KR20020020640A

KR20020020640A - 용량가변형 압축기의 제어밸브

Info

Publication number: KR20020020640A
Application number: KR1020010053128A
Authority: KR
Inventors: 오오따마사끼; 스이또우겐; 기무라가즈야; 히로세다쯔야; 우메무라사또시; 하시모또유지; 니와마사미; 미나미가즈히꼬
Original assignee: 이시카와 타다시; 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2002-03-15
Also published as: BR0104297A; US20020064467A1; CN1342839A; EP1186778A3; US6517324B2; JP2002155858A; EP1186778A2; KR100450696B1

Abstract

본원 발명은 미세한 공조제어요구에 대응할 수 있는 용량가변형 압축기의 제어밸브를 제공하는데 있다.

따라서, 벨로우즈로 이루어지는 감압부재 (54) 는 냉매순환회로에 설정된 2개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 압력차를 기계적으로 검지하여 동 압력차의 변동을 상쇄하는 쪽으로 용량가변형 압축기의 토출량이 변경되도록 작동로드 (40) (밸브체부 (43)) 의 위치결정을 한다. 솔레노이드부 (60) 는 외부로부터의 제어에 의해서 감압부재 (54) 에 부여되는 전자 탄성력을 변경함으로써, 동 감압부재 (54) 에 의한 밸브체부 (43) 의 위치결정의 동작의 기준이 되는 설정차압을 변경가능하다.

Description

용량가변형 압축기의 제어밸브 {CONTROL VALVE OF VARIABLE CAPACITY TYPE COMPRESSOR}

본 발명은, 예컨대, 차량용 공조장치의 냉매순환회로를 구성하고, 크랭크실의 압력에 의거하여 토출용량을 변경할 수 있는 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브에 관한 것이다.

이와 같은 제어밸브로서는, 일본공개특허공보 평11-324930 호에 개시된 것이 존재한다. 즉, 도 9 에 나타낸 바와 같이, 동 제어밸브는, 냉매순환회로에 설정된 2 개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 차압 (이점간차압) 을 다이어프램 (101) 으로 기계적으로 검지하고, 동 다이어프램 (101) 을 통하여 작용하는 이점간차압에 의거하는 힘을 이용함으로써, 크랭크실의 압력조절에 이어지는 밸브체 (102) 의 위치결정을 실행하는 것이다. 상기 이점간차압에는 냉매순환회로의 냉매유량이 반영되고 있고, 다이어프램 (101) 은 동 이점간차압의 변동, 즉 냉매순환회로에서의 냉매유량의 변동을 상쇄하는 측으로 용량가변형압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브체 (102) 의 위치결정을 실행한다.

그러나, 상기 공보의 제어밸브는, 미리 설정된 단일의 냉매유량을 유지하는 단순한 내부자율제어 구성밖에 갖고 있지 않아, 냉매순환회로의 냉매유량을 적극적으로는 변경할 수 없다. 따라서, 미세한 공조제어요구에 대응할 수 없는 문제를 발생시켰다.

본 발명의 목적은, 미세한 공조제어요구에 대응할 수 있는 용량가변형 압축기의 제어밸브를 제공하는 것에 있다.

도 1 은 용량가변형 경사판식 압축기의 단면도이다.

도 2 는 제어밸브의 단면도이다.

도 3 은 다른 예의 제어밸브를 나타낸 주요부 확대 단면도이다.

도 4 는 별도의 다른 예를 나타낸 주요부 확대 단면도이다.

도 5 는 별도의 다른 예의 제어밸브를 나타낸 단면도이다.

도 6 은 별도의 다른 예의 제어밸브를 나타낸 주요부 확대 단면도이다.

도 7 은 별도의 다른 예의 제어밸브를 나타낸 단면도이다.

도 8 은 별도의 다른 예의 제어밸브를 나타낸 단면도이다.

도 9 는 종래 공보의 제어밸브의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

5 : 크랭크실 21 : 흡입압력영역으로서의 흡입실

22 : 토출압력영역으로서의 토출실 27 : 추기통로

28 : 급기통로 43 : 밸브체로서의 작동로드의 밸브체부

45 : 밸브하우징 46 : 밸브실

48 : 감압실 54 : 감압부재

55 : 제 1 압력실 56 : 제 2 압력실

60 : 외부제어수단을 구성하는 솔레노이드부

P1 : 제 1 압력감시점 P2 : 제 2 압력감시점

PdH : 제 1 압력감시점의 압력 P2 : 제 2 압력감시점의 압력

Pc : 크랭크실의 압력 CV : 제어밸브

상기 목적을 달성하기 위해 청구항 1 의 발명은, 냉매순환회로를 구성하여, 크랭크실의 압력에 의거하여 토출용량을 변경할 수 있는 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브로서, 상기 크랭크실과 냉매순환회로의 토출압력영역을 접속하는 급기통로의 일부를 구성하기 위한 밸브하우징내에 구획된 밸브실과, 상기 밸브실내에 변위가능하게 수용되어, 동 밸브실내에서의 위치에 따라 상기 급기통로의 개방도를 조절가능한 밸브체와, 상기 밸브하우징내에 구획된 감압실과, 상기 감압실내에 설치되어 동 감압실을 제 1 압력실과 제 2 압력실로 구획하는, 벨로우즈 또는 다이어프램으로 이루어지는 감압부재와, 상기 냉매순환회로에 설정된 2 개의 압력감시점 중, 토출압력영역 또는 흡입압력영역에 설정된 고압측의 제 1 압력감시점의 압력은 제 1 압력실에 도입됨과 동시에, 저압측의 제 2 압력감시점의 압력은 제 2 압력실에 도입되는 것과, 상기 제 1 압력실과 제 2 압력실과의 압력차의 변동에 의거하는 감압부재의 변위는, 동 압력차의 변동을 상쇄하는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브체의 위치결정에 반영되는 것과, 상기 감압부재에 부여하는 힘을 외부로부터의 제어에 의해 변경가능한 것으로서, 동 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정동작의 기준이 되는 설정차압을 변경할 수 있는 외부제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 있어서는, 외부제어수단에 의해 설정차압을 변경할 수 있게 되어 있고, 동 외부제어수단을 구비하지 않은, 바꿔말하면 단일의 설정차압밖에 가질 수 없는 종래 공보의 제어밸브와 비교하여, 미세한 공조제어요구에 대응할 수 있다. 또, 감압부재로서 벨로우즈 또는 다이어프램을 사용하고 있고, 동 벨로우즈 또는 다이어프램은, 2 개의 압력실간의 차압의 변동에 의해서도, 감압실의 내벽면과의 슬라이딩 이동을 수반하지 않고 변위 (변형) 가능하다. 따라서, 예컨대, 감압부재로서 스풀을 사용한 경우와 같은, 동 스풀과 감압실의 내벽면과의 사이의 슬라이딩 이동저항이나, 동 슬라이딩 이동부분에 이물이 물려들어가는 것에 의한, 동 스풀의 원할한 이동이 저해되는 문제를 해소할 수 있다.

