KR20180111740A - 가변 용량 압축기용 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가변 용량 압축기용 제어 밸브를 구성하는 메인 밸브 및 서브 밸브는, 서브 밸브의 전개 시에 있어서 상기 서브 밸브 및 누설용 오리피스를 흐르는 냉매의 총유량이, 메인 밸브의 전개시에 상기 메인 밸브를 흐르는 유량보다 커지도록 구조가 정해져 있는 것을 특징으로 한다.

Description

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

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

자동차용 공조 장치는, 일반적으로, 압축기, 응축기, 팽창 장치, 증발기 등을 냉동 사이클에 배치하여 구성된다. 압축기로서는, 엔진의 회전수에 상관없이 일정한 냉방 능력이 유지되도록, 냉매의 토출 용량을 가변할 수 있는 가변 용량 압축기(단순히 "압축기"라고도 한다)가 사용되고 있다. 이 압축기는, 엔진에 의해 구동되는 회전축에 장착된 요동판에 압축용 피스톤이 연결되고, 요동판의 각도를 변화시켜 피스톤의 스트로크를 변화시키는 것에 의해 냉매의 토출량을 조정한다. 요동판의 각도는, 밀폐된 제어실 내에 토출 냉매의 일부를 도입하고, 피스톤의 양면에 가해지는 압력의 균형을 변화시키는 것에 의해 연속적으로 변화된다. 이 제어실 내의 압력(이하 "제어 압력"이라 한다)(Pc)은, 예를 들면 압축기의 토출실과 제어실 사이에 마련된 제어 밸브에 의해 제어된다.

하지만, 이와 같은 제어 밸브로서, 토출실과 제어실을 연통시키는 메인 통로에 메인 밸브를 마련하는 한편, 제어실과 흡입실을 연통시키는 서브 통로에 서브 밸브를 마련하고, 그들의 밸브를 단일 솔레노이드에 의해 구동하는 것이 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이 제어 밸브에 의하면, 공조 장치의 정상 운전시에는 서브 밸브를 폐쇄한 상태에서 메인 밸브의 개도가 조정된다. 그에 의해, 상술한 바와 같이 제어 압력(Pc)을 조정하여 압축기의 토출 용량을 제어할 수 있다. 한편, 공조 장치의 기동시에는 메인 밸브를 폐쇄한 상태에서 서브 밸브가 개방되고, 그에 의해 제어 압력(Pc)을 신속하게 저하시키는 것에 의해, 압축기를 비교적 신속하게 최대 용량 운전 상태로 이행시키는 이른바 블리드(bleed) 기능을 발휘할 수 있다.

일본국 특허공개공보 2014-95463호 공보

하지만, 이와 같은 제어 밸브는, 메인 밸브가 전개 상태에서 메인 밸브체의 작동이 잠긴 경우에도, 제어 압력(Pc)을 저감할 수 없어, 압축기를 기동할 수 없는 가능성이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 토출실로부터 제어실에 도입하는 냉매의 유량, 또는 제어실로부터 흡입실에 도출하는 냉매의 유량을 조정하는 것에 의해 변화시키는 제어 밸브이다. 이 제어 밸브는, 토출실과 제어실을 연통시키는 메인 통로와, 제어실과 흡입실을 연통시키는 서브 통로가 형성된 보디; 메인 통로에 마련된 메인 밸브 시트; 메인 밸브 시트에 탈착하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체; 서브 통로에 마련된 서브 밸브 시트; 서브 밸브 시트에 탈착하여 서브 밸브를 개폐하는 서브 밸브체; 메인 밸브의 밸브 폐쇄 방향의 구동력을 발생시키는 솔레노이드; 솔레노이드의 구동력을 메인 밸브체 및 서브 밸브체에 전달하기 위한 작동 로드; 메인 밸브에 밸브 개방 방향의 부세력을 부여하기 위한 제1의 부세 부재; 서브 밸브에 밸브 폐쇄 방향의 부세력을 부여하기 위한 제2의 부세 부재; 및 제어실의 제어 압력과 흡입실의 흡입 압력의 차압이 설정 차압 이상이 되었을 때 서브 밸브를 개방시키는 차압 밸브 개방 기구를 포함한다.

이 실시예에 의하면, 예컨대 메인 밸브의 전개 상태에서 메인 밸브체의 작동이 잠긴 경우에도 제어실의 압력을 어느 정도 저감하여 압축기를 기동시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 메인 밸브의 작동이 전개 상태에서 잠긴 경우에도 압축기를 기동 가능한 가변 용량 압축기 제어 밸브를 제공할 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 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 제어 밸브의 개방 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 개방 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 개방 특성을 나타내는 도면이다.

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

[제1실시형태]

도 1은, 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

제어 밸브(1)는, 자동차용 공조 장치의 냉동 사이클에 장착되는 대상 장치로서의 도시하지 않는 가변 용량 압축기(단순히 "압축기"라 한다)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 상태의 냉매가 된다. 이 저온/저압의 냉매가 증발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내 공기를 냉각한다. 증발기에 의해 증발된 냉매는, 다시 압축기에 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 제어실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 것에 의해 요동판의 각도, 나아가서는 그 압축기의 토출 용량을 변화시킨다. 한편, 본 실시형태의 제어실은 크랭크실로 이루어지지만, 변형예에서는 크랭크실내 또는 크랭크실외에 별도로 마련된 압력실이어도 좋다.

제어 밸브(1)는, 압축기의 흡입 압력(Ps)("피감지 압력"에 해당)을 설정 압력으로 유지하도록, 토출실로부터 제어실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 이른바 Ps 감지 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 제어실에 도입하기 위한 냉매 통로를 개폐하는 메인 밸브와, 압축기의 기동시에 제어실의 냉매를 흡입실로 풀어주는 이른바 블리드 밸브로서 기능하는 서브 밸브를 포함한다. 솔레노이드(3)는, 메인 밸브를 개폐 방향으로 구동하여 그 개도를 조정하여, 제어실에 도입하는 냉매 유량을 제어한다. 밸브 본체(2)는, 단차가 있는 원통 형상의 보디(5), 보디(5)의 내부에 마련된 메인 밸브 및 서브 밸브, 메인 밸브의 개도를 조정하기 위해 솔레노이드력에 대항하는 힘을 발생시키는 파워 엘리먼트(6) 등을 포함하고 있다. 파워 엘리먼트(6)는, "감압부"로서 기능한다.

보디(5)에는, 그 상단측에서부터 포트(12, 14, 16)가 마련되어 있다. 포트(12)는 "흡입실 연통 포트"로서 기능하고, 압축기의 흡입실에 연통한다. 포트(14)는 "제어실 연통 포트"로서 기능하고, 압축기의 제어실에 연통한다. 포트(16)는 "토출실 연통 포트"로서 기능하고, 압축기의 토출실에 연통한다. 보디(5)의 상단 개구부를 폐쇄하도록 단부 부재(13)가 고정되어 있다. 보디(5)의 하단부는 솔레노이드(3)의 상단부에 연결되어 있다.

