KR20130092880A - 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리 - Google Patents

가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리 Download PDF

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윤홍국
송세영
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Abstract

본 발명은 토출측 리드밸브의 힘 적용점에 대한 조절을 통해 상기 토출측 리드밸브가 피로 파괴로 인한 헤드부와 연장부 간의 경계 부위에 대한 파손이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 밸브어셈블리의 토출 가스켓에 토출측 리드밸브를 이루는 리드의 개폐 동작에 의해 상기 리드와 함께 탄력적으로 휨 변형이 이루어지면서 밸브플레이트의 토출공이 선택적으로 개방되도록 하는 개폐부가 형성됨을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리가 제공된다.

Description

가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리{valve assembly of swash plate type variable capacity compressor}
본 발명은 가변용량형 사판식 압축기에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 토출측 리드밸브의 힘 적용점에 대한 조절을 통해 상기 토출측 리드밸브가 피로 파괴로 인한 헤드부와 연장부 간의 경계 부위에 대한 파손이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 공조시스템에서 사용되는 압축기는 증발기로부터 증발이 완료된 냉매를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온과 고압상태로 만들어 응축기로 전달하는 역할을 한다.
이러한 차량용 공조시스템의 압축기 중 사판식 압축기는 엔진의 구동력으로 구동축이 회전되면서 사판을 회전시키고, 이러한 사판의 회전에 따라 피스톤이 왕복이동되도록 하여 냉매를 압축하는 구조이며, 가변용량형 사판식 압축기는 상기한 사판식 압축기의 사판이 압축용량에 따라 경사각의 변화가 가능하도록 구성한 압축기이다.
도 1 및 도 2에는 종래의 일반적인 가변용량형 사판식 압축기의 구성이 단면도로 도시되어 있다.
이에 따르면, 종래의 가변용량형 사판식 압축기는 실린더블록(10)과, 전방하우징(21)과, 후방하우징(22) 및 구동부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 실린더블록(10)은 압축기의 중앙측 몸체를 형성하며, 후방측 공간의 중앙 부위에는 센터보어(11)가 관통 형성됨과 더불어 상기 센터보어(11)를 중심으로 방사상의 위치에는 복수의 실린더보어(12)가 각각 형성된다. 이때, 상기 각 실린더보어(12) 내에는 피스톤(32)이 각각 수용되면서 상기 실린더보어(12) 내로 제공된 냉매를 압축하도록 구성된다.
그리고, 상기 전방하우징(21)은 상기 실린더블록(10)의 전방에 결합되면서 압축기의 전방측 몸체를 형성하고, 상기 후방하우징(22)은 상기 실린더블록(10)의 후방에 결합되면서 압축기의 후방측 몸체를 형성한다.
이때, 상기 전방하우징(21)의 내에는 구동부의 설치를 위한 크랭크실(21a)이 형성되며, 상기 후방하우징(22)에는 외부로부터 냉매가 유입되는 흡입실(22b)과, 상기 실린더보어(12) 내의 압축된 냉매가 토출되는 토출실(22a)이 각각 형성된다.
그리고, 상기 구동부는 상기 전방하우징(21)과 실린더블록(10)의 중앙을 관통하여 설치되면서 엔진으로부터 전달되는 구동력에 의해 회전하는 구동축(31)과, 크랭크실(21a) 내에서 구동축(31)에 결합되어 구동축(31)과 함께 회전하는 로터(33)와, 상기 로터(33)와 힌지 결합되어 경사각이 가변 가능한 사판(36)을 포함한다.
이때, 상기 사판(36)은 슈(39)를 통해 각 피스톤(32)과 연결되며, 이로 인해 상기 각 피스톤(32)은 상기 사판(36)의 회전에 의해 실린더보어(12) 내를 왕복 이동하면서 상기 실린더보어(12) 내의 냉매를 압축하게 된다.
한편, 상기 실린더블록(10)과 후방하우징(22) 사이에는 밸브어셈블리(50)가 구비되며, 상기 밸브어셈블리(50)는 냉매의 유동을 제어하는 역할을 수행한다.
