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Hintergrund der Erfindung
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(1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pleuellager (d. h. ein Gleitlager) für Verbrennungsmotoren, welches einen Kurbelzapfen, der eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle verbindet, rotierbar lagert, wobei Schmieröl zugeführt wird zu einer inneren Oberfläche eines Hauptlagers, welches die Kurbelwelle lagert und des Weiteren zu einer inneren Oberfläche des Pleuellagers, und zwar durch einen inneren Schmieröldurchgang, der in der Kurbelwelle gebildet ist.
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(2) Stand der Technik
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Die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ist gelagert im unteren Bereich des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors, und zwar im Lagerzapfenbereich davon, durch ein Hauptlager, bestehend aus einem Paar halbzylindrischer Lager. In dem Hauptlager wird von einer Ölpumpe abgegebenes Schmieröl zugeführt zu einer Ölnut, die gebildet ist an der inneren Oberfläche des Hauptlagers, und zwar durch einen Ölkanal, der gebildet ist in der Zylinderblockwand und durch ein Loch, das gebildet ist in der Hauptlagerwand. Ein erster Schmieröldurchgang ist diametral gebildet durch den Lagerzapfenbereich und die Öffnungen an den beiden Enden des ersten Schmieröldurchgangs befinden sich in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der Ölnut. Des Weiteren ist ein zweiter Schmieröldurchgang gebildet in der Kurbelwelle, und zwar so, dass er von dem diametralen ersten Schmieröldurchgang in dem Lagerzapfenbereich abzweigt, um durch den Kurbelarm zu gehen, wobei der zweite Schmieröldurchgang in flüssigkeitsleitender Verbindung steht mit einem dritten Schmieröldurchgang, der diametral gebildet ist durch den Kurbelzapfen. Somit fließt das Schmieröl, welches von dem Ölkanal in der Zylinderblockwand über das in der Hauptlagerwand gebildete Durchgangsloch zu der in der inneren Oberfläche des Hauptlagers gebildeten Ölnut zugeführt wird, durch den ersten, den zweiten und den dritten Schmieröldurchgang und wird zugeführt zwischen den Gleitoberflächen des Kurbelzapfens und des Pleuellagers, und zwar von Austrittsöffnungen an beiden Enden des dritten Schmieröldurchgangs (welche Schmierölaustrittsöffnungen sind, die an der Oberfläche des Kurbelzapfens vorhanden sind).
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Das Schmieröl, das zugeführt wird von dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors durch den Lagerzapfenbereich der Kurbelwelle zu dem Pleuellager, kann Fremdsubstanzen enthalten, die in den jeweiligen Schmieröldurchgängen verbleiben. Wenn solche von dem Schmieröl mitgeführten Fremdsubstanzen zugeführt werden zwischen dem Kurbelzapfen und dem Pleuellager, besteht das Risiko, dass die Fremdsubstanzen die Gleitoberfläche des Pleuellagers beschädigen. Deshalb ist es erforderlich, die Fremdsubstanzen schnell von der Gleitlageroberfläche des Kurbelzapfens und des Pleuellagers nach außen abzuführen.
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Als Gegenmaßnahme gegen die Fremdsubstanzen in dem Schmieröl ist vorgeschlagen worden, die Fremdsubstanzen abzugeben durch Anordnen einer umlaufenden Ölnut über die gesamte Umlauflänge der inneren Oberfläche eines der halbzylindrischen Lager des Hauptlagers, das aus einem Paar halbzylindrischer Lager besteht und das den Lagerzapfenbereich der Kurbelwelle trägt, wobei das eine der halbzylindrischen Lager ein Durchgangsloch aufweist, das das von dem Ölkanal in der Zylinderblockwand zugeführte Schmieröl direkt aufnimmt. Bei Anwendung dieser Idee auf das Pleuellager stellte sich jedoch in einem Versuch heraus, dass nicht nur der Effekt der Abgabe der Fremdsubstanzen erhältlich ist, sondern auch dass die vorgeschlagene Vorgehensweise kontraproduktiv ist, da die Fremdsubstanzen in der umlaufenden Ölnut verbleiben, die über die gesamte Umlauflänge der inneren Oberfläche des halbzylindrischen Lagers des Pleuellagers gebildet ist und über die Gleitoberfläche des Lagers verteilt werden, wodurch das Lager beschädigt werden kann.
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Der Grund hierfür liegt darin, dass ein Gehäuse, das das Pleuellager hält, während des Betriebs des Motors im Allgemeinen beträchtlich verformt wird, so dass der Spalt zwischen dem Kurbelzapfen und dem Pleuellager während des Betriebs des Motors größer ist als der Spalt zwischen dem Lagerzapfenbereich der Kurbelwelle und dem Hauptlager, so dass die in der Ölnut verbleibenden Fremdsubstanzen über die Gleitoberfläche des Lagers verteilt werden können, und zwar einschließlich des zentralen Umlaufbereichs des halbzylindrischen Lagers als derjenige Bereich, der die Hauptlast trägt. Ein solches Pleuellager erleidet stärkere Beschädigung als ein herkömmliches Pleuellager ohne eine solche umlaufende Ölnut. Dies wurde experimentell festgestellt.