또, 이 구성에 있어서는, 크랭크실의 압력조절을 소위 입력측 제어에 의해 실행한다. 따라서, 예컨대, 추기통로의 개방도를 변경하는 소위 추출측 제어와 비교하여, 고압을 적극적으로 취급하는 분만큼, 크랭크실의 압력변경, 다시말하면 압축기의 토출용량변경을 신속하게 실행할 수 있다.

청구항 2 의 발명은 청구항 1 에 있어서, 제 1 및 제 2 압력감시점의 적합한 설정태양을 한정하는 것이다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 압력감시점은 각각 토출압력영역에 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 있어서는, 냉매순환회로의 팽창밸브작동의 영향이, 이점간차압에 의거하여 압축기의 토출용량을 파악하는데 외란이 되는 것을 방지할 수 있다.

청구항 3 의 발명은 청구항 1 에 있어서, 제 1 및 제 2 압력감시점의 적합한 설정태양을 한정하는 것이다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 압력감시점은 각각 흡입압력영역에 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4 의 발명은 청구항 1 에 있어서, 제 1 및 제 2 압력감시점의 적합한 설정태양을 한정하는 것이다. 즉, 상기 제 1 압력감시점은 토출압력영역에 설정되어 있음과 동시에, 제 2 압력감시점은 흡입압력영역 또는 크랭크실에 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5 의 발명은 청구항 1 ∼ 4 의 어느 하나에 있어서, 외부제어수단의 적합한 구성을 한정하는 것이다. 즉, 상기 외부제어수단은, 감압부재에 부여하는 힘을 외부로부터의 전기제어에 의해 변경가능한 전자 액츄에이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명을 차량용 공조장치가 구비하는 용량가변형 경사판식 압축기의 제어밸브에 구체화한 일 실시형태에 대하여 설명한다.

(용량가변형 경사판식 압축기)

도 1 에 나타낸 바와 같이 용량가변형 경사판식 압축기 (이하, 간단히 압축기라 함) 는, 실린더블록 (1) 과, 그 전단에 접합고정된 프론트하우징 (2) 과, 실린더블록 (1) 의 후단에 밸브형성체 (3) 를 통하여 접합고정된 리어하우징 (4) 을구비하고 있다.

상기 실린더블록 (1) 과 프론트 하우징 (2) 으로 둘러싸인 영역에는 크랭크실 (5) 이 구획되어 있다. 크랭크실 (5) 내에는 구동축 (6) 이 회전가능하게 지지되어 있다. 동 구동축 (6) 은, 외부구동원으로서의 차량의 엔진 (E) 에 작동연결되어 있다. 크랭크실 (5) 에 있어서 구동축 (6) 상에는, 래그플레이트 (11) 가 일체회전가능하게 고정되어 있다.

상기 크랭크실 (5) 내에는 캠플레이트로서의 경사판 (12) 이 수용되어 있다. 경사판 (12) 은, 구동축 (6) 에 슬라이드 이동가능하게 또한 경사 이동가능하게 지지되어 있다. 힌지기구 (13) 는, 래그플레이트 (11) 와 경사판 (12) 과의 사이에 개재되어 있다. 따라서, 경사판 (12) 은, 힌지기구 (13) 를 통한 래그플레이트 (11) 와의 사이에서의 힌지연결, 및 구동축 (6) 의 지지에 의해, 래그플레이트 (11) 및 구동축 (6) 과 동기회전가능함과 동시에, 구동축 (6) 의 축선방향으로의 슬라이드 이동을 수반하면서 구동축 (6) 에 대하여 경사 이동가능하게 되어 있다.

복수 (도면에는 하나만 나타냄) 의 실린더보어 (1a) 는, 상기 실린더블록 (1) 에 있어서 구동축 (6) 을 둘러싸듯이 하여 관통설치형성되어 있다. 편두형의 피스톤 (20) 은, 각 실린더보어 (1a) 에 왕복 이동가능하게 수용되어 있다. 실린더보어 (1a) 의 전후개구는, 밸브형성체 (3) 및 피스톤 (20) 에 의해 폐쇄되어 있고, 이 실린더보어 (1a) 내에는 피스톤 (20) 의 왕복 이동에 따라 체적변화하는 압축실이 구획되어 있다. 각 피스톤 (20) 은, 슈 (shoe;19) 를 통하여 경사판(12) 의 외주부에 계류되어 있다. 따라서, 구동축 (6) 의 회전에 따른 경사판 (12) 의 회전운동이, 슈 (19) 를 통하여 피스톤 (20) 의 왕복 직선운동으로 변환된다.

