JP2008128190A - ピストン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンとシリンダとの間に気体を供給して気体軸受を形成するピストン装置において、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制すること。
【解決手段】スターリングエンジン１は、シリンダ１１と、シリンダ１１の内部で往復運動するピストン１０とを備える。ピストン１０は、ピストン頂部１０Ｔとピストン側部１０Ｓとピストン底部１０Ｂｏとで囲まれるピストン内空間１０ＩＮを備える。前記空間１０ＩＮには、ポンプ２５及び蓄圧タンク２４を介して空気Ｇが供給され、この空気Ｇは、ピストン１０とシリンダ１１との間に流出して気体軸受を形成する。そして、ピストン１０とシリンダ１１との間に介在する空気Ｇの圧力は、ピストン１０とシリンダ１１とが接触したか非接触であるかによって変更される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、気体軸受を介してピストンをシリンダ内に保持するピストン装置に関する。

熱機関の一種である排熱回収用熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される熱機関である内燃機関の排熱を回収する技術がある。このような用途に用いられる排熱回収用熱機関としては、例えば、理論熱効率に優れたスターリングエンジンがある。

スターリングエンジンを排熱回収用熱機関として用いて内燃機関等の排熱を回収しようとする場合、低質な熱源から熱を回収するので、摺動部の摩擦をできる限り低減して、排熱の回収効率を向上させる必要がある。このため、ピストン装置を用いて構成されるスターリングエンジンが備えるピストンとシリンダとの間に気体を介在させて気体軸受を形成し、両者の摩擦を低減するものがある。

気体軸受によってシリンダ内にピストンを浮上させるスターリングエンジンにおいては、過負荷や気体の供給不足等の理由により、ピストンとシリンダとが接触すると、ピストンやシリンダの摩耗が進行するので、両者の接触を確実に判定し、両者が接触した場合には、例えば、スターリングエンジンの運転を中止する等の対策を講ずる必要がある。特許文献１には、気体軸受において、軸受と軸との間の電気導通を検知して、軸受と軸との接触を判定する技術が開示されている。

特開平８−９３７６８号公報

例えばスターリングエンジンのようなピストン装置を構成するピストンとシリンダとの間に気体を供給することによって気体軸受を形成して両者の摩擦を低減する場合、ピストン装置の運転中は、気体軸受を形成するための気体を常に供給する必要がある。気体軸受を形成するための気体を供給するためにポンプ等を用いると、ポンプを駆動するためのエネルギ消費が増加してしまう。このため、ピストンとシリンダとの間に気体を供給することによって気体軸受を形成するピストン装置においては、気体軸受を形成するために用いる気体の消費量を低減できることが好ましい。

特許文献１に開示されている技術は、軸受内を軸が回転するものを対象とするものであり、上記問題点やその解決手段は開示されておらず、気体軸受を形成するために用いる気体の消費量を低減することについては改善の余地がある。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ピストンとシリンダとの間に気体を供給して気体軸受を形成するピストン装置において、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できるピストン装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るピストン装置は、シリンダの内部に配置されて往復運動し、かつ頂部と側部と底部とで囲まれる空間を備えるピストンと、前記ピストンの前記側部に設けられ、前記空間に供給された気体を前記ピストンと前記シリンダとの間に介在させる給気口と、前記ピストンと前記シリンダとが接触したことを判定する接触判定手段と、前記空間を介して前記ピストンと前記シリンダとの間へ前記気体を供給するとともに、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態に基づき、前記空間へ供給する気体の圧力を変更する気体供給手段と、を備えることを特徴とする。

このピストン装置は、ピストンの側部に設けられた給気口から、ピストンの内部に形成される空間の気体をピストンとシリンダとの間に供給することによって構成した気体軸受によってシリンダ内にピストンを保持するピストン装置である。そして、このピストン装置が備える気体供給手段は、ピストンとシリンダとの接触状態によって、前記ピストンの内部の空間へ供給する気体の圧力を変更することにより、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力（静圧）を変更する。これによって、例えば、ピストンとシリンダとが接触した場合や接触するおそれが高い場合には、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を増加させることにより、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避することができる。また、ピストンとシリンダとが完全に非接触である場合には、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を低減することにより、気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記ピストンと前記シリンダとが接触した場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を増加させ、前記ピストンと前記シリンダとが非接触である場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を減少させることが好ましい。これによって、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、少なくとも前記ピストンの側部及び前記シリンダの内面は導電体で構成されるとともに、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間には一定の大きさの電位差が与えられ、前記接触判定手段は、前記電位差に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定してもよい。このようにすれば、確実かつ迅速にピストンとシリンダとの接触を判定することができる。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記電位差に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することが好ましい。前記電位差によってピストンとシリンダとの接触状態を推定することができるので、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を変化させる場合には、過剰な圧力増加あるいは低下を抑制できる。その結果、ピストンとシリンダとの接触回避、気体軸受を形成するために供給する気体量の抑制により効果的である。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記ピストン装置の負荷に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することが好ましい。このように、気体軸受が支持する荷重と相関の高いピストン装置の負荷を用いてピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を変化させるので、ピストンとシリンダとの接触を迅速に回避できる。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記ピストンと前記シリンダとを完全に非接触としたときにおける、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間の電位差に基づき、前記ピストンと前記シリンダとが接触したか否かを判定してもよい。これによって、より高精度にピストンとシリンダとの接触を判定できるので、信頼性をより向上させることができる。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記ピストン装置は、スターリングエンジンに適用することが好ましい。この場合、次の本発明に係るピストン装置のように、前記スターリングエンジンが熱機関からの排熱を回収する場合に前記ピストン装置を適用することがより好ましい。スターリングエンジンで排熱を回収する場合、熱源が低質であるため、スターリングエンジンの内部損失が大きいと、排熱の回収効率が低下するので、気体軸受により内部損失を低減させる。このとき、上記本発明に係るピストン装置を適用すれば、ピストンとシリンダとの接触を確実に回避することができるので、安定してスターリングエンジンを運転でき、排熱の回収効率の向上に寄与する。

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記熱機関によって駆動されるようにしてもよい。この場合、前記スターリングエンジンのピストンとシリンダとの間に気体を供給する気体供給手段を、スターリングエンジンの排熱回収対象である熱機関によって駆動する。このとき、上記本発明に係るピストン装置を適用すれば、気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できるので、気体供給手段の駆動に要するエネルギを低減できる。その結果、気体供給手段である熱機関の燃料消費を抑制できる。

本発明に係るピストン装置によれば、ピストンとシリンダとの間に気体を供給して気体軸受を形成するピストン装置において、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記発明を実施するための最良の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

なお、以下においては、ピストン装置を備える装置の一例として熱機関であるスターリングエンジンを取り上げるが、この発明に係るピストン装置が適用できる装置はこれに限定されるものではない。また、以下においては、スターリングエンジンを用いて車両等に搭載される内燃機関の排熱を回収する例を説明するが、排熱の回収対象は内燃機関に限られない。例えば工場やプラント、あるいは発電施設の排熱を回収する場合にも本発明は適用できる。

本実施形態に係るピストン装置は、気体軸受を介してシリンダ内にピストンを保持するピストン装置において、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態によって、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在して前記気体軸受を形成する気体の圧力を変更する点に特徴がある。

