-
Technischer Hintergrund
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pleuelstangenlager für Verbrennungsmotoren, das aus einem Paar von Halbschalenlagern (d. h. halbkreisförmigen Lager) besteht, welche einen Kurbelzapfen rotierbar lagern, wobei der Kurbelzapfen eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle verbindet, und wobei Schmieröl, das einer inneren Oberfläche eines die Kurbelwelle lagernden Kurbelwellenlagers zugeführt wird, über einen in der Kurbelwelle gebildeten inneren Schmierölkanal einer inneren Oberfläche des Pleuelstangenlagers zugeführt wird.
-
Die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ist im unteren Teil des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors in ihrem Achsenlagerbereich durch ein Kurbelwellenlager gelagert, das aus einem Paar von Halbschalenlagern besteht. Mittels einer Ölpumpe, über einen in der Zylinderblockwand gebildeten Ölkanal und durch ein in der Wand des Kurbelwellenlagers gebildetes Durchgangsloch wird dem Kurbelwellenlager Schmieröl zugeführt, und zwar in eine entlang der inneren Oberfläche des Kurbelwellenlagers gebildete Schmierstoffrille. Darüber hinaus ist in dem Achsenlagerbereich ein radialer erster Schmierölkanal gebildet, wobei die Öffnungen an beiden Enden des ersten Schmierölkanals verbunden sind mit der Schmiermittelrille und wobei ein zweiter Schmierölkanal gebildet ist, der von dem radialen ersten Schmierölkanal in dem Achsenlagerbereich abzweigt, um durch den Kurbelarm zu passieren; und der zweite Schmierölkanal steht in Fluid-Verbindung mit einem dritten Schmierölkanal, der in dem Kurbelzapfen in radialer Richtung gebildet ist. Somit fließt das Schmieröl von dem in der Zylinderblockwand gebildeten Ölkanal durch das in der Wand des Kurbelwellenlagers gebildete Durchgangsloch in die in der inneren Oberfläche des Kurbelwellenlagers gebildete Schmiermittelrille und sodann durch den ersten bis dritten Schmierölkanal und wird so durch einen Auslass im Endbereich des dritten Schmierölkanals zwischen den Kurbelzapfen und die Gleitfläche des Pleuelstangenlagers geführt.
-
Das Schmieröl, das von dem Zylinderblock des Motors durch den Achsenlagerbereich zu dem Pleuelstangenlager geführt wird, kann Fremdsubstanzen enthalten, die in den jeweiligen Schmierölkanälen vorhanden sind. Wenn solche in dem Schmieröl enthaltenen Fremdsubstanzen zwischen den Kurbelzapfen und die Gleitfläche des Pleuelstangenlagers geführt werden, besteht die Gefahr, dass sie die Gleitfläche des Pleuelstangenlagers beschädigen. Deshalb müssen die zwischen den Kurbelzapfen und die Gleitfläche des Pleuelstangenlagers eintretenden Fremdsubstanzen schnell aus der Gleitfläche nach außen abgeleitet werden.
-
Als Maßnahme gegen in dem Schmieröl enthaltene Fremdsubstanzen ist vorgeschlagen worden, dass an der inneren Oberfläche eines Halbschalenlagers des Kurbelwellenlagers, das den Achsenlagerbereich lagert, eine umlaufende Schmiermittelrille gebildet wird, und zwar über deren gesamte Umlauflänge, wobei das Kurbelwellenlager aus einem Paar von Halbschalenlagern besteht und wobei das Halbschalenlager ein Durchgangsloch aufweist, durch das das Schmieröl direkt von dem Ölkanal in der Zylinderblockwand zugeführt wird, so dass die in dem Schmieröl enthaltenen Fremdsubstanzen abgeleitet werden. Bei Anwendung dieses Vorschlags auf ein Pleuelstangenlager wurde in Versuchen festgestellt, dass keine Ableitung von Fremdsubstanzen erreichbar ist und dass diese Maßnahme sogar kontraproduktiv ist, weil die Fremdsubstanzen nicht nur in der über die gesamte Umlauflänge der inneren Oberfläche eines Halbschalenlagers des Pleuelstangenlagers gebildeten Schmierölrille verbleiben, sondern weil die Fremdsubstanzen auch über die Gleitfläche des Lagers verteilt werden, so dass eine Beschädigung des Pleuelstangenlagers eintreten kann.
-
Der Grund hierfür liegt darin, dass das Gehäuse, in dem sich das Pleuelstangenlager befindet, während des Betriebs des Verbrennungsmotors im Allgemeinen stark verformt wird, so dass der Abstand zwischen dem Kurbelzapfen und dem Pleuelstangenlager größer ist als der Abstand zwischen dem Achsenlagerbereich und dem Kurbelwellenlager, so dass die in der umlaufenden Schmiermittelrille befindlichen Fremdsubstanzen über die gesamte Gleitfläche des Lagers einschließlich des die Hauptlast tragenden Bereichs in der Umlaufmitte des Halbschalenlagers verteilt werden können, wodurch das Pleuelstangenlager, verglichen mit herkömmlichen Pleuelstangenlagern ohne eine solche umlaufende Schmiermittelrille, verstärkt geschädigt wird. Dies wurde in Versuchen festgestellt
Vorveröffentlichung 1:
JP H08-277 831 A Vorveröffentlichung 2:
JP 2005-69 283 A -
JP 2006-144 913 A beschreibt ein Gleitlager, das einen Abfall des hydraulischen Drucks vermeiden soll. Das Gleitlager umfasst ein halbzylindrisches Halblager mit einer Ölzufuhröffnung zum Zuführen von Schmieröl zu dem Umfang einer Welle. Auf einer inneren Umfangsfläche des Halblagers ist eine Schmierölvertiefung gebildet, die sich von einem Öffnungsabschnitt der Ölzufuhröffnung zu einer entsprechenden Fläche an den beiden Enden des Halblagers erstreckt. An jedem Umfangsende der inneren Umfangsfläche ist eine Ausgleichsvertiefung vorgesehen, die zurückgesetzt ist zu der radialen Außenumfangsseite. Zwischen dem Öffnungsabschnitt der Ölzuführöffnung in der Schmierölvertiefung und der entsprechenden Fläche ist ein vorstehender Abschnitt gebildet, der in die Schmierölvertiefung hineinragt, um den Strömungspfadquerschnitt der Schmierölvertiefung zu verringern.