상기 밸브형성체 (3) 와 리어하우징 (4) 의 사이에는, 흡입실 (21) 및 토출실 (22) 이 각각 구획형성되어 있다. 그리고, 흡입실 (21) 의 냉매가스는, 각 피스톤 (20) 의 상사점 위치로부터 하사점쪽으로의 이동에 의해, 밸브형성체 (3) 에 형성된 흡입 포트 (23) 및 흡입밸브 (24) 를 통하여 실린더보어 (1a) (압축실) 에 흡입된다. 실린더보어 (1a) 에 흡입된 냉매가스는, 피스톤 (20) 의 하사점위치로부터 상사점쪽으로의 이동에 의해 소정의 압력으로 까지 압축되어, 밸브형성체 (3) 에 형성된 토출포트 (25) 및 토출밸브 (26) 를 통하여 토출실 (22) 로 토출된다.

(용량제어구성)

상기 경사판 (12) 의 경사각도제어에 관여하는, 크랭크실 (5) 의 압력 (크랭크압 (Pc)) 을 제어하기 위한 크랭크압 제어기구는, 도 1 에 나타낸 압축기 하우징내에 설치된 추기통로 (27) 및 급기통로 (28) 그리고 제어밸브 (CV) 에 의해 구성되어 있다. 추기통로 (27) 는 크랭크실 (5) 과 흡입압력 (Ps) 영역인 흡입실 (21) 을 접속한다. 급기통로 (28) 는 토출압력 (Pd) 영역인 토출실 (22) 과 크랭크실 (5) 을 접속하고, 그 도중에는 제어밸브 (CV) 가 설치되어 있다.

그리고, 상기 제어밸브 (CV) 의 개방도를 조절함으로써, 급기통로 (28) 를 통한 크랭크실 (5) 로의 고압인 토출가스의 도입량과 추기통로 (27) 를 통한 크랭크실 (5) 로부터의 가스도출량과의 밸런스가 제어되어, 크랭크압 (Pc) 이 결정된다. 크랭크압 (Pc) 의 변경에 따라, 피스톤 (20) 을 통한 크랭크압 (Pc) 과 실린더보어 (1a;압축실) 의 내압과의 차이가 변경되어, 경사판 (12) 의 경사각도가 변경되는 결과, 피스톤 (20) 의 스트로크, 즉 토출용량이 조절된다.

(냉매순환회로)

도 1 에 나타낸 바와 같이, 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동사이클) 는, 상술한 압축기와 외부냉매회로 (30) 로 구성되어 있다. 외부냉매회로 (30) 는 예컨대, 응축기 (31), 감압장치로서의 온도식 팽창밸브 (32) 및 증발기 (33) 를 구비하고 있다. 팽창밸브 (32) 의 개방도는, 증발기 (33) 의 출구측 또는 하류측에 설치된 감온통 (34) 의 검출온도 및 증발압력 (증발기 (33) 의 출구압력) 에 의거하여 피드백제어된다. 팽창밸브 (32) 는, 열부하에 적합한 액체냉매를 증발기 (33) 에 공급하여 외부냉매회로 (30) 에서의 냉매유량을 조절한다.

상기 외부냉매회로 (30) 의 하류역에는, 증발기 (33) 의 출구와 압축기의 흡입실 (21) 을 연결하는 냉매의 유통관 (35) 이 설치되어 있다. 외부냉매회로 (30) 의 상류역에는, 압축기의 토출실 (22) 과 응축기 (31) 의 입구를 연결하는 냉매의 유통관 (36) 이 설치되어 있다.

그리고, 상기 냉매순환회로를 흐르는 냉매의 유량이 많아질수록, 회로 또는 배관의 단위길이당의 압력손실도 커진다. 다시말하면, 냉매순환회로를 따라 설정된 2 개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 압력손실 (차압) 은 동 회로에 있어서의 냉매유량과 정(正)의 상관을 나타낸다. 따라서, 2 개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 차압 (이하, 이점간차압 (△Pd) 이라 함) 을 파악하는 것은, 바로 냉매순환회로에서의 냉매유량을 간접적으로 검출하는 것이다.

본 실시형태에서는, 유통관 (36) 의 최상류영역에 해당하는 토출실 (22) 내에 상류측의 제 1 압력감시점 (P1) 을 설정함과 동시에, 그곳으로부터 소정거리만큼 떨어진 유통관 (36) 의 도중에 하류측의 제 2 압력감시점 (P2) 을 설정하고 있다. 그리고, 제 1 압력감시점 (P1) 에서의 냉매가스의 감시압력 (PdH ; 도 2 참조) 을 제 1 검압통로 (37) 를 통하여, 또, 제 2 압력감시점 (P2) 에서의 냉매가스의 감시압력 (PdL) 을 제 2 검압통로 (38) 를 통하여 각각 제어밸브 (CV) 에 도입하고 있다.

(제어밸브)

도 2 에 나타낸 바와 같이 제어밸브 (CV) 는, 그 상반부를 차지하는 입력측 밸브부와, 하반부를 차지하는, 외부제어수단을 구성하는 솔레노이드부 (60) 를 구비하고 있다. 입력측 밸브부는, 토출실 (22) 과 크랭크실 (5) 을 접속하는 급기통로 (28) 의 개방도 (스로틀량) 를 조절한다. 솔레노이드부 (60) 는, 제어밸브 (CV) 내에 설치된 작동로드 (40) 를, 외부로부터의 통전제어에 의거하여 탄성지지제어하기 위한 일종의 전자액츄에이터이다. 작동로드 (40) 는, 선단부인 격벽부 (41), 연결부 (42), 대략 중앙의 밸브체부 (43) 및 기단부인 가이드로드부 (44) 로 이루어지는 봉형상 부재이다. 밸브체부 (43) 는 가이드로드부 (44) 의 일부에 해당한다.

