DE102006039380A1 - Sliding bearing for e.g. crankshaft of internal combustion engine, has insulation layer arranged between shell and seat and made of material having thermal conductivity less than that of aluminum and steel - Google Patents

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Abstract

The bearing has lower and upper bearing shells (3, 4), where the bearing shell (3) is arranged in a bearing seat (2), which is formed by a crank housing or a cylinder head. An insulation layer (5) is arranged between the bearing shell (3) and the bearing seat (2). The layer is made of a material with thermal conductivity less than that of aluminum and steel. The layer is made of a weak heat conducting metal alloy, which is coated or sprayed on the bearing seat. An electrically heatable insert is arranged between the bearing shell (3) and the layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager für die Kurbelwelle oder die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors mit zwei Lagerschalen, von denen die eine in einem vom Kurbelgehäuse oder dem Zylinderkopf gebildeten Lagerstuhl angeordnet ist.The The invention relates to a plain bearing for the crankshaft or the Camshaft of an internal combustion engine with two bearing shells, from the one in a formed by the crankcase or the cylinder head Bearing chair is arranged.

Um die Dauerbeständigkeit eines solchen Gleitlagers zu gewährleisten und damit eine wirtschaftlich sinnvolle Lebensdauer zu erzielen, ist eine ausreichende Schmierung desselben erforderlich. Trotz der Schmierung ist aber ein gewisser Reibungswiderstand unvermeidbar. Die durch die Drehung der Kurbelwelle oder der Nockenwelle im Gleitlager entstehende Reibung ist abhängig von der Belastung des Lagers, der Drehzahl, der Eintrittstemperatur des Schmieröls, der Durchflußmenge des Schmieröls und der Anbindung des Lagerstuhls an das Kurbelgehäuse oder den Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Je höher die Temperatur der einzelnen Einflußgrößen ist, desto niedriger ist die im Gleitlager entstehende Reibung und damit die Verlustleistung des Motors. Eine Beeinflussung der Temperatur des Gleitlagers findet in dem komplexen thermodynamischen System des Verbrennungsmotors über verschiedene Mechanismen statt.

  • 1. Durch die Drehbewegung der Kurbelwelle oder der Nockenwelle des Verbrennungsmotors entsteht innerhalb des Gleitlagers Wärme, die wiederum zu einer Erhöhung der lokalen Öltemperatur führt. Dies bewirkt über die Reduzierung der Viskosität des Schmieröls eine Verringerung der Reibleistung.
  • 2. Durch die Befeuerung des Motors nimmt das den Motorblock durchströmende Öl Wärme auf und transportiert diese an die verschiedenen Gleitlager.
  • 3. Die Durchströmung des Lagers mit Öl bewirkt bei hohen Lasten eine Kühlung des Lagers.
In order to ensure the durability of such a plain bearing and thus to achieve an economically meaningful life, a sufficient lubrication of the same is required. Despite the lubrication but a certain frictional resistance is inevitable. The friction caused by the rotation of the crankshaft or the camshaft in the plain bearing is dependent on the load on the bearing, the speed, the inlet temperature of the lubricating oil, the flow rate of the lubricating oil and the connection of the bearing block to the crankcase or the cylinder head of an internal combustion engine. The higher the temperature of the individual influencing variables, the lower the friction in the plain bearing and thus the power loss of the motor. An influence on the temperature of the sliding bearing takes place in the complex thermodynamic system of the internal combustion engine via various mechanisms.
  • 1. Due to the rotational movement of the crankshaft or the camshaft of the engine heat is generated within the sliding bearing, which in turn leads to an increase in the local oil temperature. This causes a reduction of the friction power by reducing the viscosity of the lubricating oil.
  • 2. By firing the engine, the oil flowing through the engine block absorbs heat and transports it to the various plain bearings.
  • 3. The flow of oil through the bearing causes cooling of the bearing at high loads.

