JP3083558B2 - ピストンロッドに対する軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、ピストン側の上側シール領域とクランクケ
ース側の第２シール領域とを有する内燃機関のピストン
ロッドに対する軸封装置（スタフィンボックスシール装
置）に関する。

〔背景技術〕

この種の軸封装置は特に船舶用ディーゼルエンジンに
対して知られている。これに関して特に、マシーネンフ
ァブリーク アウグスブルグ・ニュルンベルグ AG社の
ドイツ連邦共和国特許第B2114152号公報を参照された
い。その変形例はヨーロッパ特許第A0138443公報に記載
されている。

各軸封装置の仕様書は、例えばクランク油とシリンダ
油とを良好に分離し、即ちきれいなクランク油を下側か
ら拭き取り、汚れたシリンダ油を上から良好に拭き取
り、油が一緒に運ばれることを避けるためにクロスヘッ
ドによる衝撃圧力を良好にシールし、上側の掃気圧を良
好にシールし、寿命を長くし、例えば掃気室内における
燃焼の際のような極端の条件の場合でも良好に機能し、
油損失を低減し、ピストンロッドにおける摩耗をできる
だけ小さくするというような多数の主要条件を含んでい
る。

高い気密性およびスクレーパ作用（拭き取り作用）を
達成するために、シールリングおよびスクレーパリング
は正確にピストンロッドに接触しなければならない。こ
れは、それらのリングを過小寸法のピストンロッドにも
正確に縮みなしに整合する非常に撓み易い材料から作る
ことによって達成される。更に、リングを通して直接流
れが生じないように切断個所を設計しなければならな
い。

普通のスクレーパリングは金属で作られ、多分割構造
をしており、真っ直ぐな切断個所を有している。かかる
リングはピストンロッドの正確な形状にうまく整合せ
ず、大きなばね力でしか整合せず、その場合、始動時間
中および慣らし運転時間中に特に下死点および上死点に
おいてリングとロッドに激しい摩耗を生ずる。更にこの
金属摩耗は引っ掻き傷も生じてしまい、これは気密性を
低減してしまう。

かかるパッキンの寿命は特に潤滑に左右される。ここ
で潤滑はピストンロッドに沿った表面漏洩によって行わ
れる。しかしこの潤滑にとって重要な漏洩は油の消費量
をかなり増大する。一般には金属シールリングは３つあ
るいはそれ以上の分割接合部を有している。これも更に
気密性を低減する。

ドイツ連邦共和国特許第A2351850号公報（G.エスペイ
氏発明）において、初めてスクレーパリングを単一部品
から弾性材料で作ることが提案されている。特にヨーロ
ッパ特許第A0139965号公報においてシールおよびスクレ
ーパリングがピストンロッドに対する軸封装置に採用さ
れている。かかるシールないしスクレーパリングは軸封
装置にただクランクケース側の下側シール領域の中に少
数しか採用されていない。これによって気密性は向上さ
れるけれども、この方式は、金属製の上側軸封装置の寿
命が十分ではなくロッドにおける摩耗が大きくなるの
で、実施することはできない。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、冒頭に述べた形式の軸封装置を、過
小寸法のロッドの場合でも気密性を維持するか向上した
状態において寿命が向上し、油の消費量が低減し、リン
グおよびロッドにおける摩耗が減少し、組立、メンテナ
ンスおよび補充部品の保管が簡単となるように改善する
ことにある。

この目的は、請求の範囲第１項の特徴事項を有する冒
頭に述べた形式の軸封装置により達成される。

強度設計および温度設計の点から従来においては、ク
ランクケースに続くパッキンだけしか合成樹脂で作れな
いという考えに基づいていた。しかし実験により、この
種の軸封装置は説明し難い短かな平均寿命を有し、また
対向面が大きな摩耗に曝されることが確認された。本件
出願の発明者は高度な測定により、合成樹脂で作られた
単一部品のシールおよびスクレーパリングの気密性が、
その上に位置する金属で作られたシールおよびスクレー
パリングが十分に潤滑されないほどの高さであることを
確認した。

従って軸封装置の摩耗が増大し、これに伴って漏洩が
増大し、寿命が短くなる。専門家の期待に反して、請求
の範囲第１項の特徴事項を有する軸封装置は特に高い効
率および寿命を生じ、これによって油の損失が非常に僅
かとなり、これは一方では軸封装置の気密性によって説
明でき、他方ではリングの潤滑需要の低減によって説明
できる。

添付図面には本発明の対象の２つの実施例が示されて
おり、以下にこれを参照して本発明の実施例を説明す
る。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は、案内リングおよび分離した下側パッキンと
上側パッキンを持ったディーゼルエンジンの軸封装置
（スタフィンボックスシール装置）の垂直断面図、 第２図は、案内リング無しの別の船舶用ディーゼルエ
ンジン用の軸封装置の実施例の部分断面図、 第３図は３分割構造の耐火リングの正面図、 第４図は第３図の耐火リングの拡大横断面図、 第５図はスクレーパリングの直径線を通る断面図、 第６図は第５図の合わせ目の範囲における拡大横断面
図、 第７図はシールリングの直径線を通る断面図、 第８図は第７図の合わせ目の範囲における拡大横断面
図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

