KR20110035597A - 가변용량형 사판식 압축기의 제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 제어밸브(70)는 압축기의 토출실(D)과 연통되는 밸브실(72)과, 상기 압축기의 크랭크실(C)과 연통되는 제1연통실(74)과, 상기 압축기의 흡입실(S)과 연통되는 제2연통실(76)과, 제2연통실(76)과 축공(79)에 의해 연통되는 변압실(78a)을 포함하는 밸브하우징(71)과; 상기 밸브실(72)과 상기 제1연통실(74)을 연결하는 밸브통공(83)을 선택적으로 개폐하는 밸브체(80)와; 선단이 상기 밸브체(80)를 지지하여 상기 밸브통공(83)을 개방하도록 하며, 내부에 상기 제1연통실(74)과 상기 변압실(78a)을 연통시키는 배출통로(87)를 가지는 로드(85)를 포함하여 구성되며, 압축기의 초기 동작시에 상기 배출통로(87)가 개방되도록 구성된다. 본 발명에 의하면, 압축기의 초기 구동시에 크랭크실에 고여있던 액냉매가 제어밸브의 배출통로(87)를 통해 흡입실로 배출된다. 이에 따라 압축기의 초기 구동시에 크랭크실의 압력이 신속하게 낮아지고 압축기의 최대용량 운전시까지 걸리는 시간이 줄어들게 됨으로써 압축기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

사판, 압축기, 제어밸브, 액냉매, 배출통로

Description

가변용량형 사판식 압축기의 제어밸브{A control valve for Variable displacement swash plate type compressor}

본 발명은 가변용량형 사판식 압축기에 설치되어 사판의 경사각을 조절하여 압축기의 토출용량을 제어하는 제어밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기의 초기 구동시에 크랭크실에 고여있는 액냉매를 배출하는 제어밸브에 관한 것이다.

차량용 공기 조화 장치 등에 사용되는 압축기로서, 토출용량을 가변 제어할 수 있는 가변용량형 사판식 압축기(이하, '압축기'라 칭함)가 있다.

이러한 압축기는 다수개의 실린더보어가 방사상으로 형성되는 실린더블록과, 실린더블록의 전단에 결합되어 크랭크실을 형성하는 전방하우징, 그리고 상기 실린더블록의 후단에 결합되어 흡입실과 토출실을 형성하는 후방하우징을 포함한다. 그리고 다수개의 볼트가 상기 전방하우징, 실린더블록, 후방하우징을 관통하여 체결되는 것에 의해 전체적인 압축기의 외관이 완성된다.

상기 전방하우징과 실린더블록을 관통하여서는 엔진으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동축이 설치된다. 그리고 상기 구동축에는 실린더보어 내의 피스톤을 왕복운동시키기 위한 사판이 설치되는데, 상기 사판은 상기 구동축에 대하여 직교하거나 일정한 각도로 기울어진 상태로 변화할 수 있도록 구성된다.

상기 흡입실의 작동유체는 상기 구동축 내부를 통과하여 상기 실린더보어 내부로 유입된 상태에서 상기 사판에 연결된 피스톤의 직선왕복이동에 따라 압축되고, 압축된 작동유체는 상기 토출실을 통해 배출된다.

이때 상기 사판의 경사각이 크면 피스톤의 스트로크가 커 작동유체의 토출량이 많아지고, 사판의 경사각이 작으면 피스톤의 스트로크가 작아 작동유체의 토출량이 적어진다.

상기 사판의 경사각은 크랭크실 압력과 흡입실 압력의 차이에 의해 결정되는데, 보통은 상기 크랭크실의 압력이 높아지면 상기 사판의 경사각이 작아지며(즉, 사판이 구동축에 대하여 직교하게 됨), 상기 크랭크실의 압력이 낮아지면 사판의 경사각이 커진다(즉, 사판이 구동축에 대하여 기울어짐). 실제로 크랭크실의 압력을 변화시키는 것에 의하여, 상기 사판의 경사각을 조절할 수 있다.

이러한 크랭크실의 압력 변화는 압축기의 후방하우징에 설치되는 제어밸브에 의해 조절된다. 상기 제어밸브는 크랭크실과 토출실을 선택적으로 연통시키는 것에 의하여 크랭크실의 압력을 변화시키게 된다. 예를 들어 상기 제어밸브는 크랭크실과 토출실을 연통시키는 밸브구멍을 선택적으로 차폐하는 밸브를 포함하여, 냉방 부하가 낮아지면 상기 밸브구멍을 개방한다. 이때 토출실로 토출되는 고압의 작동유체 일부가 크랭크실로 유입되어 크랭크실의 압력이 높아진다.