보디(5) 내에는, 포트(16)와 포트(14)를 연통시키는 내부 통로인 메인 통로와, 포트(14)와 포트(12)를 연통시키는 내부 통로인 서브 통로가 형성되어 있다. 메인 통로에는 메인 밸브가 마련되고, 서브 통로에는 서브 밸브가 마련된다. 즉, 제어 밸브(1)는, 일단측에서부터 파워 엘리먼트(6), 서브 밸브, 메인 밸브, 솔레노이드(3)가 차례로 배치되는 구성을 구비한다. 메인 통로에는 메인 밸브 구멍(20)과 메인 밸브 시트(22)가 마련된다. 서브 통로에는 서브 밸브 구멍(32)과 서브 밸브 시트(34)가 마련된다.

포트(12)는, 보디(5)의 상부에 구획된 작동실(23)과 흡입실을 연통시킨다. 파워 엘리먼트(6)는, 작동실(23)에 배치되어 있다. 포트(16)는, 토출실로부터 토출 압력(Pd)의 냉매를 도입한다. 포트(16)와 메인 밸브 구멍(20) 사이에는 메인 밸브실(24)이 마련되고, 메인 밸브가 배치되어 있다. 포트(14)는, 압축기 정상 동작시에 메인 밸브를 경유하여 제어 압력(Pc)이 된 냉매를 제어실을 향해 도출하는 한편, 압축기의 기동시에는 제어실로부터 배출된 제어 압력(Pc)의 냉매를 도입한다. 포트(14)와 메인 밸브 구멍(20) 사이에는 서브 밸브실(26)이 마련되고, 서브 밸브가 배치되어 있다. 서브 밸브실(26)은 "용량실"로서 기능한다. 포트(12)는, 압축기의 정상 동작시에 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하는 한편, 압축기의 기동시에는 서브 밸브를 경유하여 흡입 압력(Ps)이 된 냉매를 흡입실을 향해 도출한다.

즉, 메인 밸브의 개방시에는, 포트(16)가 토출실로부터의 냉매를 도입하기 위한 "도입 포트"로서 기능하는 한편, 포트(14)가 제어실을 향해 냉매를 도출하기 위한 "도출 포트"로서 기능한다. 한편, 서브 밸브의 개방시에는, 포트(14)가 제어실로부터의 냉매를 도입하기 위한 "도입 포트"로서 기능하는 한편, 포트(12)가 흡입실을 향해 냉매를 도출하기 위한 "도출 포트"로서 기능한다. 포트(14)는, 메인 밸브 및 서브 밸브의 개폐 상태에 따라 냉매를 도입 또는 도출하는 "도입/도출 포트"로서 기능한다.

메인 밸브실(24)과 서브 밸브실(26) 사이에 메인 밸브 구멍(20)이 마련되고, 그 하단 개구 단부에 메인 밸브 시트(22)가 형성되어 있다. 포트(14)와 작동실(23) 사이에는 가이드 구멍(25)이 마련되어 있다. 보디(5)의 하부(메인 밸브실(24)의 메인 밸브 구멍(20)과는 반대측)에는 가이드 구멍(27)이 마련되어 있다. 가이드 구멍(27)에는, 단차가 있는 원통 형상의 밸브 구동체(29)가 슬라이딩 가능하게 삽통되어 있다.

밸브 구동체(29)의 상반부가 지름이 축소되어, 메인 밸브 구멍(20)을 관통하면서 내외를 구획하는 구획부(33)로 되어 있다. 밸브 구동체(29)의 중간부에 형성된 단차부가, 메인 밸브 시트(22)에 탈착하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체(30)로 되어 있다. 메인 밸브체(30)가 메인 밸브실(24)측에서 메인 밸브 시트(22)에 탈착하는 것에 의해 메인 밸브를 개폐하여, 토출실로부터 제어실로 흐르는 냉매 유량을 조정한다. 구획부(33)의 상부가 상방을 향해 테이퍼 형상으로 지름이 확대되고, 그 상단 개구부에 서브 밸브 시트(34)가 구성되어 있다. 서브 밸브 시트(34)는, 밸브 구동체(29)와 함께 변위하는 가동 밸브 시트로서 기능한다. 한편, 본 실시형태에서는, 밸브 구동체(29)와 메인 밸브체(30)를 구별하고 있지만, 밸브 구동체(29)를 "메인 밸브체"로서 취급해도 좋다.

한편, 가이드 구멍(25)에는, 원통 형상의 서브 밸브체(36)가 슬라이딩 가능하게 삽통되어 있다. 서브 밸브체(36)의 내부 통로가 서브 밸브 구멍(32)이 되어 있다. 이 내부 통로는, 서브 밸브의 개방에 의해 서브 밸브실(26)과 작동실(23)을 연통시킨다. 서브 밸브체(36)와 서브 밸브 시트(34)는 축선 방향으로 대향 배치되어 있다. 서브 밸브체(36)가 서브 밸브실(26)에서 서브 밸브 시트(34)에 탈착하는 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 관통하여 파워 엘리먼트(6)와 작동 연결 가능하게 접속된다. 작동 로드(38)의 하단부는, 솔레노이드(3)의 후술하는 플런저(50)에 연결되어 있다. 작동 로드(38)의 상반부는 밸브 구동체(29)를 관통하고, 그 상부가 지름이 축소되어 있다. 그 축경부에는 서브 밸브체(36)가 외측으로 삽입되고, 압입에 의해 고정되어 있다. 그 축경부의 선단이 파워 엘리먼트(6)에 접속되어 있다.

작동 로드(38)의 축선 방향 중간부에는 링형상의 스프링 베어링(40)이 끼워져 지지되어 있다. 밸브 구동체(29)와 스프링 베어링(40) 사이에는, 밸브 구동체(29)를 메인 밸브 및 서브 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(42)("제2의 부세 부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 메인 밸브의 제어시에는, 스프링(42)의 탄성력에 의해 밸브 구동체(29)와 스프링 베어링(40)이 서로 팽팽하게 끌어당기는 상태가 되고, 메인 밸브체(30)와 작동 로드(38)가 일체로 동작한다.

파워 엘리먼트(6)는, 흡입 압력(Ps)을 감지하여 변위하는 벨로우즈(45)를 포함하고, 그 벨로우즈(45)의 변위에 의해 솔레노이드력에 대항하는 힘을 발생시킨다. 이 대항력은, 작동 로드(38) 및 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, 제어실로부터 흡입실로의 냉매의 릴리프가 차단된다. 또한, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)로부터 이격하여 서브 밸브를 개방하는 것에 의해, 제어실로부터 흡입실로의 냉매의 릴리프가 허용된다.

한편, 솔레노이드(3)는, 단차가 있는 원통 형상의 코어(46)와, 코어(46)의 하단 개구부를 봉지하도록 조립된 저부가 있는 원통 형상의 슬리브(48)와, 슬리브(48)에 수용되어 코어(46)와 축선 방향으로 대향 배치된 단차가 있는 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 외방에서 덮도록 마련되는 원통 형상의 케이스(56)와, 케이스(56)의 하단 개구부를 봉지하도록 마련된 단부 부재(58)와, 보빈(52)의 하방에서 단부 부재(58)가 매설된 자성 재료로 이루어지는 칼라(60)를 포함한다. 한편, 코어(46), 케이스(56) 및 칼라(60)가 요크를 구성한다. 또한, 보디(5), 단부 부재(13), 코어(46), 케이스(56) 및 단부 부재(58)가 제어 밸브(1) 전체의 보디를 형성하고 있다.

밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)는, 보디(5)의 하단부가 코어(46)의 상단 개구부에 압입되는 것에 의해 고정되어 있다. 코어(46)와 밸브 구동체(29) 사이에는 작동실(28)이 형성되어 있다. 한편, 코어(46)의 중앙을 축선 방향으로 관통하도록, 작동 로드(38)가 삽통되어 있다. 작동실(28)은, 밸브 구동체(29) 및 서브 밸브체(36)의 각각의 내부 통로를 통해 작동실(23)에 연통한다. 이 때문에, 작동실(28)에는 작동실(23)의 흡입 압력(Ps)이 도입된다. 이 흡입 압력(Ps)은, 작동 로드(38)와 코어(46)의 틈에 의해 형성되는 연통로(62)를 통해 슬리브(48)의 내부에도 인도된다.

코어(46)와 플런저(50) 사이에는, 양자를 서로 이격시키는 방향으로 부세하는 스프링(44)("제1의 부세 부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 스프링(44)은, 솔레노이드(3)의 오프시에 메인 밸브를 개방시키는 이른바 오프 스프링으로서 기능한다. 작동 로드(38)는, 서브 밸브체(36) 및 플런저(50)의 각각에 대해 동축 형태로 접속되어 있다. 작동 로드(38)는, 그 상부가 서브 밸브체(36)에 압입되고, 하단부가 플런저(50)의 상부에 압입되어 있다. 이들 작동 로드(38), 서브 밸브체(36) 및 플런저(50)는, 메인 밸브의 제어시에 있어서 밸브 구동체(29)와 일체로 변위하는 "가동 부재"를 구성한다.

작동 로드(38)는, 코어(46)와 플런저(50)와의 흡인력인 솔레노이드력을, 메인 밸브체(30) 및 서브 밸브체(36)에 적절히 전달한다. 한편, 작동 로드(38)에는, 파워 엘리먼트(6)의 신축 작동에 의한 구동력("감압 구동력"이라고도 한다)이 솔레노이드력과 대항하도록 부하된다. 즉, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서는, 솔레노이드력과 감압 구동력에 의해 조정된 힘이 메인 밸브체(30)에 작용하여, 메인 밸브의 개도를 적절히 제어한다. 압축기의 기동시에는, 솔레노이드력의 크기에 상응하여 작동 로드(38)가 스프링(44)의 부세력에 저항하여 보디(5)에 대해 상대 변위하여, 메인 밸브를 폐쇄한 후에 서브 밸브체(36)를 밀어올려 서브 밸브를 개방시킨다. 또한, 메인 밸브의 제어중이어도, 흡입 압력(Ps)이 상당히 높아지면, 작동 로드(38)가 벨로우즈(45)의 부세력에 저항하여 보디(5)에 대해 상대 변위하여, 메인 밸브를 폐쇄한 후에 서브 밸브체(36)를 밀어올려 서브 밸브를 개방시킨다. 그에 의해 블리드 기능을 발휘시킨다.

슬리브(48)는 비자성 재료로 이루어진다. 플런저(50)의 측면에는 축선에 평행한 연통홈(66)이 마련되고, 플런저(50)의 하부에는 내외를 연통하는 연통 구멍(68)이 마련되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 도시한 바와 같이 플런저(50)가 하사점에 위치해도, 흡입 압력(Ps)이 플런저(50)와 슬리브(48)와의 틈을 통해 배압실(70)에 인도된다.

보빈(52)으로부터는 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 한쌍중의 하나만 표시되어 있다. 단부 부재(58)는, 케이스(56)에 내포되는 솔레노이드(3) 내의 구조물 전체를 하방에서 봉지하도록 장착되어 있다. 단부 부재(58)는, 내식성을 구비하는 수지재의 몰드 성형(사출 성형)에 의해 형성되고, 그 수지재가 케이스(56)와 전자 코일(54)의 틈에도 채워져 있다. 이와 같이 수지재가 케이스(56)와 전자 코일(54)의 틈에 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.

밸브 구동체(29)의 가이드 구멍(27)과의 슬라이딩면에는, 냉매의 유통을 억제하기 위한 복수의 링형상 홈으로 이루어지는 래버린스씰(74)이 마련되어 있다. 스프링 베어링(40)은, 이른바 E링으로 이루어지고, 작동 로드(38)의 중간부에 형성된 링형상 홈에 끼워지도록 하여 지지되고, 작동실(28) 내에 배치되어 있다.

밸브 구동체(29)의 하반부는 내경이 확대되어 있어, 스프링(42)이 그 확경부에 수용되도록 배치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 스프링(42)과 밸브 구동체(29)의 당접 포인트가, 가이드 구멍(27)에 있어서의 슬라이딩부의 중앙보다 메인 밸브실(24)측에 위치하기 때문에, 밸브 구동체(29)가 이른바 균형 장난감(balancing toy)과 같은 형태로 스프링(42)에 안정하게 지지된다. 그 결과, 메인 밸브체(30)가 개폐 구동될 때의 흔들림에 의한 히스테리시스의 발생을 방지 또는 억제할 수 있다.

서브 밸브체(36)는, 그 중앙을 축선 방향으로 관통하는 삽통 구멍(43)을 구비한다. 작동 로드(38)의 상부는, 그 삽통 구멍(43)을 관통하여 파워 엘리먼트(6)까지 연장되어 있다. 서브 밸브체(36)는, 작동 로드(38)에 있어서의 축경부의 기단인 단차부(79)에 계지(係止)되는 것에 의해, 작동 로드(38)에 대한 위치 결정이 이루어지고 있다. 서브 밸브체(36)에 있어서의 삽통 구멍(43)의 주위에는, 밸브 구동체(29)의 내부 통로(37)와 작동실(23)을 연통시키기 위한 복수의 내부 통로(39)가 형성되어 있다. 내부 통로(39)는, 삽통 구멍(43)과 평행하게 연장되어, 서브 밸브체(36)를 관통하고 있다. 서브 밸브체(36)의 가이드 구멍(25)과의 슬라이딩면에는 래버린스씰(75)이 마련되어 있다. 한편, 작동 로드(38)는, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)에 착석한 도시 상태에 있어서는, 스프링 베어링(40)의 상면이 밸브 구동체(29)의 하면에서 적어도 소정 간격(L)을 두고 이격하도록, 단차부(79)의 위치가 설정되어 있다. 소정 간격(L)은, 이른바 "클리어런스"로서 기능한다.

