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Technischer Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pleuelstangenlager (d. h. ein Gleitlager) für Verbrennungsmotoren, welches aus einem Paar halbzylindrischer Lager besteht, und welches einen Kurbelzapfen rotierbar lagert und eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbindet, wobei sowohl die innere Oberfläche eines die Kurbelwelle lagernden Hauptlagers als auch durch einen in der Kurbelwelle gebildeten Schmieröldurchlass eine innere Oberfläche des Pleuelstangenlagers mit Schmieröl beschickt wird.
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Stand der Technik
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Die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors wird im unteren Abschnitt des Zylinderblock eines Verbrennungsmotors im Lagerzapfenbereich gelagert sowie durch ein aus zwei halbzylindrischen Lagern bestehendes Hauptlager. Im Hauptlager wird über ein in der Wand des Zylinderblocks gebildetes Ölreservoir (gallery) und einen in der Wand des Hauptlagers gebildeten Durchgang von einer Ölpumpe Schmieröl in eine Ölnut eingespeist, die auf der inneren Oberfläche des Hauptlagers gebildet ist. Ein erster Schmieröldurchlass verläuft diametrisch durch den Lagerzapfenbereich, wobei an den beiden Enden des ersten Schmieröldurchlasses die Öffnungen in Flüssigkeitsverbindung mit der Ölnut stehen. Weiterhin liegt ein zweiter Schmieröldurchlass in der Kurbelwelle vor, so dass er vom ersten diametrischen Schmieröldurchlass im Lagerzapfenbereich abzweigt, um den Kurbelarm zu passieren, wobei der zweite Schmieröldurchlass in Flüssigkeitsverbindung mit dem dritten Schmieröldurchlass steht, der diametrisch durch den Kurbelzapfen verläuft. Auf diese Weise fließt das vom Ölreservoir (oil gallery) in die Zylinderblockwand eingespeiste Schmieröl über die in der Hauptlagerwand gebildete Durchgangsöffnung in die Ölnut, welche auf der inneren Oberfläche des Hauptlager gebildet ist, durch den ersten, zweiten und dritten Schmieröldurchlass und wird zwischen die Gleitflächen des Kurbelzapfens und das Pleuelstangenlager von den Ausflussöffnungen an beiden Enden des dritten Schmieröldurchlasses (das ist die auf der Oberfläche des Kurbelzapfens vorliegende Schmierölauslassöffnung) gefördert.
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Das vom Zylinderblock des Verbrennungsmotors über den Lagerzapfenbereich der Kurbelwelle zum Pleuelstangenlager eingespeiste Schmieröl kann Fremdstoffe enthalten, die in den jeweiligen Schmieröldurchlässen zurückbleiben. Werden derartige, durch das Schmieröl eingeschleuste Fremdstoffe zwischen den Kurbelzapfen und das Pleuelstangenlager eingetragen, besteht die Gefahr, dass die Fremdstoffe die Gleitfläche des Pleuelstangenlagers schädigen. Die Fremdstoffe müssen daher schnell von der Gleitfläche des Kurbelzapfens und des Pleuelstangenlagers nach außen ausgetragen werden.
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Als Gegenmaßnahme gegen die das Schmieröl begleitenden Fremdstoffe wurde vorgeschlagen, die Fremdstoffe dadurch auszutragen, dass man bei einem der halbzylindrischen Lager des Hauptlagers, welches aus einem Paar halbzylindrischen Lagern besteht und welches den Kurbelzapfenbereich der Kurbelwelle abgestüzt, eine umlaufende Ölnut über die gesamte Umlauflänge der inneren Oberfläche vorsieht, wobei eines der halbzylindrischen Lager eine Durchgangsöffnung aufweist, die vom Ölreservoir im Zylinderblock direkt mit Schmieröl beschickt wird. Wird jedoch die vorstehende Idee auf das Pleuelstangenlager angewendet, wurde experimentell bestätigt, dass nicht nur die Entfernung der Fremdstoffe bewirkt wird, sondern dass der vorgeschlagene Weg kontraproduktiv ist, weil die Fremdstoffe in der umlaufenden Ölnut verbleiben, welche über die gesamte Umlauflänge der inneren Oberfläche des halbzylindrischen Lagers des Pleuelstangenlagers gebildet ist, und sie über die Gleitflächen des Lagers verteilt werden, wodurch sie für Lagerschäden verantwortlich werden.
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Dies beruht darauf, dass im Allgemeinen das Gehäuse, welches das Pleuelstangenlager hält, während des Betriebs des Motors beträchtlich deformiert wird, so dass der Spalt zwischen dem Kurbelwellenzapfen und dem Pleuelstangenlager während des Betriebs größer ist als der Spalt zwischen dem Kurbelzapfenbereich der Kurbelwelle und dem Hauptlager, so dass die in der Ölnut verbleibenden Fremdstoffe leicht über die Gleitfläche des Lagers verteilt werden, einschließend einen Umlaufmittelabschnitt des halbzylindrischen Lagers als einen Abschnitt primärer Lastaufnahme. Ein derartiges Pleuelstangenlager unterliegt verstärkt Schäden, verglichen mit einem herkömmlichen Pleuelstangenlager ohne eine derartige umlaufende Ölnut. Dies wurde experimentell bestätigt.
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Um die auf die Gleitfläche des Pleuelstangenlagers gelangten Fremdsubstanzen zusammen mit dem Schmieröl aus der Schmierölauslassöffnung auf der Oberfläche des Kurbelzapfens auszutragen, ist es vorstellbar, dass in einem inneren Oberflächenbereich des Pleuelstangenlagers, benachbart zum Umlaufende des Pleuelstangenlagers, eine teilweise umlaufende Nut gebildet wird, deren Ende in der gleichen Richtung ausgerichtet ist wie die relative Rotationsrichtung des Kurbelzapfens, und die dadurch die Fremdstoffe veranlasst, in der teilweise umlaufenden Nut abgefangen zu werden. Mit einer solchen Anordnung können die Fremdstoffe zusammen mit dem Schmieröl in die Nachbarschaft des Umlaufendes entlang der Umlaufnut geführt werden, wo die Fremdstoffe aus dem Pleuelstangenlager in axialer Richtung durch einen Spalt zwischen der Crush Relief-Oberfläche und dem Kurbelzapfen wirksam ausgetragen werden, wobei die Crush Relief-Fläche auf der inneren Oberfläche benachbart zum Umlaufendbereich des halbzylindrischen Lagers, das mit der teilweise umlaufenden Nut versehen ist, gebildet wird und, da das andere Umlaufende des zylindrischen Lagerpaares ohne umlaufende Nut im benachbarten Bereich zum umlaufenden Ende als Schranke fungiert, werden Fremdsubstanzen davon abgehalten, sich zu der Gleitfläche des halbzylindrischen Lagerpaares zu bewegen.