図１〜図３は、本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより熱機関である内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジン１を内燃機関７０の排熱回収に使用する際には、図１に示すように、スターリングエンジン１に備えられる熱交換器２を、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等といった内燃機関７０の排気通路４２内に配置する。これにより、熱交換器２で、排気通路４２を排気通路出口４３へ向かって流れる排ガスＥｘから熱エネルギを回収する。

スターリングエンジン１が直列のα型である場合は、高温側のシリンダと低温側のシリンダとの配列方向が、クランク軸の回転軸と平行になる。車両４１の床４１Ｂの下を取り回される排気通路４２にスターリングエンジン１を取り付けるような場合には、スターリングエンジン１の出力軸であるクランク軸が、車両４１の床４１Ｂと略平行に配置される。これにより、スターリングエンジン１の出力は、車両４１の上下方向ではなく、車両４１の上下方向に対して略垂直方向に取り出されるので、車両４１の上下方向に対する省スペース化を図ることができる。また、車両４１に対する搭載性も向上する。次に、本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジン１の詳細な構成を説明する。

図４は、本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンを示す断面図である。図５−１は、図４に示すスターリングエンジンのピストンとシリンダとの構成を示す説明図である。図５−２は、図５−１のＹ−Ｙ矢視図である。本実施形態に係るピストン装置である熱機関のスターリングエンジン１は、いわゆるα型のスターリングエンジンである。

このスターリングエンジン１は、高温側シリンダ１１Ａと、この内部に収められて往復運動する高温側ピストン１０Ａと、低温側シリンダ１１Ｂと、この内部に収められて往復運動する低温側ピストン１０Ｂとを備える。なお、以下の説明において、高温側と低温側とを特に区別する必要がない場合には、高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂを単にピストン１０といい、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを単にシリンダ１１という。

高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとは、熱交換器２によって接続される。高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとには作動流体（ここでは空気）が封入されており、ヒータ２Ｈから供給される熱によってスターリングエンジン１を駆動する。高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂは、ともにスターリングエンジン１のシリンダケース６内に格納されている。シリンダケース６は、基準体である基板５及びクランクケース８に取り付けられる。ここで、基板５、シリンダケース６及びクランクケース８が、スターリングエンジン１の筺体を構成する。なお、少なくともクランクケース８は、金属等の導電体で構成される。

基板５は、スターリングエンジン１を構成する高温側ピストン１０Ａや高温側シリンダ１１Ａその他の構成要素の位置基準となる。このように構成することで、前記構成要素の相対的な位置精度を確保できる。また、スターリングエンジン１を排熱回収対象である排気通路等へ取り付けるときの基準として、この基板５を使用することもできる。

高温側シリンダ１１Ａは、高温側の絶縁体（以下高温側絶縁体）１６Ａを介して筺体を構成する基板５とクランクケース８とに挟持され、支持される。また、低温側シリンダ１１Ｂは、クランクケース８側に配置される低温側の絶縁体（以下低温側絶縁体）１６Ｂとクーラー２Ｃ側に配置される低温側絶縁体１６Ｂとによって挟持される。クーラー２Ｃは基板５に取り付けられるので、低温側シリンダ１１Ｂは、低温側絶縁体１６Ｂを介して筺体を構成する基板５とクランクケース８とに挟持され、支持されることになる。このように、本実施形態に係るスターリングエンジン１では、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂは、スターリングエンジン１の筺体内に配置されるとともに、絶縁体を介して前記筺体内に支持される。

高温側ピストン１０Ａの往復運動は、高温側ピストン１０Ａに設けられる高温側伝達部材１２Ａ、高温側コンロッド１３Ａを介して、クランク軸９へ伝達される。また、低温側ピストン１０Ｂの往復運動は、低温側ピストン１０Ｂに設けられる低温側伝達部材１２Ｂ、低温側コンロッド１３Ｂを介して、クランクケース８内に格納されるクランク軸９へ伝達される。ここで、低温側ピストン１０Ｂは、高温側ピストン１０Ａに対して、クランク角で９０°程度の位相差が設けられている。

高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとを接続する熱交換器２は、ヒータ２Ｈと再生器２Ｒとクーラー２Ｃとで構成される。ヒータ２Ｈの一端は、高温側ヒータ接続部材３によって高温側シリンダ１１Ａに接続され、他端は低温側ヒータ接続部材４によって再生器２Ｒに接続される。再生器２Ｒは、一端がヒータ２Ｈに接続され他端はクーラー２Ｃに接続される。クーラー２Ｃの一端は再生器２Ｒに接続され、他端は低温側シリンダ１１Ｂに接続される。高温側ヒータ接続部材３及び低温側ヒータ接続部材４は、それぞれ基板５に取り付けられる。また、高温側ヒータ接続部材３は、ヒータ２Ｈと高温側シリンダ１１Ａとを接続するとともに、スターリングエンジン１の運転中には内部に高温側ピストン１０Ａが入り込む。すなわち、高温側ヒータ接続部材３は、高温側シリンダの一部を構成する。

本実施形態に係るスターリングエンジン１は、例えば車両４１において、上述したように、ガソリンエンジンのような内燃機関７０とともに用いられて、内燃機関７０の排ガスＥｘを熱源として駆動される。この場合、スターリングエンジン１のヒータ２Ｈは、車両に搭載される内燃機関の排気通路４２の内部に配置される。そして、内燃機関の排気ガスから回収した熱エネルギにより作動流体が加熱されて、スターリングエンジン１が作動する。

本実施形態に係るスターリングエンジン１は、排気通路４２の内部にヒータ２Ｈが収容される。このように、このスターリングエンジン１は、車両４１内の限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増し、好ましい。そのために、このスターリングエンジン１では、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂを、Ｖ字形ではなく、直列に配置した構成を採用している。

図５−１、図５−２に示すように、高温側ピストン１０Ａと低温側ピストン１０Ｂとは、それぞれ気体軸受ＧＢを介して高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂ内に浮いた状態で支持されている。すなわち、ピストンリングを使用せず、また潤滑油も使用しないで、ピストン１０をシリンダ１１内で往復運動させる構造である。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との摩擦を低減して、スターリングエンジン１の熱効率を向上させることができる。また、ピストン１０とシリンダ１１との摩擦を低減することにより、内燃機関の排熱回収のような低温度差の運転条件下においても、スターリングエンジン１による排熱回収効率の低下を抑制できる。

高温側ピストン１０Ａ、低温側ピストン１０Ｂの往復運動は、それぞれ高温側コンロッド１３Ａ及び低温側コンロッド１３Ｂによってクランク軸９に伝達され、ここで回転運動に変換される。なお、クランクケース８内は、加圧手段により加圧してもよい。これは、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂ、及びヒータ２Ｈ内の作動流体（本実施形態では空気）を加圧して、スターリングエンジン１からより多くの出力を取り出すためである。

ここで、高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂの往復運動は、例えばグラスホッパ機構のような近似直線機構を介して、クランク軸９に伝達してもよい。このようにすれば、高温側及び高温側ピストン１０Ａ、１０Ｂのサイドフォース（ピストンの径方向に向かう力）Ｆをほとんど０にできるので、負荷能力の小さい気体軸受ＧＢを用いても、十分に高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂを支持することができる。

