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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pleuelstangenlager für einen Verbrennungsmotor, das so konfiguriert ist, dass das Schmieröl, das zugeführt wird zu einer inneren Umlaufoberfläche eines Hauptlagers, das eine Kurbelwelle trägt, zugeführt wird zu einer inneren Umlaufoberfläche eines Pleuelstangenlagers (Gleitlagers), das einen Kurbelzapfen rotierbar trägt, der eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle verbindet, und zwar durch eine innere Schmierölpassage der Kurbelwelle, wobei das Pleuelstangenlager aus einem Paar halbzylindrischer Lager besteht.
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Die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors wird gelagert im unteren Teil eines Zylinderblocks des Verbrennungsmotors über ein Hauptlager, bestehend aus einem Paar halbzylindrischer Lager in seinem Lagerteil. Für das Hauptlager wird ein Schmieröl, das von einer Ölpumpe abgegeben wird, zugeführt in eine Schmierölnut, die gebildet ist entlang einer inneren peripheren Oberfläche des Hauptlagers durch eine Durchgangsöffnung, die gebildet ist in der Wand des Hauptlagers, von einer Ölwanne, die gebildet ist in der Zylinderblockwand. Des weiteren ist eine erste Schmierölpassage gebildet, um durch den Lagerbereich in der Durchmesserrichtung des Lagerbereichs durchzudringen, und Öffnungen an beiden Enden der ersten Schmierölpassage stehen mit der Schmierölnut in Verbindung. Des weiteren ist eine zweite Schmierölpassage gebildet, die von der ersten Schmierölpassage in der Durchmesserrichtung des Lagerteils abzweigt und durch einen Kurbelarmbereich hindurchtritt, und die zweite Schmierölpassage steht in Verbindung mit einer dritten Schmierölpassage, die gebildet ist, um durch einen Kurbelzapfen in einer Durchmesserrichtung des Kurbelzapfens hindurchzudringen. Somit tritt das Schmieröl, das zugeführt wird, in die in der inneren Umlaufoberfläche des Hauptlagers gebildete Ölnut durch die in der Wand des Hauptlagers gebildete Durchtrittsöffnung aus der Ölwanne in dem Zylinderblock durch die erste Schmierölpassage, die zweite Schmierölpassage und die dritte Schmierölpassage, um zugeführt zu werden zu zwischen Gleitflächen des Kurbelzapfens und des Pleuelstangenlagers von einer Auslassöffnung an einem Endbereich (genauer gesagt einer Schmierölauslassöffnung, die vorhanden ist in einer äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens) der dritten Schmierölpassage.
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Das Schmieröl, das zugeführt wird zu dem Pleuelstangenlagerbereich durch den Lagerbereich der Kurbelwelle von dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors, wird wahrscheinlicherweise begleitet von Fremdstoffen, die vorhanden sind in der Schmierölpassage von jedem Bereich. Es wird befürchtet, dass, wenn die Fremdstoffe das Schmieröl begleiten und zugeführt werden zu zwischen Gleitoberflächen des Kurbelzapfens und des Pleuelstangenlagers, diese Schaden verursachen können an der Gleitoberfläche des Pleuelstangenlagers.
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Als Gegenmaßnahmen gegen die Fremdstoffe, die in das Schmieröl eintreten, ist vorgeschlagen worden ein Gleitlager, das besteht aus einem Paar halbzylindrischer Lager, und eine Konfiguration annimmt, in der eine Anstoßaussparung gebildet ist, an der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, angrenzend an den Kontaktbereich des Lagers, eine weiche Schicht, gebildet aus einem Material mit geringer Härte, wie zum Beispiel Pb oder Sn, gebildet ist an der Anstoßaussparungsoberfläche, und die in dem Schmieröl enthaltenen Fremdstoffe in die weiche Schicht eingebettet und eingefangen werden (
JP-A-2008-215563 ). Die Anstoßaussparung bezeichnet den Bereich mit verringerter Wanddicke, wo die Lagerwanddicke des Bereichs nahe der Endoberfläche in der Umlaufrichtung des halbzylindrischen Lagers allmählich verringert ist, hin zu der Endoberfläche in der Umlaufrichtung. Die Position des Mittelpunkts der Krümmung der inneren Lagerumlaufoberfläche in dem Wanddickeverringerten Bereich unterscheidet sich von der Position des Mittelpunkts der Krümmung der inneren Lagerumlaufoberfläche in dem anderen Bereich (spezifiziert durch
Abschnitt 3.2., DIN1497). Die Anstoßaussparung ist gebildet mit der Absicht der Absorption einer positionellen Abweichung und Deformation der anstoßenden Endoberflächen von halbzylindrischen Lagern, wenn ein Paar halbzylindrischer Lager mit einer Pleuelstange zusammengebaut wird.