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Wenn jedoch bei der Fertigung von Verbrennungsmotoren die halbzylindrischen Lager in ein zweiteiliges Pleuelstangengehäuse eingebaut werden, könnte das mit der teilweisen Umlaufnut versehene halbzylindrische Lager versehentlich so eingebaut werden, dass das benachbart zur teilweisen Umlaufnut vorgesehene Umlaufende in Gegenrichtung zur relativen Rotationsrichtung des Kurbelzapfens zeigt. Erfolgt ein solcher fehlerhafter Einbau, wird die Umlaufnut in nachteiliger Weise die Fremdstoffe veranlassen, sich auf die Gleitfläche des Lagers zu bewegen. In diesem Zusammenhang brauchen Hersteller von Verbrennungsmotoren plansymmetrische halbzylindrische Lager, und brauchen selbst dann, wenn ein Paar halbzylindrischer Lager eine identische Gestalt aufweist, Pleuelstangenlager mit ausgezeichneten Austragseigenschaften für Fremdstoffe.
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An dieser Stelle möchten wir die nachstehenden Patentveröffentlichungen zum Stand der Technik anführen:
1.
JP-A-08-277831 2.
JP-A-2005-69283 -
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gleitlagers (d. h. ein Pleuelstangenlager) für Kurbelwellenzapfen von Verbrennungsmotoren mit ausgezeichneten Austragseigenschaften für Fremdstoffe, die in Schmieröl eingeschlossen sind, die durch einen internen Schmieröldurchlass einer Kurbelwelle eingespeist werden.
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Gemäß der vorstehenden Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung das nachstehende Pleuelstangenlager für Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren bereitgestellt.
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Es wird ein Pleuelstangenlager für Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren zur rotierenden Lagerung eines Kurbelzapfens einer Kurbelwelle mit einem internen Schmieröldurchlass bereitgestellt, wobei das Pleuelstangenlager aus einem Paar halbzylindrischer Lager besteht, von denen das eine ein oberes halbzylindrisches Lager ist, das an der Pleuelstangenseite des Pleuelstangenfußgehäuses angeordnet ist, und das andere ein unteres halbzylindrisches Lager ist, das an der Deckelseite des Pleuelstangenfußgehäuses angeordnet ist,
wobei das obere und das untere halbzylindrische Lager mit einem Bereich verminderter Wandstärke als Crush Relief (Anstoßaussparung, Druckentlastungsfase, Ausgleichsvertiefung, Druckaussparung) an der inneren Lageroberfläche versehen sind, angrenzend an die beiden Umlaufenden des oberen und unteren halbzylindrischen Lagers,
wobei das obere halbzylindrische Lager so mit dem Pleuelfußgehäuse der Pleuelstange zusammengebaut ist, dass der Umlaufmittelpunkt des oberen halbzylindrischen Lagers auf die Achse der Pleuelstange ausgerichtet ist, und
wobei an der inneren Lageroberfläche eine Umlaufnut so gebildet ist, dass sie sich von den beiden Umlaufenden des oberen und des unteren halbzylindrischen Lagers hin zu den Umlaufmittelpunkten der Lager innerhalb eines maximalen Umlaufwinkelbereichs von 45 Grad erstreckt, und dass sie den Bereich verminderter Wandstärke in zwei Abschnitte unterteilt, wobei die Breitenmittellinie der Umlaufnut auf den Öffnungsmittelpunkte der Schmierölauslassöffnung des internen Schmieröldurchgangs im Kurbelzapfen ausgerichtet ist, wobei die Schmierölauslassöffnung an der äußern Oberfläche des Kurbelzapfens vorhanden ist. Im Zusammenhang damit sei darauf hingewiesen, dass der typische Querschnitt des internen Schmieröldurchlasses eine runde Form aufweist.
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Weiterhin ist bei der Pleuelstange eine Eckkante des jeweiligen Umlaufendes in Fortsetzung der inneren Lageroberfläche abgeschrägt, um eine geneigte Oberfläche zu bilden, wodurch zwei axiale Nuten, die in Flüssigkeitsverbindung mit den vier Umlaufnuten stehen, definiert werden, welche über die gesamte axiale Breite des oberen und unteren halbzylindrischen Lagers, entlang der Umlaufenden an einander anstoßen, wenn die beiden halbzylindrischen Lager kreisförmig miteinander kombiniert werden,
wobei die Umlauflänge der Umlaufnut größer ist als die Umlauflänge des Bereichs mit verminderter Wandstärke, wobei die Tiefe der Umlaufnut vom Umlaufende hin zur Umlaufmitte allmählich abnimmt,
wobei die Breite der Umlaufnut nicht kleiner als ein Viertel des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung des internen Schmieröldurchlasses im Kurbelzapfen ist, aber geringer als der Durchmesser der Schmierölauslassöffnung, und wobei die Querschnittsflächen der Umlaufnut und der axialen Nut im Verbindungsbereich davon der folgenden Gleichung (1) genügen: Querschnittsfläche der Umlaufnut > Querschnittsfläche der axialen Nut (1)
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Als Beispiel für die bevorzugte Abmessung der axialen Nut sei hier angegeben:
Breite der Nut = weniger als 2 mm, und
Tiefe der Nut = 0,1 bis 0,5 mm.
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Die bevorzugte Abmessung des Bereichs verminderter Wandstärke des Lagers (d. h. ein Crush Relief-Bereich) ist:
Umlauflänge = 3 bis 15 mm;
Reduzierte Dicke = 0,1 bis 0,5 mm,
bezogen auf die Dicke des anderen Bereichs des Lagers.
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Der Ausdruck ,Crush Relief' ist in SAE J506 (siehe Pos. 3.26 und 6.4) und in DIN 1497 (siehe § 3.2) definiert, worunter man einen Bereich verminderter Wandstärke versteht, welcher durch Entfernung der Lagerwand nahe den beiden Umlaufenden eines Paars halbzylindrischer Lager auf der inneren Oberfläche gebildet wird, und zwar eine innere Oberfläche deren Bereich einen ,vom Krümmungsmittelpunkt der inneren Lageroberfläche in einem anderen Bereich des halbzylindrischen Lagers, einschließlich dessen Umlaufmittelpunkt, unterschiedlichen Krümmungsmittelpunkt aufweist', gebildet durch das Entfernen der Lagerwand nahe den beiden Umlaufenden des Paars halbzylindrischer Lager auf der Innenseite (wobei in dem Bereich verminderter Wandstärke die Wandstärke zum Umlaufende hin allmählich abnimmt).