종래의 압축기에 있어서, 압축기의 정지시간이 길어질 경우 압축기 온도가 낮아져 크랭크실에 액체 상태의 냉매(이하, '액냉매'라 칭함)가 고이게 된다. 이와 같이 액냉매가 차있는 상태에서 압축기가 가동되면 크랭크실의 압력 저하가 신속하게 이루어지지 않아, 압축기의 초기 기동시까지 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축기 초기 기동시에 크랭크실 압력을 낮춰주는 제어밸브를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 압축기의 토출실과 연통되는 밸브실과, 상기 압축기의 크랭크실과 연통되는 제1연통실과, 상기 압축기의 흡입실과 연통되는 제2연통실과, 제2연통실과 축공에 의해 연통되는 변압실을 포함하는 밸브하우징과; 상기 밸브실에 설치되어 상기 밸브실과 상기 제1연통실을 연결하는 밸브통공을 선택적으로 개폐하는 밸브체와; 상기 밸브통공 및 상기 축공에 이동가능하게 설치되고, 선단이 상기 밸브체를 지지하여 상기 밸브통공을 개방하도록 하며, 내부에 상기 제1연통실과 상기 변압실을 연통시키는 배출통로를 가지는 로드를 포함하여 구성되고: 압축기의 초기 동작시에 상기 배출통로가 개방됨을 특징으로 한다.

이때, 상기 배출통로는, 상기 로드의 중앙에 축방향으로 길게 형성되고 상기 변압실에 위치하는 상기 로드의 단부에서 열리는 중앙홀과; 상기 중앙홀과 상기 제1연통실을 연결하는 수평홀로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 압축기의 초기 구동시에 크랭크실에 고여있던 액냉매가 제어밸브의 배출통로를 통해 흡입실로 배출된다. 이에 따라 압축기의 초기 구동시에 크랭크실의 압력이 신속하게 낮아지고 압축기의 최대용량 운전시까지 걸리는 시간이 줄어들게 됨으로써 압축기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

이하 도면에 도시된 실시예에 기초하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 1에는 본 발명에 의한 제어밸브의 바람직한 실시예가 적용된 가변 용량형 사판식 압축기의 내부구성이 단면도로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 제어밸브의 구성이 단면도로 도시되어 있다.

먼저, 도 1을 기초하여 가변 용량형 사판식 압축기의 구조에 대하여 살펴본다.

가변 용량형 사판식 압축기는 다수개의 실린더보어(11)가 방사상으로 배치되는 실린더블록(10)과, 상기 실린더블록(10)의 전방에 결합되어 크랭크실(C)을 형성하는 전방하우징(30), 그리고 실린더블록(10)의 후방에 결합되어 흡입실(S)과 토출실(D)을 형성하는 후방하우징(50)을 포함한다. 실제로 다수개의 볼트(B)가 상기 전방하우징(30), 실린더블록(10), 후방하우징(50)을 관통하여 체결되는 것에 의해 압축기의 조립이 완성된다.

상기 실린더블록(10)에는 다수개의 실린더보어(11)가 상기 실린더블록(10)의 가장자리를 둘러 일정한 간격을 두고 형성되며, 실제로 상기 실린더보어(11)는 상기 실린더블록(10)을 관통하도록 되어 있다. 상기 실린더보어(11)의 내부에는 피스톤(15)이 각각 수납되어 직선 왕복운동함으로써, 실린더보어(11) 내로 유입되는 작동유체를 압축하게 된다.

상기 전방하우징(30)과 실린더블록(10) 사이에는 전방하우징(30)의 후방이 오목하게 형성됨에 따라 크랭크실(C)이 만들어진다. 상기 크랭크실(C)의 내부에는 상기 피스톤(15)을 왕복운동시키기 위한 구성들이 설치된다.

먼저, 구동축(40)은 상기 전방하우징(30)의 축공(32)을 관통하여 실린더블록(10)의 중심에 형성되어 있는 센터보어(12)에 회전가능하게 설치된다. 상기 구동축(40)은 자동차의 엔진으로부터 전달되는 구동력에 의해 회전된다. 상기 구동축(40)의 회전을 지지하기 위해 상기 센터보어(12) 및 축공(32)에는 베어링(14, 34)이 각각 설치된다.

그리고 상기 크랭크실(C)의 내부에는, 상기 구동축(40)이 중앙을 관통하고 상기 구동축(40)과 함께 회전하는 로터(41)가 설치된다. 상기 로터(41)는 대략 원판상으로 형성되고, 그 일측에는 힌지아암(43)이 돌출되도록 형성되어 있다.