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Um Fremdsubstanzen, die zusammen mit dem Schmieröl aus der Schmierölauslassöffnung an der Kurbelzapfenoberfläche auf die Gleitoberfläche des Pleuellagers fließen, auszuscheiden, hat der Erfinder deshalb ein Pleuellager vorgeschlagen, bei dem bei mindestens einem der beiden halbzylindrischen Lager, die das Pleuellager bilden, eine vorderseitige Umlaufnut gebildet ist entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, und zwar von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche, die positioniert ist an der Vorderseite bezüglich der Rotationsrichtung des Kurbelzapfens und die axiale Nut, die mit der vorderseitigen Umlaufnut in Verbindung steht, ist über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers gebildet (
JP-A-2009-174697 ). Bei dieser Konfiguration werden die Fremdsubstanzen, die das Schmieröl begleiten, das von der an der äußeren Oberfläche des Kurbelzapfens angeordneten Schmierölauslassöffnung abgegeben wird, von der vorderseitigen Umlaufnut aufgefangen und werden zugeführt zu der Umgebung der Umlaufendoberfläche zusammen mit dem Schmieröl entlang der vorderseitigen Umlaufnut. Infolgedessen werden die Fremdsubstanzen blockiert durch die Umlaufendoberfläche des gegenstückigen halbzylindrischen Lagers und es wird verhindert, dass die Fremdsubstanzen auf die Gleitoberfläche des gegenstückigen halbzylindrischen Lagers gelangen. Die durch die Umlaufendoberfläche des gegenstückigen halbzylindrischen Lagers blockierten Fremdsubstanzen fließen in die axiale Nut und werden an die Außenseite des Lagers abgegeben.
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Bei den Verbrennungsmotoren der letzten Jahre sind Ölpumpen miniaturisiert worden, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, die Menge des zu den Lagergleitoberflächen zugeführten Schmieröls sind verringert worden, im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren, und es ist zu einer ungenügenden Zufuhr von Schmieröl zu der Lagergleitoberfläche gekommen.
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Bei Pleuellagern von Verbrennungsmotoren sind hervorragende Fremdsubstanzabgabeeigenschaften und eine hervorragende Zufuhr von Schmieröl zu der Lagergleitoberfläche erforderlich.
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Um die Zuführbarkeit des Schmieröls zu der Lagergleitoberfläche zu verbessern, ist auch denkbar, eine Umlaufnut vorzusehen in derselben Form, wie die vorderseitige Umlaufnut, und zwar entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers von der anstoßenden Umlaufendoberfläche in dem gegenstückigen halbzylindrischen Lager, so wie dies in den 13 und 14 gezeigt ist, zusätzlich zu der oben genannten vorderseitigen Umlaufnut. Bei dieser Konfiguration kann die Menge des der Lagergleitoberfläche des gegenstückigen halbzylindrischen Lagers zugeführten Schmieröls erhöht werden, die Fremdsubstanzabgabeeigenschaften werden jedoch bis zu einem gewissen Grad verschlechtert.
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Hier seien folgende Patentveröffentlichungen zum Stand der Technik genannt:
- 1. JP-A-8-277831
- 2. JP-A-2005-69283
- 3. JP-A-2009-174697
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Pleuellagers, welches in der Lage ist, Fremdsubstanzen, die Schmieröl begleiten, das zugeführt wird zu dem Pleuellager über den Lagerzapfenbereich der Kurbelwelle von einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors schnell aus dem Pleuellager abzugeben, und das des Weiteren hervorragend ist hinsichtlich der Zuführbarkeit des Schmieröls zu der Lagergleitoberfläche.
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Im Hinblick auf die genannte Aufgabe wird gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung das folgende Pleuellager für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bereitgestellt.
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Ein Pleuellager für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, welches einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle mit innerem Schmieröldurchgang rotierbar lagert,
wobei das Pleuellager ein Paar halbzylindrischer Lager umfasst, die beiden halbzylindrischen Lager jeweils eine vorderseitige Umlaufendoberfläche, die an der Vorderseite bezogen auf die Rotationsrichtung des Kurbelzapfens positioniert ist und eine rückseitige Umlaufendoberfläche, die an der Rückseite positioniert ist, aufweisen, wobei die vorderseitige Umlaufendoberfläche eines der halbzylindrischen Lagers und die rückseitige Umlaufendoberfläche des anderen der halbzylindrischen Lager aneinander anstoßen,
in mindestens einem der halbzylindrischen Lager eine vorderseitige umlaufende Nut gebildet ist, und zwar entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche innerhalb eines Bereichs eines maximalen zentralen Winkels von 45 Grad,
in dem gegenstückigen halbzylindrischen Lager eine rückseitige umlaufende Nut, die mit der vorderseitigen umlaufenden Nut in Verbindung steht, gebildet ist, und zwar entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers von der rückseitigen Umlaufendoberfläche innerhalb eines Bereichs eines maximalen zentralen Winkels von 45 Grad,
eine axiale Nut, die mit der vorderseitigen Umlaufnut und der rückseitigen Umlaufnut in Verbindung steht, gebildet ist, und zwar über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers und
in dem Verbindungsbereich, in dem die vorderseitige Umlaufnut, die rückseitige Umlaufnut und die axiale Nut in Verbindung miteinander stehen, die Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut größer ist als die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut, wodurch ein Stufenbereich in der Tiefenrichtung der umlaufenden Nuten gebildet ist.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Verbindungsbereich die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut 0,2- bis 0,9-mal so groß wie die Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut.
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Dabei ist die Tiefe der Umlaufnut der Abstand von der inneren Umlaufoberfläche des Lagers zu dem Boden der Nut. Bezüglich des Bereichs, in dem die axiale Nut vorhanden ist, ist die Tiefe der Abstand von der inneren Oberfläche des Lagers zu dem Boden der Nut unter der Annahme, dass die axiale Nut nicht vorhanden sei.
