DE102011006503A1

DE102011006503A1 - Gleitlager für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102011006503A1
Application number: DE102011006503A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Ukai; Osamu Ishigo; Yoshihiro Ozawa
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: US8672551B2; DE102011006503B4; JP2011214638A; KR101189713B1; KR20110109934A; US20110243486A1; JP5048805B2

Abstract

Es wird ein Gleitlager zur Verwendung als Kurbelwellenlager eines Verbrennungsmotors beschrieben. Eines der halbzylindrischen Lager (30) ist mit einer umlaufenden Ölnut (32) an seiner inneren Umlaufoberfläche versehen und hat zwei Umlaufenden (34a, 34b). Die umlaufende Ölnut hat ein offenes Nutende an mindestens einem der beiden Umlaufenden, nämlich dem ersten Umlaufende (34a), das das Ende in der relativen Rotationsrichtung der Kurbelwelle ist. Das andere halbzylindrische Lager (40) ist mit mindestens einer lokal umlaufenden Nut (42) an seiner inneren Umlaufoberfläche versehen und hat zwei Umlaufenden (44a, 44b). Die lokal umlaufende Nut hat ein offenes Nutende an einem der beiden Umlaufenden, nämlich dem zweiten Umlaufende (44a), das das Ende in der der relativen Rotationsrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung ist. Die umlaufende Ölnut und die lokal umlaufende Nut stehen in flüssigkeitsleitender Verbindung miteinander. Im Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung ist der Boden der lokal umlaufenden Nut gegenüber dem Boden der umlaufenden Ölnut zu der Achse des Gleitlagers hin versetzt. Entlang der Kontaktfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufende ist eine axiale Nut (G) gebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager zur Verwendung als Kurbelwelllager eines Verbrennungsmotors, das ein aus zwei halbzylindrischen Lagern gebildeter zylindrischer Körper ist.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Gleitlager zur Verwendung als Kurbelwellenlager werden als auf zwei halbzylindrischen Lagern zusammengesetzte zylindrische Körper gebildet. Dabei ist an einer inneren Umlaufoberfläche von mindestens einem der beiden halbzylindrischen Lager eine umlaufende Ölnut gebildet, durch die Öl zu einer äußeren Umlaufoberfläche der Kurbelzapfen zugeführt wird. Die umlaufende Ölnut hat dabei im allgemeinen eine konstante Tiefe (siehe JP-A-08-277831 ).
Kürzlich ist vorgeschlagen worden, einen verengten Bereich auszubilden, in dem die Querschnittsfläche der Ölnut von der Umlaufmitte zum Umlaufende des Lagers hin abnimmt, um die aus dem Umlaufendbereich des Lagers austretende Schmierölmenge zu verringern und die Entwicklung von immer kleineren Ölpumpen für die Schmierölzufuhr zu ermöglichen (siehe JP-A-04-219521 und JP-A-2005-69283 ).
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die Zufuhr von Schmieröl zur Gleitoberfläche von Gleitlagern von Verbrennungsmotoren erfolgt in der Weise, dass das Schmieröl zunächst von außerhalb des Gleitlagers, d. h. des Kurbelwellenlagers, zu einer an der inneren Oberfläche des Gleitlagers gebildeten umlaufenden Ölnut zugeführt wird und sodann zu der Gleitoberfläche des Kurbelwellenlagers und zur Gleitoberfläche der Kurbelzapfenlager zugeführt wird.
Bei Verbrennungsmotoren enthält das der umlaufenden Ölnut des Kurbelwellengleitlagers zugeführte Schmieröl im Allgemeinen Fremdstoffe, die in den Öldurchlässen verblieben sind. Bei den Fremdstoffen handelt es sich um Materialteilchen, die entstehen, wenn die Öldurchlässe durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden, bei Gießverfahren verwendeten Formsand und dergleichen. Bei der Rotation der Kurbelwelle begleiten die Fremdstoffe den Fluss des Schmieröls. Bei herkömmlichen Gleitlagern für Verbrennungsmotoren werden die Fremdstoffe zusammen mit dem Schmieröl durch Aussparungen wie zum Beispiel Anstoßaussparungen und Abfasungen, die in den Endbereichen der zylindrischen Lager gebildet sind, nach außen abgegeben. Bei neueren Verbrennungsmotoren rotiert die Kurbelwelle jedoch tendenziell mit höherer Geschwindigkeit und die Trägheit (die die Vorwärtsbewegung der Fremdstoffe bewirkt) wird größer. Daher werden die Fremdstoffe nicht durch die Aussparungen, die in den Umlaufendbereichen der beiden halbzylindrischen Lager gebildet sind, nach außen abgegeben, sondern gelangen in den Bereich der Gleitoberfläche des jeweils anderen halbzylindrischen Lagers, wo keine umlaufende Ölnut gebildet ist, so dass die Gleitoberfläche des Gleitlagers durch die Fremdstoffe beschädigt werden kann.
