JPH03213646A - シリンダシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリンダライナとピストン外周面とのシール
を磁性流体によって行なうシリンダシール装置に関する
。

（従来の技術） 従来のエンジンにおけるシリンダライナとピストン外周
面とのシールは、複数本のピストンリングによって行な
われている。

該ピストンリングは円周の一部が切除された円環であり
、かつ該円管の外周部直径はシリンダ内径より所定量大
径に成形されている。

該ピストンリングの内径部をピストン外周面に刻設され
た溝に入れ、シリンダ内に挿入する。すると、ピストン
リングは拡張しシリンダライナに押接する。

よって、該ピストンリングによって燃焼室内部と外部で
あるクランクケースとを隔絶する。

（発明が解決しようとする課題） このような従来のピストンリングによってシリンダライ
ナとピストン外周面とのシールを行なうものは、ピスト
ンリングの切欠部、すなわち合い口部から燃焼室内の炭
化水素や未燃焼ガスがブローバイガスとなって外部に漏
出し大気汚染の原因となフている。

また、クランクケース内の潤滑油が合い口部より燃焼室
内に侵入し、潤滑油の消耗量を増加させ、更に該潤滑油
が燃焼することにより排気ガスと共に白煙が排出される
という問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、シリンダ
ライナとピストン外周面とのシールを完璧に行ない、燃
焼室からのブローバイガスの漏出及び、燃焼室への潤滑
油の侵入を完全に防止することのできるシリンダシール
装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、頭部端面が断熱層にて被覆されている
ピストンと、該ピストン外周面に周設された環状の可動
磁極を有する永久磁石と、上記ピストンの上死点近傍位
置にて上記可動磁極と対向する固定磁極を有する電磁石
と、該電磁石を作動流体にて冷却する冷却装置と、上記
可動磁極と固定磁極との対向時に上記電磁石に通電し該
両磁極間に磁束の閉回路を形成する通電制御手段と、該
可動磁極とシリンダライナ内局面との間の全周部に連続
して介在し上記電磁石への通電時には上記磁路の閉回路
の一部を形成し非通電時には可動磁極を通過する磁束の
通路を形成する磁性流体からなる封環とを有することを
特徴とするシリンダシール装置を提供できる。

（作用） 本発明のシリンダシール装置では、ピストンの外周部に
永久磁石を周設し、該永久磁石に磁性流体からなる封環
を吸引させ、燃焼室をシールする。また、特に燃焼室内
圧が高い上死点近傍時には、該永久磁石と固定電磁石と
の双方の磁力により磁性流体を強力に保持し、燃焼室を
シールする。

また、上記永久磁石及び固定電磁石を燃焼室内にて発生
する燃焼熱から断熱するので、上記磁力が減少しない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

第１図は、本実施例によるエンジンの断面図である。

１はシリンダであり、該シリンダ１の内周面にはシリン
ダライナ１１が嵌入されている。該シリンダライナ１１
は窒化珪素等の非磁性体であるセラミックにより形成さ
れており、かつ内周面はクロム（Ｃｒ）メッキが施され
ている。

よって、該シリンダライナ１１の内周面は耐摩耗性に優
れ、かつ摩擦係数が小である。

ところで、該シリンダライナ１１は、非磁性体であり所
定の強度等の条件を満足すれば金属材料にて形成しても
よい。

該シリンダライナ１１の外周部はシリンダブロック１２
にて覆われている。

尚、シリンダライナ１１の上部外周とシリンダブロック
１２との間は接触しておらず、シリンダライナ１１の外
周に管路１３が設けられている。

該管路１３には、エンジン冷却用流体、例えば水あるい
は油が循環する。

上記シリンダライナ１１の上端面には断熱ガスケット１
４が配設されており、シリンダヘッド部の内周面を被覆
しているヘッドライナ１５に対して断熱されている。

２は、アルミニウム合金等の非磁性材料にて形成された
ピストンであり、シリンダ１内に摺動自在に保持されて
いる。該ピストン２のヘッド部端面はセラミック等の耐
熱性に優れた断熱層２１により被覆されており、燃焼室
内にて発生する熱のピストン２への伝達を阻止している
。

該ピストン２の外周面上であり、該断熱層２１から所定
距離の位置には圧縮リング２２が配設されている。該圧
縮リング２２は従来のピストンリングと同様のものであ
る。

該ピストン２の外周面上には更に、シリンダライナ１１
と対向する磁極を有する環状の永久磁石３が周設されて
いる。そして、該永久磁石３の両磁極間には、非磁性体
からなる環状のセパレータ３１が配設されている。