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genügen in dem Verbindungsbereich die Tiefe der vorderseitigen Umlaufnut, die Tiefe der rückseitigen Umlaufnut und die Tiefe der axialen Nut der folgenden Ungleichung:
Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut > Tiefe (D3) der axialen Nut > Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut.
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Dabei ist die Tiefe der axialen Nut der Abstand von der inneren Umlaufoberfläche des Lagers zu dem Boden der Nut unter der Annahme, dass die axiale Nut nicht vorhanden sei.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Verbindungsbereich die Nutquerschnittsfläche der vorderseitigen Umlaufnut, gesehen aus der Umlaufrichtung des Pleuellagers, größer als die Nutquerschnittsfläche der axialen Nut, gesehen aus der axialen Richtung des Pleuellagers.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Verbindungsbereich die Nutbreite der vorderseitigen Umlaufnut größer als die Nutbreite der rückseitigen Umlaufnut, wodurch ein Stufenbereich in der Nutbreitenrichtung der Umlaufnute gebildet wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zentrale Winkel, in dem die vorderseitige Umlaufnut gebildet ist, größer als der zentrale Winkel, in dem die rückseitige Umlaufnut gebildet ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die axiale Nut gebildet durch Beschneiden von mindestens einer von der Lagerinnenumlaufoberflächenseite der vorderseitigen Umlaufendoberfläche, in der die vorderseitige Umlaufnut gebildet ist oder der Lagerinnenumlaufoberflächenseite der rückseitigen Umlaufendoberfläche, in der die rückseitige Umlaufnut gebildet ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Tiefe der vorderseitigen Umlaufnut allmählich kleiner, während sich die vorderseitige Umlaufnut von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche entfernt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die vorderseitige Umlaufnut nur bei einem der halbzylindrischen Lager gebildet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die vorderseitigen Umlaufnute bei beiden halbzylindrischen Lager gebildet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, der das voranstehend beschriebene Pleuellager enthält.
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Mit der erfindungsgemäßen Konfiguration wird ein Pleuellager bereitgestellt, das in der Lage ist, Fremdsubstanzen, die das Schmieröl begleiten, das zugeführt wird zu dem Pleuellager schnell aus dem Pleuellager abzugeben, und das bezüglich der Zuführbarkeit von Schmieröl zu der Lagergleitoberfläche hervorragend ist.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, aufgeteilt in einen Lagerzapfenbereich und einen Kurbelzapfenbereich.
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2 ist ein Aufriss eines Pleuellagers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Draufsicht auf ein halbzylindrisches Lager des in 2 gezeigten Pleuellagers, und zwar gesehen von der Seite der inneren Umlaufoberfläche.
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4 ist eine Draufsicht auf das andere halbzylindrische Lager des in 2 gezeigten Pleuellagers, und zwar gesehen von der Seite der inneren Umlaufoberfläche.
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5 ist eine Ansicht des Verbindungsbereichs des in 2 gezeigten Pleuellagers, und zwar aus der axialen Richtung.
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6 ist eine funktional erläuternde Ansicht des in 2 gezeigten Pleuellagers.
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7 ist eine Ansicht des Verbindungsbereichs eines Pleuellagers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, und zwar gesehen aus der axialen Richtung.
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8 ist eine funktional erläuternde Ansicht des Verbindungsbereichs eines Pleuellagers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, und zwar gesehen von der Seite der inneren Umlaufoberfläche des Lagers.
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9 ist eine Draufsicht, die die vorderseitige Umlaufendoberfläche des in 8 gezeigten Pleuellagers zeigt.
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10 ist eine Draufsicht, die die rückseitige Umlaufendoberfläche des in 8 gezeigten Pleuellagers zeigt.
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11 ist eine Ansicht der rückseitigen Umlaufnut, gesehen von der vorderseitigen Umlaufnut des in 8 gezeigten Pleuellagers.
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12 ist ein Aufriss eines Pleuellagers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
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13 ist ein Aufriss eines Pleuellagers gemäß einem Vergleichsbeispiel.
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14 ist eine Draufsicht auf ein halbzylindrisches Lager gemäß dem in 13 gezeigten Vergleichsbeispiel und zwar gesehen von der Seite der inneren Umlaufoberfläche.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Beschreibung einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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1 ist eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors aufgeteilt in einen Lagerzapfenbereich und einen Kurbelzapfenbereich, wobei 10 den Lagerzapfen, 12 den Kurbelzapfen und 14 die Pleuelstange bezeichnet. Bezüglich der relativen Anordnung dieser drei Teile in der zur Zeichnungsebene vertikalen Richtung befindet sich der Lagerzapfen 10 hauptsächlich hinter der Zeichnungsebene und der Kurbelzapfen 12 befindet sich auf der Vorderseite der Zeichnungsebene, wobei der Kurbelzapfen 12 von einem Pleuelfußgehäuse 16 der Pleuelstange 14, an deren anderen Ende sich der Kolben befindet, umgeben ist.
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Der Lagerzapfen 10 ist im unteren Bereich des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors, getragen von einem Paar halbzylindrischer Lager 18A und 18B. Das halbzylindrische Lager 18A, das an der oberen Seite der Zeichnung angeordnet ist, ist versehen mit einer Ölnut 18a an der inneren Oberfläche, und zwar über die gesamte Umlauflänge des Lagers 18a.