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Tiefe der Umlaufnut innerhalb des Umlauflängenbereichs vom Umlaufende bis zu mindestens der Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung 0,1 bis 0,8 mm.
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genügt die Länge der Umlaufnut der folgenden Gleichung (2): Umlauflänge der Umlaufnut ≥ Umlauflänge des Bereichs mit verminderter Wandstärke + die Hälfte des Durchmesser der Schmierölauslassöffnung (2)
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Bei einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genügt die Breite der Umlaufnut der folgenden Gleichung (3): Die Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung > Breite der Umlaufnut ≥ ein Viertel des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung (3)
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Bei einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Boden der Umlaufnut im Querschnitt eine Bogenform auf, und die Breite der Umlaufnut vom Umlaufende hin zur Umlaufmitte des halbzylindrischen Lagers nimmt allmählich ab, und beträgt nicht weniger als ein Viertel, aber weniger als die Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung an einer Position im Abstand von der Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung vom Nutende an der Umlaufmittelseite hin zu der Umlaufendseite.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die folgende Pleuelstangenlagervorrichtung für Verbrennungsmotoren bereitgestellt.
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Die Pleuelstangenlagervorrichtung für Verbrennungsmotoren umfasst ein Pleuelstangenlager, das einen Kurbelzapfen rotierbar lagert und welcher eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einer Kurbelwelle mit internem Schmieröldurchlass verbindet, und ein Pleuelfußgehäuse der Pleuelstange zum Halten des Pleuelstangenlagers, wobei das Pleuelstangenlager aus einem Paar halbzylindrischer Lager besteht, von denen das eine ein oberes halbzylindrisches Lager ist, das an der Pleuelstangenseite des Pleuelfußgehäuses der Pleuelstange angeordnet ist, und das andere ein unteres halbzylindrisches Lager ist, das an der Deckelseite des Pleuelfußgehäuses der Pleuelstange angeordnet ist,
wobei das obere und das untere halbzylindrische Lager mit einem Bereich verminderter Wandstärke als Crush Relief an der inneren Lageroberfläche versehen sind, angrenzend an die beiden Umlaufenden des oberen und des unteren halbzylindrischen Lagers,
wobei das obere halbzylindrische Lager so mit dem Pleuelfußgehäuse der Pleuelstange zusammengebaut ist, dass der Umlaufmittelpunkt des oberen halbzylindrischen Lagers auf die Achse der Pleuelstange ausgerichtet ist, und
wobei an der inneren Lageroberfläche eine Umlaufnut gebildet ist, und zwar so, dass sie sich von den beiden Umlaufenden des oberen und des unteren halbzylindrischen Lagers hin zu den Umlaufmittelpunkten der Lager innerhalb eines maximalen Umlaufwinkelbereichs von 45 Grad erstreckt, und so, dass der Bereich verminderter Wandstärke in zwei Abschnitte unterteilt wird, wobei die Breitenmittellinie der Umlaufnut mit dem Öffnungsmittelpunkt der Schmierölauslassöffnung des internen Schmieröldurchgangs im Kurbelzapfen ausgerichtet ist, wobei die Schmierölauslassöffnung an der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens angeordnet ist,
wobei eine Eckkante des jeweiligen Umlaufendes in Fortsetzung der inneren Lageroberfläche abgeschrägt ist, um eine geneigte Fläche zu bilden, wodurch zwei axiale Nuten, die in Flüssigkeitsverbindung mit den vier Umlaufnuten stehen, definiert werden über die gesamte axiale Breite des oberen und des unteren halbzylindrischen Lagers entlang der Umlaufenden, die gegeneinander anstoßen, wenn die beiden halbzylindrischen Lager kreisförmig miteinander kombiniert werden,
wobei die Umlauflänge der Umlaufnut größer ist als die Umlauflänge des Bereichs mit verminderter Wandstärke,
wobei die Tiefe der Umlaufnut von dem Umlaufende hin zu der Umlaufmitte allmählich abnimmt,
wobei die Breite der Umlaufnut nicht kleiner ist als ein Viertel des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung des internen Schmieröldurchlasses in dem Kurbelzapfen, aber kleiner ist als der Durchmesser der Schmierölauslassöffnung, und
wobei die Querschnittsflächen der Umlaufnut und der axialen Nut im Verbindungsbereich davon der Gleichung (1) genügen: Querschnittsfläche der Umlaufnut > Querschnittsfläche der axialen Nut (1)
- (1) Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Umlaufnut auf der inneren Oberfläche des Lagers gebildet, angrenzend an die Umlaufenden des oberen und unteren halbzylindrischen Lagers innerhalb eines maximalen Umlaufwinkelbereichs von 45 Grad, ausgehend vom Umlaufende in Richtung auf den Umlaufmittelpunkt, so dass der Bereich verminderter Wandstärke (d. h. der Crush Relief-Bereich) in zwei Abschnitte unterteilt wird. Während des Betriebs des Motors wird das durch den internen Schmieröldurchlass, welcher vom Anfangsabschnitt der Kurbelwelle zu einem im Kurbelzapfen gebildeten Durchlass führt, eingespeiste Schmieröl zwischen dem Kurbelzapfen und dem Pleuelstangenlager über die auf der Oberfläche des Kurbelzapfens vorhandene Schmierölauslassöffnung aufgegeben und fließt zusammen mit den im Schmieröl eingeschlossenen Fremdstoffen entlang der Umlaufnut in Richtung auf das Umlaufende des halbzylindrischen Lagers in Rotationsrichtung des Kurbelzapfens.
- (2) Im Pleuelstangenlager der vorliegenden Erfindung ist eine Eckkante der jeweiligen Umlaufenden in Fortsetzung der inneren Lageroberflächen abgeschrägt, um eine geneigte Fläche zu bilden, wodurch zwei axiale Nuten, die in Flüssigkeitsverbindung mit den vier Umlaufnuten stehen, über die gesamte axiale Breite des oberen und des unteren halbzylindrischen Lagers entlang der Umlaufenden, die gegeneinander anstoßen, definiert werden, wenn die beiden halbzylindrischen Lager kreisförmig miteinander kombiniert werden.
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Die Fremdstoffe, die sich zusammen mit dem Schmieröl entlang der Umlaufnut bewegen und den Bereich des Umlaufendes erreicht haben, ändern folglich ihre Bewegungsrichtung beinahe rechtwinklig, um in die axiale Nut zu fließen, welche in Flüssigkeitsverbindung mit der Umlaufnut steht, und werden außerhalb des Pleuelstangenlagers über die beiden Enden der axialen Nut zusammen mit dem Schmieröl ausgetragen. Es sei darauf hingewiesen, dass, nachdem die Querschnittsbereiche der umlaufenden und axialen Nuten an ihrem Verbindungsbereich, der durch die Gleichung ,Querschnittsfläche der Umlaufnut > Querschnittsfläche der axialen Nut' ausgedrückte Beziehung genügen, die Strömungsrate des aus der Umlaufnut in die axiale Nut fließenden Schmieröls zunimmt, so dass in die Axialnut eintretende Fremdsubstanzen beschleunigt bewegt und ausgetragen werden.