-
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pleuelstangenlager bereit zu stellen, das Fremdsubstanzen, die in dem vom Zylinderblock des Verbrennungsmotors über den Achsenlagerbereich dem Pleuelstangenlager zugeführten Schmieröl enthalten sind, schnell ableiten kann.
-
Mittel zur Lösung der Aufgabe
-
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung das folgende Pleuelstangenlager für einen Verbrennungsmotor bereit:
Pleuelstangenlager für einen Verbrennungsmotor, wobei in dem Verbrennungsmotor Schmieröl einer inneren Oberfläche eines Kurbelwellenlagers, das die Kurbelwelle lagert, zugeführt wird, das Schmieröl über eine innerer Schmierölzuführung, die sich vom Achsenlagerbereich der Kurbelwelle zu einem radialen Durchgangsloch in einem Kurbelzapfen erstreckt, einer inneren Oberfläche des Pleuelstangenlagers zugeführt wird, das Pleuelstangenlager einen Kurbelzapfen rotierbar lagert, und der Kurbelzapfen die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbindet, wobei das Pleuelstangenlager aus einem Paar Halbschalenlager (d. h. halbkreisförmiger Lager) besteht, die in einem Lagergehäuse am Kurbelwellenende der Pleuelstange angeordnet sind, wobei das obere der Halbschalenlager am Kurbelwellenende angeordnet ist und das untere der Halbschalenlager am Lagerdeckelende angeordnet ist und zusammen mit dem Kurbelwellende das Lagergehäuse bildet,
wobei das obere Halbschalenlager so angeordnet ist, dass die Mitte seiner Umlauflänge mit der Achse der Pleuelstange ausgerichtet ist,
wobei jedes der Halbschalenlager in der Umlaufrichtung zwei stumpfe Enden aufweist, die an die Enden des jeweils anderen Halbschalenlagers stumpf anstoßen,
wobei eine innere Oberfläche mindestens eines der Halbschalenlager mit mindestens einer umlaufenden Rille versehen ist, die auf der inneren Oberfläche in einem maximalen Umlaufwinkelbereich von 45 Grad gebildet ist, und zwar ausgehend von einem stumpfen Ende entgegen der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens hin zur Umlaufmitte des Halbschalenlagers, und
wobei, wenn die beiden Halbschalenlager so zusammengebaut sind, dass ihre stumpfen Enden gegenseitig aneinanderstoßen, an der inneren Oberfläche mindestens eines der Halbschalenlager eine axiale Rille gebildet ist, so dass sie sich entlang des stumpfen Endes erstreckt, von dem aus sich die umlaufende Rille erstreckt, und zwar über die volle Länge zwischen den beiden axialen Enden des Halbschalenlagers, wobei die axialen Enden parallel zu einer gedachten Ebene sind, die senkrecht zur Achse des Pleuelstangenlagers steht, wodurch die axiale Rille als Schmierölkanal mit der umlaufenden Rille verbunden ist.
-
Die umlaufende Rille weist bevorzugt eine Breite von 1 bis 7 mm und eine Tiefe von 0,1 bis 0,5 mm auf.
