(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸を回転可能に支持するハウジング内にはシリンダボアが形成され、同シリンダボアにはピストンが収容されており、駆動軸の回転によってシリンダボア内でピストンが往復運動されるとともに、同ピストンのストロークをゼロではない最小ストロークを下限として変更することで吐出容量が変更される構成のピストン式容量可変型流体機械において、
前記ピストンの外周面にはリング溝が形成され、同リング溝にはピストンリングが嵌め入れられており、同リング溝とピストンリングとの間における軸線方向への遊びを、ピストンの最小ストローク以上に設定したことを特徴とするピストン式容量可変型流体機械。
【請求項２】
前記ピストン式容量可変型流体機械は空調装置の冷凍サイクルを構成し、ピストンの往復運動によって冷媒ガスの圧縮を行う請求項１に記載のピストン式容量可変型流体機械。
【請求項３】
前記冷凍サイクルの冷媒としては二酸化炭素が用いられている請求項２に記載のピストン式容量可変型流体機械。
【請求項４】
前記ピストン式容量可変型流体機械は車両に搭載され、同流体機械は車両の走行駆動源によって駆動軸が回転駆動される請求項１〜３のいずれかに記載のピストン式容量可変型流体機械。
【請求項５】
前記走行駆動源と駆動軸との間は、クラッチレスタイプの動力伝達機構を介して作動連結されている請求項４に記載のピストン式容量可変型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用空調装置に用いられ、ピストンとシリンダボアの内周面との間のシールにピストンリングを用いてなるピストン式容量可変型圧縮機等のピストン式容量可変型流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両用空調装置に用いられる圧縮機は、その外部駆動源である車両のエンジンとの間の動力伝達経路上に、電磁クラッチ等のクラッチ機構を備えている。そして、冷房不要時等においては、電磁クラッチのオフによって動力伝達を遮断することで、圧縮機の駆動が停止されるようになっている。
【０００３】
しかし、電磁クラッチのオン・オフ動作にはショックを伴い、このオン・オフショックは車両のドライバビリティを悪化させる。従って、近年においては、エンジンとの間の動力伝達経路上にクラッチ機構を備えなくともよい、クラッチレスタイプの圧縮機の採用が広まりつつある。
【０００４】
クラッチレスタイプの圧縮機には、ピストンのストロークを変更することで吐出容量を変更可能なピストン式容量可変型が用いられている。そして、冷房不要時等においては、ピストンのストロークを最小として圧縮機の吐出容量を最小化することで、エンジンの動力損失を最小限に抑えるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、クラッチレスタイプの圧縮機は、エンジンの稼動時においては同エンジンによって常時駆動されることとなる。従って、圧縮機の最小吐出容量をゼロに設定すると、潤滑油を含んだ冷媒ガスの流れが生じなくなり、圧縮機内部における各摺動部分の潤滑が厳しくなる問題を生じてしまう。
【０００６】
このため、圧縮機の最小吐出容量つまりはピストンの最小ストロークをゼロに設定することができず、圧縮機の最小吐出容量状態においてもピストンが往復運動されることとなっていた。よって、ピストンリングとシリンダボアの内周面との間に生じる摺動抵抗が、エンジンの動力損失を増大させる問題を生じていた。
【０００７】
また、冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、圧縮室内の冷媒圧力がフロン冷媒を用いた場合よりも遥かに高くなる。従って、ブローバイガスを抑えるためには、フロン冷媒を用いた場合よりも遥かに強く、ピストンリングをシリンダボアの内周面に対して押し付けておかなくてはならない。このため、前述した問題（エンジンの動力損失の増大）が深刻となっていた。
【０００８】
本発明の目的は、最小吐出容量状態において、ピストンとシリンダボアの内周面との間の摺動抵抗を大幅に軽減することが可能なピストン式容量可変型流体機械を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、駆動軸を回転可能に支持するハウジング内にはシリンダボアが形成され、同シリンダボアにはピストンが収容されており、駆動軸の回転によってシリンダボア内でピストンが往復運動されるとともに、同ピストンのストロークをゼロではない最小ストロークを下限として変更することで吐出容量が変更される構成のピストン式容量可変型流体機械において、前記ピストンの外周面にはリング溝が形成され、同リング溝にはピストンリングが嵌め入れられており、同リング溝とピストンリングとの間における軸線方向への遊びを、ピストンの最小ストローク以上に設定したことを特徴とするピストン式容量可変型流体機械である。