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(3) Bei der vorliegenden Erfindung ist die Umlauflänge der Umlaufnut größer als die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke (d. h. des Crush Relief-Bereichs), und die Breite der Umlaufnut ist nicht kleiner als ein Viertel des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung des internen Schmier öldurchlasses im Kurbelzapfen, aber kleiner als der Durchmesser der Schmierölauslassöffnung. Bei einer solchen Konfiguration bewegt sich die Schmierölauslassöffnung des Kurbelzapfens infolge der relativen Rotation des Kurbelzapfens in Bezug auf das Pleuelstangenlager über die axiale Nut in den Bereich des halbzylindrischen Lagerpaars und weiterhin entlang der Umlaufnut (hierin nachstehend lediglich als zweite Umlaufnut bezeichnet) des halbzylindrischen Lagerpaars und bewegt sich durch das Ende der zweiten Umlaufnut in Richtung auf den Umlaufmittelpunkt des halbzylindrischen Lagerpaars. Während der Bewegung der Schmierölauslassöffnung wird das Schmieröl aus der Öffnung in die zweite Umlaufnut abgegeben, strömt in Vorwärtsrichtung (d. h. in Bewegungsrichtung der Schmierölauslassöffnung) bis die Schmierölauslassöffnung das Ende der zweiten Umlaufnut erreicht. Sobald jedoch die Schmierölauslassöffnung das Ende der zweiten Umlaufnut erreicht, tritt bis zu dem Punkt, an dem die Schmierölauslassöffnung das Ende überschreitet, das Phänomen auf, dass das Schmieröl in der zweiten Umlaufnut zurück fließt. Selbst dann, wenn sich Fremdstoffe über die zweite Umlaufnut ergießen, um in die zweite Umlaufnut zu gelangen, ohne zusammen mit dem Schmieröl aus der Umlaufnut des ersten halbzylindrischen Lagers zur zweiten Umlaufnut zu fließen und sich in Richtung auf den Endbereich der zweiten Umlaufnut zu bewegen und dort zu bleiben, werden solche Fremdsubstanzen folglich zur axialen Nut zurück transportiert, welche sie vorher überquert haben, als der Schmiermittelstrom in die umgekehrte Richtung floss. Dies ist ein Auswascheffekt für restliche Fremdstoffe. Die über die axiale Nut miteinander in Verbindung stehenden gepaarten Umlaufnuten besitzen folglich eine Austragswirkung für Fremdstoffe, wenn das halbzylindrische Lagerpaar zusammenwirkt.
- (4) die vorstehenden Vorteile ergeben sich unter der Bedingung, dass, die Umlauflänge der Umlaufnut größer ist als die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke (d. h. des Crush Relief-Bereichs) und dass die Breite der Umlaufnut nicht kleiner ist als ein Viertel des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung des internen Schmieröldurchlasses im Kurbelzapfen, aber kleiner ist als der Durchmesser der Schmierölauslassöffnung'. Ist die Umlauflänge der Umlaufnut gleich oder kleiner als die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke, kann nicht erwartet werden, dass das Umkehrfließphänomen des Schmieröls auftritt, wie bei der Beziehung zwischen der Position der Schmierölauslassöffnung und dem Ende der zweiten Umlaufnut, und der Druck des aus der Schmierölauslassöffnung austretenden Schmieröls wird durch einen Spalt zwischen dem Bereich verminderter Wandstärke (d. h. dem Crush Relief-Bereich) und dem Kurbelzapfen abgebaut. Als Folge davon wird das Schmieröl aus der zweiten Umlaufnut auf dem Oberflächenbereich des Gleitlagers fein verteilt und die in der zweiten Umlaufnut verbleibenden Fremdstoffe bewegen sich zusammen mit dem Schmieröl auf die Gleitlageroberfläche und rollen zwischen dem Pleuelstangelager und dem Kurbelzapfen hin und her, wodurch die Oberflächen dieser Teile nachteilig beschädigt werden. Nachdem die Strömungsrate des Schmieröls in der zweiten Umlaufnut andererseits aufgrund des Gegenstromphänomens abnimmt, nimmt auch das Fördervermögen für die noch in der zweiten Umlaufnut verbleibenden Fremdstoffe zur axialen Nut hin durch das Schmieröl ab, so dass sich die Austragskapazität für die Fremdstoffe verschlechtert.
- (5) Beträgt die Tiefe der Umlaufnut innerhalb des Bereichs der Umlauflänge zwischen dem Umlaufende des halbzylindrischen Lagers bis mindestens zur Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung 0,1 bis 0,8 mm, treten die Fremdstoffe, die im Schmieröl eingeschlossen sind, das zwischen dem Kurbelzapfen und dem Pleuelstangenlager aus der Schmierölauslassöffnung auf der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens eintritt, leicht in die Umlaufnut ein. Während Fremdstoffe mit einer maximalen Länge von 0,1 mm vom Schmieröl aufgenommen werden können, nachdem es einen Bereich mit einer Tiefe von nicht weniger als 0,1 mm gibt und die Umlauflänge nicht kleiner ist, als die Umlauflänge, welche dem Durchmesser der Schmierölauslassöffnung im Verbindungsteil zwischen der ersten und zweiten Umlaufnut entspricht, können selbst größere Fremdstoffe in die Umlaufnut gelangen. Ist die Tiefe der Umlaufnut zu groß, nimmt das Volumen der Umlaufnut zu, so dass die Rückflussrate des Schmieröls, welches in die zweite Umlaufnut fließt, abnimmt. Um die Abnahme der Rückflussrate zu verhindern, weist die Umlaufnut vorzugsweise eine Tiefe von nicht mehr al 0,8 mm auf.
- (6) Beträgt die Breite der Umlaufnut weniger als die Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung, wird die Durchflussrate des in ungekehrter Richtung durch die Umlaufnut fließenden Schmieröls vorteilhaft erhöht.
- (7) Beträgt die Umlauflänge der Umlaufnut nicht weniger als dem Wert aus ,Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke + Hälfte des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung' entspricht, so ist es möglich die Durchflussrate des in der zweiten Umlaufnut erfolgenden Schmierölrückfluss zu erhöhen, nachdem die Schmierölauslassöffnung sich nicht gegen den Spalt zwischen dem Bereich verminderter Wandstärke (d. h. dem Crush Relief-Bereich) und dem Kurbelzapfen öffnet (oder damit in Verbindung tritt), wenn die Schmierölauslassöffnung das Ende der zweiten Umlaufnut erreicht bis die Schmierölauslassöffnung das Ende überschreitet, und der Druck des Schmieröls von der Umlaufnut kaum abgebaut wird.
