KR20020068265A - 용량가변형 압축기의 제어밸브 - Google Patents

Abstract

(과제) 용량가변형 압축기의 토출용량의 제어성이나 응답성을 향상시킬 수 있는 제어밸브를 제공하는 것.

(해결수단) 밸브체부 (46) 는 밸브실 (42) 내에서의 위치에 따라 급기통로 (28) 의 개방도를 조절한다. 감압부재 (48) 는 냉매순환회로에 설정된 두개의 압력감시점 (P1, P2) 의 차압 (△Pd) 에 따라 변위하고, 이 변위는 동 차압 (△Pd) 의 변동을 상쇄하는 측에 압축기의 토출용량이 변경되도록, 밸브체부 (46) 의 위치결정에 반영된다. 전자 액츄에이터 (51) 는 밸브체부 (46) 에 부여하는 힘을 변경함으로써, 감압부재 (48) 에 의한 밸브체부 (46) 의 위치결정 동작의 기준이 되는 설정차압을 변경할 수 있다.

Description

용량가변형 압축기의 제어밸브 {CONTROL VALVE FOR VARIABLE CAPACITY COMPRESSOR}

본 발명은 예컨대 차량용 공조장치에 사용되는 용량가변형 압축기의 토출용량을 제어하기 위한 제어밸브에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동 사이클) 는 응축기, 감압장치로서의 팽창밸브, 증발기, 및 압축기를 구비하고 있다. 압축기는 증발기로부터의 냉매가스를 흡입하여 압축하고, 그 압축가스를 응축기를 향하여 토출한다. 증발기는 냉매순환회로를 흐르는 냉매와 차량실내 공기와 열교환한다. 열부하 또는 냉방부하의 크기에 따라 증발기 주변을 통과하는 공기의 열량이 증발기내를 흐르는 냉매에 전달되기 때문에, 증발기의 출구 또는 하류측에서의 냉매가스압력은 냉방부하의 크기를 반영한다.

차량용 압축기로서 널리 채용되고 있는 용량가변형 사판식(斜板式) 압축기에는 증발기의 출구압력 (흡입압력이라고 함) 을 소정의 목표값 (설정 흡입압력이라고 함) 으로 유지하기 위해 동작하는 용량제어기구가 장착되어 있다. 용량제어기구는 냉방부하의 크기에 알맞은 냉매유량이 되도록, 흡입압력을 제어지표로 하여 압축기의 토출용량, 즉 사판각도를 피드백 제어한다.

상기 용량제어기구의 전형예는 내부제어밸브로 불리우는 용량제어밸브이다. 내부제어밸브에서는 벨로우즈 (bellows) 나 다이어프램 등의 감압부재로 흡입압력을 감지하고, 감압부재의 변위동작을 밸브체의 위치결정에 이용하여 밸브개방도 조절을 함으로써, 사판실 (크랭크실이라고도 함) 의 내압을 조절하여 사판각도를 결정하고 있다.

또, 단일의, 설정된 흡입압력 밖에는 가질 수 없는 단순한 내부제어밸브에서는 세밀한 공조제어 요구에 대응할 수 없기 때문에, 외부로부터의 전기제어에 의해 설정 흡입압력이 변경가능한 설정 흡입압력 가변형 제어밸브도 존재한다. 이 제어밸브는 예컨대 전술한 내부제어밸브 대하여 전기적으로 탄성지지력이 조절가능한 전자 액츄에이터를 부가하고, 내부제어밸브의 설정 흡입압력을 결정하고 있는 감압부재에 작용하는 기계적 스프링력을 외부제어에 의해 증감 변경함으로써 설정 흡입압력의 변경을 실현하는 것이다.

그런데, 흡입압력의 절대값을 지표로 하는 토출용량 제어에서는, 전기제어에 의해 설정 흡입압력을 변경했다고 해서 즉시 현실의 흡입압력이 설정 흡입압력과 같은 압력에 도달한다고는 할 수 없다. 즉, 설정 흡입압력의 설정변경에 대하여 실제 흡입압력이 응답성있게 추종하는지의 여부는 증발기에서의 열부하 상황에 영향을 받기 쉽기 때문이다. 이로써, 전기제어에 의해 설정 흡입압력을 매우 세밀하게 순서대로 조절하고 있음에도 불구하고, 압축기의 토출용량변화가 늦어지는 경향이 있거나, 토출용량이 연속적이고 또한 원활하게 변화하지 않고 급변하는 사태가 경우에 따라 발생하고 있었다.

본 발명의 목적은 용량가변형 압축기의 토출용량의 제어성이나 응답성을 향상시킬 수 있는 제어밸브를 제공하는 데에 있다.

도 1 은 용량가변형 사판식 압축기의 단면도.

도 2 는 제어밸브의 단면도.

도 3 은 다른 예의 제어밸브의 단면도.

도 4 는 또 다른 예의 제어밸브의 요부 확대단면도.

도 5 는 또 다른 예의 제어밸브의 요부 확대단면도.

도 6 는 또 다른 예의 제어밸브의 요부 확대단면도.