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Somit ist bei Verbrennungsmotoren der vergangenen Jahre eine Reduktion des Gewichts beabsichtigt worden, mit der Absicht der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs, und die Pleuelstangen neigen dazu, geringe Steifigkeit aufzuweisen. Da sich eine Pleuelstange hin und her bewegt und elastisch verformt, wenn der Verbrennungsmotor betrieben wird, folgt das Gleitlager am Pleuelfußbereich der Pleuelstange ebenfalls der Deformation der Pleuelstange und der Freiraum (Abstand zwischen der inneren Gleitlagerumlaufoberfläche und der Kurbelzapfenoberfläche) in der horizontalen Richtung des Gleitlagers wiederholt Zunahme und Abnahme. Im Fall einer Pleuelstange mit niedriger Steifigkeit vergangener Jahre ist die Menge der Abnahme des Spielraums (Bereich nahe der anstoßenden Oberflächen der beiden halbzylindrischen Lager) in der horizontalen Richtung des Gleitlagers groß, wenn die reziproke Trägheitskraft auf die Pleuelstange einwirkt, und das Phänomen (Kontaktphänomen) ist aufgetreten, bei dem die innere Lagerumlaufoberfläche in dem Umlaufendbereich des Gleitlagers und die Kurbelzapfenoberfläche in direktem Kontakt miteinander sind.
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Bei dem in der
JP-A-2008-215563 vorgeschlagenen Gleitlager ist die gesamte Oberfläche der Anstoßaussparung überzogen mit der weichen Schicht, und in dessen Umlaufrichtung ist die Tiefe davon flacher gemacht hin zu den beiden Endbereichen. Wenn der Kurbelzapfen und das Gleitlager relativ zueinander rotieren, bewegen sich die Fremdstoffe in dem Schmieröl, das zwischen dem Kurbelzapfen und dem Gleitlager vorhanden ist, in der relativen Rotationsrichtung des Kurbelzapfens entlang der inneren Oberfläche des Gleitlagers. Wenn die Fremdstoffe in dem Anstoßaussparungsbereich eingefangen werden, sammeln sich die Fremdstoffe lokal in dem Bereich mit flacher Tiefe der Anstoßaussparung an und werden durch die Oberfläche des Kurbelzapfens in die weiche Schicht hineingedrückt. Diese Fremdstoffe werden nicht vollständig in der weichen Schicht eingebettet, sondern liegen frei in der Oberfläche der weichen Schicht.
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Es kommt zu einem ständigen Kontakt der an der Oberfläche der weichen Schicht freiliegenden Fremdstoffe mit der Oberfläche des Kurbelzapfens aufgrund des Kontaktphänomens, wenn der Verbrennungsmotor betrieben wird, und die Menge der erzeugten Reibungswärme erhöht sich lokal in dem Bereich, wo die Fremdstoffe sich ansammeln und eingebettet sind. Fluss und Schmelzen treten auf aufgrund des Erweichens der weichen Schicht in dem Bereich, wo die Fremdstoffe eingebettet sind, durch die resultierende Wärmeerzeugung, und wenn die Grenze des Haltens der Fremdstoffe überschritten wird, werden eine Anzahl eingebetteter Fremdstoffe gleichzeitig zu der inneren Umlaufoberfläche des Lagers (d. h. der Gleitfläche) des halbzylindrischen Lagers, das in der gleichen Richtung wie die relative Rotationsrichtung des Kurbelzapfens existiert, zugeführt und deshalb ergibt sich das Problem, dass ein Festfressen leicht auftritt.
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Des weiteren können herkömmlicherweise die Gegenmaßnahmen ergriffen werden, die einen Kontakt der Kurbelzapfenoberfläche und der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers aufgrund des Kontaktphänomens verhindern, durch Vergrößern des Lagerspalts zwischen der Kurbelzapfenoberfläche und der inneren Umlaufoberfläche des Lagers im Bereich des Umlaufendteils des Lagers durch Bilden der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers zu einer Bogenform, wobei der Innendurchmesser in der horizontalen Richtung groß gemacht wird bezüglich der vertikalen Richtung, wie dies in der
JP-10-A-325410 beschrieben ist. Somit wird die Größe der Ölpumpe bei Verbrennungsmotoren der neueren Zeit verringert und die Menge des zu der inneren Umlaufoberfläche des Lagers zugeführten Schmieröls wird tendenziell kleiner. Bei Lagern mit vergrößertem Lagerspalt, wie in der JP-A-10-325410 beschrieben, nimmt die Menge des aus dem Lagerspalt austretenden Schmieröls zu und die Zufuhr des Schmieröls zu der inneren Lagerumlaufoberfläche wird ungenügend. Demgemäß kann die Anwendung des in der JP-A-10-325410 beschriebenen Gleitlagers unter den vorliegenden Umständen als schwierig bezeichnet werden.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitlager für einen Kurbelzapfen eines Verbrennungsmotors, das heißt ein Pleuelstangenlager, bereitzustellen, welches überlegen ist hinsichtlich der Abgabe von Fremdstoffen, die zugeführt werden mit Schmieröl durch einen inneren Schmierölpfad in der Kurbelwelle.
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Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck ein Pleuelstangenlager für einen Verbrennungsmotor wie unten beschrieben bereitgestellt.