솔레노이드력을 크게 하면, 작동 로드(38)를 메인 밸브체(30)(밸브 구동체(29))에 대해 상대 변위시켜 서브 밸브체(36)를 밀어올릴 수도 있다. 그에 의해, 서브 밸브체(36)와 서브 밸브 시트(34)를 이격시켜 서브 밸브를 개방할 수 있다. 또한, 스프링 베어링(40)과 밸브 구동체(29)를 계합(당접)시킨 상태로 솔레노이드력을 메인 밸브체(30)에 직접적으로 전달할 수 있어, 메인 밸브체(30)를 메인 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 큰 힘으로 가압할 수 있다. 이 구성은, 밸브 구동체(29)와 가이드 구멍(27)의 슬라이딩부로의 이물의 침입에 의해 메인 밸브체(30)의 작동이 잠긴 경우에, 그를 해제하는 잠금 해제 기구로서 기능한다.

메인 밸브실(24)은, 보디(5)와 동축 형태로 마련되고, 메인 밸브 구멍(20)보다 지름이 큰 압력실로서 구성된다. 이 때문에, 메인 밸브와 포트(16) 사이에는 비교적 큰 공간이 형성되어, 메인 밸브를 개방시켰을 때에 메인 통로를 흐르는 냉매의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 마찬가지로, 서브 밸브실(26)도 보디(5)와 동축 형태로 마련되고, 메인 밸브 구멍(20)보다 지름이 큰 압력실로서 구성된다. 이 때문에, 서브 밸브와 포트(14) 사이에도 비교적 큰 공간이 형성된다. 그리고 도시한 바와 같이, 밸브 구동체(29)의 상단과 서브 밸브체(36)의 하단의 탈착부가, 서브 밸브실(26)의 중앙부에 위치하도록 설정되어 있다. 즉, 서브 밸브 시트(34)가 항상 서브 밸브실(26)에 위치하도록 메인 밸브체(30)의 가동 범위가 설정되고, 서브 밸브실(26)에서 서브 밸브가 개폐되게 된다. 이 때문에, 서브 밸브를 개방시켰을 때에 서브 통로를 흐르는 냉매의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 블리드 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다.

파워 엘리먼트(6)는, 벨로우즈(45)의 상단 개구부를 제1스토퍼(82)에 의해 폐지하고, 하단 개구부를 제2스토퍼(84)에 의해 폐지하여 구성되어 있다. 벨로우즈(45)는 "감압 부재"로서 기능하고, 제1스토퍼(82) 및 제2스토퍼(84)는, 각각 "베이스 부재"로서 기능한다. 제1스토퍼(82)는, 단부 부재(13)에 의해 동축 형태로 지지되어 있다. 스토퍼(82, 84)는, 금속재를 프레스 성형하여 저부가 있는 원통 형상으로 구성되어 있고, 그 개구 단부에 반경 방향 외측으로 연장되는 플랜지부(86)를 구비한다. 벨로우즈(45)는, 주름상자 형상의 본체를 구비하고, 그 본체의 상단 개구부가 제1스토퍼(82)의 플랜지부(86)에 기밀이게 용접되고, 그 본체의 하단 개구부가 제2스토퍼(84)의 플랜지부(86)에 기밀이게 용접되어 있다. 벨로우즈(45)의 내부는 밀폐된 기준 압력실(S)이 되어 있고, 벨로우즈(45)의 내방에는, 제1스토퍼(82)와 제2스토퍼(84) 사이에, 벨로우즈(45)를 신장 방향으로 부세하는 스프링(88)이 개재되어 있다. 기준 압력실(S)은, 본 실시형태에서는 진공 상태로 되어 있다.

단부 부재(13)는, 파워 엘리먼트(6)의 고정단이 되어 있다. 단부 부재(13)의 하면 중앙에는, 하방을 향해 지지부(89)가 돌출되어 있다. 그 지지부(89)가, 제1스토퍼(82)에 동축 형태로 끼워지고, 제1스토퍼(82)를 상방으로부터 지지하고 있다. 지지부(89)의 선단이 제1스토퍼(82)의 저부를 계지하는 것에 의해, 파워 엘리먼트(6)의 상방으로의 변위가 규제되어 있다. 보디(5)로의 압입량을 조정하는 것에 의해, 파워 엘리먼트(6)의 설정 하중(스프링(88)의 설정 하중)을 조정할 수 있도록 되어 있다.

제1스토퍼(82)의 중앙부가 벨로우즈(45)의 내방을 향해 하방으로 연장되고, 제2스토퍼(84)의 중앙부가 벨로우즈(45)의 내방을 향해 상방으로 연장되어, 그들이 벨로우즈(45)의 축심을 형성하고 있다. 작동 로드(38)의 상단부가 제2스토퍼(84)에 감합되어 있다. 벨로우즈(45)는, 작동실(23)의 흡입 압력(Ps)과 기준 압력실(S)의 기준 압력의 차압에 상응하여 축선 방향(메인 밸브 및 서브 밸브의 개폐 방향)으로 신장 또는 수축한다. 벨로우즈(45)의 변위에 상응하여 메인 밸브체(30)에 밸브 개방 방향의 구동력이 부여된다. 그 차압이 커져도, 벨로우즈(45)가 소정량 수축하면, 제2스토퍼(84)가 제1스토퍼(82)에 당접하여 계지되기 때문에, 그 수축은 규제된다.

본 실시형태에 있어서는, 벨로우즈(45)의 유효 수압 지름 A와, 메인 밸브체(30)의 메인 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 B(실링부 지름)와, 밸브 구동체(29)의 슬라이딩부 지름 C(실링부 지름)와, 서브 밸브체(36)의 슬라이딩부 지름 D(실링부 지름)이 동일하게 설정되어 있다. 한편, 여기서 말하는 "동일하다"란, 완전하게 동일한 개념은 물론, 거의 동일한(실질적으로 동일) 개념을 포함하는 것으로 간주해도 좋다. 이 때문에, 밸브 구동체(29)와 파워 엘리먼트(6)가 작동 연결된 상태에 있어서는, 메인 밸브체(30)와 서브 밸브체(36)의 결합체에 작용하는 토출 압력(Pd), 제어 압력(Pc) 및 흡입 압력(Ps)의 영향이 캔슬된다. 그 결과, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서, 메인 밸브체(30)는, 파워 엘리먼트(6)가 작동실(23)에서 받는 흡입 압력(Ps)을 바탕으로 개폐 동작하게 된다. 즉, 제어 밸브(1)는, 이른바 Ps 감지 밸브로서 기능한다.

본 실시형태에서는 이와 같이, 지름 B, C, D를 동일하게 하는 한편, 밸브체(메인 밸브체(30) 및 서브 밸브체(36))의 내부 통로를 상하로 관통시키는 것에 의해, 밸브체에 작용하는 압력(Pd, Pc, Ps)의 영향을 캔슬할 수 있다. 즉, 서브 밸브체(36), 밸브 구동체(29), 작동 로드(38) 및 플런저(50)의 결합체의 전후(도면에서는 상하)의 압력을 동일한 압력(흡입 압력(Ps))으로 할 수 있고, 그에 의해 압력 캔슬이 실현된다. 이에 의해, 벨로우즈(45)의 지름에 의존하지 않고 각 밸브체의 지름을 설정할 수도 있어, 설계 자유도가 높다. 이 때문에, 변형예에 있어서는, 지름 B, C, D를 동일하게 하는 한편, 유효 수압 지름 A를 이들과 상이하게 해도 좋다. 즉, 벨로우즈(45)의 유효 수압 지름 A를, 지름 B, C, D보다 작게 해도 좋고, 지름 B, C, D보다 크게 해도 좋다.