도 7 은 비교예의 제어밸브의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 설명

12 : 제어실로서의 크랭크실

21 : 흡입압력 영역으로서의 흡입실

22 : 토출압력 영역으로서의 토출실

27 : 추기통로

28 : 급기통로

41 : 밸브 하우징

42 : 밸브실

46 : 밸브체

48 : 감압(感壓)기구를 구성하는 감압부재

51 : 설정차압 변경수단으로서의 전자 액츄에이터

64 : 개방 스프링

P1 : 제 1 압력감시점

P2 : 제 2 압력감시점

CV : 제어밸브

상기 목적을 달성하기 위해 청구항 1 의 발명은 공조장치의 냉매순환회로를 구성함과 동시에, 제어실의 압력을 조절함으로써 토출용량이 변경가능한 용량가변형 압축기로 사용되는 제어밸브에서, 밸브 하우징내에 형성되고, 상기 용량가변형 압축기의 제어실과 냉매순환회로의 토출압력 영역을 연통하는 급기통로, 또는 제어실과 냉매순환회로의 흡입압력 영역을 연통하는 추기통로의 일부를 구성하는 밸브실과, 상기 밸브실내에 변위가능하게 수용되고, 급기통로 또는 추기통로의 개방도가 조절가능한 밸브체와, 상기 밸브실내에 수용되고, 밸브체를 개방 방향으로 탄성지지하는 개방스프링과, 상기 냉매순환회로에 설정된 두개의 압력감시(壓力監視)점 간의 압력차가 검출가능하며, 이 두개의 압력감시점 간의 압력차의 변동에 기초하여 감압부재가 변위함으로써, 동 압력차의 변동을 상쇄하는 측에 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브체를 동작시키는 감압기구와, 상기 밸브체에 부여하는 힘을 외부로부터의 제어에 의해 변경함으로써, 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정 동작의 기준이 되는 설정차압을 변경가능한 설정차압 변경수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는 용량가변형 압축기의 토출용량 제어에 영향을 미치는 압력요인으로서, 냉매순환회로를 따라 설정된 두개의 압력감시점 간의 차압 (2 점간 차압) 을 이용하고 있다. 따라서, 설정차압 변경수단에 의해 결정된 설정차압에 기초하고, 이 설정차압을 유지하도록 밸브체를 동작시키는 감압기구를 채용함으로써, 용량가변형 압축기의 토출용량을 직접적으로 제어할 수 있게 되어, 종래의 흡입압 감응형 제어밸브에 내재해 있던 결점을 극복할 수 있다. 즉, 증발기에서의 열부하 상황에 거의 영향을 받지 않고, 외부제어에 의해 응답성 및 제어성이 높은 용량가변형 압축기의 토출용량의 증가·감소제어를 실시할 수 있다.

또, 예컨대 설정차압 변경수단을 전자 액츄에이터로 하고, 동 전자 액츄에이터의 플런저실내에 플런저를 통하여 밸브체를 개방 방향으로 탄성지지하는 스프링을 수용하는 경우 (도 7 참조) 와 비교하여, 동 스프링을 직접 받지않아도 되는 플런저의 형상 설정의 자유도가 증가한다. 따라서, 예컨대 플런저의 형상을 전자력의 발생에 관해서 최적으로 설정하면, 소형 전자 액츄에이터라도 큰 전자력을 발생시킬 수 있게 된다.

청구항 2 의 발명은 청구항 1 에 있어서, 상기 밸브체에서 개방 스프링을 받치고 있는 밸브체측 스프링시트는, 동 밸브체와는 다른 부재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 밸브체측 스프링시트를 밸브체에 일체로 형성하는 경우와 비교하여, 동 밸브체를 단순한 형상으로 할 수 있어, 그 제작이 용이해진다.

청구항 3 의 발명은 청구항 2 에 있어서, 상기 밸브체측 스프링시트는 밸브체에 밖에서 끼워 고정된 서클립에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 밸브체측 스프링시트의 밸브체에 대한 조립을 간단하게 할 수 있다.

청구항 4 의 발명은 청구항 1 ∼ 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 밸브실에서, 개방 스프링을 받치고 있는 하우징측 스프링시트의 주위에는 동 개방 스프링의 단부를 유지하는 소직경부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 개방 스프링의 단부가 밸브체측 스프링시트 및 하우징측 스프링시트로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다.

청구항 5 의 발명은 청구항 1 ∼ 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 밸브실은 급기통로의 일부를 구성하고, 동 밸브실은 밸브체에 의해 개방도가 조절되는 밸브구멍을 통해 토출압력 영역에 연통되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 밸브체에 대하여 밸브구멍내의 토출압력이 밸브 개방방향으로 작용되게 된다. 따라서, 설정차압 변경수단은 이 밸브구멍내의 토출압력에 대항하여 밸브체를 전부 폐쇄상태로 하기 위해서는, 강한 힘을 밸브체에 작용시키지 않으면 안된다. 즉, 이러한 구성에서, 예컨대 플런저의 형상 설정의 자유도를 증가시키는 것은 특히 바람직한 것이다.

청구항 6 의 발명은 청구항 1 ∼ 5 중 어느 하나에 있어서, 설정차압 변경수단의 적합한 양태를 한정하는 것이다. 즉, 상기 설정차압 변경수단은 전자 액츄에이터로 이루어지며, 동 전자 액츄에이터는 외부로부터의 급전 제어에 의해 발생하는 전자력을, 플런저 및 작동로드를 통하여 밸브체에 부여하는 구성이다.

청구항 7 의 발명은 청구항 6 에 있어서, 상기 밸브실과, 상기 전자 액츄에이터에서 플런저를 수용하는 플런저실과는, 작동로드와 동 작동로드가 삽입통과되는 센터포스트와의 틈을 통해 연통되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 작동로드와 센터포스트 사이의 틈을 통로로 이용하고 있으며, 밸브실과 플런저실을 연통하는 전용 통로를 필요로 하지 않는다.