【００１０】
この構成においては、流体機械が最小吐出容量状態にあってもピストンが往復運動される。しかし、ピストンリングは、リング溝との間に確保された最小ストローク以上の相対移動の余裕（遊び）によって、往復運動されるピストンから移動力を受けることがない。従って、ピストンリングを移動させなくともよいピストンは、シリンダボアの内周面との間での摺動抵抗が大幅に軽減されることとなる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明を適用するのに好適な流体機械の一態様を限定するものである。すなわち、前記ピストン式容量可変型流体機械は空調装置の冷凍サイクルを構成し、ピストンの往復運動によって冷媒ガスの圧縮を行うものである。
【００１２】
請求項３の発明は請求項２において、前記冷凍サイクルの冷媒としては二酸化炭素が用いられていることを特徴としている。
この構成においては、圧縮室内の冷媒圧力が、例えばフロン冷媒を用いた場合よりも遥かに高くなる。従って、ブローバイガスを抑えるためには、フロン冷媒を用いた場合よりも遥かに強く、ピストンリングをシリンダボアの内周面に対して押し付けておかなくてはならない。つまり、二酸化炭素冷媒を取り扱う冷媒圧縮機において請求項２の発明を具体化することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
【００１３】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ピストン式容量可変型流体機械は車両に搭載され、同流体機械は車両の走行駆動源によって駆動軸が回転駆動されることを特徴としている。
【００１４】
この構成においては、流体機械の最小吐出容量状態において、走行駆動源の動力損失を軽減することができる。
請求項５の発明は請求項４において、前記走行駆動源と駆動軸との間は、クラッチレスタイプの動力伝達機構を介して作動連結されていることを特徴としている。
【００１５】
この構成において流体機械は、走行駆動源の稼動時においては同走行駆動源によって常時駆動されることとなる。このような態様において請求項４の発明を具体化することは、走行駆動源の動力損失を軽減する上で特に有効となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のピストン式容量可変型流体機械を、車両用空調装置に用いられるピストン式容量可変型圧縮機において具体化した一実施形態について説明する。
【００１７】
（ピストン式容量可変型圧縮機）
図１に示すように、ピストン式容量可変型圧縮機（以下単に圧縮機とする）は、シリンダブロック１と、その前端に接合固定されたフロントハウジング２と、シリンダブロック１の後端に弁・ポート形成体３を介して接合固定されたリヤハウジング４とを備えている。これらシリンダブロック１、フロントハウジング２及びリヤハウジング４が、圧縮機のハウジングをなしている。
【００１８】
前記シリンダブロック１とフロントハウジング２とで囲まれた領域にはクランク室５が区画されている。駆動軸６は、クランク室５内を挿通されているとともに、シリンダブロック１とフロントハウジング２との間で回転可能に支持されている。クランク室５において駆動軸６上には、ラグプレート１１が一体回転可能に固定されている。
【００１９】
前記駆動軸６の前端部は、動力伝達機構ＰＴを介して、車両の走行駆動源としてのエンジン（内燃機関）Ｅに作動連結されている。動力伝達機構ＰＴは、外部からの電気制御によって動力の伝達／遮断を選択可能なクラッチ機構（例えば電磁クラッチ）であってもよく、又は、そのようなクラッチ機構を持たない常時伝達型のクラッチレス機構（例えばベルト／プーリの組合せ）であってもよい。なお、本実施形態では、クラッチレスタイプの動力伝達機構ＰＴが採用されているものとする。
【００２０】
前記クランク室５内にはカムプレートとしての斜板１２が収容されている。斜板１２は、駆動軸６にスライド移動可能でかつ傾動可能に支持されている。ヒンジ機構１３は、ラグプレート１１と斜板１２との間に介在されている。従って、斜板１２は、ヒンジ機構１３を介したラグプレート１１との間でのヒンジ連結、及び駆動軸６の支持により、ラグプレート１１及び駆動軸６と同期回転可能であるとともに、駆動軸６の軸線方向へのスライド移動を伴いながら駆動軸６に対し傾動可能となっている。