気体軸受ＧＢを形成するにあたり、本実施形態においてはスターリングエンジン１の作動流体に空気を用い、ピストン１０とシリンダ１１との間に前記空気を介在させ、気体軸受ＧＢの機能を発揮させる。なお、シリンダ１１の内面１１Ｉに固体潤滑材を付してもよい。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との摺動抵抗をさらに低減させることができる。

気体軸受ＧＢを構成するために、ピストン１０とシリンダ１１との間隔ｓは、全周にわたって数十μｍとする（本実施形態では約１０μｍ〜２０μｍ）。本実施形態において、ピストン１０は、作動流体の圧力を受けるピストンの頂部（以下ピストン頂部という）１０Ｔと、シリンダ１１の内面１１Ｉと対向するピストンの側部（以下ピストン側部という）１０Ｓと、ピストンの頂部（以下ピストン頂部という）１０Ｔと対向する位置に設けられるピストン底部１０Ｂｏとで構成される。そして、ピストン頂部１０Ｔと、ピストン側部１０Ｓと、ピストン底部１０Ｂｏとで囲まれる空間（以下ピストン内空間という）１０ＩＮに、気体軸受ＧＢを形成するための空気Ｇが供給される。

ピストン底部１０Ｂｏには、ピストン内空間１０ＩＮとピストン１０の外部とを連通する気体通路２１が設けられる。気体通路２１には、気体供給配管２２が接続されており、気体供給手段である蓄圧タンク２４から空気が供給される。気体通路２１は、気体供給配管２２と接続されており、気体供給配管２２及び気体通路２１を介して、気体供給手段を構成する蓄圧タンク２４からピストン内空間１０ＩＮへ空気Ｇが供給される。

図５−１、図５−２に示すように、ピストン側部１０Ｓには、給気口２０が設けられる。給気口２０は、ピストン側部１０Ｓの周方向に向かって複数設けられる。また、給気口２０は、ピストン１０が往復運動する方向と平行な方向に向かって複数設けられる。なお、給気口２０の数や配置位置は、スターリングエンジン１の仕様等によって適宜変更できる。蓄圧タンク２４からピストン内空間１０ＩＮへ供給された空気Ｇは、給気口２０からピストン１０とシリンダ１１との間に流出して、ピストン１０とシリンダ１１との間に気体軸受ＧＢを形成する。

次に、図４を用いて、気体軸受ＧＢを形成するための空気をピストン１０へ供給する構成を説明する。気体供給手段は、蓄圧タンク２４と、蓄圧タンク２４へ気体を供給する加圧手段であるポンプ２５とを含んで構成される。加圧手段としては、ポンプ２５の他、圧縮機を用いてもよい。本実施形態において、ポンプ２５は、動力断続手段であるクラッチ２６を介して内燃機関７０と接続される。

ここで、気体供給手段は、気体軸受ＧＢを形成するために、ピストン１０とシリンダ１１との間に介在する気体の圧力（静圧）を変更できるものであればよい。すなわち、気体供給手段は、気体軸受ＧＢを形成するため、ピストン内空間１０ＩＮへ供給される気体（本実施形態では空気）の圧力を変更できるものであればよく、本実施形態に係る構成に限定されるものではない。気体供給手段は、例えば、吐出する気体の圧力を変更できる圧縮機やポンプのような加圧手段を用いてもよいし、ポンプのような加圧手段から吐出される気体の圧力を、例えば、圧力調整弁のような圧力調整手段によって変更するように構成してもよい。さらに、蓄圧タンクに蓄えられた気体の圧力を圧力調整弁で調整してから、ピストン内空間１０ＩＮへ供給するようにして、気体供給手段を構成してもよい。

クラッチ２６を係合させると、内燃機関７０の出力軸とポンプ２５の入力軸とが連結されて、内燃機関７０によってポンプ２５が駆動される。これによって、蓄圧タンク２４内へ空気が供給されて、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力が上昇する。また、クラッチ２６を解放すると、内燃機関７０の出力軸とポンプ２５の入力軸との連結が解除されて、ポンプ２５の駆動が停止する。クラッチ２６の動作は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が備える気体軸受の気体供給制御装置３０によって制御される。

また、蓄圧タンク２４には、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を測定するための圧力センサ２７が取り付けられ、圧力センサ２７によって検出された前記圧力を、気体軸受の気体供給制御装置３０が取得する。気体軸受の気体供給制御装置３０は、圧力センサ２７から取得した蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力に基づき、前記圧力が設定した値になるように、クラッチ２６の動作を制御して、ポンプ２５の運転を制御する。

蓄圧タンク２４と高温側ピストン１０Ａとは高温側気体供給配管２２Ａで接続されており、また、蓄圧タンク２４と低温側ピストン１０Ｂとは低温側気体供給配管２２Ｂで接続されている。蓄圧タンク２４と高温側ピストン１０Ａとの間には、高温側開閉弁２３Ａが配置され、また、蓄圧タンク２４と低温側ピストン１０Ｂとの間には、低温側開閉弁２３Ｂが配置される。なお、高温側気体供給配管２２Ａと低温側気体供給配管２２Ｂとを特に区別しない場合には、単に気体供給配管２２という。また、高温側開閉弁２３Ａと低温側開閉弁２３Ｂとを特に区別しない場合には、単に開閉弁２３という。

高温側及び低温側開閉弁２３Ａ、２３Ｂの動作は、気体軸受の気体供給制御装置３０により制御される。例えば、スターリングエンジン１が停止している場合には、高温側及び低温側開閉弁２３Ａ、２３Ｂを閉じて蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の消費を抑制する。なお、本実施形態では、気体供給配管２２を介してピストン１０へ空気を供給し、ピストン１０とシリンダ１１との間に気体軸受を形成する。この他にも、クランク軸９やコンロッド１３等を中空とし、ピストン１０へ空気を供給してもよい。

上述したように、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気は、ピストン１０（すなわち高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂ）内へ供給される。このため、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を変更することによって、ピストン１０へ供給される空気の圧力を変更することができる。例えば、ピストン１０へ供給される空気の圧力を現状よりも高くしたい場合、気体軸受の気体供給制御装置３０が、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力の設定値を要求された値に変更し、この値になるように加圧手段であるポンプ２５を駆動して、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を上昇させる。

ピストン１０へ供給される空気の圧力を現状よりも低くしたい場合、気体軸受の気体供給制御装置３０によって制御される圧力解放手段（例えばリリーフ弁）を蓄圧タンク２４に設け、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を解放してもよい。しかし、本実施形態においては、スターリングエンジン１の運転中においては、常に気体軸受ＧＢを構成するために蓄圧タンク２４からピストン１０へ気体を供給するので、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力の設定値を要求される値に変更した上で、要求される圧力まで蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力が低下するまで、蓄圧タンク２４内の空気をピストン１０に供給し続ければよい。

また、高温側及び低温側開閉弁２３Ａ、２３Ｂの代わりに、圧力調整機能を有する圧力調節弁を、蓄圧タンク２４と高温側ピストン１０Ａの間及び蓄圧タンク２４と低温側ピストン１０Ｂの間へ配置してもよい。これによって、ピストン１０へ供給される空気の圧力をより精密に制御することができる。また、圧力調節弁でピストン１０へ供給する空気の圧力を調整するようにすれば、加圧手段から供給される空気の圧力を直接調整することもできる。

