DE102013203128A1

DE102013203128A1 - Gleitlager und Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE102013203128A1
Application number: DE102013203128A
Authority: DE
Inventors: Motohiko Koushima; Osamu Ishigo
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2013-08-29
Also published as: CN103291733A; GB2499904B; JP2013210094A; US20130223776A1; CN103291733B; GB2499904A; US8714825B2; GB201303346D0; JP6185702B2

Abstract

Es wird ein Gleitlager bereitgestellt für das Lager einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Das Gleitlager besteht aus einem Paar halbzylindrischer Elemente. Eine Anstoßaussparung 70 ist gebildet in der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Lagers 31 und eine zylindrische Hauptoberfläche 71 ist gebildet in einem Bereich neben der Anstoßaussparung 70. Die Anstoßaussparung 70 umfasst eine nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a und eine nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b.

Description

Hintergrund
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager für das Lagern einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und eine Lagervorrichtung.
(2) Beschreibung des relevanten Stands der Technik
In der Vergangenheit ist ein Gleitlager, bestehend aus einem Paar halbzylindrischer Elemente, eingesetzt worden als Hauptlager und als Pleuelstangenlager. Eine sogenannte Anstoßaussparung ist gebildet in dem Gleitlager an der inneren Umlaufoberfläche, angrenzend an die Kontaktoberflächen der halbzylindrischen Elemente.
Eine Anstoßaussparung ist ein Bereich mit dünnerer Wanddicke, der gebildet ist in einem Bereich angrenzend an die Umlaufendoberfläche eines halbzylindrischen Elements, so dass die Dicke der Wand zu der Umlaufendoberfläche hin dünner wird. Eine Anstoßaussparung wird gebildet in der Absicht, eine Fehlausrichtung oder Deformation von angrenzenden Oberflächen der halbzylindrischen Elemente auszugleichen, wenn das Paar der halbzylindrischen Elemente zusammengesetzt wird (siehe, zum Beispiel, die japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 2-102014 ).
In den vergangenen Jahren ist das Gewicht von Verbrennungsmotoren verringert worden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, und die Steifigkeit von Gehäuseelementen, wie zum Beispiel Pleuelstangen und Motorblöcken, ist dadurch verringert worden. Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors unterliegt ein Lager haltendes Loch somit einer elastischen Deformation aufgrund der dynamischen Belastung durch die Kurbelwelle. Ein Gleitlager folgt daher der Deformation des Lager haltenden Lochs, was zu dem Phänomen führt, dass der Abstand in der horizontalen Richtung des Gleitlagers (der Raum zwischen der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers und der Oberfläche der gelagerten Welle) wiederholt zu und abnimmt („close-in”-Phänomen). Bei einer Pleuelstange oder einem Motorblock mit verringerter Steifigkeit ist das Maß der Verringerung des Abstands des Gleitlagers (in dem Bereich nahe der anstoßenden Oberflächen der beiden halbzylindrischen Lager) in der horizontalen Richtung groß, wenn die dynamische Last der Kurbelwelle darauf einwirkt. Dann kommt die innere Umlaufoberfläche des Lagers in direkten Kontakt mit der Oberfläche der Kurbelwelle an dem Umlaufende des halbzylindrischen Lagers, welches sich an der Vorderseite in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle befindet, wodurch das Lager beschädigt wird.
Als Gegenmaßnahme ist in der Vergangenheit, wie in JP-A-10-325410 beschrieben, der Lagerfreiraum zwischen der Oberfläche des Kurbelzapfens und der inneren Umlaufoberfläche des Lagers in dem Umlaufendbereich des Lagers vergrößert worden, um einen Kontakt zwischen der Oberfläche des Kurbelzapfens und der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers der durch das „close-in”-Phänomen verursacht worden ist, zu verhindern, und zwar durch Bilden der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers in einer Bogenform, bei der der innere Durchmesser größer ist in der horizontalen Richtung als in der vertikalen Richtung.
In den vergangenen Jahren ist jedoch die Größe der Ölpumpe in Verbrennungsmotoren verringert worden und dadurch hat die Menge des Schmieröls, die der inneren Umlaufoberfläche des Lagers zugeführt wird, abgenommen. Bei einem Lager, bei dem der Lagerspalt, wie in der JP-A-10-325410 beschrieben, vergrößert worden ist, nimmt die Menge des durch den Spalt austretenden Schmieröls zu, was zu einer ungenügenden Zufuhr von Schmieröl zu der inneren Umlaufoberfläche des Lagers führt. Derzeit ist es schwierig ein Gleitlager, wie es in der JP-A-10-325410 beschrieben wird, einzusetzen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitlager bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Menge des austretenden Schmieröls zu verringern und eine Beschädigung der inneren Umlaufoberfläche des Lagers zu verhindern, selbst wenn beim Betrieb des Verbrennungsmotors das „close-in”-Phänomen auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist ein erfindungsgemäßes Gleitlager ein Gleitlager für das Lagern einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und es umfasst ein Paar halbzylindrischer Elemente, die das Gleitlager bilden. Jedes halbzylindrische Element umfasst zwei Anstoßaussparungen, wobei jede Anstoßaussparung angeordnet ist in einem Bereich, der an die Umlaufendoberfläche der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Elements angrenzt, und in der Dicke zu der Umlaufendoberfläche hin allmählich abnimmt, und eine zylindrische Hauptoberfläche neben den Anstoßaussparungen in der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Elements. Bei jedem halbzylindrischen Element umfasst eine Anstoßaussparung an der Vorderseite in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle oder umfassen beide Anstoßaussparungen an beiden Seiten eine radial nach außen konvex gewölbte Oberfläche an der der Endoberfläche näheren Seite und eine radial nach innen konvex gewölbte Oberfläche an der der Endoberfläche ferneren Seite.