第１図には船舶用ディーゼルエンジン用の軸封装置
（スタフィンボックスシール装置）の実施例が垂直断面
図で示されている。この配置構造はヴィンタテュアに在
るゲブリュダ ズルツア AG社の船舶用エンジンに相応
している。中央に垂直に延びるピストンロッド１が示さ
れており、このピストンロッド１はクランクケース３か
らピストン側の掃気室２まで導かれている。その構造の
うちで２つのシール領域、即ちピストン側の第１シール
領域10とクランクケース側の第２シール領域20がはっき
り理解できる。ズルツア AG社の別の型式の船舶用エン
ジンの場合、リングの数が異なっているだけで、原理は
同じである。

ピストン側の上側シール領域10において、最上部に粗
スクレーパ12が在る。これは耐火リングとして使用さ
れ、金属で作られている。このリングを第３図および第
４図を参照してもっと詳細に説明する。耐火リングは周
囲がチャンバリング13に接触している。粗スクレーパ12
の下側に上側のいわゆる「フロート」スクレーパパッキ
ン17が位置している。この上側スクレーパパッキン17の
下側において案内リング14がチャンバリング13の溝の中
に位置している。クランプ15がこれらの上側パッキン詰
め物を結合している。多分割構造この実施例の場合には
３分割構造の粗スクレーパは単一形あるいは多分割形の
引張りばねによって半径方向に結合されている。前記引
張りばね11と同じ引張りばねがチャンバリング13の周り
にも設けられ、クランプ15を横切っている。

ズルツア AG社の一般的な方式の場合、チャンバリン
グ13の内側面はバビットメタルが被覆鋳造され、加工さ
れ、これによって案内リングとして使用している。この
領域だけしか摩耗されないにも拘わらず、リング全体を
交換し、修理工場に運び、バビットメタル層を機械式に
除去し、再び新たに鋳造被覆しなければならず、これは
かなりの経費を伴う。この経費を避けるために、そのリ
ングはたいていは廃棄され、新しいものと交換される
が、これも非常に高価となる。

本発明の基礎となっている考えは、自己潤滑材料から
成り単純な方式で現場で交換できる単一部品形の案内リ
ングを対応した溝の中に設置し、その場合、鋼製のチャ
ンバリング13が再三再四にわたり再利用できるようにす
ることにある。

この第１のパッキン詰め物の下側にもう１つのスクレ
ーパパッキン19が設けられている。この同形のスクレー
パパッキン19は最上部がクランクケース側ないしクロス
ヘッド側の下側シール領域20の中に位置している。この
スクレーパパッキン19の下側に複数のスクレーパリング
21が配置されており、これらのスクレーパリング21は引
張りばね22によって押し合わされている。第７図および
第８図には符号17,19を付けたスクレーパパッキンに相
応したスクレーパパッキンの実施例が詳細に示されてい
る。第５図および第６図においてスクレーパリング21の
詳細が理解できる。

第２図における第２の実施例の原理は、例えばブルマ
イスタ アンド ヴァイン、神戸、マンなどの各社の船
舶エンジンに対して適用される例に相応している。ピス
トンロッド１は、クランクケース３をピストン側の掃気
室２から分離する中間床７を貫通して滑る。この場合
も、あまりはっきりしないが第１の実施例と同じように
第１のシール領域10およびクランクケース側の第２のシ
ール領域20が理解できる。軸封装置全体は、中間床７に
固くボルト結合されている２分割構造の詰め物ハウジン
グの中に収容されている。このハウジングの上側にこれ
に接触して、単一部品形の金属製の粗スクレーパ12がそ
の下側にあるスクレーパパッキン17と共に配置されてい
る。粗スクレーパ12は金属で作られ、押されリング15′
およびその下側に位置する合成樹脂製のスクレーパパッ
キン17,19と一緒に、掃気室２内における熱および場合
によって存在する火炎に対して防護されている。ここで
採用されている耐火リングとして使用する粗スクレーパ
は、第３図および第４図における実施例と異なった断面
形状を有している。シールリング17,19並びに第２のシ
ール領域20におけるスクレーパリング21は、第１図にお
ける実施例に採用されているものと全く同じ形状をして
いる。

第３図に正面図で示されている粗スクレーパ12は３つ
のセグメント121から成っている。粗スクレーパ12の内
径はピストンロッド１の直径よりも幾分大きい。粗スク
レーパ12が軸封装置に組み込まれたとき、これは何処で
もピストンロッド１には接触せず、これを僅かな隙間を
もって取り囲んでいる。耐火リングとして使用する粗ス
クレーパ12は断面Ｌ字形をしている。そのピストンロッ
ドに対して平行に延びる脚部122は、互いに間隔を隔て
て平行に延びる２つのスクレーパ縁123を備えている。
これら両スクレーパ縁123間に外側に向いた流出孔124が
規則的な間隔をもって設けられている。これらの流出孔
124は拭き取られた油および汚れ粒子を排出するために
使用する。脚部122は外側に断面半円形の溝125を備えて
いる。この溝の中に一体部品形あるいは多分割構造の引
張りばねが設置されており、この引張りばねによって個
々のセグメント121は結合され互いに押し合わされてい
る。第１図および第２図においてこのばねは断面図で理
解できる。気密性を高めるためにスクレーパ縁123は、
ラビリンスシールとしても作用する同心的に延びる条溝
を備えることもできる。