Um das Austreten von Schmieröl in den Umlaufendbereichen des Gleitlagers zu verringern, ist andererseits ein Gleitlager vorgeschlagen worden, das aus einem Paar halbzylindrischer Lager besteht, in dessen Umlaufendbereichen ein verengter Bereich in der umlaufenden Ölnut gebildet ist (siehe JP-A-04-219521 und JP-A-2005-69283 ). Die Untersuchung solcher Gleitlager hinsichtlich der Fremdstoffe zeigt, dass bei diesen insofern ein Problem besteht, als die Fließgeschwindigkeit des Schmieröls auf der in Fließrichtung des Schmieröls gesehen hinter dem verengten Bereich liegenden Seite zunimmt und die auf die das Schmieröl begleitenden Fremdstoffe wirkenden Trägheitskräfte dadurch größer werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass die Fremdstoffe in den Bereich der Gleitoberfläche des halbzylindrischen Lagers gelangen, zunimmt.
Zur Lösung dieser Probleme ist vorgeschlagen worden, in den Umlaufendbereichen der beiden halbzylindrischen Lager Anstoßaussparungen auszubilden, die mit der umlaufenden Ölnut in Verbindung stehen, wobei die Fläche des Zwischenraums zwischen der Anstoßaussparungsoberfläche und der Kurbelwellenoberfläche relativ größer ist als die Querschnittsfläche der umlaufenden Ölnut an den Umlaufenden des halbzylindrischen Lagers (siehe JP-A-2005-69283 ). Bei einem solchen Lager besteht jedoch das Problem, dass an den Seiten des Lagers durch den Zwischenraum zwischen der Anstoßaussparungsoberfläche und der Kurbelwellenoberfläche viel mehr Öl austritt und die Menge des Öls, die der inneren Umlaufoberfläche des der umlaufenden Ölnut gegenüberliegenden halbzylindrischen Lagers zugeführt wird, verringert ist, so dass sich die Schmierung des letztgenannten halbzylindrischen Lagers verschlechtert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Gleitlager für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, das hervorragende Eigenschaften hinsichtlich der Ausscheidung von Fremdstoffen und der Schmierung aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bereitgestellt: Ein Gleitlager zur Verwendung als Kurbelwellenlager eines Verbrennungsmotors, das ein aus zwei halbzylindrischen Lagern gebildeter zylindrischer Körper ist,
wobei eines der halbzylindrischen Lager an seiner inneren Umlaufoberfläche mit einer umlaufenden Ölnut versehen ist und zwei Umlaufenden aufweist, wobei die umlaufende Ölnut an mindestens einem ersten der beiden Umlaufenden ein offenes Nutende aufweist und wobei das erste Umlaufende das Ende in der relativen Rotationsrichtung der Kurbelwelle ist,
wobei das andere halbzylindrische Lager an seiner inneren Umlaufoberfläche mit mindestens einer lokal umlaufenden Nut versehen ist und zwei Umlaufenden aufweist, wobei die lokal umlaufende Nut an einem zweiten der der beiden Umlaufenden ein offenes Nutende aufweist und wobei das zweite Nutende das Ende in der der relativen Rotationsrichtung der Kurbelwelle entgegen gesetzten Richtung ist,
wobei die Mitten in der Breitenrichtung der umlaufenden Ölnut und der lokal umlaufenden Nut miteinander ausgerichtet sind, so dass die umlaufende Ölnut und die lokal umlaufende Nut miteinander in flüssigkeitsleitender Verbindung stehen, wobei im Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung der Boden der lokal umlaufenden Nut gegenüber dem Boden der umlaufenden Ölnut zu der Achse des Gleitlagers hin versetzt ist und
wobei entlang der Kontaktfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufende mindestens eine der beiden inneren Kanten der ersten und zweiten Umlaufenden abgeschrägt ist und eine geneigte Fläche aufweist, wodurch über die gesamte axiale Breite des Gleitlagers eine axiale Nut gebildet wird, wobei die axiale Nut in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der umlaufenden Ölnut steht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die lokal umlaufende Nut in einem Bereich des Umlaufwinkels (θ), gemessen von dem zweiten Umlaufende aus, von mindestens 5° bis höchstens 45° gebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Breite (W1) der umlaufenden Ölnut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung größer als die Breite (W2) der lokal umlaufenden Nut. Eine bevorzugte Beziehung zwischen der Breite (W1) der umlaufenden Ölnut und der Breite (W2) der lokal umlaufenden Nut wird durch die Gleichung W2 = (0,50 bis 0,90) × W1 ausgedrückt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genügen die Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut und die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung der Beziehung D2 = (0,50 bis 0,90) × D1.