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Lager für eine Pleuelstange in einem Verbrennungsmotor zum rotierbaren Lagern eines Kurbelzapfens einer Kurbelwelle, enthaltend darin einen inneren Schmierölpfad, wobei die Pleuelstange einen Hauptkörper und einen Deckel umfasst, sodass das Lager umgeben und getragen ist durch den Hauptkörper und den Deckel, umfassend
ein Paar aus einem ersten halbzylindrischen Lagerteil, angeordnet an dem Hauptkörper und einem zweiten halbzylindrischen Lagerteil, angeordnet an dem Deckel, wobei das erste und das zweite halbzylindrische Lagerteil jeweils einen Wanddicke-verringerten Bereich haben an ihrer inneren Oberfläche, der sich umlaufend erstreckt von der axialen Gesamtlänge der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten halbzylindrischen Lagerteil, um als Anstoßaussparung zu fungieren, und wobei das erste halbzylindrische Lagerteil so angeordnet ist, dass der Umlaufmittelbereich seines halbzylindrischen Querschnitts mit der Mittelachse der Pleuelstange ausgerichtet ist,
wobei der Wanddicke-verringerte Bereich des ersten und des zweiten halbzylindrischen Lagerteils jeweils eine erste geneigte Oberfläche hat, die sich umlaufend von einem zentralen Bereich der axialen Gesamtlänge der Grenze erstreckt und eine zweite geneigte Oberfläche hat, die sich umlaufend von jedem der axialen Seitenbereiche der axialen Gesamtlänge der Grenze erstreckt, wobei zwischen den axialen Seitenbereichen der zentrale Bereich angeordnet ist, und wobei sich jeder der axialen Seitenbereiche zu jeweils einem axialen Ende der axialen Gesamtlänge der Grenze erstreckt, sodass eine erste axiale Ölnut, die an der ersten geneigten Oberfläche gebildet ist, und eine zweite axiale Ölnut, die an der zweiten geneigten Oberfläche gebildet ist, in Fluidverbindung miteinander stehen,
die Querschnittsfläche der ersten axialen Ölnut entlang einer gedachten Ebene, die eine andere Grenze zwischen der ersten und der zweiten axialen Ölnut in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung des Lagers schneidet, größer ist als die Querschnittsfläche der zweiten axialen Ölnut entlang der gedachten Ebene,
die Höhe des am weitesten entfernten Endes der ersten geneigten Oberfläche von einer anderen gedachten Ebene, die die beiden Umlaufenden des ersten und des zweiten halbzylindrischen Lagerteils in einer anderen Richtung parallel zur axialen Richtung des Lagers schneidet, nicht weniger ist als ¼ des Durchmessers der Austrittsöffnung des inneren, Schmierölpfads an der äußeren peripheren Oberfläche des Kurbelzapfens, und weniger ist als ½ des Durchmessers,
die axiale Länge der ersten geneigten Oberfläche größer ist als der Durchmesser und einen axialen Abstand hat, der nicht weniger ist als 2 mm von jedem der axialen Enden,
die Höhe des am weitesten entfernten Endes der ersten geneigten Oberfläche kleiner ist als die Höhe des am weitesten entfernten Endes des Wanddicke-verringerten Bereichs von einer anderen gedachten Ebene, und
der axiale Mittelpunkt der ersten axialen Ölnut ausgerichtet ist mit dem axialen Mittelpunkt der Auslassöffnung.
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[Konfiguration der ersten und der zweiten axialen Ölnut]
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In jeder der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberflächen (A), die an die gesamten Umlaufendoberflächen des oberen und unteren (ersten und zweiten) halbzylindrischen Lagers (I, II) angrenzen, ist eine erste geneigte Oberfläche (B) gebildet, in dem mittleren Bereich in der Richtung der Lagerbreite (axial) hinüber zu der Umlaufendoberfläche von der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche, und an beiden Seiten in der Richtung der Lagerbreite der ersten geneigten Oberfläche (B) sind zweite geneigte Oberflächen (D) gebildet, hinüber zu einer Umlaufendoberfläche (C) von der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche (A), verbindend zu der ersten geneigten Oberfläche (B) (9 und 10).
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Diese Konfiguration definiert eine erste axiale Ölnut (E), welche angeordnet ist in dem zentralen Bereich in der Richtung der Lagerbreite und der ersten geneigten Oberfläche (B) entspricht, und eine zweite axiale Ölnut (F), welche angeordnet ist an jeder der beiden Seiten in der Richtung der Lagerbreite der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten geneigten Oberfläche (D) entspricht, entlang der beiden Kontaktoberflächen der Umlaufendoberflächen (der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten halbzylindrischen Lager) in dem Zustand, in dem das obere und das untere halbzylindrische Lager zu einer zylindrischen Form zusammengesetzt sind. Die eine axiale Ölnut (E) und die beiden axialen Ölnuten (F) stehen in einer solchen Beziehung zueinander, dass sie miteinander in Verbindung stehen.
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Der Bildungsbereich der ersten geneigten Oberfläche in der Lagerumlaufrichtung wird ausgedrückt als die Höhe der oberen Kante der ersten geneigten Oberfläche bezüglich der horizontalen Oberfläche, wenn jedes der halbzylindrischen Lager angeordnet wird auf der horizontalen Ebene mit beiden Umlaufendoberflächen der beiden halbzylindrischen Lager als untere Endoberflächen, und ist die Höhe mit dem Maß von mindestens d/4 und d/2 am Maximum eines Auslassöffnungsdurchmessers (d) der inneren Schmierölpassage in der äußeren Umlaufoberfläche eines Kurbelzapfens (12).
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Gemäß dieser Konfiguration, wenn ein Paar halbzylindrischer Lager zusammengebaut wird, wird die erste axiale Ölnut (E) mit der Nutbreite von mindestens ½ des Schmierölauslassöffnungsdurchmessers (d) und weniger als dem Schmierölauslassöffnungsdurchmesser (d) als Maximum gebildet, und die Fremdstoffe, die das Schmieröl begleiten, werden in die erste axiale Ölnut aus dem Schmierölauslass (Ex) abgegeben (9).
