KR20140049478A

KR20140049478A - 가변 용량 압축기용 제어 밸브

Info

Publication number: KR20140049478A
Application number: KR1020130122421A
Authority: KR
Inventors: 마사아키 토네가와
Original assignee: 가부시키가이샤 테지케
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-04-25
Also published as: JP6064131B2; JP2014080927A

Abstract

<과제>
감압부를 구비하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 그 밸브부와 감압부의 설계 자유도를 향상시킨다.
<해결 수단>
제어 밸브(1)는, 일단측에서부터 용량실(22), 밸브실(26), 작동실(28)이 형성된 보디(5); 보디(5)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 일단측에서 용량실(22) 내의 크랭크 압력을 수압하는 한편, 타단측에서 작동실(28) 내의 피감지 압력을 수압하여, 밸브실(26)과 용량실(22) 사이에 마련된 밸브 시트에 착탈하여 밸브부를 개폐하는 밸브체; 용량실(22) 내의 크랭크 압력을 감압하여, 그 크랭크 압력에 상응하여 밸브체를 밸브 개방 방향으로 부세하는 파워 엘리먼트(6)를 구비한다. 밸브실(26)에 대해 용량실(22)과는 반대측에, 용량실(22)의 크랭크 압력이 도입되는 압력실(88)이 형성되고, 밸브체에는 압력실(88)에서 크랭크 압력을 수압하는 작동면(87)이 마련되어 있다.

Description

가변 용량 압축기용 제어 밸브{CONTROL VALVE FOR VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은, 가변 용량 압축기의 토출 용량을 제어하는데 바람직한 제어 밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조장치는, 일반적으로, 그 냉동 사이클을 흐르는 냉매를 압축하여 고온 고압의 가스 냉매로 하여 토출하는 압축기, 그 가스 냉매를 응축하는 응축기, 응축된 액냉매를 단열 팽창시키는 것에 의해 저온 저압의 냉매로 하는 팽창 장치, 그 냉매를 증발시키는 것에 의해 차량 실내 공기와의 열교환을 진행하는 중발기 등을 구비하고 있다. 중발기에서 증발된 냉매는 다시 압축기에 되돌려져 냉동 사이클을 순환한다.

이 압축기로서는, 엔진의 회전수에 상관없이 일정한 냉방 능력이 유지되도록, 냉매의 토출 용량을 가변할 수 있는 가변 용량 압축기(이하, "압축기"로 약칭하기도 한다)가 사용되고 있다. 이 압축기는, 엔진에 의해 회전 구동되는 회전축에 장착된 요동판에 압축용 피스톤이 연결되고, 요동판의 각도를 변화시켜 피스톤의 스트로크를 변화시키는 것에 의해 냉매의 토출량을 조정한다. 요동판의 각도는, 밀폐된 크랭크실 내에 토출 냉매의 일부를 도입하고, 피스톤의 양면에 가해지는 압력의 균형을 변화시키는 것에 의해 연속적으로 바꿀 수 있다. 이 크랭크실 내의 압력(이하 "크랭크 압력"이라 한다)(Pc)은, 압축기의 토출실과 크랭크실 사이에 마련된 가변 용량 압축기용 제어 밸브(이하, "제어 밸브"로 약칭하기도 한다)에 의해 제어된다.

이와 같은 제어 밸브는, 구동부로서의 솔레노이드에 외부로부터 전류를 공급하는 것에 의해, 그 밸브 개도가 조정된다. 공조장치의 기동시 등 그 공기조절 기능을 신속하게 발휘시킬 필요가 있을 때에는, 예를 들면 솔레노이드에 최대 전류를 흘려보내는 것에 의해 밸브부를 밸브 폐쇄 상태로 하고, 크랭크 압력(Pc)을 낮게 하여 요동판을 회전축에 대해 크게 기울이는 것에 의해, 압축기를 최대 용량으로 운전시킬 수 있다. 차량 엔진 부하가 클 때에는 솔레노이드를 오프로 하는 것에 의해 밸브부를 전개 상태로 하고, 크랭크 압력(Pc)을 높게 하여 요동판을 회전축에 대해 거의 직각으로 하는 것에 의해, 압축기를 최소 용량으로 운전시킬 수 있다.

이와 같은 제어 밸브로서, 예를 들면 흡입 압력(Ps)에 상응하여 크랭크실로의 냉매의 도입량을 조정하는 것에 의해, 크랭크 압력(Pc)을 제어하는 것이 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이 제어 밸브는, 흡입 압력(Ps)을 감지하여 변위하는 감압부와, 감압부의 구동력을 받아 토출실에서 크랭크실로 통하는 통로를 개폐 제어하는 밸브부와, 감압부에 의한 구동력의 설정값을 외부 전류에 의해 가변할 수 있는 솔레노이드를 구비한다. 이 제어 밸브는, 흡입 압력(Ps)이 외부 전류에 의해 설정된 압력으로 유지되도록 밸브부를 개폐한다. 일반적으로, 흡입 압력(Ps)은 중발기 출구의 냉매 온도에 비례하기 때문에, 그 설정 압력을 소정값 이상으로 유지하는 것에 의해, 중발기의 동결 등을 방지할 수 있다. 특히, 인용문헌 1에 기재된 제어 밸브는, 보디의 솔레노이드와는 반대측의 단부에 감압부가 마련되기 때문에, 감압 부재를 밸브체와 솔레노이드 사이에 배치할 필요가 없고, 제어 밸브를 간이한 구성으로 실현할 수 있는 장점이 있다.

일본국공개 특허공보 2008-240580호 공보

그러나, 이와 같은 제어 밸브에 있어서는 구성상, 감지해야 할 흡입 압력(Ps)을 감압부로부터 떨어진 포트로부터 도입하게 되기 때문에, 흡입 압력(Ps)을 감압 부재로 직접 수압하기 어렵다. 여기서, 밸브체 및 감압 부재의 수압 밸런스를 고안하여, 이들에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향을 캔슬하는 것에 의해, 감압부가 실질적으로 흡입 압력(Ps)을 감지하여 동작하는 구성이 채용되어 있다. 즉, 밸브체와 감압부가 대향 배치되는 한편 크랭크 압력(Pc)이 도입되는 용량실에 있어서, 밸브체의 유효 수압 면적과 감압 부재의 유효 수압 면적을 동일하게 하는 것에 의해, 크랭크 압력(Pc)의 영향을 캔슬하고 있다.

하지만, 이와 같은 구성에서는, 감압 부재에 맞춰 밸브체의 크기를 설정하거나, 또는 반대로 밸브체에 맞춰 감압 부재의 크기를 설정해야만 하므로, 밸브부 및 감압부의 설계 자유도에 제약이 따르는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 감압부를 구비하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 밸브부 및 감압부의 설계 자유도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 태양은, 흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매, 및 크랭크실로부터 흡입실로 도출하는 냉매 중의 적어도 한쪽의 유량 또는 압력을 조정하는 것에 의해 변화시키는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 일단측에서부터 크랭크실로 연통하는 용량실, 토출실로 연통하는 밸브실, 피감지 압력이 도입되는 작동실이 형성된 보디; 보디에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 일단측에서 용량실 내의 크랭크 압력을 수압하는 한편, 타단측에서 작동실 내의 피감지 압력을 수압하여, 밸브실과 용량실 사이에 마련된 밸브 시트에 착탈하여 밸브부를 개폐하는 밸브체; 용량실 내의 크랭크 압력을 감압하여, 그 크랭크 압력에 상응하여 밸브체를 밸브 개방 방향으로 부세하는 감압부를 구비한다. 밸브실에 대해 용량실과는 반대측에, 용량실의 크랭크 압력이 도입되는 압력실이 형성되고, 밸브체에는 압력실에서 크랭크 압력을 수압하는 작동면이 마련되어 있다.

