-
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Herkömmliche Kurbelwellen werden mittels Gleitlagern gelagert.
-
Im Stand der Technik, beispielsweise in der
US 6 422 193 B2 , der
US 5 957 099 A und der
US 4 762 098 A , sind Lagerungen von Kurbelwellen mittels eines Gleitlagers an dem einen Ende und mittels eines Wälzlagers am gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle beschrieben.
-
Im Stand der Technik sind Kurbelwellen bekannt, bei welchen alle Lager als Wälzlager ausgebildet sind. Die Montage herkömmlicher ungeteilter Wälzlager ist dabei nur an einer so genannten gebauten Kurbelwelle möglich. Alternativ dazu können bei einer herkömmlichen, als ein Formbauteil hergestellten Kurbelwelle geteilte Wälzlager verwendet werden. Beide Möglichkeiten sind technologisch aufwendig und teuer.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Beim erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug mit einer in einem Motorgehäuse des Verbrennungsmotors mittels zumindest eines Gleitlagers gelagerten.
-
Kurbelwelle sind zumindest die beiden an jeder Stirnseite der Kurbelwelle angeordneten Lager Wälzlager.
-
Bei Gleitlagern tritt während des Betriebs eine Flüssigkeitsreibung auf. Die Flüssigkeitsreibung tritt dann auf, wenn sich zwischen den Gleitflächen ein permanenter Schmierfilm, beispielsweise aus Öl, bildet. Bei geringen Drehzahlen treten in Gleitlagern erhebliche Reibungsverluste durch so genannte Mischreibung auf. Die Mischreibung kann bei unzureichender Schmierung oder zu Beginn der Bewegung zweier Reibpartner mit Schmierung auftreten. Dabei berühren sich die Gleitflächen punktuell. Der Verschleiß ist höher als bei reiner Flüssigkeitsreibung.
-
Wälzlager verursachen im Vergleich zu Gleitlagern weniger Energieverluste, da die Flüssigkeitsreibung durch eine Rollreibung substituiert ist. Die Lebensdauer des Wälzlagers kann durch eine Beaufschlagung mit Schmieröl verlängert und die auftretende Rollreibung im Wälzlager kann dadurch weiter verringert werden. Im Vergleich zum Gleitlager ist die benötigte Schmierölmenge geringer. Somit muss in einer Ölpumpe weniger Öl bewegt werden und der Energiebedarf der Ölpumpe ist reduziert.
-
Durch den Einsatz von zwei Wälzlagern am vorderen und hinteren Ende liegt die Kurbelwelle in der Ruheposition im Gegensatz zu einer herkömmlichen, vollständig gleitgelagerten Kurbelwelle nicht mehr in den Gleitlagern auf. Dadurch ist das so genannte Losbrechmoment einer solchen Kurbelwelle gegenüber herkömmlichen, vollständig gleitgelagerten Kurbelwellen verringert.
-
Somit ist auch in der Startphase des Verbrennungsmotors ein reibungsarmer Betrieb ermöglicht.
-
Besonders vorteilhafterweise ist eine Mischreibung in den Gleitlagern der Kurbelwelle sicher vermieden. Dadurch ist der Verschleiß der Gleitlager insbesondere beim Motorstart oder bei niedrigen Drehzahlen minimiert.
-
Der aus der verringerten Reibung resultierende geringere Energiebedarf bei Startvorgängen von Verbrennungsmotoren kann eine Schadstoff- und/oder die CO2-Emission bei so genannten Start/Stoppsystemen, welche den Verbrennungsmotor bei einem Halt des Fahrzeugs stoppen, verringern.
-
Insbesondere bei Start/Stoppsystemen ist die Kurbelwelle in der Ruheposition zentriert und in den Gleitlagern ist ein vollumfänglicher Schmierfilm erhalten, der für einen energieärmeren, hydrodynamischen Startvorgang ohne Mischreibung sorgt und dadurch die Gleitlager vor Verschleiß schützt. Somit ist vorteilhafterweise der Verschleiß der Gleitlager bei Startvorgängen des betriebswarmen Verbrennungsmotors mit dem betriebswarmen und dünnflüssigen Motorenöl und dem daraus resultierenden sehr dünnen Schmierfilm verringert.
-
Zweckmäßigerweise können im erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor dünnflüssigere Schmieröle verwendet werden, woraus verringerte innermotorische Reibungsverluste resultieren, ohne dass eine Lagerschädigung der Gleitlager, beispielsweise durch einen Schmierfilmabriss auftritt.