本実施形態に係るスターリングエンジン１は、気体軸受ＧＢを介してシリンダ１１内にピストン１０を浮上させ、これを往復運動させる。上述したように、図５−１、図５−２に示すピストン１０とシリンダ１１との間隔ｓは、ピストン１０の全周にわたって約１０μｍ〜２０μｍ程度と極めて小さい。したがって、ピストン１０の変位を計測することによりピストン１０がシリンダ１１内に浮上したか、又はピストン１０とシリンダ１１とが接触したかを判定することは困難である。

このため、本実施形態に係るスターリングエンジン１では、ピストン側部１０Ｓとシリンダ１１の内面１１Ｉとの間に一定の大きさの電位差を与える。そして、ピストン側部１０Ｓとシリンダ１１の内面１１Ｉとの間に電気の導通があった場合には、ピストン側部１０Ｓとシリンダ１１の内面１１Ｉとの間に与えられた一定の大きさの電位差が変化すること、具体的には前記電位差が小さくなることを利用して、ピストン１０の浮上、又はピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。次に、この構成について説明する。

図４に示す、本実施形態に係るスターリングエンジン１は、高温側ピストン１０Ａ、低温側ピストン１０Ｂ、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂが、いずれも導電体で構成される。導電体としては、例えばアルミニウムや銅、あるいは鉄等の金属材料を用いることができる。これによって、ピストン１０の側部１０Ｓ、及びピストン１０の側部１０Ｓに対向するシリンダ１１の内面１１Ｉは、少なくとも導電体で構成される。

高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂには、それぞれ第１接触判定回路４０Ａ、第２接触判定回路４０Ｂが接続される。本実施形態において、第１接触判定回路４０Ａ及び第２接触判定回路４０Ｂは抵抗と電圧を利用しており、図４に示すように、抵抗１８と電源１９とがシリンダ１１に直列に接続される。

高温側ピストン１０Ａに取り付けられる高温側伝達部材１２Ａと高温側コンロッド１３Ａとの摺動部には、第１軸受１４Ａが設けられており、第１軸受１４Ａを介して高温側伝達部材１２Ａと高温側コンロッド１３Ａとが連結される。また、高温側コンロッド１３Ａとクランク軸９との摺動部には第２軸受１５Ａが設けられており、第２軸受１５Ａを介して高温側コンロッド１３Ａとクランク軸９とが連結される。

低温側ピストン１０Ｂに取り付けられる低温側伝達部材１２Ｂと低温側コンロッド１３Ｂとの摺動部には、第１軸受１４Ｂが設けられており、第１軸受１４Ｂを介して低温側伝達部材１２Ｂと低温側コンロッド１３Ｂとが連結される。また、低温側コンロッド１３Ｂとクランク軸９との摺動部には第２軸受１５Ｂが設けられており、第２軸受１５Ｂを介して低温側コンロッド１３Ｂとクランク軸９とが連結される。

高温側伝達部材１２Ａ、高温側コンロッド１３Ａ、低温側伝達部材１２Ｂ、低温側コンロッド１３Ｂ、クランク軸９、第１軸受１４Ａ、１４Ｂ、第２軸受１５Ａ、１５Ｂ及びクランク軸受７は、いずれも金属等の導電体で構成される。また、上述したように、クランクケース８も金属等の導電体で構成される。そして、クランク軸９は、クランク軸受７を介してクランクケース８へ回転可能に支持される。

このような構成により、高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂとクランクケース８とは、高温側伝達部材１２Ａ、第１軸受１４Ａ、高温側コンロッド１３Ａ、第２軸受１５Ａ、クランク軸９、クランク軸受７を介して、例えばこれらの金属接触を利用することにより、電気的に接続される。これによって、簡易な構成で確実に高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂと筺体を構成するクランクケース８との導通を確保することができる。

このような構成により、ピストン１０（高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂ）とシリンダ１１（高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂ）とが接触していない場合、ピストン１０の側部の電位は、シリンダ１１の内面の電位よりも高くなる。電源１９の電圧及び抵抗１８の大きさは一定なので、ピストン１０の側部と、シリンダ１１の内面との間には、一定の電位差が与えられる。

図６は、電圧測定点の電圧変化を示す説明図である。ピストン１０とシリンダ１１との浮上又は接触を判定するときには、第１接触判定回路４０Ａ、第２接触判定回路４０Ｂの電圧測定点Ｐｍの電圧を、それぞれ第１電圧測定器１７Ａ、第２電圧測定器１７Ｂで測定する。ここで、第１接触判定回路４０Ａ及び第１電圧測定器１７Ａ、第２接触判定回路４０Ｂ及び第２電圧測定器１７Ｂが、後述する気体軸受の気体供給制御装置３０が備える接触判定部３１（図７参照）とともに、それぞれ高温側、低温側における接触判定手段として機能する。なお、第１電圧測定器１７Ａと第２電圧測定器１７Ｂとを区別する必要がない場合には、単に電圧測定器１７という。

ここで、クランクケース８は、アースに接続される。これによって、接触判定手段である第１及び第２電圧測定器１７Ａ、１７Ｂは、筺体を構成するクランクケース８とシリンダ１１の内面との間で、ピストン１０の側周面とシリンダ１１の内面との間の電気の導通を判定する。この構成によれば、クランクケース８とシリンダ１１との電位差を測定すればよいので、ピストン１０のような動作している部材をアースする場合と比較して、簡単かつ容易に構成できるとともに、電圧を安定して測定することができる。ここで、電圧測定点Ｐｍの電圧が、ピストン１０とシリンダとの間の電位差に相当する。

ピストン１０がシリンダ１１から浮上している場合、電圧測定点Ｐｍの電圧はＶ１となる。ピストン１０がシリンダ１１に接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧はアースと等しくなるので、０となる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触、浮上を確実に判定することができる。

ピストン１０がシリンダ１１から浮上している場合、すなわち、電圧測定点Ｐｍの電圧がＶｆである場合には、ピストン１０がシリンダ１１から完全に浮上しているので、スターリングエンジン１の運転を継続する。ピストン１０とシリンダ１１とが完全に接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧が０になる。あるいは、ピストン１０に供給する空気の圧力を現状よりも高くすることによって、シリンダ１１からピストン１０を浮上させる。これにより、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避して、スターリングエンジン１の運転を継続することができる。

ピストン１０に供給する空気の圧力を現状よりも高くしたにもかかわらず、電圧測定点Ｐｍの電圧が０を示し続ける場合には、何らかの原因でピストン１０がシリンダ１１から浮上できなくなったと考えられるので、スターリングエンジン１の運転を中止する。これにより、ピストン１０やシリンダ１１の摩耗の進行を抑制したり、スターリングエンジン１の破損を抑えたりすることができる。

