 제어하는 밸브부와, 감압부에 의한 구동력의 설정값을 외부 전류에 의해 가변할 수 있는 솔레노이드를 구비한다. 이와 같은 제어 밸브는, 흡입 압력(Ps)이 외부 전류에 의해 설정된 설정 압력으로 유지되도록 밸브부를 개폐한다. 일반적으로, 흡입 압력(Ps)은 증발기 출구의 냉매 온도에 비례하기 때문에, 그 설정 압력을 소정값 이상으로 유지하는 것에 의해, 증발기의 동결 등을 방지할 수 있다. 또한, 차량 엔진 부하가 클 때는 솔레노이드를 오프로 하는 것에 의해 밸브부를 전개(全開) 상태로 하여 크랭크 압력(Pc)을 높게 하여 요동판을 회전축에 대해 거의 직각으로 하는 것에 의해, 압축기를 최소 용량으로 운전시킬 수 있다.

일본국 공개특허공보 2008-45526호 공보

이와 같은 제어 밸브의 감압부는, 일반적으로 다이어프램이나 벨로우즈와 같은 감압 부재로 구획된 기준 압력실을 구비하고, 그 기준 압력실의 내외의 압력차에 의한 감압 부재의 변위에 의해 솔레노이드력에 대항하는 구동력을 밸브체에 작용시킨다. 이와 같은 제어 밸브에 있어서는, 그 밸브체나 감압부를 마련하기 위한 스페이스가 필요하게 되고, 이들의 배치 구성을 적절하게 설정하면서, 각 부분의 동작을 안정하게 유지할 필요가 있다. 특히 벨로우즈 등의 동작 스트로크가 큰 감압부를 채용하는 경우에는 더욱 그러하다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해, 감압부를 구비하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 그 작동 안정성을 유지하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양의 가변 용량 압축기용 제어 밸브는, 흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 상기 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매의 유량을 제어하는 것에 의해 변화시키는 가변 용량 압축기용 제어 밸브이고, 상기 토출실로 연통하는 토출 압력실과, 상기 크랭크실로 연통하는 크랭크 압력실과, 피감지 압력이 도입되는 압력 감지실과, 상기 토출 압력실과 상기 크랭크 압력실 사이에 마련되는 메인 밸브 구멍과, 상기 토출 압력실과 상기 압력 감지실 사이에 마련되는 제1가이드 구멍과, 상기 압력 감지실에 마련되는 제2가이드 구멍이 형성된 보디; 일단 측을 향하여 단계적으로 직경이 감소되는 것에 의해, 일단 측의 지름이 작고 타단 측의 지름이 큰 단차진 원통 형상의 본체를 구비하고, 일단 측의 소경부가 상기 제1가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 상기 메인 밸브 구멍에 접리(接離)하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체가 마련되는 한편, 타단측의 대경부가 상기 압력 감지실에 배치되고, 상기 제2가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되는 슬라이딩부가 마련된 밸브 구동체; 감압 부재로서 벨로우즈를 포함하고, 상기 밸브 구동체의 대경부의 내측에 수용되도록 마련되며, 상기 흡입실의 흡입 압력 또는 상기 크랭크실의 크랭크 압력을 상기 피감지 압력으로서 감지하여, 상기 피감지 압력이 설정 압력보다 낮아지면, 상기 벨로우즈가 신장되어 상기 밸브 구동체에 밸브 개방 방향의 힘을 작용시키는 감압부; 상기 밸브 구동체와 작동 연결 가능하게 마련된 전달 로드; 및 상기 설정 압력에 상응한 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력을, 상기 전달 로드를 통해 상기 밸브 구동체에 작용시키는 솔레노이드를 포함한다.

이 태양에 의하면, 밸브 구동체가 메인 밸브체뿐만 아니라, 감압부를 일체로 구비하기 때문에 비교적 중량이 커지지만, 그 일단측이 제1가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 타단측이 제2가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지된다. 즉, 밸브 구동체는 그 일단측과 타단측의 2점 지지에 의해 안정하게 지지된다. 그 결과, 밸브 구동체의 축떨림이 쉽게 발생하지 않아, 밸브부의 밸브 개방 특성을 양호하게 유지할 수 있게 된다. 즉, 감압부를 구비하는 제어 밸브에 있어서, 그 작동 안정성을 유지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 감압부를 구비하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 그 작동 안정성을 유지할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서는 편의상, 도시한 상태를 기준으로 각 구조의 위치 관계를 상하로 표현하는 경우가 있다. 도 1은 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

제어 밸브(1)는, 자동차용 공조장치의 냉동 사이클에 설치되는 도시하지 않는 가변 용량 압축기(이하, "압축기"라고 한다)의 토출 용량을 제어하는 전자 밸브로서 구성되어 있다. 이 압축기는, 냉동 사이클을 흐르는 냉매를 압축하여 고온 고압의 가스 냉매로 하여 토출한다. 그 가스 냉매는 응축기(외부 열교환기)에 의해 응축되고, 나아가 팽창 장치에 의해 단열 팽창되어 저온 저압의 안개 형태의 냉매가 된다. 이 저온 저압의 냉매가 증발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내 공기를 냉각한다. 증발기에 의해 증발된 냉매는, 다시 압축기로 되돌려져 냉동 사이클을 순환한다. 압축기는, 자동차 엔진에 의해 회전 구동되는 회전축을 구비하고, 그 회전축에 장착된 요동판에 압축용 피스톤이 연결되어 있다. 그 요동판의 각도를 변화시켜 피스톤의 스트로크를 변화시키는 것에 의해 냉매의 토출량이 조정된다. 제어 밸브(1)는, 그 압축기의 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 것에 의해 요동판의 각도, 나아가서는 그 압축기의 토출 용량을 변화시킨다.

