KR910002400B1 - 용량가변사판식 콤프레서 및 그것을 사용한 시스템 - Google Patents

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니혼 라지에이터 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

용량가변사판식 콤프레서 및 그것을 사용한 시스템
제1도는 종래의 용량가변사판식 콤프레서를 도시한 개략단면도.
제2도는 본 발명의 실시예를 도시한 개략단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 풀리 2a : 마그네틱클러치
11 : 구동축 11a : 구동로드
11b : 핀 12 : 크랭크체임버
13 : 구동판 14 : 트러스트베어링
15 : 레이디얼베어링 16 : 경사판
17 : 케이싱 18 : 안내핀
19 : 슈 22 : 피스톤로드
23 : 피스톤 30 : 실린더헤드
32 : 흡입압력체임버 35 : 토출압력체임버
37 : 벨로우즈 38 : 스프링
본 발명은 자동차용 공기조화 시스템등에서 사용하기 위한 용량가변 사판식 콤프레서와 그것을 사용한 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 콤프레서와 그것을 구동하는 주가동기와의 사이의 구동연결을 분리하기 위한 클러치등을 필요로하지 않고 콤프레서의 출력이 선택적으로 0으로 감소되도록 허용하는 제어장치를 설치한 것을 특징으로 하는 용량가변사판식 콤프레서 및 그것을 사용한 시스템에 관한 것이다.
제1도는 일본국 특개소 58-158,382호에 기재된 용량가변사판식 콤프레서를 도시한다. 이 장치는 콤프레서의 흡입압력이 토출된 작업유체(즉, 냉매)의 양을 제어함에 따라 일정하게 유지되는 형식이다. 이 제어는 콤프레서로 귀환하는 냉매의 압력에 따라 콤프레서의 압축체임버의 내용적을 제어하여 이루어진다. 이러한 구성으로, 콤프레서의 흡입배출구에 속에 널리 퍼져있는 흡입압력은 그것을 일정하게 유지하는 방법으로 제어되는 경우, 증발기 속의 냉매 압력은 근본적으로 일정하게되고 또한 증발기위에서 응축되었던 물을 동결시키는 경향이 있는 너무 낮은 증발기 표면온도가 나타나지 않게 된다.
예시된 구성은 풀리(2) 및 마그네틱클러치(2a)를 개재해서 자동차의 엔진(제1도에서 도시하지 않음)에 작동가능하게 연결된 구동축(11)을 구비한다. 이 구동축(11)에는, 구동로드(11a)가축과 직각방향으로 연장하도록 설치되고, 구동판(13)이 핀(11b)에 의해 구동로드에 선회 가능하도록 연결되고 또한 구동축(11)에 대한 구동판의 경사각이 변화되게 배치된다.
경사판(16)은 트러스트베어링(14)및 레이디얼베어링(15)를 개재하여 구동판(13)위에 장착된다. 경사판(16)에는 크랭크체임버(12)의 케이싱(17)에 고정된 안내핀(18)에 슬라이딩 가능하게 연결된 슈(19)가 설치되어 있다. 이러한 장치는 경사판의 경사가 변화되는 동안 크랭크체임버(12)내에서 경사판(16)이 회전하지 못하게 한다.
같은 간격으로 떨어진 복수개의 피스톤 또는 연결로드(22)는 볼조인트(22a)를 개개하여 경사판(16)에 연결된다. 피스톤(23)은 볼조인트(22b)를 개재하여 연결로드(22)의 타단에 연결된다.
구동판(13)이 회전하는 경우, 경사판은 각각의 피스톤(23)을 실린더블록(25)에 형성된 실린더 또는 구멍(26)속에서 왕복운동을 시키는 방법으로 이동된다.
실린더헤드(30)에는 토출체임버(33) 및 흡입체임버(29)가 형성되어 있다. 흡입체임버(29)는 냉매가 증발기(도시하지 않음)로부터 귀환하는 도관과 관통하도록 배치되어 있다. 밸브판(20)에 작동할 수 있게 장착된 흡입밸브(34)는 밸브판(20)내에 형성된 흡입구(27)를 제어하도록 배치된다. 또한 밸브판(20)위에 장착된 토출밸브(번호없음)는 실린더(26)와 토출체임버(33) 사이에서의 냉매의 전달을 제어한다. 밸브판(20)은 삼층으로 형성되어, 실린더헤드(30)와 실린더블록(25) 사이에 삽입된다. 다음의 설명으로 명백하게 나타나는 바와 같이 중앙층은 그 구성이 전달통로를 형성하도록 적절히 오목부가 형성되어 있거나 구멍이 나 있다.