-
Die axiale Rille weist bevorzugt eine Breite von weniger als 2 mm und eine Tiefe von 0,1 bis 0,5 mm auf.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die umlaufende Rille in der Mitte zwischen den beiden axialen Enden, parallel zu einer gedachten Ebene, die senkrecht zur Achse des Pleuelstangenlagers steht, gebildet. Während der Auslass des radialen Durchgangslochs in dem Kurbelzapfen, das Teil des internen Ölkanals der Kurbelwelle ist, üblicherweise mit der Mitte zwischen den beiden axialen Enden ausgerichtet ist, kann das Schmieröl dadurch leicht in die umlaufende Rille eintreten, dass diese Rille mit dem Auslass des radialen Durchgangslochs in dem Kurbelzapfen ausgerichtet wird, so dass die in dem Schmieröl enthaltenen Fremdsubstanzen leicht in die umlaufende Rille und weiter in die axiale Rille eintreten können.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die umlaufende Rille so gebildet, dass deren Querschnittsfläche von der Umlaufmitte der inneren Oberfläche zu dem stumpfen Ende hin größer wird. Bei dieser Ausgestaltung wird die Fließgeschwindigkeit des Schmieröls in der umlaufenden Rille von der Umlaufmitte zu dem stumpfen Ende hin geringer, so dass in dem Schmieröl enthaltene Fremdsubstanzen in der umlaufenden Rille fließen, ohne diese zu verlassen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Querschnittsfläche der umlaufenden Rille an der Stelle der Verbindung mit der axialen Rille größer als die Querschnittsfläche der der axialen Rille. Bei dieser Ausgestaltung ist die Fließgeschwindigkeit des Schmieröls in der axialen Rille größer als in der umlaufenden Rille, so dass in dem Schmieröl enthaltene Fremdsubstanzen, die die axiale Rille erreichen, schnell über die axiale Rille nach außen abgeleitet werden. Der Ausdruck „Querschnittsfläche der axialen Rille” ist dabei wie folgt zu verstehen: Wenn die beiden Halbschalenlager so zusammengebaut sind, dass ihre stumpfen Enden aneinanderstoßen, wobei sich die axiale Rille über die Umlaufenden der beiden Halbschalenlager vollständig erstreckt, denke man sich eine Ebene, die senkrecht zu der Achse des Pleuelstangenlagers liegt und die die axiale Rille sowie die gedachte Fortsetzung der tatsächlichen inneren Oberfläche des Pleuelstangenlagers schneidet; diese gedachte Fortsetzung der tatsächlichen inneren Oberfläche definiert dann einen Rillenraum der axialen Rille, dessen Schnitt mit der gedachten Ebene die obengenannte Querschnittsfläche definiert.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die axiale Rille eine Öl- Aussparung und eine sog. Zusammenstoß-Aussparung, gebildet an der inneren Oberfläche des Lagers nahe den stumpfen Enden der Halbschalenlager. Obwohl auch bei herkömmlichen Halbschalenlagern Schmieröl und Fremdsubstanzen durch die Öl-Aussparung und die Zusammenstoß-Aussparung in radialer Richtung nach außen abgeleitet werden, wurde durch Tests festgestellt, dass der Hauptteil der Fremdsubstanzen in der Zusammenstoß-Aussparung verbleibt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung, bei der die axiale Rille eine Öl-Aussparung und/oder eine Zusammenstoß-Aussparung aufweist, können Fremdsubstanzen, die sonst in der Zusammenstoß-Aussparung verbleiben würden, leicht aus dem Lager nach außen abgeleitet werden. Die Formulierung „die axiale Rille umfasst eine Öl-Aussparung und/oder eine Zusammenstoß-Aussparung” bedeutet hierbei, dass, während die Dicken der beiden Umlaufendbereiche (d. h. der aneinander stoßenden Bereiche der beiden Halbschalenlager) an den öffnenden Seiten des Halbschalenlagers dünner sind als die Dicke des Umlaufmittenbereichs, um so die Öl-Aussparung und die Zusammenstoß-Aussparung zu bilden, die Tiefen der umlaufenden Rillen größer sind als die Dickenabnahme im Bereich der Öl-Aussparung oder der Zusammenstoß-Aussparung.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die umlaufenden Rillen und die axialen Rillen achsensymmetrisch bezüglich der Achse des Pleuelstangenlagers in beiden Halbschalenlagern gebildet. Bei dieser Ausgestaltung erhöht sich – verglichen mit dem Fall einer einzelnen umlaufenden Rille – die Häufigkeit, mit der das radiale Durchgangsloch in dem Kurbelzapfen während der Rotation des Kurbelzapfens beim Betrieb des Verbrennungsmotors in Öl-Verbindung mit der umlaufenden Rille des Pleuelstangenlagers kommt, so dass Fremdsubstanzen, die in dem Schmieröl, das in der umlaufenden Rille und der axialen Rille fließt, enthalten sind, effizient nach außen abgeleitet werden. Wenn das radiale Durchgangsloch in dem Kurbelzapfen in Öl-Verbindung mit der umlaufenden Rille des Pleuelstangenlagers ist, werden die Fremdsubstanzen in der umlaufenden Rille leicht und zwangsläufig durch das aus dem diametralen Durchgangsloch abgegebene Schmieröl in die axiale Rille überführt.
-
Bei einem Pleuelstangenlager für Verbrennungsmotoren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die innere Oberfläche eines der Halbschalenlager zwei umlaufende Rillen und zwei axiale Rillen auf, wobei die umlaufenden Rillen gebildet sind auf der inneren Oberfläche in einem maximalen Umlaufwinkelbereich von 45 Grad, gemessen von den beiden stumpfen Enden, die an die stumpfen Enden des anderen Halbschalenlagers anstoßen, in Richtung zu der Umlaufmitte des Halbschalenlagers, und wenn die beiden Halbschalenlager so zusammengebaut sind, dass ihre stumpfen Enden aneinanderstoßen, wird an der inneren Oberfläche mindestens eines der Halbschalenlager eine axiale Rille gebildet, so dass sie sich entlang der beiden stumpfen Enden und über die gesamte Länge zwischen den beiden axialen Enden des Halbschalenlagers erstreckt, wobei die axialen Enden parallel zu einer gedachten, senkrecht zur Achse des Pleuelstangenlagers stehenden Ebene liegen, so dass die axiale Rille als Schmierölkanal in Verbindung mit den beiden umlaufenden Rillen steht.