(1) Erfindungsgemäß stehen die umlaufende Ölnut und die lokal umlaufende Nut in flüssigkeitsleitender Verbindung miteinander, wobei die Mitten in der Breitenrichtung der umlaufenden Ölnut und der lokal umlaufenden Nut miteinander ausgerichtet sind. Im Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung ist der Boden der lokal umlaufenden Nut gegenüber dem Boden der umlaufenden Ölnut zur Achse des Gleitlagers hin versetzt. Bei dieser Struktur wird der Teil des freien Querschnitts der umlaufenden Ölnut, der sich in der Nähe des Nutbodens befindet, dort wo die beiden Umlaufenden miteinander in Kontakt stehen, durch das Umlaufende des halbzylindrischen Lagers mit der lokal umlaufenden Nut teilweise verschlossen. Die teilweise verschlossene Struktur des offenen Nutendes fungiert daher als Barriere gegenüber Fremdstoffen, die sich entlang des Bodens der umlaufenden Ölnut zu dem offenen Nutende hin bewegen und die ein größeres spezifisches Gewicht als das Schmieröl aufweisen, so dass sich die Umlaufgeschwindigkeit der Fremdstoffe verringert und die translatorischen Trägheitskräfte der Fremdstoffe kleiner werden.

Entlang der Kontaktfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufende ist andererseits mindestens eine der beiden inneren Kanten der ersten und zweiten Umlaufenden abgeschrägt, so dass sie eine geneigte Fläche aufweist, wodurch über die gesamte axiale Breite des Gleitlagers eine axiale Nut gebildet wird. Aufgrund dieser Struktur können die Fremdstoffe, deren Umlaufgeschwindigkeit verringert worden ist, mit dem Schmieröl mitgenommen werden, das durch die umlaufende Ölnut und die damit in flüssigkeitsleitender Verbindung stehende axiale Nut fließt, so dass die Fremdstoffe zusammen mit dem Schmieröl leicht über die axialen Enden des Gleitlagers abgegeben werden können.
Wenn die Querschnittsfläche der axialen Nut zu groß ist, erhöht sich die austretende Schmierölmenge. Deshalb ist die Querschnittsfläche der axialen Nut bevorzugt gerade nur so groß, dass die Fremdstoffe nach außen abgegeben werden können. Spezieller beträgt bei Verbrennungsmotoren für Personenkraftfahrzeuge die Breite der axialen Nut bevorzugt 0,2 bis 1 mm und ihre Tiefe bevorzugt 0,2 bis 1 mm. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Breite und Tiefe der umlaufenden Ölnut durch die Eigenschaften des jeweiligen Verbrennungsmotors bestimmt werden, so dass die umlaufende Ölnut keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, solange die erfindungsgemäße Beziehung bezüglich der lokal umlaufenden Nut eingehalten wird.

(2) Schmieröl, das hauptsächlich aufgrund der Rotation der Kurbelwelle relativ zu dem Gleitlager durch die umlaufende Ölnut fließt, wird von Fremdstoffen begleitet. Fremdstoffe, die ein größeres spezifisches Gewicht als das Schmieröl haben, bewegen sich aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft entlang des Nutbodens, wenn sie sich in der umlaufenden Ölnut bewegen. Schmieröl, das im oberen Bereich der umlaufenden Ölnut (d. h. in der Nähe der Kurbelwelle und nicht in der Nähe des Nutbodens) fließt, enthält somit weniger Fremdstoffe. Das weniger Fremdstoffe enthaltende Schmieröl, das in dem oberen Bereich der umlaufenden Ölnut fließt, fließt daher leicht in die in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der umlaufenden Ölnut stehende lokal umlaufende Nut und verteilt sich über die innere Umlaufoberfläche des anderen halbzylindrischen Lagers mit der lokal umlaufenden Nut (eine Gleitoberfläche mit der Kurbelwelle). Dadurch wird auf der anderen Seite des halbzylindrischen Lagers eine gute Schmierung erzielt. Die voranstehende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, dass die Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut und die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut der Beziehung D1 > D2 genügen. Wenn D1 ≤ D2 ist, treten die sich entlang des Bodens der umlaufenden Ölnut bewegenden Fremdstoffe leicht in die lokal umlaufende Nut ein und gelangen zu der inneren Umlaufoberfläche des anderen halbzylindrischen Lagers. Selbst wenn D1 > D2 ist, treten die Fremdstoffe, die das offene Nutende der umlaufenden Ölnut erreichen, leicht in die lokal umlaufende Nut des anderen halbzylindrischen Lagers ein und gelangen zu der inneren Umlaufoberfläche des anderen halbzylindrischen Lagers, wenn, anders als bei dem erfindungsgemäßen Gleitlager, keine mit der umlaufenden Ölnut in flüssigkeitsleitender Verbindung stehende axiale Nut existiert.