ピストン１０やシリンダ１１の表面は、完全に平滑ではなく、ある程度の表面粗さを有している。このため、例えば、ピストン１０に供給される空気の圧力が低下した場合、微視的に見た場合にはピストン１０とシリンダ１１との間隔ｓが接近して接触を開始している場合がある。このような場合、電圧測定点Ｐｍの電圧は、０とＶ１との間の電圧を示す。したがって、電圧測定点Ｐｍの電圧が０とＶ１との間の電圧を示す場合、ピストン１０とシリンダ１１とが接触をし始めた状態であると判断できる。本実施形態では、電圧測定点Ｐｍの電圧がＶｃである場合には、ピストン１０とシリンダ１１とが接触し始めたと判定する。ここで０＜Ｖｃ＜Ｖｆであり、Ｖｃを接触判定電圧とする。そして、例えば、ピストン１０に供給する空気の圧力を現状よりも高くすることによって、シリンダ１１からピストン１０を浮上させる。これにより、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避して、スターリングエンジン１の運転を継続することができる。

この実施例に係るスターリングエンジン１では、高温側絶縁体１６Ａ及び低温側絶縁体１６Ｂを介して、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを筺体内に取り付ける。これによって、簡易な構造で、高温側シリンダ１１Ａ、及び低温側シリンダ１１Ｂ以外の部分に対する電気の導通が防止される。その結果、簡易な構造で、確実にピストン１０とシリンダ１１との導通を検出して、両者の接触、浮上を判定できる。また、高温側シリンダ１１Ａには第１接触判定回路４０Ａを接続し、低温側シリンダ１１Ｂには第２接触判定回路４０Ｂを接続するので、シリンダ毎にピストンの接触、浮上を判定できる。

ここで、高温側シリンダ１１Ａは高温側絶縁体１６Ａを介して、低温側シリンダ１１Ｂは低温側絶縁体１６Ｂを介してスターリングエンジン１の筺体に取り付けられる。このとき、高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂには、断熱材又は作動流体のシール材の少なくとも一方の機能を兼用させてもよい。このようにすれば、断熱材やシール材を別個に用意する必要はないので、スターリングエンジン１の構成を簡略化できるとともに、製造コストを低減できる。高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂとしては、例えば、ゴムや樹脂等の材料や、非導電体のガスケット等を用いることができる。ここで、高温側絶縁体１６Ａは、より耐熱性に優れる材料を用いることが好ましい。

この実施例に係るスターリングエンジン１は、筺体とは別の構造体として高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを用意し、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを筺体内に取り付ける。これによって、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂの組み付け精度を高くすることができるので、ピストン１０とシリンダ１１との間に形成される気体軸受用の微小な間隔ｓ（図５−１、図５−２）を、確実に設定することができる。

そして、このスターリングエンジン１では、筺体とは別の構造体として高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを用意するので、筺体とシリンダとを絶縁するためには、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂと筺体との間に高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂを配置するだけでよい。これによって、筺体とシリンダとを絶縁するための新たな構成が不要になる。その結果、クランクケース８等の加工や設計変更等が不要になるか、加工等が必要である場合でも簡易な加工等で済む。次に、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を実行する気体軸受の気体供給制御について説明する。

図７は、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御装置の構成を示す説明図である。図７に示すように、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御装置（以下気体供給制御装置という）３０は、ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力ポート５５、出力ポート５６と、入力インターフェース５７、出力インターフェース５８とから構成される。

なお、ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係る気体供給制御装置３０を用意し、これをＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を実現するにあたっては、ＥＣＵ５０が備える、スターリングエンジン１００等に対する制御機能を、前記気体供給制御装置３０が利用できるように構成してもよい。

気体供給制御装置３０は、接触判定部３１と、圧力制御部３２とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を実行する部分となる。本実施形態において、気体供給制御装置３０は、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５０ｐの一部として構成される。また、ＣＰＵ５０ｐには、総合制御部５３ｈが備えられており、これによって内燃機関７０の運転等を制御する。

ＣＰＵ５０ｐと記憶部５０ｍとは、バス５４₃を介して接続される。また、気体供給制御装置３０と総合制御部５３ｈとは、入力ポート５５、バス５４₁、出力ポート５６、バス５４₃を介して接続される。これにより、気体供給制御装置３０を構成する接触判定部３１と、圧力制御部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、気体供給制御装置３０は、ＥＣＵ５０が有する内燃機関７０やスターリングエンジン１等の運転制御データを取得し、これを利用することができる。さらに、気体供給制御装置３０は、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を、ＥＣＵ５０が予め備えている運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、電圧測定器１７、圧力センサ２７、排ガス温度センサ２８その他の、気体軸受の気体供給制御に必要な情報を取得する情報検出手段が接続されている。これらの情報検出手段から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタル入力バッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、内燃機関７０の運転制御や、気体軸受の気体供給制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、クラッチ２６、開閉弁２３等の、気体軸受の気体供給制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算され、生成された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、前記センサ類からの出力信号に基づき、内燃機関７０、スターリングエンジン１等を制御することができる。

記憶部５０ｍには、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御に用いる制御データマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この気体供給制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、接触判定部３１及び圧力制御部３２との機能を実現するものであってもよい。次に、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御の例を説明する。次の説明では、適宜図４〜図７を参照されたい。

（第１制御例）
図８は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例の手順を示すフローチャートである。図９は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。本制御例は、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合には、気体軸受ＧＢの静圧を増加させ、ピストン１０とシリンダ１１とが接触していない場合には、気体軸受ＧＢの静圧を減少させる点に特徴がある。

本制御例では、ステップＳ１０１において、気体供給制御装置３０の接触判定部３１が、電圧測定器１７によって測定された電圧測定点Ｐｍにおける現在の電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ１０２において、接触判定部３１は、取得した電圧Ｖが、接触判定電圧Ｖｃよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部がＶ＜Ｖｃであると判定した場合（図９の時間ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）、ピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。したがって、ステップＳ１０３において、気体供給制御装置３０の圧力制御部３２は、図５−１や図５−２に示すピストン１０とシリンダ１１との間に形成される気体軸受ＧＢの静圧（以下気体軸受静圧という）Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。

ここで、気体軸受静圧Ｐｓは、図４や図５−２に示すピストン１０に供給される空気の圧力とほぼ等しいため、気体軸受静圧Ｐｓを増加させるためには、前記ピストン１０に供給される空気の圧力を増加すればよい。本実施形態では、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力（以下蓄圧タンク内圧力）Ｐｔを増加させる。このためには、例えば、圧力制御部３２が、蓄圧タンク内圧力Ｐｔの現状における設定値Ｐｔ＿ｓに、タンク内圧力増加分ΔＰｔを加算し、蓄圧タンク内圧力がＰｔ＿ｓ＋ΔＰｔになるように、ポンプ２５を駆動する。ポンプ２５の駆動にあたっては、クラッチ２６を係合する。

ステップＳ１０２でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ１０４において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。これによって、図５−１等に示す気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量を低減できる。その結果、気体軸受ＧＢを形成するために要する動力、本実施形態ではピストン１０へ供給する空気を供給するポンプ２５を駆動する動力を低減でき、気体軸受ＧＢを形成するための動力供給手段、本実施形態では内燃機関７０の燃料消費を抑制できる。

このように、第１制御例では、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖ、すなわちピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づき、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合には、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。一方、ピストン１０とシリンダ１１とが接触していない場合には、気体軸受静圧Ｐｓを減少させる。これによって、気体軸受ＧＢを形成するために要する動力を低減できるので、気体軸受ＧＢを形成するための動力供給手段の燃料消費を抑制できる。