-
Bei einem Pleuelstangenlager für Verbrennungsmotoren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die innere Oberfläche jedes der Halbschalenlager zwei umlaufende Rillen und zwei axiale Rillen auf, wobei die umlaufenden Rillen jeweils gebildet sind auf der inneren Oberfläche in einem maximalen Umlaufwinkelbereich von 45 Grad, gemessen von den beiden stumpfen Enden, die an die stumpfen Enden des anderen Halbschalenlagers anstoßen, in Richtung zu der Umlaufmitte des Halbschalenlagers, und wenn die beiden Halbschalenlager so zusammengebaut sind, dass ihre stumpfen Enden aneinanderstoßen, wird an der Inneren Oberfläche mindestens eines der Halbschalenlager jeweils eine axiale Rille gebildet, so dass sie sich entlang der beiden stumpfen Enden und über die gesamte Länge zwischen den beiden axialen Enden des Halbschalenlagers erstreckt, wobei die axialen Enden parallel zu einer gedachten, senkrecht zur Achse des Pleuelstangenlagers stehenden Ebene liegen, so dass die axiale Rille als Schmierölkanal verbunden ist mit allen umlaufenden Rillen.
-
Vorteile der Erfindung
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die innere Oberfläche mindestens eines der Halbschalenlager mindestens eine umlaufende Rille auf, die auf der inneren Oberfläche in einem maximalen Umlaufwinkelbereich von 45 Grad gebildet ist, und zwar von einem stumpfen Ende aus entgegen der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens zu der Umlaufmitte des Halbschalenlagers, wobei jedes der Halbschalenlager zwei stumpfe Umlaufenden aufweist, die an die stumpfen Enden des jeweils anderen Halbschalenlagers anstoßen, und wobei im Betrieb des Motors über einen sich von dem Achsenlagerbereich zu einem diametralen Durchgangsloch in dem Kurbelzapfen erstreckenden internen Kanal Schmieröl zwischen den Kurbelzapfen und das Pleuelstangenlager geführt wird, und zwar durch das diametrale Durchgangsloch, so dass das Schmieröl zusammen mit darin enthaltenen Fremdsubstanzen entsprechend der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens einfach durch die umlaufende Rille zu den stumpfen Enden der beiden Halbschalenlager fließt. Dieser Fluss entspricht der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens relativ zu dem Pleuelstangenlager, so dass sich die in dem Schmieröl enthaltenen Fremdsubstanzen leicht entlang der umlaufenden Rille bewegen können.
-
Da bei dem erfindungsgemäßen Pleuelstangenlager die stumpfen Enden der zusammengebauten Halbschalenlager aneinanderstoßen, wird auf der inneren Oberfläche mindestens eines der Halbschalenlager eine axiale Rille gebildet, die sich entlang dem stumpfen Ende erstreckt, von dem sich die umlaufende Rille erstreckt, und zwar über die gesamte Länge zwischen den beiden axialen Enden des Halbschalenlagers, wobei die axialen Enden parallel zu einer gedachten, senkrecht zur Achse des Pleuelstangenlagers stehenden Ebene liegen, so dass die axiale Rille als Schmierölkanal mit der umlaufenden Rille in Verbindung steht und die umlaufende Rille und die axiale Rille einander schneiden und T-förmig miteinander verbunden sind, so dass sich das durch die umlaufende Rille fließende Schmieröl nicht zu der Gleitfläche des anderen Halbschalenlagers bewegt, sondern seine Fließrichtung ändert und in die axiale Rille fließt. Somit wird das Schmieröl an beiden axialen Enden des Pleuelstangenlagers nach außen abgeleitet.
-
Somit wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, die darin besteht, Fremdsubstanzen schnell aus einem Pleuelstangenlager abzuleiten, die enthalten sind in dem Schmieröl, das dem Pleuelstangenlager zugeführt wird von einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors über einen Achsenlagerbereich einer Kurbelwelle, so dass eine Beschädigung des Lagers vermieden wird.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, dass die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors aus einem Achsenlagerbereich und einem Kurbelzapfen besteht.
-
2 ist eine Querschnittansicht, die die Beziehung zwischen dem rotierenden Kurbelzapfen und dem Pleuelstangenlager zeigt.
-
3 ist eine Zeichnung, die die innere Oberfläche des oberen Halbschalenlagers des in 2 gezeigten Pleuelstangenlagers zeigt.
-
4 ist eine Zeichnung, die die innere Oberfläche des unteren Halbschalenlagers des in 2 gezeigten Pleuelstangenlagers zeigt.
-
5 ist eine vergrößerte Ansicht des durch Pfeil Y bezeichneten Bereichs in 2.
-
6 ist eine Zeichnung, die die Größenverhältnisse etc. zwischen dem oberen und dem unteren in 5 gezeigten Halbschalenlager zeigt.
-
7 ist eine Seitenansicht des Pleuelstangenlagers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
-
8 ist eine Seitenansicht des Pleuelstangenlagers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
-
Genaue Beschreibung der Erfindung
-
Ausführungsform 1
-
1 ist eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, wobei sich die Kurbelwelle zusammensetzt aus einem Achsenlagerbereich und einem Kurbelzapfen; dabei sind in der Figur ein Achsenlagerbereich 10, ein Kurbelzapfen 12 und eine Pleuelstange 14 gezeigt. Diese drei Elemente sind, senkrecht zu der Zeichnung gesehen, in der Weise angeordnet, dass der Achsenlagerbereich 10 am weitesten hinten liegt und der Kurbelzapfen 12 davor liegt, wobei der Kurbelzapfen 12 von einem Kurbelwellenendgehäuse 16 der Pleuelstange 14 umgeben ist und das andere Ende der Pleuelstange mit dem Kolben verbunden ist.