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Es ist zu beachten, dass, wenn die Nutbreite der ersten axialen Ölnut weniger als ½ des Schmierölauslassöffnungsdurchmessers (D) ist, es unwahrscheinlich ist, dass die Fremdstoffe aus dem Schmierölauslass (Ex) gegeben werden.
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Wenn ein Paar halbzylindrischer Lager zusammengesetzt wird, ist bei der ersten axialen Ölnut (E) die Nutbreite weniger als der Schmierölauslassöffnungsdurchmesser (d) und die Länge in der Richtung der Lagerbreite übersteigt den Schmierölauslassöffnungsdurchmesser (d). Deshalb wird, wenn die erste axiale Ölnut (E) und der Schmierölauslass (Ex) miteinander ausgerichtet sind, die Bewegungsrichtungsseite des Schmierölauslasses (Ex) blockiert durch die Oberfläche des Lagerwanddickenverringerungsbereichs (A). Demgemäß neigen die Fremdstoffe, die das Schmieröl begleiten, das aus dem Schmierölauslass (Ex) abgegeben wird, dazu, zu beiden Endseiten in der Längsrichtung der ersten axialen Ölnut (E) zusammen mit dem Schmieröl zu schließen und sie werden leicht zu der Seite der zweiten axialen Ölnut (F) zugeführt, die mit der ersten axialen Ölnut (E) in Verbindung steht, an beiden Enden in der Längsrichtung der ersten axialen Ölnut (E). Die Fremdstoffe werden an die Außenseite des Lagers abgegeben durch die zweite axiale Ölnut (F) (10).
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Des weiteren ist die Länge in der Richtung der Lagerbreite der ersten genannten Oberfläche (= die Länge in der Richtung der Lagerbreite der ersten axialen Ölnut (E)) größer als der Auslassöffnungsdurchmesser (d) der inneren Schmierölpassage und der Maximalwert davon liegt in dem Fall vor, in dem die Länge in der Richtung der Lagerbreite zwischen der ersten geneigten Oberfläche und der Endoberfläche in der Richtung der Lagerbreite 2 mm beträgt. Bezüglich dieser Konfiguration sollten folgende Punkte beachtet werden.
- (1) Wenn die Länge in der Richtung der Lagerbreite der ersten axialen Ölnut (E) gleich dem Schmierölauslassöffnungsdurchmesser (d) oder weniger ist, kontaktieren die Fremdstoffe, die aus dem Schmierölauslass (Ex) in die erste axiale Ölnut (E) abgegeben werden, den Kantenbereich des Schmierölauslasses (Ex), der lokalisiert ist an der Rückseite bezüglich der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens, und es ist wahrscheinlich, dass sie herausgezogen werden zu der Lagergleitoberflächenseite.
- (2) Wenn die Länge in der Richtung der Lagerbreite zwischen der ersten geneigten Oberfläche und der Endoberfläche in der Richtung der Lagerbreite 2 mm beträgt, ist die Länge in der Richtung der Lagerbreite der ersten geneigten Oberfläche (= Länge in der Lagerbreite der ersten axialen Ölnut (E)) das Maximum, in diesem Fall ist die Leckmenge des Schmieröls aber gering.
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[Mechanismus der Abgabe von Fremdstoffen durch die zweite axiale Ölnut]
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Während des Betriebs des Verbrennungsmotors verformt sich die Pleuelstange elastisch durch die dynamische Belastung und reziproke Trägheitskraft und das Gleitlager (I, II) in dem Pleuelfußbereich verformt sich ebenfalls elastisch, wie in den 11 bis 14 gezeigt, so dass ein horizontaler Freiraum (C1) des Gleitlagers (Spalt zwischen der inneren Lagerumlaufoberfläche und der Oberfläche des Kurbelzapfens (12)) periodisch wiederholend zu- und abnimmt. Während des Betriebs, wenn die Oberfläche des Kurbelzapfens (12) und die innere Umlaufoberfläche (in der horizontalen Richtung) des Lagers sich einander annähern (während sich der Zustand der 11 und 12 zu dem Zustand der 13 und 14 verändert), erhöht sich der Druck des Schmieröls zwischen den beiden Oberflächen durch die hydrodynamische Quetschwirkung. Zu diesem Zeitpunkt nähert sich der Kantenbereich (13) der ersten axialen Ölnut (E), die lokalisiert ist auf der gleichen Seite wie die Rotationsrichtung des Kurbelzapfens (12), der Oberfläche des Kurbelzapfens (12) an und behindert die Bewegung des Schmieröls in der selben Richtung. Deshalb wird das Schmieröl in der ersten axialen Ölnut (E) begleitet von den eingeschlossenen Fremdstoffen (FM), tritt ein in die zweiten axialen Ölnuten (F), die mit der ersten axialen Ölnut (E) an den beiden Endbereichen in der Längsrichtung in Verbindung stehen, und wird an die Außenseite des Lagers abgegeben (14).