이 태양에 의하면, 밸브체는 일단측에서 용량실 내의 크랭크 압력을 수압하고, 타단측에서 작동실 내의 피감지 압력을 수압하지만, 밸브실에 대해 용량실과는 반대측에 형성된 압력실에 있어서도 작동면으로 크랭크 압력을 수압한다. 이 때문에, 밸브체를 원하는 크기로 형성했다고 해도, 그에 상응하여 작동면의 크기, 형상, 수압 방향 등을 조정하는 것에 의해, 감압부와의 수압 밸런스를 조정할 수 있게 된다. 그 결과, 밸브부 및 감압부의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 감압부를 구비하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서, 밸브부 및 감압부의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.
도 6은 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.
도 7은 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.
도 8은 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서는 편의상, 도시한 상태를 기준으로 하여 각 구조의 위치 관계를 상하로 표현하는 경우가 있다.

[제1실시형태]

도 1은 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

제어 밸브(1)는, 자동차용 공조장치의 냉동 사이클에 설치되는 도시하지 않는 가변 용량 압축기(이하, "압축기"로 약칭한다)의 토출 용량을 제어하는 전자 밸브로서 구성되어 있다. 이 압축기는, 냉동 사이클을 흐르는 냉매를 압축하여 고온 고압의 가스 냉매로 하여 토출한다. 그 가스 냉매는 응축기(외부 열교환기)에 의해 응축되고, 나아가 팽창 장치에 의해 단열 팽창되어 저온 저압의 안개 형태의 냉매가 된다. 이 저온 저압의 냉매가 중발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내 공기를 냉각한다. 중발기에 의해 증발된 냉매는, 다시 압축기로 되돌려져 냉동 사이클을 순환한다. 압축기는, 자동차 엔진에 의해 회전 구동되는 회전축을 구비하고, 그 회전축에 장착된 요동판에 압축용 피스톤이 연결되어 있다. 그 요동판의 각도를 변화시켜 피스톤의 스트로크를 변화시키는 것에 의해 냉매의 토출량이 조정된다. 제어 밸브(1)는, 그 압축기의 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 것에 의해 요동판의 각도, 나아가서는 그 압축기의 토출 용량을 변화시킨다.

제어 밸브(1)는, 압축기의 흡입 압력(Ps)("피감지 압력"에 해당함)을 설정 압력으로 유지하도록, 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 이른바 Ps감지 밸브로서 구성되어 있다. 제어 밸브(1)는, 밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)를 일체로 조립하여 구성된다. 밸브 본체(2)는, 압축기의 운전시에 토출 냉매의 일부를 크랭크실에 도입하기 위한 냉매 통로를 개폐하는 메인 밸브와, 압축기의 기동시에 크랭크실의 냉매를 흡입실로 이동시키는 이른바 블리드 밸브(bleed valve)로서 기능하는 서브 밸브를 포함한다. 솔레노이드(3)는, 메인 밸브를 개폐 방향으로 구동하여 그 개도를 조정하고, 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어한다. 밸브 본체(2)는, 단차를 갖는 원통 형상의 보디(5), 보디(5) 내에 마련된 메인 밸브 및 서브 밸브, 메인 밸브의 개도를 조정하기 위해 솔레노이드력에 대항하는 힘을 발생하는 파워 엘리먼트(power element)(6) 등을 구비하고 있다. 파워 엘리먼트(6)는 "감압부"로서 기능한다.

제어 밸브(1)에는, 그 상단측에서부터 포트(12, 14, 16)가 마련되어 있다. 이중에서, 포트(12)는 보디(5)의 상단 개구부에 마련되고, 포트(14)는 보디(5)의 측부에 마련되어 있다. 포트(16)는, 솔레노이드(3)로부터 상방으로 연장되는 코어(46)의 연장부에 마련되어 있다. 포트(12)는 크랭크실로 연통하는 "크랭크실 연통 포트"로서 기능하고, 포트(14)는 토출실로 연통하는 "토출실 연통 포트"로서 기능하고, 포트(16)는 흡입실로 연통하는 "흡입실 연통 포트"로서 기능한다. 보디(5)의 상단 개구부에는 단부 부재(13)가 고정되어 있다. 단부 부재(13)의 외주면에 마련된 복수의 연통홈(15)을 통해 냉매가 도입 또는 도출된다. 보디(5)의 하단부는 솔레노이드(3)의 상단부에 연결되어 있다. 보디(5) 내에는, 포트(12)와 포트(14)를 연통시키는 메인 통로와, 포트(12)와 포트(16)를 연통시키는 서브 통로가 형성되어 있다. 메인 통로에는 메인 밸브가 마련되고, 서브 통로에는 서브 밸브가 마련되어 있다. 메인 통로에는 메인 밸브 구멍(18)이 마련되고, 그 하단 개구단 가장자리의 테이퍼면에 메인 밸브 시트(20)가 형성되어 있다.

포트(14)는, 토출실로부터 토출 압력(Pd)의 냉매를 도입한다. 포트(12)는, 압축기의 정상(定常) 동작시에 메인 밸브를 경유한 크랭크 압력(Pc)의 냉매를 크랭크실을 향해 도출하는 한편, 압축기의 기동시에는 크랭크실로부터 배출된 크랭크 압력(Pc)의 냉매를 도입한다. 이때 도입된 냉매는 서브 밸브에 인도된다. 포트(12)와 메인 밸브 구멍(18) 사이에는, 크랭크 압력(Pc)이 채워지는 용량실(22)이 형성된다. 파워 엘리먼트(6)는 용량실(22)에 배치된다. 포트(16)는, 압축기의 정상 동작시에 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하는 한편, 압축기의 기동시에는 서브 밸브를 경유한 흡입 압력(Ps)의 냉매를 흡입실을 향해 도출한다. 포트(14)에는 링 형상의 스트레이너(strainer)(17)가 장착되어 있다. 스트레이너(17)는, 보디(5)의 내부로 이물히 침입하는 것을 억제하기 위한 필터를 포함한다. 한편, 포트(12)에는 저부를 갖는 원통 형상의 스트레이너(11)가 장착되어 있다. 스트레이너(11)는, 보디(5)의 내부로 이물이 침입하는 것을 억제하기 위한 필터를 포함한다.

메인 밸브 구멍(18)의 용량실(22)과는 반대측에는 밸브실(26)이 마련되고, 포트(14)와 연통되어 있다. 밸브실(26)의 메인 밸브 구멍(18)과는 반대측에는, 메인 밸브 구멍(18)과 동축 형태로 가이드 구멍(24)이 형성되어 있다. 가이드 구멍(24)의 밸브실(26)과는 반대측에는 작동실(28)이 형성되고, 포트(16)와 연통되어 있다. 가이드 구멍(24)에는, 단차를 갖는 원통 형상의 메인 밸브체(30)가 슬라이딩 가능하게 삽통(揷通)되어 있다. 메인 밸브체(30)는, 밸브실(26)측에서 메인 밸브 시트(20)에 착탈하는 것에 의해 메인 밸브를 개폐하여, 토출실에서 크랭크실로 흐르는 냉매 유량을 조정한다. 한편, 메인 밸브체(30)에는 서브 밸브 구멍(32)이 마련되고, 그 서브 밸브 구멍(32)의 상단 개구부에 서브 밸브 시트(34)가 형성되어 있다. 메인 밸브체(30)의 하부는 작동실(28)로 연장되어 있다. 용량실(22)에는 단차를 갖는 원주 형상의 서브 밸브체(36)가 배치되어 있다. 서브 밸브체(36)는, 메인 밸브체(30)와 축선 방향으로 대향 배치되어, 서브 밸브 시트(34)에 착탈하는 것에 의해 서브 밸브를 개폐한다.

또한, 보디(5)의 축선을 따라 길이가 긴 작동 로드(38)가 마련되어 있다. 작동 로드(38)의 상단부는 서브 밸브체(36)를 통해 파워 엘리먼트(6)와 작동 연결 가능하게 접속되고, 하단부는 솔레노이드(3)의 후술하는 플런저(50)에 접속되어 있다. 작동 로드(38)의 상반부는 메인 밸브체(30) 내에 삽통되어, 그 선단부로 서브 밸브체(36)를 하방에서 지지한다. 메인 밸브체(30)와 솔레노이드(3) 사이에는, 메인 밸브체(30)를 메인 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(42)("부세 부재"로서 기능함)이 배치되어 있다. 한편, 보디(5)의 상반부에는 스프링 베어링 부재(25)가 압입되어 있고, 스프링 베어링 부재(25)와 서브 밸브체(36) 사이에는, 서브 밸브체(36)를 서브 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 한편, 메인 밸브체(30)를 메인 밸브의 밸브 개방 방향으로 부세 가능한 스프링(44)("부세 부재"로서 기능함)이 배치되어 있다.