Um bei einem Kaltstart durch eine Erhöhung der Temperatur des Gleitlagers die Lagerreibung zu reduzieren, ist es bekannt, das Öl im Hauptölkanal elektrisch zu erwärmen ( DE 101 36 171 A1 ). Der Einsatz der hochwertigen und aufgrund der Umwandlungskette primärenergetisch aufwendigen Energieform Strom zur Wärmeerzeugung ist aber mit entsprechenden Kosten verbunden. Es kommt noch hinzu, daß die Wärme, die durch das elektrisch erwärmte Öl in das Gleitlager transportiert wird oder in diesem durch Reibung entsteht, an den Lagerstuhl und die Motorstruktur abgegeben wird. Durch diesen Wärmestrom wird die Erwärmung des Gleitlagers auf die optimale Betriebstemperatur jedoch verzögert, was mit einem erhöhten Reibungsverlust verbunden ist.In order to reduce the bearing friction during a cold start by increasing the temperature of the slide bearing, it is known to electrically heat the oil in the main oil passage ( DE 101 36 171 A1 ). The use of high-quality and due to the transformation chain primary energetic consuming energy form of electricity for heat production is associated with corresponding costs. It should be added that the heat that is transported by the electrically heated oil in the plain bearing or caused by friction, is delivered to the bearing block and the engine structure. By this heat flow, however, the heating of the sliding bearing is delayed to the optimum operating temperature, which is associated with an increased friction loss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Gleitlager dahingehend zu verbessern, daß es möglichst rasch die optimale Betriebstemperatur erreicht.Of the Invention is based on the object, the generic plain bearing to improve it preferably quickly reaches the optimum operating temperature.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Lagerschale und dem Lagerstuhl eine Isolationsschicht aus einem Material mit einer im Vergleich zu Aluminium, Stahl oder eine Legierung für Gleitlager geringeren Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.According to the invention this Task solved by that between the bearing shell and the bearing block an insulating layer of a Material with one compared to aluminum, steel or an alloy for plain bearings lower thermal conductivity is arranged.

Durch diese Isolationsschicht wird ein Wärmestrom von der Lagerschale zu dem aus Aluminium oder Grauguß, also einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden Lagerstuhl weitgehend unterbunden. Die durch die Reibung entstehende Energie steht somit zur Erwärmung des Schmieröls voll zur Verfügung. Das Schmieröl erreicht daher nach einem Kaltstart des Motors rasch seine optimale Betriebstemperatur. Die von der Viskosität des Schmieröls abhängige Lagerreibung nimmt demzufolge bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors rasch ab, was zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs führt. Dieser Vorteil macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn der Verbrennungsmotor bei tiefen Außentemperaturen gestartet wird.By this insulation layer becomes a heat flow from the bearing shell to the aluminum or gray cast iron, so a material with high thermal conductivity existing storage chair largely prevented. The friction Resulting energy is thus fully to the heating of the lubricating oil Available. The lubricating oil therefore reaches its optimal after a cold start of the engine Operating temperatur. The dependent on the viscosity of the lubricating oil bearing friction Consequently, it takes quickly in a cold start of the engine which leads to a reduction in fuel consumption. This Advantage is particularly noticeable when the internal combustion engine at low outside temperatures is started.

Als Material für die Isolationsschicht können beispielsweise schwach wärmeleitende Metalllegierungen (Metal Based Thermal Barrier Coatings) benutzt werden. Solche schwach wärmeleitenden Metalllegierungen können auf den Lagerstuhl aufgedampft oder aufgesprüht werden.When Material for the insulation layer can, for example weak heat-conducting Metal alloys (Metal Based Thermal Barrier Coatings) used become. Such weak heat-conducting Metal alloys can vapor-deposited or sprayed onto the bearing block.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen der Lagerschale und der Isolationsschicht eine elektrisch beheizbare Einlage angeordnet ist. Dies ermöglicht es, das Gleitlager vor dem Starten des Verbrennungsmotors zu erwärmen bzw. während des Warmlaufs seine Erwärmung zu beschleunigen. Der Einsatz von elektrischer Energie zur Zuheizung ist zwar unwirtschaftlich, sofern der Strom mit einem Generator erzeugt wird. Im Gegensatz zu der bekannten elektrischen Erwärmung des Schmieröls hat die elektrische Beheizung der Lagerschale aber den Vorteil, daß die Energie sehr zielgerichtet genau an der Stelle eingesetzt werden kann, wo sie auch tatsächlich benötigt wird. Damit ist der Energieaufwand gering.According to one Further development of the invention is provided that between the bearing shell and the insulation layer arranged an electrically heatable insert is. this makes possible it to heat the plain bearing before starting the internal combustion engine or while warming up its warming to accelerate. The use of electrical energy for heating is uneconomic, provided the power with a generator is produced. In contrast to the known electrical heating of the lubricating oil has the electrical heating of the bearing shell but the advantage that the energy very purposefully can be used exactly at the point where she too needed becomes. Thus, the energy consumption is low.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to two in the drawing preferred embodiments explained in more detail. It shows:

1 einen schematischen Querschnitt durch das Gleitlager für eine Kurbelwelle, und 1 a schematic cross section through the sliding bearing for a crankshaft, and

2 eine Darstellung ähnlich wie 1, die aber eine abgewandelte Ausführungsform zeigt. 2 a representation similar to 1 but showing a modified embodiment.