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Der Lagerzapfen 10 weist ein diametral gebildetes Durchgangsloch 10a auf. Wenn der Lagerzapfen 10 in der Richtung des Pfeils X rotiert, treten Öffnungen an den beiden Enden des Durchgangslochs 10a abwechselnd mit der Ölnut 18a in Verbindung.
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Ein Schmieröldurchgang 20 ist gebildet in der Kurbelwelle, und zwar durch den Lagerzapfen 10, einen (nicht gezeigten) Kurbelarm und den Kurbelzapfen 12.
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Der Kurbelzapfen 12 wird gehalten von dem Pleuelfußgehäuse 16 (welches besteht aus einem pleuelstangenseitigen Pleuelfußgehäuse 16A und einem deckelseitigen Pleuelfußgehäuse 16B) der Pleuelstange 14 durch ein Paar halbzylindrischer Lager 24 und 26. Die halbzylindrischen Lager 24 und 26 sind so zusammengebaut, dass die anstoßenden Endoberflächen davon aneinander anstoßen, um ein zylindrisches Pleuellager 22 zu bilden.
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[Ausführungsform 1]
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Die 2 bis 4 zeigen die Einzelheiten eines Paars halbzylindrischer Lager 24 und 26, die das Pleuellager 22 bilden. Das halbzylindrische Lager 24 hat eine vorderseitige Umlaufendoberfläche 24A, welche positioniert ist an der Vorderseite bezüglich der Rotationsrichtung Z des Kurbelzapfens 12 und eine rückseitige Umlaufendoberfläche 24B, welche an der Rückseite positioniert ist. Das halbzylindrische Lager 26 hat eine vorderseitige Umlaufendoberfläche 26B, welche positioniert ist an der Vorderseite bezüglich der Rotationsrichtung Z des Kurbelzapfens 12 und eine rückseitige Umlaufendoberfläche 26A, welche an der Rückseite positioniert ist. Die vorderseitige Umlaufendoberfläche 24A des halbzylindrischen Lagers 24 und die rückseitige Umlaufendoberfläche 26A des halbzylindrischen Lagers 26 stoßen aneinander an und die vorderseitige Umlaufendoberfläche 26B des halbzylindrischen Lagers 26 und die rückseitige Umlaufendoberfläche 24B des halbzylindrischen Lagers 24 stoßen aneinander an.
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Bei dem halbzylindrischen Lager 24 ist eine vorderseitige Umlaufnut 24 gebildet entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers und zwar von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche 24 aus innerhalb eines Bereichs eines maximalen zentralen Winkels von 45 Grad. Des Weiteren ist bei dem halbzylindrischen Lager 26, das dem halbzylindrischen Lager 24 gegenüber liegt, eine rückseitige Umlaufnut 26C gebildet, und zwar entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers von der rückseitigen Umlaufendoberfläche 26A aus, in einem Bereich eines maximalen zentralen Winkels von 45 Grad. Die rückseitige Umlaufnut 26C steht in Verbindung mit der vorderseitigen Umlaufnut 24C.
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Die Position in der Lagerbreitenrichtung der vorderseitigen Umlaufnut 24 wird so bestimmt, dass das Schmieröl, welches zugeführt wird von einer Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20, in die vorderseitige Umlaufnut 24 fließt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Positionen in der Lagerbreitenrichtung der vorderseitigen Umlaufnut 24C und der rückseitigen Umlaufnut 26C so bestimmt, dass die Mittellinien in der Breitenrichtung der vorderseitigen Umlaufnut 24C und der rückseitigen Umlaufnut 26C übereinstimmen mit der Mitte der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs.
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Des Weiteren ist ein Teil der Lagerinnenumlaufoberflächenseite der vorderseitigen Umlaufendoberfläche 24A des halbzylindrischen Lagers 24 über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung abgeschnitten und eine geneigte Fläche 24D ist gebildet. Des Weiteren ist ein Teil einer Lagerinnenurlaufoberflächenseite der rückseitigen Umlaufendoberfläche 26A des halbzylindrischen Lagers 26 über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung abgeschnitten und eine geneigte Oberfläche 26D ist gebildet. Auf diese Weise wird durch die geneigte Oberfläche 24D und die geneigte Oberfläche 26D eine axiale Nut 24E gebildet, und zwar über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers. Die axiale Nut 24E steht in Verbindung mit der vorderseitigen Umlaufnut 24C und der rückseitigen Umlaufnut 26C.
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Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die geneigten Oberflächen 24D und 26D an beiden Umlaufendoberflächen 24A und 26A vorgesehen sind, können die geneigten Oberflächen auch nur an einer der Umlaufendoberflächen 24A und 26A vorgesehen werden.
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Des Weiteren werden bei der vorliegenden Ausführungsform die geneigten Oberflächen 24D und 26D in einer spiegelsymmetrischen Form bezüglich der Umlaufendoberflächen gebildet; sie können jedoch auch in asymmetrischen Formen gebildet werden durch Verändern der Schnittdimension oder dergleichen.