한편, 파워 엘리먼트(6)는, 크랭크 압력(Pc)을 감지하여 변위하는 벨로우즈(bellows)(45)("감압 부재"로서 기능함)를 포함하고, 그 벨로우즈(45)의 변위에 의해 솔레노이드력에 대항하는 힘을 발생시킨다. 이 대항력은, 서브 밸브체(36)를 통해 메인 밸브체(30)에도 전달된다. 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)에 착석하여 서브 밸브를 폐쇄하는 것에 의해, 크랭크실로부터 흡입실로의 냉매의 릴리프가 차단된다. 또한, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)로부터 이격하여 서브 밸브를 개방하는 것에 의해, 크랭크실로부터 흡입실로의 냉매의 릴리프가 허용된다.

한편, 솔레노이드(3)는, 단차를 갖는 원통 형상의 코어(46)와, 코어(46)의 하단 개구부를 봉지하도록 조립된 저부를 갖는 원통 형상의 슬리브(48)와, 슬리브(48)에 수용되어 코어(46)와 축선 방향으로 대향 배치된 원통 형상의 플런저(50)와, 코어(46) 및 슬리브(48)에 외측으로 삽입된 원통 형상의 보빈(52)과, 보빈(52)에 권취되어, 통전에 의해 자기 회로를 생성하는 전자 코일(54)과, 전자 코일(54)을 외측에서 덮도록 마련되고, 요크로서도 기능하는 원통 형상의 케이스(56)와, 케이스(56)의 하단 개구부를 봉지하도록 마련된 단부 부재(58)를 구비한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 보디(5), 코어(46), 케이스(56) 및 단부 부재(58)가 제어 밸브(1) 전체의 보디를 형성하고 있다. 플런저(50)와 코어(46) 사이에는, 플런저(50)를 코어(46)로부터 이격하는 방향으로 부세하는 스프링(47)("부세 부재"로서 기능함)이 배치되어 있다.

밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)는, 보디(5)의 하단부가 코어(46)의 상단 개구부에 압입되는 것에 의해 고정되어 있다. 코어(46)는, 그 상반부가 확경(擴徑)되어 상방으로 연장되고, 그 연장부의 측부에 포트(16)가 마련되어 있다. 코어(46)와 보디(5) 사이에는, 흡입 압력(Ps)을 채우기 위한 작동실(28)이 형성되어 있다. 한편, 코어(46)의 중앙을 축선 방향에 관통하도록, 작동 로드(38)가 삽통되어 있다. 작동 로드(38)의 하단부가 플런저(50)의 상반부에 압입되어, 작동 로드(38)와 플런저(50)가 동축 형태로 접속되어 있다.

작동 로드(38)는, 플런저(50)에 의해 하방으로부터 지지되고, 메인 밸브체(30), 서브 밸브체(36) 및 파워 엘리먼트(6)와 작동 연결 가능하게 구성되어 있다. 작동 로드(38)는, 코어(46)와 플런저(50)의 흡인력인 솔레노이드력을, 한쪽에서 서브 밸브체(36)에 직접 전달하고, 다른 한쪽에서 서브 밸브체(36)를 통해 메인 밸브체(30)에 전달한다. 또한, 작동 로드(38)에는, 파워 엘리먼트(6)의 신축 동작에 의한 구동력이 서브 밸브체(36)를 통해 전달된다. 작동 로드(38)는, 그 파워 엘리먼트(6)의 구동력을 솔레노이드력에 대항하는 힘으로서 플런저(50)에 전달한다.

코어(46)의 상단부에는 링 형상의 축지(軸支) 부재(60)가 압입되어 있고, 작동 로드(38)는, 그 축지 부재(60)에 의해 축선 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되고 있다. 축지 부재(60)의 외주면의 소정 개소에는, 축선에 대해 평행한 도시하지 않는 연통홈이 형성되어 있다. 포트(16)로부터 도입 도출되는 흡입 압력(Ps)은, 그 연통홈, 작동 로드(38)와 코어(46)의 간극에 의해 형성되는 연통로(62)를 통해 슬리브(48)의 내부에도 인도된다.

연통로(62)는, 슬리브(48) 내를 오일 댐퍼실로 하기 위한 오리피스(orifice)로서 기능한다. 즉, 본 실시형태에서는, 제어 밸브(1)의 제조 공정에 있어서, 압축기의 윤활용으로서 냉매에 포함되는 오일과 동종의 오일을 미리 슬리브(48) 내에 넣어 둔다. 본 실시형태에서는, 축지 부재(60)에 마련된 연통홈이, 슬리브(48)로의 오일의 출입에 대해 저항이 되는 조임 통로(throttling passage)로서 기능한다. 이와 같은 구성에 의해, 슬리브(48)를 오일 댐퍼실로서 기능시킬 수 있고, 그 슬리브(48)에 배치된 플런저(50)의 미소 진동 등이 억제된다. 그 결과, 그러한 미소 진동에 의한 소음의 발생이 방지 또는 억제된다. 또한, 변형예에 있어서는, 연통로(62)가, 슬리브(48)로의 오일의 출입에 대해 저항이 되는 조임 통로로서 기능하도록 해도 좋다. 즉, 축지 부재(60)에 마련된 연통홈 및 연통로(62)의 적어도 한쪽이 조임 통로로서 기능하도록 하면 된다. 또한, 스프링(47)이, 코어(46)와 플런저(50)를 서로 이격시키는 방향으로 부세하는 오프 스프링(off spring)으로서 기능한다. 본 실시형태에서는, 스프링(44)의 스프링 하중이 스프링(42)의 스프링 하중보다 커지도록 설정되어 있다.

슬리브(48)는 비자성 재료로 이루어진다. 플런저(50)의 측면에는 축선에 대해 평행한 복수의 연통홈(66)이 마련되고, 플런저(50)의 하단면에는 반경 방향으 연장되어 내외를 연통하는 복수의 연통홈(68)이 마련되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 도시된 바와 같이 플런저(50)가 하사점에 위치해도, 흡입 압력(Ps)이 플런저(50)와 슬리브(48)의 간극을 통해 배압실(70)에 인도되도록 되어 있다.

보빈(52)로부터는 전자 코일(54)에 연결되는 한쌍의 접속 단자(72)가 연장되어, 각각 단부 부재(58)를 관통하여 외부로 인출되어 있다. 도 1에는 설명의 편의상, 그 한쌍 중의 하나만 표시되어 있다. 단부 부재(58)는, 케이스(56)에 내포되는 솔레노이드(3) 내의 구조물 전체를 하방으로부터 봉지하도록 장착되어 있다. 단부 부재(58)는, 내식성을 갖는 수지재의 몰드 성형(사출 성형)에 의해 형성되고, 그 수지재가 케이스(56)와 전자 코일(54)의 간극에도 채워져 있다. 이와 같이 수지재가 케이스(56)와 전자 코일(54)의 간극에 채워지는 것에 의해, 전자 코일(54)에서 발생한 열을 케이스(56)에 전달하기 쉽게 하여, 그 방열 성능을 높이고 있다. 단부 부재(58)로부터는 접속 단자(72)의 선단부가 인출되어 있고, 도시하지 않는 외부 전원에 접속된다.

도 2는 도 1의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다.

보디(5)는, 제1보디(81)와 제2보디(82)를 조립하여 구성되어 있다. 제1보디(81)는, 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 내부에 형성된 가이드 구멍(24)에서 메인 밸브체(30)의 상반부를 슬라이딩 가능하게 지지하고 있다. 제2보디(82)는, 저부를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 제1보디(81)의 하반부에 외측으로 삽입되도록 압입되어 있다. 제2보디(82)의 저부에는, 메인 밸브체(30)의 하부를 슬라이딩 가능하게 삽통하는 삽통 구멍(84)이 마련되어 있다. 즉, 메인 밸브체(30)는, 그 상반부가 가이드 구멍(24)에 지지되고, 하부가 삽통 구멍(84)에 지지되는 형태로 축선 방향으로 안정하게 동작한다.

