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KR101208477B1 - 용량제어밸브 - Google Patents

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KR101208477B1
KR101208477B1 KR1020077021740A KR20077021740A KR101208477B1 KR 101208477 B1 KR101208477 B1 KR 101208477B1 KR 1020077021740 A KR1020077021740 A KR 1020077021740A KR 20077021740 A KR20077021740 A KR 20077021740A KR 101208477 B1 KR101208477 B1 KR 101208477B1
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KR
South Korea
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valve
chamber
pressure
discharge
passage
Prior art date
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KR1020077021740A
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KR20080016790A (ko
Inventor
료스케 초
요시히로 오가와
고헤이 후쿠도메
Original Assignee
이구루코교 가부시기가이샤
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Publication date
Application filed by 이구루코교 가부시기가이샤 filed Critical 이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명의 용량제어밸브는 토출실(11)과 제어실(12)을 연통하는 연통로(31)의 도중에 있는 밸브실(36), 흡입실(13)과 제어실(12)을 연통하는 연통로(32, 31b), 연통로(32)의 도중에 있는 밸브실(36), 밸브실(36) 내에 배치되어 연통로(31)를 개폐하는 제 1 밸브부(41) 및 연통로(32)를 개폐하는 제 2 밸브부(42)를 포함하여 서로 역방향의 개폐동작을 행하는 밸브체(40), 밸브체(40)를 이동시키는 솔레노이드(60)를 구비하고, 밸브체(40)에는 제 2 밸브부(42)를 사이에 두고 제 1 밸브부(41)의 반대측의 단부에서 제어실 압력을 받는 수압부(44)가 설치되며, 수압부의 수압면적(S3)은 제 2 밸브부(42)의 수압면적(S2)과 제 1 밸브부의 수압면적(S1)의 차이에 거의 동일하게 형성된다. 이에 의해 소형화가 달성되고, 제어실압력의 영향이 극소로 되어, 응답성이 좋은 안정된 용량제어가 가능하게 된다.
유체, 용량제어, 이산화탄소, 냉매가스, 흡입실, 토출실, 제어실, 밸브체, 제 1 밸브부, 제 2 밸브부, 수압면적, 감압체, 도출 통로, 도입 통로, 제어실압력, 흡입압력, 차압, 솔레노이드, 소형화

Description

용량제어밸브{Capacity Control Valve}
본 발명은 작동유체의 용량 또는 압력을 가변가능하게 제어하는 용량제어밸브에 관한 것이며, 특히, 자동차 등의 공조시스템에 이용되는 용량가변형 압축기 등의 제어실의 압력을 제어하는 용량제어밸브에 관한 것이다.
자동차 등의 공조시스템에 이용되는 사판식 용량가변형 압축기는 엔진의 회전력에 의해 회전구동되는 회전축, 회전축에 대하여 경사각도를 변경할 수 있도록 연결된 사판, 사판에 연결된 압축용의 피스톤 등을 구비하여, 사판의 경사각도를 변화시키므로써 피스톤의 스트로크를 변화시켜서 냉매가스의 토출량을 제어하는 것이다.
이 사판의 경사각도는 냉매가스를 흡입하는 흡입실의 흡입압력, 피스톤에 의해 가압한 냉매가스를 토출하는 토출실의 토출압력, 사판을 수용한 제어실(크랭크실)의 제어실압력을 이용하면서, 전자력에 의해 개폐구동되는 용량제어밸브를 이용하여, 제어실내의 압력을 적절히 제어하고, 피스톤의 양면에 작용하는 압력의 밸런스 상태를 조정하는 것으로 연속적으로 변화시킬 수 있도록 되어 있다.
이러한 용량제어밸브로서는 토출실과 제어실을 연통시켜서 토출유체(냉매가스)를 도입하는 도입통로, 도입통로의 도중에 확대하여 형성된 제 1 밸브실, 흡입 실과 제어실을 연통시켜서 제어실로부터 유체(냉매가스 또는 블로우 바이(blow-bye) 가스 등)을 도출하는 도출통로, 도출통로의 도중에 확대하여 형성된 제 2 밸브실, 제 1 밸브실 내에 배치되어 도입통로를 개폐하는 제 1 밸브부와 제 2 밸브실 내에 배치되어 도출통로를 개폐하는 제 2 밸브부가 일체적으로 왕복운동함과 동시에 서로 역방향으로 개폐동작을 행하도록(즉, 제 1 밸브부가 전부 열릴(또는 전부 닫힐) 때에 제 2 밸브부가 전부 열리도록(또는 전부 닫히도록)) 형성된 밸브체, 밸브체의 일단측(제 1 밸브부측)에 토출압력이 작용하고 타단측(제 2 밸브부측)에 흡입압력이 작용하는 밸브체를 전자력에 의해 작동시켜서 개폐동작을 행하는 솔레노이드 등을 구비하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
그리고, 이 용량제어밸브에서는 토출압력을 받는 제 1 밸브부에 대하여 반대측으로부터 제어실압력이 작용함과 함께 흡입압력을 받는 제 2 밸브부에 대하여 반대측으로부터 제어실압력이 작용하도록 형성되어 밸브체에 대한 제어실압력의 영향을 상쇄하고, 밸브체에 토출압력과 흡입압력의 차압만을 작용시켜서 제어실압력을 제어하도록 되어 있다.
