KR20020039144A - 용량 가변형 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

압축기의 초기 구동시 사판의 경사각 변위가 원활하게 이루어지며, 특히 토오크의 급격한 변동이 없어 압축기 소음 감소 및 클러치 내구성을 향상시킬 수 있는 용량 가변형 사판식 압축기를 개시한다. 개시된 본 발명은 구동축에 크랭크실의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있게 장착된 사판을 초기 위치로 복귀시키기 위하여 로터와 사판과의 사이에 탄설되는 압축코일스프링을, 비선형적인 변위 특성을 가지도록 구성한 것을 특징으로 한다. 압축코일스프링은, 제 1 피치간격(P1)으로 배열되는 구간과 상기 제 1 피치간격(P1)보다 큰 제 2 피치간격(P2)으로 배열되는 구간을 가짐으로써 각 구간에서의 탄성계수가 서로 다르게 구성될 수 있고, 또한 사판측에서부터 로터측으로 갈수록 스프링경(徑)이 점점 증가하도록 구성될 수 있다. 이에 의하면, 압축코일스프링의 각 구간에서의 탄성계수가 다르기 때문에, 사판의 경사각 변위시 그 변위가 초기에는 빠르게, 그리고, 최대 경사각까지는 서서히 진행된다. 따라서, 초기에 사판의 경사각이 쉽게 증가되어 압축작용이 원활이 이루어질 수 있고, 또 최대 경사각까지 도달하는 시간 및 속도가 지연되어 충격 완화 및 토오크의 급격한 변동을 감소시킬 수 있다.

Description

용량 가변형 사판식 압축기{VARIABLE CAPACITY SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은, 예컨대 자동차 공조장치의 냉매 순환을 위하여 사용되는 사판식압축기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 공조장치의 부하에 따른 토출 냉매량을 가변 조절할 수 있는 용량 가변형 사판식 압축기에 관한 것이다.

자동차 공조장치의 압축기로 많이 사용되고 있는 사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 경사지게 설치된 디스크 형상의 사판이 구동축에 의해 회전하고, 이 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈우를 개재하여 설치한 다수의 피스톤들이 실린더블록에 형성된 다수의 실린더보어 내부에서 직선 왕복운동함으로써, 냉매를 흡입/압축하여 토출하도록 구성된다.

용량 가변형 사판식 압축기는, 열부하에 따라 구동축에 설치된 사판의 경사각이 가변되도록 구성된 것으로, 이에 따라 피스톤의 왕복 이송량이 변화되면서 냉매 토출량이 가변 조절된다.

상기와 같은 용량 가변형 사판식 압축기의 전형적인 한 예가 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 용량 가변형 사판식 압축기는, 내부에 다수의 축방향 실린더보어(1a)을 갖는 실린더블록(1)과, 상기 실린더블록(1)의 전방에 장착되어 내부에 밀폐된 크랭크실(2a)을 형성하는 전방하우징(2)과, 상기 실린더블록(1)의 후방에 밸브 플레이트(3)의 개재하에 장착되며 냉매흡입실(4a) 및 토출실(4b)을 갖는 후방하우징(4)과, 상기 실린더블록(1)과 전방하우징(2)상에 회전 가능하게 지지된 구동축(5)과, 상기 크랭크실(2a) 내부에서 상기 구동축(5)상에 견고하게 장착된 로터(6)와, 상기 로터(6)에 힌지기구(7)로 연결되며 상기 크랭크실(2a)의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있게 상기 구동축(5)상에 장착된 사판(8)과, 상기사판(8)의 외주에 슈(9)의 개재하에 연결되어 사판(8)의 회전 요동운동에 따라 실린더보어(1a) 내를 왕복 운동하면서 냉매를 압축하는 다수의 피스톤(10)과, 열부하에 따라 사판(8)의 경사각이 가변되도록 실린더보어(1a) 내의 냉매 흡입압과 크랭크실(2a) 내의 가스압과의 차압을 가변시키는 용량력조절밸브(11)와, 상기 사판(8)의 초기 위치로의 복귀를 위하여 로터(6)와 사판(8)과의 사이에 탄설된 압축코일스프링(12) 등을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 용량 가변형 사판식 압축기는, 구동축(5)이 엔진의 동력으로 회전하게 되면, 이 구동축(5)에 경사각 조절이 가능하게 장착된 사판(8)이 구동축(5)과 함께 회전하면서 전후 방향으로 요동운동하게 되고, 이에 따라 사판(8)의 외주에 연결된 다수의 피스톤(10)들이 사판(8)의 경사각에 비례하는 거리만큼 실린더블록(1)의 실린더보어(1a) 내에서 왕복운동하게 된다. 그 결과 실린더보어(1a) 내의 압축실의 용적이 변화하게 되고, 이 용적변화에 의하여 냉매가스의 흡입, 압축 및 토출이 차례로 진행되며, 사판(8)의 경사각에 따른 용량의 고압냉매가스가 토출된다. 이 때, 용량조절밸브(11)에 의한 크랭크실(2a) 내의 압력과 실린더보어(1a) 내의 흡입압과의 차압에 대응하여 사판(8)의 경사각이 가변되면서 토출 냉매량이 변경된다.