（第２制御例）
図１０は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例の手順を示すフローチャートである。図１１は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。本制御例は、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、少なくとも、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合における気体軸受ＧＢの静圧の増加量を変更する点に特徴がある。

本制御例では、ステップＳ２０１において、接触判定部３１が、電圧測定器１７によって測定された電圧測定点Ｐｍにおける現在の電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ２０２において、接触判定部３１は、取得した電圧Ｖが、接触判定電圧Ｖｃよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部がＶ＜Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。したがって、ステップＳ２０３において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。

ステップＳ２０３において気体軸受静圧Ｐｓを増加させるにあたり、本制御例では、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、気体軸受静圧Ｐｓの変化分（以下静圧変化分という）ΔＰｓを変更する。気体軸受静圧Ｐｓを静圧変化分ΔＰｓだけ増加させた場合の気体軸受静圧は、Ｐｓ＋ΔＰｓとなる。ここで、ピストン１０とシリンダ１１との電位差は、電圧測定器１７によって測定される電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖである。本実施形態に係るスターリングエンジン１の構成では、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度が大きくなると、前記電圧Ｖが減少、すなわち、ピストン１０とシリンダ１１との電位差が小さくなる。

ピストン１０とシリンダ１１との電位差が小さくなるにしたがって、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度は大きくなるので、気体軸受静圧Ｐｓを大きくして、迅速かつ確実にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。一方、ピストン１０とシリンダ１１との電位差が大きくなると、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度は小さくなるので、気体軸受静圧Ｐｓを無闇に大きくすると、気体軸受ＧＢを形成するために供給する空気を無駄に消費することになる。この場合には、気体軸受静圧Ｐｓを増加させるが、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度が大きい場合と比較して、気体軸受静圧Ｐｓの増加分は小さくなる。

本制御例では、図１１に示す気体軸受静圧変更用マップ６０にしたがって、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。気体軸受静圧変更用マップ６０は、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖが小さくなるにしたがって、静圧変化分ΔＰｓを増加させる。なお、気体軸受静圧変更用マップ６０のＶｆは、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触状態における電圧であり、図６のＶｆである。また、気体軸受静圧変更用マップ６０は、図７に示すＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納されている。

ステップＳ２０３において、圧力制御部３２は、ステップＳ２０１で取得した電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを、図１１の気体軸受静圧変更用マップ６０に与え、対応する静圧変化分ΔＰｓを取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉに、取得した静圧変化分ΔＰｓを加算した値（Ｐｓ＿ｉ＋ΔＰｓ）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。圧力制御部３２は、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとなるように蓄圧タンク内圧力を設定し、蓄圧タンク内圧力が設定した圧力になるように、ポンプ２５を駆動する。

ステップＳ２０２でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ２０４において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。この場合、圧力制御部３２は、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉから、所定の静圧減少分αを減算した値（Ｐｓ＿ｉ−α）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。ここで、静圧減少分αは、実験や解析等に応じて予め定められた定数である。

ステップＳ２０４において、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する場合、ステップＳ２０３において気体軸受静圧Ｐｓを増加させる場合と同様に、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、静圧変化分ΔＰｓを変更してもよい。この場合、例えば、圧力制御部３２は、ステップＳ２０１で取得した電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを、図１１の気体軸受静圧変更用マップ６０に与え、対応する静圧変化分ΔＰｓを取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉから、取得した静圧変化分ΔＰｓを減算した値（Ｐｓ＿ｉ−ΔＰｓ）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。

このようにすれば、ピストン１０とシリンダ１１との接触状態に応じて気体軸受静圧を制御できるので、ピストン１０とシリンダ１１との接触回避、供給する空気量の抑制により効果的である。なお、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減させる場合、図１１に示す気体軸受静圧変更用マップ６０を用いてもよいし、気体軸受静圧Ｐｓの低減に用いる制御マップを別個に用意してもよい。

このように、第２制御例では、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖ、すなわちピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づき、少なくとも、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合における気体軸受ＧＢの静圧の増加量を変更する。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触状態を考慮するので、より迅速にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避できる。また、ピストン１０とシリンダ１１との接触状態を考慮して、気体軸受ＧＢを形成するために必要な空気量を変更する。これによって、空気量を変更する精度が向上するので、より効果的に気体軸受ＧＢを形成するために必要な空気量を抑制できる。

（第３制御例）
図１２は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例の手順を示すフローチャートである。図１３は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる気体供給制御装置の構成を示す概念図である。図１４は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例で用いるスターリングエンジンの負荷推定マップを示す概念図である。図１５−１、図１５−２は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。

図１３に示すように、第３制御例に用いる気体供給制御装置３０ａは、図７を用いて説明した、第１及び第２制御例に用いる気体供給制御装置３０に、負荷算出部３３をさらに備えた構成である。他の構成は、第１及び第２制御例に用いる気体供給制御装置３０と同様である。また、第３制御例に用いる気体供給制御装置３０ａは、図７に示すＥＣＵ５０内に設けられる。次に、第３制御例の手順を説明する。

本制御例は、スターリングエンジンの負荷に基づいて、少なくとも、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合における気体軸受ＧＢの静圧の増加量を変更する点に特徴がある。本制御例では、ステップＳ３０１において、気体供給制御装置３０ａの負荷算出部３３が、スターリングエンジン１の現在における負荷ＫＬを求める。前記負荷ＫＬは、例えば、図４に示す熱交換器２へ流入する排ガスＥｘの温度（以下排ガス温度という）Ｔｅｘから推定する。前記排ガス温度Ｔｅｘは、図４に示す排ガス温度センサ２８によって測定される。

排ガス温度Ｔｅｘとスターリングエンジン１の負荷ＫＬとは相関があるので、実験や解析により排ガス温度Ｔｅｘに対するスターリングエンジン１の負荷ＫＬとの関係を、図１４に示す負荷推定マップ６１に記述しておく。負荷推定マップ６１は、ＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納される。スターリングエンジン１の負荷ＫＬを求めるにあたっては、負荷算出部３３が、図４に示す排ガス温度センサ２８から取得した排ガス温度Ｔｅｘを負荷推定マップ６１に与え、対応するスターリングエンジン１の負荷ＫＬを取得する。なお、スターリングエンジン１の負荷ＫＬは、排ガス温度Ｔｅｘから推定する他、スターリングエンジン１の作動流体の圧力から推定してもよい。スターリングエンジン１の負荷ＫＬを求めたら、ステップＳ３０２へ進む。

ステップＳ３０２においては、接触判定部３１が、電圧測定器１７によって測定された電圧測定点Ｐｍにおける現在の電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ３０３において、接触判定部３１は、取得した電圧Ｖが、接触判定電圧Ｖｃよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ３０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部がＶ＜Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。したがって、ステップＳ３０４において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。

ステップＳ３０４において気体軸受静圧Ｐｓを増加させるにあたり、本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに基づいて、気体軸受静圧Ｐｓの増加分（以下静圧増加分という）ΔＰｓ１を変更する。気体軸受静圧Ｐｓを静圧増加分ΔＰｓ１だけ増加させた場合の気体軸受静圧は、Ｐｓ＋ΔＰｓ１となる。ここで、スターリングエンジン１の負荷ＫＬが増加すると、それだけ図５−１等に示す気体軸受ＧＢの荷重支持負荷も大きくなるため、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避するための気体軸受静圧Ｐｓは大きくなる。このため、本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬが大きくなるにしたがって、静圧増加分ΔＰｓ１を大きくする。これによって、より確実、かつ迅速にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避できる。