-
Besonders vorteilhafterweise sind nur geringe konstruktive und fertigungstechnische Anpassungen einer herkömmlichen Kurbelwelle notwendig, um an dieser stirnseitig jeweils ein Wälzlager anzuordnen. Damit sind im Vergleich zu einer vollständig mit Wälzlagern gelagerten Kurbelwelle die Herstellungs- und Entwicklungskosten reduziert.
-
Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine ausschließlich mittels Gleitlagern gelagerte herkömmliche Kurbelwelle nach dem Stand der Technik in einer Ruheposition und
-
2 schematisch eine stirnseitig mittels Wälzlagern gelagerte Kurbelwelle in einer Ruheposition.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist schematisch eine ausschließlich mittels Gleitlagern 3 gelagerte herkömmliche Kurbelwelle 2 nach dem Stand der Technik in einer Ruheposition dargestellt.
-
In einem herkömmlichen Verbrennungsmotor ist die Kurbelwelle 2 in einem nicht dargestellten Motorgehäuse ausschließlich mittels einer Mehrzahl von Gleitlagern 3 drehbar gelagert (1). Diese Gleitlager 3 werden während des Motorbetriebs mit Öl, welches während des Motorbetriebs von einer nicht dargestellten Ölpumpe gefördert wird, versorgt.
-
In Gleitlagern 3 tritt während des Betriebs eine Flüssigkeitsreibung auf. Die Flüssigkeitsreibung tritt dann auf, wenn sich zwischen der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 und der Gleitfläche 5 der Kurbelwelle 2 ein permanenter Schmierfilm S, beispielsweise aus Öl, bildet. Bei geringen Drehzahlen treten in Gleitlagern 3 erhebliche Reibungsverluste durch so genannte Mischreibung auf. Die Mischreibung kann bei unzureichender Schmierung oder zu Beginn der Bewegung der Kurbelwelle 2 im Gleitlager 3 auftreten. Dabei berühren sich die Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 und die Gleitfläche 5 der Kurbelwelle 2 punktuell. Der Verschleiß ist bei dieser Mischreibung höher als bei reiner Flüssigkeitsreibung.
-
In der Ruheposition wird der Verbrennungsmotor von der Ölpumpe nicht mit Öl beaufschlagt und somit werden die Gleitlager 3 nicht mit Öl versorgt. Die Kurbelwelle 2 sinkt wegen dieses Mangels an Öl und in Folge der Schwerkraft in Richtung der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 ab. Daraus resultiert eine Berührung der Gleitfläche 5 der Kurbelwelle 2 mit der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 an zumindest einer Kontaktfläche 6. An dieser Kontaktfläche 6 ist der Schmierfilm des Gleitlagers 3 unterbrochen und es tritt die oben beschriebene Mischreibung auf. Die Mischreibung erhöht den Verschleiß der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 und der Gleitfläche 5 der Kurbelwelle 2 und aus der Mischreibung resultiert ein großes Losbrechmoment der Kurbelwelle 2 beim Motorstart. Das hohe Losbrechmoment erfordert eine größere Antriebsleistung eines nicht dargestellten Anlassers des Verbrennungsmotors. Insbesondere bei so genannten Start/Stoppsystemen, welche den Verbrennungsmotor bei einem Halt des Fahrzeugs stoppen, führt dies zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Anlassers.
-
In 2 ist schematisch eine stirnseitig mittels Wälzlagern 1 gelagerte Kurbelwelle 2 in einer Ruheposition dargestellt.
-
Die Kurbelwelle 2 des erfindungsgemäßen Motors ist in einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse mittels einer Mehrzahl von Gleitlagern 3 drehbar gelagert (2). Die beiden an jeder Stirnseite der Kurbelwelle 2 angeordneten Lager sind Wälzlager 1. Diese Wälzlager 1 sind beispielsweise als herkömmliche Nadellager, Kugellager und/oder Rollenlager ausgebildet. Die Wälzlager 1 sind bedingt durch die stirnseitige Anordnung an der Kurbelwelle vorteilhafterweise ungeteilt ausgebildet und besonders einfach auf einem jeweiligen Endbereich 7 der Kurbelwelle 2 form- und/oder kraftschlüssig anordenbar.
-
Der Endbereich 7 der Kurbelwelle 2 ist vorzugsweise als rotationssymmetrischer Wellenabschnitt mit einem Außendurchmesser A ausgeformt. Der Außendurchmesser A ist beispielsweise derart ausgebildet, dass er mit einem Innendurchmesser B des Wälzlagers 1 korrespondiert und zwischen einem nicht näher dargestellten Innenring des Wälzlagers 1 und dem Endbereich 7 der Kurbelwelle 2 eine so genannte Presspassung gebildet ist. Somit ist das Wälzlager 1 sicher am Endbereich 7 der Kurbelwelle 2 gehalten.