- (8) Nachdem bei der vorliegenden Erfindung die im Schmieröl eingeschlossenen Fremdstoffe durch das Zusammenwirken der Umlaufnut und der axialen Nut nach außerhalb des Lagers entsorgt werden können, ist es nicht erforderlich den Spalt zwischen dem Crush Relief-Bereich und der Wellenzapfenlagerfläche (Crank Journal) zu vergrößern, um die auszutragenden Fremdstoffe leicht durch den Spalt hindurch treten zu lassen, wie in JP-A-2005-69283 offen gelegt. Gemäß der Auslegung der vorliegenden Erfindung ist es ausreichend, nur die Lagerwanddicke im Bereich des Umlaufendes in ähnlicher Weise wie bei herkömmlichen Kurbelwellengleitlagern um etwa 0,010 bis 0,050 mm kleiner (d. h. dünner) zu machen, bezogen auf die Lagerwanddicke des Umlaufmittelpunkts des halbzylindrischen Lagers, um es dadurch zu ermöglichen einen kleinen Spalt zwischen dem Pleuelstangenlager und dem Kurbelzapfen durch den Bereich verminderter Wandstärke (d. h. den Crush Relief-Bereich) zu bilden, so dass die Zunahme der Schmierölleckage durch den Spalt unterdrückt werden kann.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnung.
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1 ist eine schematische Darstellung, welche die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, geschnitten im Journalabschnitt bzw. einen Kurbelzapfen zeigt;
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2 ist eine Aufsicht auf ein Pleuelstangenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist ein Grundriss der inneren Oberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das eine Halbschale des in 2 wiedergegebenen Pleuelstangenlagers ist;
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4 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in 2 wiedergegebenen Pleuelstangenlagers;
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5 ist eine Funktionsdarstellung für das in 2 wiedergegebene Pleuelstangenlager;
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6 ist, ähnlich 5, ein Funktionsdarstellung für das in 2 wiedergegebene Pleuelstangenlager;
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7 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pleuelstangenlagers als Funktionsbeispiel eines Teils, in dem ein Paar Halbschalen des Pleuelstangenlagers kombiniert sind, von der inneren Oberfläche des Lagers aus gesehen;
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8 ist eine Teilansicht eines Funktionsbeispiels, bei dem ein Paar Halbschalen des in 2 wiedergegebenen Pleuelstangenlagers kombiniert sind, von der inneren Oberfläche des Lagers aus gesehen;
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9 ist eine Funktionsdarstellung, ähnlich 7 und 8, gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine die Funktionsdarstellung, ähnlich 8 und 9, gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11 ist eine die Funktionsdarstellung, ähnlich 8 und 9, gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 ist eine die Funktionsdarstellung, ähnlich 5 und 6, gemäß einem Vergleichsbeispiel;
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13 ist eine die Funktionsdarstellung, ähnlich 8 bis 11, gemäß dem in 12 dargestellten Vergleichsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Hierin wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen nachstehend eine Beschreibung einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
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1 ist eine schematische Darstellung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors im Schnitt, geteilt in einen Journalabschnitt bzw. Lagerzapfenabschnitt und einen Kurbelzapfenabschnitt, in der 10 das Journal, 12 den Kurbelzapfen und 14 die Pleuelstange bezeichnet. Im Hinblick auf die gegenseitige Lage dieser Teile in vertikaler Richtung zum Zeichenblatt, liegt das Journal 10 hauptsächlich auf der Hinterseite des Zeichenblatts vor und der Kurbelzapfen 12 auf der Vorderseite des Zeichenblatts, wobei der Kurbelzapfen 12 vom Pleuelfußgehäuse 16 der Pleuelstange 14, die am anderen Ende einen Kolben trägt, umgeben ist.
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Das Journal 10 bzw. der Lagerzapfen ist im unteren Teil des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors von einem Paar halbzylindrischer Lager 18A und 18B gelagert. Das auf der Oberseite der Zeichnung angeordnete halbzylindrische Lager 18A ist auf der inneren Oberfläche über die gesamte Umlauflänge des Lagers 18A mit einer Ölnut 18a ausgerüstet.
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Das Journal 10 weist eine diametrische Durchgangsöffnung 10a auf. Rotiert das Journal 10 in Richtung des Pfeils X, treten die Öffnungen an den beiden Enden der Durchgangsöffnung 10a abwechselnd mit der Ölnut 18a in Verbindung.
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In der Kurbelwelle ist ein Schmieröldurchlass 20 ausgebildet, welcher durch das Journal 10, den Kurbelarm (nicht dargestellt) und den Kurbelzapfen 12 hindurch geht.
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Der Kurbelzapfen 12 wird im Pleuelfußgehäuse 16 (welches aus dem Pleuelfußgehäuse 16A auf Seiten der Pleuelstange und einem zweiten Pleuelfußgehäuse 16B auf der Deckelseite besteht) der Pleuelstange 14 von einem Paar halbzylindrischer Lager 24 und 26 gehalten. Die halbzylindrischen Lager 24 und 26 sind über die an einander stoßenden Umlaufenden so zusammengebaut, dass sie ein zylindrisches Pleuelstangenlager 22 bilden.
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Ausführungsform 1
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2 bis 4 geben die halbzylindrischen Lager 24 und 26 wieder, welche das Pleuelstangenlager 22 im Detail bilden. Nachdem die halbzylindrischen Lager 24 und 26 beide die gleiche Gestalt besitzen, wird nur eine Form der halbzylindrischen Lager erläutert. Das halbzylindrische Lager 24 ist das symmetrische Teil in der Zeichnung.