또한, 상기 구동축(40)에는 피스톤(15)을 왕복 이동시키기 위한 사판(45)이 설치된다. 상기 사판(45)은 압축기의 토출용량에 따라 상기 구동축(40)에 대한 경사각이 변할 수 있다. 여기에서 상기 사판(45)의 경사각은 상기 구동축(40)과 직교하는 면과 상기 사판(45)의 면에 의하여 이루어지는 각도를 의미한다. 즉, 상기 사판(45)은 상기 구동축(40)에 대하여 직교하거나 구동축(40)에 대하여 일정한 각도 로 기울어진 상태로 변화한다.

상기 사판(45)의 일측에는 상기 로터(41)의 힌지아암(43)과 연결되는 연결아암(46)이 돌출되어 성형되어 있다. 상기 연결아암(46)과 힌지아암(43)은 힌지핀(47)에 의해 상기 사판(45)의 각도 변화를 수용할 수 있도록 연결된다.

상기 사판(45)의 가장자리부분, 즉 외주연부는 상기 피스톤(15)의 전방에 돌출되는 연결부(17)의 슈(18) 사이에 결합되어 있다. 상기 사판(45)이 경사진 상태로 회전되면 그 외주연부가 상기 슈(18) 사이를 지나감에 따라 상기 피스톤(15)이 직선 왕복운동을 하면서 작동유체를 압축하게 된다.

상기 사판(45)과 로터(41) 사이의 구동축(40)에는 소정의 탄성력을 가지는 반경사스프링(48)이 설치된다. 상기 반경사스프링(48)은 사판(45)의 경사각이 커지는 방향, 즉 사판(45)의 기울기가 커지도록 사판(45)을 가압하고 있다.

한편, 상기 실린더블록(10)과 후방하우징(50)의 사이에는 흡입실(S) 및 토출실(D)과 실린더보어(11) 사이에서 냉매의 유동을 제어하는 밸브어셈블리(60)가 구비된다. 즉, 상기 밸브어셈블리(60)는 흡입실(S)에서 실린더보어(11)로, 그리고 실린더보어(11)에서 토출실(D)로의 냉매 유동을 제어한다.

이와 같은 가변 용량형 사판식 압축기에서는 크랭크실(C) 내에서 경사각이 가변될 수 있도록 설치되는 사판(45)이 구동축(40)의 회전운동에 따라 구동되면서, 피스톤(15)을 직선 왕복 운동시키게 된다.

이때 상기 사판(45)의 경사각이 크면 피스톤(15)의 스트로크가 커 작동유체의 토출량이 많아지고, 사판(45)의 경사각이 작으면 피스톤(15)의 스트로크가 작아 작동유체의 토출량이 적어진다.

상기 사판(45)의 경사각은 크랭크실(C) 압력과 흡입실(S) 압력의 차이에 의해 결정되는데, 보통은 상기 크랭크실의 압력이 높아지면 상기 사판(45)의 경사각이 작아지며(즉, 사판이 구동축에 대하여 직교하게 됨), 상기 크랭크실의 압력이 낮아지면 사판(45)의 경사각이 커진다(즉, 사판이 구동축에 대하여 기울어짐). 실제로 크랭크실(C)의 압력을 변화시키는 것에 의하여, 상기 사판(45)의 경사각을 조절할 수 있다.

도 1과 같이 상기 크랭크실(C)의 압력을 조절하기 위해 상기 후방하우징(50)에는 제어밸브(70)가 설치된다. 상기 제어밸브(70)는 크랭크실(C)과 토출실(D)을 선택적으로 연통시키는 것에 의하여 크랭크실(C)의 압력을 변화시킨다.

도 2를 기초하여 제어밸브(70)의 구성을 설명한다.

상기 제어밸브(70)는 밸브실(72), 제1 및 제2연통실(74,76), 변압실(78a)을 가지는 밸브하우징(71)과, 상기 밸브하우징(71) 내의 통로를 개폐하여 압축기의 토출실(D)과 크랭크실(C)을 선택적으로 연통시키는 밸브체(80)와, 상기 밸브하우징(71)의 중심축에 축방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 밸브체(80)를 선택적으로 지지하는 로드(85)와, 상기 로드(85)의 이동을 규제하는 이동판(90)을 포함한다.

상기 밸브실(72)은 도 2를 기준으로 상기 밸브하우징(71)의 상부에 형성되며, 포트(73)에 의하여 상기 압축기의 토출실(D)과 연통되어 있다. 또한 상기 밸브실(72)의 하부에는 포트(75)에 의해 크랭크실(C)과 연통되는 제1연통실(74)이 형성 된다. 상기 제1연통실(74)과 상기 밸브실(72)은 밸브구멍(83)에 의해 연통된다.