제어 밸브(1)는, 압축기의 흡입 압력(Ps)을 설정 압력으로 유지하도록, 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 이른바 Ps감지 밸브로서 구성되어 있다. 제어 밸브(1)는, 밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)를 일체로 조립하여 구성된다. 밸브 본체(2)는, 토출 냉매의 일부를 크랭크실에 도입하기 위한 냉매 통로를 개폐하는 밸브부를 포함한다. 솔레노이드(3)는, 그 밸브부를 개폐 방향으로 구동하여 그 개도를 조정하고, 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어한다. 밸브 본체(2)는, 단차를 갖는 원통 형상의 보디(5), 보디(5)의 내부에 마련된 밸브부, 밸브부의 개도를 조정하기 위해 솔레노이드력에 대항하는 힘을 발생시키는 파워 엘리먼트(power element)(6) 등을 구비하고 있다. 파워 엘리먼트(6)는 "감압부"로서 기능한다.

보디(5)의 상단 개구부에는 포트(12)가 마련되고, 측부에는 포트(14)가 마련되어 있다. 보디(5)의 하단 개구부는, 솔레노이드(3)의 후술하는 코어(42)에 마련된 포트(16)에 연통한다. 포트(12)는 크랭크실로 연통하는 "크랭크실 연통포트"로서 기능하고, 포트(14)는 토출실로 연통하는 "토출실 연통포트"로서 기능하고, 포트(16)는 흡입실로 연통하는 "흡입실 연통포트"로서 기능한다. 또한, 보디(5) 내에는, 포트(12)와 포트(14)를 연통시키는 제1내부 통로와, 포트(12)와 포트(16)를 연통시키는 제2내부 통로가 형성되어 있다. 제1내부 통로에는 메인 밸브가 마련되고, 제2내부 통로에는 서브 밸브가 마련되어 있다. 제1내부 통로에는 메인 밸브 구멍(18)이 마련되고, 그 하단 개구단 가장자리의 테이퍼면에 메인 밸브 시트(20)가 형성되어 있다.

포트(14)는, 토출실로부터 토출 압력(Pd)의 냉매를 도입한다. 포트(12)는, 압축기의 정상(定常) 동작시에 메인 밸브를 경유한 크랭크 압력(Pc)의 냉매를 크랭크실을 향해 도출하는 한편, 압축기의 기동시에는 크랭크실로부터 배출된 크랭크 압력(Pc)의 냉매를 도입한다. 이때 도입된 냉매는 서브 밸브에 인도된다. 포트(16)는, 압축기의 정상(定常) 동작시에 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하는 한편, 압축기의 기동시에는 서브 밸브를 경유한 흡입 압력(Ps)의 냉매를 흡입실을 향해 도출한다.

포트(14)에는 링 형상의 스트레이너(strainer)(15)가 장착되어 있다. 스트레이너(15)는, 보디(5)의 내부로 티끌 등이 침입하는 것을 억제하기 위한 필터를 포함한다. 한편, 포트(12)에는 바닥을 갖는 원통 형상의 스트레이너(13)가 장착되어 있다. 스트레이너(13)는, 보디(5)의 내부로 티끌 등이 침입하는 것을 억제하기 위한 필터를 포함한다. 보디(5)의 내방에는 단차를 갖는 원통 형상의 구획 부재(22)가 배치되어 있다. 구획 부재(22)는, 보디(5)의 내방에서 축선 방향으로 연장 마련되고, 그 상단부가 보디(5)의 상단 개구부에 압입되고, 하단부에는 반경 방향 외측으로 연장되는 플랜지부(24)가 마련되어 있다. 플랜지부(24)의 상면에는 제1서브 밸브 시트(26)가 형성되고, 하면에는 제2서브 밸브 시트(28)가 형성되어 있다.