(3) Bei dem erfindungsgemäßen Gleitlager wird der offene Querschnitt des offenen Nutendes der umlaufenden Ölnut in der Nähe des Nutbodens durch das Umlaufende des halbzylindrischen Lagers mit der lokal umlaufenden Nut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung zwischen der umlaufenden Ölnut und der lokal umlaufenden Nut teilweise verschlossen. Die Struktur übt somit eine blockierende Wirkung auf die Fremdstoffe aus, die sich in der umlaufenden Ölnut entlang des Nutbodens zu dem offenen Ende hin bewegen. Um die blockierende Wirkung zu maximieren, weißt der Nutboden bevorzugt eine flache Oberfläche auf, so dass die umlaufende Ölnut und die lokal umlaufende Nut eine ausreichend große Nutbodenbreite haben.
(4) Nachfolgend wird die bevorzugte Ausführungsform beschrieben, bei der die lokal umlaufende Nut in einem Bereich des Umlaufwinkels (θ), gemessen von dem zweiten Umlaufende aus, von mindestens 5° bis höchstens 45° gebildet ist. Wenn der Umlaufwinkelbereich θ nicht weniger als 5° beträgt, kann die Schmierung an der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Lagers mit der lokal umlaufenden Nut verbessert werden, da dann eine ausreichende Zufuhr von Schmieröl zu der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Lagers sichergestellt ist. Wenn der Umlaufwinkelbereich θ kleiner als 5° ist, kann eine ausreichende Ölzufuhr nicht erreicht werden. Der Grund dafür, dass der Maximalwert des Umlaufwinkelbereichs θ 45° beträgt, liegt darin, dass vermieden werden muss, dass die lokal umlaufende Nut in dem Bereich des halbzylindrischen Lagers mit der lokal umlaufenden Nut gebildet wird, der die Hauptlast trägt (das ist der Umlaufmittelbereich des halbzylindrischen Lagers, auf den die Kurbelwelle eine starke Last ausübt), sodass das halbzylindrische Lager eine ausreichende Festigkeit gegenüber starker Belastung aufweist.
(5) Nachfolgend wird der Grund dafür beschrieben, dass, bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut und die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung der Beziehung D2 = (0,50 bis 0,90) × D1 genügen. Um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der sich die Fremdstoffe entlang des Bodens der umlaufenden Ölnut zu dem Ort der flüssigkeitsleitenden Verbindung hin bewegen, ist es bevorzugt, dass die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut 90% oder weniger der Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut beträgt, so dass 10% oder mehr der Tiefe der umlaufenden Ölnut durch das Umlaufende des anderen halbzylindrischen Lagers mit der lokal umlaufenden Nut verschlossen wird. Um eine ausreichende Zufuhr von Schmieröl zu der inneren Umlaufoberfläche des anderen halbzylindrischen Lagers auf der Auslaufseite der umlaufenden Ölnut sicherzustellen, ist es andererseits bevorzugt, dass die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut 50% oder mehr der Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut beträgt und 50% oder mehr der Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut gegenüber der Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung offen ist. Dabei ist zu beachten, dass die Breite und Tiefe der umlaufenden Ölnut bestimmt werden durch die Eigenschaften des jeweiligen Verbrennungsmotors und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, sofern die erfindungsgemäße Beziehung bezüglich der lokal umlaufenden Ölnut erreicht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, wobei der Achszapfen und der Kurbelzapfen im Querschnitt dargestellt sind.
2 ist eine Frontansicht eines Gleitlagers zur Verwendung als Kurbelwellenlager gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Draufsicht auf eine innere Umlaufoberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das als Teil des in 2 gezeigten Gleitlagers verwendet wird.
4 ist eine Draufsicht auf die innere Umlaufoberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das als der andere Teil des in 2 gezeigten Gleitlagers verwendet wird.
5 ist eine Darstellung der Funktion des in 2 gezeigten Gleitlagers.
6 ist eine Ansicht des Umlaufendes des halbzylindrischen Lagers, das ein Teil des in den 2 bis 4 gezeigten Gleitlagers ist (d. h. eine Ansicht, in der durch die Pfeillinie VI-VI in 5 bezeichneten Richtung).
7 ist eine Ansicht des Umlaufendes des halbzylindrischen Lagers, das ein Teil des in den 2 bis 4 gezeigten Gleitlagers ist (d. h. eine Ansicht, in der durch die Pfeillinie VII-VII in 5 bezeichneten Richtung).
8 ist eine Draufsicht, ähnlich der 3, auf eine innere Umlaufoberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das Teil eines Gleitlagers zur Verwendung als Kurbelwellenlager gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
9 ist eine Draufsicht, ähnlich der 4, auf eine innere Umlaufoberfläche des anderen halbzylindrischen Lagers, das mit dem in 8 gezeigten halbzylindrischen Lager kombiniert wird.
10 ist eine Darstellung der Funktion des in den 8 und 9 gezeigten Gleitlagers.
11 ist eine Frontansicht eines Gleitlagers zur Verwendung als Kurbelwellenlager gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Draufsicht auf eine innere Umlaufoberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das Teil des in der 11 gezeigten Gleitlagers ist.
13 ist eine Draufsicht auf eine innere Umlaufoberfläche eines halbzylindrischen Lagers, das der andere Teil des in 11 gezeigten Gleitlagers ist.