그런데, 프레온가스 대신에 냉매가스로서 이산화탄소(CO2)가 주목되고 있으나, 이산화탄소는 사용되는 압력영역(압력의 변화폭)이 현행의 냉매가스의 10 배정도로 크고, 토출압력과 제어실압력을 연통하는 도입통로 및 흡입압력과 제어실압력을 연통하는 도출통로의 2개의 통로를 개폐하는 구조상, 밸브체에 작용하는 차압도 크게 된다. 그 결과, 밸브체가 유량제어를 행할 때, 토출압력과 제어실압력과의 차 압이 흡입압력과 제어실압력의 차압에 비하여 크게 되어, 제 1 밸브부가 개폐하는 도입통로의 유량에 비하여 제 2 밸브부가 개폐하는 도출통로의 유량이 부족한 경향이 있다.
그래서, 이 경향을 해소하기 위해서는 제 1 밸브부가 개폐하는 도입통로의 통로면적(개구면적)에 비하여, 제 2 밸브부가 개폐하는 도출통로의 통로면적(및 밸브시이트의 개구면적)을 크게 할 필요가 있고, 이 개구면적(통로면적)을 크게한 경우, 제어실압력에 의해 생기는 차압이 증대한다. 따라서, 밸브체에 가해지는 힘의 밸런스를 유지하기 위해서는, 밸브체를 구동하는 솔레노이드의 구동력을 크게 해야할, 즉 솔레노이드를 크게 할 필요가 있어서, 장치의 대형화, 고코스트화를 초래하게 된다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 2003-328936 호 공보
특허문헌 2 : 일본특허공개 2004-116407 호 공보
(발명이 해결하려는 과제)
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 압력영역이 큰 냉매가스를 사용하는 경우에도, 제어실과 흡입실의 제어시에서의 유량을 확보하면서, 제어실압력이 밸브체에 미치는 영향을 극소로 하여, 보다 안정된 용량제어가 가능하고, 솔레노이드 등의 소형화, 저코스트화 등을 기도하는 용량제어밸브를 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 용량제어밸브는 유체를 토출하는 토출실과 유체의 토출량을 제어하는 제어실을 연통시켜서 제어실로 토출유체를 도입하는 도입통로, 도입통로의 도중에 형성된 제 1 밸브실, 유체를 흡입하는 흡입실과 제어실을 연통시켜서 제어실로부터 유체를 도출하는 도출통로, 도출통로의 도중에 형성된 제 2 밸브실, 제 1 밸브실 내에 배치되어 도입통로를 개폐하는 제 1 밸브부 및 제 2 밸브실 내에 배치되어 도출통로를 개폐하는 제 2 밸브부가 일체적으로 형성되어 그 왕복운동에 의해 서로 역방향의 개폐동작을 행하는 밸브체, 밸브체에 전자구동력을 미치는 솔레노이드를 구비하여, 상기 밸브체는 제 2 밸브부를 사이에 두고 제 1 밸브부의 반대측에서 제어실의 압력을 받는 수압부를 가지고, 이 수압부의 수압면적은 도출통로에서의 제 2 밸브부의 수압면적과 도입통로에서의 제 1 밸브부의 수압면적의 차이에 거의 동일하도록 형성되어 있다.
이 구성에 따르면, 제어실 내의 압력(제어실 압력)을 크게 하는 경우에는 제 2 밸브부가 도출통로를 폐색하여 제어실로부터 흡입실로 유체가 흡출되는 것을 규제함과 함께, 제 1 밸브부가 도입통로를 개방하여 토출실로부터 토출유체(또는 토출압력)를 제어실 내로 도입한다. 한편, 제어실 내의 압력(제어실압력)을 작게 하는 경우에는, 제 1 밸브부가 도입통로를 폐색하여 토출실로부터 제어실로의 토출유체(또는 토출압력)의 도입을 규제함과 함께 제 2 밸브부가 도출통로를 개방하여 제어실로부터 유체를 흡입실로 도출한다.
이 용량제어밸브에서, 밸브체에는 제 1 밸브부에 대하여 토출압력과 제어실압력과의 차압이 작용하고, 제 2 밸브부에 대해서 제어실압력과 흡입압력의 차압이 작용하고, 수압부에 대하여 흡입압력과 제어실압력과의 차압이 작용한다. 여기서, 수압부의 수압면적은 제 2 밸브부의 수압면적과 제 1 밸브부의 수압면적과의 차이에 대략 동일하게 형성되어 있기 때문에, 제어실압력이 밸브체에 미치는 영향을 극소화할 수 있고, 압력부하에 따른 제어신호를 솔레노이드에 인가하는 것에 의해, 최적의 용량제어가 가능하게 된다. 또한, 압력영역이 큰 냉매가스(예를 들면, 이산화탄소 등)를 사용할 때에 제어실과 흡입실의 통로면적을 크게 해도, 압력부하에서의 제어실압력의 영향이 극소이기 때문에, 솔레노이드의 소형화를 달성하면서 보다 안정된 용량제어를 행할 수 있다.