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Ein gewöhnlicher Verbrennungsmotor weist eine Zeitabweichung auf zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Schmierölauslass in der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens den ersten axialen Ölnutbereich (E) passiert, und dem Zeitpunkt, zu dem die äußere Kurbelzapfenumlaufoberfläche und die innere Umlaufoberfläche (in der horizontalen Richtung lokalisierte innere Umlaufoberfläche) in dem Anstoßbereich des Gleitlagers am nächsten zueinander sind. Deshalb werden die Abgaben der Fremdstoffe in die erste axiale Ölnut (E) aus dem Schmierölauslass in der äußerem Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens und die Abgabe der Fremdstoffe (FM), die in die erste axiale Ölnut (E) abgegeben werden, an die Außenseite des Lagers abwechselnd periodisch durchgeführt.
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Zum Zeitpunkt der Abgabe der Fremdstoffe (FM) an die Außenseite des Lagers wird das Schmieröl ebenfalls abgegeben, das Schmieröl wird jedoch nicht immer abgegeben, sondern es wird abgegeben zum Zeitpunkt, zu dem die äußere Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens und die innere Umlaufoberfläche (die in der horizontalen Richtung lokalisierte innere Umlaufoberfläche) in dem Anstoßbereich des Gleitlagers die stärkste Annäherung aneinander aufweisen, und deshalb ist die an die Außenseite des Lagers abgegebene Schmierölmenge gering.
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Des weiteren wird die Querschnittsfläche in der Umlaufrichtung der ersten axialen Ölnut (E) in dem Verbindungsbereich der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnut (F) größer gemacht als die Querschnittsfläche in der Umlaufrichtung der zweiten axialen Ölnut (F) (15 und 16). Deshalb ist, verglichen mit der Fließgeschwindigkeit des Schmieröls in der ersten axialen Ölnut (E), die Fließgeschwindigkeit des Schmieröls in der zweiten axialen Ölnut (F) höher; die in der zweiten axialen Ölnut (F) vorhandenen Fremdstoffe werden kaum beeinflusst durch den Fluss des Schmieröls, das in der Umlaufrichtung entlang der inneren Lagerumlaufoberfläche bei Rotation des Kurbelzapfens fließt. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die Fremdstoffe aus dem Inneren der zweiten axialen Ölnut (F) herausgedrückt werden, sich an der inneren Umlaufoberfläche des Lagers bewegen und dadurch in den Raum zwischen dem Gleitlager und der Gleitoberfläche des Kurbelzapfens eintreten.
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Die Höhe (H2) der ersten geneigten Oberfläche (B) wird kleiner gemacht als die Höhe (H1) des Lagerwanddickenverringerungsbereichs, gemessen mit dem selben Messbezugspunkt wie die Höhe der ersten geneigten Oberfläche (10). Durch Wahl dieser Konfiguration wird, wenn die Oberfläche des Kurbelzapfens (12) und die innere Lagerumlaufoberfläche sich am nächsten kommen, ein keilförmiger Zwischenraum gebildet zwischen der Oberfläche des Lagerwanddickenverringerungsbereichs, der lokalisiert ist zwischen der oberen Kante (B1) in 17 der ersten geneigten Oberfläche (B) und der oberen Kante (A1) in 17 des Lagerwanddickenverringerungsbereichs (A), und der Lagerzapfenoberfläche, wie in 17 gezeigt. Das Schmieröl, das in den keilförmigen Zwischenraum fließt, erhöht sich im Druck durch die hydrodynamische Keilwirkung und kann einen direkten Kontakt der Gleitlageroberfläche in der oberen Position von der oberen Kante (A1) und der Kurbelzapfenoberfläche in 17 verhindern.
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Wenn der oben genannte keilförmige Zwischenraum nicht gebildet wird, in dem Fall, in dem die Höhe (HZ) der ersten geneigten Oberfläche (10) größer gemacht wird als die Höhe (H1) des Lagerwanddickenverringerungsbereichs, in dem Fall, in dem der Lagerwanddickenverringerungsbereich nicht gebildet ist an der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, und dergleichen, ist zu befürchten, dass die Kurbelzapfenoberfläche und die innere Umlaufoberfläche (Gleitfläche) des Lagers außer des Lagerwanddickenverringerungsbereichs direkt miteinander in Kontakt kommen, der Schmierölfilm zwischen den beiden Oberflächen reißt und ein Festfressen in dem direkten Kontaktbereich auftritt.
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[Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
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- (1) Die Nuttiefe der ersten axialen Ölnut bezüglich der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche als Bezugspunkt in der Umlaufendoberfläche des halbzylindrischen Lagers beträgt bevorzugt 0,1 bis 0,8 mm.
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Ein Fremdstoff mit einer Größe (Länge) von höchstens etwa 0,1 mm kann in dem Schmieröl enthalten sein, und wenn die oben genannte Nuttiefe etwa 0,1 mm oder mehr beträgt, kann ein großer Fremdstoff dazu gebracht werden, in die erste axiale Nut einzutreten. Des weiteren kann, selbst wenn die Kurbelzapfenoberfläche und die erste axiale Ölnut einander am nächsten kommen, die Situation verhindert werden, bei der die Fremdstoffe durch die Kurbelzapfenoberfläche auf die Nutbodenoberfläche der ersten axialen Ölnut gedrückt werden und nicht nach außen abgegeben werden können. Wenn die Kurbelzapfenoberfläche der inneren Lagerumlaufoberfläche am nächsten kommt, falls die Bodenoberfläche der ersten axialen Ölnut zu sehr von der Kurbelzapfenoberfläche entfernt ist, steigt der Schmieröldruck in der ersten axialen Ölnut nicht in ausreichendem Maße und die Effizienz der Abgabe der Fremdstoffe verringert sich. Um eine Verringerung der Effizienz der Abgabe der Fremdstoffe zu verhindern, beträgt die Nuttiefe bevorzugt 0,8 mm oder weniger.