14 ist eine Darstellung eines Beispiels der Querschnittsform einer umlaufenden Ölnut und einer lokal umlaufenden Nut, die in dem erfindungsgemäßen Gleitlager gebildet sind.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Ausführungsform 1
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors im Querschnitt durch den Achszapfen bzw. den Kurbelzapfen zeigt. Dabei sind ein Achszapfen 10, ein Kurbelzapfen 12 und eine Pleuelstange 14 gezeigt. Diese drei Elemente sind in der Tiefenrichtung der Zeichnung räumlich so angeordnet, dass der Achszapfen 10 am weitesten hinter der Zeichnungsebene liegt und der Kurbelzapfen 12 in der Zeichnungsebene liegt und umgeben ist von dem Pleuelfußgehäuse 16 der Pleuelstange 14, die an ihrem anderen Ende mit dem Kolben verbunden ist.
Der Achszapfen 10 wird gelagert auf dem unteren Bereich des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors, und zwar durch ein zylindrisches Gleitlager, das aus einem oberen halbzylindrischen Lager 30 und einem unteren halbzylindrischen Lager 40 besteht. Über die gesamte Länge der inneren Umlaufoberfläche des oberen halbzylindrischen Lagers 30, das in der Zeichnung oben angeordnet ist, ist eine umlaufende Ölnut 32 gebildet.
Der Achszapfen 10 besitzt darüber hinaus ein diametrales Durchgangsloch 10a. Wenn sich der Achszapfen 10 in der Richtung des Pfeils X dreht, kommen die beiden Öffnungen des Durchgangslochs 10a abwechselnd mit der umlaufenden Ölnut 32 in Verbindung.
Darüber hinaus ist innerhalb der Kurbelwelle durch den Achszapfen 10, den (nicht gezeigten) Kurbelarm und dem Kurbelzapfen 12 hindurch ein Schmieröldurchgang 18 gebildet.
Der Kurbelzapfen 12 wird in dem Pleuelfußgehäuse 16 (umfassend ein pleuelstangenseitiges Pleuelfußgehäuse 16A und ein deckelseitiges Pleuelfußgehäuse 16B) der Pleuelstange 14 durch ein Paar halbzylindrischer Lager 20 und 22 gehalten. Die halbzylindrischen Lager 20 und 22 sind über ihre anstoßenden Endoberflächen miteinander verbunden, um ein zylindrisches Pleuelstangenlager zu bilden.
Beim Betrieb des Motors wird Schmieröl aus der Ölverteilung in dem Zylinderblock in die umlaufende Ölnut 32 über eine Öffnung zugeführt, die durch die Wand des oberen halbzylindrischen Lagers 30, wo die umlaufende Ölnut 32 in der inneren Umlaufoberfläche gebildet ist, aus dem oberen halbzylindrischen Lager 30 und dem unteren halbzylindrischen Lager 40, die das den Achszapfen 10 tragende Hauptlager bilden, führt. Die beiden Endöffnungen des diametralen Durchgangslochs 10a, das in dem rotierenden Achszapfen 10 gebildet ist, kommen intermittierend mit der umlaufenden Ölnut 32 in Verbindung. Während der Verbindung wirkt ein Öldruck auf das Durchgangsloch 10a und der Schmieröldruck pflanzt sich in den mit dem Durchgangsloch 10a in Verbindung stehenden Schmieröldurchgang 18 fort. Dadurch wird Schmieröl zu dem Gleitoberflächenbereich zwischen dem Kurbelzapfen 12 und den Pleuelstangenlagern 20 und 22 aus einer Öffnung des Schmieröldurchgangs 18 an der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens 12 zugeführt.
Die 2 bis 4 zeigen das zylindrische Gleitlager für den Achszapfen 10 einschließlich des oberen halbzylindrischen Lagers 30 und des unteren halbzylindrischen Lagers 40. Bei den beiden Lagern 30 und 40 stoßen jeweils die Umlaufenden 34a bzw. 34b und 44a bzw. 44b aneinander an.
Die umlaufende Ölnut 32 ist umlaufend über das gesamte obere halbzylindrische Lager 30 von dem Umlaufende 34a bis zu dem Umlaufende 34b gebildet. Somit weist die umlaufende Ölnut 32 an den Umlaufenden 34a und 34b offene Nutenden auf. Die umlaufende Ölnut 32 hat, wie in 6 gezeigt, einen flachen Nutboden.
Ein Kantenbereich an der Innenseite (der axialen Seite des Gleitlagers) des Umlaufendes 34a in der Richtung der Rotation der Kurbelwelle (siehe Pfeil X) ist über die gesamte Lagerbreite abgeschrägt, um eine geneigte Oberfläche 36 zu bilden.