메인 밸브체(30)는, 하반부의 바깥지름이 약간 축경(縮徑)된 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 축경부(85)가 삽통 구멍(84)을 관통하고 있다. 메인 밸브체(30)의 내부에는, 용량실(22)과 작동실(28)을 연통시키는 내부 통로(35)가 형성되어 있다. 한편, 제1보디(81)는, 그 하부에 안지름이 약간 확경된 확경부(86)를 구비한다. 이 제1보디(81)의 확경부(86)와, 메인 밸브체(30)의 축경부(85)와 제2보디(82)에 둘러싸이는 공간에 의해 압력실(88)이 형성된다. 즉, 압력실(88)은, 밸브실(26)에 대해 용량실(22)과는 반대측에 마련되고, 제2보디(82)에 의해 작동실(28)과 구획되어 있다. 한편, 제1보디(81)에는, 용량실(22)과 압력실(88)을 연통시키는 연통로(89)가 형성되어 있다. 그 결과, 압력실(88)에는 항상, 크랭크 압력(Pc)이 채워지게 된다. 메인 밸브체(30)에 있어서의 축경부(85)의 베이스단부에는 테이퍼 형상의 단차가 형성되고, 그 테이퍼면이 작동면(87)을 구성한다. 이 작동면(87)은, 압력실(88)에서 크랭크 압력(Pc)을 수압하여, 밸브체(메인 밸브체(30), 서브 밸브체(36))와 파워 엘리먼트(6)의 수압 밸런스를 조정 가능한 기구를 구성한다.

메인 밸브체(30)의 가이드 구멍(24)과의 슬라이딩면에는, 냉매의 유통을 억제하기 위한 복수 링 형상의 홈으로 이루어지는 래버린스실(Labyrinth Seal)(90)이 마련되어 있다. 메인 밸브체(30)의 축선 방향 중간부에는 격벽(92)이 마련되어 있다. 격벽(92)은, 그 하면에서 작동 로드(38)와 적절히 계합(係合) 연결 가능한 "피계합부"로서 기능한다. 작동 로드(38)는, 상방을 향해 단계적으로 축경하는 단차를 갖는 원주 형상으로 되어 있고, 격벽(92)의 중앙에 마련된 삽통 구멍을 관통한다. 작동 로드(38)의 상단부에는, 그 축경부의 단차에 의해 계합부(94)가 구성된다. 격벽(92)의 삽통 구멍의 주위에는, 냉매를 통과시키기 위한 복수의 관통 구멍(95)이 형성되어 있다. 또한, 축경부(85)의 하단 개구부가 코어(46)의 상단면에 착탈하는 것에 의해, 내부 통로(35)와 작동실(28)의 연통 상태가 차단 또는 개방된다. 즉, 메인 밸브체(30)의 하단 개구부와 코어(46)의 상단면에 의해, 내부 통로(35)를 개폐하는 "차단 밸브부"가 구성된다.

서브 밸브체(36)에는, 메인 밸브체(30)의 내부 통로(35)와 용량실(22)을 연통시키기 위한 T자 형상의 연통로(39)가 형성되어 있다. 서브 밸브체(36)의 측면의 복수 개소와 하면에 연통로(39)의 개구부가 마련되어 있다. 서브 밸브체(36)는, 그 하단면 중앙이 평탄하게 형성되고, 작동 로드(38)가 하방으로부터 착탈 가능하게 작동 연결된다. 작동 로드(38)가 서브 밸브체(36)와 연결되면, 그 작동 로드(38)의 상단면이 서브 밸브체(36)의 하단면 중앙에 당접하여 연통로(39)의 개구단을 폐지한다. 즉, 작동 로드(38)의 상단면과 서브 밸브체(36)의 하단면에 의해, 연통로(39)를 개폐하는 "개폐 밸브부"가 구성된다. 또한, 작동 로드(38)는, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)에 착석한 상태에 있어서는, 계합부(94)가 격벽(92)로부터 적어도 소정 간격(L)을 두고 이격하도록 각 단차의 위치가 설정되어 있다. 이 소정 간격(L)은 이른바 "유간"으로서 기능한다(도 4 참조).

스프링(42)은, 격벽(92)과 축지 부재(60) 사이에 배치되어 있다. 솔레노이드력을 크게 하면, 작동 로드(38)를 메인 밸브체(30)에 대해 상대 변위시켜, 그에 의해 서브 밸브체(36)를 서브 밸브 시트(34)로부터 리프트시켜 서브 밸브를 개방할 수 있다. 또한, 계합부(94)와 격벽(92)을 계합(당접)시킨 상태에서 솔레노이드력을 메인 밸브체(30)에 직접 전달할 수 있어, 스프링(42)의 부세력보다 큰 힘으로 메인 밸브체(30)를 메인 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로가압할 수 있다. 이 구성은, 메인 밸브체(30)와 가이드 구멍(24)의 슬라이딩부로의 이물의 침입에 의해 메인 밸브체(30)가 록되었을 경우에, 록을 해제하는 록해제 기구로서 기능한다. 또한, 본 실시형태에서는, 작동 로드(38)의 계합부(94)가 격벽(92)(피계합부)에 면접촉하여 이를 가압하는 구성으로 했지만, 계합부(94)와 피계합부의 당접 상태는 면접촉에 한정되지 않고, 선접촉이나 점접촉이어도 좋고, 양자의 계합에 의해 솔레노이드력이 메인 밸브체(30)에 직접 전달되면 된다.

파워 엘리먼트(6)는, 저부를 갖는 원통 형상의 벨로우즈(45)의 상단 개구부를 스토퍼(74)("베이스 부재"에 해당함)에 의해 폐지하여 구성되어 있다. 스토퍼(74)는, 단부 부재(13)와 일체로 성형되어 있다. 따라서, 스토퍼(74)는, 보디(5)에 대해 고정된 상태로 된다. 벨로우즈(45)는, 그 저면으로 서브 밸브체(36)의 상단면에 착탈 가능하게 당접한다. 벨로우즈(45)의 내부는 밀폐된 기준 압력실(S)로 되어 있고, 그 저부와 스토퍼(74) 사이에, 벨로우즈(45)를 신장 방향으로 부세하는 스프링(78)이 배치되어 있다. 기준 압력실(S)은, 본 실시형태에서는 진공 상태로 되어 있다.

스프링(78)이 벨로우즈(45)의 저부와 스토퍼(74)를 서로 이격시키는 방향으로 부세하기 때문에, 벨로우즈(45)는, 용량실(22)의 크랭크 압력(Pc)과 기준 압력실(S)의 기준 압력의 차압에 상응하여 축선 방향(메인 밸브 및 서브 밸브의 개폐 방향)으로 신장 또는 수축한다. 단, 그 차압이 커져도 벨로우즈(45)가 소정량 수축하면, 그 저면이 스토퍼(74)의 하면에 당접하여 계지(係止)되기 때문에 그 수축은 규제된다.

이상의 구성에 있어서, 메인 밸브체(30)와 메인 밸브 시트(20)에 의해 메인 밸브가 구성되고, 그 메인 밸브의 개도에 의해 토출실로부터 크랭크실에 도입되는 냉매 유량이 조정된다. 또한, 서브 밸브체(36)와 서브 밸브 시트(34)에 의해 서브 밸브가 구성되고, 그 서브 밸브의 개폐에 의해 크랭크실로부터 흡입실로의 냉매의 도출이 허용 또는 차단된다. 즉, 제어 밸브(1)는, 메인 밸브와 서브 밸브 중의 임의의 한쪽을 개방시키는 것에 의해 냉매의 흐름을 전환하는 3방 밸브로서도 기능한다.