또한 상기 밸브실(72)에는, 상기 밸브구멍(83)을 선택적으로 개폐하는 밸브체(80)가 설치된다. 그리고 상기 밸브실(72)에는 상기 밸브체(80)를 밸브구멍(83) 쪽으로 밀어주는 탄성부재(82)가 구비된다. 본 실시예에서 상기 탄성부재(82)는 코일스프링이다.

한편, 상기 제1연통실(74)의 하부에는 상기 흡입실(S)과 연통되는 제2연통실(76)이 형성된다. 상기 흡입실(S)과 제2연통실(76)은 포트(77)에 의해 연통된다. 그리고 상기 제2연통실(76)의 하부에는 변압실(78a)이 형성된다. 이때 상기 제2연통실(76)과 변압실(78a)은 축공(79)에 의해 연통된다. 따라서 상기 변압실(78a)의 압력 변화는 상기 흡입실(S)의 압력변화에 비례한다.

상기 변압실(78a)의 하부에는 탄성부재(95)가 설치되는 안착실(78b)이 형성되고, 상기 변압실(78a)과 안착실(78b)을 이동판(90)이 구획한다. 상기 이동판(90)은 다이아프램구조로 형성되어 상기 변압실(78a)의 압력과 상기 탄성부재(95)의 탄성력 차이에 의해 상기 제어밸브(70)의 축방향으로 이동가능하다.

그리고 상기 탄성부재(95)는 상기 변압실(78a)의 압력이 작아지면 신장하고, 상기 변압실(78a)의 압력이 커지면 수축한다. 따라서 상기 변압실(78a)의 압력이 작으면 상기 탄성부재(95)이 신장하고, 탄성부재(95)가 신장함에 따라 상기 이동판(90)이 상기 로드(85)를 밀어주어 밸브체(80)가 상기 밸브구멍(83)을 개방하게 된다.

상기 제어밸브(70)의 축방향으로 이동가능하게 설치되는 로드(85)는, 그 선 단이 상기 밸브체(80)를 지지하고 있으며, 그 후단은 상기 이동판(90)에 의해 지지된다.

한편, 상기 로드(85)의 내부에는 상기 크랭크실(C)과 흡입실(S)을 연통시키기 위한 배출통로(87)가 형성된다. 상기 배출통로(87)는 압축기의 구동 초기에 크랭크실(C)에 고여있던 액냉매를 흡입실(S)로 배출하기 위한 통로이다.

본 실시예에서는 상기 배출통로(87)가 상기 로드(85)의 내부에 형성되고, 상기 제1연통실(74)과 변압실(78a)을 연통하도록 형성된다. 즉, 상기 배출통로(87)는 상기 로드(85)의 중앙을 축방향으로 소정길이 관통하고 상기 이동판(90)에 의해 지지되며 상기 로드(85)의 단부를 통해 열리는 중앙홀(87a)과, 상기 중앙홀(87a)의 단부에서 직교하게 연장되고 상기 제1연통실(74)과 연통되는 수평홀(87b)로 구성된다.

다음으로 이와 같은 구성을 가지는 제어밸브(70)의 동작에 관하여 설명한다.

도 3에는 압축기의 초기 동작 상태일 때 제어밸브의 동작이 단면도로 도시되어 있다. 참고로 도 3의 화살표는 액냉매의 이동 경로를 표시한 것이다. 이하 압축기의 정지시간이 길어 압축기의 온도가 하강함에 따라 크랭크실(C)에 액냉매가 고이게 된 상태를 가정하고 설명한다.

크랭크실(C)에 액냉매가 고인 상태에서 압축기가 구동되면 순간적으로 흡입실 압력(Ps)이 증가하면서 변압실(78a)의 압력도 커진다. 그러면 이동판(90)이 탄성부재(95)의 탄성력을 극복하면서 하방으로 즉, 상기 로드(85)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 이로 인해 상기 배출통로(87)가 변압실(78a)에서 열리게 되고 상 기 크랭크실(C)의 액냉매가 도 3의 화살표에 표시된 바와 같이 포트(95), 배출통로(87)을 지나고 변압실(78a)과 축공(79)을 통과하여 흡입실(S)로 배출된다. 상기 크랭크실(C)에서는 액냉매가 빠져나간 만큼 부피가 커지므로 그 결과 크랭크실(C)의 압력(Pc)이 작아지게 된다.