An der inneren Umlaufoberfläche des unteren halbzylindrischen Lagers 40 ist eine lokal umlaufende Nut 42 mit geringer Umlauflänge gebildet, und zwar in einem Bereich des Umlaufwinkels θ, gemessen von dem Umlaufende 44a. Die Mitte der Nutbreite der lokal umlaufenden Nut 42 und die Mitte der Nutbreite der umlaufenden Ölnut 32 sind miteinander ausgerichtet an den gegeneinander anstoßenden Umlaufenden 34a und 44a. Die lokal umlaufende Nut 42 hat, wie in 7 gezeigt, einen flachen Nutboden.
Ein Kantenbereich an der Innenseite (der axialen Seite des Gleitlagers) des Umlaufendes 44a in der der Rotation der Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung (siehe Pfeil X) ist über die gesamte Lagerbreite abgeschrägt, um eine geneigte Oberfläche 46 zu bilden.
Die geneigte Oberfläche 46 definiert zusammen mit der geneigten Oberfläche 36 eine axiale Nut G mit V-förmigem Querschnitt, die sich über die gesamte axiale Breite des Gleitlagers erstreckt.
Bei dieser Konfiguration stehen die umlaufende Ölnut 32 und die lokal umlaufende Nut 42 an den im Kontakt miteinander stehenden Umlaufenden 34a und 44a in flüssigkeitsleitender Verbindung miteinander. Die beiden Nuten 32 und 42 und die axiale Nut G stehen ebenfalls in flüssigkeitsleitender Verbindung miteinander.
Dimensionale Beziehung zwischen der umlaufenden Ölnut 32 und der lokal umlaufenden Nut 42

(1) Breite der umlaufenden Ölnut 32 und der lokal umlaufenden Nut 42: Die Breiten W1 und W2 der beiden Nuten 32 und 42 sind gleich (W1 = W2) (siehe 3 und 4).
(2) Tiefe der umlaufenden Ölnut 32 und der lokal umlaufenden Nut 42: Da an den miteinander in Kontakt stehenden Umlaufenden 34a und 44a die axiale Nut G existiert, können die Tiefen der Nuten 32 und 42 an den Umlaufenden 34a und 44a nicht direkt definiert werden. Ausgehend von der gedachten inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers, die sich ergäbe, wenn die axiale Nut G nicht existierte, kann jedoch die Beziehung D1 > D2 zwischen der Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut 32 und der Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut 42 festgelegt werden. Anders ausgedrückt ist der Boden der lokal umlaufenden Nut 42 gegenüber dem Boden der umlaufenden Ölnut 32 zu der Achse des Gleitlagers hin versetzt.

Bei der voranstehend beschriebenen Konfiguration des oberen halbzylindrischen Lagers 30 und des unteren halbzylindrischen Lagers 40 stehen die umlaufende Ölnut 32 und die lokal umlaufende Nut 42 an den gegeneinander anstoßenden Umlaufenden 34a und 44a miteinander in flüssigkeitsleitender Verbindung. Da die Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut 32, die voranstehend beschrieben ist, größer ist als die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut 42, wird ein Teil des offenen Nutendes der umlaufenden Ölnut 32, der in der Nähe des Nutbodens liegt, durch das Umlaufende 44a des unteren halbzylindrischen Lagers 40 verschlossen. Die Geschwindigkeit, mit der sich Fremdstoffe F entlang des Bodens der umlaufenden Ölnut 32 bewegen, wird durch die blockierende Wirkung allmählich verringert, wenn sich die Fremdstoffe F dem Umlaufende 34a nähern. Da die translationale Trägheitskraft der Fremdstoffe F in der Umlaufrichtung in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung zwischen der umlaufenden Ölnut 32 und der lokal umlaufenden Nut 42 dadurch verringert wird, werden die Fremdstoffe F leicht an die Außenseite des Gleitlagers aus den axialen Endbereichen des Gleitlagers abgegeben, wenn diese das durch die axiale Nut G aus der umlaufenden Ölnut 32 fließende Schmieröl begleiten.
Der Anteil der Fremdstoffe in dem Schmieröl, die im oberen Bereich der umlaufenden Ölnut 32 und nicht entlang des Nutbodens fließen, ist gering. Das Schmieröl fließt zu der Gleitoberfläche des unteren halbzylindrischen Lagers 40 durch die lokal umlaufende Nut 42, die in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der umlaufenden Ölnut 32 steht. Dadurch wird eine gute Schmierwirkung erzielt.
Ausführungsform 2
Nachfolgend wird die in den 8 bis 10 dargestellte zweite Ausführungsform beschrieben. Außer in bestimmten Bereichen besitzt die zweite Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen beschrieben.
Die Breite (W1) der umlaufenden Ölnut 32 (die Nut in dem oberen halbzylindrischen Lager 30A) und die Breite (W2) der lokal umlaufenden Nut 42 (die Nut in dem unteren halbzylindrischen Lager 40A) genügen der Beziehung: W2 < W1.
Bevorzugt ist die Beziehung zwischen W1 und W2 wie folgt: 0,50 × W1 < W2 < 0,90 × W1.