상기 제어밸브 (CV) 의 밸브하우징 (45) 은, 덮개체 (45a) 와, 입력측 밸브부의 주된 외곽을 구성하는 상반부 본체 (45b) 와 솔레노이드부 (60) 의 주된 외곽을 구성하는 하반부 본체 (45c) 로 구성되어 있다. 밸브하우징 (45) 의 상반부 본체 (45b) 내에는 밸브실 (46) 및 연통로 (47) 가 구획되고, 동 상반부 본체 (45b) 와 그 상부에 압입된 덮개체 (45a) 와의 사이에는 감압실 (48) 이 구획되어 있다.

상기 밸브실 (46) 및 연통로 (47) 내에는, 작동로드 (40) 가 축방향 (도면에서는 수직방향) 으로 이동가능하게 설치되어 있다. 밸브실 (46) 및 연통로 (47) 는 작동로드 (40) 의 배치에 따라 연통가능하게 된다. 이에 대하여 연통로 (47) 와 감압실 (48) 은, 동 연통로 (47) 에 끼워넣어진 작동로드 (40) 의 격벽부 (41) 에 의해 차단되어 있다.

상기 밸브실 (46) 의 저벽은 후기 고정철심 (62) 의 상단면에 의해 제공되고 있다. 밸브실 (46) 을 둘러싸는 밸브하우징 (45) 의 둘레벽에는 반경방향으로 연장되는 포트 (51) 가 설치되고, 이 포트 (51) 는 급기통로 (28) 의 상류부를 통하여 밸브실 (46) 을 토출실 (22) 에 연통시킨다. 연통로 (47) 를 둘러싸는 밸브하우징 (45) 의 둘레벽에도 반경방향으로 연장되는 포트 (52) 가 설치되고, 이 포트 (52) 는 급기통로 (28) 의 하류부를 통하여 연통로 (47) 를 크랭크실 (5) 에 연통시킨다. 따라서, 포트 (51), 밸브실 (46), 연통로 (47) 및 포트 (52) 는 제어밸브내통로로서, 토출실 (22) 과 크랭크실 (5) 을 연통시키는 급기통로 (28) 의 일부를 구성한다.

상기 밸브실 (46) 내에는 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 배치되어 있다. 밸브실 (46) 과 연통로 (47) 와의 경계에 위치하는 단차는 밸브시트 (53) 를 이루고 있고, 연통로 (47) 는 일종의 밸브구멍을 이루고 있다. 그리고, 작동로드 (40) 가 도 2 의 위치 (최하 이동위치) 로부터 밸브체부 (43) 가 밸브시트 (53) 에 착좌하는 최상 이동위치로 상동(上動)하면, 연통로 (47) 가 차단된다. 다시말하면 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 는, 급기통로 (28) 의 개방도를 임의 조절할 수 있는 입력측 밸브체로서 기능한다.

상기 감압실 (48) 내에는, 벨로우즈로 이루어지는 감압부재 (54) 가 수용배치되어 있다. 동 감압부재 (54) 는 구리계 등의 금속재료로 이루어지고, 그 상단부는 밸브하우징 (45) 의 덮개체 (45a) 에 용접 등으로 고정되어 있다. 따라서, 감압실 (48) 내는, 저부가 있는 원통형상을 이루는 감압부재 (54) 에 의해, 동 감압부재 (54) 의 내부공간인 제 1 압력실 (55) 과, 동 가압부재 (54) 의 외부공간인 제 2 압력실 (56) 로 구획되어 있다.

상기 감압부재 (54) 의 저벽부에는 로드받이부 (54a) 가 오목형성되어 있고, 동 로드받이부 (54a) 에는 작동로드 (40) 의 격벽부 (41) 의 선단부가 삽입되어 있다. 감압부재 (54) 는 압축탄성변형된 상태로 장착되어 있고, 이 탄성변형에 의거하는 탄성력에 의해, 로드받이부 (54a) 를 통하여 격벽부 (41) 에 대하여 눌려 부착되어 있다. 또한, 감압부재 (54) 의 밸브하우징 (45) 에 대한 장착상태에서의 초기탄성변형량은, 상반부 본체 (45b) 에 대한 덮개체 (45a) 의 압입정도에 따라 설정되어 있다.

상기 제 1 압력실 (55) 은, 덮개체 (45a) 에 형성된 P1 포트 (57) 및 제 1검압통로 (37) 를 통하여, 제 1 압력감시점 (P1) 인 토출실 (22) 과 연통되어 있다. 제 2 압력실 (56) 은, 밸브하우징 (45) 의 상반부 본체 (45b) 에 형성된 P2 포트 (58) 및 제 2 검압통로 (38) 를 통하여 제 2 압력감시점 (P2) 과 연통되어 있다. 다시말하면, 제 1 압력실 (55) 에는, 제 1 압력감시점 (P1) 의 감시압력 (PdH) 이 유도되고, 제 2 압력실 (56) 에는 제 2 압력감시점 (P2) 의 감시압력 (PdL) 이 유도되고 있다.

상기 솔레노이드부 (60) 는, 저부가 있는 원통형상의 수용통 (61) 을 구비하고 있다. 수용통 (61) 의 상부에는 고정철심 (62) 이 끼워맞춰지고, 이 끼워맞춤에 의해 수용통 (61) 내에는 솔레노이드실 (63) 이 구획되어 있다. 솔레노이드실 (63) 내에는, 가동철심 (64) 이 축방향으로 이동가능하게 수용되어 있다. 고정철심 (62) 의 중심에는 축방향으로 연장되는 가이드구멍 (65) 이 형성되고, 그 가이드구멍 (65) 내에는, 작동로드 (40) 의 가이드로드부 (44) 가 축방향으로 이동가능하게 배치되어 있다. 가이드로드부 (44) 의 하단은, 솔레노이드실 (63) 내에서 가동철심 (64) 에 끼워맞춰져 고정되어 있다. 따라서, 가동철심 (64) 과 작동로드 (40) 는 항상 일체로 되어 상하 이동한다.