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Umlaufnut
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Die Umlaufnuten 24C und 24D für das Schmieröl mit rechteckigem Querschnitt sind auf der inneren Oberfläche des halbzylindrischen Lagers 24 gebildet, welche sich von den Umlaufenden 24A und 24B des halbzylindrischen Lagers 24 zum Umlaufmittelpunkt des halbzylindrischen Lagers 24 hin erstrecken. Die Breitenmittellinien der Umlaufnuten 24C und 24D sind auf die Breitenmittellinie des halbzylindrischen Lagers 24 ausgerichtet, wobei die Schmierölauslassöffnung 20a (d. h. die Auslassöffnung des Schmieröldurchlasses 20) auf der Oberfläche des Kurbelzapfens 12 vorliegt. Die Umlaufnuten 24C und 24D sind innerhalb des maximalen Umlaufwinkelbereichs von 45 Grad gebildet, ausgehend von den Umlaufenden 24A und 24B hin zum Umlaufmittelpunkt (vgl. den Winkel θ in 2). Die Umlauflänge einer jeden der Umlaufnute 24C und 24D ist größer als die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke (d. h. des Crush Relief-Bereichs), wie nachstehend erläutert. Die Tiefe davon nimmt, ausgehend von beiden Umlaufenden 24A und 24B zum Umlaufmittelpunkt hin, allmählich ab. Die Nutbreite ist nicht kleiner als ein Viertel des Durchmessers (d) der Schmierölauslassöffnung 20a (d. h. der Auslassöffnung des Schmieröldurchlasses 20), welche auf der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens 12 vorliegt, aber kleiner als der Durchmesser (d). Obwohl die Umlaufnuten 24C und 24D bei der vorliegenden Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Umlaufnuten 24C und 24D können einen umgekehrt trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die beiden seitlichen Oberflächen der Umlaufnut in einer solchen Weise abgeschrägt sind, dass die Breite der Nut zum Boden der Nut hin abnimmt.
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Bereich verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereich) Die Bereiche verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereiche) 24E und 24F werden in ähnlicher Weise wie für herkömmliche Kurbelwellengleitlager auf der inneren Oberfläche des Lagers ausgebildet, welche sich von Positionen nahe der Umlaufenden 24A und 248 des halbzylindrischen Lagers 24 hin zum Umlaufmittelpunkt des halbzylindrischen Lagers 24 erstrecken. Die Umlauflänge der beiden Bereiche verminderter Wandstärke 24E und 24F ist kleiner als die Umlauflänge der beiden Umlaufnute 24C und 24D. Nachdem die Bereiche verminderter Wandstärke (d. h. die Crush Relief-Bereiche) 24E und 24F auf der inneren Oberfläche des halbzylindrischen Lagers 24 über dessen gesamte Breite gebildet werden, werden sie durch die Umlaufnuten 24C und 24D jeweils in zwei Abschnitte unterteilt (vgl. 3).
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Im Folgenden ist ein Beispiel für die Abmessungen der Bereiche verminderter Wandstärke 24E und 24F wiedergegeben:
Umlauflänge: 3 bis 15 mm, und Wert der verminderten Wandstärke
im Bereich der des Umlaufendes, bezogen auf die Dicke der Lagerwand am Umlaufmittelpunkt: 0,01 bis 0,05 mm.
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Axialnut
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Die Eckkanten der Umlaufenden 24A und 248 sind in Fortsetzung der inneren Lageroberfläche unter Bildung der geneigten Oberflächen 24G und 24H abgeschrägt. Die geneigten Oberflächen 24G bzw. 24H definieren in Verbindung mit den entsprechenden geneigten Oberflächen 26G und 26H des halbzylindrischen Lagerpaares 26 die axialen Nuten 40 und 50. Die axialen Nuten 40 und 50 sind über die gesamte Breite der halbzylindrischen Lager 24 und 26 gebildet. Die axialen Nuten 40 und 50 stehen am Breitenmittelpunkt der halbzylindrischen Lager 24 und 26 jeweils in Verbindung mit den Umlaufnuten 24C und 24D (3). Bei den axialen Nuten 40 und 50 sind die Querschnittsflächen im Verbindungsbereich mit den Umlaufnuten 24C und 24D so ausgelegt, dass sie der durch die Gleichung ,Querschnittsfläche der Umlaufnut > Querschnittsfläche der Axialnut' genügen.
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Bei der vorerwähnten Konfiguration rotiert während des Betriebs des Verbrennungsmotors der im Pleuelstangenlager 22 gelagerte Kurbelzapfen 12 in Richtung des Pfeils A in 2 relativ zum Pleuelstangenlager. Gleichzeitig mit der Rotation des Kurbelzapfens 12 bewegt sich die auf der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens 12 vorhandene Schmierölauslassöffnung 20a zum Umlaufende 24a des halbzylindrischen Lagers 24 hin. Während der Bewegung wird über den Schmieröldurchlass 20 aus der Schmierölauslassöffnung 20a laufend Schmieröl abgegeben. Sobald die Schmierölauslassöffnung 20a die Lage der Umlaufnut 24a erreicht, fließt das Schmieröl direkt in die Umlaufnut 24C (5). Das in die Umlaufnut 24C fließende Schmieröl fließt zusammen mit den Fremdstoffen F zur axialen Nut 40. Sobald das Schmieröl den Vereinigungspunkt zwischen der Umlaufnut 24C und der Axialnut 40 erreicht, ändert es zusammen mit den Fremdstoffen F seine Richtung, durchfließt die axiale Nut 40 und wird aus dem axialen Endteil des Pleuelstangenlagers 22 (das Endteil in Breitenrichtung des Lagers) nach außerhalb des Lagers ausgetragen.
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Die Tiefe der Umlaufnut 24C ist so gefertigt, dass sie von der Umlaufmittelpunktsseite zum Umlaufende 24A hin, allmählich zunimmt. Zudem ist bei der axialen Nut 40 die Querschnittsfläche im Verbindungsteil mit der Umlaufnut 24C so gestaltet, dass sie der Beziehung ,Querschnittsfläche der Umlaufnut > Querschnittsfläche der Axialnut' genügt. Dementsprechend nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Schmieröls durch die Umlaufnut 24C von der Umlaufmittelpunktsseite zum Umlaufende 24A hin allmählich ab. Sobald das Schmieröl in die Axialnut 40 eintritt, nimmt seine Strömungsgeschwindigkeit wieder zu, worauf das Schmieröl mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit aus dem Lager ausgetragen wird. Die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Schmieröls ist in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. (1) Es ist möglich, die Neigung der den Schmierölfluss begleitenden Fremdstoffe durch die Umlaufnut 24C zu fließen und sich über die axiale Nut 40 in die Umlaufnut 26C des anderen halbzylindrischen Lagers 26 einzutreten, mit Hilfe von inerten Stoffen herabzusetzen, und es den Fremdstoffen dadurch zu ermöglichen, glatt in die axiale Nut 40 einzutreten, und (2) die in die axiale Nut 40 eintretenden Fremdstoffe werden schnell glatt nach außerhalb des Lagers ausgetragen, indem sie das Schmieröl begleiten, dessen Strömungsgeschwindigkeit in der axialen Nut 40 erhöht wird und zwar in einem Zustand, in dem die Fremdstoffe durch die Strömung des Schmieröls in der Umlaufrichtung entlang der Inneren Oberfläche des Lagers kaum beeinträchtigt werden.