한편, 상기 사판(8)은 압축기가 정지되어 있을 때, 압축코일스프링(12)에 의해 최소의 경사각을 유지하도록, 예컨대 도면에서와 같이 구동축(5)에 대하여 수직하게 위치하도록 지지되어 있다. 이 상태에서 압축기 구동하게 되면, 사판(8)이 압축코일스프링(12)의 탄력을 극복하면서 요구되는 최대 경사각까지 변위하게 되고,압축작용이 수행된다. 이 때, 상기 압축코일스프링(12)은 일정한 탄성계수를 가지고 있어, 사판(8)의 경사각이 증가 또는 감소하는 경우 스프링의 변위에 비례하는 만큼의 힘이 사판 경사각 변위에 전달됨으로써 사판의 경사각이 유지된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 용량 가변형 사판식 압축기에 있어서는, 압축코일스프링(12)이 일정한 탄성계수를 가짐으로써 선형적인 변위 특성을 나타내기 때문에, 예를 들어, 자유상태에서 사판의 경사각이 최소 경사각을 유지하도록 지지되어 있는 경우, 급격한 클러치 온/오프 작동시 사판이 최소 상태의 경사각에서 최대 상태의 경사각으로 급격히 이동할 수 있고, 이에 따른 압축 부하의 증가로 클러치 슬립 및 소음이 발생될 뿐만 아니라 사판이 최대 경사각 지지면에 강하게 부딪치면서 손상을 입을 수 있다. 한편, 상기와 같은 문제를 방지하기 위하여 스프링의 탄성계수를 증가시키는 경우에는 사판의 최대 경사각까지의 변위 운동이 너무 느려지거나 작동이 되지 않는 경우가 발생됨으로써 압축기의 압축운동이 이루어지지 않는 경우가 발생될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 감안하여 안출한 것으로, 초기의 사판 경사각 변위는 신속, 원활하게 이루어지고, 이후 최대 경사각 변위 도달 시점까지는 변위 시간 및 속도가 지연됨으로써, 원활한 압축작용과 함께 클러치로 전달되는 토오크의 급격한 변동을 감소시킬 수 있는 용량 가변형 사판식 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 용량 가변형 사판식 압축기의 구조를 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 용량 가변형 사판식 압축기의 구조를 보인 단면도,

도 3은 본 발명의 요부인 스프링의 한 예를 나타낸 상세도,

도 4는 도 3의 스프링에 대한 변위선도를 종래의 경우와 비교하여 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명의 요부인 스프링의 다른 예를 나타낸 상세도, 그리고,

도 6은 도 5의 스프링에 대한 변위선도를 종래의 경우와 비교하여 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

5;구동축6;로터

8;사판12;압축코일스프링

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 용량 가변형 사판식 압축기는, 구동축에 크랭크실의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있게 장착된 사판을 초기 위치로 복귀시키기 위하여 로터와 사판과의 사이에 탄설되는 압축코일스프링을, 비선형적인 변위 특성을 가지도록 구성한 것을 특징으로 한다.

압축코일스프링은, 제 1 피치간격(P1)으로 배열되는 구간과 상기 제 1 피치간격(P1)보다 큰 제 2 피치간격(P2)으로 배열되는 구간을 가짐으로써 각 구간에서의 탄성계수가 서로 다르게 구성될 수 있고, 또한 사판측에서부터 로터측으로 갈수록 스프링경(徑)이 점점 증가하도록 구성될 수 있다.