보디(5)에는, 메인 밸브 및 서브 밸브를 개폐하는 기구를 구비한 밸브 구동체(30)가 마련되어 있다. 밸브 구동체(30)는, 상방을 향해 단계적으로 축경되는 바닥과 단차를 갖는 원통 형상의 본체(31)를 구비한다. 본체(31)에는, 메인 밸브체(32) 및 제1서브 밸브체(34)가 일체로 마련되어 있다. 또한, 본체(31)의 내방에는, 제2서브 밸브체(36) 및 파워 엘리먼트(6)가 동축 형태로 배치되어 있다. 메인 밸브체(32)는, 본체(31)의 상부에 마련되고, 메인 밸브 시트(20)에 탈착하여 메인 밸브를 개폐하고, 토출실로부터 크랭크실로 흐르는 냉매 유량을 조정한다. 또한, 본 실시형태에서는, 메인 밸브체(32)가 메인 밸브 시트(20)에 착석 또는 이탈하여 메인 밸브를 개폐하는 구성을 채용하고 있지만, 메인 밸브체가 메인 밸브 구멍에 삽탈되는 스풀 밸브의 형태를 채용해도 좋다. 즉, "메인 밸브체가 메인 밸브 구멍에 접리"는 양자의 구성을 포함할 수 있다.

한편, 파워 엘리먼트(6)는, 본체(31)의 하반부에 수용되도록 마련되어 있다. 파워 엘리먼트(6)는, 흡입 압력(Ps)을 감지하여 변위하는 벨로우즈(38)를 포함하고, 그 벨로우즈(38)의 변위에 의해 솔레노이드력에 대항하는 힘을 밸브 구동체(30), 나아가서는 메인 밸브체(32)에 부여한다. 제2서브 밸브체(36)는, 벨로우즈(38)와 일체로 동작 가능하게 마련되어 있다. 제1서브 밸브체(34)가 제1서브 밸브 시트(26)에 착석하여 제1서브 밸브를 폐쇄하거나, 또는 제2서브 밸브체(36)가 제2서브 밸브 시트(28)에 착석하여 제2서브 밸브를 폐쇄하는 것에 의해, 크랭크실로부터 흡입실로의 냉매의 릴리프를 차단한다. 또한, 제1서브 밸브체(34)가 제1서브 밸브 시트(26)로부터 이격하여 제1서브 밸브를 개방하는 한편, 제2서브 밸브체(36)가 제2서브 밸브 시트(28)로부터 이격하여 제2서브 밸브를 개방하는 것에 의해, 크랭크실로부터 흡입실로의 냉매의 릴리프를 허용한다. 구획 부재(22)와 제2서브 밸브체(36) 사이에는, 제2서브 밸브체(36)를 밸브 개방 방향으로 부세(付勢)하는 스프링(40)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다.

한편, 솔레노이드(3)는, 단차를 갖는 원통 형상의 코어(42)와, 코어(42)의 하단 개구부를 봉지하도록 조립된 바닥을 갖는 원통 형상의 슬리브(44)와, 슬리브(44)에 수용되어 코어(42)와 축선 방향으로 대향 배치된 원통 형상의 플런저(46)와, 코어(42) 및 슬리브(44)에 외측으로 삽입된 원통 형상의 보빈(48)과, 보빈(48)에 권취되어, 통전에 의해 자기 회로를 생성하는 전자 코일(50)과, 전자 코일(50)을 외측에서 덮도록 마련되고, 요크로서도 기능하는 원통 형상의 케이스(52)와, 케이스(52)의 하단 개구부를 봉지하도록 마련된 단부 부재(54)를 구비한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 보디(5), 코어(42) 및 케이스(52)가 제어 밸브(1) 전체의 보디를 형성하고 있다.

밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)는, 보디(5)의 하단부가 코어(42)의 상단 개구부에 압입되는 것에 의해 고정되어 있다. 코어(42)는, 그 상반부가 확경되어 있고, 보디(5)와의 사이에 흡입 압력(Ps)을 채우기 위한 압력실(56)("압력 감지실"로서 기능한다)을 형성한다. 포트(16)는, 코어(42)와 보디(5)의 접합부 근방에 마련되어 있다.

코어(42)의 중앙을 축선 방향으로 관통하도록, 길이가 긴 전달 로드(58)가 삽통되어 있다. 전달 로드(58)의 하단부가 플런저(46)의 상반부에 압입되는 것에 의해, 전달 로드(58)와 플런저(46)가 동축 형태로 고정되어 있다. 전달 로드(58)는, 그 상단부가 밸브 구동체(30) 및 파워 엘리먼트(6)와 작동 연결 가능하게 구성되어 있다. 전달 로드(58)는, 한쪽에서 코어(42)와 플런저(46)의 흡인력인 솔레노이드력을 밸브 구동체(30)를 통해 메인 밸브체(32)에 전달한다. 전달 로드(58)는, 다른 한쪽에서 파워 엘리먼트(6)의 신축 동작에 의한 반력, 즉 솔레노이드력에 대항하는 힘을 플런저(46)에 전달한다.

코어(42)의 상단부에는 링 형상의 축지(軸支) 부재(60)가 압입되어 있고, 전달 로드(58)는, 그 축지 부재(60)에 의해 축선 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 축지 부재(60)의 외주면의 소정 개소에는, 축선에 평행한 도시하지 않는 연통홈이 형성되어 있다. 포트(16)로부터 도입 도출되는 흡입 압력(Ps)은, 그 연통홈, 전달 로드(58)와 코어(42)의 간극에 의해 형성되는 연통로(62)를 통해 슬리브(44)의 내부에도 인도된다.