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5 ist eine Ansicht des Verbindungsbereichs, in dem die vorderseitige Umlaufnut 24C, die rückseitige Umlaufnut 26C und die axiale Nut 24E miteinander in Verbindung stehen, und zwar gesehen aus der axialen Richtung. Wie in der 5 auch gezeigt ist, ist in dem Verbindungsbereich, in dem die vorderseitige Umlaufnut 24C, die rückseitige Umlaufnut 26C und die axiale Nut 24E miteinander in Verbindung stehen, die Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut 24C in der vorderseitigen Umlaufendoberfläche 24A größer als die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut 26C in der rückseitigen Umlaufendoberfläche 26A, wodurch ein Stufenbereich 27A in der Tiefenrichtung der Umlaufnut gebildet ist.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind ähnliche Umlaufnuten gebildet in den anderen anstoßenden Umlaufendoberflächen. Insbesondere ist bei dem halbzylindrischen Lager 26 eine vorderseitige Umlaufnut 26F gebildet entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, und zwar von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche 26B aus, innerhalb eines Bereichs eines maximalen zentralen Winkels von 45 Grad. Des Weiteren ist bei dem halbzylindrischen Lager 24, das dem halbzylindrischen Lager 26 gegenüber liegt, eine rückseitige Umlaufnut 24F gebildet entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, und zwar von der rückseitigen Umlaufendoberfläche 24B aus innerhalb eines Bereichs eines maximalen zentralen Winkels von 45 Grad. Die rückseitige Umlaufnut 24F steht in Verbindung mit der vorderseitigen Umlaufnut 26F.
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Die Umlaufnuten müssen jedoch nicht immer an beiden der anstoßenden Endoberflächen angebracht sein. Insbesondere kann die vorderseitige Umlaufnut bei nur einem der halbzylindrischen Lager gebildet sein.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Teil einer Lagerinnenumlaufobeflächenseite der vorderseitigen Umlaufendoberfläche 26B des halbzylindrischen Lagers 26 abgeschnitten, und zwar über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung, und eine geneigte Oberfläche 26G ist gebildet. Des Weiteren ist ein Teil einer Lagerinnenumlaufoberflächenseite der rückseitigen Umlaufendoberfläche 24B des halbzylindrischen Lagers 24 abgeschnitten, und zwar über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung, und eine geneigte Oberfläche 24G ist gebildet. Auf diese Weise wird durch die geneigte Oberfläche 24G und die geneigte Oberfläche 26G eine axiale Nut 26H gebildet, und zwar über die gesamte Länge der Breite in der axialen Richtung entlang der inneren Umlaufoberfläche des Lagers. Die axiale Nut 26H steht in Verbindung mit der vorderseitigen Umlaufnut 26F und der rückseitigen Umlaufnut 24F.
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Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die geneigten Oberflächen 24G und 26G an beiden Umlaufendoberflächen 24B und 26B vorgesehen sind, können die geneigten Oberflächen auch vorgesehen werden an nur einer der Umlaufendoberflächen 24B und 26B.
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Des Weiteren werden bei der vorliegenden Ausführungsform die geneigten Oberflächen 24G und 26G in spiegelsymmetrischer Form gebildet bezüglich der Umlaufendoberflächen; sie können jedoch auch in asymmetrischen Formen gebildet werden durch Verändern der Schnittdimensionen oder dergleichen.
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Des Weiteren ist in dem Verbindungsbereich, in dem die vorderseitige Umlaufnut 26F, die rückseitige Umlaufnut 24F und die axiale Nut 26H miteinander in Verbindung stehen, die Tiefe der vorderseitigen Umlaufnut 26F größer als die Tiefe der rückseitigen Umlaufnut 24F, wodurch ein Stufenbereich 27B in der Tiefenrichtung der Umlaufnut gebildet ist, und zwar ähnlich dem oben genannten Stufenbereich 27A.
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Das erfindungsgemäße Pleuellager ist wie voranstehend beschrieben konfiguriert und die Funktion davon wird nachfolgend beschrieben.
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Während des Betriebs des Motors wird ein Schmieröl zugeführt in die Schmierölnut 18A, die gebildet ist in der Lagerinnenumlaufoberfläche eines Hauptlagers, das den Lagerzapfen 10 trägt. Wenn der Lagerzapfen 10 rotiert, treten die Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden des Durchgangslochs 10A in der diametralen Richtung, das in dem Lagerzapfen 10 gebildet ist, zeitweise in Verbindung mit der Schmierölnut 18A. Wenn die Verbindung hergestellt ist, wirkt ein Schmieröldruck auf die Innenseite des Durchgangslochs 10A und ein Schmierölzufuhrdruck wirkt auch auf den Schmieröldurchgang 20, der mit dem Durchgangsloch 10A in Verbindung steht. Durch den Schmierölzufuhrdruck wird das Schmieröl zugeführt zu der Gleitoberfläche zwischen dem Kurbelzapfen 12 und dem Pleuellager 22, und zwar von der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20, der an der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens 12 lokalisiert ist. Wenn der Kurbelzapfen 12 rotiert und die Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20 in Verbindung tritt mit den vorderseitigen Umlaufnuten 24C und 26F, fließt das Schmieröl direkt in die vorderseitigen Umlaufnuten 24C und 26F. Das Schmieröl, das darin fließt, fließt in die Richtung der vorderseitigen Umlaufendoberfläche innerhalb der vorderseitigen Umlaufnut, und zwar zusammen mit Fremdsubstanzen, die das Schmieröl begleiten.