흡입체임버(29)에 널리퍼져 있는 압력이 연결통로(32a)를 개개해서 흡입압력체임(32)에 공급되고, 토출체임버(33)는 통로(35a)에 의해 토출압력체임버(35)에 관통된다.
제어밸브 Cv는 실린더헤드(30)에 형성된 계단형상구멍(Stepped bcre)내에 설치되고, 또한 흡입 및 토출압력체임버(32)(35) 사이에서 작동가능하게 배치된다. 이 밸브는 밸브본체의 하부섹션에 배치된 제1제어밸브요소(36)와 밸브본체의 상부섹션에 배치된 제2 제어밸브요소(39)를 가진다.
제어밸브 Cv의 일부를 형성하는 벨로우즈(37)는 흡입압력체임버(32)에 널리퍼져 있는 압력과 벨로우즈(37)속에 설치된 스프링(38) 사이에 평형을 유지하는 방식으로 팽창과 수축을 하도록 배치된다.
제1제어밸브요소(36)는 벨로우즈와 작동할 수 있게 연결되도, 밸브시이트(40)의 개도(opening degree)를 제어하도록 구성된다. 흡입 압력체임버에 널리퍼져 있는 압력은 밸브시이트(40), 통로(42)(43), 및 구동축(11)의 일단이 작동가능하게 지지되는 구멍(44)과 구동축(11)속에 형성된 축방향 구멍(45)를 경유하여 크랭크체임버(12)속으로 유입된다.
제1제어밸브요소(36)에는 밸브시이트로부터 그것을 들어올리는 방법으로 2차 밸브요소(39)와 결합가능한 푸시로드(47)가 형성되어 있다. 제1 및 제2밸브요소(36) 및 (39)는 제1밸브요소(36)가 폐쇄된 위치를 향하여 움직일때 제2밸브요소(39)는 개방된 위치를 향하여 움직이게 되거나 또는 이와 반대로 되도록 배치된다.
이러한 구성으로 증발기위의 열부하가 낮아지는 경우, 콤프레서로 귀환되는 냉매는 많은 열을 흡수하지 않아서 흡입체임버(29)에서 상대적으로 낮은 압력을 발생한다. 이러한 상태하에서, 벨로우즈(37)는 팽창하여 도면에서 보는 바와 같이 제1 및 제2밸브요소를 윗쪽으로 이동시키는 경향이 있다. 이 운동은 제1 밸브요소(36)는 폐쇄위치를 향하여 이동하고 제2밸브요소(39)는 개방취로 향하여 움직이는 경향이 있다. 따라서, 토출체임버(33)에 널리퍼져 있는 압력은 통로(48)(49)를 경유하여, 크랭크체임버(12)로 공급되는 경향이 있다.
경사판의 경사각 또는 경사정도는 크랭크체임버(12)에 널리퍼져 있는 압력에 의해 제어된다. 크랭크 체임버에서의 압력이 증가하여 흡입체임버(29)에 널리퍼져 있는 압력을 초과하는 경우, 피스톤(23)을 가로질러 작용하는 압력차는 경사판(16)과 구동판(13)을 경사각을 줄이는 방향으로 핀(11b) 주위로 회전시키는 힘의 모우멘트 상태로 초래한다.
그러한 상태하에서, 피스톤(23) 행정은 감소되고, 콤프레서에 의해 토출된 냉매의 양도그에 대응하여 감소된다. 시스템을 통하여 순환된 냉매의 양은 감소하기 때문에, 냉매의 단위부피당 열흡수량은 증가하고, 흡입체임버(29)에 널리퍼져 있는 압력은 점진적으로 증가하고, 결과적으로 흡입압력은 대략 균등하고 일정하게 유지된다.
증발기의 열부하가 높은 경우, 흡입체임버(29)에서의 압력은 증가한다. 이것은 벨로우즈(37)가 수축하여 제2밸브요소(39)를 폐쇄위치를 향하여 움직이도록하여, 제1밸브요소(36)를 개방위치로 향하여 움직이도록 한다.
이러한 상태하에서 크랭크체임버(12)에 널리퍼져 있는 압력은 흡입체임버(29)에서의 압력과 같게 된다. 더우기, 피스톤(23)을 가로지르는 압력차는 피스톤 각각의 흡입행정동안 거의 없기 때문에, 피스톤은 구멍의 단부를 향하여 부드럽게 움직이도록 한다.