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Das Schmieröl fließt zusammen mit einem Teil der Fremdstoffe anteilig durch die Axialnut 40, um in die Umlaufnut 26C des anderen halbzylindrischen Lagers 26 zu strömen, und fließt in Richtung auf den Umlaufendteil der in Richtung des Pfeils A befindlichen Umlaufnut 26C. An diesem Punkt können sich die Fremdstoffe F auch teilweise durch die axiale Nut 40 bewegen, um zusammen mit dem Schmieröl in die Umlaufnut 26C zu fließen.
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Bei dem durch 6 dargestellten Zustand, bei dem die Schmierölauslassöffnung 20a die Stellung des Endteils der Umlaufnut 26C erreicht, wird die Schmierölauslassöffnung durch die innere Oberfläche (die Gleitlageroberfläche) des halbzylindrischen Lagers 26 teilweise verschlossen. Das von der Schmierölauslassöffnung 20a ausgetragene Schmieröl fließt in die Umlaufnut 26C in Form eines Strahls und erzeugt dadurch eine Rückwärtsströmung (d. h. eine Strömung in Richtung von Pfeil B), relativ zur vorherigen Strömung in Vorwärtsrichtung, um die in der Umlaufnut 26C verbliebenen Fremdstoffe F schnell in Richtung auf die axiale Nut 40 zu spülen (vgl. Pfeil B in 6). Infolge der Erzeugung der Rückwärtsströmung strömen die fallweise in der Umlaufnut 26C verbleibenden Fremdstoffe F zusammen mit dem Schmieröl wahrscheinlicher zur axialen Nut 40, und werden über die axiale Nut 40 nach außerhalb des Lagers ausgetragen (bezüglich vorstehender Beschreibung siehe Pos. (3) oben). Um das Rückflussphänomen zu aktivieren, muss die Umlauflänge der Umlaufnut 26C größer sein, als, die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke (d. h. der Crash Relief Bereich). Ist diese Bedingung nicht erfüllt, befindet sich das Endteil der Umlaufnut 26C innerhalb des Umlauflängenbereichs des Bereichs verminderter Wandstärke, und das von der Schmierölauslassöffnung 20a abgegebene Schmieröl verteilt sich diffus über die Breite (die axiale Richtung) des halbzylindrischen Lagers 26 durch einen relativ großen Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des Lagerzapfens 12 und der inneren Oberfläche des halbzylindrischen Lagers 26 (d. h. die innere Oberfläche des Bereichs verminderter Wandstärke), und zwar in einer Position, in der die Umlaufnut 26C nicht vorhanden ist.
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Ausführungsform 2
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7 veranschaulicht eine Modifikation der halbzylindrischen Lager 24 und 26. Die modifizierten halbzylindrischen Lager 34 und 36 unterscheiden sich von den halbzylindrischen Lagern 24 und 26 bezüglich der Gestalt der Umlaufnut. Die Umlaufnuten 34C und 36C der halbzylindrischen Lager 34 und 36 weisen einen Boden mit bogenförmigem Querschnitt auf. Die Breite der Nut wird von beiden Umlaufenden der halbzylindrischen Lager 34 und 36 gegen den Umlaufmittelpunkt hin allmählich kleiner, und wird am Ende auf der Seite des Umlaufmittelpunkts am kleinsten. Die Breite der Nut muss bei einer Stellung, in welcher der Abstand die Hälfte (= d/2) des Durchmessers (d) der Schmierölauslassöffnung 20a vom Ende ist, kleiner sein als der Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung 20a des Kurbelzapfens 12. Ist die Nutbreite der Umlaufnut kleiner, kann die Geschwindigkeit des Schmieröls, welches aus der Schmierölauslassöffnung 20a rückwärts in die Umlaufnut 36C fließt (Pfeil B) erhöht werden, wenn die Schmierölauslassöffnung 20a die Endstellung der Umlaufnut 36C zusammen mit der relativen Rotation des Kurbelzapfens passiert. Die Breite der Nut beträgt weiter vorzugsweise nicht weniger als d/4, aber weniger als d/2.
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Die Nutbreite beider Umlaufnute 34C und 36C ist im Teil größter Nutbreite, d. h. im Kontaktbereich zwischen den halbzylindrischen Lagern 34 und 36, zudem vorzugsweise kleiner als der Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung 20a, wie vorstehend in ähnlicher Weise erläutert. Es sei bemerkt, das die Nutbreite der Umlaufnut nicht kleiner als d/4 sein soll, damit die auf der Gegenseite der relativen Rotationsrichtung des Lagerzapfens 12 positionierte Umlaufnut die Fremdstoffe (d. h. von der Schmierölauslassöffnung 20a abgegebenen Fremdstoffe) abfängt.
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Bei beiden Ausführungsformen muss die Breitenmittellinie der Umlaufnut auf den Öffnungsmittelpunkt (d. h. die Lochmitte) der auf der Oberfläche des Lagerzapfens befindlichen Schmierölauslassöffnung ausgerichtet sein.
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Nachstehend wird hierin die Beziehung zwischen der Nutbreite der Umlaufnut und dem Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung 20a sowie die Beziehung zwischen der Umlauflänge der Umlaufnut und der Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke erörtert.
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Beziehung zwischen der Nutbreite der Umlaufnut und dem Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung 20a (Fig. 8 und Fig. 9)
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Bei der vorliegenden Erfindung ist die Nutbreite (WG) der Umlaufnut (24C, 34C, 26C, 36C) kleiner als der Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung. Passiert die Schmierölauslassöffnung des Kurbelzapfens den Endbereich der Umlaufnut bei gleichzeitiger relativer Rotation des Kurbelzapfens, wird auch im Lager in axialer Richtung eine Komponente der Schmierölströmung in der Umlaufnut erzeugt, um dadurch das Moment der Komponente der Schmierölströmung in Umlaufrichtung (d. h. die Rückströmungskomponente) herabzusetzen (8). Berücksichtigt man die Beziehung zwischen der Axialströmung und der Umlaufströmung, so ist die durch die Gleichung ,Nutbreite (W) ≥ Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung' nicht bevorzugt.
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Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform ist die Nutbreite (W) der Umlaufnut (26C, 36C) kleiner als der Durchmesser (d) der Schmierölauslassöffnung. Der in der Umlaufnut erzeugte Schmierölrückstrom, wenn die Schmierölauslassöffnung des Kurbelzapfens das Endteil der Umlaufnut bei gleichzeitiger relativer Rotation des Kurbelzapfens passiert, schließt nur die Schmierölströmungskomponente in Umlaufrichtung ein. Man merke, dass die Nutbreite der Umlaufnut nicht kleiner sein darf als d/4, um die Fremdstoffe (d. h. die von der Schmierölauslassöffnung 20a abgegebenen Fremdstoffe) in der auf der Rückseite der relativen Rotationsrichtung des Kurbelzapfens angeordneten Umlaufnut abzufangen.