第５図に直径線を通る断面図で示されているスクレー
パリング21は全体が合成樹脂で作られている。好適には
このためにポリテトラフルオルエチレン（PTFE）が利用
される。このリングはここでは一体部品となっており、
ただ片側が合わせ目221によって分離されている。スク
レーパリングの公知の単一部品としての製造は、組立が
行い易く従って組立時間が短いので特に有利である。合
わせ目221は２つの重なり部分222によって閉じられてい
る。従ってこれら両重なり部分222間に分離面222′が位
置する。分離面222′は内周面において２つの無端環状
スクレーパ舌片226の間の範囲に達している。分離面22
2′は外周面において、環状引張りばね22が位置してい
る環状溝225に達している。重要なことは、合わせ目の
分離面222′が両スクレーパ舌片226間の中心から外れて
おり、従って環状溝225の中心から外れていることであ
る。これによって、引張りばね22が両重なり部分222を
互いに押し離し、リングの気密性を害し、溝における押
しつぶしが生ずることが避けられる。

第７図に直径線を通る断面図で示されているスクレー
パパッキン17は、合わせ目が気密であることを除いて、
上述したスクレーパリング21と全く同じ構造をしてい
る。このリングもPTFEで作られている。ここでも両重な
り部分172によって密封されている接合部ないし合わせ
目171が理解できる。その分離面172′はここでは中央ス
クレーパ縁176内を延びている。幅広いシールリング17
は３つの平行に延びるスクレーパ縁176を有している。
ここでも外周面に２つの環状溝175があり、これらの中
にばね18が置かれている。それぞれ隣接する２つのスク
レーパ縁176の間に油排出孔177が設けられている。シー
ルリング17は実際にはシールリングとスクレーパリング
の複合体となっている。その場合、図面右側が油流出孔
付きのスクレーパ側であり、図面左側が油流出孔が設け
られていないシール側である。これによって複数のスク
レーパリングを密に詰め込んだ場合でも、拭き取られた
油を排出でき、外側面に斜め後ろに延びる空所178が設
けられている。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16J 15/16 - 15/30 F16J 1/12 F16J 15/56

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン側の上側シール領域（10）とクロ
   スヘッドないしクランクケース側の下側シール領域（2
   0）とを有する２サイクル形ディーゼルエンジンのピス
   トンロッド（１）に対する軸封装置において、 上側シール領域がピストン側を多分割構造の金属製の粗
   スクレーパ（12）によって境界づけられ、この粗スクレ
   ーパが耐火リングとして使用され、弾性荷重を受けずに
   ピストンロッドを僅かな間隔をもって取り囲み、その下
   側に位置するシールリング（17）および案内リング（1
   4）が合成樹脂で作られ、下側シール領域のすべてのシ
   ールリング（19）およびスクレーパリング（21）が合成
   樹脂で作られており、前記シールリング（17,19）が単
   一部品として作られていることを特徴とするピストンロ
   ッドに対する軸封装置。
2. 【請求項２】案内リング（14）のピストンロッド（１）
   に向けられた滑り面が、ピストンロッド長手方向に延び
   る複数の放出溝を備えていることを特徴とする請求の範
   囲第１項記載の軸封装置。
3. 【請求項３】シールリング（17,19）が単一あるいは二
   重に作用する気密合わせ目（172）を備えていることを
   特徴とする請求の範囲第１項記載の軸封装置。
4. 【請求項４】スクレーパリング（21）が２つのスクレー
   パ縁（226）を備えていることを特徴とする請求の範囲
   第１項記載の軸封装置。
5. 【請求項５】スクレーパリング（21,22）が分離面の範
   囲に重なり合わせ目を備えていることを特徴とする請求
   の範囲第１項記載の軸封装置。
6. 【請求項６】合わせ目の重なり範囲における分離面（17
   2′）が中央シール舌片（176）内を延びていることを特
   徴とする請求の範囲第３項記載の軸封装置。
7. 【請求項７】合わせ目の重なり範囲における分離面 （222′）が、両スクレーパ縁（226）間の中心から外れ
   て延びていることを特徴とする請求の範囲第４項又は第
   ５項に記載の軸封装置。
8. 【請求項８】粗スクレーパ（12）が、ラビリンスシール
   を形成する条溝を備え互いに平行に延びる２つのスクレ
   ーパ縁（123）を有し、両スクレーパ縁（123）間に排出
   孔（124）が配置されていることを特徴とする請求の範
   囲第１項記載の軸封装置。
9. 【請求項９】シールおよびスクレーパリング（17,19,2
   1）がそれらのスクレーパ縁（176,226）間に油流出孔
   （177,223）を有し、それらの外側面に掻き取った油を
   排出するために斜め下方側に延びる空所（178）を有し
   ていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の軸封装
   置。