４は、上記シリンダライナ１１、ヘッドライナ１５及び
断熱層２１により形成される燃焼室であり、該燃焼室４
には、吸気バルブ４１と排気パルプ４２とが配設されて
いる。

上記管路１３内には磁性体からなる環状のコア４３が、
シリンダライナ１１の外周面に嵌着されている。そして
更に、該コア４３には該コア４３を励磁する励磁コイル
４４が捲設されている。

尚、該管路１３を循環する冷却用の流体が水である場合
には、該励磁コイル４４は該水に対して充分に絶縁され
ている。

６は、上記ピストン２によって回転駆動される回転軸で
あり、該回転軸６の外周部近傍位置には、該回転軸６の
回転速度を検知する回転センサ６１と、該回転軸６の回
転位相からピストン２の作動位置を検知する位置センサ
６２とが配設されている。

該回転センサ６１及び位置センサ６２はコントローラ７
に接続されており、該コントローラ７に検知信号を入力
する。また、上記励磁コイル４４は該コントローラ７と
接続されており、該コントローラ７から電力の供給を受
ける。

該コンドローラフは、上記回転センサ６１、位置センサ
６２及び励磁コイル４４との信号の入出力を司る入出力
インターフェイスの他に、プログラム等を予め記憶する
ＲＯＭ、該ＲＯＭに記憶されたプログラムの下に演算を
行なうＣＰＵ、演算結果及び各種データを一時記憶する
ＲＡＭ、コントローラ７内部の信号の流れを司るコント
ロールメモリ等から構成されている。

上記永久磁石の磁極部分の詳細について第２図を用いて
説明する。

第２図は、永久磁石３の拡大図である。

尚、本図はピストン２が上死点位置にある場合を示し、
また、上記第１図と同一番号を付した物は同一部材を示
す。

３２及び３３は共に永久磁石３の磁極であり、本実施例
においては磁極３２がＮ極に、磁極３３がＳ極に励磁さ
れてる。

また、該磁極３２及び磁極３３は共にシリンダライナ１
１の内周面と対向しており、かつ、ピストン２の摺動方
向、すなわち本図における縦方向に対する長さが、燃焼
室側の磁極３２の方が、磁極３３より長尺に形成されて
いる。

４５及び４６は共にコア４３の固定磁極であり、コント
ローラ７から上記励磁コイル４４に電力が供給されると
、固定磁極４５がＳ極に、固定磁極４６がＮ極に励磁さ
れる。

よって、永久磁石３の磁極３２及び磁極３３と、該固定
磁極４５及び固定磁極４６とにより磁束の閉回路が形成
される。

また、上記固定磁極４６の縦方向長さは固定磁極４５の
縦方向長さより長尺に形成されている。

上記構成により、磁極３２と固定磁極４５、及び、磁極
３３と固定磁極４６との対向状態は、上死点及び上死点
を中心として所定のクランク角、たとえば±４０”の間
継続される。

５は、磁性流体からなり、燃焼室４と外部とを隔絶する
封環である。

該封環５を形成する磁性流体とは、粒径が数百オングス
トロームのフェライト微粒子の表面を、有機脂肪酸で改
質処理を施すことにより、ジエステル等の分散媒中にて
分離しないようにされた流体である。該フェライト微粒
子は分散媒中に安定して分散されているので、見かけ上
流体自体が磁性を有するような性質を示す。

よって、該封環５は上記磁極３２及び磁極３３とシリン
ダライナ１１との間に介在し、磁極３２及び磁極３３と
固定磁極４５及び固定磁極４６との間に作用する磁束の
通路となる。

次に、上記構成による本実施例の作動について説明する
。

ピストン２が上死点を中心とする上記所定のクランク角
内にない場合、すなわち、磁極３２及び磁極３３と固定
磁極４５及び固定磁極４６とが対向していない場合には
、封環５は磁極３２及び磁極３３の間を連結し、該磁極
３２及び磁極３３の間の磁路を形成する。

但し、該磁極３２及び磁極３３の間には非磁性体からな
るセパレータ３１が配設されているため、該封環５は該
セパレータ３１とシリンダライナ１１との間の空隙部に
て、シリンダライナ１１の内周面に当接し、燃焼室４と
外部であるクランクケースとを隔絶する。

ピストン２の摺動と共に、封環５も摺動するが、位置セ
ンサ６２からの検知信号により、コントローラ７が、該
ピストン２が上死点近傍位置に到達したことを検知する
と、励磁コイル４４に電力を供給する。