Die Beziehung W2 < 0,90 × W1 bedeutet, dass bevorzugt ein Bereich von 5% oder mehr der Nutbreite von den beiden Innenseiten der umlaufenden Ölnut 32 und angrenzend an den Nutboden durch das Umlaufende 44a blockiert wird.
Die Beziehung 0,50 × W1 < W2 ist erforderlich, um eine Querschnittsfläche des Durchgangs zu gewährleisten, um eine ausreichende Menge Schmieröl von der umlaufenden Ölnut 32 in die lokal umlaufende Nut 42 zu überführen.
Bei der voranstehend beschriebenen Konfiguration kollidiert das Schmieröl, das durch die umlaufende Ölnut 32 in der Nähe des Bereichs der flüssigkeitsleitenden Verbindung zwischen der umlaufenden Ölnut 32 und der lokal umlaufenden Nut 42 fließt, mit dem Umlaufende 44a des unteren halbzylindrischen Lagers 40A, und zwar insbesondere in dem an den Nutboden angrenzenden Bereich und es fließt entlang der axialen Nut G zu den beiden axialen Endbereichen des Lagers. Die Fremdstoffe F, die zusammen mit dem Schmieröl entlang des Nutbodens der umlaufenden Ölnut 32 zu dem Umlaufende 34a hin fließen, begleiten den Fluss des Schmieröls zu der axialen Nut G hin nahe des Bereichs der flüssigkeitsleitenden Verbindung zwischen der umlaufenden Ölnut 32 und der lokal umlaufenden Nut 42, sie kollidieren mit dem Umlaufende 44a, wenn sie sich den beiden Nutseitenoberflächen wie in 10 gezeigt annähern, und sie bewegen sich entlang der axialen Nut G, um an den beiden axialen Endbereichen des Lagers an die Außenseite abgegeben zu werden.
Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform kann eine geneigte Oberfläche, ähnlich der geneigten Oberfläche 36, an dem Umlaufende 34b der oberen halbzylindrischen Lager 30 und 30A vorgesehen sein, so dass die oberen halbzylindrischen Lager 30 und 30A eine symmetrische Form annehmen. In ähnlicher Weise können eine lokal umlaufende Nut und eine geneigte Oberfläche, ähnlich der lokal umlaufenden Nut 42 bzw. der geneigten Oberfläche 46, an dem Umlaufende 44b der unteren halbzylindrischen Lager 40 und 40A vorgesehen werden, so dass die unteren halbzylindrischen Lager 40 und 40A eine symmetrische Form annehmen. Bei Verwendung einer solchen symmetrischen Form kann vermieden werden, dass das Gleitlager falsch zusammengesetzt wird.
Ausführungsform 3
Das in den 11 bis 13 gezeigte Gleitlager umfasst ein oberes halbzylindrisches Lager 30B und das untere halbzylindrische Lager 40. Das untere halbzylindrische Lager 40 ist das gleiche wie das untere halbzylindrische Lager 40 der ersten Ausführungsform. Das obere halbzylindrische Lager 30B unterscheidet sich von dem oberen halbzylindrischen Lager 30 der ersten Ausführungsform wie folgt: Das offene Nutende der umlaufenden Ölnut 32B ist nur an dem Umlaufende 34a vorgesehen. Das heißt, die umlaufende Ölnut 32B erstreckt sich von dem Umlaufende 34a nur bis zu einer Position nahe des Umlaufendes 34b, so dass an dem Umlaufende 34b kein offenes Nutende entsteht. Die Summe (= der Umlaufwinkel θ2) des Umlaufbereichs, in dem die umlaufende Ölnut 32B des oberen halbzylindrischen Lagers 30B gebildet ist, und des Umlaufbereichs, in dem die lokal umlaufende Nut 42 des unteren halbzylindrischen Lagers 40 gebildet ist, beträgt bevorzugt nicht weniger als 180°. Wenn der Umlaufwinkelbereich θ2 nicht weniger als 180° beträgt, steht der in 1 gezeigte Schmieröldurchgang 10a, der im Inneren der Kurbelwelle (des Achszapfens 10) gebildet ist, um Schmieröl zu dem Kurbelzapfen zuzuführen, immer mit der umlaufenden Ölnut 32B und der lokal umlaufenden Nut 42 in Verbindung. Dadurch wird dem Kurbelzapfen konstant Schmieröl zugeführt.
Die Tiefe der umlaufenden Ölnut 32B nimmt von der Nutendposition in der Nähe des Umlaufendes 34b hin zu dem Umlaufende 34a allmählich zu. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist die Breite (W1) der umlaufenden Ölnut 32B gleich der Breite (W2) der lokal umlaufenden Nut 42 (W1 = W2).
Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Querschnitt der umlaufenden Ölnut und der lokal umlaufenden Nut die Form eines invertierten Trapezes wie in 14 gezeigt aufweisen. Das heißt, die beiden Seitenflächen können geneigt sein, so dass die Breite der Nut im oberen Bereich relativ zur Breite im unteren Bereich zunimmt. In diesem Fall wird die Nutbreite (W1 bzw. W2) der umlaufenden Ölnut und der lokal umlaufenden Nut an dem Nutboden gemessen.