Dabei ist unter einer Kurbelwelle ein Element zu verstehen, das ein Lagerteil, ein Kurbelzapfenteil und ein Kurbelarmteil umfasst. Des Weiteren ist unter einem Gleitlager ein Lager zu verstehen, das ein Pleuelstangenlager und ein Hauptlager umfasst. Außerdem ist unter einem halbzylindrischen Element ein Element zu verstehen, das eine solche Form hat bei der ein Zylinder in zwei Hälften geteilt ist, wobei dies nicht so zu verstehen ist, dass die Teilung strickt in zwei Hälften erfolgt. Demgemäß kann sowohl die Bezeichnung halbzylindrisches Element als auch im Wesentlichen halbzylindrisches Element verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Gleitlager weist die Anstoßaussparung des halbzylindrischen Elements eine nach außen konvex gewölbte Oberfläche, an der der Endoberfläche näheren Seite und eine nach innen konvex gewölbte Oberfläche, an der der Endoberfläche ferneren Seite auf. Aufgrund der nach außen konvex gewölbten Oberfläche kann eine gewisse Menge des Schmieröls in der Anstoßaussparung gehalten werden. Während des Betriebs, bei dem die Oberfläche der gelagerten Welle und die innere Umlaufoberfläche des Gleitlagers sich in der horizontalen Richtung gegeneinander annähern aufgrund des „close-in”-Phänomens, erhöht sich der Druck des Schmieröls in der Anstoßaussparung aufgrund eines hydrodynamischen Quetscheffekts, um einen Fluss des Schmieröls zu bilden, der zu der nach innen konvex gewölbten Oberfläche hin von der nach außen konvex gewölbten Oberfläche innerhalb der Anstoßaussparung gerichtet ist. Aufgrund der nach innen konvex gewölbten Oberfläche der Anstoßaussparung, die an der Vorderseite des erfindungsgemäßen Gleitlagers in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, gebildet ist, wobei die nach innen konvex gewölbte Oberfläche an der der Endoberfläche ferneren Seite des halbzylindrischen Lagers gebildet ist, fließt das Schmieröl zwischen einem nach innen konvex gewölbten Oberflächenteil und der Oberfläche der gelagerten Welle in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, hin zu der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers von der Anstoßaussparung, und zwar in dem Moment, in dem die Oberfläche der Anstoßaussparung sich der gelagerten Welle aufgrund des „close-in”-Phänomens am stärksten annähert. Aufgrund eines hydrodynamischen Teileffekts entsteht kurzzeitig ein hoher Keilölfilmdruck des Schmieröls, das in dem Raum zwischen dem nach innen konvex gewölbten Oberflächenteil und der Oberfläche der Kurbelwelle fließt. Ein direkter Kontakt zwischen der inneren Umlaufoberfläche des Lagers in der horizontalen Richtung und der gelagerten Welle kann aufgrund des sich kurzzeitig erhöhenden Keilölfilmdrucks des Schmieröls verhindert werden und dadurch kann eine Beschädigung der inneren Umlaufoberfläche des Lagers verhindert werden.
Andere Zwecke, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich anhand der folgenden Beschreibung von Beispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit Schnitt durch den Lagerzapfen und den Kurbelzapfen.
2 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Pleuelstangenlager.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Anstoßaussparung des Pleuelstangenlagers der 2 zeigt.
4 ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Länge und der Tiefe der Anstoßaussparung des Pleuelstangenlagers der 2.
5 ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Form der nach innen konvex gewölbten Oberfläche der Anstoßaussparung des Pleuelstangenlagers der 2.
6A ist eine beschreibende Ansicht, welche die Deformation eines Gleitlagers zeigt, auf das eine Last einwirkt, wenn die Last nach unten wirkt.
6B ist eine beschreibende Ansicht, die die Deformation eines Gleitlagers zeigt, auf das eine Last einwirkt, wenn die Last nach oben wirkt.
7A ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Abstand und dem Fluss des Schmieröls, wenn der Abstand groß ist.
7B ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Abstand und dem Fluss des Schmieröls, wenn der Abstand geringer wird.
7C ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Abstand und dem Fluss des Schmieröls, wenn der Abstand am geringsten ist.
8 ist eine Betriebsansicht zur Beschreibung des Keilölfilmdrucks P durch Vergrößerung des Bereichs A der 7C.
9 ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Form der Anstoßaussparung von Vergleichsbeispiel 1.
10 ist eine beschreibende Ansicht zur Beschreibung der Form der Anstoßaussparung von Vergleichsbeispiel 2.
11 ist eine Tabelle, die die Testbedingungen des Konformationstests zeigt.
12 ist eine Tabelle, die die Testbedingungen und Ergebnisse des Konformationstests zeigt.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Dabei ist zu beachten, dass die Anstoßaussparung in den Zeichnungen übertrieben groß dargestellt ist, um das Verständnis zu erleichtern; die tatsächlichen Dimensionen werden nachfolgend beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM
Gesamtkonfiguration der Lagervorrichtung
1 ist eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit Schnitt durch den Lagerzapfen bzw. den Kurbelzapfen. Eine Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Lagerzapfen 6, der durch das untere Teil des Zylinderblocks 8 gelagert wird, einen Kurbelzapfen 5, der einstückig mit dem Lagerzapfen 6 gebildet ist, um um den Lagerzapfen 6 zu rotieren, und eine Pleuelstange 2, die die Kolbenbewegung von dem Verbrennungsmotor auf den Kurbelzapfen 5 überträgt. Die Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst des Weiteren ein Hauptlager 4, das den Lagerzapfen 6 rotierbar lagert und ein Pleuelstangenlager 3, das den Kurbelzapfen 5 rotierbar lagert, und zwar als Gleitlager für das Lagern der Kurbelwelle.
Zu beachten ist, dass, obwohl die Kurbelwelle eine Mehrzahl von Lagerzapfen 6 und eine Mehrzahl von Kurbelzapfen 5 umfasst, hier zur Vereinfachung der Beschreibung nur ein einzelner Lagerzapfen 6 und ein einzelner Kurbelzapfen 5 zur Beschreibung gezeigt sind. In 1 ist zur Beschreibung der positionellen Beziehung in der Tiefenrichtung der Papierebene der Lagerzapfen 6 auf der Rückseite und der Kurbelzapfen 5 auf der Vorderseite angeordnet.
Der Lagerzapfen 6 ist – axial gelagert durch ein unteres Zylinderblockteil 81 des Verbrennungsmotors, und zwar durch ein Paar halbzylindrischer Elemente 41 und 42. Die beiden halbzylindrischen Elemente 41 und 42 sind zusammengebaut zu einem im Allgemeinen zylindrischen Hauptlager 4, wobei die jeweiligen Endoberflächen davon aneinander anstoßen. Eine Schmierölnut 41a ist gebildet in dem halbzylindrischen Element 41, das in der Zeichnung an der Oberseite angeordnet ist, und zwar über die gesamte Länge der inneren Umlaufoberfläche davon. Der Lagerzapfen 6 umfasst ein Durchgangsloch 6a, das diesen in diametraler Richtung durchdringt und wenn sich der Lagerzapfen 6 in der durch den Pfeil X bezeichneten Richtung dreht, kommen Öffnungen an beiden Enden des Durchgangslochs 6a abwechselnd mit der Schmierölnut 41a in Verbindung. Der Kurbelzapfen 5 ist axial gelagert durch ein Pleuelfußgehäuse 21 der Pleuelstange 2 (ein stangenseitiges Pleuelfußgehäuse 22 und ein deckelseitiges Pleuelfußgehäuse 23), und zwar durch ein Paar halbzylindrischer Elemente 31 und 32. Die halbzylindrischen Elemente 31 und 32 sind zu einem im Allgemeinen zylindrischen Pleuelstangenlager 3 zusammengebaut, wobei die jeweiligen Endoberflächen davon gegeneinander anstoßen.