연통로(62)는, 슬리브(44) 내를 오일 댐퍼실로 하기 위한 오리피스(orifice)로서 기능한다. 즉, 본 실시형태에서는, 제어 밸브(1)의 제조 공정에 있어서, 압축기의 윤활용으로서 냉매에 포함되는 오일과 동종의 오일을 미리 슬리브(44) 내에 넣어 둔다. 연통로(62)는, 슬리브(44)로의 오일의 출입에 대해 저항이 되는 조임 통로(throttling passage)로서 기능한다. 이와 같은 구성에 의해, 슬리브(44)를 오일 댐퍼실로서 기능시킬 수 있고, 그 슬리브(44)에 배치된 플런저(46)의 미소 진동 등이 억제된다. 그 결과, 그러한 미소 진동에 의한 소음의 발생이 방지 또는 억제된다. 코어(42)와 플런저(46) 사이에는, 양자를 서로 이격시키는 방향으로 부세하는 스프링(64)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다.

슬리브(44)는 비자성 재료로 이루어진다. 플런저(46)의 측면에는 축선에 평행한 복수의 연통홈(66)이 마련되고, 플런저(46)의 하단면에는 반경 방향으로 연장되어 내외를 연통하는 복수의 연통홈(68)이 마련되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 도시된 바와 같이 플런저(46)가 하사점에 위치해도, 흡입 압력(Ps)이 플런저(46)와 슬리브(44)의 간극을 통해 배압실(70)로 인도되도록 되어 있다.

보빈(48)으로부터 전자 코일(50)에 연결되는 한 쌍의 접속 단자(72)가 연출(延出)되어, 각각 단부 부재(54)를 관통하여 외부로 인출되어 있다. 도 1에는 설명의 편의상, 한쌍 중의 하나만 표시되어 있다. 단부 부재(54)는, 케이스(52)에 내포되는 솔레노이드(3) 내의 구조물 전체를 하방로부터 봉지하도록 장착되어 있다. 단부 부재(54)는, 내식성을 갖는 수지재의 몰드 성형(사출 성형)에 의해 형성되고, 그 수지재가 케이스(52)와 전자 코일(50)의 간극에도 채워져 있다. 이와 같이 수지재가 케이스(52)와 전자 코일(50)의 간극에 채워지는 것에 의해, 전자 코일(50)에서 발생한 열을 케이스(52)에 전달하기 쉽게 하여, 그 방열 성능을 높이고 있다. 단부 부재(54)로부터는 접속 단자(72)의 선단부가 인출되어 있고, 도시하지 않는 외부 전원에 접속된다.

도 2는 도 1의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.

보디(5)의 축선 방향 중간부에는 메인 밸브 구멍(18)과 제1가이드 구멍(73)이 동축 형태로 마련되고, 그 메인 밸브 구멍(18)과 제1가이드 구멍(73) 사이에 포트(14)가 마련되어 있다. 보디(5)는, 메인 밸브 구멍(18)의 포트(14)와는 반대측에서 확경되는 한편, 제1가이드 구멍(73)의 포트(14)와는 반대측에서 확경되어 있다. 보디(5)의 하부는 제2가이드 구멍(74)을 형성한다.

구획 부재(22)는, 단차를 갖는 원통 형상의 제1부재(76)와 바닥과 단차를 갖는 원통 형상의 제2부재(78)를 축선 방향으로 접합하여 구성된다. 제1부재(76)는, 그 상단부가 확경되고, 보디(5)의 상단 개구부에 압입되어 있다. 제1부재(76)의 상부에는, 내외를 연통하는 복수의 연통 구멍(80)이 마련되어 있다. 한편, 제2부재(78)는, 그 상반부가 축경(縮徑)되어 제1부재(76)의 하단부에 압입되어 있다. 제2부재(78)의 상단부는 그 저부에 의해 폐지되어 있기 때문에, 구획 부재(22)의 내부를 통해 냉매가 유통되지 않는다. 제2부재(78)의 하반부는 스프링(40)을 상방으로부터 지지하는 "스프링 베어링"으로서도 기능한다. 제2부재(78)의 하단 개구부에는 상술한 플랜지부(24)가 마련되어 있다. 구획 부재(22)는, 이와 같은 구성에 의해, 보디(5)에 캔틸레버 형태로 지지되는 형태로 축선 방향으로 연장되어 있다.

밸브 구동체(30)의 본체(31)는, 단차를 갖는 원통 형상의 제1부재(81)와, 단차를 갖는 원통 형상의 제2부재(82)와, 바닥을 갖는 원통 형상의 제3부재(83)를 축선 방향으로 차례로 접합하여 구성된다. 즉, 제1부재(81)의 하부가 제2부재(82)의 상부에 내측으로 삽입되도록 압입되고, 제2부재(82)의 하부가 제3부재(83)의 상부에 내측으로 삽입되도록 압입되는 것에 의해, 상방을 향해 단계적으로 축경되는 형태의 본체(31)가 구성되어 있다. 제1부재(81)는, 제1가이드 구멍(73)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 그 상단부가 메인 밸브체(32)를 구성하고, 하단부가 제1서브 밸브체(34)를 구성한다. 제1부재(81)의 슬라이딩면에는, 냉매의 유통을 억제하기 위한 복수의 링 형상의 홈으로 이루어지는 래버린스실(Labyrinth Seal)(84)이 마련되어 있다.