상기 구성에서 제 1 밸브실 및 제 2 밸브실은 연통하도록 형성되고, 제 1 밸브실과 제어실을 연통하는 도입통로 및 제 2 밸브실과 제어실을 연통하는 도출통로는 공통의 통로로서 형성되어 있는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 따르면, 제 1 밸브실 및 제 2 밸브실을 연통하는 하나의 밸브실로 하고, 제 1 밸브실 보다 하류측의 도입통로 및 제 2 밸브실 보다 상류측의 도출통로를 공통의 통로로 하는 것에 의해 구조를 간략화할 수 있고, 소형화할 수 있다.
상기 구성에서, 밸브체는 제 1 밸브부의 반대측의 단부에 수압부를 가지고, 수압부를 노출시킴과 함께 제어실에 연통하는 제 3 밸브실을 가지고, 제 3 밸브실에서는 수압부에 접촉하여, 전자구동력을 미치는 솔레노이드의 구동로드가 왕복운동이 자유롭게 배치되어 있는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 따르면, 제 1 밸브부를 배치하는 제 1 밸브실, 제 2 밸브부를 배치하는 제 2 밸브실(또는 제 1 밸브실과 제 2 밸브실을 겸하는 하나의 밸브실), 및 수압부를 노출시키는 제 3 밸브실을, 제 1 밸브부, 제 2 밸브부, 및 수압부를 가진 밸브체의 길이방향(왕복운동 방향)을 따라서 용이하게 배열할 수 있고 솔레노이드(의 구동로드)의 배치도 용이하게 되어, 전체로서의 집약화, 구조의 간략화를 달성할 수 있다.
상기 구성에서, 압력의 증감에 따라서, 밸브체에 탄성 가압력(부세력을 미치는 감압체를 가지는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 따르면, 압력(예를 들면, 토출압력 혹은 흡입압력)의 증감에 따라서, 감압체가 밸브체에 탄성 가압력을 미치기 때문에, 압력부하의 변동에 따른 보다 원활한 용량제어를 행할 수 있다.
상기 구성에서, 도입통로에는 제 1 밸브실 보다도 상류측에 감압체를 수용하는 수용실이 형성되어, 밸브체는 도입통로 내를 삽통하여 제 1 밸브부로부터 수용실까지 신장하는 신장부를 가지고, 감압체는 밸브체의 왕복운동 방향에서 신장부의 선단에 결합하여, 토출압력의 증가에 따라서, 제 1 밸브부를 개방하고 또한 제 2 밸브를 폐쇄하는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 따르면, 제 1 밸브부를 배치하는 제 1 밸브실, 제 2 밸브부를 배치하는 제 2 밸브실(또는, 제 1 밸브실과 제 2 밸브실을 겸하는 하나의 밸브실), 및 수용실을, 신장부, 제 1 밸브부, 제 2 밸브부, 및 수압부를 가진 밸브체의 길이방향(왕복운동 방향)을 따라서 용이하게 배열할 수 있고 토출압력의 변화에 대응한 원활한 동작이 얻어짐과 함께, 전체로서의 집약화, 구조의 간략화를 달성할 수 있다.
(발명의 효과)
이상의 구성으로 이루어진 용량제어밸브에 따르면, 압력영역이 큰 냉매가스(예를 들면, 이산화탄소 등)를 사용하는 경우에도, 제어시에서의 제어실과 흡입실의 유량을 확보하면서, 제어실 압력이 밸브체에 미치는 영향을 극소로 하여, 보다 안정된 용량제어밸브가 가능하며, 솔레노이드 등의 소형화, 저코스트화 등을 달성할 수 있는 용량제어밸브를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 용량제어밸브를 구비한 사판식 용량가변형 압축기를 도시하는 개략구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용량제어밸브의 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 용량제어밸브의 일부를 확대한 부분확대단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 용량제어밸브의 일부를 확대한 부분확대단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 용량제어밸브의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 용량제어밸브의 일부를 확대한 부분확대단면도이다.
도 7은 도 5 도시한 용량제어밸브의 일부를 확대한 부분확대단면도이다.
* 부호의 설명 *
M 사판식 용량가변형 압축기
V 용량제어밸브
10 케이싱
11 토출실
12 제어실
13 흡입실
14 실린더
15 연통로(도입통로)
16 연통로(도입통로, 도출통로)
17 연통로(도출통로)
18 연통로
20 회전축
21 사판
22 피스톤
23 연결로드
24 피동풀리
25 콘덴서
26 팽창밸브
27 이베포레이터
30 바디
B1 간막이 부재
31(31a) 연통로(도입통로)
31a' 제 1 밸브시이트
31b 연통로(도입통로, 도출통로)
32(32a, 32b) 연통로(도출통로)
33 가이드 통로
34 연통로
35 확대실(수용실)
36 밸브실(제 1 밸브실, 제 2 밸브실)
37 밸브실(제 3 밸브실)
38 규제판
40, 40' 밸브체
41 제 1 밸브부
42 제 2 밸브부
43 축경부
44 수압부
45 신장부
50 코일스프링
60 솔레노이드
61 솔레노이드 바디
62 케이싱
63 슬리브
64 고정철심
65 구동로드
66 가동철심
67 코일스프링
68 코일
70 감압체
이하, 본 발명의 최적의 실시형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 관한 용량제어밸브를 사판식 용량가변형 압축기(M)에 적용한 일 실시예를 도 1 내지 도 4에 기하여 설명한다.