이에 의하면, 압축코일스프링의 각 구간에서의 탄성계수가 다르기 때문에, 사판의 경사각 변위시 그 변위가 초기에는 빠르게, 그리고, 최대 경사각까지는 서서히 진행된다. 따라서, 초기에 사판의 경사각이 쉽게 증가되어 압축작용이 원활이 이루어질 수 있고, 또 최대 경사각까지 도달하는 시간 및 속도가 지연되어 사판의 최대 경사각 지지면에서의 충격을 완화시킬 수 있으며, 또 토오크의 급격한 변동을 감소시킬 수 있어 압축기의 소음 감소 및 클러치의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 사판식 압축기를 나타낸 단면도 이고, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 요부 구성인 압축코일스프링의 구조를 보인 상세도 이며, 도 4는 도 3의 스프링에 대한 변위선도를 종래의 경우와 비교하여 나타낸 그래프이다. 참고로 본 실시예를 설명함에 있어서, 종래와 그 구성 및작용이 동일한 부분에 대해서는 종래와 동일한 참조부호를 부여하여 인용한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 사판식 압축기는, 내부에 다수의 축방향 실린더보어(1a)을 갖는 실린더블록(1)과, 상기 실린더블록(1)의 전방에 장착되어 내부에 밀폐된 크랭크실(2a)을 형성하는 전방하우징(2)과, 상기 실린더블록(1)의 후방에 밸브 플레이트(3)의 개재하에 장착되며 냉매흡입실(4a) 및 토출실(4b)을 갖는 후방하우징(4)과, 상기 실린더블록(1)과 전방하우징(2)상에 회전 가능하게 지지된 구동축(5)과, 상기 크랭크실(2a) 내부에서 상기 구동축(5)상에 견고하게 장착된 로터(6)와, 상기 로터(6)에 힌지기구(7)로 연결되며 상기 크랭크실(2a)의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있게 상기 구동축(5)상에 장착된 사판(8)과, 상기 사판(8)의 외주에 슈(9)의 개재하에 연결되어 사판(8)의 회전 요동운동에 따라 실린더보어(1a) 내를 왕복 운동하면서 냉매를 압축하는 다수의 피스톤(10)과, 열부하에 따라 사판(8)의 경사각이 가변되도록 실린더보어(1a) 내의 냉매 흡입압과 크랭크실(2a) 내의 가스압과의 차압을 가변시키는 압력조절밸브(11)와, 상기 사판(8)의 초기 위치로의 복귀를 위하여 로터(6)와 사판(8)과의 사이에 탄설된 압축코일스프링(12) 등을 포함하여 구성된다.

상기 압축코일스프링(12)은 본 발명의 특징에 따라 도 3에서 보는 바와 같이, 제 1 피치간격(P1)으로 배열되는 구간과 이 구간의 피치간격(P1)보다 큰 제 2 피치간격(P2)으로 배열되는 구간으로 구획되어 양측 구간의 탄성계수가 서로 다르게 구성된다. 즉, 피치간격이 작은 구간에서는 탄성계수가 작고, 피치간격이 큰 구간에서는 탄성계수가 크다. 따라서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 압축코일스프링은 비선형적인 변위 특성을 가지게 된다. 도 4의 그래프에서 점선은 종래 스프링의 변위 특성을 나타낸 것이다.

상기와 같이 구성되는 압축기에서 코일스프링(12)은 제 1 피치간격으로 배열되는 구간(탄성계수가 작은 구간)이 사판(8)측에, 그리고, 제 2 피치간격으로 배열되는 구간(탄성계수가 큰 구간)이 로터(6)측에 위치하도록 로터(6)와 사판(8)과의 사이에 개재되어 사판(8)을 탄력적으로 지지함으로써 사판의 초기 위치를 유지시킨다.