한편, 본 실시형태에서는, 서브 밸브체(36)의 서브 밸브에 있어서의 실링부 지름 E가, 메인 밸브체(30)의 메인 밸브에 있어서의 실링부 지름 유효 수압 지름 B보다 작게 되어 있고, 제어 압력(Pc)과 흡입 압력(Ps)의 차압(Pc-Ps)이 밸브 구동체(29)에 대해 서브 밸브의 밸브 개방 방향으로 작용한다. 이와 같은 수압 구조와 스프링(42)에 의한 부세 구조가, 차압(Pc-Ps)이 설정 차압(ΔPset) 이상이 되었을 때 서브 밸브를 개방시키는 "차압 밸브 개방 기구"를 실현하고 있다.

보디(5)의 외주면에 있어서, 포트(12)와 포트(14) 사이에는 O링(92)이 끼워지고, 포트(14)와 포트(16) 사이에는 O링(94)이 끼워져 있다. 또한, 코어(46)의 상단 근방의 외주면에도 O링(96)이 끼워져 있다. 이들의 O링(92, 94, 96)은, 실링 기능을 구비하고, 제어 밸브(1)가 압축기의 장착 구멍에 장착되었을 때 냉매의 누설을 규제한다.

다음으로, 제어 밸브의 동작에 대해 설명한다.

본 실시형태에서는, 솔레노이드(3)로의 통전 제어에 PWM(Pulse Width Modulation) 방식이 채용된다. 이 PWM 제어는, 소정의 듀티비로 설정한 400Hz 정도의 펄스 전류를 공급하여 제어를 하는 것이고, 도시하지 않는 제어부에 의해 실행된다. 이 제어부는, 지정한 듀티비의 펄스 신호를 출력하는 PWM 출력부를 구비하지만, 그 구성 자체에는 공지의 것이 채용되기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.

도 3~도 5는, 제어 밸브의 동작을 나타내는 도면이다. 이미 설명한 도 2는, 제어 밸브의 최소 용량 운전 상태를 나타내고 있다. 도 3은, 제어 밸브의 기동시 등에 블리드 기능을 동작시켰을 때의 상태를 나타내고 있다. 도 4는, 비교적 안정된 제어 상태를 나타내고 있다. 도 5는, 솔레노이드(3)의 오프시에 제어 압력(Pc)이 과대가 되었을 때의 상태를 나타내고 있다. 이하에서는 도 1을 바탕으로, 적절히 도 2~도 5를 참조하면서 설명한다.

제어 밸브(1)에 있어서 솔레노이드(3)가 비통전(오프)일 때, 즉 자동차용 공조 장치가 동작하지 않고 있을 때에는, 코어(46)와 플런저(50) 사이에 흡인력이 작용하지 않는다. 한편, 스프링(44)의 부세력이, 플런저(50), 작동 로드(38) 및 서브 밸브체(36)를 통해 밸브 구동체(29)에 전달된다. 그 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(22)로부터 이격하여 메인 밸브가 전개 상태가 된다. 이 때, 서브 밸브는 폐쇄 상태를 유지한다.

한편, 자동차용 공조 장치의 기동시에 솔레노이드(3)의 전자 코일(54)에 기동 전류가 공급되면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 흡입 압력(Ps)이 그 공급 전류값에 의해 정해지는 밸브 개방 압력("서브 밸브 개방 압력"이라고도 한다)보다 높으면, 서브 밸브가 개방된다. 즉, 솔레노이드력이 스프링(42)의 부세력에 이겨, 서브 밸브체(36)가 일체적으로 밀어올려진다. 그 결과, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)로부터 이격하여 서브 밸브가 개방되어, 블리드 기능이 효율적으로 발휘된다. 이 동작 과정에서 메인 밸브체(30)가 스프링(42)의 부세력에 의해 밀어올려져, 메인 밸브 시트(22)에 착석한다. 그 결과, 메인 밸브는 폐쇄 상태가 된다. 즉, 메인 밸브가 폐쇄되어 제어실로의 토출 냉매의 도입을 규제한 후, 서브 밸브가 개방되어 제어실 내의 냉매를 흡입실로 신속하게 릴리프 시킨다. 그 결과, 압축기를 신속하게 기동시킬 수 있다. 한편, "서브 밸브 개방 압력"에 대해서는, 차량이 처해지는 환경에 따라 후술하는 설정 압력(Pset)이 변화되면, 그에 상응하여 변화한다.

솔레노이드(3)에 공급되는 전류값이 메인 밸브의 제어 전류값 범위에 있을 때에는, 흡입 압력(Ps)이 공급 전류값에 의해 설정된 설정 압력(Pset)이 되도록 메인 밸브의 개도가 자율적으로 조정된다. 이 메인 밸브의 제어 상태에 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)에 착석하여, 서브 밸브는 폐쇄 상태를 유지한다. 한편, 흡입 압력(Ps)이 비교적 낮기 때문에 벨로우즈(45)가 신장하여, 메인 밸브체(30)가 동작하여 메인 밸브의 개도를 조정한다. 이 때, 메인 밸브체(30)는, 스프링(44)에 의한 밸브 개방 방향의 힘과, 밸브 폐쇄 방향의 솔레노이드력과, 흡입 압력(Ps)에 상응한 파워 엘리먼트(6)에 의한 밸브 개방 방향의 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 개도가 작아지고, 압축기는 토출 용량을 늘리도록 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)가 메인 밸브체(30)를 밸브 개방 방향으로 부세하여 메인 밸브의 개도가 커지고, 압축기는 토출 용량을 절감하도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)으로 유지된다. 한편, 흡입 압력(Ps)이 설정 압력(Pset)보다 상당히 높아지면, 그 흡입 압력(Ps)의 높이에 따라서는 메인 밸브가 폐쇄되고, 서브 밸브가 개방되는 것도 상정된다. 다만, 메인 밸브가 폐쇄된 후에 서브 밸브가 개방될 때까지 압력 범위(블감대)가 있기 때문에, 메인 밸브와 서브 밸브가 불안정하게 개폐되는 등의 사태는 방지된다.

이와 같은 정상 제어가 이루어지고 있는 동안에 엔진의 부하가 커져, 공조 장치로의 부하를 저감시키고자 하는 경우, 제어 밸브(1)에 있어서 솔레노이드(3)가 온에서 오프로 전환된다. 그러면, 코어(46)와 플런저(50) 사이에 흡인력이 작용하지 않게 되기 때문에, 스프링(44)의 부세력에 의해 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(22)로부터 이격하여, 메인 밸브가 전개 상태가 된다. 이 때, 기본적으로 서브 밸브체(36)는 서브 밸브 시트(34)에 착석하고 있기 때문에, 서브 밸브는 폐쇄 상태가 된다. 그에 의해, 압축기의 토출실로부터 포트(16)에 도입된 토출 압력(Pd)의 냉매는, 전개 상태의 메인 밸브를 통과하여, 포트(14)로부터 제어실로 흐르게 된다. 따라서, 제어 압력(Pc)이 높아지고, 압축기는 최소 용량 운전을 하게 된다.

