DE1255400B

DE1255400B - Coaxial connecting rod bearings in reciprocating piston machines

Info

Publication number: DE1255400B
Application number: DEZ11130A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Zinkl
Original assignee: RUDOLF ZINKL DIPL ING
Current assignee: RUDOLF ZINKL DIPL ING
Priority date: 1964-10-19
Filing date: 1964-10-19
Publication date: 1967-11-30

Description

Koaxiale Pleuellagerung von Hubkolbenmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung von Pleuelstangen von Hubkolbenmaschinen, vorwiegend Brennkraftmaschinen, mit in einer oder mehreren Ebenen radial um die Kurbelwellenachse angeordneten Arbeitszylindern und koaxialen teilringförmigen Pleuelfüßen, die an dem zur Zylinderebene gehörenden Kurbelzapfen angreifen. Sie bezweckt, eine einwandfreie Schmierung und somit ein betriebssicheres Arbeiten und eine ausreichende Lebensdauer dieser Art von Lagerung zu ermöglichen.Coaxial connecting rod bearings of reciprocating piston engines The invention relates on the storage of connecting rods of reciprocating piston engines, mainly internal combustion engines, with working cylinders arranged radially around the crankshaft axis in one or more planes and coaxial, partially annular connecting rod feet, which belong to the cylinder plane belonging to the Attack the crank pin. Its purpose is perfect lubrication and thus a safe working and a sufficient service life of this type of storage to enable.

Bei Hubkolbenmaschinen mit mehreren Arbeitszylindern führt die Zuordnung mehrerer Zylinder zu einer Kurbelkröpfung, sei es in gestreckter, V-, W-, oder Sternanordnung der Zylinder, zu einer besonders leichten und robusten Bauweise, da die Kurbelwelle kürzer wird und die Kraftwirkung an der Kurbelwelle gleichmäßiger ist als bei Einzelanordnung der Zylinder. Bei den geläufigen praktischen Ausführungen sind entweder die auf eine gemeinsame Kurbel arbeitenden Pleuel um eine Pleuellagerbreite versetzt oder man verwendet, bei nicht zu großem Gabelwinkel, ein Mutterpleuel mit daran angelenkten Nebenpleueln. Beide Methoden sind jedoch mit gewissen Nachteilen verbunden. Im ersten Fall, den man im allgemeinen nur bei höchstens zwei Zylindern je Kurbelkröpfung anwendet, spart man zwar wegen der geringeren Kurbelzahl an gesamter Kurbelwangenbreite, nicht aber an gesamter Lagerbreite; außerdem müssen die Zylinderebenen gegeneinander versetzt werden, was die Bearbeitung erschwert. Im zweiten Fall entstehen ungleichmäßige Kolbenwege mit all ihren Folgen und sehr hoch belastete Lagerstellen zwischen Haupt- und Nebenpleueln, verbunden mit der für die Schmierung ungünstigen oszillierenden Bewegung.The assignment leads to reciprocating piston machines with several working cylinders several cylinders to a crank offset, be it in a stretched, V-, W-, or star arrangement the cylinder, to a particularly light and robust construction, as the crankshaft becomes shorter and the force on the crankshaft is more even than with a single arrangement the cylinder. The common practical versions are either on a common crank working connecting rod offset by a connecting rod width or If the fork angle is not too large, a nut connecting rod with articulated on it is used Secondary connecting rods. However, both methods are associated with certain disadvantages. In the first Case that is generally only possible with a maximum of two cylinders per crank throw you save because of the lower number of cranks on the entire crank web width, but not across the entire width of the bearing; In addition, the cylinder planes must be against each other be moved, which makes processing more difficult. In the second case, irregular ones arise Piston paths with all their consequences and very heavily loaded bearing points between main and secondary connecting rods, connected to the oscillating which is unfavorable for lubrication Move.