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Da die erste und die zweite axiale Ölnut über die gesamte Breite des Lagers entlang der Umlaufendoberfläche gebildet sind, existiert die Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche tatsächlich nicht, sondern die oben genannte Nuttiefe wird gemessen mit Bezug auf die virtuelle Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche, die gebildet wird durch virtuelles Ausdehnen der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche von dem an die erste und die zweite axiale Ölnut angrenzenden Bereich.
- (2) Die Beziehung der Höhe der ersten geneigten Oberfläche und der Höhe des oben genannten Lagerwanddickenverringerungsbereichs erfüllt bevorzugt den relationalen Ausdruck „Höhe der ersten geneigten Oberfläche +1 mm < Höhe des Lagerwanddickenverringerungsbereichs”. Wenn dem relationalen Ausdruck genügt wird, übersteigt die Differenz (d. h. die Länge in der Lagerumlaufrichtung des oben genannten keilförmigen Zwischenraums) der Höhe des Lagerwanddickenverringerungsbereichs und der Höhe der ersten geneigten Oberfläche 1 mm, der Druck des Schmieröls, das in dem keilförmigen Zwischenraum fließt, wird hoch, und die Kurbelzapfenoberfläche und die innere Umlaufoberfläche des Lagers sind kaum in direktem Kontakt miteinander.
- (3) Eine Abschrägung wird bevorzugt angewendet auf den Bereich, der an die zweite axiale Ölnut von der ersten axialen Ölnut verbindet, und der gestufte Übergangsbereich zwischen den beiden Nuten wird glatt gemacht. Als Ergebnis wird die Querschnittsfläche in der inneren Lagerumlaufrichtung der ersten axialen Ölnut allmählich kleiner hin zu der zweiten axialen Ölnut, und die Bewegung der Fremdstoffe von der ersten axialen Ölnut zu der zweiten axialen Ölnut geht glatt vonstatten.
- (4) Die Nuttiefe der ersten und der zweiten axialen Ölnut von der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche in der Umlaufendoberfläche des halbzylindrischen Lagers genügt bevorzugt dem relationalen Ausdruck „die Tiefe der zweiten axialen Ölnut < die Tiefe der ersten axialen Ölnut”. In diesem Fall kann eine kleine Nut in der Form der Ausdehnung des Bodenbereichs der zweiten axialen Ölnut gebildet werden in dem Bodenbereich der ersten axialen Ölnut. Diese kleine Nut hat die Funktion, die Fremdstoffe von der ersten axialen Ölnut in die zweite axiale Ölnut hineinzuführen (8 und 9).
- (5) Die Beziehung der Nutbreite (L2) und der Nuttiefe (L1) der zweiten axialen Ölnut genügt bevorzugt dem relationalen Ausdruck L2 < 2 × L1. Die Beziehung der Nutbreite (L2) und der Nuttiefe (L1) der zweiten axialen Ölnut genügt mehr bevorzugt dem relationalen Ausdruck L2 < L1 (18).
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Gemäß dieser Konfiguration empfangen die Fremdstoffe, die sich entlang des Nutbodens der zweiten axialen Ölnut bewegen, kaum den Einfluss des Flusses des Schmieröls, das in der Umlaufrichtung entlang der inneren Lagerumlaufoberfläche mit der Rotation des Kurbelzapfens fließt, und die Möglichkeit wird reduziert, dass die Fremdstoffe aus dem Inneren der zweiten axialen Ölnut herausgedrückt werden, um sich zu der inneren Umlaufoberfläche des Lagers zu bewegen und dadurch in den Raum zwischen dem Gleitlager und der Gleitfläche des Kurbelzapfens einzutreten. In dem Fall, dass L2 ≥ 2 × L1 ist, und selbst wenn die Querschnittsfläche der zweiten axialen Ölnut kleiner gemacht wird als die Querschnittsfläche der ersten axialen Ölnut und der Ölfluss in der zweiten axialen Ölnut erhöht wird, um die Wirkung des Ausscheidens der Fremdstoffe zu verstärken, werden die Fremdstoffe leicht beeinflusst durch den Fluss des Schmieröls in der Umlaufrichtung in der Nähe der Kurbelzapfenoberfläche durch die Rotation des Kurbelzapfens, und das Ausscheiden der Fremdstoffe zu der Außenseite des Lagers entlang der axialen Nut wird schwierig. Die Beziehung von L1 und L2 wird wünschenswerterweise festgelegt in dem Bereich der Nuttiefe L1 der axialen Nut von 0,15 mm oder mehr und der Nutbreite L2 von 1 mm oder weniger.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, die bei dem Lagerteil bzw. dem Kurbelzapfenteil geschnitten ist;
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2 ist eine Vorderansicht eines Pleuelstangenlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine Ansicht der inneren Umlaufoberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das ein Halbkörper des in 2 gezeigten Pleuelstangenlagers ist;
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4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 2 gezeigten Pleuelstangenlagers;
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5 ist eine Ansicht einer inneren Umlaufoberfläche, wobei ein Anstoßbereich eines Paars halbzylindrischer Lager des Pleuelstangenlagers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilweise sichtbar ist;
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6 ist eine Ansicht einer Umlaufendoberfläche eines der in 5 gezeigten halbzylindrischen Lager;
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7 ist eine Vorderansicht eines teilweise sichtbaren Anstoßbereichs eines Paars halbzylindrischer Lager eines Pleuelstangenlagers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 ist eine Ansicht entlang des Pfeils VIII der 7;