다만, 이 최소 용량 운전으로의 전환에 있어서 차압(Pc-Ps)이 설정 차압(ΔPset) 이상이 되면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 차압 밸브 개방 기구가 작동한다. 즉, 차압(Pc-Ps)에 의한 힘이 스프링(42)의 부세력에 이겨, 밸브 구동체(29)를 하방으로 밀어내려 서브 밸브를 개방시킨다. 이 때문에, 제어 압력(Pc)의 급상승을 방지 또는 억제할 수 있다. 한편, 설정 차압(ΔPset)로서는, 메인 밸브의 안정된 제어중에 밸브 구동체(29)에 작용할 수 있는 차압(Pc-Ps)의 최대값을 넘는 값이 설정되어 있다. 이 때문에, 메인 밸브의 제어중에 서브 밸브가 개방되는 경우는 기본적으로 없다. 이 차압 밸브 개방 기구에 의한 서브 밸브의 개방은, 메인 밸브의 개방 상태에 있어서 실현되는 것인 점에서, 도 3에 나타낸 솔레노이드(3)에 의한 서브 밸브의 강제 밸브 개방 기구와는 상이하다.

한편, 본 실시형태에서는, 메인 밸브체(30)와 서브 밸브 시트(34)를 밸브 구동체(29)에 대해 일체로 마련했기 때문에, 차압 밸브 개방 기구의 작동에 의해 서브 밸브가 개방되는 한편 메인 밸브의 개도도 증가한다. 또한, 메인 밸브의 실링부 지름이 서브 밸브의 실링부 지름보다 크다. 이 때문에, 단지 메인 밸브와 서브 밸브의 개도의 크기에만 착안하면, 차압 밸브 개방 기구에 의한 효과를 기대하기 어렵다는 견해도 있다. 하지만, 압축기에는 통상, 해당 제어 밸브(1)의 서브 밸브와는 별도로, 제어실과 흡입실을 연통하는 오리피스("누설용 오리피스"라고도 한다)가 마련되어, 제어실 내의 냉매를 흡입실측으로 항상 누설시키고 있다. 이 누설용 오리피스 및 차압 밸브 개방 기구의 각 기능의 상승 효과에 의해, 총체적으로 제어 압력(Pc)의 상승을 억제 가능하게 되어 있다. 한편, 후술하는 바와 같이, 변형예에 있어서는 메인 밸브체와 서브 밸브 시트를 별체로 하여, 차압 밸브 개방 기구에 의한 효과가 직접적으로 얻어지도록 해도 좋다.

도 6은, 제어 밸브(1)의 개방 특성을 나타내는 도면이다. (A)는 서브 밸브의 개방 특성을 나타내고, 횡축은 서브 밸브 스트로크(서브 밸브 시트(34)로부터의 서브 밸브체(36)의 리프트량)을 나타내고, 종축은 서브 밸브의 개구 면적을 나타낸다. (B)는 서브 밸브의 개방 특성을 나타내고, 횡축은 흡입 압력(Ps)을 나타내고, 종축은 서브 밸브 스트로크를 나타낸다. (C)는 메인 밸브 및 서브 밸브의 개방 특성을 나타내고, 횡축은 흡입 압력(Ps)을 나타내고, 종축은 각 밸브의 개구 면적을 나타낸다. 한편, 공급 전류값을 일정하게 한 경우, 흡입 압력(Ps)이 낮아질수록 솔레노이드(3)의 자기갭은 커지고, 흡입 압력(Ps)이 높아질수록 자기갭은 작아진다.

도 6(A)에 나타내는 바와 같이, 서브 밸브의 개구 면적의 변화량이, 서브 밸브가 개방되기 시작하는 영역, 즉 스트로크가 작은 영역에서는 작고, 소정의 스트로크에 도달한 후에 커지도록 설정되어 있다. 이는, 도 3 등에 나타낸 바와 같이, 서브 밸브 시트(34)와 서브 밸브체(36)의 당접면을 축선에 대해 경사시켜 테이퍼 형상으로 한 것에 의한 것이다. 이와 같은 구성에 의해, 가령 메인 밸브의 제어중에 서브 밸브가 약간 개방되었다고 해도, 그 제어에 대한 영향을 작게 할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는 PWM 제어를 채용하기 때문에, 그 진동에 의해 서브 밸브가 개방될 가능성이 있다. 예를 들면, 메인 밸브가 약간 개방되었을 때 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(22)를 치는 바와 같은 경우가 발생하면, 그 충격으로 서브 밸브가 개방될 가능성이 있다. 특히 스프링(42)의 하중을 작게 설정한 경우에 그 가능성이 높다. 그러한 경우에 서브 밸브가 약간 개방되어도, 메인 밸브의 제어에 실질적으로 영향을 주지 않도록 한 것이다.

한편, 도 6(B)에 나타내는 바와 같이, 흡입 압력(Ps)에 대해 서브 밸브 스트로크가 선형적(비례적)으로 변화하도록 설정하고 있다. 이와 같이 하는 것에 의해, 도 6(C)에 나타내는 바와 같이, 흡입 압력(Ps)이 상승하여 소정값을 넘었을 때 서브 밸브가 크게 개방되도록 하고 있다. 그에 의해, 흡입 압력(Ps)이 높은 상태에 있어서 블리드 기능이 신속하게 발휘되어, 공조 기능이 효율적으로 얻어지도록 하고 있다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 솔레노이드(3)의 오프에 의해 제어 압력(Pc)과 흡입 압력(Ps)의 차압(Pc-Ps)이 설정 차압(ΔPset) 이상이 되면, 차압 밸브 개방 기구가 작동하여 서브 밸브가 개방된다. 그에 의해, 제어 압력(Pc)이 과도하게 상승하는 것을 방지 또는 억제할 수 있고, 냉매가 압축기 내부의 실링부로부터 외부로 누설되는 등의 문제를 회피할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 서브 밸브가 개방되기 시작하는 영역에 있어서 서브 밸브의 개구 면적의 변화량이 작아지도록 했기 때문에, 가령 메인 밸브의 제어중에 서브 밸브가 개방되는 바와 같은 경우가 발생했다고 해도, 메인 밸브의 제어에 영향을 미치지 않는다. 한편, 이와 같이 "서브 밸브의 개방에 의해 메인 밸브의 제어 성능에 영향을 주지 않도록 하는" 것을 주요 과제로 하는 경우에는, 상술한 차압 밸브 개방 기구를 필수로 하지 않아도 좋다.

[제2실시형태]

도 7은, 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 개방 특성을 나타내는 도면이다. (A)는 서브 밸브의 개방 특성을 나타내고, 횡축은 서브 밸브 스트로크를 나타내고, 종축은 서브 밸브의 개구 면적을 나타낸다. (B)는 서브 밸브의 개방 특성을 나타내고, 횡축은 흡입 압력(Ps)을 나타내고, 종축은 서브 밸브 스트로크를 나타낸다. 이하, 제1실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.