Wie voranstehend ausgeführt ist, wird das Schmieröl, das von einer Ölpumpe in das Hauptlager 4 abgegeben wird, in die Schmierölnut 41a zugeführt, die entlang der inneren Umlaufoberfläche des Hauptlagers 4 gebildet ist, und zwar durch ein Durchgangsloch, das in der Wand des Hauptlagers 4 gebildet ist, aus einem Ölkanal, der in der Zylinderblockwand gebildet ist.
Des Weiteren ist ein erster Schmierölkanal 6a gebildet in der diametralen Richtung des Lagerzapfens 6 und die Öffnungen an beiden Enden des ersten Schmierölkanals 6a stehen in Verbindung mit der Schmierölnut 41a. Des Weiteren ist ein zweiter Schmierölkanal 5a, der durch einen Kurbelarm geht (nicht gezeigt) gebildet, so dass er von dem ersten Schmierölkanal 6a in dem Lagerzapfen 6 abzweigt und dieser zweite Schmierölkanal 5a steht in Verbindung mit einem dritten Schmierölkanal 5b, der gebildet ist, um den Kurbelzapfen 5 in der diametralen Richtung zu durchdringen.
Auf diese Weise geht das Schmieröl durch den ersten Schmierölkanal 6a, den zweiten Schmierölkanal 5a und den dritten Schmierölkanal 5b, um zu der Gleitoberfläche zwischen dem Kurbelzapfen 5 und dem Pleuelstangenlager 3 zugeführt zu werden, und zwar durch einen Endauslass des dritten Schmierölkanals 5b (das heißt einen Auslass, der sich in der äußeren Umlaufoberfläche des Kurbelzapfens 5 öffnet).
Obwohl die nachfolgende Beschreibung nachfolgend bezüglich des Pleuelstangenlagers 3 als Beispiel für das erfindungsgemäße Gleitlager angegeben wird, hat das Hauptlager 4 ebenfalls im Wesentlichen die gleiche Konfiguration und die gleichen Effekte.
Konfiguration des Gleitlagers
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 die Gesamtform des Pleuelstangenlagers 3 beschrieben, das als Beispiel für das Gleitlager gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Pleuelstangenlager 3 in einer im Allgemeinen zylindrischen Form gebildet durch Zusammenbauen des Paars der halbzylindrischen Elemente 31 und 32, so dass die Endoberflächen davon gegeneinander anstoßen. Die inneren Umlaufoberflächen der jeweiligen halbzylindrischen Elemente 31 (32) besitzen eine zylindrische Hauptoberfläche 71, die zu dem Zentrum in der Umlaufrichtung hin angeordnet ist, und Anstoßaussparungen 70, 70, die an den beiden Umlaufenden angeordnet sind.
Die Anstoßaussparung 70 ist ein Bereich mit dünnerer Wanddicke, der gebildet ist in einem Bereich angrenzend an die Umlaufendoberfläche 72 in der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Elements 31 (siehe 3), so dass die Dicke der Wand dünner wird hin zu der Endoberfläche 72. Die Anstoßaussparung 70 wird vorgesehen zum Zweck des Ausgleichs einer Fehlausrichtung oder Deformation der anstoßenden Oberflächen, wenn die beiden halbzylindrischen Elemente 31 und 32 mit der Pleuelstange 2 zusammengebaut werden.
Zu beachten ist, dass die verbesserte Anstoßaussparung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung, die nachfolgend beschrieben wird, gebildet werden kann von den Anstoßaussparungen 70, ... der beiden halbzylindrischen Elemente 31 und 32, und zwar nur bei einem der halbzylindrischen Elemente 31 (32) oder bei beiden halbzylindrischen Elementen 31 und 32. Des Weiteren kann bei einem halbzylindrischen Element 31 (32) die erfindungsgemäße Anstoßaussparung 70 gebildet sein nur an einem Ende oder an beiden Enden. Es ist bevorzugt, dass mindestens die Anstoßaussparung an der Vorderseite in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle die erfindungsgemäße Anstoßaussparung ist.
Die zylindrische Hauptoberfläche 71 ist eine halbzylindrische Oberfläche, die einen Hauptteil der inneren Umlaufoberfläche einnimmt und eine primäre Gleitfläche darstellt. Die zylindrische Hauptoberfläche 71 ist ein Bereich neben der Anstoßaussparung 70 in der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Elements 31.
Konfiguration der Anstoßaussparung
Nachfolgend wird die Form der Anstoßaussparung 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 im Einzelnen beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass die Form der Anstoßaussparung 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Anwendungsbeispiel darstellt für ein Gleitlager für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors eines typischen Automobils (wobei der innere Durchmesser (der Durchmesser der Kurbelwelle) des Gleitlagers etwa 30 mm bis 100 mm beträgt). Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In den Zeichnungen ist die Linie, wo die zylindrische Hauptoberfläche 71 über den Bereich der Anstoßaussparung 70 hinaus erstreckt ist, definiert als imaginäre zylindrische Hauptebene 71a.
Wie in den 3 bis 5 gezeigt ist, umfasst die Anstoßaussparung 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a, die in der radialen Richtung nach außen hervortritt, und zwar an der der Umlaufendoberfläche 72 näheren Seite, und eine nach innen konvex gewölbte Oberfläche 71b, die sich in der radialen Richtung nach innen erstreckt, und zwar an der der Endoberfläche 72 ferneren Seite, um eine im Allgemeinen schwach S-förmig gewölbte Oberfläche zu bilden. Anders ausgedrückt existiert in der Mitte entlang der gewölbten Oberfläche der Anstoßaussparung 70 ein Wendepunkt, bei dem das Vorzeichen der Krümmung wechselt.
Die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a ist eine gewölbte Oberfläche, die einen Hauptteil der Anstoßaussparung 70 einnimmt und die gebildet ist in einer zylindrischen Form mit einem Radius R3, deren Zentrum in der radialen Richtung der zylindrischen Hauptoberfläche 71 (der imaginären zylindrischen Hauptebene 71a) nach innen angeordnet ist. Die Länge L1 der nach außen konvex gewölbten Oberfläche 70a in der Umlaufrichtung ist bevorzugt gleich oder größer als 2 mm, wenn die Gesamtlänge L der Anstoßaussparung 70 in der Umlaufrichtung 3 mm bis 7 mm beträgt (siehe 4). Dabei ist zu beachten, dass der Querschnitt der nach außen konvex gewölbten Oberfläche 70a nicht auf eine zylindrische Form beschränkt ist, solange er sich nach außen erstreckt, und dass jede gegebene gewölbte Oberfläche verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a eine gewölbte Oberfläche sein, entlang der sich der Krümmungsradius in der Mitte verändert.