【００２１】
複数（図面には一つのみ示す）のシリンダボア１５は、前記シリンダブロック１において駆動軸６を取り囲むようにして貫設形成されている。片頭型のピストン２０は、各シリンダボア１５に往復動可能に収容されている。シリンダボア１５の前後開口は、弁・ポート形成体３及びピストン２０によって閉塞されており、このシリンダボア１５内にはピストン２０の往復動に応じて体積変化する圧縮室１７が区画されている。各ピストン２０は、シュー１９を介して斜板１２の外周部に係留されている。従って、駆動軸６の回転にともなう斜板１２の回転運動が、シュー１９を介してピストン２０の往復直線運動に変換される。
【００２２】
前記弁・ポート形成体３とリヤハウジング４との間には、吸入室２１及び吐出室２２がそれぞれ区画形成されている。弁・ポート形成体３には各シリンダボア１５に対応して、吸入ポート２３及び同ポート２３を開閉する吸入弁２４、並びに、吐出ポート２５及び同ポート２５を開閉する吐出弁２６が形成されている。
【００２３】
そして、前記吸入室２１の冷媒ガスは、各ピストン２０の上死点位置から下死点側への往動により吸入ポート２３及び吸入弁２４を介して圧縮室１７に吸入される。圧縮室１７に吸入された冷媒ガスは、ピストン２０の下死点位置から上死点側への復動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート２５及び吐出弁２６を介して吐出室２２に吐出される。
【００２４】
（圧縮機の容量制御構造）
図１に示すように、前記圧縮機のハウジング内には抽気通路２７及び給気通路２８が設けられている。抽気通路２７はクランク室５と吸入室２１とを連通する。給気通路２８は吐出室２２とクランク室５とを連通する。ハウジングにおいて給気通路２８の途中には、電磁弁よりなる制御弁２９が配設されている。同制御弁２９は、給気通路２８の開度を調節する弁体２９ａと、同弁体２９ａを制御装置Ｃからの給電によって動作させる電磁アクチュエータ２９ｂとからなっている。
【００２５】
そして、前記制御弁２９の開度を調節することで、給気通路２８を介したクランク室５への高圧な吐出ガスの導入量と抽気通路２７を介したクランク室５からのガス導出量とのバランスが制御され、同クランク室５の内圧が決定される。クランク室５の内圧変更に応じて、ピストン２０を介してのクランク室５の内圧と圧縮室１７の内圧との差が変更され、斜板１２の傾斜角度（駆動軸６の軸線と直交する面との間でなす角度）が変更される結果、ピストン２０のストロークすなわち圧縮機の吐出容量が調節される。
【００２６】
例えば、クランク室５の内圧が低下されると斜板１２の傾斜角度が増大し、ピストン２０のストロークが増大されて、圧縮機の吐出容量が増大される。図１において二点鎖線は、斜板１２のそれ以上の傾動がラグプレート１１によって当接規制された、最大傾斜角度状態を示している。
【００２７】
逆に、クランク室５の内圧が上昇されると斜板１２の傾斜角度が減少し、ピストン２０のストロークが減少されて、圧縮機の吐出容量が減少される。図１において実線は斜板１２の最小傾斜角度状態を示し、同最小傾斜角度はゼロではない角度（例えば１〜１０°）に設定されている。つまり、ピストン２０の最小ストロークＳｔ（ｍｉｎ）は、ゼロではない値に設定されている。なお、斜板１２の最小傾斜角度は、駆動軸６に設けられた最小傾斜角度規定手段３５によって規定される。
【００２８】
（冷媒循環回路）
図１に示すように、車両用空調装置の冷媒循環回路（冷凍サイクル）は、上述した圧縮機と外部冷媒回路３０とから構成されている。外部冷媒回路３０は、凝縮器３１、膨張弁３２及び蒸発器３３を備えている。冷媒としては二酸化炭素が用いられている。
【００２９】
前記冷媒循環回路において、圧縮機の吐出室２２と凝縮器３１との間の冷媒通路上には、遮断弁３４が配設されている。同遮断弁３４は、吐出室２２側の圧力が所定値よりも低くなると冷媒通路を遮断して、外部冷媒回路３０を経由した冷媒の循環を停止させる。
【００３０】
前記遮断弁３４は、その前後の圧力差を機械的に検知して動作する差圧弁タイプであってもよいし、吐出圧力センサ（図示しない）の検出値に応じて制御装置Ｃにより制御される電磁弁タイプであってもよい。また、同遮断弁３４は、斜板１２の最小傾斜角度に機械的に連動して冷媒通路を遮断するタイプであってもよい。
【００３１】