상기 솔레노이드실 (63) 에 있어서 고정철심 (62) 과 가동철심 (64) 과의 사이에는, 코일스프링으로 이루어지는 밸브체 탄성스프링 (66) 이 수용되어 있다. 이 밸브체 탄성스프링 (66) 은, 가동철심 (64) 을 고정철심 (62) 으로부터 이간시키는 방향으로 작용하여, 작동로드 (40 ; 밸브체 (43)) 를 도면하방을 향하여 탄성지지한다.

상기 밸브실 (46) 과 솔레노이드실 (63) 은 작동로드 (40) 의 가이드로드부 (44) 와 가이드구멍 (65) 사이의 틈새를 통해 연통되어 있다. 따라서, 솔레노이드실 (63) 에는 밸브실 (46) 의 압력 즉 토출압력 (Pd) (PdH) 이 도입되고 있다. 솔레노이드실 (63) 내에 있어서 가동철심 (64) 의 이동방향전후의 공간은 동 솔레노이드실 (63) 의 내주면과 가동철심 (64) 사이의 틈새를 통해 토출압력 (Pd) 에 의해 균일하게 압력을 받고 있다.

이와 같이 토출압력영역의 이점간차압에 감압부재 (54) 가 감응하는 타입의 제어밸브 (CV) 에 있어서는, 토출압력 (Pd) 을 솔레노이드실 (63) 로 도입함으로써, 작동로드 (40) 의 위치결정특성, 즉 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도조절특성에 바람직한 영향을 미침을 알 수 있다. 그리고, 솔레노이드실 (63) 에 도입되는 토출압력 (Pd) 은「PdH」로 한정되는 것은 아니다. 예컨대「PdH」보다 낮은「PdL」을 제 2 압력실 (56) 로부터 도입하도록 해도 된다.

상기 고정철심 (62) 및 가동철심 (64) 의 주위에는, 이들 철심 (62, 64) 을 넘는 범위에 코일 (67) 이 감겨 있다. 이 코일 (67) 에는, 외부정보검지수단 (72) 으로부터의 외부정보 (차실온도정보나 설정온도정보 등) 에 따른 제어장치 (70) 의 지령에 의거하여, 구동회로 (71) 로 부터 구동신호가 공급되어, 코일 (67) 은, 그 전력공급량에 따른 크기의 전자흡입력 (전자탄성력) 을 가동철심 (64) 과 고정철심 (62) 의 사이에 발생시킨다. 또한, 코일 (67) 로의 통전제어는, 동 코일 (67) 로의 인가전압을 조정함으로써 이루어진다. 본 실시형태에서 코일 (67) 로의 인가전압의 조정에는, 듀티제어가 채용되고 있다.

(제어밸브의 동작특성)

상기 제어밸브 (CV) 에 있어서는, 다음과 같이 하여 작동로드 (40) 의 배치위치, 즉 밸브개방도가 결정된다.

먼저, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 코일 (67) 로의 통전이 없는 경우 (듀티비 = 0%) 는, 작동로드 (40) 의 배치에는, 감압부재 (54) 자신이 갖는 탄성 (이하, 벨로우즈 스프링 (54) 이라 함) 에 의거하는 하향 탄성력 및 밸브체 탄성스프링 (66) 의 하향 탄성력의 작용이 지배적으로 된다. 따라서, 작동로드 (40) 는 최하 이동위치에 배치되어, 밸브체부 (43) 는 연통로 (47) 를 완전 개방한다. 따라서, 크랭크압 (Pc) 은, 그 때 놓여진 상황하에서 취할 수 있는 최대값으로 되어, 동 크랭크압 (Pc) 과 실린더보어 (1a) 의 내압과의 피스톤 (20) 을 통한 차이는 커, 경사판 (12) 은 경사각도를 최소로 하여 압축기의 토출용량은 최소로 되고 있다.

상기 코일 (67) 에 대하여 듀티비 가변범위의 최소 듀티비 (〉0%) 이상의 통전이 이루어지면, 상향의 전자탄성력이 벨로우즈 스프링 (54) 및 밸브체 탄성스프링 (66) 의 하향 탄성력을 능가하여, 작동로드 (40) 가 상동을 개시한다. 이 상태에서는, 밸브체 탄성스프링 (66) 의 하향의 탄성력에 의해 약해진 상향 전자 탄성력이, 벨로우즈 스프링 (54) 의 하향 탄성력에 의해 가세된 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 하향 누름력에 대항한다. 그리고, 이들 상하탄성력이 균형있는 위치에, 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 밸브시트 (53) 에 대하여 위치결정된다.

예컨대, 엔진 (E) 의 회전속도가 감소하여 냉매순환회로의 냉매유량이 감소하면, 하향의 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 힘이 감소되어 그 시점에서의 전자탄성력으로는 작동로드 (40) 에 작용하는 상하탄성력의 균형을 꾀할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (40) 가 상동하여 벨로우즈 스프링 (54) 및 밸브체 탄성스프링 (66) 이 축력되어, 이 양 스프링 (54, 66) 의 하향 탄성력의 증가분이 하향의 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 힘의 감소분을 보상하는 위치에 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 위치결정된다.

그 결과, 연통로 (47) 의 개방도가 감소하고, 크랭크압 (Pc) 이 저하경향으로 되어, 이 크랭크압 (Pc) 과 실린더보어 (1a) 의 내압과의 피스톤 (20) 을 통한 차이도 작아져 경사판 (12) 이 경사각도 증대방향으로 경사 이동하여, 압축기의 토출용량은 증대된다. 압축기의 토출용량이 증대하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 증대하고, 이점간차압 (△Pd) 은 증가한다.

반대로, 엔진 (E) 의 회전속도가 증대하여 냉매순환회로의 냉매유량이 증대하면, 하향의 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 힘이 증대하여, 그 시점에서의 전자탄성력으로는 작동로드 (40) 에 작용하는 상하탄성력의 균형을 꾀할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (40) 가 하동(下動)하여 벨로우즈 스프링 (54) 및 밸브체 탄성스프링 (66) 의 축력이 줄어, 이 양 스프링 (54, 66) 의 하향 탄성력의 감소분이, 하향의 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 힘의 증대분을 보상하는 위치에 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 위치결정된다.