静圧増加分ΔＰｓ１とスターリングエンジン１の負荷ＫＬとの関係は、予め実験や解析により求めておき、静圧増加用マップ６２に記述しておく。なお、静圧増加用マップ６２は、ＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納される。静圧増加分ΔＰｓ１を求めるにあたって、接触判定部３１は、ステップＳ３０１で求められたスターリングエンジン１の負荷ＫＬを静圧増加用マップ６２に与え、対応する静圧増加分ΔＰｓ１を取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉに、取得した静圧増加分ΔＰｓ１を加算した値（Ｐｓ＿ｉ＋ΔＰｓ１）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。圧力制御部３２は、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとなるように蓄圧タンク内圧力を設定し、蓄圧タンク内圧力が設定した圧力になるように、ポンプ２５を駆動する。

ステップＳ３０３でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ３０５において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。

本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに基づいて、気体軸受静圧Ｐｓの減少分（以下静圧減少分という）ΔＰｓ２を変更する。気体軸受静圧Ｐｓを静圧減少分ΔＰｓ２だけ減少させた場合の気体軸受静圧は、Ｐｓ−ΔＰｓ２となる。スターリングエンジン１の負荷ＫＬが減少すると、それだけ図５−１等に示す気体軸受ＧＢの荷重支持負荷も小さくなるため、気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量を低減できると考えられる。このため、本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬが小さくなるにしたがって、静圧減少分ΔＰｓ２を大きくする。これによって、気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量をより精密に制御して、前記空気の供給量をより低減することができる。

静圧減少分ΔＰｓ２とスターリングエンジン１の負荷ＫＬとの関係は、予め実験や解析により求めておき、静圧減少用マップ６３に記述しておく。なお、静圧減少用マップ６３は、ＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納される。静圧減少分ΔＰｓ２を求めるにあたって、接触判定部３１は、ステップＳ３０１で求められたスターリングエンジン１の負荷ＫＬを静圧減少用マップ６３に与え、対応する静圧減少分ΔＰｓ２を取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉから、取得した静圧減少分ΔＰｓ２を減算した値（Ｐｓ＿ｉ−ΔＰｓ２）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。圧力制御部３２は、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとなるように蓄圧タンク内圧力を設定する。なお、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減するにあたり、静圧減少分ΔＰｓ２を一定の定数としてもよい。このようにすれば、気体供給制御装置３０ａの計算負荷、すなわちＥＣＵ５０が備えるＣＰＵ５０ｐの計算負荷を低減できる。

このように、第３制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに応じて、少なくとも静圧増加分ΔＰｓ１の大きさを変更する。これによって、気体軸受ＧＢが支持する荷重の負荷が大きい場合には、静圧増加分ΔＰｓ１を大きくして、より迅速かつ確実にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避できる。また、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに応じて、静圧減少分ΔＰｓ２の大きさを変更した場合には、気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量をより精密に制御できるので、前記空気の供給量をより低減することができる。

（第４制御例）
図１６は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例の手順を示すフローチャートである。図１７は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。本制御例は、ピストン１０やシリンダ１１の製造ばらつきを考慮して、一旦ピストン１０とシリンダ１１とが非接触時である場合におけるピストン１０とシリンダ１１との電位差を求めておき、これに基づいてピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する点に特徴がある。本制御例は、図７に示す気体供給制御装置３０によって実現できる。

本制御例のステップＳ４０１において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが０であるか否かを判定する。非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘは、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作を実行したか否かを判定するためのパラメータである。非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが０である場合、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作は実行されていないことを示す。また、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが１である場合、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されたことを示す。

ステップＳ４０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち接触判定部３１がＸＰｓ＿ｍａｘ＝０であると判定した場合、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓが、その最大値（以下最大気体軸受静圧という）Ｐｓ＿ｍａｘとなるようにする。このため、圧力制御部３２は、最大気体軸受静圧Ｐｓ＿ｍａｘとなるように蓄圧タンク内圧力を設定し、蓄圧タンク内圧力が設定した圧力になるように、ポンプ２５を駆動する。

ここで、最大気体軸受静圧Ｐｓ＿ｍａｘは、ピストン１０やシリンダ１１等の寸法公差や製造ばらつき等が最大であっても、ピストン１０がシリンダ１１から完全に浮上して、両者が完全な非接触状態となるために必要な圧力であり、例えば、通常の気体軸受静圧Ｐｓの１．５倍〜２倍程度に設定する。これによって、ピストン１０とシリンダ１１とが非接触になったときの電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖのばらつきを吸収する。

ピストン１０へ最大気体軸受静圧Ｐｓ＿ｍａｘの空気を供給すると、ピストン１０はシリンダ１１から完全に浮上した状態となり、ピストン１０とシリンダ１１とは完全に非接触状態となる。したがって、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されたことになるので、ステップＳ４０３において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘを１とする。

次に、ステップＳ４０４において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが１のとき、すなわち、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触状態となったときの電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを取得する。そして、ステップＳ４０５において、接触判定部３１は、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触状態となったときの電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを、完全非接触時電圧Ｖｍａｘとする。そして、ステップＳ４０６において、接触判定部３１は、完全非接触時電圧Ｖｍａｘを接触判定電圧Ｖｃとし、ステップＳ４０７では、この接触判定電圧Ｖｃに基づいてピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。

ステップＳ４０７において、接触判定部３１は、ピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。接触判定部３１は、電圧測定点Ｐｍにおける接触判定時の電圧Ｖを取得し、接触判定時の電圧Ｖが、ステップＳ４０６で設定した接触判定電圧Ｖｃすなわち完全非接触時電圧Ｖｍａｘから所定の公差修正値γを減算した値よりも小さいか否かを判定する。公差修正値γは、図１７に示すように、ピストン１０やシリンダ１１の寸法公差や製造ばらつき等に起因する、完全非接触時電圧ＶｍａｘのばらつきΔＶよりも小さい値である。このような公差修正値γを接触判定電圧Ｖｃから減算することにより、ピストン１０やシリンダ１１の寸法公差や製造ばらつき等に起因する、完全非接触時電圧Ｖｍａｘのばらつきを考慮して、より正確な接触判定をすることができる。

ステップＳ４０７でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ＜Ｖｃ−γであると判定した場合、図１７のｔ＝ｔ₁においてピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。この場合、ステップＳ４０８に進み、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。

ステップＳ４０７でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃ−γであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ４０９において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。ここで、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる場合、あるいは減少させる場合には、上述した第２制御例や第３制御例を適用してもよい（以下同様）。