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9 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung des Pleuelstangenlagers der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine Ansicht eines Teils einer inneren Umlaufoberfläche des in 9 gezeigten Pleuelstangenlagers;
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11 ist eine Ansicht, die einen deformierten Zustand des Pleuelstangenlagers zeigt, in dem Fall, dass eine Last auf das Pleuelstangenlager gemäß der vorliegenden Erfindung einwirkt;
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12 ist eine Ansicht einer teilweisen inneren Umlaufansicht des Pleuelstangenlagers, das der 11 entspricht;
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13 ist eine Ansicht, die einen deformierten Zustand des Pleuelstangenlagers zeigt, in dem Fall, dass eine Last, die verschieden ist von dem Fall der 11, auf das Pleuelstangenlager gemäß der vorliegenden Erfindung, einwirkt;
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14 ist eine Ansicht einer teilweisen inneren Umlaufoberfläche des Pleuelstangenlagers, die der 13 entspricht;
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15 ist eine Ansicht einer teilweisen inneren Umlaufoberfläche eines Pleuelstangenlagers, die eine Ausführungsform des Pleuelstangenlagers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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16 ist eine Ansicht entlang der Linie XVI bis XVI in 15;
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17 ist eine teilweise schematische Ansicht, die einen Betriebsmodus des Pleuelstangenlagers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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18 ist eine partielle schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsform einer zweiten axialen Ölnut in dem Pleuelstangenlager gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine schematische Ansicht, worin eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bei dem Lagerzapfenteil bzw. dem Kurbelzapfenteil geschnitten ist, und zeigt einen Lagerzapfen 10 (der in der Richtung des Pfeils X rotiert), einen Kurbelzapfen 12 und eine Pleuelstange 14. Die positionelle Beziehung der drei Teile in der Papiertieferichtung ist dergestalt, dass der Lagerzapfen 10 auf der tiefsten Seite der Papieroberfläche ist, der Kurbelzapfen 12 an der Vorderseite ist und der Kurbelzapfen 12 umgeben ist von einem Pleuelfußgehäuse 16 der Pleuelstange 14, die am anderen Ende einen Kolben trägt.
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Der Lagerzapfen 10 ist gelagert in dem unteren Bereich des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors über ein Paar halbzylindrischer Lager 18A und 18B. In dem halbzylindrischen Lager 18A, das an der oberen Seite der Zeichnung lokalisiert ist, ist eine Schmierölnut 18a gebildet über die gesamte Länge der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Lagers 18A.
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Des weiteren besitzt der Lagerzapfen 10 ein Durchgangsloch 10a in der Durchmesserrichtung davon, und wenn sich der Lagerzapfen 10 in der Richtung des Pfeils x dreht, kommen Öffnungen an beiden Enden des Durchgangslochs 10a abwechselnd mit der Schmierölnut 18a in Verbindung.
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Des weiteren ist eine Schmierölpassage 20 gebildet in der Kurbelwelle, um durch den Lagerzapfen 10, einen (nicht gezeigten) Kurbelarm und den Kurbelzapfen 12 hindurch zu dringen.
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Der Kurbelzapfen 12, der in Richtung des Pfeils Z rotiert, wird gehalten durch das Pleuelfußgehäuse 16 (dieses wird gebildet durch ein Pleuelfußgehäuse 16A auf der Pleuelstangenseite und ein Pleuelfußgehäuse 16B auf der Deckelseite) der Pleuelstange 14 über ein Paar halbzylindrischer Lager 24 und 26. Die halbzylindrischen Lager 24 und 26 sind zusammengebaut unter Anstoß ihrer Anstoßendoberflächen aneinander, um ein zylindrisches Pleuelstangenlager 22 zu bilden.
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[Ausführungsform 1]
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Die 2 bis 4 zeigen die Einzelheiten des oberen und des unteren halbzylindrischen Lagers 24 und 26, die das Pleuelstangenlager 22 bilden. Die halbzylindrischen Lager 24 und 26 haben die selben Formen (bezüglich der Ähnlichkeit der Bezugszeigen der beiden halbzylindrischen Lager, siehe „Beschreibung von Symbolen” am Ende der Beschreibung), und deshalb wird nur die Form von einem der beiden beschrieben.
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Das halbzylindrische Lager 24 ist in den Zeichnungen lateral symmetrisch.
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[Anstoßaussparung]
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Lagerwanddickenverringerüngsbereiche (siehe Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberflächen A), in denen die Lagerwanddicke klein gemacht wird, sind gebildet hin zu dem zentralen Bereich in der Umlaufrichtung des halbzylindrischen Lagers 24 von den Umlaufendoberflächen 24A und 24B des halbzylindrischen Lagers 24. Der Lagerwanddickenverringerungsbereich wird im Allgemeinen als Anstoßaussparung bezeichnet (siehe Absatz [0004]).