그 결과, 연통로 (47) 의 개방도가 증가하고, 크랭크압 (Pc) 이 증대경향으로 되어, 크랭크압 (Pc) 과 실린더보어 (1a) 의 내압과의 피스톤 (20) 을 통한 차이도 커져 경사판 (12) 이 경사각도 감소방향으로 경사 이동하고, 압축기의 토출용량은 감소된다. 압축기의 토출용량이 감소하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 감소하고, 이점간차압 (△Pd) 은 감소한다.

또, 예컨대, 코일 (67) 로의 통전듀티비를 크게 하여 전자탄성력을 크게 하면, 그 시점에서의 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 힘으로는 상하탄성력의 균형을 꾀할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (40) 가 상동하여 벨로우즈 스프링 (54) 및 밸브체 탄성스프링 (66) 이 축력되어, 이 양 스프링 (54, 66) 의 하향 탄성력의 증가분이 상향의 전자탄성력의 증가분을 보상하는 위치에 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 위치결정된다. 따라서, 제어밸브 (CV) 의 개방도, 즉, 연통로 (47) 의 개방도가 감소하여, 압축기의 토출용량이 증대된다. 그 결과, 냉매순환회로에서의 냉매유량이 증대하고, 이점간차압 (△Pd) 도 증대한다.

반대로, 코일 (67) 로의 통전듀티비를 작게 하여 전자탄성력을 작게 하면, 그 시점에서의 이점간차압 (△Pd) 에 의거하는 힘으로는 상하탄성력의 균형을 꾀할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (40) 가 하동하여 벨로우즈 스프링 (54) 및 밸브체 탄성스프링 (66) 의 축력이 줄어, 이 양 스프링 (54, 66) 의 하향 탄성력의 감소분이 상향의 전자탄성력의 감소분을 보상하는 위치에 작동로드 (40) 의 밸브체부 (43) 가 위치결정된다. 따라서, 연통로 (47) 의 개방도가 증가하여, 압축기의 토출용량이 감소한다. 그 결과, 냉매순환회로에 냉매유량이 감소하고, 이점간차압 (△Pd) 도 감소한다.

이상과 같이 상기 제어밸브 (CV) 는, 코일 (67) 로의 통전듀티비에 의해 결정된 이점간차압 (△Pd) 의 제어목표 (설정차압) 를 유지하도록, 이 이점간차압 (△Pd) 의 변동에 따라 내부자율적으로 작동로드 (40) 를 위치결정하는 구성으로 되어 있다. 또, 이 설정차압은, 코일 (67) 로의 통전듀티비를 조절함으로써 외부로부터 변경가능하게 되어 있다.

상기 구성의 본 실시형태에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 제어밸브 (CV) (코일 (67)) 를 통전제어하는 듀티비를 변경함으로써, 동 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도조절동작의 기준이 되는 설정차압을 외부로부터 변경할 수 있다. 따라서, 솔레노이드부 (60) 등의 전자구성 (외부제어수단) 을 구비하지 않은, 바꿔말하면 단일의 설정차압밖에 가질 수 없는 종래 공보의 제어밸브와 비교하여, 미세한 공조제어요구에 대응할 수 있다.

(2) 감압부재 (54) 로서는, 본 실시형태의 벨로우즈나 후술하는 다른 예의 다이어프램 (도 3 참조) 이외에도, 감압실 (48) 내를 슬라이딩 이동가능한 스풀을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 스풀과 감압실 (48) 의 내벽면과의 사이의 슬라이딩 이동저항이나, 동 슬라이딩 이동부분에 이물이 물려들어감으로써, 스풀의 원할한 이동이 저해되는 문제가 발생한다. 스풀이 원할하게 이동되지 않는다는 것은, 이점간차압 (△Pd) 의 변동이 밸브개방도, 즉 압축기의 토출용량에 신속하게 반영되지 않는 다는 것으로, 이것은 공조필링의 저하로 이어진다.

따라서, 감압부재 (54) 로서 스풀을 사용한 경우에는, 동 스풀과 감압실 (48) 의 내벽면과의 사이의 슬라이딩 이동저항을 줄이는 가공 (평활연마나 저마찰피막의 형성 등) 이나, 이물을 제거하는 필터를 검압통로 (37, 38) 상에 구비하지않으면 안되어, 제어밸브 (CV) 의 비용이 상승되는 문제를 일으킨다.

그러나, 본 실시형태의 감압부재 (54) 는 벨로우즈로 이루어지고 있고, 동 벨로우즈는 이점간차압 (△Pd) 의 변동에 의해서도, 감압실 (48) 의 내벽면과의 슬라이딩 이동을 수반하지 않고 변위 (변형) 가능하다. 따라서, 이점간차압 (△Pd) 의 변동에 따라 신속하고 정확하게 작동로드 (40 ; 밸브체부 (43)) 를 변위시킬 수 있어, 상술한 슬라이딩 이동저항을 줄이는 가공이나 이물제거필터를 필요없게 하여, 제어밸브 (CV) 의 비용을 저감할 수 있다.

(3) 제어밸브 (CV) 는, 급기통로 (28) 의 개방도를 변경하는 소위 입력측 제어에 의해 크랭크실 (5) 의 압력변경을 실행한다. 따라서, 예컨대, 추기통로 (27) 의 개방도를 변경하는 소위 추출측 제어에 비해, 고압을 적극적으로 취급하는 만큼, 크랭크실 (5) 의 압력변경, 즉 압축기의 토출용량변경을 신속하게 실행할 수 있다. 이것은, 공조 필링의 향상으로 이어진다.