본 실시형태에 있어서는, 벨로우즈(45)의 유효 수압 지름 A와, 메인 밸브체(30)의 축경부(85)(삽통 구멍(84)과의 슬라이딩부)의 유효 수압 지름 D가 동일하게 설정되어 있다. 또한, 메인 밸브체(30)의 메인 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 B와, 메인 밸브체(30)의 본체(가이드 구멍(24)과의 슬라이딩부)의 유효 수압 지름 C가 동일하게 설정되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 밸브체(메인 밸브체(30)와 서브 밸브체(36)를 일체로 보았을 때의 밸브체)의 유효 수압 면적이, 벨로우즈(45)의 유효 수압 면적보다 크게 구성되어 있다. 이 때문에, 용량실(22)에서 밸브체에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향을 완전히 캔슬할 수는 없다.

여기서, 밸브실(26)의 용량실(22)과는 반대측에 압력실(88)을 마련하고, 메인 밸브체(30)의 작동면(87)에 크랭크 압력(Pc)을 수압시키는 구성으로 하고, 벨로우즈(45)의 유효 수압 면적과 작동면(87)의 수압 면적을 합한 면적과 밸브체의 유효 수압 면적이 동일해지도록 구성하는 것에 의해, 밸브체에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향을 캔슬하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 메인 밸브체(30), 서브 밸브체(36) 및 파워 엘리먼트(6)가 작동 연결된 상태에 있어서는, 메인 밸브체(30)에 작용하는 토출 압력(Pd) 및 크랭크 압력(Pc)의 영향이 실질적으로 캔슬된다. 그 결과, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서, 메인 밸브체(30)는, 그 메인 밸브체(30)가 작동실(28)에서 수압하고, 서브 밸브체(36)가 내부 통로(35)에서 수압하는 흡입 압력(Ps)에 기초하여 개폐 동작하게 된다. 즉, 제어 밸브(1)는, 이른바 Ps감지 밸브로서 기능한다. 또한, 밸브체(메인 밸브체(30), 서브 밸브체(36))에 있어서 작동실(28)의 흡입 압력(Ps)을 수압하는 수압면이 "감압면"로서 기능한다.

이와 같은 구성에 있어서, 제어 밸브(1)의 안정된 제어 상태에 있어서는, 작동실(28)의 흡입 압력(Ps)이 소정의 설정 압력(Pset)이 되도록 메인 밸브가 자율적으로 동작한다. 이 설정 압력(Pset)은, 기본적으로는 스프링(42, 44, 47, 78)의 스프링 하중에 의해 미리 조정되고, 중발기 내의 온도와 흡입 압력(Ps)의 관계로부터, 중발기의 동결을 방지할 수 있는 압력값으로서 설정된다. 설정 압력(Pset)은, 솔레노이드(3)로의 공급 전류(설정 전류)를 바꾸는 것에 의해 변화시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 제어 밸브(1)의 조립이 거의 완료된 상태에서 단부 부재(13)의 압입량을 재조정하는 것에 의해, 스프링의 설정 하중을 미세 조정할 수 있어, 설정 압력(Pset)을 정확하게 조정할 수 있다.

다음으로, 제어 밸브의 동작에 대해 설명한다.

도 3 및 도 4는 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면으로서, 도 2에 대응된다. 이미 설명한 도 2는 제어 밸브의 최소 용량 운전 상태를 나타내고 있다. 도 3은 제어 밸브의 블리드 기능을 동작시켰을 때의 상태를 나타내고 있다. 도 4는 비교적 안정된 제어 상태를 나타내고 있다. 이하에서는, 도 1에 기초하여, 적절히 도 2~도 4를 참조하면서 설명한다.

제어 밸브(1)에 있어서 솔레노이드(3)가 비통전일 때, 즉 자동차용 공조장치가 동작하지 않고 있을 때는, 코어(46)와 플런저(50) 사이에 흡인력이 작용하지 않는다. 한편, 흡입 압력(Ps) 및 크랭크 압력(Pc)은 비교적 높은 상태에 있다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈(45)가 축소하여, 파워 엘리먼트(6)는 실질적으로 기능하지 않는다. 또한, 스프링(44)의 부세력이 서브 밸브체(36)를 통해 메인 밸브체(30)에 전달되어, 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(20)로부터 이격하여 메인 밸브가 전개 상태가 된다. 이때, 스프링(44)의 부세력에 의해 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)에 착석하여, 서브 밸브는 밸브 폐쇄 상태가 되지만, 메인 밸브체(30)의 하단 개구부가 코어(46)에 착석하기 때문에, 차단 밸브부는 밸브 폐쇄 상태가 된다.

한편, 스프링(47)의 부세력에 의해 플런저(50)가 하방으로 변위하기 위하여, 작동 로드(38)도 이와 일체로 변위한다. 이 결과, 서브 밸브체(36)의 연통로(39)가 개방된다. 즉, 차단 밸브부가 폐쇄된 상태에서 개폐 밸브부가 개방된다. 그 결과, 메인 밸브체(30)의 내부 통로(35)에 크랭크 압력(Pc)이 채워지고, 메인 밸브체(30) 및 서브 밸브체(36)에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향이 캔슬된다. 이에 의해, 밸브체에는 차압(Pc-Ps)이 작용하지 않기 때문에, 다음에 솔레노이드(3)에 통전했을 때는 메인 밸브체(30)를 작은 솔레노이드력으로 밸브 폐쇄 방향으로 구동할 수 있다.

한편, 자동차용 공조장치의 기동시 등, 솔레노이드(3)의 전자 코일(54)에 제어 전류가 공급되면, 솔레노이드력에 의해 작동 로드(38)가 구동된다. 이 솔레노이드력은, 작동 로드(38) 및 서브 밸브체(36)를 통해 메인 밸브체(30)에도 전달된다. 그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(20)에 착석하여 메인 밸브를 페쇄하고, 그 메인 밸브의 밸브 폐쇄와 함께 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)로부터 이격하여 서브 밸브를 밸브 개방시킨다. 단, 계합부(94)가 격벽(92)에 계지되는 것에 의해 작동 로드(38)의 변위가 규제되기 때문에, 서브 밸브체(36)의 리프트량(즉 서브 밸브의 개도)은, 도 2에 나타낸 소정 간격(L)에 일치한다. 또한, 기동시는 통상, 흡입 압력(Ps) 및 크랭크 압력(Pc)이 비교적 높기 때문에, 벨로우즈(45)가 축소 상태를 유지하고, 서브 밸브의 밸브 개방 상태가 유지된다.

즉, 솔레노이드(3)에 기동 전류가 공급되면, 메인 밸브가 폐쇄되어 크랭크실로의 토출 냉매의 도입을 규제함과 동시에 서브 밸브가 즉시 개방되어 크랭크실 내의 냉매를 흡입실로 신속하게 릴리프시킨다. 그 결과, 압축기를 신속하게 기동시킬 수 있다. 또한, 예를 들면 차량이 저온 환경에 놓여진 경우와 같이, 흡입 압력(Ps)이 낮고, 벨로우즈(45)가 신장한 상태에 있어서도, 솔레노이드(3)에 큰 전류를 공급하는 것에 의해 서브 밸브를 밸브 개방시킬 수 있어, 압축기를 신속하게 기동시킬 수 있다.

그리고, 솔레노이드(3)에 공급되는 전류값이 소정값으로 설정된 제어 상태에 있을 때에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡입 압력(Ps) 및 크랭크 압력(Pc)이 비교적 낮기 때문에 벨로우즈(45)가 신장하고, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)에 착석하여 서브 밸브를 폐쇄시킨다. 한편, 그와 같이 서브 밸브가 폐쇄된 상태에서 메인 밸브체(30)가 동작하여 메인 밸브의 개도를 조정한다. 이때, 메인 밸브체(30)는, 스프링(44, 47)에 의한 밸브 개방 방향의 힘과, 스프링(42)에 의한 밸브 폐쇄 방향의 힘과, 솔레노이드(3)에 의한 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력과, 흡입 압력(Ps)에 상응하여 동작하는 파워 엘리먼트(6)에 의한 솔레노이드력에 대항하는 힘이 균형된 밸브 리프트 위치에서 정지한다.