Um diese Nachteile auszuschalten, sind zahlreiche Ausbildungen zur koaxialen Lagerung aller Pleuel eines Zylindersterns mittels teilringförmiger Füße bekanntgeworden, die auch unter dem Namen »Pantoffelpleuel« bekannt sind. Diesen Ausbildungen liegt der Gedanke zugrunde, daß eine äußere Kraft immer nur von einer Lagerhälfte aufgenommen werden kann, die andere Lagerhälfte also überflüssig erscheint. Man könnte demnach auf dem Raum, den zwei nebeneinanderliegende Vollringlager beanspruchen, zwei gegenüberliegende Teilringlager mit annähernd halber Flächenpressung unterbringen oder bei gleicher Flächenpressung den Raumbedarf verkleinern. Gegenüber der Ausführung mit Haupt- und Nebenpleuel ergibt sich der Vorteil der gleichen kinematischen Bedingungen für beide Pleuelarten und der wesentlich geringeren Lagerpressung für die »Nebenpleuel«. Die durch Trägheitswirkung auftretenden Zugkräfte an den Pleuelfüßen werden bei den bekannten Ausführungen durch Ringe aufgenommen, die zu beiden Seiten der Pleuelschäfte um entsprechende Schultern gelegt werden und im allgemeinen mit dem Kurbelzapfen fest verbunden sind. Die Ringe bilden also ein zum Kurbelzapfen koaxiales äußeres Lager.In order to eliminate these disadvantages, numerous training courses are available for coaxial mounting of all connecting rods of a cylinder star by means of partially ring-shaped feet became known, which are also known under the name "Slipper connecting rods". This one Formations are based on the idea that an external force can only ever come from one person Bearing half can be included, so the other half of the bearing appears superfluous. One could therefore use the space occupied by two full ring bearings lying next to one another, accommodate two opposing partial ring bearings with almost half the surface pressure or reduce the space required with the same surface pressure. Compared to the execution with the main and secondary connecting rods, there is the advantage of the same kinematic conditions for both types of connecting rods and the significantly lower bearing pressure for the »secondary connecting rods«. The tensile forces on the connecting rods caused by inertia are at the known designs added by rings on both sides of the connecting rods around appropriate shoulders and generally with the crank pin are firmly connected. The rings thus form an outer coaxial with the crank pin Camp.

Trotz dieser Komplikation war der Anreiz zur Anwendung dieser Art der Lagerung groß genug, daß zahlreiche Versuche mit solchen Lagern unternommen wurden. Obwohl es auf anderen Gebieten durchaus betriebstaugliche Teilringlager gibt, z. B. im Eisenbahnfahrzeugbau, scheint die Entwicklung eines für die Pleuellagerung brauchbaren Teilringlagers bisher nicht gelungen zu sein. Der Hauptgrund dürfte in den Schwierigkeiten liegen, die die betriebssichere Schmierung eines solchen Lagers bereitet, zumal bei der Pleuellagerung infolge veränderlicher Belastung und Gleitgeschwindigksit besonders ungünstige Verhältnisse vorliegen. Ohne einwandfreie Schmierung sind aber mechanische Verluste und Abnützung untragbar hoch.Despite this complication, the incentive to use has been of this type the storage large enough that numerous attempts have been made with such bearings became. Although there are partial ring bearings that are perfectly operational in other areas there, e.g. B. in railway vehicle construction, the development of one for connecting rod bearings seems to be usable partial ring bearing so far not to have succeeded. The main reason is likely lie in the difficulties that the reliable lubrication of such Bearing prepares, especially with the connecting rod bearing due to variable load and Gleitgeschwindigksit particularly unfavorable conditions exist. Without flawless Lubrication, however, mechanical losses and wear are prohibitively high.

Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese an sich bekannte Art der Pleuellagerung so zu verbessern, daß sie für den praktischen Betrieb anwendbar wird. Die Erfindung besteht darin, daß die einzelnen teilringförmigen Pleuelfüße gegenüber den in der Längsachse der Pleuel wirkenden Kräften außermittig angeordnet werden, in dem Sinn, daß das gegen die Drehrichtung weisende Lagerstück länger ist als das in die Drehrichtung weisende. In gleicher Weise werden die Pleuelschultern, die die Zugkräfte auf die Ringe übertragen, entgegen dem Drehsinn des Ringes vorverlegt.The inventor has therefore set himself the task of this known per se To improve the type of connecting rod bearing so that it can be used for practical operation will. The invention consists in that the individual partially annular connecting rod feet arranged eccentrically with respect to the forces acting in the longitudinal axis of the connecting rod in the sense that the bearing piece pointing against the direction of rotation is longer than the one pointing in the direction of rotation. In the same way, the connecting rod shoulders, which transmit the tensile forces to the rings, moved forward against the direction of rotation of the ring.