사판식 용량가변형 압축기(M)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 토출실(11), 제어실(크랭크실이라고도 부름)(12), 흡입실(13), 복수의 실린더(14), 실린더(14)와 토출실(11)을 연통시켜 토출밸브(11a)에 의해 개폐되는 포트(11b), 실린더(14)와 흡입실(13)을 연통시켜 흡입밸브(13a)에 의해 개폐되는 포트(13b), 외부의 냉각회로에 접속되는 토출포트(11c) 및 흡입포트(13c), 토출실(11)로부터 제어실(12)에 토출유체를 도입하는 도입통로로서의 연통로(15), 상술한 도입통로와 제어실(12)로부터 유체를 흡입실(13)로 도출하는 도출통로를 겸하는 연통로(16), 도출통로로서의 연통로(17), 제어실(12) 내의 압력(제어실압력)을 도입하는 연통로(18) 등을 한정하는 케이싱(10), 크랭크실(12) 내로부터 외부로 돌출하여 회동이 자유롭게 설치된 회전축(20), 회전축(20)과 일체적으로 회전함과 함께 회전축(20)에 대하여 경사각도를 변경할 수 있도록 연결된 사판(21), 각각의 실린더(14) 내에 왕복운동이 자유롭게 삽입결합된 복수의 피스톤(22), 사판(21)과 각각의 피스톤(22)을 연결하는 복수의 연결로드(23), 회전축(20)에 부착된 피동풀리(24), 케이싱(10)에 조립된 용량제어밸브(V) 등을 구비한다.
또한, 이 사판식 용량가변형 압축기(M)에는 토출포트(11c) 및 흡입포트(13c)에 대하여 냉각회로가 접속되고, 이 냉각회로에는 콘덴서(응축기)(25), 팽창밸브(26), 이베포레이터(증발기)(27)가 순차적으로 배열되어 설치되어 있다.
용량제어밸브(V)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 금속재료 또는 수지재료에 의해 형성된 바디(30), 바디(30) 내에 왕복운동이 자유롭게 배치된 밸브체(40), 밸브체(40)를 일방향으로 탄성 가압하는 코일스프링(50), 바디(30)에 접속된 솔레노이드(60) 등을 구비하고 있다.
바디(30)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 연통로(31)(31a, 31b), 연통로(32)(32a, 32b), 가이드통로(33), 및 연통로(34), 연통로(32a)의 상류측에 형성되어 케이싱(10)의 연통로(15)에 연통하는 확대실(35), 연통로(31)의 도중에 형성된 제 1 밸브실 및 제 2 밸브실로서 연통하여 형성된 하나의 밸브실(36), 가이트통로(33)와 연통로(34)의 사이에 형성된 제 3 밸브실로서의 밸브실(37) 등이 형성되어 있다.
그리고, 연통로(31a)의 단부에는 후술하는 밸브체(40)의 제 1 밸브부(41)가 착좌하는 제 1 밸브시이트(31a')가 형성되고, 또한, 연통로(32a)의 단부에는 후술하는 밸브체(40)의 제 2 밸브부(42)가 착좌하는 제 2 밸브시이트(32a')가 형성되어 있다.
또한, 상기 연통로(32a) 및 가이드 통로(33)는 바디(30)에 대하여 삽입장착 된 간막이 부재(B1)에 의해 한정되어 있다. 이 간막이 부재(B1)는 바디(30)와 별개로 형성되기 때문에, 밸브체(40)의 축방향의 길이를 짧게 할 수 있고, 또한, 밸브체(40)의 장착이 용이하게 되고, 조립코스트를 절감할 수 있다. 또한, 간막이 부재(B1)의 재료로서 바디(30)와는 별개의 내마모성의 금속재료를 이용하는 것에 의해, 가이드 통로(33)의 마모를 극력 방지할 수 있고, 밸브체(30)를 안정되게 가이드할 수 있다.
밸브체(40)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 단부가 테이퍼면으로 형성된 제 1 밸브부(41), 제 1 밸브부(41) 보다도 확경하여 형성됨과 함께 제 1 밸브부(41)와 역방향에서 개폐작용을 이루도록 단부가 테이퍼면에 형성된 제 2 밸브부(42), 연통로(32a) 내에서 왕복운동이 자유롭게 삽통된 축경부(43), 축경부(43) 보다 확경하여 형성되어 가이드 통로(33)에 슬라이드 자유롭게 삽입결합됨과 함께 밸브실(37)로 노출하도록 형성된 수압부(44) 등을 일체적으로 구비하고 있다.
즉, 수압부(44)는 제 2 밸브부(42)를 사이에 두고, 제 1 밸브부(41)의 반대측의 단부에 형성되어 있다. 이와 같이, 수압부(44)를 단부에 설치하는 것에 의해, 연통부(34)를 통하여 도입된 제어실압력을 효과적으로 작용시킬 수 있다.
그리고, 밸브체(40)가, 도 2 중의 하방으로 이동하는 것에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브체(41)가 제 1 밸브시이트(31a')로부터 떨어져서 연통로(도입통로)(31a)를 개방함과 동시에 제 2 밸브부(42)가 제 2 밸브시이트(32a')에 착좌하여 연통로(도출통로)(32a)를 폐색한다. 한 편, 밸브체(40)가 도 2 중의 상방으로 이동하는 것에 의해, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브부(41)가 제 1 밸 브시이트(31a')에 착좌하여 연통로(도입통로)(31a)를 폐색함과 동시에 제 2 밸브부(42)가 제 2 밸브시이트(32a')로부터 떨어져서 연통로(도출통로)(32a)를 개방한다.