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Beispiel für die Größe des Wanddickenverringerungsbereichs (Anstoßaussparungsbereich):
Umlauflänge = 3 mm bis 15 mm und die Verringerungsmenge der Dicke in den Umlaufendbereich unter Bezug auf die Lagerwanddicke in dem mittleren Bereich in der Umlaufrichtung = 0,01 bis 0,05 mm.
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[Erste und zweite axiale Ölnut]
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An den Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberflächen A, die an die Umlaufendoberflächen 24A, 24B, 26A und 26B der halbzylindrischen Lager 24 und 26 angrenzen, sind jeweils erste geneigte Oberflächen B, gebildet in dem zentralen Bereich in der axialen Richtung von den Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberflächen aus über die Umlaufendoberflächen. Des weiteren sind zweite geneigte Oberflächen D, gebildet von den Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberflächen A aus, über die Umlaufendoberflächen 24A und 24B reichend bis zu beiden Seiten in der Richtung der Lagerbreite der ersten geneigten Oberfläche B. Die erste geneigte Oberfläche B und die beiden zweiten geneigten Oberflächen D sind in der Richtung der Lagerbreite planarsymmetrisch gebildet.
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Die dimensionale Beziehung der ersten geneigten Oberfläche B ist wie folgt.
- (1) Wenn die Länge (B1) in der Richtung der Lagerbreite das Maximum ist, ist die Länge (D1) zwischen der ersten geneigten Oberfläche B und der Endoberfläche in der Richtung der Lagerbreite 2 mm.
- (2) Die Länge (B1) in der Richtung der Lagerbreite der ersten geneigten Oberfläche B ist größer als der Auslassöffnungsdurchmesser (d) der inneren Schmierölpassage in der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens 12.
- (3) Die Höhe (H2) der ersten geneigten Oberfläche B bezüglich der Umlaufendoberfläche des halbzylindrischen Lagers ist mindestens ¼ und weniger als höchstens ½ des Auslassöffnungsdurchmessers (d) der inneren Schmierölpassage in der äußeren Kurbelzapfenumlaufoberfläche.
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Diese Konfiguration definiert eine erste axiale Ölnut (E) und zwei zweite axiale Ölnuten (F) entlang der beiden Kontaktoberflächen der Umlaufendoberfläche in dem Zustand, in dem die halbzylindrischen Lager 24 und 26 zu einer zylindrischen Form zusammengesetzt sind. Dabei entspricht die erste axiale Ölnut (E) der ersten geneigten Oberfläche (B) und die zweite axiale Ölnut (F) entspricht der zweiten geneigten Oberfläche (D).
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Die Nuttiefe (DP) der ersten axialen Ölnut (E) ist 0,1 bis 0,8 mm. Da die Umlaufendoberfläche des halbzylindrischen Lagers geschnitten ist, wird die Nuttiefe (DP) festgelegt unter Bezug auf eine virtuelle Linie durch Bilden der virtuellen Linie durch Erstrecken der Lagerwanddickenverringerungsbereichsoberfläche (A) bis zu dem Bereich der ersten axialen Ölnut (E) in 4.
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[Ausführungsform 2]
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Es werden die in den 5 und 6 gezeigten halbzylindrischen Lager 24C und 26C beschrieben. Im Fall der in Ausführungsform 1 gezeigten halbzylindrischen Lager 24 und 26 sind Stufen vorhanden, die verursacht werden durch die Differenz der Querschnittsflächen der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnuten (F) in den Verbindungsbereichen der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnuten (F). Bei der Ausführungsform 2 werden die Stufenbereiche durch Abschrägen zu geneigten Oberflächen ausgebildet. Eine durch Abschrägen gebildete geneigte Oberfläche B ist ein Übergangsbereich (Verbindungsbereich) zwischen der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnut (F).
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Gemäß der Konfiguration wird der Fluss des Schmieröls, das von Fremdstoffen begleitet ist, welcher sich erstreckt von der ersten axialen Ölnut (E) zu der zweiten axialen Ölnut (F) mit kleiner Querschnittsfläche, leicht gemacht.
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Der oben genannte, durch ein Paar geneigter Oberflächen (BT) definierte Übergangsbereich, gehört zum Bereich der ersten axialen Ölnut (E). Wenn die Querschnittsflächen der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnut (F) verglichen werden, wäre es jedoch angemessen, den Verbindungsbereich der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnut (F) unter Ausschluss des Verbindungsbereichs zu begreifen.
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[Ausführungsform 3]
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Es werden die in den 7 und 8 gezeigten halbzylindrischen Lager 24D und 26D beschrieben.
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Die Nuttiefe der durch ein Paar zweiter geneigter Oberflächen (D) definierten zweiten axialen Ölnut (F) wird größer gemacht als die Nuttiefe der durch ein Paar erster geneigter Oberflächen (B) definierten ersten axialen Ölnut (E) (7). Deshalb ist eine kleine Nut (F1) mit der Tiefe entsprechend der Differenz der Nuttiefe der ersten axialen Ölnut (E) und der zweiten axialen Ölnut (F) entlang dem Nutboden der ersten axialen Ölnut (E) als Erweiterungsbereich der zweiten axialen Ölnut (F) vorhanden (8). Die kleine Nut (F1) fungiert als Führungsnut für die Fremdstoffe, die in der ersten axialen Ölnut (E) vorhanden sind, um sich leicht in die zweite axiale Ölnut (F) hinein zu bewegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-215563 A [0004, 0006]
- JP 10-325410 A [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Abschnitt 3.2., DIN1497 [0004]