한편, 제2부재(82)의 축선 방향 중간부에는, 슬라이딩부(86)가 링 형상으로 돌출되어 있다. 제2부재(82)는, 그 슬라이딩부(86)를 통해 제2가이드 구멍(74)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 즉, 밸브 구동체(30)는, 그 일단측이 제1가이드 구멍(73)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 타단측이 제2가이드 구멍(74)에 슬라이딩 가능하게 지지되는 형태로, 보디(5)에 의해 2점 지지되고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 밸브 구동체(30), 제2서브 밸브체(36) 및 파워 엘리먼트(6)를 합친 유닛으로서의 중심이, 그 2점 지지부의 사이에 위치하도록 구성되어 있다.

메인 밸브체(32)는 메인 밸브 시트(20)에 탈착하여 메인 밸브를 개폐한다. 한편, 제1서브 밸브체(34)는 제1서브 밸브 시트(26)에 탈착하여 제1서브 밸브를 개폐한다. 이들 메인 밸브체(32)와 제1서브 밸브체(34)가 각각 제1부재(81)의 일단 및 타단에 일체로 마련되어 있기 때문에, 메인 밸브의 폐쇄시에는 제1서브 밸브는 전개 상태가 되고, 메인 밸브의 전개시에는 제1서브 밸브는 폐쇄 상태가 된다. 플랜지부(24)는, 제1부재(81)를 메인 밸브의 밸브 개방 방향(제1서브 밸브의 밸브 폐쇄 방향)으로 계지(係止)하고, 메인 밸브의 전개시의 개도를 규제하는 계지부로서도 기능한다.

제2부재(82)는, 슬라이딩부(86)의 약간 상방에서 내외를 연통하는 연통 구멍(88)을 구비한다. 제2부재(82)의 축선 방향 중간부에는, 내경이 다소 축소된 제3가이드 구멍(90)이 마련되어 있다. 제2서브 밸브체(36)는, 제3가이드 구멍(90)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 제2서브 밸브체(36)는, 바닥을 갖는 원통 형상의 본체를 구비하고, 그 저부의 주변부 근방에 냉매를 통과시키기 위한 복수의 연통 구멍(92)이 형성되어 있다. 제2서브 밸브체(36)는, 구획 부재(22)와 파워 엘리먼트(6) 사이에 배치되고, 그 상단부에 의해 제2서브 밸브 시트(28)에 탈착하여 제2서브 밸브를 개폐한다.

제3부재(83)는, 그 내부에 있어서 파워 엘리먼트(6)의 일단을 고정한다. 제3부재(83)의 측부에는, 내외를 연통하는 연통 구멍(94)이 마련되어 있다. 제3부재(83)의 저부 중앙에는, 전달 로드(58)의 상단부를 삽통시키기 위한 삽통 구멍(96)이 마련되어 있다. 파워 엘리먼트(6)는, 베이스 부재(98)와 벨로우즈(38)를 포함하여 구성된다. 베이스 부재(98)는, 금속재를 프레스 성형하여 바닥을 갖는 원통 형상으로 구성되어 있고, 그 하단 개구부에 반경 방향 외측으로 연장되는 플랜지부(100)를 구비한다. 플랜지부(100)의 하면이 제3부재(83)의 저면에 접합(용접)되는 것에 의해, 파워 엘리먼트(6)가 밸브 구동체(30)에 고정되어 있다.

벨로우즈(38)는, 주름 상자 형태의 본체의 상단부가 폐지되고, 하단 개구부가 플랜지부(100)의 상면에 기밀하게 용접되어 있다. 벨로우즈(38)는, 베이스 부재(98)의 본체를 축심으로 하면서, 플랜지부(100)에 캔틸레버 형태로 고정되어 있다. 베이스 부재(98)의 본체는, 벨로우즈(38)의 내방에 그 저부 근방까지 연장 마련되고, 또한 저부가 벨로우즈(38)의 저부에 근접하게 배치된다. 베이스 부재(98)의 본체에는, 전달 로드(58)의 상단부가 움직임 가능하게 감합되어 있다. 즉, 전달 로드(58)의 상단부는 축경되어 있고, 그 축경부가 삽통 구멍(96)을 통해 베이스 부재(98)에 부분적으로 삽통된다. 단, 전달 로드(58)의 삽입량은, 그 축경부의 베이스단인 단부(段部)(102)가 제3부재(83)에 계지되는 것에 의해 규제된다. 전달 로드(58)는, 단부(102)가 제3부재(83)에 계지된 상태에서 밸브 구동체(30)와 일체로 변위 가능하고, 또한, 단부(102)가 제3부재(83)로부터 이격된 상태에서 밸브 구동체(30)와 상대 변위 가능하게 되어 있다.