이것은, 압축행정동안 발생된 반력과 결합하여 경사도를 증가하는 방법으로 경사판(16)을 회전시키는 경향이 있는 힘의 모우멘트를 발생한다. 이것은 콤프레서에 의해 토출된 냉매의 양을 증가시키고, 증발기를 포함하는 회로를 통하여 순환된 냉매의 양을 증가시킨다. 이것은 흡입체임버에 널리퍼져 있는 압력을 낮추어, 다시 근본적으로 일정한 흡입압력이 유지되도록 한다.
상기 설명된 구성은 경사판이 피스톤을 구동축(11)에 대해 수직한 위치에 놓이게 하면, 피스톤의 배압이 나타나지 않아, 콤프레서가 냉매를 다시 토출하는 것을 어렵게 하는 결점이 있다.
따라서, 기동시, 필요한때에 항상 냉매 토출을 확실하게 할 수 있게 경사 및 구동판(16)(13)에 충분한 스프링힘을 가할 수 있는 스프링(50)을 설치한다. 그러나, 이 스프링(50)의 설치는 콤프레서 출력이 선택적으로 0이되도록 할 수 있는 클러치(2a)를 설치할 것을 요구한다.
철심, 코일, 로울러베어링등을 포함하는 클러치(2a)의 설치는 구조를 복잡하게 하고, 장치의 중량을 전체적으로 증가시킨다. 그러므로 생산비와 콤프레서가 설치되는 자동차의 연료소비량을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 본 발명에 의한 용량가변사판식 콤프레서가 내장된 엔진이 작동하는 동안 콤프레서의 출력을 0으로 선택적으로 줄일 수 있는 클러치의 사용이 필요없는 가볍고 생산단가가 저렴한 용량 가변사판식 콤프레서 및 그것을 사용한 시스템을 제공하는 것이다.
간단히 말하면, 상기 목적은 콤프레서의 토출 용량이 0로 감소되는 위치로 경사판을 이동시키는 방법으로 선택적으로 작동할 수 있는 장치를 설치하고 그에 따라 상기 목적으로 설치되었던 클러치를 제거하므로서 달성된다. 또한 본 발명의 장치는 비작동상태(Non-activated state)에 있을때 콤프레서의 양변위가 발생하는 위치를 향하여 경사판에 스프링힘을 부가할 수 있는 장치를 추가로 포함하고, 이 스프링의 강도는 경사판이 설치된 체임버내에서 널리퍼져 있는 압력에 의한 경사판 경사의 제어를 방해할 정도로 충분하지는 않다.
더 상세하게 말해서, 본 발명의 제1 형태는 회전에너지원에 연결된 구동축과, 상기 구동축과 동시에 회전하도록 상기 구동축에 선회가능하게 설치된 구동판과, 비회전경사판과, 상기 경사판은 상기 콤프레서의 크랭크체임버내에 배치되고 또한 상기 구동축에 대하여 경사진 경우 경사판을 이동시켜 그곳에 연결된 피스톤이 왕복운동하도록 하는 상기 구동판에 작동가능하게 연결되고, 상기 경사판과 작동가능하게 연결된 경사제어장치를 포함하고, 상기 장치는 그것이 선택적으로 상기 경사판을 상기 구동축에 수직인 위치에 놓이게 하고 그위치에서 상기 피스톤의 왕복행정이 0으로 감소되는 1차 작동상태를 가지는 것을 특징으로 하는 용변가변사판식 콤프레서의 형태로 되어 있다.
본 발명의 제2형태는 크랭크케이스를 가지고 이 크랭크케이스에서의 압력에 의해 콤프레서의 토출용량이 제어되도록 구성 및 배치된 용량 가변사판식 콤프레서와, 상기 콤프레서의 경사판과 작동가능하게 연결된 경사제어장치를 포함하고, 상기 경사제어장치는 그것이 선택적으로 상기 경사판을 콤프레서의 토출용량이 0으로 감소되는 위치에 놓이게 하는 1차상태를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템 형태로 되어있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
제2도는 본 발명의 실시예를 도시한다. 제2도에 도시된 실시예가 제1도에 도시된 종래의 기술구성과 기본적으로 유사하므로 동일부재에는 동일한 부호가 기재하였고, 간략하게 하기 위하여 동일한 부분의 중복설명은 생략하였다.
본 실시예에 있어서, 경사판(16)은 (152)로 표시된 경사제어장치에 연결된다. 이 경사제어장치는(도면에서 보는 바와 같이) 일단이 경사판(16)의 하단부, 즉 핀(11b)의 주위에서 경사판과 구동판이 선회하는 핀(11b)로부터 말단에 있는 경사판의 일부분에 선회가능하게 연결된 제어로드(153)을 포함한다. 제어로드(153)의 타단은 전압이 인가될때 제어로드(153)로 경사판(16)을 이동시켜, 구동축(11)에 대하여 수직인 위치에 경사판(16)이 놓이게 하는 선형작동전자모우터(솔레노이드)(154)속에 배치된다.