-
Der Achsenlagerbereich 10 ist im unteren Teil des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors mittels eines Paars von Halbschalenlagern 18A und 18B gelagert. In dem Halbschalenlager 18A, das in der Zeichnung oben gezeigt ist, ist eine Schmiermittelrille 18a über die gesamte Länge von dessen innerer Oberfläche gebildet.
-
Darüber hinaus weist der Achsenlagerbereich 10 in Richtung seines Durchmessers ein Durchgangsloch 10a auf und, wenn sich der Achsenlagerbereich 10 in der Richtung des Pfeils X dreht, treten die Öffnungen an beiden Enden des Durchgangslochs 10a abwechselnd mit der Schmiermittelrille 18a in Verbindung.
-
In der Kurbelwelle ist durch den Achsenlagerbereich 10, einen nicht gezeigten Kurbelarm und den Kurbelzapfen 12 ein Schmierölkanal 20 gebildet.
-
Der Kurbelzapfen 12 ist gelagert in einem am Gehäuse 16, das aus einem kurbelwellenseitigen Gehäuse 16A und einem lagerdeckelseitigen Gehäuse 16B besteht, die sich jeweils am Kurbelwellenende der Pleuelstange 14 befinden, und zwar durch ein Paar Halbschalenlager 24 und 26. Das Pleuelstangenlager 22 wird gebildet, indem die Halbschalenlager 24 und 26 so zusammengesetzt werden, dass ihre stumpfen Enden aneinanderstoßen. Die 2 bis 4 zeigen die Halbschalenlager 24 und 26, die das Pleuelstangenlager 22 bilden, im Detail, in dem Halbschalenlager 24 ist eine umlaufende Rille 24C gebildet, und zwar über eine Länge im Umlaufwinkelbereich von 45 Grad, ausgehend von dem Ende 24A der beiden Umlaufenden 24A und 24B hin zu dem Umlaufmittelbereich. Die umlaufende Rille 24C ist im Mittelbereich der axialen Länge (d. h. des axialen Abstands zwischen den beiden axialen Enden 24a und 24b in axialer Richtung) des Halbschalenlagers 24 angeordnet. Eine geneigte Fläche 24D ist dadurch gebildet, dass ein Teil der inneren Oberfläche des Endes 24A des Halbschalenlagers 24 abgeschnitten wird, und zwar über die gesamte Länge zwischen den beiden axialen Enden 24a und 24b und parallel zu einer gedachten, senkrecht zur Achse des Lagers stehenden Ebene. Die geneigte Fläche 24D definiert zusammen mit der entsprechenden, in dem Halbschalenlager 26 gebildeten, geneigten Fläche 26D eine axiale Rille 24E mit dreieckigem Querschnitt.
-
2 zeigt zwar eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Umlaufenden 24A, 24B, 26A und 26B der Halbschalenlager 24 und 26 (3 und 4) mit geneigten Flächen 24D, 24G, 26D und 26G versehen sind; dies beschränkt jedoch nicht die Erfindung. Die geneigten Flächen können bei mindestens einem oder bei beiden Halbschalenlagern vorgesehen sein.
-
In 2 ist eine umlaufende Rille 24C des Halbschalenlagers 24 an dem Ende 24A und entgegen der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 (Pfeil Z) gebildet.
-
Zusätzlich ist die geneigte Fläche 26D am Ende 26A der beiden Umlaufenden 26A und 26B des Halbschalenlagers 26 gebildet.
-
Obwohl es nicht zwingend ist, dass auch an den Umlaufenden 24B und 26B der Halbschalenlager 24 und 26 eine umlaufende Rille und eine axiale Rille vorgesehen werden, zeigen die 2 bis 4 Beispiele, bei denen auch an den Umlaufenden 24B und 26B umlaufende Rillen und axiale Rillen vorgesehen sind. Solche umlaufenden und axialen Rillen werden an den Umlaufenden 26B und 24B achsensymmetrisch zu der umlaufenden Rille 24C und der axialen Rille 24E an den Umlaufenden 24A und 26A gebildet, und zwar bezüglich der Zentralachse des Pleuelstangenlagers, wobei die axiale Rille 26H von den geneigten Flächen 26G und 24G gebildet und von der umlaufenden Rille 26F geteilt wird. Die umlaufende Rille 26F wird in dem Halbschalenlager 26, entsprechend der umlaufenden Rille 240, an dem Ende 26B und entgegen der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 gebildet.