そして、冷房不要時等においては、制御装置Ｃから制御弁２９への給電が停止され、同制御弁２９が全開状態とされてクランク室５の内圧が上昇し、圧縮機の吐出容量が最小とされる。圧縮機の吐出容量が最小では、遮断弁３４において吐出室２２側の圧力が所定値よりも低くなり、同遮断弁３４が閉じられる。従って、外部冷媒回路３０を経由した冷媒循環が停止される。このため、圧縮機による冷媒ガスの圧縮が継続されたとしても空調が行われることはない。
【００３２】
また、斜板１２の最小傾斜角度言い換えればピストン２０の最小ストロークＳｔ（ｍｉｎ）はゼロではないため、圧縮機の吐出容量が最小化されても、吸入室２１から圧縮室１７への冷媒ガスの吸入、吸入冷媒ガスの圧縮、及び圧縮室１７から吐出室２２への冷媒ガスの吐出は行われる。従って、前記圧縮機の内部には、吐出室２２→給気通路２８→クランク室５→抽気通路２７→吸入室２１→圧縮室１７→（吐出室２２）よりなる循環回路が形成され、同内部循環回路を冷媒とともに潤滑油が循環される。このため、外部冷媒回路３０からの潤滑油を含む冷媒の帰還がなくとも、各摺動部分（例えば斜板１２とシュー１９との間）の潤滑は良好に維持される。
【００３３】
（圧縮機のピストン）
図１に示すように、前記ピストン２０は、シュー１９が内装される首部４１と、シリンダボア１５内に収容されて圧縮室１７を区画する円柱状の頭部４３とが、シリンダボア１５の軸線Ｓ方向つまりピストン２０の往復運動方向に連接されてなる。首部４１内には、シュー１９を味噌擂り運動可能に支承するシュー座４１ａが凹設されている。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、前記頭部４３において先端側の外周面４３ａには、軸線Ｓを中心とした円環状に、断面四角形状のリング溝４４が形成されている。同リング溝４４には、断面四角形状をなすピストンリング４５が嵌め入れられている。同ピストンリング４５によって、シリンダボア１５の内周面１５ａと頭部４３の外周面４３ａとの隙間がシールされ、この隙間を介したクランク室５と圧縮室１７との間の連通が遮断されている。
【００３５】
すなわち、前記ピストンリング４５の自然状態での外径は、シリンダボア１５の内径よりも大きい。従って、ピストンリング４５は、シリンダボア１５内に頭部４３と共に組み込まれることで、外周面４５ｃを以ってシリンダボア１５の内周面１５ａに対して圧接されている。この圧接状態にて、リング溝４４の内底面４４ｃとピストンリング４５の内周面４５ｄとの間には、同リング溝４４とピストンリング４５との軸線Ｓ方向への相対移動を妨げないよう隙間が確保されている。
【００３６】
前記ピストンリング４５は、ピストン２０が下死点位置から上死点位置に向かって移動する圧縮行程にあっては、クランク室５側の左側面４５ａを以ってリング溝４４内の左内壁面４４ａに対して圧接されることとなる（図２（ａ）参照）。また、ピストンリング４５は、ピストン２０が上死点位置から下死点位置に向かって移動する吸入行程にあっては、圧縮室１７側の右側面４５ｂを以ってリング溝４４内の右内壁面４４ｂに対して圧接されることとなる（図２（ｂ）参照）。このリング溝４４の内壁面４４ａ，４４ｂとピストンリング４５の側面４５ａ，４５ｂとの圧接によって、リング溝４４とピストンリング４５との隙間がシールされている。
【００３７】
さて、図２（ａ）はピストン２０が上死点位置にある状態を示し、図２（ｂ）は、圧縮機の最小吐出容量状態において、ピストン２０が下死点位置にある状態を示している。同図において誇張して示すように、リング溝４４とピストンリング４５との間における軸線Ｓ方向への相対移動の余裕Ｃｌ、言い換えればリング溝４４とピストンリング４５との間における軸線Ｓ方向への遊びＣｌは、圧縮機の最小吐出容量状態でのピストン２０のストローク（最小ストローク）Ｓｔ（ｍｉｎ）以上となるように設定されている。従って、圧縮機が最小吐出容量状態にあっては、ピストン２０が往復運動されるものの、ピストンリング４５は往復運動されるピストン２０から移動力を受けることがない。
【００３８】
なお、リング溝４４とピストンリング４５との間における軸線Ｓ方向への相対移動の余裕Ｃｌは、最小ストロークＳｔ（ｍｉｎ）の１．２倍以上が好適である。つまり、余裕Ｃｌが最小ストロークＳｔ（ｍｉｎ）の１．２倍未満であると、リング溝４４とピストンリング４５との間に入り込む潤滑油や異物等によって、ピストン２０がピストンリング４５を移動させて動力損失が発生する可能性が高くなるからである。また、余裕Ｃｌは、最小ストロークＳｔ（ｍｉｎ）の５倍以下が好適である。つまり、余裕Ｃｌが最小ストロークＳｔ（ｍｉｎ）の５倍を超えると、ピストンリング４５のガタつきが大きくなり過ぎてシール性低下の問題を生じてしまうからである。
【００３９】