귀환스프링(150)은 모우터오, 제어로드(153)위에 설치된 스토퍼사이에 삽입된다. 이 스프링(150)은 모우터(154)에 전압이 차단될 때 경사판(16)이 주어진 경사위치에 놓이도록 경사판에 스프링힘을 가하기 위하여 설치된다. 이것은 콤프레서가 비작동주기후 처음으로 작동에 들어가는 경우, 경사판(16)이 충분히 경사지게하고, 콤프레서는 약간의 냉매를 토출함에 따라 콤프레서를 즉시 작동가능하게 한다. 스프링(150)의 스프링힘은 크랭크체임버(12)에 있어서의 압력에 의해 제공된 경사제어를 방해할 만큼 충분하지 않다.
상기 설명된 구성은 경사판(16)을 구동축(11)에 대해 수직위치로 선택적으로 움직이도록 하고, 자동차 엔진이 작동하는 동안 그곳에 유지되므로서 전자석클러치등의 설비에 의지하지 않고, 콤프레서의 출력을 선택적으로 0으로 줄일 수 있다. 귀환스크링(150)은 또한 모우터(154)에 전압이 인가되지 않는 경우 경사판(16)은 수직위치(경사 0)에서 양변위(positive displacement)가 발생하는 위치로 이동되는 것을 보장하게 되므로 작동능력(operability)을 순간적으로 회복하게 된다.
물론 본 발명이 솔레노이드모우터의 사용에 한정되는 것은 아니고, 진공동력서어보장치와 수동조작케이블등의 사용에도 적용된다.
제1도에 개시된 종래 기술구성의 콤프레서와 상기 설명된 구성을 조합하여 유용할 수 있는 반면, 콤프레서의 크랭크체임버에 널리퍼져 있는 압력의 제어를 더욱 개선하기 위하여 전기적으로 제어된 밸브 Cv'와 이러한 구성을 조합하는 것도 유익하다.
이 밸브는 제1도에 도시된 구성과 유사하지만, 벨로우즈(37) 대신에 솔레노이드(155)를 설치한 것을 특징으로 한다. 이 구성은 또한 흡입체임버(29)에 널리퍼져 있는 압력에 응답하여 그것을 나타내는 신호를 출력하도록 배치된 압력센서(157)를 가진다. 이 경우에 있어서 압력센서(157)의 출력은 마이크로프로세서를 포함하는 제어회로(200)에 인가된다. 마이크로프로세서는 RAM, ROM, CPU를 가지고 또한 소정의 온도를 선택할 수 있는 압력센서(157) 및 제어부(202)의 출력의 A/D 변환을 기상에서 할 수 있는 구성을 추가로 가지는 것이 유리하다. 필요한 경우에, 차체의 그늘진 위치에 설치된 주위 공기 온도센서를 사용하여 데이터 입력을 할 수 있다.
상기 언급된 마이크로프로세서는 그곳에 입력된 데이타에 의거하여 솔레노이드(155)에 인가될 적절한 듀티사이클(duty cycle)을 결정하는 제어프로그램을 포함한다. 솔레노이드에 인가된 신호의 듀티사이클에 의하여, 크랭크체임버에서의 적절한 압력수준을 제공하는 방법으로 제1 및 제2밸브요소의 효과적인 개도를 제어할 수 있다.
이러한 모우드의 제어에 관한 설명은 본 출원인(무라야마 고지)가 1987년 12월에 출원한 미합중국출원(출원번호 제133,645호)을 참고로 하였다. 이러한 출원은 주위 대기온도와, 시스템의 증발기와의 열교환을 경유하여 제어되는 냉각된 공기의 온도를 고려하여 요구되는 소요흡입압력을 순환시켜 경사판형 콤프레서의 크랭크케이스내에 널리퍼져 있는 압력을 제어하는 것에 관한 것이다. 이 흡입압력은 콤프레서 크랭크케이스속의 압력을 제어하는 솔레노이드제어밸브에 인가된 신호의 듀티사이클을 변화함에 의해 제어된다. 이 출원의 내용은 본 출원에서도 참고하고 있다.
종래의 기술장치인 제1도의 구성 및 배열에 관한 설명은 스키너의 명의로 1984년 1월 31일자로 등록된 미합중국 특허 제4,428,718호를 참고로 하였으며, 내용 또한 본 출원에서 참고하고 있다.