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6 zeigt das Verhalten des Schmieröls und der Fremdsubstanzen innerhalb der Umlaufnuten anhand von Querschnittsdarstellungen des Verbindungsbereichs. Eine Fremdsubstanz 28, die ein schweres spezifisches Gewicht im Vergleich zu dem Schmieröl aufweist, bewegt sich an der Nutbodenseite der vorderseitigen Umlaufnut, und zwar durch die Zentrifugalkraft. Dadurch ist die Fremdsubstanz 28 hinreichend entfernt von der Kurbelzapfenoberfläche und wird kaum beeinflusst durch den schnellen Fluss des Schmieröls, das der Oberfläche des rotierenden Kurbelzapfens folgt. Der Stufenbereich 27A ist gebildet zwischen der vorderseitigen Umlaufnut 24C und der rückseitigen Umlaufnut 26C und deshalb werden das Schmieröl und die Fremdsubstanz 28, die in der vorderseitigen Umlaufnut 24C fließen, daran gehindert, direkt in die rückseitige Umlaufnut 26C zu fließen. Das Schmieröl und die Fremdsubstanz 28 werden in ihren Fließrichtungen durch den Stufenbereich 27A verändert, fließen hauptsächlich in die axiale Nut 24E und werden an die Außenseite des Lagers abgegeben durch die Lagerendoberflächen in der Breitenrichtung.
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Wie voranstehend beschrieben ist, wird die Fremdsubstanz 28 in der vorderseitigen Umlaufnut 24C zu der Nutbodenseite separiert und deshalb fließt Schmieröl, das fast keine Fremdsubstanz enthält, zu der Lagerinnenumlaufoberflächenseite der vorderseitigen Umlaufnut 24C. Das saubere Schmieröl an der Lagerinnenumlaufoberflächenseite der vorderseitigen Umlaufnut 24C fließt direkt in die rückseitige Umlaufnut 26C. Demgemäß wird das saubere Schmieröl zugeführt zu der Lagergleitoberfläche des halbzylindrischen Lagers 26 ohne durch die axiale Nut aus dem Lager nach außen abgegeben zu werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Verbindungsbereich die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut 26C in der rückseitigen Umlaufendoberfläche 26A bevorzugt 0,2- bis 9-mal so groß wie die Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut 24C in der vorderseitigen Umlaufendoberfläche 24A.
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Um in verlässlicher Weise die Geschwindigkeit der Fremdsubstanzen zu reduzieren, die sich zu dem Verbindungsbereich bewegen entlang des Nutbodens der vorderseitigen Umlaufnut, beträgt die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut bevorzugt 90% oder weniger bezogen auf die Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut. Genauer gesagt ist es so, dass der Stufenbereich mit 10% oder mehr der Tiefe der vorderseitigen Umlaufnut in bevorzugter Weise den Fluss des Schmieröls in der vorderseitigen Umlaufnut blockiert. Um andererseits eine ausreichende Zufuhrmenge des Schmieröls bezüglich der inneren Umlaufoberfläche des Lagers des Lagers des halbzylindrischen Lagers auf der strömungsabwärtsgelegenen Seite sicherzustellen, beträgt die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut bevorzugt 20% oder mehr bezüglich der Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufölnut.
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Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Verbindungsbereich die Nutquerschnittsfläche der vorderseitigen Umlaufnut 24C, gesehen aus der Umlaufrichtung des Pleuellagers, größer als die Nutquerschnittsfläche der axialen Nut 24E, gesehen aus der axialen Richtung des Pleuellagers.
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Durch die voranstehend beschriebene Konfiguration erhöht sich die Fließgeschwindigkeit des Schmieröls und der Fremdsubstanzen, die in der vorderseitigen Umlaufnut 24C relativ langsam strömen in der axialen Nut 24E. Deshalb fließen die Fremdsubstanzen leicht in die axiale Nut 24E und die Fremdsubstanzen werden leicht und glatt abgegeben an die Außenseite des Lagers an den Lagerendoberflächen in der Breitenrichtung.
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Die Tiefe der vorderseitigen Umlaufnut wird allmählich kleiner, während sich die vorderseitige Umlaufnut von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche entfernt.
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Durch diese Konfiguration wird der Fluss des Schmieröls und der Fremdsubstanz 28, die in den vorderseitigen Umlaufnuten 24C und 26F fließen, zu den Umlaufendoberflächen hin langsam und die Fremdsubstanz wird zuverslässigerweise gezwungen, in die axiale Nut zu fließen, indem sie dem Fluss des Schmieröls folgt. Darüber hinaus sind die Fließgeschwindigkeiten des Schmieröls und der Fremdsubstanz 28 bei Annäherung an die axiale Nut gering und deshalb wird verhindert, dass die Fremdsubstanz über die axiale Nut hinaus läuft und durch Trägheitskräfte auf die Seite des gegenüberliegenden halbzylindrischen Lagers gelangt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Tiefe der rückseitigen Umlaufnut ebenfalls allmählich kleiner, während sich die rückseitige Umlaufnut von der vorderseitigen Umlaufendoberfläche entfernt.
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Die Tiefe der vorderseitigen Umlaufnut kann jedoch konstant sein und die Tiefe der rückseitigen Umlaufnut kann ebenfalls konstant sein.
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Die Nutbreite und die Tiefe der Umlaufnut werden in geeigneter Weise ausgewählt in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des Verbrennungsmotors. Zum Beispiel kann im Fall eines Pleuellagers zur Verwendung in einem kompakten Verbrennungsmotor für einen Personenkraftwagen die Nutbreite 1 bis 7 mm betragen und die Tiefe kann 0,1 bis 1 mm betragen.
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In diesem Fall wird die Nutbreite der Umlaufnut bevorzugt so gewählt, dass sie nicht weniger als 1/4 des Bohrungsdurchmessers (ϕA) der Austrittsöffnung des Schmieröldurchgangs 20 und nicht mehr als das Zweifache des Bohrungsdurchmessers (ϕA) der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20 beträgt. Des Weiteren wird die Nutbreite der Umlaufnut bevorzugt so gewählt, dass sie gleich groß ist, wie der Bohrungsdurchmesser (ϕA) der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20.