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）上述したように、圧縮機が最小吐出容量状態にあっては、ピストンリング４５が往復運動するピストン２０から移動力を受けることがない。従って、ピストンリング４５を移動させなくともよいピストン２０は、シリンダボア１５の内周面１５ａとの間での摺動抵抗が大幅に軽減されることとなる。よって、エンジンＥの動力損失を軽減することができ、車両の省燃費化を図り得る。
【００４０】
（２）冷媒として二酸化炭素が用いられており、圧縮室１７内の冷媒圧力は、例えばフロン冷媒を用いた場合よりも遥かに高くなる。従って、ブローバイガスを抑えるためには、フロン冷媒を用いた場合よりも遥かに強く、ピストンリング４５をシリンダボア１５の内周面１５ａに対して押し付けておかなくてはならない。つまり、二酸化炭素冷媒を取り扱う冷媒圧縮機において本発明を具体化することは、圧縮機が最小吐出容量状態でのエンジンＥの動力損失を軽減する上で特に有効となる。
【００４１】
（３）動力伝達機構ＰＴとしてクラッチレスタイプのものが採用されている。
従って、圧縮機は、エンジンＥの稼動時においては同エンジンＥによって常時駆動されることとなる。つまり、例えば、冷房不要時においても圧縮機が駆動されること言い換えれば一年を通して圧縮機が常時駆動されることとなり、このような態様において本発明を具体化することは、エンジンＥの動力損失を軽減する上で特に有効となる。
【００４２】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下の態様でも実施できる。
・冷媒としてフロンを用いた冷凍サイクルの冷媒圧縮機において具体化すること。
【００４３】
・片頭型のピストンを用いた流体機械に限定されることはなく、両頭型のピストンを用いた流体機械において具体化してもよい。
・流体機械としては冷媒圧縮機以外にも、車両のブレーキアシスト装置用の油圧ポンプや、パワーステアリング装置用の油圧ポンプや、エアサスペンション装置用のエアポンプ等が挙げられる。
【００４４】
・車両の走行駆動源としては内燃機関以外にも電気モータが挙げられる。
上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
（１）前記リング溝とピストンリングとの間における軸線方向への遊び（ピストンの往復運動方向への相対移動の余裕）は、ピストンの最小ストロークの１．２倍以上に設定されている請求項１〜５のいずれかに記載のピストン式容量可変型流体機械。
【００４５】
（２）前記リング溝とピストンリングとの間における軸線方向への遊び（ピストンの往復運動方向への相対移動の余裕）は、ピストンの最小ストロークの５倍以下に設定されている請求項１〜５のいずれか又は前記（１）に記載のピストン式容量可変型流体機械。
【００４６】
（３）シリンダボア内でピストンが往復運動されるとともに、同ピストンのストロークをゼロではない最小ストロークを下限として変更することで吐出容量を変更可能なピストン式容量可変型流体機械に用いられるピストンであって、前記シリンダボアの内周面に対向する外周面にリング溝が形成され、同リング溝にはピストンリングが嵌め入れられており、同リング溝とピストンリングとの間における軸線方向への遊び（ピストンの往復運動方向への相対移動の余裕）を、最小ストローク以上に設定したことを特徴とするピストン。
【００４７】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、最小吐出容量状態において、ピストンとシリンダボアの内周面との間の摺動抵抗を大幅に軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ピストン式容量可変型圧縮機の断面図。
【図２】  （ａ）はピストンが上死点位置にある状態を示す要部拡大断面図、（ｂ）は圧縮機の最小吐出容量状態において、ピストンが下死点位置にある状態を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
１…ハウジングを構成するシリンダブロック、２…同じくフロントハウジング、４…同じくリヤハウジング、６…駆動軸、１５…シリンダボア、２０…ピストン、４３ａ…ピストンの外周面としての頭部の外周面、４４…リング溝、４５…ピストンリング、Ｃｌ…リング溝とピストンリングと間における相対移動の余裕、Ｓｔ（ｍｉｎ）…ピストンの最小ストローク。
【図１】
0004934921.tif 000002
【図２】
0004934921.tif 000003