Claims (15)

  1. 용량가변 콤프레서에 있어서, 회전에너지원에 연결된 구동축과, 상기 구동축과 동시에 회전하도록 상기 구동축에 선회가능하게 설치된 구동판과, 비회전경사판과, 상기 경사판은 상기 콤프레서의 크랭크체임버내에 배치되고 또한, 상기 구동축에 대하여 경사진 경우 경사판을 이동시켜 그곳에 연결된 피스톤이 왕복운동하도록 하는 상기 구동판에 작동 가능하게 연결되고, 상기 경사판과 작동가능하게 연결된 경사제어장치를 포함하고, 상기 장치는 그것이 선택적으로 상기 경사판을 상기 구동축에 수직인 위치에 놓이게하고 그 위치에서 상기 피스톤의 왕복행정이 0으로 감소되는 1차 작동상태를 가지는 것을 특징으로 하는 용량가변사판식 콤프레서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는 그곳에 전압이 인가된 경우 상기 경사판을 상기 구동축에 수직인 상기 위치로 이동시키는 솔레노이드모우터의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 용량가변 사판식 콤프레서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는 그곳이 상기 구동축에 대하여 경사진 위치를 향하여 상기 경사판에 스프링 힘을 가하는 2차 비작동 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 용량 가변사판식 콤프레서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 솔레노이드에 전압이 인가되지 않은 경우에 상기 경사판에 스프링힘을 가하여 상기 경사판이 상기 구동축에 대하여 경사진 위치에 놓이게하는 스프링을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 사판식 콤프레서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 경사판에 선회가능하게 연결된 로드와, 상기 경사판이 상기 구동축에 대해 수직인 위치로 상기 경사판을 이동시키도록 상기 로드를 선택적으로 움직이기 위하여 상기 로드와 결합된 다수의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 용량가변 사판식 콤프레서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 경사판이 배치된 크랭크체임버내에 널리퍼져 있는 압력을 제어하는 선택적으로 작동가능한 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 사판식 콤프레서.
  7. 제6항에 있어서, 센서장치와, 상기 센서장치에 의해 공급되는 데이터에 따라 결정된 수준으로 상기 크랭크케이스속에 널리퍼져 있는 압력을 선택적으로 변화시키는 방법으로 상기 밸브의 작동을 제어하기 위하여 상기 센서장치에 응답하는 제어회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 가변 사판식 콤프레서.
  8. 냉매를 토출하기 위한 시스템에 있어서, 크랭크케이스를 가지고 상기 크랭크케이스내에서의 압력에의해 콤프레서의 토출용량이 제어되도록 구성 및 배치된 용량 가변 사판식 콤프레서와, 상기 콤프레서의 경사판과 작동가능하게 연결된 경사제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 그것이 선택적으로 상기 경사판을 콤프레서의 토출용량이 0로 감소되는 위치에 놓이게 하는 1차상태를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 경사제어장치는 그것이 주어진 토출용량이 촉진되는 위치를 향하여 상기 경사판에 스프링 힘을 가하는 2차 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스프링힘은 상기 크랭크케이스내에 널리퍼져 있는 압력에 의해 생산된 토출용량 제어를 방해할 정도로 충분하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템
  11. 제8항에 있어서, 상기 크랭크케이스내의 압력을 제어하는 밸브와, 콤프레서의 제어에 타당한 온도데이터를 결정하기 위한 센서장치와, 콤프레서의 흡입압력에 응답하는 압력센서와, 상기 크랭크케이스내에 널리퍼져 있는 압력을 선택적으로 변화시키는 방법으로 상기 밸브의 조작을 제어하기 위하여 상기 센서장치와 상기 압력센서에 응답하는 제어회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 센서장치는 주위온도센서와, 증발기가 제어될 것을 요하는 온도를 선택하는 수동으로 작동가능한 제어요소의 설정에 응답하는 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 시스템은 냉동시스템의 형태를 취하고, 상기 압력센서는 콤프레서와 결합된 증발기와 콤프레서의 흡입구중의 하나속에 배치된 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 콤프레서는 흡입구 및 토출구를 추가로 포함하고, 상기 밸브는 상기 크랭크케이스와 크랭크케이스내에 널리퍼져 있는 압력을 변화시키는 흡입 및 토출구사이의 관통을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 냉동 시스템은 자동차용공기조화장치의 일부를 형성하고 상기 콤프레서는 상기 자동차의 엔진에 의해 연속적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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