상기한 밸브어셈블리(50)는 도 3에 도시한 바와 같이 밸브플레이트(51)와, 흡입측 리드밸브(52) 및 토출측 리드밸브(53)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 밸브플레이트(51)에는 상기 실린더블록(10)의 각 실린더보어(12)와 상기 후방하우징(22)의 흡입실(22b) 간을 연통시키는 복수의 흡입공(51a)과, 상기 실린더블록(10)의 각 실린더보어(12)와 상기 후방하우징(22)의 토출실(22a) 간을 연통시키는 복수의 토출공(51b)이 형성되어 이루어진다.
또한, 상기 흡입측 리드밸브(52)는 상기 밸브플레이트(51)와 상기 실린더블록(10) 사이에 위치되면서 상기 밸브플레이트(51)의 각 흡입공(51a)을 선택적으로 개방하는 역할을 하며, 상기 토출측 리드밸브(53)는 상기 밸브플레이트(51)와 상기 후방하우징(22) 사이에 위치되면서 상기 밸브플레이트(51)의 각 토출공(51b)을 선택적으로 개방하는 역할을 한다.
이와 함께, 상기 흡입측 리드밸브(52)와 상기 실린더블록(10) 사이에는 흡입 가스켓(54)이 구비되어 서로 간의 틈새를 통한 냉매의 누설을 방지하고, 상기 토출측 리드밸브(53)와 상기 후방하우징(22) 사이에는 토출 가스켓(55)이 구비되어 서로 간의 틈새를 통한 냉매의 누설을 방지한다.
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리(50) 중 상기 토출측 리드밸브(53)는 흡입측 리드밸브(52)와는 달리 각 토출공(51b)을 개폐하는 리드(53b)가 밸브몸체(53a)의 둘레면을 따라 방사 방향으로 돌출되는 구조로 형성되기 때문에 상기 리드(53b) 각 부위 중 토출공(51b)을 폐쇄하는 헤드부(53c)와, 이 헤드부(53c)로부터 연장되는 연장부(53d) 사이의 경계 부위에 대한 피로 파괴가 자주 발생하였던 문제점이 있다.
특히, 상기한 토출측 리드밸브(53)는 고압으로 압축된 냉매의 직접적인 토출이 이루어지는 부위에 적용되는 구성임을 고려할 때 그의 손상 가능성이 더욱 클 수밖에 없고, 이로 인해 제품에 대한 신뢰성 저하가 야기될 수밖에 없다는 문제점을 가진다.
본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 대한 구조적 개선을 통해 토출측 리드밸브의 리드에 대한 피로 파괴를 방지할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 따르면 실린더블록과 후방하우징 사이에 위치되면서 상기 실린더블록에 형성된 각 실린더보어와 상기 후방하우징에 형성된 토출실 간을 연통하는 복수의 토출공이 형성된 밸브플레이트와, 밸브플레이트와 후방하우징 사이에 위치되면서 상기 밸브플레이트의 각 토출공을 개폐하는 리드를 갖는 토출측 리드밸브와, 상기 토출측 리드밸브와 후방하우징 사이에 구비되면서 서로 간의 틈새를 차단하는 토출 가스켓을 포함하여 구성된 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 있어서, 상기 토출 가스켓에는 상기 토출측 리드밸브의 리드의 개폐 동작에 의해 상기 리드와 함께 탄력적으로 휨 변형이 이루어지면서 상기 밸브플레이트의 토출공이 선택적으로 개방되도록 하는 개폐부가 형성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 개폐부는 그 휨 변형의 시작 지점으로부터 상기 토출공의 중심점까지의 길이(A)와 상기 개폐부의 휨 변형에 의해 상기 토출공의 중심점으로부터 벌어진 지점까지의 길이(B)가 7.9%<(B/A)*100<8.5%의 조건을 만족하도록 설계됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 가변용량형 사판식 압축기는 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리를 이루는 토출 가스켓의 구조적 개선을 통해 상기 토출 가스켓이 상기 밸브어셈블리의 리드에 제공되는 최대 하중을 경감시킬 수 있도록 함으로써, 상기 리드의 손상을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.
특히, 토출 가스켓의 개폐부에 대한 변형이 이루어지는 지점을 밸브플레이트의 토출공으로부터 최적의 거리에 위치되도록 설계함으로써 리드를 이루는 헤드부와 연장부 간의 경계 부위에 대한 피로 파괴를 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.