Die Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors ist in an sich bekannter Weise mit einem Gleitlager in einem vom Motorblock gebildeten Lagerstuhl 2 drehbar gelagert. Das Gleitlager besteht aus einer in dem Lagerstuhl 2 angeordneten unteren Lagerschale 3 und aus einer in einem (nicht gezeigten) Lagerdeckel angeordneten oberen Lagerschale 4. Zwischen dem aus Grauguß oder Aluminium bestehenden Lagerstuhl 2 und der unteren Lagerschale 3 ist eine Isolationsschicht 5 angeordnet. Die Isolationsschicht 5 besteht aus einem Material mit einer im Vergleich zu Aluminium oder Stahl oder einer Legierung für Gleitlager geringen Wärmeleitfähigkeit. Die Isolationsschicht 5 kann beispielsweise aus einer schwach wärmeleitenden Metalllegierung bestehen, die auf den Lagerstuhl 2 aufgedampft oder aufgesprüht ist. Eine solche Metalllegierung hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,5 bis 2 W/mK (zum Vergleich: Aluminium: 150 bis 200 W/mK, Edelstahl: ca. 20 W/mK).The crankshaft 1 a combustion Mo sector is in a conventional manner with a plain bearing in a bearing block formed by the engine block 2 rotatably mounted. The plain bearing consists of one in the bearing block 2 arranged lower bearing shell 3 and an upper bearing cup disposed in a bearing cap (not shown) 4 , Between the gray cast iron or aluminum bearing seat 2 and the lower bearing shell 3 is an insulation layer 5 arranged. The insulation layer 5 consists of a material with a low thermal conductivity compared to aluminum or steel or an alloy for sliding bearings. The insulation layer 5 may for example consist of a weak heat-conducting metal alloy, which on the bearing block 2 vapor-deposited or sprayed on. Such a metal alloy has a thermal conductivity of 0.5 to 2 W / mK (for comparison: aluminum: 150 to 200 W / mK, stainless steel: about 20 W / mK).

Durch die Isolationsschicht 5 wird die untere Lagerschale 3 von dem Lagerstuhl 2 thermisch entkoppelt. Das zwischen die Kurbelwelle 1 und das Gleitlager eingebrachte Schmieröl kann sich daher beim Kaltstart des Verbrennungsmotors rascher erwärmen, weil ein Abfließen der Wärme von der Lagerschale 3 zu dem kalten Lagerstuhl 2 weitgehend unterbunden wird. Durch die Erwärmung des Schmieröls wird dessen Viskosität abgesenkt, und die Reibleistung im Lager wird reduziert. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors in der Warmlaufphase verringert. Die durch die Isolationsschicht 5 erzielbare Verringerung der Zeitdauer bis zum Erreichen der optimalen Temperatur des Schmiermittels fällt um so stärker ins Gewicht, je geringer die Temperatur des Motorblocks ist.Through the insulation layer 5 becomes the lower bearing shell 3 from the camp chair 2 thermally decoupled. That between the crankshaft 1 and the sliding bearing introduced lubricating oil can therefore heat up faster during cold start of the engine, because a flow of heat from the bearing shell 3 to the cold camp chair 2 is largely prevented. By heating the lubricating oil whose viscosity is lowered, and the friction in the bearing is reduced. As a result, the fuel consumption of the internal combustion engine is reduced in the warm-up phase. The through the insulation layer 5 The lower the temperature of the engine block, the greater the reduction that can be achieved in achieving the optimum temperature of the lubricant.