청구항 8 의 발명은 청구항 6 또는 7 에 있어서, 상기 전자 액츄에이터는 외부로부터의 급전에 의해 작동로드가 삽입통과되는 센터포스트와 플런저 사이에 밸브폐쇄 방향의 전자흡인력을 발생시키는 구성인 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에서는, 예컨대 플런저실에 개방 스프링을 수용하고자 하면, 동 개방 스프링은 센터포스트와 플런저 사이에 끼워 장착되게 된다 (도 7 참조). 따라서, 센터포스트와 플런저 사이의 자로(磁路)가 좁아진다. 즉, 이러한 구성에서, 개방 스프링을 밸브실에 배치함으로써 플런저의 형상 설정의 자유도가 증가하는 것은 특히 바람직한 것이다.

이하, 본 발명을 차량용 공조장치에서 구체화한 일실시형태에 대하여 설명한다.

(용량가변형 사판식 압축기)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 용량가변형 사판식 압축기 (이하, 간단하게 압축기로 함) 의 하우징 (11) 내에는 제어실로서의 크랭크실 (12) 이 구획되어 있다.동 크랭크실 (12) 내에는 구동축 (13) 이 회전가능하게 설치되어 있다. 동 구동축 (13) 은 차량의 주행구동원인 엔진 (E) 에 동력전달기구 (PT) 를 통해 작동연결되고, 동 엔진 (E) 으로부터의 동력공급에 의해 회전구동된다.

상기 동력전달기구 (PT) 는, 외부로부터의 전기제어에 의해 동력의 전달/차단이 선택가능한 클러치기구 (예컨대 전자 클러치) 여도 되고, 또는 그와 같은 클러치기구를 갖지 않은 상시 전달형 클러치리스 기구 (예컨대 벨트/풀리의 조합) 여도 된다. 또한, 본 건에서는 클러치리스 타입의 동력전달기구 (PT) 가 채용되어 있다.

상기 크랭크실 (12) 에서 구동축 (13) 상에는, 러그 플레이트 (14) 가 일체로 회전가능하게 고정되어 있다. 동 크랭크실 (12) 내에는 캠 플레이트로서의 사판 (15) 이 수용되어 있다. 동 사판 (15) 은 구동축 (13) 에 슬라이드 이동이 가능하고 또한 경사이동이 가능하게 지지되어 있다. 힌지기구 (16) 는 러그 플레이트 (14) 와 사판 (15) 사이에 개재되어 있다. 따라서, 사판 (15) 은 힌지기구 (16) 를 통함으로써, 러그 플레이트 (14) 및 구동축 (13) 과 동기회전이 가능함과 동시에, 구동축 (13) 에 대하여 경사이동이 가능하게 되어 있다.

상기 하우징 (11) 내에는 복수 (도면에는 하나만 나타냄) 의 실린더보어 (11a) 가 형성되어 있고, 각 실린더보어 (11a) 내에는 편두형 피스톤 (17) 이 왕복운동이 가능하게 수용되어 있다. 각 피스톤 (17) 은 슈 (shoe: 18) 를 통하여 사판 (15) 의 외주부에 걸려 고정되어 있다. 따라서, 구동축 (13) 의 회전에 동반하는 사판 (15) 의 회전운동이 슈 (18) 를 통해 피스톤 (17) 의 왕복운동으로변환된다.

상기 실린더보어 (11a) 내의 후방 (도면 오른쪽) 측에는 피스톤 (17) 과, 하우징 (11) 에 내장된 밸브·포트형성체 (19) 로 둘러싸여 압축실 (20) 이 구획되어 있다. 하우징 (11) 의 후방측의 내부에는 흡입압력 영역으로서의 흡입실 (21), 및 토출압력 영역으로서의 토출실 (22) 가 각각 구획형성되어 있다.

그리고, 상기 흡입실 (21) 의 냉매가스는, 각 피스톤 (17) 의 상사점 위치로부터 하사점측으로의 이동에 의해, 밸브ㆍ포트형성체 (19) 에 형성된 흡입포트 (23) 및 흡입밸브 (24) 를 통해 압축실 (20) 에 흡입된다. 압축실 (20) 에 흡입된 냉매가스는, 피스톤 (17) 의 하사점 위치로부터 상사점측으로의 이동에 의해 소정의 압력까지 압축되고, 밸브ㆍ포트형성체 (19) 에 형성된 토출포트 (25) 및 토출밸브 (26) 를 통해 토출실 (22) 로 토출된다.

(압축기의 용량제어구조)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 하우징 (11) 내에는 추기통로 (27) 및 급기통로 (28) 가 형성되어 있다. 추기통로 (27) 는 크랭크실 (12) 과 흡입실 (21) 을 연통한다. 급기통로 (28) 는 토출실 (22) 과 크랭크실 (12) 을 연통한다. 하우징 (11) 에서 급기통로 (28) 의 도중에는 제어밸브 (CV) 가 설치되어 있다.

그리고, 상기 제어밸브 (CV) 의 개방도를 조절함으로써, 급기통로 (28) 를 통한 크랭크실 (12) 로의 고압 토출가스의 도입량과 추기통로 (27) 를 통한 크랭크실 (12) 로부터의 가스도출량과의 밸런스가 제어되고 동 크랭크실 (12) 의 내압이결정된다. 크랭크실 (12) 의 내압변경에 따라, 피스톤 (17) 을 통한 크랭크실 (12) 의 내압과 압축실 (20) 의 내압의 차가 변경되고, 사판 (15) 의 경사각도가 변경되는 결과, 피스톤 (17) 의 스트로크 즉 압축기의 토출용량이 조절된다.