코일스프링(50)은 제 1 밸브부(41)가 연통로(31a)를 개방하고, 제 2 밸브부(42)가 연통로(32a)를 폐색하도록, 밸브체(40)에 대하여, 도 2 중의 하향의 탄성 가압력을 미치는 것이다.
솔레노이드(60)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 바디(30)에 연결되는 솔레노이드 바디(61), 전체를 둘러싸는 케이싱(62), 일단부가 폐쇄된 슬리브(63), 솔레노이드 바디(61) 및 슬리브(63)의 내측에 배치된 원통형의 고정철심(64), 고정철심(64)의 내측에서 왕복운동이 자유롭게 또한 그 선단측이 밸브실(37)로 돌출하여 배치되어 수압부(44)에 접촉하는 구동로드(65), 구동로드(65)의 타단측에 고착된 가동철심(66), 구동로드(65)를 밸브체(40)로부터 당겨 벗어나게 하는 방향으로 가동철심(66)을 탄성 가압하는 코일스프링(67), 슬리브(63)의 외측에 감겨진 여자용의 코일(68) 등을 구비하고 있다.
상기 구성의 용량제어밸브(V)에서, 연통로(31)는 토출실(11)과 제어실(12)을 연통하여, 토출유체(냉매가스)를 제어실(12) 내로 도입되는 것이다. 즉, 연통로(31a)에서, 제 1 밸브부(41)에는 상류측으로부터 토출압력(Pd)이 작용함과 동시에 하류측으로부터 제어실 압력(Pc)이 작용한다.
연통로(32)는 제어실(12)과 흡입실(12)을 연통하여, 제어실(13) 내의 유체(제어실 압력 Pc)를 흡입실(13)로 도출하는 것이다. 즉, 연통로(32a)에서 제 2 밸 브부(42)에는 연통로(31b)를 통하여 상류측으로부터 제어실압력(Pc)이 작용하는 동시에 연통로(32b)를 통하여 하류측으로부터 흡입압력(Ps)이 작용한다.
여기서는, 제 1 밸브부(41)를 배치하는 제 1 밸브실 및 제 2 밸브부(42)를 배치하는 제 2 밸브실이 연통하는 하나의 밸브실(36)로서 형성되고, 연통로(31)의 하류측에 위치하는 연통로(31b)가 토출유체(또는 토출압력 Pd)를 제어실(12)에 도입하는 도입통로로서의 역활 외에, 제어실(12) 내의 유체(또는 제어실압력 Pc)를 흡입실(13)로 도출하는 연통로(32)의 상류측의 도출통로의 역활을 겸하도록 형성되어 있다.
따라서, 제 1 밸브실 및 제 2 밸브실을 별도로 형성하고, 제 1 밸브실 보다 하류측의 도입통로와 제 2 밸브실 보다 상류측의 도출통로를 별도로 형성하는 경우에 비하여, 구조를 간략화할 수 있어서, 용량제어밸브(V)를 소형화할 수 있다.
또한, 상기 구성에서, 가이드통로(33)는 연통로(31a) 및 연통로(32a)와 동일 직선상에 축선을 가지도록 형성되어, 밸브체(40)의 수압부(43)를 왕복운동이 자유롭게 가이드하는 것이다. 연통로(34)는 제어실(12) 내의 제어실압력(Pc)을 제 3 밸브실(37)로 도입하여, 수압부(43)에 작용시키는 것이다.
또한, 상기 구성에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브부(41)가 연통로(31a)의 단면적으로 규정되는 수압면적(S1), 제 2 밸브부(42)가 연통로(32a)의 단면적으로 규정되는 수압면적(S2), 및 수압부(44)가 가이드 통로(33)의 단면적으로 규정되는 수압면적(S3)의 관계가 다음의 식 (1)을 만족시킨다.
(1) S3 = S2 - S1
즉, 수압면적 S3가 수압면적 S2와 수압면적 S1의 차이와 같게 되도록 형성되어 있다. 또한, S3의 값은 S2-S1의 값과 같은 것에 한정되지 않고, 근사한 값을 포함한 대략 동일한 값으로 형성해도 된다.
이 구성의 작용에 대해 설명하면, 솔레노이드(60)가 통전된 상태에서 밸브체(40)에 작용하는 힘의 균형식은 다음의 식 (2)로 표시된다.
(2) F = Pd?S1 + Pc?(S2-S1) - Ps?(S2-S3) - Pc?S3 + fk1 + fk2
여기서, F : 제 1 밸브부(41)를 개방하는 방향으로 솔레노이드(60)에 의해 인가되는 탄성 가압력, Pd : 토출압력, Pc : 제어실 압력, Ps : 흡입압력, S1 : 제 1 밸브부(41)의 수압면적, S2 : 제 2 밸브부(42)의 수압면적, S3 : 수압부(44)의 수압면적, fk1 : 코일스프링(50)의 탄성 가압력, fk2 : 코일스프링(67)의 탄성 가압력이다.
상기 식 (2)를 변형하면 다음의 식 (3)이 얻어진다.
(3) F = S1?(Pd-Pc) + S2?(Pc-Ps) + S3?(Ps-Pc) + fk1 + fk2
여기서, 식(1)의 조건 S3 = S2 - S1, 즉, S1 = S2 - S3를 식(3)에 대입하면, S1?Pc = (S2-S3)?Pc 이므로, 식 (3)은 다음의 식 (4)가 된다.