Bei der in 2 gezeigten abgewandelten Ausführungsform eines Gleitlagers ist zwischen der unteren Lagerschale 3 und der Isolationsschicht 5 eine elektrisch beheizbare Einlage 6 angeordnet. Diese elektrisch beheizbare Einlage hat den Zweck, das Schmieröl bei einem Kaltstart noch schneller auf die optimale Betriebstemperatur zu erwärmen.At the in 2 shown modified embodiment of a sliding bearing is between the lower bearing shell 3 and the insulation layer 5 an electrically heatable insert 6 arranged. This electrically heatable insert has the purpose to heat the lubricating oil even faster to the optimum operating temperature during a cold start.

Die thermische Entkopplung des Gleitlagers von der Motorstruktur hat zur Folge, daß die in Wärme umgewandelte elektrische Energie zielgerichtet im Gleitlager eingesetzt wird und dort verbleibt. Der für die elektrische Zuheizung des Gleitlagers erforderliche Aufwand an elektrischer Energie ist daher gering im Vergleich zur der durch die Verringerung der Lagerreibung erzielbaren Einsparung an Kraftstoff. Eine weitere Energieeinsparung kann erreicht werden, wenn rekuperativ, z. B. in den Bremsphasen des Fahrzeugs gewonnene elektrische Energie zum Vorheizen des Gleitlagers verwendet wird.The thermal decoupling of the sliding bearing of the engine structure has with the result that the in heat converted electrical energy targeted used in plain bearings will and remains there. The for the electrical heating of the plain bearing required effort in electrical energy is therefore low compared to the through the reduction in bearing friction achievable fuel savings. Further energy savings can be achieved if recuperative, z. B. in the braking phases of the vehicle obtained electrical energy is used for preheating the sliding bearing.

Im Hinblick auf die angestrebte rasche Erwärmung des Schmieröls bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors kann es auch zweckmäßig sein, in der Ölzufuhr eine die Wärmeleitung verringernde Beschichtung vorzusehen.in the With regard to the desired rapid heating of the lubricating oil at a Cold start of the internal combustion engine, it may also be appropriate in the oil supply one the heat conduction to provide reducing coating.

Abweichend von den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen kann zusätzlich eine Isolationsschicht zwischen der oberen Lagerschale und dem (nicht gezeigten) Lagerdeckel angeordnet sein.deviant of the embodiments shown in the drawing may additionally Insulating layer between the upper bearing shell and the (not shown) bearing cover be arranged.

Wenngleich vorstehend die Lagerung einer Kurbelwelle erläutert wurde, so ist für den Fachmann erkennbar, daß grundsätzlich die gleiche Ausbildung eines Gleitlagers auch zur Lagerung einer Nockenwelle verwendet werden kann.Although above, the bearing of a crankshaft has been explained, it will be apparent to those skilled in the art, that basically the same design of a plain bearing for the storage of a camshaft can be used.

11
Kurbelwellecrankshaft
22
Lagerstuhlbearing block
33
untere Lagerschalelower bearing shell
44
obere Lagerschaleupper bearing shell
55
Isolationsschichtinsulation layer
66
Einlageinlay

Claims (3)

Gleitlager für die Kurbelwelle (1) oder die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors mit zwei Lagerschalen (3, 4) von denen die eine (3) in einem vom Kurbelgehäuse oder dem Zylinderkopf gebildeten Lagerstuhl (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lagerschale (3) und dem Lagerstuhl (2) eine Isolationsschicht (5) aus einem Material mit einer im Vergleich zu Aluminium, Stahl oder einer Legierung für Gleitlager geringeren Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.Plain bearing for the crankshaft ( 1 ) or the camshaft of an internal combustion engine with two bearing shells ( 3 . 4 ) of which the one ( 3 ) in a bearing block formed by the crankcase or the cylinder head ( 2 ), characterized in that between the bearing shell ( 3 ) and the camp chair ( 2 ) an insulation layer ( 5 ) is made of a material having a lower thermal conductivity compared to aluminum, steel or an alloy for sliding bearings. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (5) aus einer schwach wärmeleitenden Metalllegierung besteht, die auf den Lagerstuhl (2) aufgedampft oder aufgesprüht ist.Sliding bearing according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 5 ) consists of a weakly heat-conducting metal alloy, which on the bearing block ( 2 ) is vapor-deposited or sprayed on. Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lagerschale (3) und der Isolationsschicht (5) eine elektrisch beheizbare Einlage (6) angeordnet ist.Sliding bearing according to claim 1 or 2, characterized in that between the bearing shell ( 3 ) and the insulation layer ( 5 ) an electrically heatable insert ( 6 ) is arranged.
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