예컨대 크랭크실 (12) 의 내압이 저하되면 사판 (15) 의 경사각도가 증대하여 압축기의 토출용량이 증대된다. 반대로, 크랭크실 (12) 의 내압이 상승되면 사판 (15) 의 경사각도가 감소하여, 압축기의 토출용량이 감소된다.

(냉매순환회로)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동 사이클) 는, 상술한 압축기와 외부 냉매회로 (30) 로 구성되어 있다. 외부 냉매회로 (30) 는 응축기 (31), 감압장치로서의 팽창밸브 (32) 및 증발기 (33) 를 구비하고 있다. 냉매로서는 이산화탄소가 사용되고 있다.

제 1 압력감시점 (P1) 은 토출실 (22) 내에 설정되어 있다. 제 2 압력감시점 (P2) 은, 제 1 압력감시점 (P1) 으로부터 응축기 (31) 측 (하류측) 으로 소정 거리만큼 떨어진 냉매통로의 도중에 설정되어 있다. 제 1 압력감시점 (P1) 과 제어밸브 (CV) 는 제 1 검압통로 (35) 를 통하여 연통되어 있다. 제 2 압력감시점 (P2) 과 제어밸브 (CV) 는 제 2 검압통로 (36) (도 2 참조) 를 통하여 연통되어 있다.

(제어밸브)

도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 제어밸브 (CV) 의 밸브 하우징 (41) 내에는 밸브실 (42), 연통로 (43) 및 감압실 (44) 이 구획되어 있다. 밸브실 (42)및 연통로 (43) 내에는 작동로드 (45) 가 축 방향 (도면에서는 수직 방향) 으로 이동가능하게 설치되어 있다. 연통로 (43) 와 감압실 (44) 과는 동 연통로 (43) 에 슬라이딩이 가능하게 삽입된 작동로드 (45) 의 상단부에 의해 차단되어 있다. 밸브실 (42) 은 급기통로 (28) 의 상류부를 통하여 토출실 (22) 과 연통되어 있다. 연통로 (43) 는 급기통로 (28) 의 하류부를 통하여 크랭크실 (12) 과 연통되어 있다. 밸브실 (42) 및 연통로 (43) 는 급기통로 (28) 의 일부를 구성한다.

상기 밸브실 (42) 내에는 작동로드 (45) 의 중간부에 형성된 원주형상의 밸브체부 (46) 가 배치되어 있다. 밸브실 (42) 과 연통로 (43) 와의 경계에 위치하는 단차는 밸브시트 (47) 를 이루고 있고, 연통로 (43) 는 일종의 밸브구멍을 이루고 있다. 그리고, 작동로드 (45) 가 도 2 의 위치 (최하동(最下動) 위치) 에서 밸브체부 (46) 가 밸브시트 (47) 에 착좌하는 최상동(最上動) 위치로 상동 하면 연통로 (43) 가 차단된다. 즉, 작동로드 (45) 의 밸브체부 (46) 는 급기통로 (28) 의 개방도가 조절가능한 밸브체로서 기능한다.

상기 밸브실 (42) 내에서 밸브체부 (46) 의 외주면에는 환형상 홈 (46a) 이 형성되어 있다. 밸브체측 스프링시트로서의 서클립 (62) 은 밸브체부 (46) 의 환형상 홈 (46a) 에 밖에서 끼워 고정되어 있다. 밸브실 (42) 의 내천정면 (연통로 (43) 의 개구주위) 에는 하우징측 스프링시트 (63) 가 형성되어 있다. 동 하우징측 스프링시트 (63) 와 서클립 (62) 사이에는 코일스프링으로 이루어지는 개방 스프링 (64) 이 끼워 장착되어 있다. 동 개방 스프링 (64) 은 밸브체부 (46) 를 연통로 (43) 의 개방 방향으로 탄성지지하고 있다.

상기 감압실 (44) 내에는 벨로우즈로 이루지는 감압부재 (48) 가 수용 배치되어 있다. 동 감압부재 (48) 의 상단부는 밸브 하우징 (41) 에 고정되어 있다. 감압부재 (48) 의 하단 (가동단) 부에는 작동로드 (45) 의 상단부가 끼워져 있다. 감압실 (44) 내는 바닥이 있는 원통형상을 이루는 감압부재 (48) 에 의해, 동 감압부재 (48) 의 내공간인 제 1 압력실 (49) 과, 동 감압부재 (48) 의 외공간인 제 2 압력실 (50) 로 구획되어 있다. 제 1 압력실 (49) 내로는 제 1 검압통로 (35) 를 통해 제 1 압력감시점 (P1) 의 압력 (PdH) 이 유도되고 있다. 제 2 압력실 (50) 내로는 제 2 검압통로 (36) 를 통해 제 2 압력감시점 (P2) 의 압력 (PdL) 이 유도되고 있다. 상기 감압부재 (48) 및 감압실 (44) 등이 감압기구를 구성하고 있다.

상기 밸브 하우징 (41) 의 하방측에는, 설정차압 변경수단으로서의 전자 액츄에이터 (51) 가 구비되어 있다. 동 전자 액츄에이터 (51) 는 밸브 하우징 (41) 내의 중심부에 바닥이 있는 원통형상의 수용통 (52) 을 구비하고 있다. 동 수용통 (52) 에서 상방측의 개구에는 원주형상의 센터포스트 (고정철심) (53) 가 끼워 고정되어 있다. 이 센터포스트 (53) 의 끼워짐에 의해 수용통 (52) 내의 최하부에는 플런저실 (54) 이 구획되어 있다. 동 센터포스트 (53) 는 밸브실 (42) 과 플런저실 (54) 사이의 구격벽의 역할도 하고 있다.