Die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b ist eine gewölbte Oberfläche in der Nähe des Anfangspunkts der Anstoßaussparung 70 und ist zu einer zylindrischen Form gebildet mit einem Radius R2, deren Zentrum in der radialen Richtung der zylindrischen Hauptoberfläche 71 (der imaginären zylindrischen Hauptebene 71a) nach außen angeordnet ist. Die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b ist so gebildet, dass sie sich der zylindrischen Hauptoberfläche 71 allmählich annähert, um die beiden zylindrischen Oberflächen der nach außen konvex gewölbten Oberfläche 70a und der zylindrischen Hauptoberfläche 71a glatt miteinander zu verbinden. Dabei ist zu beachten, dass der Querschnitt der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b nicht auf eine zylindrische Form beschränkt ist und dass jede gegebene gewölbte Oberfläche verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b eine gewölbte Oberfläche sein, entlang der sich der Krümmungsradius in der Mitte verändert.
Die Länge L2 der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b in der Umlaufrichtung ist bevorzugt gleich oder größer als 1 mm, wenn die Gesamtlänge L der Anstoßaussparung 70 in der Umlaufrichtung 3 mm bis 7 mm beträgt. Die Tiefe d2 der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b in der radialen Richtung (der Abstand von der imaginären zylindrischen Hauptebene 71a zu dem Wendepunkt) beträgt bevorzugt 5 μm bis 15 μm, wenn die Gesamttiefe d der Anstoßaussparung 70 in der radialen Richtung 10 μm bis 50 μm beträgt (siehe 4).
Des Weiteren hat die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 gezeigt ist, bevorzugt eine nachfolgend beschriebene Form. Das heißt, wenn das Pleuelstangenlager 3 zweidimensional dargestellt (innerhalb eines Schnitts linear dargestellt) wird, wird ein Schnitt eines Bereichs zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b und der imaginären zylindrischen Hauptebene 71a, in dem sich die zylindrische Hauptoberfläche 71 über die Anstoßaussparung 70 erstreckt, angenommen. Dieser Schnitt wird in zwei Bereiche eingeteilt durch eine gerade Linie, die durch den Mittelpunkt geht, und zwar entlang der Länge L2 der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b in der Umlaufrichtung, um einen ersten Bereich zu definieren, der weiter von der Endoberfläche 72 entfernt ist, und einen zweiten Bereich, der der Endoberfläche 72 näher ist. Die Querschnittsfläche des ersten Bereichs wird dann als A1 bezeichnet und die Querschnittsfläche des zweiten Bereichs wird als A2 bezeichnet. Unter diesen Voraussetzungen ist die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b so gebildet, dass sie dem nachfolgenden Ausdruck genügt. A1/A2 < 0,3
Der obige Ausdruck gibt an, dass der Raum (die Querschnittsfläche) von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich schnell abnimmt. Wenn die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b eine planare Oberfläche statt einer gewölbten Oberfläche ist, ergibt sich, dass A1/A2 = 1/3(0,33), woraus sich ergibt, dass die Veränderung in dem Raum schneller ist, als im Vergleich zu dem Fall einer Planaren Oberfläche.
Formidentifizierungsmethode
Die Form der oben beschriebenen Anstoßaussparung 70 kann gemessen werden mit einem typischen Formmessinstrument, wie zum Beispiel einem Rundheitsmessinstrument. Zunächst wird, wenn ein Lager in einer Pleuelstange, einem Motorblock oder einem dazu ähnlichem Gehäuse zusammengebaut wird, die innere Oberfläche des Lagers kontinuierlich in der Umlaufrichtung vermessen. 4 zeigt, auf der Grundlage der erhaltenen Messergebnisse, eine Schnittansicht der Form des halbzylindrischen Elements in der Nähe des Umlaufendes davon, wenn die innere Umlaufoberfläche (zylindrische Hauptoberfläche) des Lagers zweidimensional dargestellt ist, und zwar betrachtet in einer Richtung entlang der axialen Richtung des Lagers.
Einsatz
Der Einsatz des Pleuelstangenlagers 3, das als Gleitlager gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6A bis 8 beschrieben.
Zunächst wird das „close-in”-Phänomen beschrieben. Wie voranstehend erwähnt wurde, unterliegt, wenn die Steifigkeit des Gehäuseelements gering ist, das Lagerhalteloch (Gehäuse) einer elastischen Deformation aufgrund einer dynamischen Belastung durch die Kurbelwelle. Demgemäß folgt das Gleitlager der Deformation des Lagerhaltelochs, was zu dem Phänomen führt, dass sich das Abstandsmaß des Gleitlagers in der horizontalen Richtung (der Abstand zwischen der inneren Umlaufoberfläche des Gleitlagers und der Oberfläche der gelagerten Welle) wiederholt erhöht und verringert („close-in”-Phänomen).
Insbesondere ist es so, dass, wie in 6A gezeigt, wenn eine nach unten wirkende Last von der Kurbelwelle auf das Lagerhalteloch des Lagergehäuses einwirkt, sich das Lager 3 in der horizontalen Richtung ausdehnt. In diesem Zustand ist die Breite in der horizontalen Richtung erhöht.
Andererseits ist es so, dass, wie in 6B gezeigt, wenn eine nach oben wirkende Last von der Kurbelwelle auf das Lagerhalteloch des Lagergehäuses einwirkt, sich das Lager 3 in der vertikalen Richtung ausdehnt. In diesem Zustand ist die Breite in der horizontalen Richtung verringert.
Nachfolgend wird der Einsatz der Anstoßaussparung 70 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 7A bis 8 beschrieben.
Dabei wird der Einsatz eines Gleitlagers beschrieben, bei dem eine existierende Anstoßaussparung gebildet ist, und zwar wird jeweils beschrieben der Einsatz einer Anstoßaussparung an der Rückseite des halbzylindrischen Elements in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, und einer Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements, in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert.
Bei der Anstoßaussparung an der Rückseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle ist ein keilförmiger Raum gebildet, der enger wird in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, und zwar zwischen der Oberfläche der Anstoßaussparung und der Oberfläche (der äußeren Umlaufoberfläche) der Kurbelwelle. Demgemäß nimmt der Druck des Schmieröls, das durch den keilförmigen Raum in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, fließt aufgrund des hydrodynamischen Keileffekts zu. Da sie in dieser Weise dem Ölfilmdruck des Schmieröls unterworfen ist, ist die zylindrische Hauptoberfläche in der Nähe des Bereichs angrenzend an die Anstoßaussparung an der Rückseite des halbzylindrischen Elements in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, weniger gefährdet, in direkten Kontakt mit der Oberfläche der Kurbelwelle zu kommen.