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Des Weiteren ist die Größe der axialen Nut bevorzugt so, dass die Nutbreite weniger als 2 mm und die Tiefe 0,1 bis 0,5 mm beträgt. Bezüglich der Größen der Fremdsubstanzen, die in dem Schmieröl enthalten sind, beträgt die Länge etwa höchstens 0,1 mm und die Dimension der axialen Nut wird bestimmt im Hinblick auf die Fremdsubstanzabgabeeigenschaften.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden, als bevorzugtes Beispiel, die vorderseitige Umlaufnut 24C und die vorderseitige Umlaufnut 26F, die rückseitige Umlaufnut 24F und die rückseitige Umlaufnut 26C und die axiale Nut 24E und die axiale Nut 26H jeweils in achsensymmetrischer Form um die Axiallinie des Pleuellagers 22 gebildet.
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Durch diese Konfiguration kann eine Gleichartigkeit der Komponenten der halbzylindrischen Lager 24 und 26 erreicht werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt und die vorderseitige Umlaufnut 24C und die vorderseitige Umlaufnut 26F, die rückseitige Umlaufnut 24F und die rückseitige Umlaufnut 26C und die axiale Nut 24E und die axiale Nut 26H können jeweils in asymmetrischen Formen bezüglich der Zentrallinie des Lagers gebildet sein. Insbesondere müssen die vorderseitige Umlaufnut 24C und die vorderseitige Umlaufnut 26F, die rückseitige Umlaufnut 24F und die rückseitige Umlaufnut 26C und die axiale Nut 24E und die axiale Nut 26H nicht in den gleichen Größen gebildet sein und sie können verschiedene Umlauflängen, Nutbreiten und Tiefen aufweisen, soweit die Funktion der vorliegenden Erfindung erhalten bleibt.
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[Ausführungsform 2]
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7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Verbindungsbereichs bezüglich Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform genügen in dem Verbindungsbereich die Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut, die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut und die Tiefe (D3) der axialen Nut der folgenden Ungleichung:
Tiefe (D1) der vorderseitigen Umlaufnut > Tiefe (D3) der axialen Nut > Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut.
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Bei der Ausführungsform 1 steht die dimensionale Beziehung der Tiefe (D3) der axialen Nut und der Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut im Gegensatz zu der obigen Ungleichung und es gilt: Tiefe (D3) der axialen Nut < Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut. Wenn die Tiefe (D2) der rückseitigen Umlaufnut größer ist als die Tiefe (D3) der axialen Nut, fließen einige der Fremdsubstanzen, die an der Nutbodenseite der vorderseitigen Umlaufnut fließen und den Verbindungsbereich erreichen, in die rückseitige Umlaufnut, bevor sie die axiale Nut erreichen.
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Durch die Konfiguration gemäß der Ausführungsform 2 werden das Schmieröl und die Fremdsubstanzen, die an der Nutbodenseite der vorderseitigen Umlaufnut 34C fließen, jedoch durch den Stufenbereich 37A blockiert und fließen danach zunächst in die axiale Nut 34E. Demgemäß werden die Fremdsubstanzen durch die axiale Nut 34E leichter aus dem Lager an die Außenseite abgegeben, als bei der Ausführungsform 1 und sie fließen kaum in die rückseitige Umlaufnut 36C und die Fremdsubstanzabgabewirkung ist verbessert.
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[Ausführungsform 3]
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Die 8 bis 11 zeigen Ausführungsform 3. 8 ist eine Ansicht von Umlaufnuten und axialen Nuten gesehen von der inneren Umlaufoberflächenseite des Lagers.
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9 ist eine Ansicht einer vorderseitigen Umlaufendoberfläche, gesehen aus der Umlaufrichtung. 10 ist eine Ansicht einer rückseitigen Umlaufendoberfläche, gesehen aus der Umlaufrichtung. 11 zeigt einen Zustand, in dem die rückseitige Umlaufnut betrachtet wird von der vorderseitigen Umlaufnut aus.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Verbindungsbereich die Nutbreite (W1) der vorderseitigen Umlaufnut 44C größer als die Nutbreite (W2) der rückseitigen Umlaufnut 46C, wodurch ein Stufenbereich in der Nutbreitenrichtung der Umlaufnut gebildet wird (siehe 11).
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Durch diese Konfiguration wird ein Stufenbereich 47C in der Nutbreitenrichtung gebildet, und zwar zusätzlich zu dem Stufenbereich 47A in der Tiefenrichtung der Umlaufnut und deshalb wird zusätzlich die Wirkung erzielt, dass Fremdsubstanzen blockiert werden, die sich entlang der Seitenwand der vorderseitigen Umlaufnut bewegen. Dadurch wird die Wirkung der Austragung von Fremdsubstanzen weiter verbessert.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Seitenwand der Umlaufnut eine geneigte Oberfläche und die Nutbreite nimmt zu der inneren Umlaufoberfläche des Lagers hin von dem Nutboden aus zu. Demgemäß ist die Querschnittsform der Umlaufnut eine trapezoide Form. Bei den Ausführungsformen 1 und 2 sind die Querschnittsformen der Umlaufnuten rechteckige Formen, bei der Ausführungsform 3 ist die Geschwindigkeit, mit der die Querschnittsfläche der Umlaufnut zu der Umlaufendoberfläche hin zunimmt, jedoch höher. Demgemäß wird die Geschwindigkeit der Fremdsubstanz, die in vorderseitige Umlaufnut der Ausführungsform 3 fließt, zu der Umlaufendoberfläche hin geringer, und die Fremdsubstanz fließt leicht in die axiale Nut. Demgemäß wird die Fremdsubstanzabgabewirkung verbessert.