상기 플런저실 (54) 내에는 덮개가 있는 원통형상의 플런저 (가동철심) (56) 가 축 방향으로 이동가능하게 수용되어 있다. 동 플런저 (56) 의 이동은 수용통 (52) 의 내주면에 의해 슬라이딩 안내된다. 센터포스트 (53) 의 중심에는축 방향으로 연장되는 가이드구멍 (57) 이 관통 형성되고, 동 가이드구멍 (57) 내에는 작동로드 (45) 의 하단측이 축 방향으로 이동가능하게 배치되어 있다. 작동로드 (45) 의 하단은 플런저실 (54) 내에서 플런저 (56) 에 끼워 고정되어 있다. 따라서, 플런저 (56) 와 작동로드 (45) 와는 상시 일체로 되어 상하운동한다.

상기 밸브실 (42) 과 플런저실 (54) 과는, 가이드구멍 (57) 과 작동로드 (45) 사이의 틈 (도면에서는 과장되게 그려져 있음) 을 통해 연통되고, 동 플런저실 (54) 은 밸브실 (42) 과 동일한 토출압력의 분위기로 되어 있다. 이와 같이, 작동로드 (45) 와 가이드구멍 (57) 의 틈을 통로로 이용함으로써, 밸브실 (42) 과 플런저실 (54) 을 연통하는 전용 통로를 필요로 하지 않는다. 또한, 상세히 기술하지 않았지만, 플런저실 (54) 을 밸브실 (42) 과 동일한 압력분위기로 함으로써, 그렇게 하지 않은 경우와 비교하여, 제어밸브 (CV) 의 동작특성 (밸브개방도 조절특성) 이 양호해짐을 알 수 있다.

상기 수용통 (52) 의 외주측에는 센터포스트 (53) 및 플런저 (56) 에 걸친 범위로 코일 (61) 이 감겨 배치되어 있다. 이 코일 (61) 에는 외부정보 검지수단 (72) 으로부터의 외부정보 (에어컨 스위치의 온·오프 정보, 차량실 온도정보 및 설정온도 정보 등) 에 따른 제어장치 (70) 의 지령에 기초하여, 구동회로 (71) 로부터 전력이 공급된다.

상기 구동회로 (71) 로부터 코일 (61) 로의 전력공급에 의해, 이 전력공급량에 따른 크기의 전자력 (전자흡인력) 이 플런저 (56) 와 센터포스트 (53) 사이에 발생하고, 이 전자력은 플런저 (56) 를 통해 작동로드 (45) 에 전달된다. 또한, 동 코일 (61) 로의 통전제어는 인가전압을 조정함으로써 이루어지고, 이 인가전압의 조정에는 PWM (펄스폭 변조) 제어가 채용되고 있다.

(제어밸브의 동작특성)

상기 제어밸브 (CV) 에서는 다음과 같이 하여 작동로드 (45) (밸브체부 (46)) 의 배치위치, 즉 밸브개방도가 결정된다.

우선, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 코일 (61) 로의 통전이 없는 경우 (듀티비= 0%) 는, 작동로드 (45) 의 배치에는 감압부재 (48) 자신이 갖는 스프링성 (이하, 벨로우즈 스프링 (48) 이라고 함) 에 기초하는 하향 탄성지지력, 및 개방 스프링 (64) 의 하향 탄성지지력의 작용이 지배적이 된다. 따라서, 작동로드 (45) 는 최하동 위치에 배치되고, 밸브체부 (46) 는 연통로 (43) 를 전부 개방으로 한다. 이로써, 크랭크실 (12) 의 내압은 그 때 놓여진 상황하에서 취할 수 있는 최대값이 되고, 이 크랭크실 (12) 의 내압과 압축실 (20) 의 내압과의 피스톤 (17) 을 통한 차는 크고, 사판 (15) 은 경사각도를 최소로 하여 압축기의 토출용량은 최소가 되어있다.

다음에, 상기 제어밸브 (CV) 에서, 코일 (61) 에 대하여 듀티비 가변범위의 최소 듀티비 (> O%) 이상의 통전이 이루어지면, 상향 (밸브폐쇄 방향) 의 전자력이 벨로우즈 스프링 (48) 및 개방 스프링 (64) 에 의한 하향 탄성지지력을 능가하여 작동로드 (45) 가 상동을 시작한다. 이 상태에서는, 상향 전자력이 벨로우즈 스프링 (48) 및 개방 스프링 (64) 의 하향 탄성지지력에 의해 가세된 2 점간 차압 (△Pd) (= PdH-PdL) 에 기초하는 하향 압압력에 대항한다. 그리고, 이들 상하탄성지지력이 균형되는 위치에, 작동로드 (45) 의 밸브체부 (46) 가 밸브시트 (47) 에 대하여 위치결정된다.