도 1은 종래 일반적인 가변용량형 사판식 압축기의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 “A”부분에 대한 확대도
도 3은 종래 일반적인 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 5는 도 4의 “B”부분에 대한 확대도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도
이하, 본 발명의 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 내부 구조를 나타내고 있으며, 도 5는 도 4의 “B”부분에 대한 확대도를 나타내고 있다.
이러한 도면을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기는 크게 실린더블록(100)과, 전방하우징(210)과, 후방하우징(220)와, 구동부 및 밸브어셈블리(500)를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 상기 실린더블록(100)은 상기 전방하우징(210) 및 후방하우징(220)과 함께 압축기의 외관을 형성하는 부위이다.
상기한 실린더블록(100)는 중앙의 중공 부위를 기준으로 방사 방향측에 복수의 실린더보어(120)가 관통 형성되며, 상기 중공 부위는 구동축(310)이 설치되는 센터보어(110)로 제공된다.
상기 각 실린더보어(120)의 내부에는 피스톤(320)이 직선 왕복운동 가능하도록 각각 설치된다.
다음으로, 상기 전방하우징(210)은 상기 실린더블록(100)의 전방에 결합되면서 크랭크실(211)을 형성하고, 상기 후방하우징(220)은 상기 실린더블록(100)의 후방에 결합되면서 토출실(221) 및 흡입실(222)을 형성한다.
다음으로, 상기 구동부는 상기 크랭크실(211)의 내부에 설치되면서 상기 실린더보어(120) 내의 피스톤(320)을 직선 왕복운동시키는 구성이다.
상기 구동부는 엔진의 구동력을 풀리(2)로부터 전달받아 회전되는 구동축(310)과, 상기 구동축(310)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬리브(340)와, 크랭크실(211) 내에서 상기 구동축(310)에 결합되어 상기 구동축(310)과 함께 회전하는 로터(330)와, 상기 슬리브(340)에 회동 가능하게 결합된 사판허브(380)와, 상기 사판허브(380)에 그의 경사각이 가변적으로 변경 가능하게 설치되면서 상기 사판허브(380)와 함께 회전되는 사판(360)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 로터(330)의 외벽면 중 상기 사판(360)과 마주보는 벽면에는 힌지아암(331)이 돌출 형성되고, 상기 사판허브(380)에는 상기 힌지아암(331)과 겹쳐지는 사판아암(381)이 돌출 형성되며, 상기 힌지아암(331)과 사판아암(381)은 힌지핀(350)에 의해 서로 힌지 결합된다.
다음으로, 상기 밸브어셈블리(500)는 상기 실린더블록(100)의 각 실린더보어(120)와 후방하우징(220)의 흡입실(222) 및 토출실(221) 간의 냉매 유동을 제어하는 부위이다.
상기한 밸브어셈블리(500)는 상기 실린더블록(100)과 후방하우징(220) 사이에 구비되며, 첨부된 도 5 및 도 6과 같이 밸브플레이트(510)와, 흡입측 리드밸브(520) 및 토출측 리드밸브(530)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 밸브플레이트(510)는 밸브어셈블리(500)의 몸체를 형성하며, 이러한 밸브플레이트(510)에는 상기 실린더블록(100)의 각 실린더보어(120)와 상기 후방하우징(220)의 흡입실(222) 간을 연통시키는 복수의 흡입공(511)과, 상기 실린더블록(100)의 각 실린더보어(120)와 상기 후방하우징(220)의 토출실(221) 간을 연통시키는 복수의 토출공(512)이 형성된다.
그리고, 상기 흡입측 리드밸브(520)는 상기 밸브플레이트(510)와 상기 실린더블록(100) 사이에 위치되면서 상기 밸브플레이트(510)의 각 흡입공(511)을 선택적으로 개방하는 역할을 한다.
이때, 상기 흡입측 리드밸브(520)와 상기 실린더블록(100) 간의 대향면 사이에는 흡입 가스켓(540)이 구비되어 서로 간의 틈새를 통한 냉매의 누설을 방지한다.
그리고, 상기 토출측 리드밸브(530)는 상기 밸브플레이트(510)와 상기 후방하우징(220) 사이에 위치되면서 상기 밸브플레이트(510)의 각 토출공(512)을 선택적으로 개방하는 역할을 한다.