-
Die folgenden Abmessungen dieser Ausführungsform seien rein beispielhaft genannt:
Durchmesser des durch den Kurbelzapfen 12 gebildeten Schmierölkanals 20: 5 bis 7 mm;
Breite der umlaufenden Rillen 24C und 26F: 1 bis 7 mm;
Tiefe der umlaufenden Rillen 24C und 26F: 0,1 bis 0,5 mm (Anmerkung: Hierbei ist die Größe der Fremdsubstanzpartikel zu berücksichtigen);
in dem Halbschalenlager werden im allgemeinen eine Öl-Aussparung und eine Zusammenstoß-Aussparung gebildet. Die Öl-Aussparung wird so gebildet, dass die Dicke der beiden Umlaufendbereiche, die an das andere Halbschalenlager anstoßen, dünner ist als die des Umlaufmittelbereichs, und zwar so dass die Dicke der beiden Umlaufendbereiche zu den Umlaufenden hin allmählich abnimmt. Die Zusammenstoß-Aussparung wird so gebildet, dass die Dicke der beiden Umlaufendbereiche lokal dünner ist. Dabei kann die Tiefe der umlaufenden Rillen 24C und 26F größer sein als die Abnahme der Dicke des Halbschalenlagers im Bereich der Zusammenstoß-Aussparung oder der Öl-Aussparung, wenn man die Dicke im Umlaufmittelbereich des Halbschalenlagers als Bezugspunkt wählt;
Länge der umlaufenden Rillen 24C und 26F: Die Umlauflänge entspricht einem Umlaufwinkel von bis zu 45 Grad von den Umlaufenden zu der Umlaufmitte. Dieser Winkel wurde im Hinblick auf die Tatsache, dass der Umlaufmittelbereich des Halbschalenlagers 22 die höchste Last trägt, so definiert, dass der Umlaufmittelbereich vermieden wird;
Breite (L1) der axialen Rillen 24E und 26H: weniger als 2 mm;
Tiefe (L2) der axialen Rillen 24E und 26H: 0,1 bis 0,5 mm; und
Zusammenstoß-Aussparung: Die Zusammenstoß-Aussparung wird auf einer inneren Oberfläche jedes der Endbereiche der Umlaufenden 24A, 24B, 26A und 26B der Halbschalenlager 24 und 26 gebildet. Die Umlauflänge der Zusammenstoß-Aussparung, die sich von dem Umlaufende zu dem Umlaufmittelbereich erstreckt, beträgt 3 bis 15 mm. Die Abnahme der Dicke des Halbschalenlagers im Bereich der Zusammenstoß-Aussparung beträgt 0,01 bis 0,05 mm, wenn man die Dicke im Umlaufmittelbereich des Halbschalenlagers als Bezugspunkt wählt.
-
Das Pleuelstangenlager gemäß dieser Ausführungsform ist wie oben beschrieben ausgebildet und seine Funktion wird nachfolgend beschrieben.
-
Im Betrieb des Motors wird Schmieröl von dem in dem Zylinderblock gelegenen Ölkanal durch eine in der Wand des Halbschalenlagers 18A gebildete Öffnung in die Schmiermittelrille 18a geführt. Die beiden Halbschalenlager 18A und 18B bilden das Kurbelwellenlager, das die Kurbelwelle im ihrem Achsenlagerbereich 10 lagert. Auf der inneren Oberfläche des Halbschalenlagers 18A ist die Schmiermittelrille 18a gebildet. Obwohl die Öffnungen an beiden Enden des radialen Durchgangslochs 10a intermittierend mit der Schmiermittelrille 18a in Verbindung treten, entsteht in dem Durchgangsloch 10a ein Schmieröldruck, wenn die Verbindung eintritt, und außerdem wirkt ein Schmierölzufuhrdruck auch auf den Schmierölkanal 20, der mit dem Durchgangsloch 10a verbunden ist, so dass das Schmieröl über einen Auslass (eine Öffnung) des Schmierölkanals 20, der an der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens 12 vorhanden ist, in die Gleitfläche zwischen dem Kurbelzapfen 12 und dem Pleuelstangenlager 22 eingeführt wird. Wenn der Auslass (die Öffnung) des Schmierölkanals 20 entsprechend der Rotation des Kurbelzapfens 12 intermittierend mit den umlaufenden Rillen 24C und 26F in Verbindung tritt, wird jedoch eine große Menge Schmieröl in die umlaufenden Rillen 24C und 26F eingeführt, und die in dem Schmieröl enthaltene Fremdsubstanz 28 sowie die in dem umlaufenden Rillen 24C und 26F bereits enthaltene Fremdsubstanz 28 fließen über die umlaufenden Rillen ab. Dieses Abfließen wird gewährleistet durch das Vorhandensein der axialen Rillen 24E und 26H, die in Öl-Verbindung mit den umlaufenden Rillen 24C und 26F stehen. Der Hauptteil der Fremdsubstanzen 28 fließt durch die umlaufenden Rillen 24C und 26F, kommt an den axialen Rillen 24E und 26H an und wird darin eingeführt, um an beiden axialen Enden, parallel zu einer gedachten, senkrecht zu der Achse des Lagers stehenden Ebene aus dem Lager abgeleitet zu werden. Der Grund hierfür ist, dass die Fremdsubstanzen nur schwer in die Gleitfläche des jeweils anderen Halbschalenlagers eindringen, da sich dort keine umlaufenden Rillen befinden.
-
Da die umlaufenden Rillen 24C und 26F an den Seiten der Umlaufenden der Halbschalenlager 24 und 26 vorhanden sind, wobei die Umlaufenden in die Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 weisen, wird die Ableitung der in den umlaufenden Rillen 24C und 26F vorhandenen Fremdsubstanzen 28 gefordert.
-
Wenn die Querschnittsflächen der umlaufenden Rillen 24C und 26F dabei zu den Umlaufenden hin graduell zunehmen, fließen das Schmieröl und die Fremdsubstanzen 28 durch die umlaufenden Rillen 24C und 26F langsam zu den Umlaufenden, so dass die Fremdsubstanzen 28 sicher zusammen mit dem Schmieröl in den umlaufenden Rillen zu den axialen Rillen fließen. Wenn sich das Schmieröl und die Fremdsubstanzen 28 den axialen Rillen nahem, wird ihre Fließgeschwindigkeit geringer, so dass verhindert werden kann, dass diese trägheitsbedingt über die axialen Rillen hinweg in das andere Halbschalenlager fließen.