그리고, 예를 들면 냉동 부하가 커져 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)보다 높아지면, 벨로우즈(45)가 축소하기 때문에, 메인 밸브체(30)가 상대적으로 상방(밸브 폐쇄 방향)으로 변위한다. 그 결과, 메인 밸브의 밸브 개도가 작아지고, 압축기는 토출 용량을 증가시키도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 저하되는 방향으로 변화한다. 반대로, 냉동 부하가 작아져 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)보다 낮아지면, 벨로우즈(45)가 신장한다. 그 결과, 파워 엘리먼트(6)에 의한 부세력이 솔레노이드력에 대항하는 방향으로 작용한다. 이 결과, 메인 밸브체(30)로의 밸브 폐쇄 방향의 힘이 저감되어 메인 밸브의 밸브 개도가 커지고, 압축기는 토출 용량을 절감하도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)으로 유지된다.

이와 같은 정상 제어가 이루지고 있는 동안 엔진의 부하가 커져, 공조장치에 대한 부하를 저감시키고자 하는 경우, 제어 밸브(1)에 있어서 솔레노이드(3)가 온으에서 오프로 전환된다. 그렇게 되면, 코어(46)와 플런저(50) 사이에 흡인력이 작용하지 않게 되기 때문에, 벨로우즈(45)가 신장하고, 스프링(44)의 부세력에 의해 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(20)로부터 이격하여, 메인 밸브가 전개 상태가 된다. 이때, 서브 밸브체(36)는 서브 밸브 시트(34)에 착석하고 있기 때문에, 서브 밸브는 밸브 폐쇄 상태가 된다. 이때, 압축기의 토출실로부터 포트(14)에 도입된 토출 압력(Pd)의 냉매는, 전개 상태의 메인 밸브를 통과하여, 포트(12)로부터 크랭크실로 흐르게 된다. 따라서, 크랭크 압력(Pc)이 높아지고, 압축기는 최소 용량 운전을 하게 된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 밸브체(메인 밸브체(30), 서브 밸브체(36))가 일단측에서 용량실(22)의 크랭크 압력을 수압하고, 타단측에서 작동실(28)의 흡입 압력(Ps)을 수압하지만, 밸브실(26)의 용량실(22)과는 반대측에 압력실(88)을 마련하고, 메인 밸브체(30)의 작동면(87)에 수압시키는 구성으로 했다. 그리고, 벨로우즈(45)의 유효 수압 면적과 작동면(87)의 수압 면적을 합한 면적과 밸브체의 유효 수압 면적이 동일해지도록 구성하는 것에 의해, 밸브체에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향을 캔슬하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 본 실시형태와 같이 밸브체를 벨로우즈(45)에 비해 크게 구성할 필요가 있는 경우에도, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서는 토출 압력(Pd) 및 크랭크 압력(Pc)의 영향이 실질적으로 캔슬되어, Ps감지 밸브로서 효율적으로 기능시킬 수 있다. 즉, 밸브체를 원하는 크기로 형성했다고 해도, 거기에 상응하여 작동면(87)의 수압 면적을 조정하는 것에 의해, 파워 엘리먼트(6)와의 수압 밸런스를 조정할 수 있게 된다. 그 결과, 밸브부와 감압부의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

[제2실시형태]

도 5는 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다. 본 실시형태의 제어 밸브는, 밸브 본체의 구성이 제1실시형태와 약간 상이하다. 이 때문에, 이하에서는 제1실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 5에 있어서 제1실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

제어 밸브(201)는, 밸브 본체(202)에 있어서의 압력실(88)과 밸브실(26) 사이에, 작동실(28)과 연통 가능한 중간실(220)("기타의 압력실"에 해당함)이 마련되어 있다. 즉, 메인 밸브체(230)의 격벽(92) 근방의 측부에는, 내외를 연통하는 연통 구멍(222)이 마련되어 있다. 한편, 보디(205)의 내주면에 있어서의 연통 구멍(222)과의 대향부, 즉 가이드 구멍(224)의 축선 방향의 중간부에는, 오목홈(226)이 둘레에 마련되어 있다. 그리고, 오목홈(226)과 메인 밸브체(230) 사이에 중간실(220)이 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 보디(205), 코어(46), 케이스(56) 및 단부 부재(58)가 제어 밸브(201) 전체의 보디를 형성하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는 오목홈(226)을 가이드 구멍(224)측에 마련하고 있지만, 메인 밸브체(230)측에 마련하도록 해도 좋다.

이와 같은 구성에 의해, 중간실(220)은, 메인 밸브체(230)의 내부 통로(35)에 연통한다. 메인 밸브의 제어 상태에 있어서는, 메인 밸브체(230)의 하단 개구부(차단 밸브부)가 개방되기 때문에, 중간실(220)이 작동실(28) 나아가서는 포트(16)에 연통하게 된다. 이 때문에, 포트(14)로부터 도입되는 고압의 토출 냉매가 가이드 구멍(224)으로 누설하려고 해도, 이를 중간실(220)로 인도하여, 작동실(28)측으로 배출할 수 있다. 즉, 그 누설 냉매가 압력실(88)에 침입하여 크랭크 압력(Pc)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있고, 상술한 크랭크 압력(Pc)의 캔슬 기능을 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 토출실로부터 크랭크실로의 누설부를 메인 밸브의 밸브부만으로 할 수 있기 때문에, 최대 용량 운전의 유지나 제어 상태에 있어서의 흡입 압력(Ps)의 설정 압력(Pset)로부터의 차이를 작게 할 수 있다. 그 결과, 메인 밸브의 안정된 제어 상태를 유지할 수 있다.

[제3실시형태]

도 6은 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다. 본 실시형태의 제어 밸브는, 밸브 본체의 구성이 제2실시형태와 상이하다. 이 때문에, 이하에서는 제2실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 6에 있어서 제2실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

제어 밸브(301)는, 밸브 본체(302)에 있어서의 메인 밸브체(330)의 수압 형태가 제2실시형태와 상이하다. 보디(305)의 확경부(86)에는, 가이드 구멍(224)과는 별도로 메인 밸브체(330)를 슬라이딩 가능하게 지지하는 가이드 구멍(384)이 마련되어 있다. 한편, 메인 밸브체(330)는, 그 하단부의 바깥지름이 확경되고, 그 확경부(385)의 베이스단부에 작동면(87)이 마련되어 있다. 그리고, 보디(305)의 확경부(86)와, 메인 밸브체(330)의 본체와, 메인 밸브체(330)의 확경부(385)에 둘러싸이는 공간에 의해 압력실(88)이 형성된다. 즉, 메인 밸브체(330)에 있어서의 작동면(87)의 수압 방향은, 제2실시형태와는 반대가 되고, 메인 밸브의 밸브 개방 방향이 된다. 보디(305)에는, 용량실(22)과 압력실(88)을 연통시키는 연통로(89)가 형성되어 있다. 보디(305)의 하부에는, 연통로(89)의 성형시에 형성된 개구부를 폐지하는 저부를 갖는 원통 형상의 폐지 부재(307)이 감착(嵌着)되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 보디(305), 코어(46), 케이스(56) 및 단부 부재(58)가 제어 밸브(301) 전체의 보디를 형성하고 있다.