すると、第２図に示す磁束線に添って閉回路の磁束が発
生し、封環５は上下に分割される。このとき、該封環５
に作用する保磁力は、永久磁石３と励磁コイル４４とか
らの磁力によるため、封環５は強力に保持される。

そして、燃焼室４内部にて爆発が起きると、該燃焼室４
の内部圧力は高圧力となる。該高圧力はまず圧縮リング
２２に作用する。該圧縮リング２２は従来のピストンリ
ングと同様のものであるから、上記のごとく合い口部を
有しているため、若干であるが燃焼ガスを封環５側へ漏
出する。しかし、該漏出した燃焼ガスは上記圧縮リング
２２の合い口部を通過する際に充分減圧されているため
、また、封環５は強力に保持されているため、燃焼室４
を完全にシールすることができる。

そして、ピストン２が上死点から所定量、すなわち上記
のごとくクランク角にして４０°経過するまで励磁コイ
ル４４への通電を継続する。

また、シリンダライナ１１の内周面に付着している潤滑
油は、ピストン２の降下に伴い、封環５によってクラン
クケース側へかき落とされ燃焼室４内部に侵入しない。

ところで、ピストン２の頭部端面を断熱層２１にて被覆
するのは、燃焼室４からの熱伝達により、ピストン２を
介して永久磁石３が加熱され、キューリ点を越えること
により該永久磁石３が減磁あるいは消磁されることを防
止するためである。

また、上記コア４３は管路１３内に配設されているので
、該管路１３を循環する冷却用の流体により冷却される
ので、磁性が損なわれない。

更には、高温度となるヘッドライナ１５とシリンダライ
ナ１１との間には断熱ガスケット１４が配設されている
ので、ヘッドライナ１５からシリンダライナ１１への熱
伝導が抑制される。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発
明の精神から逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は
容易に構成できるから、本発明は前記特許請求の範囲に
おいて記載した限定以外、特定の実施例に制約されるも
のではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ピストンの外周
部に永久磁石を周設し、該永久磁石に磁性流体からなる
封環を吸引させ、燃焼室をシールする。また、特に燃焼
室内圧が高い上死点近傍時には、該永久磁石と固定電磁
石との双方の磁力により磁性流体を強力に保持し、燃焼
室をシールするので、シリンダライナとピストン外周面
とのシールを完璧に行ない、燃焼室からのブローバイガ
スの漏出及び、燃焼室への潤滑油の侵入を完全に防止す
ることができる。

また、上記永久磁石及び固定電磁石を燃焼室内にて発生
する燃焼熱から断熱するので、上記磁力が減少せず、上
記磁性流体の保持力が減衰しない。

更には、従来のエンジンのごとくシリンダ内壁に押接す
るピストンリングの本数が減少するので、エンジンのフ
リクションロスが低減されるシリンダシール装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例のエンジンのシリンダ部を示す図、
第２図は、永久磁石３の拡大図である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、３・・・永久磁
石、４・・・燃焼室、５・・・封環、６・・・回転軸、
７・・・コントローラ、１１・・・シリンダライナ、１
４・・・断熱ガスケット、１５・・・ヘッドライナ、３
１・・・セパレータ、４３・・・コア、４４・・・励磁
コイル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）頭部端面が断熱層にて被覆されているピストンと
   、該ピストン外周面に周設された環状の可動磁極を有す
   る永久磁石と、上記ピストンの上死点近傍位置にて上記
   可動磁極と対向する固定磁極を有する電磁石と、該電磁
   石を作動流体にて冷却する冷却装置と、上記可動磁極と
   固定磁極との対向時に上記電磁石に通電し該両磁極間に
   磁束の閉回路を形成する通電制御手段と、該可動磁極と
   シリンダライナ内周面との間の全周部に連続して介在し
   上記電磁石への通電時には上記磁路の閉回路の一部を形
   成し非通電時には可動磁極を通過する磁束の通路を形成
   する磁性流体からなる封環とを有することを特徴とする
   シリンダシール装置。
2. （２）上記ピストンは非磁性体材料にて形成されること
   を特徴とする請求項（１）記載のシリンダシール装置。
3. （３）上記ピストンは上記可動磁極の周設位置より燃焼
   室側に少なくとも１本のピストンリングを有することを
   特徴とする請求項（１）記載のシリンダシール装置。
4. （４）上記シリンダライナは非磁性体材料にて形成され
   ることを特徴とする請求項（１）記載のシリンダシール
   装置。
5. （５）上記シリンダライナ内周面はクロム（Ｃｒ）メッ
   キにて被覆されていることを特徴する請求項（１）記載
   のシリンダシール装置。