Andererseits ist in der Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle ein keilförmiger Raum gebildet, der in der Richtung, in der die Welle rotiert, weiter wird (nachfolgend bezeichnet als umgekehrte Keilform), und zwar zwischen der Oberfläche der Anstoßaussparung und der Oberfläche (der äußeren Umlaufoberfläche) der Kurbelwelle. Demgemäß wird ein Ölfluss des Schmieröls, der gerichtet ist hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche, angrenzend an die Anstoßaussparung durch die Anstoßaussparung aufgrund des erwähnten hydrodynamischen Quetscheffekts daran gehindert zu der zylindrischen Hauptoberflächenseite zu fließen, und zwar durch einen Ölfluss des Schmieröls, der der Oberfläche der rotierenden Kurbelwelle folgt, um in den Raum in der Anstoßaussparung zu fließen, und zwar aus dem Raum zwischen der zylindrischen Hauptoberfläche und der Oberfläche (der äußeren Umlaufoberfläche) der Kurbelwelle. Der Druck dieses Schmieröls, das durch den umgekehrt keilförmigen Raum in derselben Richtung fließt, wie die Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, erhöht sich nicht, da der hydrodynamische Keileffekt nicht darauf einwirkt. Demgemäß kommt die zylindrische Hauptoberfläche nahe des Bereichs angrenzend an die Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle in direkten Kontakt mit der Oberfläche (der äußeren Umlaufoberfläche) der Kurbelwelle, was diese wahrscheinlicherweise beschädigt. Nachfolgend wird der Einsatz des erfindungsgemäßen Gleitlagers beschrieben, und zwar für die Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle.

(1) Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 7A ein Zustand beschrieben, bei dem die Anstoßaussparung 70 und die Oberfläche 51 der Welle relativ beabstandet voneinander sind. Die Anstoßaussparung 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70A, an der der Endoberfläche näheren Seite. Demgemäß ist das Volumen des Raums, der gebildet ist zwischen der Anstoßaussparung 70 und der Oberfläche 51 der Welle, groß und es wird somit in diesem Zustand eine große Menge des Schmieröls in dem Raum gehalten.
(2) Sodann wird unter Bezugnahme auf 7B ein Zustand beschrieben, bei dem die Anstoßaussparung 70 und die Oberfläche 51 der Welle sich relativ zueinander annähern. In diesem Zustand erhöht sich der Druck des Schmieröls in dem Raum aufgrund des hydrodynamischen Quetscheffekts und es werden Ölflüsse gebildet, die hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche 71 gerichtet sind (durch Pfeile angezeigt), und zwar in den jeweiligen Anstoßaussparungen 70 der beiden halbzylindrischen Elemente 31 und 32.
(3) Schließlich wird unter Bezugnahme auf 7C ein Zustand beschrieben, in dem sich die Anstoßaussparung 70 und die Oberfläche 51 der Welle relativ zueinander am meisten angenähert haben. In diesem Zustand ist ein Raum in Form eines umgekehrten Keils gebildet zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70B der Anstoßaussparung 70 an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements 32 in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, und der Oberfläche 51 der Welle, so dass der Abstand zwischen den beiden Oberflächen schnell verringert ist hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche 71 in der Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert. Sodann wird, wie in 8 gezeigt, momentan ein Fluss des Schmieröls gebildet, der gerichtet ist hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche 71 in der Richtung entgegengesetzt der Rotationsrichtung der Kurbelwelle, und zwar in dem Raum in Form eines umgekehrten Keils zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70B der Anstoßaussparung 70 und der Oberfläche 51 der Welle und es wird momentan ein hoher Keilölfilmdruck P generiert an der Position der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70B. Dieser Keilölfilmdruck P verhindert einen Kontakt zwischen der Oberfläche 51 der Welle und der zylindrischen Hauptoberfläche 71, welche angrenzend ist an die Anstoßaussparung 70 an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements 32 in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert.

Wirkungen
Nachfolgend werden die Wirkungen des Pleuelstangenlagers 3, das als Gleitlager gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient, und der Lagervorrichtung 1 aufgelistet und beschrieben.

(1) Das Pleuelstangenlager 3, das als Gleitlager gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient, ist das Pleuelstangenlager 3, das den Kurbelzapfen 5 des Verbrennungsmotors lagert, und umfasst das Paar der halbzylindrischen Elemente 31 und 32, die das Pleuelstangenlager 3 bilden, die Anstoßaussparung 70, die in dem Bereich angrenzend an die Umlaufendoberfläche 72 der inneren Umlaufoberfläche der halbzylindrischen Elemente 31 und 32 gebildet ist, so dass die Dicke der Wand dünner ist hin zu der Endoberfläche 72, und die zylindrische Hauptoberfläche 71, welche ein Bereich ist neben der Anstoßaussparung 70 in der inneren Umlaufoberfläche der halbzylindrischen Elemente 31 und 32. Die Anstoßaussparung 70 von mindestens einem der halbzylindrischen Elemente 31 (32) umfasst die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a, die nach außen herausragt in der radialen Richtung, an der der Endoberfläche 72 näheren Seite, und die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b, die nach innen in der radialen Richtung hereinragt, an der der Endoberfläche 72 ferneren Seite.

Auf diese Weise, gemäß der Anstoßaussparung 70 der vorliegenden Ausführungsform, die sowohl die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a als auch die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b umfasst, kann ein direkter Kontakt zwischen der inneren Umlaufoberfläche der Umlaufendseite an der Vorderseite der halbzylindrischen Elemente 31 und 32 in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, und der gelagerten Welle verhindert werden, durch den Keilölfilmdruck P des Schmieröls, und eine Beschädigung der inneren Umlaufoberfläche des Lagers kann somit verhindert werden. Mit anderen Worten kann zunächst eine gewisse Menge des Schmieröls gehalten werden in dem Raum, der definiert wird durch die Anstoßaussparung 70 und die Oberfläche 51 der Welle durch die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a. Wenn die Oberfläche 51 der gelagerten Welle und die innere Umlaufoberfläche des Gleitlagers in der horizontalen Richtung (die Position der Anstoßaussparung 70) sich einander annähern aufgrund des „close-in”-Phänomens, erhöht sich deshalb der Druck des Schmieröls in der Anstoßaussparung 70 aufgrund des hydrodynamischen Quetscheffekts um einen Fluss des Schmieröls zu bilden, der gerichtet ist hin zu der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b von der nach außen konvex gewölbten Oberfläche 70a durch die Anstoßaussparung 70. In dem Moment, in dem sich die Oberfläche der Anstoßaussparung 70 und die Oberfläche 51 der gelagerten Welle am stärksten annähern aufgrund des „close-in”-Phänomens, wird dann ein Fluss des Schmieröls in der Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, gebildet durch die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b zwischen der nach innen gewölbten Oberfläche 70b und der Oberfläche 51 der gelagerten Welle in der Anstoßaussparung 70 an der Vorderseite der halbzylindrischen Elemente 31 und 32 in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert. Wenn das Schmieröl durch den Raum passiert, der schnell enger wird zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b und der Oberfläche 71 der gelagerten Welle, wird momentan der hohe Keilölfilmdruck P erzeugt aufgrund des hydrodynamischen Keileffekts. Demgemäß kann ein direkter Kontakt zwischen der Oberfläche 51 der gelagerten Welle und der zylindrischen Hauptoberfläche 71 nahe der Umlaufendoberfläche an der Vorderseite der halbzylindrischen Elemente 31 und 32 in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, verhindert werden.