서브 밸브체(336)는, 연통로(39)의 중간부에 밸브 시트(337)를 구비한다. 작동 로드(338)는, 그 상단부가 서브 밸브체(336)에 삽통되고, 밸브 시트(337)에 착탈하여 개폐 밸브부를 개폐한다. 파워 엘리먼트(306)는, 벨로우즈(45)의 저부가 원판 형상의 스토퍼(308)에 의해 봉지되어 있다. 스토퍼(308)의 저면은 평탄면으로 되어 있지만, 서브 밸브체(336)의 상단면은 R형상으로 되어 있다. 이 때문에, 서브 밸브체(336)가 파워 엘리먼트(306)에 대해 작동 연결할 때는, 서브 밸브체(336)와 스토퍼(308)가 거의 점접촉이 된다. 이 때문에, 만약 서브 밸브체(336)와 파워 엘리먼트(306) 중의 어느 한쪽에 가로 하중이 발생해도, 그 가로 하중이 다른 한쪽에 작용하기 어려워져, 밸브체의 거동이 안정하게 유지된다. 또한, 본 실시형태에서는 파워 엘리먼트(306)와 서브 밸브체(336)의 당접부에 있어서, 파워 엘리먼트(306)측을 평탄면으로 하고, 서브 밸브체(336)측을 곡면(R형상)으로 했지만, 반대로, 서브 밸브체(336)측을 평탄면으로 하고, 파워 엘리먼트(306)측을 곡면으로 해도 좋다. 또는, 서브 밸브체(336)측과 파워 엘리먼트(306)측 모두를 곡면으로 해도 좋다. 본 실시형태에 있어서는, 보디(305), 코어(46), 케이스(56) 및 단부 부재(58)가 제어 밸브(301) 전체의 보디를 형성하고 있다.

본 실시형태에 있어서는, 벨로우즈(45)의 유효 수압 지름 A와, 메인 밸브체(330)의 확경부(385)(가이드 구멍(384)과의 슬라이딩부)의 유효 수압 지름 D가 동일하게 설정되어 있다. 또한, 메인 밸브체(330)의 메인 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 B와, 메인 밸브체(330)의 본체(가이드 구멍(224)과의 슬라이딩부)의 유효 수압 지름 C가 동일하게 설정되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 밸브체(메인 밸브체(330)와 서브 밸브체(336)를 일체로 보았을 때의 밸브체)의 유효 수압 면적이, 벨로우즈(45)의 유효 수압 면적보다 작게 구성되어 있다. 이 때문에, 용량실(22)에서 밸브체에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향을 완전히 캔슬할 수는 없다.

여기서, 벨로우즈(45)의 유효 수압 면적에서 작동면(87)의 수압 면적을 뺀 면적과 밸브체의 유효 수압 면적이 동일해지도록 구성하는 것에 의해, 밸브체에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향을 캔슬하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 메인 밸브체(330), 서브 밸브체(336) 및 파워 엘리먼트(306)가 작동 연결된 상태에 있어서는, 메인 밸브체(330)에 작용하는 토출 압력(Pd) 및 크랭크 압력(Pc)의 영향이 실질적으로 캔슬된다. 그 결과, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서, 메인 밸브체(330)는, 작동실(28)에서 받는 흡입 압력(Ps)에 기초하여 개폐 동작하게 된다. 즉, 제어 밸브(301)는 이른바 Ps감지 밸브로서 기능한다.

[제4실시형태]

도 7은 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다. 본 실시형태의 제어 밸브는, 밸브 본체의 구성이 제3실시형태와 상이하다. 이 때문에, 이하에서는 제3실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 7에 있어서 제3실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

제어 밸브(401)는, 밸브 본체(402)에 있어서의 서브 밸브의 구성이 제3실시형태와 상이하다. 서브 밸브체(436)는, 단차를 갖는 원주 형상의 본체 측면에 복수의 다리부(438)가 등간격으로 둘레에 마련되어 있다. 서브 밸브체(436)는, 이들의 다리부(438)를 통해 보디(305)에 슬라이딩 가능하게 지지되고 있다. 단, 보디(305)에 마련된 계지부(19)에 의해, 서브 밸브체(436)의 하방으로의 변위가 규제된다. 한편, 서브 밸브체(436)와 보디(305) 사이에는, 인접하는 다리부(438)의 간극에 의해 용량실(22)과 메인 밸브 구멍(18)을 연통시키는 연통로(439)가 형성된다.

한편, 작동 로드(38)의 중간부에는 스냅링(410)이 감합되고, 그 스냅링(410)과 격벽(92) 사이에 스프링(42)이 배치되어 있다. 또한, 작동 로드(38)의 상단부에는 원통 형상의 계지부재(412)가 압입되어 있다. 이 때문에, 계합부(94)와 계지부재(412)에 의해 격벽(92)의 상대적인 이동 범위가 규제되게 된다. 도 7에는 격벽(92)이 계지부재(412)에 당접하고, 메인 밸브체(330)가 작동 로드(38)에 대해 상대적으로 상사점에 위치한 상태가 도시되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 솔레노이드(3)가 비통전일 때에는, 스프링(47)의 부세력에 의해 작동 로드(38)가 가압되어 밑으로 내려지지만, 그때, 계지부재(412)가 격벽(92)에 당접하여 메인 밸브체(330)를 밸브 개방 방향으로 부세한다. 그 결과, 도시된 바와 같이, 메인 밸브가 전개 상태가 되는 한편 차단 밸브부가 밸브 폐쇄 상태가 된다. 또한, 이때 차단 밸브부가 확실하게 폐쇄되도록, 본 실시형태에 있어서는 솔레노이드(3)가 오프로 되어도, 플런저(50)의 하면과 슬리브(48)의 저면 사이에 간극이 형성되도록 한 치수 구성으로 되어 있다.

또한, 이때 스프링(44)의 부세력에 의해 서브 밸브체(436)가 하방으로 부세되지만, 다리부(438)가 계지부(19)에 계지되는 것에 의해 그 변위가 규제되기 때문에, 서브 밸브체(436)가 메인 밸브체(330)로부터 이격하여 서브 밸브가 개방된다. 그 결과, 크랭크 압력(Pc)이 연통로(439)를 통해 메인 밸브체(330)의 내부 통로(35)에 도입된다. 이에 의해, 메인 밸브체(330) 및 서브 밸브체(336)에 작용하는 크랭크 압력(Pc)의 영향이 캔슬된다. 이에 의해, 밸브체에는 차압(Pc-Ps)이 작용하지 않기 때문에, 다음에 솔레노이드(3)에 통전시켰을 때에는 메인 밸브체(30)를 작은 솔레노이드력으로 밸브 폐쇄 방향으로 구동할 수 있다.

또한, 만일 메인 밸브체(330)와 가이드 구멍(224)의 슬라이딩부로의 이물의 침입에 의해 메인 밸브체(330)가 록된 경우에는, 솔레노이드력을 크게 하는 것에 의해, 스프링(42)의 부세력에 저항하여 작동 로드(38)를 메인 밸브체(330)에 대해 상대 변위시킬 수 있다. 이에 의해, 계합부(94)와 격벽(92)이 계합(당접)되었을 때에는 솔레노이드력을 메인 밸브체(330)에 직접 전달할 수 있어, 스프링(42)의 부세력보다 큰 힘으로 메인 밸브체(330)를 메인 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 가압할 수 있다. 이에 의해, 작동 로드(38)의 록을 해제할 수 있다.

[제5실시형태]

도 8은 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 상반부에 대응하는 부분 확대 단면도이다. 본 실시형태의 제어 밸브는, 밸브 본체의 구성이 제2실시형태와 상이하다. 이 때문에, 이하에서는 제2실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 8에 있어서 제2실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

제어 밸브(501)는, 밸브 본체(502)에 있어서의 메인 밸브 및 서브 밸브의 구성이 제2실시형태와 상이하다. 메인 밸브체(530)는, 그 축경부(85)의 길이가 약간 짧게 구성되는 한편, 스프링(42)에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 부세되어 있기 때문에, 전개 상태가 되어도 그 하단 개구부는 코어(46)에 착석하지 않는다. 즉, 본 실시형태에 있어서는 차단 밸브부는 구성되지 않는다. 한편, 서브 밸브체(536)는, 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 작동 로드(38)의 상단부에 압입 고정되어 있다. 이 때문에, 서브 밸브체(536)를 서브 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 직접 부세하는 스프링은 마련되어 있지 않다. 서브 밸브체(536)에는 연통로는 마련되어 있지 않다. 작동 로드(38)의 중간부에는 스냅링(410)이 감합되고, 그 스냅링(410)과 격벽(92) 사이에 스프링(42)이 배치되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서는 제2실시형태와 동일하게, 크랭크 압력(Pc)의 영향이 캔슬되지만, 메인 밸브의 전개시에 있어서 밸브체(메인 밸브체(530), 서브 밸브체(536))에 차압(Pc-Ps)이 작용하게 된다. 이 때문에, 솔레노이드(3)의 기동시에는, 그 차압(Pc-Ps)에 의한 힘에 저항하여 밸브체를 구동해야 하다. 그러나, 솔레노이드(3)의 기동 전에는 통상, 크랭크 압력(Pc)과 흡입 압력(Ps)의 압력차가 없는 경우가 대부분이기 때문에, 실질적으로 문제가 되는 것은 적을 것으로 생각된다. 한편, 이와 같이 구성하는 것에 의해, 스프링의 수를 삭감할 수 있고, 또한 서브 밸브체를 비교적 간소하게 구성할 수 있다. 또한, 제어 밸브의 전체 길이를 작게 할 수는 장점도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기한 특정 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다향한 변형이 가능한 것은 물론이다.