(4) 제 1 및 제 2 압력감시점 (P1, P2) 은, 각각 압축기의 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자사이의 냉매통로에 설정되어 있다. 따라서, 팽창밸브 (32) 의 작동의 영향이, 이점간차압 (△Pd) 에 의거하여 압축기의 토출용량을 파악하는데 외란이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서 이하의 태양으로도 실시할 수 있다.

ㆍ예컨대, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 감압부재 (54) 로서 다이어프램을 사용하는 것. 또한, 도 3 에 나타낸 태양에 있어서는, 상술한 벨로우즈 스프링(54) 과 동일한 역할을 이루는 감압부재 (54) 는 별체의 감압부재 탄성스프링 (81) 이, 덮개체 (45a) 와 감압부재 (54) 사이에 개재되어 있다.

ㆍ도 4 에 나타낸 바와 같이, 감압부재 (54) 의 로드받이부 (54a) 내에 볼 (82) 을 수용하고, 동 볼 (82) 을 통하여 감압부재 (54) 와 작동로드 (40) 의 격벽부 (41) 를 맞닿게 걸어맞추는 것. 이와 같이 하면, 볼 (82) 을 사이에 두는 중심조정 작용 (調心作用) 에 의해, 예컨대 감압부재 (54) 가 작동로드 (40) 에 대하여 경사졌다고 하여도, 동 감압부재 (54) 로부터 작동로드 (40) 로의 하중전달은 동 작동로드 (40) 의 축선방향을 따라 확실하게 실행된다. 따라서, 동 작동로드 (40), 즉 밸브체부 (43) 가 경사져 밸브개방도가 필요없게 변하는 오동작을 방지할 수 있다.

ㆍ예컨대 도 1 (「다른 예」로서 나타냄) 및 도 5 에 나타낸 바와 같이, 제 1 압력감시점 (P1) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡입압력영역 (도면에서는 유통관 (35) 의 도중) 에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 동일한 흡입압력영역에서 제 1 압력감시점 (P1) 의 하류측 (도면에서는 흡입실 (21) 내) 에 설정하는 것.

도 5 의 태양에서는 연통로 (47) (크랭크압 (Pc) 의 분위기) 와 동 연통로 (47) 에 인접하는 제 2 압력실 (56) (흡입압력의 분위기) 과의 사이의 압력차를 작게 할 수 있고, 양자 (47, 56) 간에서의 압력누출을 억제할 수 있어, 정밀도가 높은 토출용량제어를 실행할 수 있다.

또, 도 5 의 태양에서는 포트 (52) 와 솔레노이드실 (63) 이 밸브하우징(45) 내에 형성된 압력도입통로 (91) 를 통해 연통되어 있다. 따라서 솔레노이드실 (63) 에는 연통로 (47) 내의 크랭크압 (Pc) 이 도입되고 있다. 이와 같이 저압인 흡입압력영역의 이점간차압에 감응부재 (54) 가 감응하는 타입에 있어서는, 솔레노이드실 (63) 에 비교적 저압인 크랭크압 (Pc) 을 도입함으로써, 예컨대 솔레노이드실 (63) 에 토출압력 (Pd) 을 도입하는 경우에 비해, 이 고압인 토출압력 (Pd) 이 작동로드 (40) 의 위치결정에 악영향을 미치는 사태를 피할 수 있다.

그리고, 예컨대 솔레노이드실 (63) 과 제 1 압력실 (55) 또는 제 2 압력실 (56) 을 압력공급통로를 통해 연통시킴으로써, 동 솔레노이드실 (63) 에 흡입압력영역의 압력을 도입하도록 해도 크랭크압 (Pc) 을 도입한 경우와 동일한 효과를 볼 수 있다.

ㆍ제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자간의 토출압력영역 (예컨대 토출실 (22)) 에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡입압력영역에 설정하는 것.

ㆍ예컨대 도 6 에 나타낸 바와 같이, 제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자간의 토출압력영역 (도 5 의 태양에서는 토출실 (22)) 에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 크랭크실 (5) 에 설정하는 것. 다시말하면, 제 2 압력감시점 (P2) 은, 상기 실시형태와 같이, 냉매순환회로의 주회로인 냉동사이클 (외부냉매회로 (30) (증발기 (33))→흡입실 (21) →실린더보어 (1a) (압축실)→토출실 (22)→외부냉매회로 (30) (응축기 (31)) 로 설정하는 것, 더욱 자세히 나타내면, 냉동사이클의 고압영역 및/또는 저압영역에 설정하는 것에 한정되는 것이 아니라, 냉매순환회로의 부회로로서 위치정해지는, 용량제어용의 냉매회로 (급기통로 (28)→크랭크실 (5)→추기통로 (27)) 를 구성하는, 중간압영역으로서의 크랭크실 (5) 에 설정하여도 된다.

그리고, 도 6 의 태양에서는 연통로 (47) (크랭크압 (Pc) 의 분위기) 와 동 연통로 (47) 에 인접하는 제 2 압력실 (56) (동일하게 크랭크압 (Pc) 의 분위기) 과의 사이의 압력차를 없앨 수 있고, 양자 (47, 56) 간에서의 압력누출을 억제할 수 있어, 정밀도가 높은 토출용량제어를 실행할 수 있다.

ㆍ도 7 에 나타내는 바와 같이 포트 (52) 및 급기통로 (28) 의 상류부를 통해 연통로 (47) 를 토출실 (22) 에 접속함과 동시에, 포트 (51) 및 급기통로 (28) 의 하류부를 통해 밸브실 (46) 을 크랭크실 (5) 에 접속하는 것. 이와 같이 하면 연통로 (47) 와 동 연통로 (47) 에 인접하는 제 2 압력실 (56) 과의 사이의 압력차를 작게 할 수 있고, 양자 (47, 56) 간에서의 압력누출을 억제할 수 있어, 정밀도가 높은 토출용량제어를 실행할 수 있다.