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In diesem Fall ist es bezüglich der Querschnittsform der Umlaufnut so, dass, obwohl die Ausführungsform einer trapezoiden Form gezeigt ist, neben einer trapezoiden Form, jede beliebige Querschnittsform gewählt werden kann, wie z. B. eine halbkreisförmige Form und eine dreieckige Form. Solange ein Stufenbereich gebildet wird, der eine Fremdsubstanzabgabewirkung besitzt, kann eine Umlaufnut mit jeder beliebigen Querschnittsform angewandt werden.
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[Ausführungsform 4]
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12 zeigt Ausführungsform 4. Der zentrale Winkel (θ1), in dem die vorderseitige Umlaufnut 54C gebildet ist, ist größer als der zentrale Winkel (θ2), in dem die rückseitige Umlaufnut 56C gebildet ist.
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Wenn der zentrale Winkel (θ1), in dem die vorderseitige Umlaufnut gebildet ist, groß ist, wird die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die vorderseitige Umlaufnut die Fremdsubstanz auffängt, die abgegeben wird aus der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20 in der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens 12. Insbesondere wird die Fremdsubstanz aufgefangen vor der axialen Nut, die der Durchgang zur Abgabe der Fremdsubstanz ist, und deshalb wird die Fremdsubstanzabgabewirkung verbessert. Wenn der zentrale Winkel (θ1), in dem die vorderseitige Umlaufnut gebildet ist, groß ist, wird die Zeit, während der die Fremdsubstanz in der vorderseitigen Umlaufnut fließt, lang, die Bewegungsgeschwindigkeit der Fremdsubstanz wird gering und die Fremdsubstanz wird leicht aus der axialen Nut abgegeben.
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Wenn der zentrale Winkel (θ2), in dem die rückseitige Umlaufnut gebildet ist, klein ist, wird die Wahrscheinlichkeit gering, dass die Fremdsubstanz aus der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20 in der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens 12 in die rückseitige Umlaufnut abgegeben wird. Die rückseitige Umlaufnut befindet sich stromabwärts von der axialen Nut, welche ein Fremdsubstanzabgabedurchgang ist, und deshalb wird die Fremdsubstanz, die in die rückseitige Umlaufnut abgegeben wird, nicht von der axialen Nut abgegeben. Insbesondere wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Fremdsubstanz in die rückseitige Umlaufnut abgegeben wird, verringert, so dass sie gering ist, wodurch die Fremdsubstanzabgabewirkung im Ergebnis verbessert wird. Selbst wenn der zentrale Winkel (θ2), in dem die rückseitige Umlaufnut gebildet ist, klein ist, wird die Wirkung der Zufuhr des Öls aus der vorderseitigen Umlaufnut zu der inneren Umlaufoberfläche des Lagers auf der stromabwärts gelegenen Seite in ausreichendem Maß aufrecht erhalten.
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Es ist bevorzugt, den zentralen Winkel (θ1) der vorderseitigen Umlaufnut groß zu machen, so dass die Umlauflänge der vorderseitigen Umlaufnut größer wird als der Bohrungsdurchmesser (ϕA) der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20. Des Weiteren ist es bevorzugt, die Umlauflänge der vorderseitigen Umlaufnut mehr als zwei Mal so groß zu machen wie den Bohrungsdurchmesser (ϕA) der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20.
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Es ist bevorzugt, den zentralen Winkel (θ2) der rückseitigen Umlaufnut klein zu machen, so dass die Umlauflänge der rückseitigen Umlaufnut kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser (ϕA) der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20. Um jedoch die Zufuhr des Schmieröls zu der Lagergleitoberfläche vor der rückseitigen Umlaufnut sicher zu stellen, wird die Umlauflänge der rückseitigen Umlaufnut bevorzugt so gewählt, dass sie nicht weniger als die Hälfte des Bohrungsdurchmessers (ϕA) der Auslassöffnung des Schmieröldurchgangs 20 ist.
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Des Weiteren kann bei der vorliegenden Erfindung eine Anstoßaussparung gebildet sein in der inneren Umlaufoberfläche des Lagers, und zwar angrenzend an jede der Umlaufendoberflächen der beiden halbzylindrischen Lager. Dabei ist mit Anstoßaussparung ein Bereich mit verringerter Lagerwanddicke gemeint, der gebildet wird durch Entfernen der Lagerwand in dem Bereich in der Nähe der Umlaufendoberflächen der beiden halbzylindrischen Lager und der einen Krümmungsmittelpunkt aufweist, der verschieden ist von dem Krümmungsmittelpunkt der inneren Umlaufoberfläche des Lagers (bezeichnet den Bereich, in dem die Dicke allmählich verringert ist, hin zu den Umlaufendoberflächen und ist wie spezifiziert in SAE J506 (siehe Punkt 3.26, und Punkt 6.4), DIN 1497, § 3.2)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-174697 A [0006, 0010]
- JP 8-277831 A [0010]
- JP 2005-69283 A [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE J506 (siehe Punkt 3.26, und Punkt 6.4) [0092]
- DIN 1497, § 3.2 [0092]