-
Die Wälzlager 1 verursachen im Vergleich zu den Gleitlagern 3 weniger Energieverluste, da die Flüssigkeitsreibung des Gleitlagers 3 durch eine Rollreibung bei dem Wälzlager 1 substituiert ist. Die Lebensdauer des Wälzlagers 1 kann durch eine Beaufschlagung mit Schmieröl verlängert und die auftretende Rollreibung im Wälzlager 1 kann dadurch weiter verringert werden. Im Vergleich zum Gleitlager 3 ist die benötigte Schmierölmenge des Wälzlagers 1 geringer. Somit muss in der Ölpumpe weniger Öl bewegt werden und der Energiebedarf der Ölpumpe ist reduziert.
-
In der Ruheposition ist die Kurbelwelle 2 mittels der beiden stirnseitig angeordneten Wälzlager 1 sicher innerhalb der Gleitlager 3 zentriert gehalten, so dass ein Abstand zwischen der Gleitfläche 5 der Kurbelwelle 2 und der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 über den gesamten Umfang der Gleitfläche 4 konstant ist. Insbesondere ein Absinken der Kurbelwelle 2 in Richtung der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 ist sicher vermieden. Somit ist unter allen auftretenden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors ein vollumfänglicher Schmierfilm S zwischen der Gleitfläche 5 der Kurbelwelle 2 und der Gleitfläche 4 des Gleitlagers 3 ermöglicht.
-
Besonders vorteilhafterweise ist die Mischreibung in den Gleitlagern 3 der Kurbelwelle 2 sicher vermieden. Dadurch ist der Verschleiß der Gleitlager 3 insbesondere beim Motorstart oder bei niedrigen Drehzahlen minimiert.
-
Der aus der verringerten Reibung resultierende geringere Energiebedarf bei Startvorgängen von Verbrennungsmotoren kann eine Schadstoff- und/oder die CO2-Emission bei so genannten Start/Stoppsystemen, welche den Verbrennungsmotor bei einem Halt des Fahrzeugs stoppen, verringern.
-
In einer besonders günstigen Ausführungsform ist bei Verbrennungsmotoren mit Start/Stoppsystem die Kurbelwelle 2 in der Ruheposition zentriert und in den Gleitlagern 3 ist ein vollumfänglicher Schmierfilm S erhalten, der für einen energieärmeren, hydrodynamischen Startvorgang ohne Mischreibung sorgt und dadurch die Gleitlager 3 vor Verschleiß schützt. Somit ist vorteilhafterweise der Verschleiß der Gleitlager 3 bei Startvorgängen des betriebswarmen Verbrennungsmotors mit dem betriebswarmen und dünnflüssigen Motorenöl und dem daraus resultierenden sehr dünnen Schmierfilm S verringert.
-
Durch die verringerte Reibung innerhalb der Gleitlager 3 ist das Losbrechmoment einer solchen Kurbelwelle 2 gegenüber herkömmlichen, vollständig gleitgelagerten Kurbelwellen verringert. Somit wird der Anlasser des Verbrennungsmotors entlastet und/oder ein schwächer dimensionierter Anlasser ist einsetzbar.
-
Durch die sichere Vermeidung der Mischreibung in den Gleitlagern 3 ist auch in der Startphase des Verbrennungsmotors ein reibungsarmer Betrieb ermöglicht.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können im erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor dünnflüssigere Schmieröle verwendet werden, woraus verringerte innermotorische Reibungsverluste resultieren, ohne dass eine Lagerschädigung der Gleitlager 3, beispielsweise durch einen Schmierfilmabriss auftritt.
-
Besonders vorteilhafterweise sind nur geringe konstruktive und fertigungstechnische Anpassungen einer herkömmlichen Kurbelwelle 2 notwendig, um an dieser stirnseitig jeweils ein Wälzlager 1 anzuordnen. Damit sind im Vergleich zu einer vollständig mit Wälzlagern 1 gelagerten Kurbelwelle 2 die Herstellungs- und Entwicklungskosten reduziert.
-
Die Erfindung ermöglicht eine besonders verschleißarme Ausbildung der Kurbelwellenlagerung und kann vorteilhafterweise sowohl bei Reihen- als auch bei V-Motoren und deren Mischformen angewendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlager
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Gleitlager
- 4
- Gleitfläche
- 5
- Gleitfläche
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Endbereich
- S
- Schmierfilm
- A
- Außendurchmesser
- B
- Innendurchmesser
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 6422193 B2 [0003]
- US 5957099 A [0003]
- US 4762098 A [0003]