예컨대 엔진 (E) 의 회전속도가 감소하여 냉매순환회로의 냉매유량이 감소하면, 하향 2 점간 차압 (△Pd) 에 기초하는 힘이 감소하여 그 시점에서의 전자력으로는 작동로드 (45) 에 작용하는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (45) (밸브체부 (46)) 가 상동하여 연통로 (43) 의 개방도가 감소하여 크랭크실 (12) 의 내압이 저하되는 경향으로 된다. 이로써, 사판 (15) 이 경사각도 증대 방향으로 경사이동하여 압축기의 토출용량은 증대된다. 압축기의 토출용량이 증대하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 증대하여 2 점간 차압 (△Pd) 은 증가한다.

반대로, 엔진 (E) 의 회전속도가 증대하여 냉매순환회로의 냉매유량이 증대하면, 하향의 2 점간 차압 (△Pd) 에 기초하는 힘이 증대하여 그 시점에서의 전자력으로는 작동로드 (45) 에 작용하는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (45) (밸브체부 (46)) 가 하동(下動)하고 연통로 (43) 의 개방도가 증가하여, 크랭크실 (12) 의 내압이 증대되는 경향으로 된다. 이로써, 사판 (15) 이 경사각도 감소 방향으로 경사이동하여 압축기의 토출용량은 감소된다. 압축기의 토출용량이 감소하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 감소하여 2 점간 차압 (△Pd) 은 감소한다.

또한, 예컨대 코일 (61) 로의 통전 듀티비를 크게 하여 상향의 전자력을 크게하면, 그 시점에서의 2 점간 차압 (△Pd) 에 기초하는 힘으로는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (45) (밸브체부 (46)) 가 상동하고 연통로 (43) 의 개방도가 감소하여 압축기의 토출용량이 증대된다. 그 결과, 냉매순환회로에서의 냉매유량이 증대하여 2 점간 차압 (△Pd) 도 증대한다.

반대로, 코일 (61) 에의 통전 듀티비를 작게하여 상향의 전자력을 작게하면, 그 시점에서의 2 점간 차압 (△Pd) 에 기초하는 힘으로는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (45) (밸브체부 (46)) 가 하동하고 연통로 (43) 의 개방도가 증가하여 압축기의 토출용량이 감소한다. 그 결과, 냉매순환회로에서의 냉매유량이 감소하여 2 점간 차압 (△Pd) 도 감소한다.

요컨대, 상기 제어밸브 (CV) 는 코일 (61) 에의 통전 듀티비에 의해 결정된 2 점간 차압 (△Pd) 의 제어목표 (설정차압) 를 유지하도록, 이 2 점간 차압 (△Pd) 의 변동에 따라 내부 자율적으로 작동로드 (45) (밸브체부 (46)) 를 위치결정하는 구성으로 되어 있다. 또, 이 설정차압는 코일 (61) 에의 통전 듀티비를 조절하는 것으로 외부로부터 변경할 수 있게 되어 있다.

본 실시형태에 있어서는 다음과 같은 효과를 나타낸다.

(1) 증발기 (33) 에서의 열부하의 크기에 영향을 받는 흡입압력 그 자체를 제어밸브 (CV) 의 밸브개방도 제어에서의 직접 지표로 하지 않고, 냉매순환회로에서의 두개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 차압 (△Pd) 을 직접 제어대상으로 하여 압축기의 토출용량의 피드백 제어를 실현하고 있다. 따라서, 증발기 (33) 에서의 열부하 상황에 거의 영향을 받는 일이 없고, 외부제어에 의해 응답성 및 제어성이높은 토출용량의 증가감소제어를 할 수 있다.

(2) 도 7 에 있어서는 비교예의 제어밸브 (CVH) 를 나타낸다. 동 제어밸브 (CVH) 와 본 실시형태의 제어밸브 (CV) 의 큰 상이점은, 개방 스프링 (64) 이 플런저실 (54) 에 수용 배치되고, 플런저 (56) 를 통하여 밸브체부 (46) 를 밸브개방 방향으로 탄성지지하고 있는 점이다. 따라서, 플런저 (56) 의 형상은 플런저실 (54) 내로의 개방 스프링 (64) 의 수용을 허용하기 위해, 바닥이 있는 원통형상을 이루고 있다. 따라서, 동 플런저 (56) 에서 센터포스트 (53) 와의 대향 중앙부에는 개방 스프링 (64) 을 수용하기 위한 큰 공간 (오목부) 이 생겨 양자 (53, 56) 사이의 자로(磁路)가 좁아지게 되어 있다. 이것은 전자 액츄에이터 (51) 가 발생하는 전자력이 약해지는 것으로 이어진다.

그러나, 본 실시형태의 제어밸브 (CV) 에서는, 개방 스프링 (64) 이 밸브실 (42) 에 수용 배치되어 있어, 동 개방 스프링 (64) 을 직접 받지 않아도 되는 플런저 (56) 의 형상 설정의 자유도가 증가한다. 따라서, 플런저 (56) 의 형상을 덮개가 있는 원통형상으로 할 수 있고, 동 플런저 (56) 와 센터포스트 (53) 사이의 자로를 넓게 할 수가 있다. 따라서, 코일 (61) 에 대한 급전량(給電量)이 동일한 경우, 전자 액츄에이터 (51) 에 발생하는 전자력이 비교예보다도 강해져, 적은 전력으로 원하는 설정차압의 설정을 할 수 있다.

또한, 상기 벨로우즈 스프링 (48) 에 개방 스프링 (64) 의 역할을 겸하게 하는 것도 가능하다. 그러나, 동 개방 스프링 (64) 의 역할을 하기 위해, 감압부재 (48) 의 동작특성 (2 점간 차압 (△Pd) 의 변동에 따른 신축특성) 이 적합한 설정이 곤란해진다. 따라서, 벨로우즈 스프링 (48) 에 의한 개방 스프링 (64) 의 겸용은 바람직한 양태라고 할 수 없다.