이 때, 앞서도 설명한 바와 같이, 압축기가 구동함에 따라 사판(8)이 스프링(12)의 탄력을 극복하면서 경사각 변위 운동을 시작하게 되는데, 변위 초기, 즉, 최소 경사각에서 대략 중간 경사각 변위 시점까지는 스프링의 탄성계수가 낮은 구간에 의해 매우 빠르게 변위된다. 따라서, 원활한 압축작용이 이루어질 수 있다. 그러나, 중간 경사각에서 최대 경사각 변위 시점까지는 스프링의 탄성계수가 큰 구간에 의해 서서히 변위된다. 즉, 이 부분에서의 변위 시간 및 속도가 지연됨으로써 종래와 같은 스프링의 급격한 경사각 변위로 인해 엔진으로 전달되는 토오크의 급격한 변동을 감소시킬 수 있다. 또한, 사판이 최대 경사각 지지면에 부딪침으로써 발생되는 충격도 완화시킬 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 비선형적인 변위 특성을 가지는 본 발명에 의한 압축코일스프링(12)은 도 5에 도시된 바와 같이, 스프링의 일측, 예컨대 사판(8) 접촉부에서부터 타측, 예컨대 로터(6) 접촉부로 갈수록 스프링경(徑)을 점점 크게 형성하는 것에 의해서도 구성할 수 있다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 의한 압축코일스프링의 경우에서도 도 6에서 보는 바와 같이, 실험결과, 종래와는 달리 비선형적인 변위 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이와 같은 스프링의 경우도, 앞서 설명한 바와 같은 베리어블 피치 타입의 스프링과 같이, 사판의 경사각 변위시 그 변위가 초기에는 빠르게 진행되다가 최대 경사각에 근접할수록 서서히 진행되도록 한다.

그외 압축기는 구성하는 다른 구성 요소 및 작용은 종래의 경우와 같으므로 여기서는 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에 의한 용량 가변형 사판식 압축기는, 비선형적인 변위 특성을 가지는 스프링을 채용함에 따라, 특히 사판의 경사각이 초기에 최소 상태로 유지되도록 설정된 압축기의 경우, 초기 구동시, 사판의 경사각이 쉽게 증가되어 압축작용이 원활이 이루어지며, 또한 최대 경사각까지 도달하는 시간이 지연되어 급격한 토오크의 상승을 방지할 수 있다는 특징이 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 이에 의하면, 압축코일스프링의 각 구간에서의 탄성계수가 다르기 때문에, 사판의 경사각 변위시 그 변위가 초기에는 빠르게, 그리고, 최대 경사각까지는 서서히 진행된다. 따라서, 초기에 사판의 경사각이 쉽게 증가되어 압축작용이 원활이 이루어질 수 있고, 또 최대 경사각까지 도달하는 시간 및 속도가 지연되어 사판의 최대 경사각 지지면에서의 충격을 완화시킬 수 있으며, 또 토오크의 급격한 변동을 감소시킬 수 있어 압축기의 소음 감소 및 클러치의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (3)

1. 내부에 다수의 축방향 실린더보어을 갖는 실린더블록; 상기 실린더블록의 전방에 장착되어 내부에 밀폐된 크랭크실을 형성하는 전방하우징; 상기 실린더블록의 후방에 밸브 플레이트의 개재하에 장착되며, 냉매흡입실 및 토출실을 갖는 후방하우징; 상기 실린더블록과 전방하우징상에 회전 가능하게 지지된 구동축; 상기 크랭크실 내부에서 상기 구동축상에 견고하게 장착된 로터; 상기 로터에 힌지기구로 연결되며, 상기 크랭크실의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있게 상기 구동축상에 장착된 사판; 상기 사판의 외주에 슈의 개재하에 연결되어 사판의 회전 요동운동에 따라 실린더보어 내를 왕복 운동하면서 냉매를 압축하는 다수의 피스톤; 열부하에 따라 상기 사판의 경사각이 가변되도록 상기 실린더보어 내의 냉매 흡입압과 상기 크랭크실 내의 가스압과의 차압을 가변시키는 압력조절밸브; 및 상기 사판의 초기 위치로의 복귀를 위하여 로터와 사판과의 사이에 탄설된 압축코일스프링;을 포함하며,

   상기 압축코일스프링은, 압축기 구동에 따른 사판의 경사각 변위시 그 변위가 초기에는 빠르게, 최대 경사각까지는 서서히 진행되도록 하기 위하여 비선형적인 변위 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압축코일스프링이, 제 1 피치간격(P1)으로 배열되는 구간과 상기 제 1 피치간격(P1)보다 큰 제 2 피치간격(P2)으로 배열되는 구간을 가지는 베리어블 피치 타입 스프링(variable pitch type spring)으로 구성됨을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압축코일스프링이, 일측에서 타측으로 갈수록 스프링경(徑)이 점점 증가하는 콘형 스프링(conical type spring)으로 구성됨을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.