상기한 각 실시형태에서는, 제어 밸브로서, 흡입 압력(Ps)을 감지하여 동작하는 이른바 Ps감지 밸브를 제시했지만, 크랭크 압력(Pc)을 감지하여 동작하는 이른바 Pc감지 밸브로서 구성해도 좋다. 그 경우, 포트(16)를 크랭크실에 연통시키도록 한다.

상기 실시형태에서는, 파워 엘리먼트(6, 306)를 구성하는 감압 부재로서 벨로우즈(45)를 채용하는 예를 제시했지만, 다이어프램을 채용해도 좋다. 그 경우, 그 감압 부재로서 필요한 동작 스트로크를 확보하기 위해, 복수의 다이어프램을 축선 방향으로 연결하는 구성으로 해도 좋다.

상기한 각 실시형태에서는, 크랭크실로 연통하는 크랭크실 연통 포트(도입 도출 포트)로서, 단일 포트(12)를 마련하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 크랭크실 연통 포트를, 용량실(22)의 냉매를 크랭크실로 도출하는 제1포트(도출 포트)와, 크랭크실의 냉매를 용량실(22)로 도입하는 제2포트(도입 포트)로 나누어 구성해도 좋다.

상기 실시형태에서는, 스프링(42, 44, 47, 78) 등에 관하여, 부세 부재로서 스프링(코일 스프링)을 예시했지만, 고무나 수지 등의 탄성재료, 또는 판스프링 등의 탄성기구를 채용해도 좋은 것은 물론이다.

상기 실시형태에서는, 가변 용량 압축기의 토출실에서 크랭크실로 도입하는 냉매의 유량 또는 압력을 조정하는 이른바 도입 제어의 제어 밸브를 제시했지만, 변형예에 있어서는, 크랭크실에서 상기 흡입실로 도출하는 냉매의 유량 또는 압력을 조정하는 이른바 도출 제어의 제어 밸브로서 구성해도 좋다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태나 변형예에 한정되지 않고, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 상기 실시형태나 변형예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합하는 것에 의해 다양한 발명을 형성해도 좋다. 또한, 상기 실시형태나 변형예에 개시되는 전체 구성 요소로부터 몇개의 구성 요소를 삭제해도 좋다.

1: 제어 밸브
2: 밸브 본체
3: 솔레노이드
5: 보디
6: 파워 엘리먼트
20: 메인 밸브 시트
22: 용량실
26: 밸브실
28: 작동실
30: 메인 밸브체
34: 서브 밸브 시트
36: 서브 밸브체
38: 작동 로드
45: 벨로우즈
87: 작동면
88: 압력실
92: 격벽
94: 계합부
201: 제어 밸브
202: 밸브 본체
205: 보디
220: 중간실
230: 메인 밸브체
301: 제어 밸브
302: 밸브 본체
305: 보디
306: 파워 엘리먼트
330: 메인 밸브체
336: 서브 밸브체
337: 밸브 시트
338: 작동 로드
401: 제어 밸브
402: 밸브 본체
436: 서브 밸브체
501: 제어 밸브
530: 메인 밸브체
536: 서브 밸브체

Claims

흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 상기 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매, 및 상기 크랭크실로부터 상기 흡입실로 도출하는 냉매 중의 적어도 한쪽의 유량 또는 압력을 조정하는 것에 의해 변화시키는 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 있어서,
일단측에서부터 상기 크랭크실로 연통하는 용량실, 상기 토출실로 연통하는 밸브실, 피감지 압력이 도입되는 작동실이 형성된 보디;
상기 보디에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 일단측에서 상기 용량실 내의 크랭크 압력을 수압하는 한편, 타단측에서 상기 작동실 내의 피감지 압력을 수압하여, 상기 밸브실과 상기 용량실 사이에 마련된 밸브 시트에 착탈하여 밸브부를 개폐하는 밸브체;
상기 용량실 내의 크랭크 압력을 감압하여, 그 크랭크 압력에 상응하여 상기 밸브체를 밸브 개방 방향으로 부세(付勢)하는 감압부를 구비하고,
상기 밸브실에 대해 상기 용량실과는 반대측에, 상기 용량실의 크랭크 압력이 도입되는 압력실이 형성되고,
상기 밸브체에는 상기 압력실에서 크랭크 압력을 수압하는 작동면이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브체의 유효 수압 면적이, 상기 감압부의 유효 수압 면적보다 크게 구성되고,
상기 밸브체의 유효 수압 면적이, 상기 감압부의 유효 수압 면적과 상기 작동면의 수압 면적을 합한 면적과 동일 또는 거의 동일한 면적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브체의 유효 수압 면적이, 상기 감압부의 유효 수압 면적보다 작게 구성되고,
상기 밸브체의 유효 수압 면적이, 상기 감압부의 유효 수압 면적에서 상기 작동면의 수압 면적을 뺀 면적과 동일 또는 거의 동일한 면적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 밸브체에 있어서 상기 작동실 내의 피감지 압력을 수압하는 감압면의 유효 수압 면적이, 상기 감압부의 유효 수압 면적과 동일 또는 거의 동일한 면적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 압력실과 상기 밸브실 사이에, 상기 작동실과 연통 가능한 다른 압력실이 마련되는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브체로서, 상기 밸브실과 상기 용량실을 연통시키는 메인 통로에 마련된 메인 밸브 시트에 착탈하여 메인 밸브를 개폐하는 한편, 상기 용량실과 상기 작동실을 연통시키는 내부 통로가 형성된 메인 밸브체;
상기 내부 통로의 단부 또는 내부에 마련된 서브 밸브 시트에 착탈하여 서브 밸브를 개폐하는 서브 밸브체를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제6항에 있어서,
공급되는 전류량에 상응한 크기의 솔레노이드력을 발생시키는 솔레노이드;
상기 솔레노이드에 연결되어, 상기 밸브체에 대해 직접 또는 간접적으로 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력을 전달 가능한 작동 로드를 더 구비하고,
상기 작동 로드는, 상기 서브 밸브체에 대해 상기 서브 밸브의 밸브 개방 방향의 솔레노이드력을 전달 가능하게 구성되고,
상기 솔레노이드가 오프로 되는 것에 의한 상기 메인 밸브의 전개(全開)시에, 상기 내부 통로와 상기 작동실의 연통을 차단하는 차단 밸브부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제7항에 있어서,
상기 서브 밸브체에 상기 용량실과 상기 내부 통로를 연통시키는 연통로가 형성되고,
상기 솔레노이드가 온으로 된 제어 상태에 있어서는 상기 연통로를 차단하고, 상기 솔레노이드가 오프로 된 비제어 상태에 있어서는 상기 연통로를 개방하는 개폐 밸브부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제6항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 서브 밸브체가 상기 메인 밸브체와 상기 감압부 사이에 마련되는 한편, 상기 서브 밸브체와 상기 감압부가 접리(接離) 가능하게 구성되고,
상기 서브 밸브체와 상기 감압부 중의 적어도 한쪽의 당접면이 R형상이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
공급되는 전류량에 상응한 크기의 솔레노이드력을 발생시키는 솔레노이드;
상기 솔레노이드에 연결되어, 상기 밸브체에 대해 직접 또는 간접적으로 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력을 전달 가능한 작동 로드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.