상기 토출측 리드밸브(530)는 밸브몸체(531)와, 복수의 리드(532)를 포함하여 구성되며, 상기 각 리드(532)는 상기 밸브몸체(531)에 대하여 탄력 변형되면서 상기 각 토출공(512)을 선택적으로 개방하도록 구성된다.
이때, 상기 리드(532)는 상기 밸브몸체(531)로부터 연장되는 연장부(533)와 상기 연장부(533)의 끝단에 위치되면서 토출공(512)을 폐쇄하는 헤드부(534)로 구성된다.
이와 함께, 상기 토출측 리드밸브(530)와 상기 후방하우징(220) 간의 대향면 사이에는 토출 가스켓(550)이 구비되어 서로 간의 틈새를 통한 냉매의 누설을 방지한다.
본 발명의 실시예에 따른 토출 가스켓(550)은 상기 토출측 리드밸브(530)의 리드(532)의 개폐 동작에 의해 상기 리드(532)와 함께 탄력적으로 휨 변형이 이루어지면서 상기 리드(532)에 의해 개폐되는 밸브플레이트(510)의 토출공(512)을 선택적으로 개방하는 개폐부(551)가 형성됨을 특징으로 제시한다.
즉, 종래에는 토출 가스켓(55)과는 별도의 리테이너를 추가로 제공하여 상기 토출측 리드밸브(53)의 리드(53b)에 대한 개방 거리를 제한하거나 혹은, 상기 토출 가스켓(55) 자체에 리테이너가 형성되도록 하였으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 토출 가스켓(550)에 개폐부(551)를 형성함으로써 리테이너의 역할을 대신할 수 있도록 하면서도 상기 리드(532)가 제공받는 최대 응력의 저감이 가능하도록 한 것이다.
특히, 상기한 개폐부(551)는 그 휨 변형의 시작 지점으로부터 상기 토출공(512)의 중심점까지의 길이(A)와 상기 개폐부(551)의 휨 변형에 의해 상기 토출공(512)의 중심점으로부터 벌어진 지점까지의 길이(B)가 7.9%<(B/A)*100<8.5%의 조건을 만족하도록 설계됨을 추가적인 특징으로 제시한다.
즉, 상기한 개폐부(551)의 설계를 통해 상기 토출측 리드밸브(530)의 리드(532)가 제공받는 힘의 최대 작용점이 종래 기술에 비해 더욱 밸브몸체(531)측에 가깝게 위치되도록 함으로써, 상기 리드(532)를 이루는 헤드부(534)에 제공되는 최대 응력이 감소될 수 있도록 하고, 이로 인한 리드(532)의 내구성을 높여 상기 헤드부(534)와 연장부(533) 간의 경계 부위에 대한 피로 파괴가 방지될 수 있도록 한 것이다.
이때, 전술된 치수 범위(7.9~8.5)는 리드(532)를 이루는 연장부(533)와 헤드부(534) 간의 경계 및 연장부(533)와 밸브몸체(531) 간의 경계를 동시에 고려한 범위로써, 예컨대, 7.9%에 비해 각 길이비(100B/A)가 짧을 경우 연장부(533)와 헤드부(534) 간의 경계에 대한 피로 파괴 우려가 크고, 8.5%에 비해 각 길이비(100B/A)가 길 경우에는 오히려 연장부(533)와 밸브몸체(531) 간의 경계에 대한 피로 파괴 우려가 커지기 때문에 전술된 범위 내를 유지할 수 있도록 설계함이 가장 바람직한 것이다.
하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 작용을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
우선, 압축기의 동작 제어가 발생되면 구동축(310)은 엔진의 구동력을 제공받아 회전되고, 이러한 구동축(310)의 회전에 의해 로터(330)의 회전 역시 이루어지면서 상기 로터(330)와 연결된 사판(360)이 회전된다.
