JPH03213647A

JPH03213647A - シリンダシール装置

Info

Publication number: JPH03213647A
Application number: JP2007656A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1991-09-19

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、シリンダ内周面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し、
特にエンジンオイル中に分散した磁性流体を回収し再使
用する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内周面とピストン外周
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内周面に押接する。

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内周
面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っている。

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
内周面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、エンジンの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、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、オイルパンに設けられエンジンオイル中に分散
された磁性流体を電磁力にて回収する回収手段と、該回
収された磁性流体を上記シリンダブロックに供給する供
給手段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、エンジンオイル中に分散した磁性流体を、該エン
ジンオイル内に配設した回収装置にて電磁力により回収
し、再びシリンダ内部へと戻し再使用する。

（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。

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４
１と排気バルブ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。

８はオイルパン内に充填されたエンジンオイルである。

そして、オイルパンには該エンジンオイル８に埋没して
円筒状のメツシュ８１が配設されている。

また、オイルパン外部であり、該メッシ、Ｌ８１配設位
置に対応する位置には電磁コイル８２が設けられており
、かつ、メツシュ８１の円筒内に吸入管が開口している
ポンプ８３が配設されている。そして、該電磁コイル８
２はコントローラ７に接続されており、該コントローラ
７から電力の供給を受ける。

尚、該ポンプ８３は電磁コイル８２の非通電時のみ作動
する。

そして、該ポンプ８３の吐出管８４は上記シリンダライ
ナ１１の内壁面に連通している。

ところで、上記コントローラ７は、上記回転センサ６１
、位置センサ６２、電磁コイル８２及び励磁コイル４４
との間の信号の入出力を司る人出力インターフエイスの
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８ｉ３３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８ｉ４５がＳ極に、固定磁極４６がＮ極に励磁
される。

よりて、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とにより本図に示すごとき磁
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を構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、エンジンオイル等の分散媒中
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８ｉ３３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
１！Ｊ５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
に作用する保持力は、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は従来のビス１−シ
リンダと同様のものであるから、上記のごとく合い口部
な有しているため、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、封ｙＪ５によって、エンジンオイルをクラン
クケース側にかき落とす際には、若干量ではあるが、エ
ンジンオイルと共に磁性流体中のフェライト微粒子もク
ランクケース側へ分散漏出する。

該漏出したフェライト微粒子は電磁コイル８２により形
成される磁界に吸引され、メツシュ８１の円筒内部に集
積される。電磁コイル８２への通；を所定時間継続した
後、通電を停止しポンプ８３を作動させると、エンジン
オイル８中にて高濃度となったフェライト微粒子を吸入
回収し、吐出管８４を介して再びシリンダライナ１１内
部へと戻す。

よって、封環５は常時所定量の磁性流体から構成される
ことになりシール機能を維持することができる。

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。

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
容易に構成で診るから、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、燃焼室をシールし、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、シリンダ内周面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、エンジンオイル中に分散した磁性流体を、該エン
ジンオイル内に配設した回収装置にて電磁力により回収
し、再びシリンダ内部へと戻し再使用するので、上記封
環は常時所定量の磁性流体から構成されることになりシ
ール機能を維持することができる。

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、本実施例によるエンジンの断面図、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・・・シリンダ内周面、３
１・・・セパレータ、４３・・・コア、４４・・・励磁
コイル、８２・・・電磁コイル、８３・・・ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの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、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、オ
イルパンに設けられエンジンオイル中に分散された磁性
流体を電磁力にて回収する回収手段と、該回収された磁
性流体を上記シリンダライナ内に供給する供給手段とを
有することを特徴とするシリンダシール装置。
（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）上記燃焼室に面する上記ピストンの頭部端面は断
熱層にて被覆されてい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）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）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。
（６）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。