-
Wenn die Querschnittsflächen der umlaufenden Rillen 24C und 26F größer als die der axialen Rillen 24E und 26H sind, wird die Fließgeschwindigkeit des Schmieröls und der Fremdsubstanzen, die in den umlaufenden Rillen 24C und 26F relativ langsam fließen, in den axialen Rillen 24E und 26H höher, so dass die Fremdsubstanzen über die axialen Enden schnell aus dem Lager nach außen abgeleitet werden.
-
Ausführungsform 2
-
Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform 1 besteht das Pleuelstangenlager 22 aus einer Kombination aus einem Halbschalenlager 24, dessen umlaufende Rille 24C nur an dem Ende 24A auf der Seite des Pfeils Z in der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 gebildet ist, und einem Halbschalenlager 26, dessen umlaufende Rille 26F nur an dem Ende 26B auf der Seite des Pfeils Z in der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 gebildet ist. Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform 2 (einer Abwandlung) ist die Wirkung mehr oder weniger geringer. Eine für die praktische Anwendung zufriedenstellende Ableitung von Fremdsubstanzen kann jedoch auch hierbei erreicht werden. Die Ausführungsform 2 verwendet ein Pleuelstangenlager bestehend aus einem Halbschalenlager 30, das auf der Oberseite (d. h. der Kurbelwellenendgehäuseseite der Pleuelstange) angeordnet ist, und ein Pleuelstangenlager bestehend aus einem Halbschalenlager 32, das auf der Unterseite (d. h. der Kurbelwellenenddeckelseite) angeordnet ist. Dabei umfassen beide Halbschalenlager 30 und 32 umlaufende Rillen 30A, 30B, 32A und 32B, die die gleiche Form wie die umlaufenden Rillen 24C und 26F bei Ausführungsform 1 haben, sowie (nicht gezeigte) axiale Rillen, die die gleiche Form wie die axialen Rillen 24E und 26H bei Ausführungsform 1 haben, an der inneren Oberfläche der beiden Umlaufenden. Da das Pleuelstangenlager gemäß dieser Ausführungsform nicht nur die umlaufenden Rillen 30A und 32B zur Ableitung der Fremdsubstanzen in die axialen Rillen in der Rotationsrichtung (der Richtung des Pfeil Z) des Kurbelzapfens 12 aufweisen, sondern auch die umlaufenden Rillen 30B und 32B in der der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 entgegen gesetzten Richtung, kann verhindert werden, dass es zu einem Fehler kommt, wenn die Halbschalenlager so zusammengebaut werden, dass die umlaufenden Rillen nur an dem Ende der der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 entgegen gesetzten Richtung angeordnet sind.
-
Ausführungsform 3
-
Wie in 8 gezeigt, verwendet die Ausführungsform 3 (eine Abwandlung) ein Pleuelstangenlager bestehend aus einem Halbschalenlager 34, das auf der Oberseite (d. h. der Kurbelwellenendgehäuseseite der Pleuelstange) angeordnet ist, und ein Pleuelstangenlager bestehend aus einem Halbschalenlager 36, das auf der Unterseite (d. h. der Kurbelwellenenddeckelseite) angeordnet ist. Das Halbschalenlager 34 weist eine innere Oberfläche ohne umlaufende Rillen auf. Das Halbschalenlager 36 weist umlaufende Rillen 36A und 36B auf, die die gleiche Form wie die umlaufenden Rillen 24C und 26F bei Ausführungsform 1 haben, sowie (nicht gezeigte) axiale Rillen, die die gleiche Form wie die axialen Rillen 24E und 26H bei Ausführungsform 1 haben, an der inneren Oberfläche der beiden Umlaufenden. Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform 3 ist die Wirkung mehr oder weniger geringer als bei Ausführungsform 1. Eine für die praktische Anwendung zufriedenstellende Ableitung von Fremdsubstanzen kann jedoch auch hierbei erreicht werden. Da das Pleuelstangenlager gemäß dieser Ausführungsform nicht nur die umlaufenden Rille 36B zur Ableitung der Fremdsubstanzen in die axialen Rillen in der Rotationsrichtung (der Richtung des Pfeil Z) des Kurbelzapfens 12 aufweist, sondern auch die umlaufende Rille 36A in der der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 entgegen gesetzten Richtung, kann verhindert werden, dass es zu einem Fehler kommt, wenn die Halbschalenlager so zusammengebaut werden, dass die umlaufenden Rillen nur an dem Ende der der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens 12 entgegen gesetzten Richtung angeordnet sind. Außerdem kann das auf der Oberseite (d. h. der Kurbelwellenendgehäuseseite der Pleuelstange) angeordnete Halbschalenlager als Halbschalenlager 36 mit umlaufenden Rillen genommen werden und das auf der Unterseite (d. h. der Kurbelwellenenddeckelseite) angeordnete Halbschalenlager kann als Halbschalenlager 34 ohne bekannte Schmiermittelrille entlang der gesamten Umlauflänge genommen werden.