(4) F = S1?Pd - (S2-S3)?Pc + S2?(Pc-Ps) + S3?(Ps-Pc) + fk1 + fk2
= S1?Pd - (S2-S3)?Ps + fk1 + fk2
= S1?(Pd-Ps) + fk1 + fk2
즉, 제어실압력(Pc)은 시스템상 존재하고 있어도, 제어시에 밸브체(40)에 가해지는 힘의 밸런스관계에 의해, 상기 식(4)에 표시한 바와 같이 제어실압력(Pc)의 영향이 생기지 않도록, 혹은, 제어실압력(Pc)의 영향이 극소로 되도록 설정되기 때문에, 솔레노이드(60)가 발생하는 비교적 작은 전자구동력(탄성 가압력) F에 의해, 밸브체(40)를 보다 신속하게 또한 보다 안정되게 구동제어할 수 있다. 따라서, 이 용량제어밸브(V)를 구비한 사판식 용량가변형 압축기(M)에서는 사판(21)의 각도변화 즉 토출압력(Pd)의 변화를 극히 단기간에 행할 수 있다.
이어서, 이 용량제어밸브(V)를 구비한 사판식 용량가변형 압축기(M)가, 자동차의 공조시스템에 적용된 경우의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 엔진의 회전구동력에 의해, 전달벨트(도시하지 않음) 및 피동풀리(24)를 거쳐서 회전축(20)이 회전하면, 회전축(20)과 일체로 되어 사판(21)이 회전한다. 사판(21)이 회전하면, 사판(21)의 경사각도에 따른 스트로크로 피스톤(22)이 실린더(14) 내를 왕복운동하고, 흡입실(13)로부터 실린더(14) 내로 흡입된 냉매가스가 피스톤(22)에 의해 압축되어 토출실(11)로 토출된다. 그리고, 토출된 냉매가스는 콘덴서(25)로부터 팽창밸브(26)를 거쳐서 이베포레이터(27)로 공급되어, 냉동사이클을 행하면서 흡입실(13)로 돌아오도록 되어 있다.
여기서, 냉매가스의 토출량은 피스톤(22)의 스트로크에 의해 결정되고, 피스톤(22)의 스트로크는 제어실(12) 내의 압력(제어실압력 Pc)에 의해 제어되는 사판(21)의 경사각도에 의해 결정된다.
먼저, 최소 토출량의 운전상태에서는 솔레노이드(60)(코일(68))는 통전되지 않아, 가동철심(66) 및 구동로드(65)는 코일스프링(67)의 탄성 가압력에 의해 후퇴하여 정지위치에서 정지하고, 밸브체(40)는 코일스프링(50)의 탄성 가압력에 의해 도 3에 도시하는 바와 같이 이동하여 제 1 밸브부(41)는 제 1 밸브시이트(31a')로부터 떨어져서 연통로(도입통로)(31a)를 개방하고, 제 2 밸브부(42)가 제 2 밸브시이트(32a')에 착좌하여 연통로(도출통로)(32a)를 폐색한 상태로 된다.
이에 의해, 토출유체(토출압력 Pd)가 연통로(도입통로)(32a, 32b)를 거쳐서 제어실(12) 내로 도입된다. 그리고, 사판(21)의 경사각도는 가장 작아지도록 제어되어, 피스톤(22)의 스트로크를 최소로 한다. 그 결과, 냉매가스의 토출량은 최소로 된다.
이 흐름제어에서는, 밸브체(40)의 구동에서 실질적으로 토출압력(Pd)과 흡입압력(Pc)만 작용하고, 제어실압력(Pc)은 영향이 없기 때문에, 신속히 안정된 용량제어가 행해진다.
한 편, 최대 토출량의 운전상태에서는 솔레노이드(60)(코일(68))가 통전되어, 가동철심(66) 및 구동로드(65)는 코일스프링(50, 67)의 탄성 가압력에 저항하여, 도 4에 도시하는 바와 같이 밸브체(40)를 이동시켜, 제 1 밸브부(41)는 제 1 밸브시이트(31a')에 착좌하여 연통로(도입통로)(31a)를 폐색하고, 제 2 밸브부(42)는 제 2 밸브시이트(32a')로부터 떨어져서 연통로(도출통로)(32a)를 개방한 상태로 된다.
이에 의해, 제어실(12) 내의 유체(냉매가스, 블로우 바이 가스 등)가 연통로(도출통로)(31b, 32a, 32b)를 거쳐서 흡입실(13)로 도출된다. 그리고, 사판(21)의 경사각도는 가장 크게 되도록 제어되어, 피스톤(22)의 스트로크를 최대로 한다. 그 결과, 냉매가스의 토출량은 최대로 된다.
이 흐름제어에서도, 밸브체(40)의 구동에서는 실질적으로 토출압력(Pd)과 흡입압력(Pc)만 작용하고, 제어실압력(Pc)은 영향이 없기 때문에, 신속히 안정된 용량제어가 행해진다.