ステップＳ４０１でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＸＰｓ＿ｍａｘ＝１であると判定した場合、既にピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されているので、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０において、接触判定部３１は、現時点における電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ４１１において、接触判定部３１は、ステップＳ４１０で取得した現時点の電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖが、現時点の接触判定電圧Ｖｃよりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ４１１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ＞Ｖｃであると判定した場合、ステップＳ４１２に進む。既にピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されている状態で、Ｖ＞Ｖｃであるということは、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触の状態において、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖが、現時点の接触判定電圧Ｖｃよりも大きいということである。すなわち、現時点の接触判定電圧Ｖｃは、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触の状態における本来の電圧よりも小さく、現時点の接触判定電圧Ｖｃを継続して用いた場合には、ピストン１０とシリンダ１１との接触を確実に判定できないおそれがある。このため、ステップＳ４１２において、接触判定部３１は、ステップＳ４１０で取得した現時点における電圧測定点Ｐｍの電圧Ｖを、新たな接触判定電圧Ｖｃとし、ピストン１０とシリンダ１１との接触を確実に判定できるようにする。

次にステップＳ４１３に進み、接触判定部３１は、新たに設定した接触判定電圧Ｖｃと、接触判定電圧上限値Ａとを比較する。接触判定電圧上限値Ａは、ピストン１０とシリンダ１１とが非接触である場合には、ピストン１０やシリンダ１１の寸法公差や製造ばらつき等を考慮しても、電圧測定点ＰｍにおいてはＡよりも大きい電圧は発生しないという値に設定される。

ステップＳ４１３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶｃ＞Ａと判定した場合、ステップＳ４１４に進む。そして、ステップＳ４１４において、接触判定部３１は、接触判定電圧ＶｃをＡとする。これによって、接触判定電圧Ｖｃが実際にはあり得ない値になることを回避して、ピストン１０とシリンダ１１との接触判定の精度を向上させることができる。また、ステップＳ４１４において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘを０にリセットする。これによって、次回の本制御ルーチンにおいては、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行され、接触判定電圧Ｖｃが再設定される。ステップＳ４１４が終了すると、ステップＳ４０７以降の接触判定に移行する。ステップＳ４０７以降の接触判定においては、ステップＳ４１４で設定された接触判定電圧Ｖｃを用いて、ピストン１０とシリンダ１１との接触が判定される。

ステップＳ４１１でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≦Ｖｃであると判定した場合、ステップＳ４０７以降の接触判定においては、現時点における接触判定電圧Ｖｃを用いて、ピストン１０とシリンダ１１との接触が判定される。ステップＳ４１３でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶｃ≦Ａであると判定した場合、ステップＳ４０７以降の接触判定においては、現時点における接触判定電圧Ｖｃ、すなわち、ステップＳ４１２で設定された接触判定電圧Ｖｃを用いて、ピストン１０とシリンダ１１との接触が判定される。

以上、本実施形態は、気体軸受を介してシリンダ内にピストンを保持するピストン装置において、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態によって、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する気体の圧力を変更する。これによって、前記ピストンと前記シリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。その結果、ピストンやシリンダの摩耗等を抑制して、ピストン装置の耐久性低下を抑制でき、また、気体軸受を形成するための気体の消費を抑制できるので、前記気体を供給するための動力を低減できる。このため、例えば、本実施形態に係るピストン装置を熱機関の排熱を回収するスターリングエンジンに適用するとともに、排熱回収対象の前記熱機関が発生する動力で気体軸受を形成するための気体を供給する構成とした場合には、前記熱機関の燃料消費を抑制できるという効果も得られる。

なお、上記においては、ピストン装置がスターリングエンジンである場合の例を用いて、その構成、作用、効果を説明したが、本実施形態に係るピストン装置は、スターリングエンジン以外のピストン装置に対しても容易に適用可能である。そして、適用された場合には、上記と同様の有用性を有する。

以上のように、本発明に係るピストン装置は、ピストン内に供給された気体をピストンとシリンダとの間に流出させて体軸受を形成するものに対して有用であり、特に、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制することに適している。

本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。 本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。 本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。 本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンを示す断面図である。 図４に示すスターリングエンジンのピストンとシリンダとの構成を示す説明図である。 図５−１のＹ−Ｙ矢視図である。 電圧測定点の電圧変化を示す説明図である。 本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御装置の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる気体供給制御装置の構成を示す概念図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例で用いるスターリングエンジンの負荷推定マップを示す概念図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。

符号の説明

１ スターリングエンジン
２ 熱交換器
５ 基板
６ シリンダケース
７ クランク軸受
８ クランクケース
９ クランク軸
１０ ピストン
１０Ａ 高温側ピストン
１０Ｂ 低温側ピストン
１０Ｂｏ ピストン底部
１０ＩＮ ピストン内空間
１０Ｓ ピストン側部
１０Ｔ ピストン頂部
１１ シリンダ
１１Ａ 高温側シリンダ
１１Ｂ 低温側シリンダ
１１Ｉ 内面
１７ 電圧測定器
１７Ａ 第１電圧測定器
１７Ｂ 第２電圧測定器
１８ 抵抗
１９ 電源
２０ 給気口
２１ 気体通路
２２ 気体供給配管
２２Ａ 高温側気体供給配管
２２Ｂ 低温側気体供給配管
２３ 開閉弁
２３Ａ 高温側開閉弁
２３Ｂ 低温側開閉弁
２４ 蓄圧タンク
２５ ポンプ
２６ クラッチ
２７ 圧力センサ
２８ 排ガス温度センサ
３０、３０ａ 気体供給制御装置
３１ 接触判定部
３２ 圧力制御部
３３ 負荷算出部
４０Ａ 第１接触判定回路
４０Ｂ 第２接触判定回路
４１ 車両
５０ ＥＣＵ
６０ 気体軸受静圧変更用マップ
６１ 負荷推定マップ
６２ 静圧増加用マップ
６３ 静圧減少用マップ
７０ 内燃機関
１００ スターリングエンジン

Claims (9)

1. シリンダの内部に配置されて往復運動し、かつ頂部と側部と底部とで囲まれる空間を備えるピストンと、
   前記ピストンの前記側部に設けられ、前記空間に供給された気体を前記ピストンと前記シリンダとの間に介在させる給気口と、
   前記ピストンと前記シリンダとが接触したことを判定する接触判定手段と、
   前記空間を介して前記ピストンと前記シリンダとの間へ前記気体を供給するとともに、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態に基づき、前記空間へ供給する気体の圧力を変更する気体供給手段と、
   を備えることを特徴とするピストン装置。
2. 前記気体供給手段は、
   前記ピストンと前記シリンダとが接触した場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を増加させ、
   前記ピストンと前記シリンダとが非接触である場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を減少させることを特徴とする請求項１に記載のピストン装置。
3. 少なくとも前記ピストンの側部及び前記シリンダの内面は導電体で構成されるとともに、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間には一定の大きさの電位差が与えられ、
   前記接触判定手段は、前記電位差に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン装置。
4. 前記気体供給手段は、
   前記電位差に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することを特徴とする請求項３に記載のピストン装置。
5. 前記気体供給手段は、
   前記ピストン装置の負荷に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン装置。
6. 前記ピストンと前記シリンダとを完全に非接触としたときにおける、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間の電位差に基づき、前記ピストンと前記シリンダとが接触したか否かを判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン装置。
7. 前記ピストン装置は、スターリングエンジンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のピストン装置。
8. 前記スターリングエンジンは熱機関からの排熱を回収することを特徴とする請求項７に記載のピストン装置。
9. 前記気体供給手段は、前記熱機関によって駆動されることを特徴とする請求項８に記載のピストン装置。

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