벨로우즈(38)의 내부는 밀폐된 기준 압력실(S)로 되어 있다. 벨로우즈(38)의 저부와 플랜지부(100) 사이에는, 벨로우즈(38)를 신장 방향으로 부세하는 스프링(104)이 개재되어 있다. 기준 압력실(S)은, 본 실시형태에서는 진공상태로 되어 있다. 벨로우즈(38)는, 압력실(56)의 흡입 압력(Ps)과 기준 압력실(S)의 기준 압력의 차압에 상응하여 축선 방향(밸브부의 개폐 방향)으로 신장 또는 수축한다. 단, 그 차압이 커져도 벨로우즈(38)가 소정량 수축하면, 베이스 부재(98)의 선단면이 당접하여 계지되기 때문에, 그 수축은 규제된다.

벨로우즈(38)와 제2서브 밸브체(36) 사이에는, 원판 형상의 지지 부재(106)가 배치되어 있다. 지지 부재(106)의 하면에는 요부가 마련되고, 벨로우즈(38)의 상면 중앙의 요부와 감합되어 있다. 지지 부재(106)의 상면은 곡면으로 형성되어 있고, 제2서브 밸브체(36)의 하면 중앙부에 당접되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 밸브 구동체(30)의 내방에 있어서의 제2서브 밸브체(36)와 파워 엘리먼트(6)의 조립성을 향상시키고 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 제어 밸브(1)의 안정된 제어 상태에 있어서는, 압력실(56) 내의 흡입 압력(Ps)이 소정의 설정 압력(Pset)이 되도록 메인 밸브가 자율적으로 동작한다. 이 설정 압력(Pset)은, 기본적으로는 스프링(40, 64, 104)의 스프링 하중에 의해 미리 조정되고, 증발기 내의 온도와 흡입 압력(Ps)의 관계로부터, 증발기의 동결을 방지할 수 있는 압력값으로서 설정되어 있다. 설정 압력(Pset)은, 솔레노이드(3)로의 공급 전류(설정 전류)를 변화시키는 것에 의해 변화시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 제어 밸브(1)의 조립이 대략 완료된 상태에서 구획 부재(22)의 압입량을 재조정하는 것에 의해, 스프링의 설정 하중을 미세 조정할 수 있고, 설정 압력(Pset)을 정확하게 조정하는 것이 가능하게 되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 메인 밸브체(32)의 메인 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 A, 메인 밸브체(32)의 슬라이딩부의 유효 수압 지름 B, 제1서브 밸브체(34)의 제1서브 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 C, 제2서브 밸브체(36)의 제2서브 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 D가 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 메인 밸브체(32), 제1서브 밸브체(34) 및 제2서브 밸브체(36)에 작용하는 냉매 압력의 영향이 캔슬된다.

다음으로, 제어 밸브의 동작에 대해 설명한다.

도 3 및 도 4는 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이고, 도 2에 대응된다. 이미 설명한 도 2는 제어 밸브의 최소 용량 운전 상태를 나타내고 있다. 도 3은 제어 밸브의 블리드(bleed) 기능을 동작시켰을 때의 상태를 나타내고 있다. 도 4는 비교적 안정된 제어 상태를 나타내고 있다. 이하에 있어서는, 도 1에 기초하여, 적절히 도 2~도 4를 참조하면서 설명한다.

제어 밸브(1)에 있어서 솔레노이드(3)가 비통전일 때, 즉 자동차용 공조장치가 동작하지 않고 있을 때는, 코어(42)와 플런저(46) 사이에 흡인력이 작용하지 않는다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스프링(40)의 부세력에 의해 파워 엘리먼트(6)가 하방으로 변위하여, 메인 밸브체(32)가 메인 밸브 시트(20)로부터 이격하여 메인 밸브가 전개 상태가 된다. 또한, 제1서브 밸브체(34)가 제1서브 밸브 시트(26)에 착석하기 때문에, 제1서브 밸브는 폐쇄 상태가 된다. 이때, 압축기의 토출실로부터 포트(14)에 도입된 토출 압력(Pd)의 냉매는, 전개 상태의 메인 밸브를 통과하여, 포트(12)로부터 크랭크실로 흐르게 된다. 따라서, 크랭크 압력(Pc)이 높아지고, 압축기는 최소 용량 운전을 하게 된다. 이때, 제2서브 밸브의 개폐 상태에 관계 없이, 파워 엘리먼트(6)는 실질적으로 기능하지 않는다.

한편, 자동차용 공조장치의 기동시 등, 솔레노이드(3)의 전자 코일(50)에 최대의 제어 전류가 공급되면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 솔레노이드력이 전달 로드(58)를 통해 밸브 구동체(30)에 그대로 전달된다. 그 결과, 메인 밸브체(32)가 메인 밸브 시트(20)에 착석하여 메인 밸브를 폐쇄하는 한편, 제1서브 밸브체(34)가 제1서브 밸브 시트(26)로부터 이격하여 제1서브 밸브를 개방시킨다. 한편, 기동시에는 흡입 압력(Ps)이 비교적 높기 때문에, 제2서브 밸브체(36)도 제2서브 밸브 시트(28)로부터 이격하여, 제2서브 밸브의 개방 상태가 유지된다. 즉, 솔레노이드(3)에 기동 전류가 공급되면, 메인 밸브가 폐쇄되어 크랭크실로의 토출 냉매의 도입을 규제하는 동시에, 서브 밸브가 즉시 개방되어 크랭크실 내의 냉매를 흡입실로 신속하게 릴리프시킨다. 그 결과, 압축기를 신속하게 기동시킬 수 있다.