또한, 최소 ~ 최대 사이의 중간영역에서의 토출량의 운전상태에서는 솔레노이드(60)(코일(67))로의 통전의 크기를 적절히 제어하여 전자구동력(탄성 가압력)을 변화시킨다. 즉, 전자구동력으로 밸브체(40)의 위치를 적절히 조정하여, 소망의 토출량으로 되도록 제 1 밸브부(41)의 개방량과 제 2 밸브부(42)의 개방량이 제어된다.
이 흐름제어에서도, 밸브체(40)의 구동에서는 실질적으로 토출압력(Pd)과 흡입압력(Pc)만 작용하고, 제어실압력(Pc)은 영향이 없기 때문에, 신속히 안정된 용량제어가 행해진다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 관한 용량제어밸브의 다른 실시예를 도시하는 것으로, 밸브체를 변경하고 또한 감압체를 설치한 이외에는 상술한 실시형태와 동일하므로, 동일의 구성에 대해서는 동일의 부호를 사용하며 그 설명을 생략한다.
이 실시예에 따른 용량제어밸브(V)에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 바디(30)의 확대실(35)에 규제판(38)이 결합되고, 확대실(35)이 감압체(70)를 수용하는 수용실로서 형성되어 있다. 규제판(38) 및 확대실(35)의 측벽에는 도입통로로서의 연통로(31a)가 형성되어 있다.
밸브체(40')에는 제 1 밸브부(41)로부터 신장하는 신장부(45)가 일체적으로 형성되어 있다. 이 신장부(45)는 연통로(31a) 내를 삽통하여 수용실로서의 확대 실(35) 내로 돌출하여, 그 선단이 감압체(70)와 접촉하도록 되어 있다.
감압체(70)는 토출 압력(Pd)의 증가에 따라서, 밸브체(40')에 탄성 가압력을 미치도록, 즉, 제 1 밸브부(41)를 개방하고, 또한 제 2 밸브부(42)를 폐쇄하도록 신장부(45)에 접촉하여 탄성 가압력을 미치도록 변형하는 것으로, 벨로우즈, 다이어프램, 기타의 구성을 채용할 수가 있다.
즉, 연통로(도입통로)(31a)에는 밸브실(36)보다도 상류측에 위치하는 확대실(수용실)(35)에 감압체(70)가 배치되고, 감압체(70)가 연통로(도입통로)(31a) 내를 삽통하여 밸브실(36)로부터 확대부(35)까지 신장하는 밸브체(40')의 신장부(45)의 선단에 결합하여, 토출압력(Pd)의 증가에 따라서, 제 1 밸브부를 개방하고, 또한 제 2 밸브부(42)를 폐쇄하도록 되어 있다. 따라서, 도 7에 도시하는 바와 같이 솔레노이드(60)에 의해 전자구동력(탄성 가압력)이 부여된 상태에서, 감압체(70)가 토출 압력(Pd)의 증가를 감지하면, 밸브체(40')의 신장부(45)에 탄성 가압력을 미쳐서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브부(41)를 개방하고, 또한 제 2 밸브부(42)를 폐쇄하는 방향으로 밸브체(40')를 재빠르게 이동시킨다.
이에 의해, 부하의 변동에 의해 토출압력(Pd)이 증가한 경우에도, 감압체(70)는 그 토출압력(Pd)의 증가를 감소시키는 방향으로 작동하여, 소망의 토출량으로 재빠르게 안정시키도록 제어한다.
또한, 제 1 밸브부(41) 및 제 2 밸브부(42)를 배치하는 밸브실(36), 감압체(70)를 수용하는 확대실(35), 수압부(44)를 노출시키는 밸브실(37)을 밸브체(40')의 길이방향(왕복운동방향)을 따라서 용이하게 배열할 수 있고, 토출압 력(Pd)의 변화에 대응한 원활한 동작이 얻어짐과 함께, 전체로서의 집약화, 구조의 간략화를 달성할 수 있다.
상기 실시예에서는 제 1 밸브부(41)를 배치하는 제 1 밸브실과 제 2 밸브부(42)를 배치하는 제 2 밸브실을 연통하는 하나의 밸브실(36)로서 형성하고, 제 1 밸브실로부터 제어실(12)로 연통하는 도입통로와 제어실(12)로부터 제 2 밸브실로 연통하는 도출통로를 공통의 연통로(31b)로서 형성한 경우를 도시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 제 1 밸브실과 제 2 밸브실을 별도의 공간으로서 형성하고, 도입통로와 도출통로를 별도의 통로로서 형성해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 감압체(70)로서 토출압력(Pd)의 증가에 따라서, 제 1 밸브부(41)를 개방하고, 제 2 밸브부(42)를 폐쇄하도록 밸브체(40')에 탄성 가압력을 미치는 것을 도시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 흡입압력(Ps)의 증감에 따라서 밸브체에 탄성 가압력을 미치는 구성을 채용해도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 용량제어밸브는 제어실과 흡입실의 제어시에서의 유량을 확보하면서, 제어실압력이 밸브체에 미치는 영향을 극소로 하여, 보다 안정된 용량제어가 가능하고, 솔레노이드 등의 소형화, 저코스트화 등을 달성할 수 있기 때문에, 자동차 등의 공조 시스템에 이용되는 용량가변형 압축기에 적용할 수 있는 것은 물론이며, 그 이외의 유체의 용량을 가변적으로 제어하는 기계에도 그 용량제어를 행하는 용량제어밸브로서도 유용하다.