Durch diese Maßnahme wird das in Drehrichtung vordere Lagerstück entlastet, während gleichzeitig das hintere Lagerstück belastet wird. Damit wird einerseits die radiale Lastkomponente auf die Eintrittskante von Fuß bzw. Schulter verkleinert oder bei entsprechender Bogenlänge ganz aufgehoben, so daß das Schmieröl leichter zwischen die Gleitflächen gelangen kann und die Entstehung des Schmierkeils erleichtert wird. Andererseits rückt die Austrittskante dem engsten Spaltquerschnitt und dem damit zusammenhängenden Endpunkt des Überdrucks im Schmierfilm näher. Bei optimaler Auslegung wird das Lagerende mit der Stelle zusammenfallen, wo der Schmierfilmdruck ohnehin 0 wird.This measure relieves the front bearing piece in the direction of rotation, while at the same time the rear bearing piece is loaded. So on the one hand the radial load component on the leading edge from foot or Shoulder reduced or completely canceled with the corresponding arc length, so that the lubricating oil can more easily get between the sliding surfaces and the formation the lubricating wedge is facilitated. On the other hand, the trailing edge moves closer to the narrowest Gap cross-section and the associated end point of the overpressure in the lubricating film closer. If the design is optimal, the end of the bearing will coincide with the point where the lubricating film pressure is 0 anyway.

Diese asymmetrische Anordnung entspricht den Erkenntnissen der hydrodynamischen Schmiertheorie, wonach der Druckverlauf im Schmierfilm zur Belastungsrichtung unsymmetrisch ist, und zwar so, daß der Punkt, wo der Schmierfilmdruck beginnt - in den F i g. 1 a und 1 b mit »A« bezeichnet - mit der Belastungsrichtung einen größeren Umfangswinkel einschließt als der Punkt, wo der Druck wieder endet - in den F i g. 1 a und 1 b mit »B« bezeichnet. Bei -einem symmetrisch angeordneten Lager ist somit die hintere Lagerhälfte nicht in voller Länge ausgenützt, während gleichzeitig aus geometrischen Gründen das vordere Stück in seiner Länge begrenzt wird. Dadurch wird die Belastung des Ölfilms höher als notwendig, und die Gefahr des Abquetschens an der Vorderkante wird vergrößert.This asymmetrical arrangement corresponds to the findings of the hydrodynamic Lubrication theory, according to which the pressure curve in the lubricating film is asymmetrical to the load direction in such a way that the point where the lubricating film pressure begins - in FIGS. 1 a and 1 b marked with "A" - with the load direction a larger circumferential angle as the point where the pressure ends again - in Figs. 1 a and 1 b labeled "B". In the case of a symmetrically arranged bearing, the rear one is Bearing half not fully utilized, while at the same time from geometric Reasons the front piece is limited in length. This will reduce the burden of the oil film higher than necessary, and the risk of being pinched off at the leading edge is enlarged.

Die Gefahr, daß der Ölfilm von der vorderen Kante der Lagerfläche abgequetscht wird und somit überhaupt keine Schmierung zustandekommt, ist von den Teilfugen von Vollringlagern bekannt und hat zu den sogenannten »Zitronenlagern« geführt, die in Teilfugenebene ein größeres Spiel haben als senkrecht dazu. Die Vorverlegung der Lagerflächen gegenüber der Belastungsrichtung, die identisch ist mit der Verpflanzung eines sonst ungenutzten Teils des Lagers an eine höchst nutzbringende Stelle, kann unter Umständen das Zustandekommen hydrodynamischer Schmierbedingungen überhaupt erst ermöglichen.The risk of the oil film from the front edge of the bearing surface is squeezed off and therefore no lubrication at all is achieved by the Butt joints of full ring bearings known and has become the so-called "lemon bearings" out, which have a greater game in the joint plane than perpendicular to it. the Moving the storage areas forward in relation to the direction of load, which is identical with the transplantation of an otherwise unused part of the camp to a highly beneficial one Place, hydrodynamic lubrication conditions can occur under certain circumstances make it possible in the first place.