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Beziehung zwischen der Umlauflänge der Umlaufnut und der Umlauflänge des Bereichs Verminderter Wandstärke (Fig. 10 und Fig. 11)
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- (1) Bei der vorliegenden Erfindung ist die Umlauflänge der Umlaufnut größer als die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke. Bei dem in 10 wiedergegebenen Beispiel ist die Umlauflänge (L1) der Umlaufnut geringfügig größer als die Umlauflänge (L2) des Bereichs verminderter Wandstärke. Wenn in diesem Fall die Schmierölauslassöffnung des Kurbelzapfens den Endbereich der Umlaufnut bei gleichzeitiger relativer Rotation des Kurbelzapfens passiert, überlappt ein Teil der Schmierölauslassöffnung den Bereich verminderter Wandstärke. Demzufolge strömt ein Teil des ausgetragenen Schmieröls in axialer Richtung des Lagers durch einen relativ großen Spalt zwischen der inneren Oberfläche des Lagers und dem Kurbelzapfen in den Bereich verminderter Wandstärke (aufgrund der Schmierölströmungskomponente im Lager in axialer Richtung). Inzwischen wird eine ziemlich große Schmierölströmungskomponente in Richtung auf die Umlaufnut erzeugt, weil der Mittelteil der Schmierölauslassöffnung des Kurbelzapfens die Umlaufnut überlappt. Demzufolge ist zu erwarten, dass ein Schmierölrückstrom erzeugt wird, obwohl dessen Moment relativ klein ist.
Bei der in 11 wiedergegebenen Ausführungsform ist die Umlauflänge (L1) der Umlaufnut um die Hälfte (= d/2) des Durchmessers der Schmierölauslassöffnung größer als die Umlauflänge (L2) des Bereichs verminderter Wandstärke. Passiert die Schmierölauslassöffnung des Kurbelzapfens folglich den Endbereich der Umlaufnut bei gleichzeitiger relativer Rotation des Kurbelzapfens, überlappt die Schmierölauslassöffnung den Bereich verminderter Wandstärke nicht. Das von der Schmierölauslassöffnung abgegebene Schmieröl fließt nur in die Umlaufnut, so dass infolge der Schmierölströmungskomponente in der Umlaufrichtung eine Rückströmung mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird.
- (2) Hier wird ein Vergleichsbeispiel diskutiert, bei dem die Umlauflänge der Umlaufnut kleiner ist als die Umlauflänge des Bereichs verminderter Wandstärke (12 und 13). Bei diesem Vergleichsbeispiel sind die halbzylindrischen Lager 64 und 66 so kombiniert, dass sie ein Pleuelstangenlager ergeben. Die Umlaufnuten 64C und 66C für das Schmieröl und die Bereiche verminderter Wandstärke 64E und 66E sind auf der inneren Oberfläche der halbzylindrischen Lager 64 und 66 gebildet. Die Axialnut 40 liegt an der Endstückposition zwischen den halbzylindrischen Lagern 64 und 66 vor. Das Pleuelstangenlager gemäß dem Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dadurch, dass die Umlauflänge der beiden Umlaufnuten 64C und 66C von den Umlaufenden der halbzylindrischen Lager 64 und 66 kleiner ist als die Umlauflänge der beiden Bereiche verminderter Wandstärke 64E und 66E. Ein großer Teil der Schmierölauslassöffnung 20a überlappt mit dem Bereich verminderter Wandstärke 66E außerhalb der Umlaufnut 66C, wenn die Schmierölauslassöffnung 20a des Kurbelzapfens 12 den Endbereich der Umlaufnut 66C bei gleichzeitiger relativer Rotation des Kurbelzapfens 12 passiert (vgl. Pfeil A), wie in der Zeichnung dargestellt. Demzufolge strömt der Hauptteil des Schmieröls in axialer Richtung des Lagers (die horizontale Richtung in 13) durch den relativ großen Spalt zwischen der inneren Lageroberfläche und dem Kurbelzapfen 12 in den Bereich verminderter Wandstärke 66E. Die in der Umlaufnut 66C verbleibenden Fremdstoffe treten infolge der Strömung in axialer Richtung zwischen der Gleitfläche des Lagers und dem Kurbelzapfen 12 in das Lager ein, wodurch sie die Gleitflächen des Pleuelstangenlagers und des Kurbelzapfens 12 schädigen. Währenddessen strömt ein kleiner Teil des ausgetragenen Schmieröls in die Umlaufnut 66C. Es tritt jedoch kein Druck auf, der groß genug wäre, eine Rückströmung in der Umlaufnut 64C zu erzeugen.
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Liste der Komponenten
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10: Kurbelwellenzapfen. 10a: diametrische Durchgangsöffnung im Kurbelwellenzapfen, 12; Kurbelzapfen, 14: Pleuelstange, 16: Pleuelfußgehäuse, 16A: Pleuelfußgehäuse auf der Pleuelstangenseite, 16B: zweites Pleuelfußgehäuse auf der Deckelseite, 18A: halbzylindrisches Lager, 18B: halbzylindrisches Lager, 18a: Ölnut, 20: Schmieröldurchlass, 20a: Schmierölauslassöffnung, 22: Pleuelstangenlager, 24: halbzylindrisches Lager, 24A: Umlaufende, 24B: Umlaufende, 24C: Umlaufnut, 24D: Umlaufnut, 24E: Bereich verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereich), 24F: Bereich verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereich), 24G: geneigte Oberfläche, 24H: geneigte Oberfläche; 26: halbzylindrisches Lager, 26A: Umlaufende, 26B: Umlaufende, 26C: Umlaufnut, 26D: Umlaufnut, 26E: Bereich verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereich), 26F: Bereich verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereich), 26G: geneigte Oberfläche, 26H: geneigte Oberfläche, 34: halbzylindrisches Lager, 34C: Umlaufnut, 36: Umlaufnut, 36C: Umlaufnut, 40: Axialnut, 50: Axialnut, 64: halbzylindrisches Lager, 64A: Umlaufende, 64C: Umlaufnut, 66: Umlaufnut, 66A: Umlaufende, 64C: Umlaufnut, 64E: Bereich verminderter Wandstärke (d. h. Crush Relief-Bereich), d: Durchmesser der Schmierölauslassöffnung, A: Pfeil, B: Pfeil, F: Fremdstoff, W: Breite der Axialnut und WG: Breite einer Umlaufnut.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 08-2778312 A [0008]
- JP 2005-69283 A [0008, 0023]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE J506 (siehe Pos. 3.26 und 6.4) [0015]
- DIN 1497 (siehe § 3.2) [0015]