-
Test zur Bestätigung der Leistung hinsichtlich der Ableitung von Fremdsubstanzen
-
Der obengenannte Test wurde durchgeführt an Pleuelstangenlagern gemäß den Ausführungsformen 1 bis 3, einem Pleuelstangenlager ohne umlaufende und axiale Rillen und an Pleuelstangenlagern gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3. Vergleichsbeispiel 1 ist eine Pleuelstangenlager, das nur axiale Rillen von der gleichen Form wie bei Ausführungsform 1 in einem herkömmlichen Pleuelstangenlager aufweist; Vergleichsbeispiel 2 ist ein Pleuelstangenlager, das umlaufende Rillen von der gleichen Form wie bei Ausführungsform 2, aber keine axialen Rillen aufweist; und Vergleichsbeispiel 3 ist ein Pleuelstangenlager, das umlaufende Rillen von über die gesamte Umlauflänge konstanter Breite und Tiefe, aber keine axialen Rillen aufweist. Die getesteten Lager und die Testbedingungen waren wie folgt: Tabelle 1 Getestete Lager
| Typ | Umlaufende Rille (Größe an der Stelle der Verbindung mit der axialen Rille) | Axiale Rille |
| Anordnung (Position) | Breite (mm) | Tiefe (mm) | L1 (mm) | L2 (mm) |
| Ausführungsform 1 | *30° vom Umlaufende (nur ein Umlaufendbereich) | 1 | 0.3 | 0.6 | 0.3 |
| Ausführungsform 2 | *30° vom Umlaufende (beide Umlaufendbereiche) | 1 | 0.3 | 0.6 | 0.3 |
| Ausführungsform 3 | *30° vom Umlaufende (beide Umlaufendbereiche) | 1 | 0.3 | 0.6 | 0.3 |
| keine | - | - | 0.6 | 0.3 |
| Herkömmlicher Typ | keine | - | - | - | - |
| Vergleichsbeispiel 1 | keine | - | - | 0.6 | 0.3 |
| Vergleichsbeispiel 2 | *30° vom Umlaufende (nur ein Umlaufendbereich) | 1 | 0.3 | - | - |
| Vergleichsbeispiel 3 | Gesamte Umlauflänge | 1 | 0.3 | - | - |
*Anmerkung: Der angegebene Winkel ist der Umlaufwinkelbereich gemessen vom Umlaufende des Halbschalenlagers und entspricht der Länge der umlaufenden Rille.
-
Eine Welle (Siehe Tabelle 2) wurde unter Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Pleuelstangenlager gelagert und unter Druckumlaufschmierung angetrieben. Die Welle simulierte dabei Kurbelzapfen. Der inneren Oberfläche des Testlagers wurde über einen Schmierölkanal, der radial von einem zentralen Ölkanal in dem Kurbelzapfen abzweigt, unter Druck Schmieröl zugeführt. Vor dem Test wurde ein mit 1 mg Fremdsubstanz aus feinen Teilchen vermischter Schmierstoff auf die innere Wand des Schmierölkanals in der Nähe des Auslasses, der auf der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens liegt, aufgetragen. Die Fremdsubstanzteilchen bestanden aus einen Material auf Eisenbasis und hatten einen langen Durchmesser von 0,17 bis 0,2 mm und eine Dicke von 0,05 bis 0,1 mm. Die Testbedingungen sind in Tabelle 2 angegeben. Bei dem Pleuelstangenlagertest wurden für jeden Lagertyp drei Probekörper (N = 3) verwendet. Tabelle 2 Testbedingungen
| Parameter Druck etc. | Größe, Größe wie z. B. Druck etc. | Einheit |
| Wellendurchmesser | 38 | mm |
| Lagerbreite | 15 | mm |
| Oberflächendruck | 4 | MPa |
| Drehzahl | 780 | U/min |
| Testdauer | 1 | h |
| Schmieröl (Type) | VG22 | - |
| Oberflächenrauhigkeit der Welle | 0.8 | Rmax (μm) |
-
Testergebnisse
-
Nach jeweils einstündigem Rotationstestlauf wurde die Zahl der Fremdsubstanzpartikel, die der inneren Oberfläche des zylindrischen Lagers aus den beiden Halbschalenlagern anhafteten oder darin eingebettet waren, ermittelt. Das Testergebnis ist um so besser, je geringer die Zahl der verbleibenden Teilchen ist. Eine kleinere Anzahl zeigt, dass mehr Fremdteilchen zusammen mit dem Schmieröl aus dem Lager abgeleitet wurden. Nach den Testergebnissen betrug die (durchschnittliche) Zahl der verbleibenden Teilchen beim herkömmlichen Lagertyp etwa 280, bei Ausführungsform 1 etwa 140, bei Ausführungsform 2 etwa 175, bei Ausführungsform 3 etwa 160, bei Vergleichsbeispiel 1 etwa 260, bei Vergleichsbeispiel 2 etwa 290 und bei Vergleichsbeispiel 3 etwa 320. Bezogen auf die Zahl verbleibender Teilchen beim herkömmlichen Lagertyp von etwa 260 als Bezugswert (100%), beträgt die Abnahme (in %) der Zahl der verbleibenden Teilchen bei den Probekörpern jeweils:
Vergleichsbeispiel 1: –7%,
Vergleichsbeispiel 2: +4%,
Vergleichsbeispiel 3: +14%,
Ausführungsform 1: –46%,
Ausführungsform 3: –38%, and
Ausführungsform 2: –32%.
-
Gemäß diesen Ergebnissen zeigt die in den 1 bis 6 gezeigte Ausführungsform 1 die beste Leistung, gefolgt von der in 8 gezeigten Ausführungsform 3 an zweiter Stelle und der in 7 gezeigten Ausführungsform 2 an dritter Stelle. Es hat sich gezeigt, dass alle Ausführungsformen eine gute Ableitungswirkung bezüglich der Fremdsubstanzen zeigen, wobei diese Wirkung im Vergleich zu herkömmlichen Lagern über 30% beträgt.