Die Größe der Asymmetrie hängt von den Betriebsbedingungen ab sowie von den geometrischen Verhältnissen. Sie ist von Fall zu Fall zu bestimmen. Der mögliche Erstreckungswinkel, den man so groß wie möglich macht, ist durch die Zahl der am Kurbelzapfen angreifenden Pleuel und durch das Längenverhältnis zwischen Pleuelstange und Kurbelradius bestimmt. Zur Vergrößerung des Erstreckungswinkels kann man von der an sich bekannten Möglichkeit Gebrauch machen, daß jedes zweite Pleuel gegabelt wird und die Pleuel dann nut- und federförmig ineinandergreifen.The size of the asymmetry depends on the operating conditions as well of the geometric relationships. It is to be determined on a case-by-case basis. Of the possible extension angle, which is made as large as possible, is given by the number the connecting rod engaging the crank pin and the length ratio between Connecting rod and crank radius determined. To increase the extension angle one can make use of the known possibility that every second Connecting rod is bifurcated and the connecting rods then interlock in a tongue and groove shape.

Zur weiteren Erleichterung des Ölzutritts kann an der eintrittsseitigen Fuß- bzw. Schulterkante eine Hohlkehle angebracht werden, deren Breite kleiner als die Lagerbreite ist. Das Lagermaterial wird vorzugsweise, aber nicht ausschließlich auf dem Kurbelzapfen bzw. den Ringen aufgebracht, da es auf diesen zusammenhängenden Flächen besser haftet. Werkstoffpaarung und Bearbeitung erfolgen nach bekannten Gesichtspunkten.To further facilitate the entry of oil, on the inlet side Foot or shoulder edge a fillet are attached, the width of which is less than the bearing width is. The stock material is preferred, but not exclusively applied to the crank pin or the rings, as it is contiguous on these Adheres better to surfaces. Material pairing and processing are carried out according to known methods Points of view.

Die Schmierung erfolgt in üblicher Weise durch Bohrungen in der Kurbelwelle und im Zapfen, durch die das Schmieröl auf die Zapfenfläche und als Spritzöl auf die Oberflächen der Ringe gelangt. Günstig ist dabei das obenerwähnte nut- und federförmige Ineinandergreifen zweier benachbarter Pleuel, da das Schmieröl dann nicht unmittelbar ins Kurbelgehäuse wegspritzen kann.The lubrication takes place in the usual way through bores in the crankshaft and in the journal, through which the lubricating oil is applied to the journal surface and as a spray oil reaches the surfaces of the rings. The above-mentioned tongue-and-groove shape is favorable here Interlocking of two adjacent connecting rods, since the lubricating oil is then not directly can splash away into the crankcase.

Die F i g. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Pleuellagers mit zwei gegenüberliegenden Pleueln. Auf dem Kurbelzapfen 1 laufen die beiden asymmetrischen Pleuelfüße 2, die in diesem Falle zugleich die Schultern darstellen, über die die Ringe 4 greifen, um nach außen gerichtete Kräfte aufzunehmen. Das Schmieröl wird durch die Bohrung 5 zugeführt. Die Ziffer 6 weist auf die Hohlkehle an der Lagereintrittskante hin. In F i g. 4 ist diese Hohlkehle noch im Schnitt dargestellt.The F i g. 2 and 3 show an embodiment of one according to FIG Invention trained connecting rod bearings with two opposing connecting rods. On the Crank pin 1 run the two asymmetrical connecting rod feet 2, which in this case at the same time represent the shoulders over which the rings 4 grip to outwardly Absorb forces. The lubricating oil is supplied through the bore 5. The digit 6 indicates the groove on the bearing entry edge. In Fig. 4 is this Fillet still shown in section.

Claims

Claims: 1. Storage of the connecting rods of a reciprocating piston machine, predominantly internal combustion engine, with any number radially around the crankshaft axis arranged cylinders, on the same crank pin, with the connecting rod feet and shoulders partially ring-shaped and arranged at least in pairs coaxially and through Rings on both sides of the connecting rod shafts are held together, characterized in that that the connecting rod feet and shoulders are opposite to that in the central axis of the connecting rod acting force are arranged offset, so that the opposite to the direction of rotation Part of the foot or shoulder, from the acting external force in the circumferential direction measured, is longer than the part pointing in the direction of rotation.

2. Storage of the Connecting rods according to Claim 1, characterized in that the connecting rod feet or shoulders have an additional fillet on the edge pointing against the direction of rotation, whose width is smaller than the width of the foot or shoulder. Considered Publications: Austrian patent specification No. 157 228; French patent specification No. 467162; U.S. Patent No. 1510 685.