그리고, 솔레노이드(3)에 공급되는 전류값이 소정값으로 설정된 제어 상태에 있을 때에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡입 압력(Ps)이 비교적 낮기 때문에 벨로우즈(38)가 신장되고, 제2서브 밸브체(36)가 제2서브 밸브 시트(28)에 착석하여 제2서브 밸브를 폐쇄시킨다. 한편, 그와 같이 제2서브 밸브가 폐쇄된 상태에서 메인 밸브체(32)가 동작하여 메인 밸브의 개도를 조정한다. 이때, 메인 밸브체(32)는, 스프링(40)에 의한 밸브 개방 방향의 힘과, 스프링(64)에 의한 밸브 개방 방향의 힘과, 솔레노이드(3)에 의한 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력과, 흡입 압력(Ps)에 의해 동작하는 파워 엘리먼트(6)에 의한 솔레노이드력에 대항하는 힘이 균형된 밸브 리프트 위치에서 정지한다.

그리고, 예를 들면 냉동 부하가 커져 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)보다 높아지면, 벨로우즈(38)가 축소하기 때문에, 밸브 구동체(30), 나아가서는 메인 밸브체(32)가 상대적으로 상방(밸브 폐쇄 방향)으로 변위한다. 그 결과, 메인 밸브의 밸브 개도가 작아지고, 압축기는 토출 용량을 증가시키도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 저하되는 방향으로 변화한다. 반대로, 냉동 부하가 작아져 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)보다 낮아지면, 벨로우즈(38)가 신장한다. 그 결과, 파워 엘리먼트(6)에 의한 부세력이 솔레노이드력을 저감시키는 방향으로 작용한다. 이 결과, 메인 밸브체(32)로의 밸브 폐쇄 방향의 힘이 저감되어 메인 밸브의 밸브 개도가 커지고, 압축기는 토출 용량을 절감하도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)으로 유지되고, 과잉 냉방이 방지된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 밸브 구동체(30)의 내부에 파워 엘리먼트(6)를 일체로 마련하는 것에 의해, 그 밸브 구동체(30)의 중량이 비교적 커지지만, 그 일단측이 제1가이드 구멍(73)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 타단측이 제2가이드 구멍(74)에 슬라이딩 가능하게 지지된다. 즉, 밸브 구동체(30)가 그 일단측과 타단측에서 2점 지지되기 때문에, 그 축떨림이 쉽게 발생하지 않는다. 특히, 밸브 구동체(30)의 내부에 서브 밸브를 더 마련하는 형편상, 미리 분할된 제1부재(81)와 제2부재(82)를 압입하여 본체(31)를 구성하는 구조가 되지만, 그 제1부재(81) 및 제2부재(82) 각각이 지지된다. 이 때문에, 밸브 구동체(30)의 작동시의 보디(5)에 대한 동축도를 높게 유지할 수 있다. 그 결과, 메인 밸브체(32)의 밸브 개방 특성을 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 밸브 구동체(30)의 지지 하중이 분산되기 때문에, 각 지지부의 마모를 억제할 수 있다.

또한, 전달 로드(58)와 밸브 구동체(30)를 작동 연결하기 위해, 전달 로드(58)의 상단부를 밸브 구동체(30)의 삽통 구멍(96)을 통해 밸브 구동체(30)의 베이스 부재(98)에 움직임 가능하게 감합시키는 구성으로 했다. 즉, 밸브 구동체(30), 파워 엘리먼트(6) 및 전달 로드(58)는 원래 동축 형태로 연결해야 하지만, 전달 로드(58)의 상단부를 밸브 구동체(30)나 파워 엘리먼트(6)에 고정하는 것이 아닌, 움직일 수 있는 간극을 확보한 상태에서 연결하는 구성으로 했다. 이 때문에, 밸브 구동체(30)에 대한 전달 로드(58)의 동축도를 다소 완화할 수도 있고, 각 부분의 치수 공차가 메인 밸브체(32)의 원활한 작동에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 만약 전달 로드(58)와 밸브 구동체(30)를 압입하는 구성으로 할 경우, 밸브 구동체(30)와 보디(5)의 동축도를 확보하기 어려워진다. 즉, 보디(5)와 코어(42)에 대해서도 압입이 이루어지기 때문에, 2군데를 동시에 압입하지 않으면 안되므로, 그 조립 정밀도를 확보하기 어렵다. 본 실시형태에 의하면, 전달 로드(58)를 밸브 구동체(30)에 대해 움직임 가능하게 감합하는 구성으로 했기 때문에, 그러한 문제가 없어지고, 조립성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이상의 특정 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 제어 밸브(1)로서, 서브 밸브에 의해 크랭크실의 압력을 흡입실로 릴리프 가능한 이른바 블리드 기능을 구비하는 것을 제시했지만, 이와 같은 블리드 기능을 구비하지 않는 구성으로 해도 좋다. 그 경우, 밸브 구동체(30)의 내방에 내부 통로를 마련할 필요가 없어진다. 또한, 상기 실시형태에서는, 흡입 압력(Ps)을 감지하여 동작하는 이른바 Ps감지 밸브로서 구성하는 예를 제시했지만, 크랭크 압력(Pc)을 감지하여 동작하는 이른바 Pc감지 밸브로서 구성해도 좋다. 그 경우, 포트(16)를 크랭크실에 연통시키도록 한다.