Zum Beispiel, wie in Vergleichsbeispiel 1 von 9 gezeigt, wenn eine Anstoßaussparung 90 konfiguriert ist, nur durch eine nach außen konvex gewölbte Oberfläche, obwohl eine große Menge des Schmieröls in einem in 7A gezeigten Zustand gehalten werden kann, da eine zylindrische Hauptoberfläche 91 auch gebildet ist, von einer nach außen konvex gewölbten Oberfläche, wird ein Raum allmählich enger in der Richtung des Ölflusses in dem in 7C gezeigten Zustand. Demgemäß, wenn die Oberfläche der Anstoßaussparung und die Oberfläche der gelagerten Welle anfangen sich aneinander anzunähern, wird ein Fluss des Schmieröls, der gerichtet ist hin zu der inneren Umlaufoberfläche (der zylindrischen Hauptoberfläche) durch den Raum zwischen der Oberfläche der Anstoßaussparung an der Vorderseite in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, und der Oberfläche der gelagerten Welle aufgrund des Quetscheffekts gestört durch einen Ölfluss des Schmieröls, der in den Raum fließt zwischen der Oberfläche der Anstoßaussparung und der Oberfläche der gelagerten Welle, folgend der Oberfläche der Welle in dem Raum zwischen der zylindrischen Hauptoberfläche 91 des halbzylindrischen Elements und der Oberfläche der gelagerten Welle, und das Schmieröl fließt somit nicht hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche. Deshalb wird der Keilölfilmdruck in dem Schmieröl nicht generiert. Demgemäß kann ein Kontakt zwischen der Oberfläche der Welle und der zylindrischen Hauptoberfläche nicht verhindert werden. Andererseits, wie in Vergleichsbeispiel 2 von 10 gezeigt, wenn die Anstoßaussparung 90 konfiguriert ist nur durch eine nach innen konvex gewölbte Oberfläche, kann nur eine geringe Menge an Schmieröl in dem in 7A gezeigten Zustand gehalten werden und somit wird die Bildung eines Ölflusses, der gerichtet ist hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche 91, ungenügend in dem in 7C gezeigten Zustand. Demgemäß kann ein Kontakt zwischen der Oberfläche der Welle und der zylindrischen Hauptoberfläche nicht verhindert werden.

(2) Die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b ist gebildet, so dass sie sich allmählich der zylindrischen Hauptoberfläche 71 annähert und somit wird ein Raum gebildet, der schnell enger wird zwischen der Oberfläche der Anstoßaussparung und der Oberfläche der Welle an dem Umlaufende der Anstoßaussparung 70. In der Anstoßaussparung 70 an der Vorderseite der halbzylindrischen Elemente 31 und 32 in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle wird deshalb ein Ölfluss, der gerichtet ist hinzu der zylindrischen Hauptoberfläche 71, aufgrund des Quetscheffekts stark komprimiert in diesem Raum, der schnell enger wird, um zu der Seite der zylindrischen Hauptoberfläche 71 zu fließen, und der Keilölfilmdruck wird in dem Schmieröl gebildet, das in diesem Raum fließt.
(3) Die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a kann gebildet werden zu einer zylindrischen Form, deren Mittelpunkt nach innen angeordnet ist in der radialen Richtung des halbzylindrischen Elements 31 (32).
(4) Das Pleuelstangenlager 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so gebildet, dass, wenn das Pleuelstangenlager 3, das als das Gleitlager dient, zweidimensional dargestellt wird, wenn ein Schnitt eines Bereichs zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b und der imaginären zylindrischen Hauptebene 71a, in denn zylindrische Hauptoberfläche 71 erstreckt ist über den Bereich der Anstoßaussparung 70 geteilt ist an der Mittellinie in der Umlaufrichtung der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b, um eine Querschnittsfläche des ersten Bereichs, der weiter von der Endoberfläche entfernt ist als A1 zu bezeichnen, und eine Querschnittsfläche des zweiten Bereichs, der näher an der Endoberfläche liegt als A2 zu bezeichnen, der Beziehungsausdruck „A1/A2 < 0,3” erfüllt ist. Wenn die Geschwindigkeit der Veränderung in der Querschnittsfläche erhöht wird an der verbindenden Position der Anstoßaussparung 70 und der zylindrischen Hauptoberfläche 71, ist auf diese Weise wahrscheinlicher, dass das Schmieröl hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche 71 fließt, und der Keilölfilmdruck kann weiter erhöht werden.
(5) Die Gesamtlänge der Anstoßaussparung 70 in der Umlaufrichtung beträgt bevorzugt 3 mm bis 7 mm und die Länge L2 der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b in der Umlaufrichtung ist bevorzugt gleich oder größer 1 mm.
(6) Die Gesamtlänge der Anstoßaussparung 70 in der Umlaufrichtung ist bevorzugt 3 mm bis 7 mm und die Tiefe d2 der nach innen konvex gewölbten Oberfläche 70b in der radialen Richtung beträgt bevorzugt 5 μm bis 15 μm.
(7) Wie in der Ausführungsform gezeigt, kann das erfindungsgemäße Gleitlager angewendet werden als Pleuelstangenlager 3 zum Lagern des Kurbelzapfens 5 der Kurbelwelle.
(8) In ähnlicher Weise kann das erfindungsgemäße Gleitlager angewendet werden als Hauptlager 4 zum Lager des Lagerzapfens 6 der Kurbelwelle.