상기 크랭크실(C)의 압력(Pc)이 작아지면, 사판(45)의 경사각이 커지게 되며, 피스톤(15)의 행정거리가 증가하여 압축기의 토출용량이 증가한다. 이와 같이 압축기의 초기 구동시에 크랭크실(C)의 액냉매가 배출됨으로써 압축기의 초기 응답시간이 짧아지게 된다.

한편, 냉방 부하가 작아지면 압축기는 최대 용량 운전으로부터 용량이 작아지도록 운전한다. 도 4에는 냉방 부하가 작아질 때의 제어밸브 동작이 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉방부하가 작아짐에 따라 흡입실 압력(Ps)이 저하된다. 이로 인해 변압실(78a) 압력이 작아져 이동판(90)을 지지하고 있던 탄성부재(95)가 신장함에 따라 이동판(90)이 상부로 이동하여, 상기 로드(85)가 밀어올려지게 된다. 이에 따라 상기 로드(85)의 선단에 위치한 밸브체(80)가 상기 밸브구멍(83)을 개방한다. 이때 개방된 밸브구멍(83)을 통해 토출실(D)의 고압 작동유체 일부가 제1연통실(74)을 지나 크랭크실(C)로 유입된다. 그리고 고압 작동유체가 크랭크실(C)로 들어와 크랭크실(C)의 내부 압력이 커지게 되면서 사판(45)의 경사각이 작아지고 피스톤(15)의 행정거리가 작아진다. 이때, 도 4와 같이 상기 이동판(90)이 로드(85)의 단부에 밀착된 상태이므로, 상기 배출통로(97)는 차단된 상태 가 유지된다.

다시 냉방부하가 커져 흡입실(S)의 압력(Ps)이 커지면 상기 로드(85)를 지지하고 있던 이동판(90)이 하방으로 이동하고, 상기 밸브체(80)를 밀어주는 탄성부재(82)의 탄성력에 의해 상기 밸브체(80)가 상기 밸브통공(83)을 막아주게 되어 크랭크실(C)에 토출실(D)의 고압 작동유체가 유입되지 않도록 된다.

이와 같이 상기 밸브구멍(83)의 개폐가 반복되면서 압축기는 냉방부하에 따르는 가변 용량 운전을 행하게 된다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 본 발명에 의한 제어밸브의 바람직한 실시예가 적용된 가변 용량형 사판식 압축기의 내부구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 제어밸브의 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 실시예에서 압축기의 초기 동작 상태일 때 제어밸브의 동작을 보인 단면도.

도 4는 본 실시예에서 냉방 부하가 작아질 때 제어밸브 동작을 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 실린더블록 11: 실린더보어

12:센터보어 15: 피스톤

30: 전방하우징 40: 구동축

41: 로터 45: 사판

50: 후방하우징 60: 밸브어셈블리

70: 제어밸브 71: 밸브하우징

72: 밸브실 73, 75, 77: 포트

74: 제1연통실 76: 제2연통실

78a: 변압실 78b: 안착실

80: 밸브체 83: 밸브통공

85: 로드 87: 배출통로

87a: 중앙홀 87b: 수평홀

90: 이동판 82, 95: 탄성부재

C: 크랭크실 D: 토출실

S: 흡입실 B: 볼트

Claims (2)

1. 압축기의 토출실(D)과 연통되는 밸브실(72)과, 상기 압축기의 크랭크실(C)과 연통되는 제1연통실(74)과, 상기 압축기의 흡입실(S)과 연통되는 제2연통실(76)과, 제2연통실(76)과 축공(79)에 의해 연통되는 변압실(78a)을 포함하는 밸브하우징(71)과;

   상기 밸브실(72)에 설치되어 상기 밸브실(72)과 상기 제1연통실(74)을 연결하는 밸브통공(83)을 선택적으로 개폐하는 밸브체(80)와;

   상기 밸브통공(83) 및 상기 축공(79)에 이동가능하게 설치되고, 선단이 상기 밸브체(80)를 지지하여 상기 밸브통공(83)을 개방하도록 하며, 내부에 상기 제1연통실(74)과 상기 변압실(78a)을 연통시키는 배출통로(87)를 가지는 로드(85)를 포함하여 구성되고:

   압축기의 초기 동작시에 상기 배출통로(87)가 개방됨을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 제어밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출통로(87)는,

   상기 로드(85)의 중앙에 축방향으로 길게 형성되고 상기 변압실(78a)에 위치하는 상기 로드(85)의 단부에서 열리는 중앙홀(87a)과;

   상기 중앙홀(87a)과 상기 제1연통실(74)을 연결하는 수평홀(87b)로 구성됨을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 제어밸브.

Images