Claims (12)

  1. 유체를 토출하는 토출실과 유체의 토출량을 제어하는 제어실을 연통시켜서 상기 제어실로 토출유체를 도입하는 도입통로, 상기 도입통로의 도중에 형성된 제 1 밸브실, 유체를 흡입하는 흡입실과 상기 제어실을 연통시켜서 상기 제어실로부터 유체를 도출하는 도출통로, 상기 도출통로의 도중에 형성된 제 2 밸브실, 상기 제 1 밸브실 내에 배치되어 상기 도입통로를 개폐하는 제 1 밸브부 및 상기 제 2 밸브실 내에 배치되어 상기 도출통로를 개폐하는 제 2 밸브부가 일체적으로 형성되어 그 왕복운동에 의해 서로 역방향의 개패동작을 행하는 밸브체, 상기 밸브체에 전자구동력을 미치는 솔레노이드를 구비하여,
    상기 밸브체는 상기 제 2 밸브부를 사이에 두고 상기 제 1 밸브부의 반대측에서 상기 제어실의 압력을 받는 수압부를 가지고,
    상기 수압부의 수압면적은 상기 도출통로에서의 상기 제 2 밸브부의 수압면적과 상기 도입통로에서의 제 1 밸브부의 수압면적의 차이에 거의 동일하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 밸브실 및 제 2 밸브실은 연통하도록 형성되고,
    상기 제 1 밸브실과 상기 제어실을 연통하는 도입통로와 상기 제 2 밸브실과 상기 제어실을 연통하는 도출통로는 공통의 통로로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브체는 상기 제 1 밸브부의 반대측의 단부에 상기 수압부를 가지고,
    상기 수압부를 노출시킴과 함께 상기 제어실에 연통하는 제 3 밸브실을 가지고,
    상기 제 3 밸브실에는 상기 수압부에 접촉하여, 전자구동력을 미치는 상기 솔레노이드의 구동로드가 왕복운동이 자유롭게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 밸브실 및 제 2 밸브실은 연통하도록 형성되고,
    상기 제 1 밸브실과 상기 제어실을 연통하는 도입통로와 상기 제 2 밸브실과 상기 제어실을 연통하는 도출통로는 공통의 통로로서 형성되고,
    상기 밸브체는 상기 제 1 밸브부의 반대측의 단부에 상기 수압부를 가지고,
    상기 수압부를 노출시킴과 함께 상기 제어실에 연통하는 제 3 밸브실을 가지고,
    상기 제 3 밸브실에서는 상기 수압부에 접촉하여, 전자구동력을 미치는 상기 솔레노이드의 구동로드가 왕복운동이 자유롭게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    압력의 증감에 따라서, 상기 밸브체에 탄성 가압력을 미치는 감압체를 가지는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  6. 청구항 2에 있어서,
    압력의 증감에 따라서, 상기 밸브체에 탄성 가압력을 미치는 감압체를 가지는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  7. 청구항 3에 있어서,
    압력의 증감에 따라서, 상기 밸브체에 탄성 가압력을 미치는 감압체를 가지는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  8. 청구항 4에 있어서,
    압력의 증감에 따라서, 상기 밸브체에 탄성 가압력을 미치는 감압체를 가지는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 도입통로에는 상기 제 1 밸브실 보다도 상류측에 상기 감압체를 수용하는 수용실이 형성되고,
    상기 밸브체는 상기 도입통로 내를 삽통하여 상기 제 1 밸브부로부터 상기 수용실까지 신장하는 신장부를 가지고,
    상기 감압체는 상기 밸브체의 왕복운동 방향에서 상기 신장부의 선단에 결합하여, 토출 압력의 증가에 따라서, 상기 제 1 밸브부를 개방하고 또한 상기 제 2 밸브부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 도입통로에는 상기 제 1 밸브실 보다도 상류측에 상기 감압체를 수용하는 수용실이 형성되고,
    상기 밸브체는 상기 도입통로 내를 삽통하여 상기 제 1 밸브부로부터 상기 수용실까지 신장하는 신장부를 가지고,
    상기 감압체는 상기 밸브체의 왕복운동 방향에서 상기 신장부의 선단에 결합하여, 토출 압력의 증가에 따라서, 상기 제 1 밸브부를 개방하고 또한 상기 제 2 밸브부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 도입통로에는 상기 제 1 밸브실 보다도 상류측에 상기 감압체를 수용하는 수용실이 형성되고,
    상기 밸브체는 상기 도입통로 내를 삽통하여 상기 제 1 밸브부로부터 상기 수용실까지 신장하는 신장부를 가지고,
    상기 감압체는 상기 밸브체의 왕복운동 방향에서 상기 신장부의 선단에 결합하여, 토출 압력의 증가에 따라서, 상기 제 1 밸브부를 개방하고 또한 상기 제 2 밸브부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 도입통로에는 상기 제 1 밸브실 보다도 상류측에 상기 감압체를 수용하는 수용실이 형성되고,
    상기 밸브체는 상기 도입통로 내를 삽통하여 상기 제 1 밸브부로부터 상기 수용실까지 신장하는 신장부를 가지고,
    상기 감압체는 상기 밸브체의 왕복운동 방향에서 상기 신장부의 선단에 결합하여, 토출 압력의 증가에 따라서, 상기 제 1 밸브부를 개방하고 또한 상기 제 2 밸브부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 용량제어밸브.
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