(9) Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung 1 umfasst das voranstehend beschriebene Gleitlager, ein Gehäuse, das das Gleitlager hält, und die Kurbelwelle, die durch das Gleitlager gelagert ist. Wie in der Ausführungsform gezeigt, umfasst die Lagervorrichtung 1 insbesondere das Pleuelstangenlager 3, das als das Gleitlager dient, das Pleuelfußgehäuse 21 der Pleuelstange 2, das als das Gehäuse dient, und den Kurbelzapfen 5, der als die Kurbelwelle dient. Gemäß dieser Lagervorrichtung 1 kann, selbst wenn es wiederholt dem „close-in”-Phänomen unterworfen ist, eine Beschädigung der inneren Umlaufoberfläche des Lagers verhindert werden. Die Lagervorrichtung 1 kann auch bestehen aus dem Hauptlager 4, das als das Gleitlager dient, das die voranstehend beschriebene Anstoßaussparung hat, dem Zylinderblockunterteil 81 und dem Deckelelement 82, das als das Gehäuse dient, und dem Lagerzapfen 6, der als die Kurbelwelle dient.

Des Weiteren ist das Gehäuse konfiguriert aus einem Paar von Gehäuseelementen und die Anstoßaussparung 70, die die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a und die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b umfasst, kann gebildet sein nur in einem der halbzylindrischen Elemente, und zwar demjenigen, das einem der beiden Gehäuseelemente mit der geringeren Steifigkeit entspricht. Zum Beispiel kann, wenn die Pleuelstange 2 als das Gehäuse betrachtet wird, die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a und die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b gebildet sein nur in der Anstoßaussparung 70 des unterseitigen halbzylindrischen Elements 32 entsprechend dem deckelseitigen Pleuelfußgehäuseelement 23 mit der geringeren Steifigkeit.
Bestätigungstest
Ein Bestätigungstest zur Bestätigung der Wirkungen des erfindungsgemäßen Gleitlagers wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
Testbedingungen
11 zeigt die Testbedingungen. Die Betriebsbedingungen in den Beispielen 1 und 2 und in Vergleichsbeispiel 1 waren ein kontinuierlicher Betrieb. Die Rotationsgeschwindigkeit der Welle betrug 6400 U/min. Die Last war Volllast und die Testdauer betrug 150 Stunden.
Die Spezifikationen der Anstoßaussparungen der halbzylindrischen Elemente der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 1, an denen der Test durchgeführt wurde, sind in der linken Spalte der 12 gezeigt. In 12 entsprechen die Bezugszeichen der jeweiligen Teile, die die Spezifikationen der Anstoßaussparungen zeigen, den Bezugszeichen in 3, 4 und 5. Die Gleitlager gemäß Beispiel 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 wurden jeweils gebildet durch Pressen eines mehrschichtigen Materials, gebildet aus einer Stahlstützschicht und einer Al-basierten Lagerlegierung, um ein halbzylindrisches Element herzustellen, bei dem die Stahlstützschicht die äußere Umlaufoberfläche bildet und das einen äußeren Durchmesser von 48 mm, einen inneren Durchmesser von 45 mm und eine Breite von 21 mm aufweist, und anschließendes Bearbeiten des halbzylindrischen Elements, so dass die Anstoßaussparung die in 12 gezeigten Spezifikationen erfüllt.
Die Anstoßaussparungen der halbzylindrischen Elemente von Beispiel 1 und Beispiel 2 umfassen jeweils die nach außen konvex gewölbte Oberfläche 70a, die in der radialen Richtung nach außen ragt, und zwar an der der Umlaufendoberfläche 72 näheren Seite und die nach innen konvex gewölbte Oberfläche 70b, die in der radialen Richtung nach innen ragt, und zwar an der der Endoberfläche 72 ferneren Seite, um im Allgemeinen eine sanfte S-förmig gewölbte Oberfläche zu bilden, wie in den 3 bis 5 gezeigt. Mit anderen Worten ist ein Wendepunkt vorhanden, bei dem sich das Vorzeichen der Krümmung ändert, und zwar in der Mitte entlang der gewölbten Oberfläche der Anstoßaussparung 70.
Die Geschwindigkeit der Veränderung in der Querschnittsfläche hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche wird in Beispiel 1 und Beispiel 2 variiert. Das heißt, wenn die Querschnittsfläche eines Bereichs zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche und der imaginären zylindrischen Hauptebene, in der sich die zylindrische Hauptoberfläche über den Bereich der Anstoßaussparung erstreckt, geteilt ist durch ein Liniensegment, das durch den Mittelpunkt der Länge der nach innen konvex gewölbten Oberfläche in der Umlaufrichtung geht, um die Querschnittsfläche des ersten Bereichs, der weiter von der Endoberfläche entfernt ist, als A1 zu bezeichnen, und die Querschnittsfläche des zweiten Bereichs, der der Endoberfläche näher ist, als A2 zu bezeichnen, wurde das Verhältnis der Querschnittsfläche A1 des ersten Bereichs zu der Querschnittsfläche A2 des zweiten Bereichs verschieden voneinander gemacht (siehe 5). Insbesondere wurde bezüglich des Raums zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche und der imaginären zylindrischen Hauptebene die Geschwindigkeit der Veränderung in der Querschnittsfläche hin zu der zylindrischen Hauptoberfläche in Beispiel 1 größer gemacht als in Beispiel 2.
Die Anstoßaussparung des halbzylindrischen Elements von Vergleichsbeispiel 1 war eine existierende Anstoßaussparung, die konfiguriert war nur durch eine nach außen konvex gewölbte Oberfläche (siehe 9).
Der Bestätigungstest wurde durchgeführt in einem Zustand, in dem zwei der oben beschriebenen halbzylindrischen Elemente der jeweiligen Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 1 paarweise zusammengesetzt waren und jedes Paar war angeordnet in der Pleuelstange und dem Pleuelstangendeckel des Verbrennungsmotors und mit einem Bolzen fest verbunden, um in den Verbrennungsmotor eingebaut zu sein.
Als Verbrennungsmotor wurde ein Vierzylinder-Reihenmotor mit 2000 cm³ Hubraum verwendet und der Test wurde unter den in 11 gezeigten Testbedingungen durchgeführt. Nach Abschluss des Tests wurde das Vorhandensein von Beschädigungen an der zylindrischen Hauptoberfläche in dem Bereich angrenzend an die Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements (der durch Z in 6B bezeichneten Stelle) von den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle visuell beurteilt. Das Ergebnis ist in der Spalte „Ergebnis” von 12 gezeigt.
Testergebnis
Das Testergebnis ist in der rechten Spalte von 12 gezeigt. Betrachtet man das Ergebnis von Vergleichsbeispiel 1, so kommt die zylindrische Hauptoberfläche in dem Bereich (der durch Z in 6 gezeigten Stelle), angrenzend an die Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements, in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle in direkten Kontakt mit der Oberfläche der gelagerten Welle, wodurch eine Ermüdungsbeschädigung an der zylindrischen Hauptoberfläche (A1-basierte Lagerlegierung) auftritt.