본 실시형태는, 서브 밸브의 개방 특성이 제1실시형태와는 상이하다. 즉, 도 7(A)에 나타내는 바와 같이, 서브 밸브의 개구 면적의 변화량이, 서브 밸브가 개방되기 시작하여 전개 상태에 이르기까지 선형적(비례적)으로 변화하도록 설정되어 있다. 이 설정은, 예를 들면 도 3 등에 있어서, 서브 밸브 시트(34)와 서브 밸브체(36)의 당접면을 축선에 대해 직각인 평면으로 하는 것에 의해 실현된다.

한편, 도 7(B)에 나타내는 바와 같이, 서브 밸브의 개도가 흡입 압력(Ps)이 높아짐에 따라 서서히 커지고, 미리 정하는 전개 압력을 경계로 가파르게 전개 상태로 변화하도록 밸브 개방 특성이 설정되어 있다. 이와 같은 밸브 개방 특성은, 솔레노이드(3)의 흡인력 특성과 파워 엘리먼트(6)의 구동력 특성(하중 특성)의 관계에 의해 설정할 수 있다. 구체적으로는, 흡입 압력(Ps)에 상응하여 변화되는 솔레노이드(3)의 자기갭에 대한 특성으로서, 솔레노이드(3)의 흡인력 특성의 기울기를, 전개 압력을 경계로 파워 엘리먼트(6)의 구동력 특성의 기울기보다 크게 설정하는 것에 의해, 상기 밸브 개방 특성을 실현할 수 있다. 한편, 변형예에 있어서는, 서브 밸브의 개방 특성으로서, 예를 들면 도 6(A)에 나타내는 특성과 도 7(B)에 나타내는 특성을 겸비하도록 설정해도 좋다.

본 실시형태 및 변형예에 의해서도, 제1실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제1실시형태와 마찬가지로, "서브 밸브의 개방에 의해 메인 밸브의 제어 성능에 영향을 주지 않도록 하는" 과제에 대처할 수 있다.

[제3실시형태]

도 8은, 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 개방 특성을 나타내는 도면이다. (A)는 본 실시형태의 밸브 개방 특성을 나타내고, (B)는 비교예의 밸브 개방 특성을 나타낸다. 각 도면의 상단은 메인 밸브와 서브 밸브가 모두 폐쇄되는 블감대의 설정을 나타내고, 하단은 그 설정에 의한 각 밸브의 개폐 상태를 나타낸다. 각 도면에 있어서, 횡축은 흡입 압력(Ps)을 나타내고, 종축은 밸브 스트로크를 나타낸다. 이하, 제1실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.

본 실시형태에서는, 메인 밸브가 폐쇄된 후에 서브 밸브가 개방될 때까지 양자의 밸브가 폐쇄되는 상태인 "블감대"를 작게 설정하여, 메인 밸브체(30)의 메인 밸브 시트(22)에 대한 반동을 억제한다. 즉, 상술한 PWM 제어가 이루어지는 제어 밸브에서는, 그 주파수(예를 들면 400Hz 정도)에 맞춰 메인 밸브체(30)가 미소 진동하면서 스트로크한다. 이 때문에, 도 8(B)에 나타내는 비교예와 같이 블감대를 크게 설정하면(도 8(B) 상단), 메인 밸브가 약간 개방된 상태가 되었을 때, 그 진폭에 의해 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(22)를 치고, 그 반동으로 되 튀어올 가능성이 있다(도 8(B) 하단). 한편, 도면중의 실선과 이점쇄선의 간격이 각 밸브체의 진폭을 예시하고 있다. 그 메인 밸브체(30)의 반동에 의해 메인 밸브의 개도가 커지면(일점쇄선 참조), 의도하지 않는 흡입 압력(Ps)의 상승을 초래할 우려가 있다.

여기서 본 실시형태에서는, 도 8(A)에 나타내는 바와 같이, 상기 블감대를 작게 설정하는 것에 의해(도 8(A) 상단), 메인 밸브의 약간 개방된 상태에서 서브 밸브를 개방하기 쉽게 한다. 이와 같은 구성에 의해, 가령 메인 밸브체(30)가 반동에 의해 메인 밸브의 개도를 크게 하려고 해도, 서브 밸브의 개방에 의해 제어 압력(Pc) 나아가서는 흡입 압력(Ps)의 상승을 억제할 수 있다(도 8(A) 하단). 한편, 도면중의 실선과 이점쇄선의 간격이 각 밸브체의 진폭을 예시하고 있다. 즉, 메인 밸브체(30)의 충돌 에너지를 서브 밸브의 작동 에너지로서 해소시킬 수 있다. 이와 같은 제어 압력(Pc)의 안정화가, 결과적으로 메인 밸브체(30)의 진동을 흡수하여, 그 반동 자체를 억제한다. 그 결과, 의도하지 않는 흡입 압력(Ps)의 상승이 억제된다.

이와 같이하여 메인 밸브의 약간 개방된 상태로 서브 밸브를 개방하기 쉽게 하면, 예를 들면 압축기의 누설용 오리피스를 작게 할 수 있다. 그에 의해, 솔레노이드(3)를 오프로 했을 때 압축기를 신속하게 최소 용량 운전으로 이행시킬 수 있고, 공조 장치의 운전 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 이 "블감대"의 크기는, 스프링(42)의 하중에 의해 설정할 수 있고, 예를 들면 메인 밸브의 약간 개방시(메인 밸브가 완전 폐쇄가 되기 전)에 서브 밸브가 개방되기 시작하는 정도로 설정할 수 있다. 구체적으로는, PWM 제어에 의한 진동에 의해 메인 밸브체(30)가 메인 밸브 시트(22)를 치는 범위에 들어갔을 때에 서브 밸브가 개방되기 시작하도록 블감대를 설정해도 좋다. 혹은, 메인 밸브의 개도가 PWM 제어에 의한 진폭 이하가 되었을 때, 그 메인 밸브가 완전 폐쇄가 되기 전에 서브 밸브가 개방되기 시작하도록 블감대를 설정해도 좋다. 본 실시형태에 의하면, 메인 밸브가 완전히 폐쇄되기 전에, 메인 밸브와 서브 밸브가 동시에 개방되는 상태를 거치게 된다.

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

상기 실시형태에서는 제시하지 않았지만, 서브 밸브의 최대 개구 면적과 누설용 오리피스의 개구 면적을 맞춘 크기가, 메인 밸브의 최대 개구 면적보다 커지게 구성해도 좋다. 또한, 서브 밸브의 전개시에 있어서 서브 밸브 및 누설용 오리피스를 흐르는 냉매의 총유량이, 메인 밸브의 전개시에 메인 밸브를 흐르는 유량보다 커지게 구성해도 좋다. 이와 같은 구성에 의해, 예를 들면 메인 밸브가 전개 상태에서 메인 밸브체의 작동이 잠긴 경우에도, 제어 압력(Pc)을 어느 정도 저감하여 압축기를 기동시킬 수 있다. 즉, 공조 장치의 공조 기능을 어느 정도 확보할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 메인 밸브체(30)와 서브 밸브 시트(34)가 일체로 마련되는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 이들을 서로 별체로 구성해도 좋다. 구체적으로는, 메인 밸브체(30)와는 별도로 밸브 구동체를 마련하고, 그 밸브 구동체에 서브 밸브 시트(34)를 형성하여 "가동 밸브 시트"로 해도 좋다. 그 경우에도, 차압(Pc-Ps)이 설정 차압(ΔPset) 이상이 되면, 그 밸브 구동체가 변위하는 것에 의해 서브 밸브가 개방되도록 한다.