그리고, 상기한 사판(360)의 회전이 이루어지면 상기 사판(360)의 회전은 슈(363)를 통해 각 피스톤(320)으로 전달되고, 이로 인해 상기 피스톤(320)은 실린더보어(120) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 상기 실린더보어(120) 내로 흡입된 냉매를 압축하게 된다. 이때, 상기 냉매는 흡입포트(도시는 생략됨)를 통해 후방하우징(220)의 흡입실(222) 내로 흡입된 후 상기 실린더보어(120) 내로 제공되며, 상기 피스톤(320)의 동작에 의해 상기 실린더보어(120) 내에서 압축된다.
그리고, 상기와 같이 실린더보어(120) 내에서 압축된 냉매는 밸브어셈블리(500)의 선택적 동작에 의해 후방하우징(220)의 토출실(221)로 토출된다.
이렇듯, 상기 압축 냉매의 토출이 이루어질 경우 상기 밸브어셈블리(500)를 이루는 토출측 리드밸브(530)의 리드(532) 및 토출 가스켓(550)의 개폐부(551)는 상기한 냉매의 토출 압력에 의해 밸브플레이트(510)의 토출공(512)을 개방함으로써 상기 냉매는 상기 토출공(512)을 통과하여 외부로 배출된다.
이때, 상기 토출 가스켓(550)의 개폐부(551)는 상기 리드(532)의 변형 부위에 대한 저항 부위로 제공되면서 상기 리드(532)에 순간적으로 제공되는 최대 응력을 함께 제공받게 된다. 이로 인해, 상기 리드(532)는 상기 냉매의 토출 압력에 의해 제공받게 되는 응력이 상기 개폐부(551)와 분산하여 제공받는 효과를 얻게 됨으로써, 실질적으로 상기 냉매의 토출 압력에 의해 제공되는 응력이 감소되며, 따라서 상기 리드의 피로 파괴는 방지될 수 있게 된다.
이렇듯, 본 발명의 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리(500)에 따르면 토출 가스켓(550)의 구조적 개선을 통해 토출측 리드밸브(530)의 리드(532)를 이루는 헤드부(534)와 연장부(533) 간의 경계 부위에 대한 피로 파괴를 방지할 수 있게 된 장점을 가지며, 이로 인한 압축기의 신뢰성 향상을 이룰 수 있게 된다.
100. 실린더블록 110. 센터보어
120. 실린더보어 210. 전방하우징
211. 크랭크실 220. 후방하우징
221. 토출실 222. 흡입실
310. 구동축 320. 피스톤
330. 로터 331. 힌지아암
340. 슬리브 350. 힌지핀
360. 사판
363. 슈 380. 사판허브
381. 사판아암 500. 밸브어셈블리
510. 밸브플레이트 511. 흡입공
512. 토출공 520. 흡입측 리드밸브
530. 토출측 리드밸브 531. 밸브몸체
532. 리드 533. 연장부
534. 헤드부 540. 흡입 가스켓
550. 토출 가스켓 551. 개폐부

Claims (2)

  1. 실린더블록(100)과 후방하우징(220) 사이에 위치되면서 상기 실린더블록(100)에 형성된 각 실린더보어(120)와 상기 후방하우징(220)에 형성된 토출실(221) 간을 연통하는 복수의 토출공(512)이 형성된 밸브플레이트(510)와, 밸브플레이트(510)와 후방하우징(220) 사이에 위치되면서 상기 밸브플레이트(510)의 각 토출공(512)을 개폐하는 리드(532)를 갖는 토출측 리드밸브(530)와, 상기 토출측 리드밸브(530)와 후방하우징(220) 사이에 구비되면서 서로 간의 틈새를 차단하는 토출 가스켓(550)을 포함하여 구성된 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 있어서,
    상기 토출 가스켓(550)에는 상기 토출측 리드밸브(530)의 리드(532)의 개폐 동작에 의해 상기 리드(532)와 함께 탄력적으로 휨 변형이 이루어지면서 상기 밸브플레이트(510)의 토출공(512)이 선택적으로 개방되도록 하는 개폐부(551)가 형성됨을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개폐부(551)는
    그 휨 변형의 시작 지점으로부터 상기 토출공(512)의 중심점까지의 길이(A)와 상기 개폐부(551)의 휨 변형에 의해 상기 토출공(512)의 중심점으로부터 벌어진 지점까지의 길이(B)가 7.9%<(B/A)*100<8.5%의 조건을 만족하도록 설계됨을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기의 밸브어셈블리.
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