(3) 밸브체측 스프링시트 (서클립 (62)) 는 밸브체부 (46) 와는 다른 부재에 의해 구성되어 있다. 따라서, 밸브체측 스프링시트를 밸브체부 (46) 에 일체로 형성하는 경우 (이 양태도 본 발명의 취지를 일탈하는 것은 아님) 와 비교하여, 동 밸브체부 (46) 를 단순한 원주형상으로 할 수 있어, 그 제작이 용이해진다.

(4) 밸브체측 스프링시트는 서클립 (62) 에 의해 구성되어 있고, 그 밸브체부 (46) 에 대한 장착을 간단하게 할 수 있다.

(5) 작동로드 (45) 의 상단부는 연통로 (43) 에 슬라이딩이 가능하게 지지되어 있다. 작동로드 (45) 의 하단부는 그것에 끼워져 고정된 플런저 (56) 를 통하여 수용통 (52) 의 내주면에 의해 슬라이딩이 가능하게 지지되어 있다. 가이드구멍 (57) 과 작동로드 (45) 사이에는 틈이 형성되어 있다.

요컨대, 밸브 하우징 (41) 에 있어서 작동로드 (45) 및 플런저 (56) 로 이루어지는 일체물의 지지는 그 최상단과 최하단이 떨어진 두 개소에서 행해지고 있다. 따라서, 작동로드 (45) 의 중간부를 가이드구멍 (57) 에 의해 슬라이딩이 가능하게 지지시키는 경우와 비교하여, 상기 일체물의 지지가 안정적으로 이루어져, 동 일체물의 경사를 방지하여 밸브 하우징 (41) 과의 사이에서의 슬라이딩 저항을 경감할 수 있다. 이로써, 제어밸브 (CV) 의 동작특성 (밸브개방도 조절특성) 에서 히스테리시스한 경향의 발현을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 취지에서 일탈하지 않는 범위에서 이하의 양태도 실시할 수있다.

·도 3 에 나타내는 바와 같이, 상기 실시형태의 제어밸브 (CV) 를 변경하고, 급기통로 (28) 의 하류부를 통하여 밸브실 (42) 을 크랭크실 (12) 에 연통시킴 과 동시에, 급기통로 (28) 의 상류부를 통해 연통로 (43) 를 토출실 (22) 에 연통시킬 것. 이와 같이 하면, 인접하는 제 2 압력실 (50) 과 연통로 (43) 사이의 압력차를 작게 할 수가 있고, 나아가서는 양자 (43, 50) 사이에서의 압력 누출을 억제할 수 있어 정밀도가 높은 토출용량 제어를 할 수 있다.

또, 도 3 의 양태에 있어서는, 밸브체부 (46) 에 대하여 연통로 (43) 내의 토출압력이 전자 액츄에이터 (51) 로부터의 전자력과 대항하는 방향으로 작용된다. 따라서, 전자 액츄에이터 (51) 가 이 연통로 (43) 내의 토출압력에 대항하고 밸브체부 (46) 를 전부 폐쇄상태로 하기 위해서는, 상기 실시형태의 양태 (도 2 참조) 보다도 강한 전자력을 밸브체부 (46) 에 작용시키지 않으면 안된다. 즉, 이러한 구성에서, 상기 실시형태의 효과 (2) 에서 서술한 바와 같이 플런저 (56) 의 형상 설정의 자유도가 증가하는 것 (전자력이 증가하는 것) 은 특히 바람직한 것이다.

·도 4 에 나타내는 바와 같이, 밸브실 (42) 에서 하우징측 밸브시트 (63) 의 주위에 소직경부 (65) 를 형성하고, 동 소직경부 (65) 의 내경을 개방 스프링 (64) 의 외경 정도로 할 것. 이와 같이 하면, 개방 스프링 (64) 의 상단부가 소직경부 (65) 에 의해 유지되고, 동 개방 스프링 (64) 이 밸브 하우징 (41) 의 축선과 교차 방향으로 어긋나 움직이는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 개방 스프링 (64) 이 서클립 (62) 및 하우징측 스프링시트 (63) 로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다. 특히 개방 스프링 (64) 의 상단부가 하우징측 스프링시트 (63) 로부터 빠지는 것을 방지할 수 있는 것은, 동 단부가 연통로 (43) 와 밸브실 (42) 사이에서의 가스유통의 방해가 되는 것, 즉 토출용량 제어의 방해가 되는 것의 방지로 이어진다.

·도 5 에 나타내는 바와 같이, 도 4 의 양태에서 소직경부 (65) 의 내주면을 하우징측 스프링시트 (63) 측에 소직경이 되는 테이퍼 형상으로 할 것. 이와 같이 하면, 밸브 하우징 (41) 에 대한 개방 스프링 (64) 의 조립시에 있어서, 동 개방 스프링 (64) 의 상단부가 소직경부 (65) 의 테이퍼면에 의해 하우징측 스프링시트 (63) 로 안내되고, 이 조합작업을 용이하게 할 수 있다.

·도 6 에 나타내는 바와 같이, 개방 스프링 (64) 으로서 하우징측 스프링시트 (63) 를 향하여 대직경이 되는 원추 스프링을 사용할 것. 이와 같이 하면, 밸브실 (42) 내를 복잡한 형상 (소직경부 (65)) 으로 하지 않더라도 개방 스프링 (64) 의 안정성이 증가하여, 도 4 의 양태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

·제 1 압력감시점 (P1) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자 사이의 흡입압력 영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 동일한 흡입압력 영역에서 제 1 압력감시점 (P1) 의 하류측에 설정할 것.