상기 실시형태에서는, 서브 밸브체(36)를 작동 로드(38)에 대해 고정하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 양자를 상대 변위 가능하게 구성해도 좋다. 구체적으로는, 도 2에 도시되는 서브 밸브체(36)를 작동 로드(38)에 슬라이딩 가능하게 삽통하고, 서브 밸브체(36)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링("부세 부재"로서 기능한다)을 개재시켜도 좋다. 예를 들면, 서브 밸브체(36)와 파워 엘리먼트(6) 사이에 스프링을 개재시켜도 좋다. 다만, 서브 밸브체(36)의 밸브 폐쇄 방향으로의 변위는, 작동 로드(38)의 단차부(79)에 의해 규제된다. 이와 같은 구성에 있어서, 차압(Pc-Ps)이 설정 차압(ΔPset) 이상이 되면, 그 설정 차압(ΔPset)에 의한 하중이 그 스프링의 하중을 상회하여, 서브 밸브체(36)가 서브 밸브 시트(34)로부터 이격하는 방향으로 변위하도록 해도 좋다. 이와 같은 구성에 의해, 차압(Pc-Ps)이 설정 차압(ΔPset) 이상이 되었을 때, 서브 밸브를 더욱 크게 개방할 수 있고, 제어 압력(Pc)의 상승 억제 효과를 향상시킬 수 있다.

상기 실시형태에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스프링(42)이 밸브 구동체(29)와 작동 로드(38) 사이에 개재되는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 스프링(42)이 밸브 구동체(29)와 코어(46)(제어 밸브(1)의 보디) 사이에 개재되도록 해도 좋다.

상기 실시형태에서는, 제어 밸브로서, 흡입 압력(Ps)이 채워지는 작동실(23)에 파워 엘리먼트(6)를 배치하고, 흡입 압력(Ps)을 직접 감지하여 동작하는 이른바 Ps 감지 밸브를 예시했다. 변형예에 있어서는, 흡입 압력(Ps)이 아닌 제어 압력(Pc)을 피감지 압력으로서 감지하여 동작하는 이른바 Pc 감지 밸브로 해도 좋다. 혹은, 파워 엘리먼트를 마련하지 않고, 밸브체를 포함하는 가동 부재가 차압을 감지하여 동작하는 차압 밸브로서 구성해도 좋다. 예를 들면, 토출 압력(Pd)과 흡입 압력(Ps)의 차압(Pd-Ps)이 설정 차압이 되도록 동작하는 Pd-Ps 차압 밸브로 해도 좋다. 혹은, 토출 압력(Pd)과 제어 압력(Pc)의 차압(Pd-Pc)이 설정 차압이 되도록 동작하는 Pd-Pc 차압 밸브로 해도 좋다.

상기 실시형태에서는, 파워 엘리먼트(6)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.

상기 실시형태에서는, 스프링(42, 44) 등에 관하여, 부세 부재(탄성체)로서 스프링을 예시했지만, 고무나 수지 등의 탄성 재료를 채용해도 좋은 것은 물론이다.

상기 실시형태에서는, 벨로우즈(45)의 내부 기준 압력실(S)을 진공 상태로 했지만, 대기를 채우거나, 기준이 되는 소정의 가스를 채우는 등으로 해도 좋다. 혹은, 토출 압력(Pd), 제어 압력(Pc), 및 흡입 압력(Ps) 중의 어느 하나를 채우도록 해도 좋다. 그리고, 파워 엘리먼트가 적절히 벨로우즈의 내외 압력차를 감지하여 작동하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는, 메인 밸브체가 직접 받는 압력(Pd, Pc, Ps)을 캔슬하는 구성으로 했지만, 이들 중 적어도 어느 한 압력을 캔슬하지 않는 구성으로 해도 좋다.

한편, 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 제시되는 전체 구성 요소에서 몇 가지 구성 요소를 삭제해도 좋다.

1: 제어 밸브
3: 솔레노이드
5: 보디
6: 파워 엘리먼트
12: 포트
14: 포트
16: 포트
22: 메인 밸브 시트
23: 작동실
24: 메인 밸브실
25: 가이드 구멍
26: 서브 밸브실
27: 가이드 구멍
28: 작동실
29: 밸브 구동체
30: 메인 밸브체
34: 서브 밸브 시트
36: 서브 밸브체
38: 작동 로드

Claims (2)

1. 흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 상기 토출실로부터 제어실에 도입하는 냉매의 유량을 조정하는 것에 의해 변화시키는 가변 용량 압축기용 제어 밸브이고,
   상기 토출실과 상기 제어실을 연통시키는 메인 통로와, 상기 제어실과 상기 흡입실을 연통시키는 서브 통로가 형성된 보디;
   상기 메인 통로에 마련된 메인 밸브 시트;
   상기 메인 밸브 시트에 탈착하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체;
   상기 서브 통로에 마련된 서브 밸브 시트;
   상기 서브 밸브 시트에 탈착하여 서브 밸브를 개폐하는 서브 밸브체;
   상기 메인 밸브의 밸브 폐쇄 방향의 구동력을 발생시키는 솔레노이드;
   상기 솔레노이드의 구동력을 상기 메인 밸브체 및 상기 서브 밸브체에 전달하기 위한 작동 로드;
   상기 메인 밸브에 밸브 개방 방향의 부세력을 부여하기 위한 제1의 부세 부재; 및
   상기 서브 밸브에 밸브 폐쇄 방향의 부세력을 부여하기 위한 제2의 부세 부재를 구비하고,
   해당 제어 밸브의 설치 대상이 되는 상기 가변 용량 압축기가, 상기 서브 밸브와는 별도로 상기 제어실과 상기 흡입실을 연통하여 상기 제어실 내의 냉매를 상기 흡입실측으로 항상 누설시키는 누설용 오리피스를 구비하는 것이고,
   상기 솔레노이드의 구동력의 크기에 상응하여 상기 작동 로드를 상기 메인 밸브체에 대해 상대 변위시킬 수 있도록 구성되고,
   상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브는, 상기 서브 밸브의 전개시에 있어서 상기 서브 밸브 및 상기 누설용 오리피스를 흐르는 냉매의 총유량이, 상기 메인 밸브의 전개시에 상기 메인 밸브를 흐르는 유량보다 커지도록 구조가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브는, 상기 서브 밸브의 최대 개구 면적과 상기 누설용 오리피스의 개구 면적을 합한 크기가, 상기 메인 밸브의 최대 개구 면적보다 커지도록 구조가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량 압축기용 제어 밸브.

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