Obwohl die umlaufende Ölnut bei der ersten und der zweiten Ausführungsform über die gesamte Umlauflänge des oberen halbzylindrischen Lagers eine konstante Tiefe aufweist, ist das erfindungsgemäße Lager nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann die umlaufende Ölnut derart gebildet sein, dass ihre Tiefe von dem Umlaufmittenbereich zu den beiden Umlaufenden des oberen halbzylindrischen Lagers hin allmählich zu oder abnimmt. Alternativ kann die umlaufende Ölnut derart gebildet sein, dass die Nuttiefe von dem Umlaufende 34b hin zu dem Umlaufende 34a allmählich zu oder abnimmt.
Darüber hinaus kann eine herkömmliche Anstoßaussparung gebildet sein in der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, und zwar angrenzend an jedes der Umlaufenden der beiden halbzylindrischen Lager. Unter Anstoßaussparung ist dabei ein Bereich verringerter Dicke zu verstehen, d. h. ein Bereich mit verringerter Dicke hin zu den Umlaufenden, wie definiert in SAE J506 (siehe Punkt 3.26 und 6.4), DIN 1497, §3.2), der gebildet wird durch teilweises Entfernen der Lagerwand in einem Bereich nahe der Umlaufenden der beiden halbzylindrischen Lager, und zwar an der inneren Umlaufoberfläche, wobei dieser Bereich einen anderen Krümmungsmittelpunkt aufweist als der Krümmungsmittelpunkt der inneren Lageroberflächen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08-277831 A [0002]
JP 04-219521 A [0003, 0006]
JP 2005-69283 A [0003, 0006, 0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE J506 (siehe Punkt 3.26 und 6.4) [0056]
DIN 1497, §3.2 [0056]

Claims

Gleitlager zur Verwendung als Kurbelwellenlager eines Verbrennungsmotors, das ein aus zwei halbzylindrischen Lagern (30, 40; 30A, 40A; 30B) gebildeter zylindrischer Körper ist, wobei eines der halbzylindrischen Lager (30; 30A; 30B) an seiner inneren Umlaufoberfläche mit einer umlaufenden Ölnut (32) versehen ist und zwei Umlaufenden (34a, 34b) aufweist, wobei die umlaufende Ölnut (32) an mindestens einem ersten der beiden Umlaufenden (34a, 34b) ein offenes Nutende aufweist und wobei das erste Umlaufende (34a) das Ende in der relativen Rotationsrichtung (X) der Kurbelwelle (10) ist, wobei das andere halbzylindrische Lager (40; 40A) an seiner inneren Umlaufoberfläche mit mindestens einer lokal umlaufenden Nut (42) versehen ist und zwei Umlaufenden (44a, 44b) aufweist, wobei die lokal umlaufende Nut (42) an einem zweiten der beiden Umlaufenden (44a) ein offenes Nutende aufweist und wobei das zweite Nutende (44a) das Ende in der der relativen Rotationsrichtung (X) der Kurbelwelle (10) entgegen gesetzten Richtung ist, wobei die Mitten in der Breitenrichtung der umlaufenden Ölnut (32) und der lokal umlaufenden Nut (42) miteinander ausgerichtet sind, so dass die umlaufende Ölnut (32) und die lokal umlaufende Nut (42) miteinander in flüssigkeitsleitender Verbindung stehen, wobei im Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung der Boden der lokal umlaufenden Nut (42) gegenüber dem Boden der umlaufenden Ölnut (32) zu der Achse des Gleitlagers hin versetzt ist und wobei entlang der Kontaktfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufende (34a, 44a) mindestens eine der beiden inneren Kanten der ersten und zweiten Umlaufenden (34a, 44a) abgeschrägt ist und eine geneigte Fläche (36; 46) aufweist, wodurch über die gesamte axiale Breite des Gleitlagers eine axiale Nut (G) gebildet wird, wobei die axiale Nut (G) in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der umlaufenden Ölnut (32) steht.
Gleitlager nach Anspruch 1, wobei die lokal umlaufende Nut (32) in einem Bereich des Umlaufwinkels (θ), gemessen von dem zweiten Umlaufende (44a) aus, von mindestens 5° bis höchstens 45° gebildet ist.
Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Breite (W1) der umlaufenden Ölnut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung größer ist als die Breite (W2) der lokal umlaufenden Nut.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Breite (W1) der umlaufenden Ölnut und die Breite (W2) der lokal umlaufenden Nut der Beziehung W2 = (0,50 bis 0,90) × W1 genügen.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Tiefe (D1) der umlaufenden Ölnut und die Tiefe (D2) der lokal umlaufenden Nut in dem Bereich der flüssigkeitsleitenden Verbindung der Beziehung D2 = (0,50 bis 0,90) × D1 genügen.