·제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자 사이의 토출압력 영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자 사이의 흡입압력 영역에 설정할 것.

·제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자 사이의 토출압력 영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 크랭크실 (12) 에 설정할 것. 혹은, 제 2 압력감시점 (P2) 을 크랭크실 (12) 에 설정함과 동시에, 제 1 압력감시점 (P1) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자 사이의 흡입압력 영역에 설정할 것. 즉, 압력감시점 (P1, P2) 은, 상기 실시형태와 같이, 냉매순환회로의 주회로인 냉동 사이클 (외부 냉매회로 (30) (증발기 (33)) → 흡입실 (21) → 압축실 (20) → 토출실 (22) →외부 냉매회로 (30) (응축기 (31))) 로 설정할 것, 더욱 자세히 서술하면 냉동 사이클의 고압 영역 및/또는 저압 영역으로 설정하는 것에 한정되는 것은 아니고, 냉매순환회로의 부회로로서 위치를 부여받게 되는, 용량제어용 냉매회로 (급기통로 (28) → 크랭크실 (12) → 추기통로 (27)) 를 구성하는, 중간압력 영역으로서의 크랭크실 (12) 에 설정해도 된다.

·제어밸브 (CV) 를, 급기통로 (28) 가 아니고 추기통로 (27) 의 개방도 조절에 의해 크랭크실 (12) 의 내압을 조절하는, 소위 발(拔)측 제어밸브로 해도 된다.

·워블타입의 용량가변형 압축기의 제어밸브에서 구체화할 것.

상기 실시형태로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 대하여 기재한다.

(1) 상기 용량가변형 압축기는 사판식이고, 제어실은 사판을 수용하는 크랭크실인 청구항 1 ∼ 8 중 어느 하나에 기재된 제어밸브.

(2) 상기 두개의 압력감시점에서, 한쪽은 냉매순환회로의 토출압력 영역에설정되어 있고, 다른 쪽은 동일한 토출압력 영역에서 한쪽보다도 하류측에 설정되어 있는 청구항 1 ∼ 8, 또는 상기 (1) 중 어느 하나에 기재된 제어밸브.

(3) 상기 소직경부의 내주면은 하우징측 스프링시트를 향하여 소직경으로 되는 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 청구항 4 에 기재된 제어밸브.

(4) 상기 공조장치는 차량용이고, 용량가변형 압축기는 차량의 주행구동원에 동력전달기구를 통하여 작동연결되어 있고, 동 동력전달기구는 클러치리스 타입인 청구항 1 ∼ 8, 또는 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 제어밸브.

이상 상세히 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 용량가변형 압축기의 토출용량의 제어성이나 응답성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 공조장치의 냉매순환회로를 구성함과 동시에, 제어실의 압력을 조절함으로써 토출용량이 변경가능한 용량가변형 압축기에 사용되는 제어밸브에 있어서,

   밸브 하우징내에 형성되고, 상기 용량가변형 압축기의 제어실과 냉매순환회로의 토출압력 영역을 연통하는 급기통로, 또는 제어실과 냉매순환회로의 흡입압력 영역을 연통하는 추기통로의 일부를 구성하는 밸브실과,

   상기 밸브실내에 변위가능하게 수용되고, 급기통로 또는 추기통로의 개방도가 조절가능한 밸브체와,

   상기 밸브실내에 수용되고, 밸브체를 개방 방향으로 탄성지지하는 개방스프링과,

   상기 냉매순환회로에 설정된 두개의 압력감시점 간의 압력차가 검출가능하고, 이 두개의 압력감시점 간의 압력차의 변동에 기초하여 감압부재가 변위함으로써, 동 압역차의 변동을 상쇄하는 측에 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브체를 동작시키는 감압기구와,

   상기 밸브체에 부여하는 힘을 외부로부터의 제어에 의해 변경함으로써 감압부재에 의한 밸브체의 위치결정 동작의 기준이 되는 설정차압을 변경가능한 설정차압 변경수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제어밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브체에서 개방스프링을 받치고 있는 밸브체측 스프링시트는 동 밸브체와는 다른 부재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브체측 스프링시트는 밸브체에 밖에서 끼워 고정된 서클립에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브실에서 개방스프링을 받치고 있는 하우징측 스프링시트의 주위에는, 동 개방 스프링의 단부를 유지하는 소직경부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어밸브.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브실은 급기통로의 일부를 구성하고, 동 밸브실은 밸브체에 의해 개방도가 조절되는 밸브구멍을 통하여 토출압력 영역에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 제어밸브.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 설정차압 변경수단은 전자 액츄에이터로 이루어지며, 동 전자 액츄에이터는 외부로부터의 급전 제어에 의해 발생하는 전자력을 플런저 및 작동로드를 통하여 밸브체에 부여하는 구성인 것을 특징으로 하는 제어밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브실과, 상기 전자 액츄에이터에서 플런저를 수용하는 플런저실과는, 작동로드와 동 작동로드가 삽입통과되는 센터포스트와의 틈을 통하여 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 제어밸브.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전자 액츄에이터는 외부로부터의 급전에 의해 작동로드가 삽입통과되는 센터포스트와 플런저와의 사이에 밸브폐쇄 방향의 전자 흡인력을 발생시키는 구성인 것을 특징으로 하는 제어밸브.