Betrachtet man andererseits die Ergebnisse von Beispiel 1 und Beispiel 2, so trat keine Beschädigung an der zylindrischen Hauptoberfläche in dem Bereich (der durch Z in 6 gezeigten Stelle), angrenzend an die Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements, in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle auf.
Genauer gesagt wurde in Beispiel 1 keine Spur eines Kontakts mit der Oberfläche der gelagerten Welle an der zylindrischen Hauptoberfläche in dem Bereich (der durch Z in 6 gezeigten Stelle), angrenzend an die Anstoßaussparung an der Vorderseite des halbzylindrischen Elements, in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, beobachtet.
Des Weiteren wurde zwar ein leichter metallischer Glanz aufgrund eines Kontakts mit der gelagerten Welle an der zylindrischen Hauptoberfläche beobachtet, dies verursachte jedoch keine Beschädigung. Denn da die Geschwindigkeit der Veränderung der Querschnittsfläche der nach innen konvex gewölbten Oberfläche größer als bei Beispiel 1 war, wurde der Ölfilmdruck des Schmieröls, das in dem nach innen konvex gewölbten Oberflächenteil floss, weiter erhöht.
Zu beachten ist, dass keine Beschädigung beobachtet wurde an der zylindrischen Hauptoberfläche in einem Bereich (der Stelle gegenüber der durch Z in 6B gezeigten Stelle), angrenzend an die Anstoßaussparung an der Rückseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle, und zwar weder bei Beispiel 1, noch bei Beispiel 2, noch bei Vergleichsbeispiel 1. Denn da die Anstoßaussparung an der Rückseite in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, eine Keilform aufwies, die enger wird hin zu der Vorderseite in der Richtung, in der die Kurbelwelle rotiert, erhöhte sich der Ölfilmdruck des Schmieröls, das an dem Umlaufende der Anstoßaussparung angrenzend an die zylindrische Hauptoberfläche floss, aufgrund des Keileffekts in ausreichender Weise, selbst bei der existierenden Anstoßaussparung, die nur an der nach außen konvex gewölbten Oberfläche gebildet war (siehe 9).
Demgemäß kann, anders als bei dem oben beschriebenen Beispiel 1, die Anstoßaussparung an der Rückseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle gebildet sein als Anstoßaussparung, die gebildet ist aus der nach außen konvex gewölbten Oberfläche wie in der Vergangenheit.
Wenn die verbesserte Anstoßaussparung gemäß der vorliegenden Erfindung an beiden Seiten, das heißt der Vorderseite und der Rückseite des halbzylindrischen Elements in der Rotationsrichtung gebildet ist, kann jedoch, wenn das halbzylindrische Element zusammengebaut wird zu einem Lager haltenden Element, wie zum Beispiel der Pleuelstange, in vorteilhafter Weise ein Fehler vermieden werden, bei dem die verbesserte Anstoßaussparung gemäß der vorliegenden Erfindung nur an der Rückseite in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle vorhanden ist.
Die Ausführungsform und das Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben worden. Spezifische Konfigurationen sind jedoch nicht beschränkt auf die Ausführungsform und das Beispiel und die vorliegende Erfindung umfasst auch Abwandlungen des Designs, die nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2-102014 [0003]
JP 10-325410 A [0005, 0006, 0006]

Claims

Gleitlager für das Lagern einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, wobei das Gleitlager umfasst: ein Paar halbzylindrischer Elemente (31, 32), die das Gleitlager bilden, wobei jedes halbzylindrische Element (31) umfasst: zwei Anstoßaussparungen (70, 70), wobei jede Anstoßaussparung (70) angeordnet ist in einem Bereich, der an eine Umlaufendoberfläche der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Elements (31) angrenzt, und zu der Umlaufendoberfläche hin allmählich in der Dicke abnimmt, und eine zylindrische Hauptoberfläche (71) neben den Anstoßaussparungen (70, 70) in der inneren Umlaufoberfläche des halbzylindrischen Elements (31); wobei bei jedem halbzylindrischen Element (31) eine Anstoßaussparung (70) an der Vorderseite in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle oder beide Anstoßaussparungen (70, 70) an beiden Seiten eine radial nach außen konvex gewölbte Oberfläche (70a) an der der Endoberfläche näheren Seite und eine radial nach innen konvex gewölbte Oberfläche (70b) an der der Endoberfläche ferneren Seite umfasst bzw. umfassen.
Gleitlager nach Anspruch 1, wobei die nach innen konvex gewölbte Oberfläche (70b) so gebildet ist, dass sie sich der zylindrischen Hauptoberfläche asymptotisch annähert.
Gleitlager nach Anspruch 2, wobei die nach außen konvex gewölbte Oberfläche (70a) in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, wobei das Zentrum der zylindrischen Form in der radialen Richtung des halbzylindrischen Elements (31) nach innen angeordnet ist.
Gleitlager nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn das Gleitlager zweidimensional dargestellt ist und sich die zylindrische Hauptoberfläche über den Bereich der Anstoßaussparung (70) erstreckt, um eine imaginäre zylindrische Hauptebene zu bilden, die Querschnittsfläche des Bereichs zwischen der nach innen konvex gewölbten Oberfläche (70b) und der imaginären zylindrischen Hauptebene aufgeteilt ist in zwei Bereiche durch ein Liniensegment, das durch den Mittelpunkt der Länge der, nach innen konvex gewölbten Oberfläche (70b) in der Umlaufrichtung läuft, wobei A1 die Querschnittsfläche des ersten, von der Endoberfläche weiter entfernten Bereichs ist und A2 die Querschnittsfläche des zweiten, der Endoberfläche näheren Bereichs ist, und die Beziehung zwischen A1 und A2 bestimmt ist gemäß der Formel: A1/A2 < 0,3.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gesamtlänge der Anstoßaussparung (70) gemessen in der Umlaufrichtung 3 mm bis 7 mm beträgt und die Länge der nach innen konvex gewölbten Oberfläche (70b) gemessen in der Umlaufrichtung gleich oder größer 1 mm ist.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Gesamtlänge der Anstoßaussparung (70) gemessen in der Umlaufrichtung 3 mm bis 7 mm beträgt und die Tiefe der nach innen konvex gewölbten Oberfläche (70b) gemessen in der radialen Richtung 5 μm bis 15 μm beträgt.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gleitlager ein Pleuelstangenlager (3) für das Lagern eines Kurbelzapfens (5) einer Kurbelwelle ist.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gleitlager ein Hauptlager (4) für das Lager eines Lagerzapfens (6) einer Kurbelwelle ist.
Lagervorrichtung, umfassend: das Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8; ein Gehäuse (81), das das Gleitlager hält; und eine Kurbelwelle, die durch das Gleitlager gelagert ist.