상기 실시형태에서는, 파워 엘리먼트(6)를 구성하는 감압 부재로서 벨로우즈(38)를 채용하는 예를 제시했지만, 다이어프램을 채용해도 좋다. 그 경우, 그 감압 부재로서 필요한 동작 스트로크를 확보하기 위해, 복수의 다이어프램을 축선 방향으로 연결하는 구성으로 해도 좋다.

1: 제어 밸브
2: 밸브 본체
3: 솔레노이드
5: 보디
6: 파워 엘리먼트
12, 14, 16: 포트
18: 메인 밸브 구멍
20: 메인 밸브 시트
22: 구획 부재
26: 제1서브 밸브 시트
28: 제2서브 밸브 시트
30: 밸브 구동체
31: 본체
32: 메인 밸브체
34: 제1서브 밸브체
36: 제2서브 밸브체
38: 벨로우즈
40: 스프링
42: 코어
44: 슬리브
46: 플런저
58: 전달 로드
62: 연통로
64: 스프링
70: 배압실
73: 제1가이드 구멍
74: 제2가이드 구멍
98: 베이스 부재
104: 스프링

Claims (9)

1. 흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 상기 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매의 유량을 제어하는 것에 의해 변화시키는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서,
   상기 토출실로 연통하는 토출 압력실과, 상기 크랭크실로 연통하는 크랭크 압력실과, 피감지 압력이 도입되는 압력 감지실과, 상기 토출 압력실과 상기 크랭크 압력실 사이에 마련되는 메인 밸브 구멍과, 상기 토출 압력실과 상기 압력 감지실 사이에 마련되는 제1가이드 구멍과, 상기 압력 감지실에 마련되는 제2가이드 구멍이 형성된 보디;
   일단 측을 향하여 단계적으로 직경이 감소되는 것에 의해, 일단 측의 지름이 작고 타단 측의 지름이 큰 단차진 원통 형상의 본체를 구비하고, 일단 측의 소경부가 상기 제1가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 상기 메인 밸브 구멍에 접리(接離)하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체가 마련되는 한편, 타단측의 대경부가 상기 압력 감지실에 배치되고, 상기 제2가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되는 슬라이딩부가 마련된 밸브 구동체;
   감압 부재로서 벨로우즈를 포함하고, 상기 밸브 구동체의 대경부의 내측에 수용되도록 마련되며, 상기 흡입실의 흡입 압력 또는 상기 크랭크실의 크랭크 압력을 상기 피감지 압력으로서 감지하여, 상기 피감지 압력이 설정 압력보다 낮아지면, 상기 벨로우즈가 신장되어 상기 밸브 구동체에 밸브 개방 방향의 힘을 작용시키는 감압부;
   상기 밸브 구동체와 작동 연결 가능하게 마련된 전달 로드; 및
   상기 설정 압력에 상응한 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력을, 상기 전달 로드를 통해 상기 밸브 구동체에 작용시키는 솔레노이드를 포함하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 전달 로드는, 상기 밸브 구동체의 상기 메인 밸브체와는 반대측의 단부에 움직임 가능하게 감합(嵌合)되어, 상기 밸브 구동체에 대해 근접 방향으로 구동되는 것에 의해 상기 밸브 구동체와 작동 연결되고, 상기 밸브 구동체에 대해 이격 방향으로 구동되는 것에 의해 상기 밸브 구동체와의 작동 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 흡입실의 흡입 압력을 상기 피감지 압력으로서 감지하는 제어 밸브로서 구성되고,
   상기 보디의 일단측에서부터, 상기 크랭크실과 상기 크랭크 압력실을 연통시키는 크랭크실 연통포트, 상기 토출실과 상기 토출 압력실을 연통시키는 토출실 연통포트, 상기 흡입실과 상기 압력 감지실을 연통시키는 흡입실 연통포트가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
6. 제5항에 있어서,
   상기 밸브 구동체의 내방에 형성되고, 상기 크랭크실 연통포트와 상기 흡입실 연통포트를 연통시키기 위한 내부 통로;
   상기 내부 통로에 마련된 서브 밸브를 개폐하는 서브 밸브체를 더 구비하고,
   상기 감압부는, 상기 서브 밸브체에 상기 서브 밸브의 개폐 방향의 구동력을 부여 가능한 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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