그리고, 도 7 의 태양에서는 작동로드 (40) 의 가이드로드부 (44) 와 가이드구멍 (65) 사이의 틈새가 매우 작게 설정되어 있고, 따라서 밸브실 (46) 과 솔레노이드실 (63) 사이는 차단되어 있다. 그리고, 포트 (52) 와 솔레노이드실 (63) 은 밸브하우징 (45) 내에 형성된 압력도입통로 (91) 를 통해 연통되어 있고, 동 솔레노이드실 (63) 에는 연통로 (47) 의 압력, 즉 토출압력 (Pd) (PdH) 이 도입되고 있다. 따라서, 도 7 의 태양에서도 도 2 의 태양과 마찬가지로 제어밸브(CV) 의 밸브개방도조절특성을 양호하게 할 수 있다. 그리고, 솔레노이드실 (63) 에 도입되는 토출압력 (Pd) 은「PdH」에 한정되는 것은 아니며, 예컨대「PdH」보다 낮은「PdL」을 제 2 압력실 (56) 로부터 도입하도록 해도 된다.

ㆍ예컨대 도 8 에 나타낸 바와 같이 감압부재 (54) 의 내부공간을 제 2 압력실 (56) 로 하고, 감압부재 (54) 의 외부공간을 제 1 압력실 (55) 로 하는 것. 도 8 의 태양에서는 밸브하우징 (45) 내의 연통로 (7) 와 밸브실 (46) 의 상하위치관계가 도 2 의 태양과 정반대로 되어 있고, 작동로드 (40) (격벽부 (41) 의 일부에 해당하는 밸브체부 (43)) 가 상동하면 연통로 (47) 의 개방도가 커지고, 반대로 작동로드 (40) 가 하동하면 연통로 (47) 의 개방도는 작아진다.

또, 도 8 의 태양에서는 가동철심 (64) 과 고정철심 (62) 의 상하위치관계가 도 2 의 태양과 정반대로 되어 있고, 솔레노이드부 (60) 의 전자력은 가동철심 (64) 을 하방으로 향해 탄성지지한다. 솔레노이드실 (63) 에 있어서 가동철심 (64) 과 고정철심 (62) 의 사이에는 가동철심 (64) 에 대해 전자력과 대항하는 방향으로 탄성지지력을 작용시키는 탄성지지스프링 (92) 이 장착되어 있다.

그리고, 도 8 의 태양에서도 솔레노이드실 (63) 이 밸브하우징 (45) 내에 형성된 압력도입통로 (91) 를 통해, 밸브실 (46) 을 토출실 (22) 로 연결하는 포트 (52) 에 연통되어 있다. 따라서, 솔레노이드실 (63) 내에는 밸브실 (46) 내의 토출압력 (Pd) (PdH) 이 도입되고 있다. 따라서, 도 8 의 태양에서도 도 2 의 태양과 마찬가지로 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도조절특성을 양호하게 할 수 있다. 그리고, 솔레노이드실 (63) 에 도입되는 토출압력 (Pd) 은「PdH」에 한정되는 것은아니며, 예컨대「PdH」보다 낮은「PdL」을 제 2 압력실 (56) 로부터 도입하도록 해도 된다.

·워플식 용량가변형 압축기의 제어밸브로 구체화할 것.

상기 실시형태로부터 파악할 수 있는 기술적사상에 대하여 기재하면, 상기 감압부재와 밸브체는 볼을 통하여 맞닿아 결합되어 있는 청구항 1 ∼ 5 의 어느 한 항에 기재의 용량가변형 압축기의 제어밸브.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 감압부재에 부여하는 힘을 외부제어수단에 의해 변경함으로써, 동 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정동작의 기준이 되는 설정차압을 변경할 수 있다. 따라서, 외부제어수단을 구비하지 않은, 바꿔말하면 단일의 설정차압밖에 가질 수 없는 종래 공보의 제어밸브와 비교하여, 미세한 공조제어요구에 대응할 수 있다.

Claims

냉매순환회로를 구성하여, 크랭크실의 압력에 의거하여 토출용량을 변경할 수 있는 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브에 있어서,

상기 크랭크실과 냉매순환회로의 토출압력영역을 접속하는 급기통로의 일부를 구성하기 위한 밸브하우징내에 구획된 밸브실과,

상기 밸브실내에 변위가능하게 수용되어, 동 밸브실내에서의 위치에 따라 상기 급기통로의 개방도를 조절가능한 밸브체와,

상기 밸브하우징내에 구획된 감압실과,

상기 감압실내에 설치되어 동 감압실을 제 1 압력실과 제 2 압력실로 구획하는, 벨로우즈 또는 다이어프램으로 이루어지는 감압부재와,

상기 냉매순환회로에 설정된 2 개의 압력감시점 중, 토출압력영역 또는 흡입압력영역에 설정된 고압측의 제 1 압력감시점의 압력은 제 1 압력실에 도입됨과 동시에, 저압측의 제 2 압력감시점의 압력은 제 2 압력실에 도입되는 것과,

상기 제 1 압력실과 제 2 압력실과의 압력차의 변동에 의거하는 감압부재의 변위는, 동 압력차의 변동을 상쇄하는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브체의 위치결정에 반영되는 것과,

상기 감압부재에 부여하는 힘을 외부로부터의 제어에 의해 변경가능한 것으로서, 동 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정동작의 기준이 되는 설정차압을 변경할 수 있는 외부제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 제어밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 압력감시점은 각각 토출압력영역에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 제어밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 압력감시점은 각각 흡입압력영역에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 제어밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 압력감시점은 토출압력영역에 설정되어 있음과 동시에, 제 2 압력감시점은 흡입압력영역 또는 크랭크실에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 제어밸브.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 외부제어수단은 감압부재에 부여하는 힘을 외부로부터의 전기제어에 의해 변경가능한 전자 액츄에이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 제어밸브.