DE2849790A1 - Lagerung fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Lagerung fuer einen verbrennungsmotor

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DE2849790A1 DE19782849790 DE2849790A DE2849790A1 DE 2849790 A1 DE2849790 A1 DE 2849790A1 DE 19782849790 DE19782849790 DE 19782849790 DE 2849790 A DE2849790 A DE 2849790A DE 2849790 A1 DE2849790 A1 DE 2849790A1
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oil
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Tatsuhiko Fukuoka
Yoshimi Matsuda
Akira Sakai
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Description

Lagerung für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Lagerung für einen Verbrennungsmotor, in welchem der Reibungsverlust von Gleitlagern, wie Kurbelwellenlagern und Pleuellagern, d.h. der Reibungsverlust, der an der Kurbelwelle auftritt, verringert werden kann. Durch die Verringerung des Reibungsverlustes können die unnütze Vergrößerung des Schmierölbedarfes und die damit verbundene Verringerung der Ölzufuhr zu anderen Gleitflächen und die Senkung des Öldruckes vermieden werden.
Zum Verringern des Reibungsverlustes an Kurbelwellen ist es erforderlich, den Reibungsverlust in den die Kurbelwellen tragenden Lagern zu verringern. Weiter ist es erwünscht, den Reibungsνerlust, der in den Pleuellagern verursacht wird, die zwischen Kurbelwellen und kurbelseitigen Pleuelstangenköpfen angeordnet sind, ebenfalls zu verringern. Von der Beziehung zwischen dem Reibungsverlust und dem Spiel der Kurbelwellenlager her gesehen sind jedoch im Stand der
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Technik die Spiele von Gleitlagern, welche die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors tragen, alle auf einen konstanten Wert eingestellt. Die Abmessung des Spiels wird größer als ein gewisser Wert gemacht, um das Fressen zwischen der Kurbelwelle und den Gleitlagern zu vermeiden, während es kleiner gemacht wird als derjenige Wert, bei welchem durch Stoßgeräusche infolge des Zusammenstoßes von Kurbelwelle und Gleitlagern nicht erzeugt werden. Dieser Wert wird durch Versuche ermittelt. Das bedeutet, daß es zum Verringern des Reibungsverlustes erwünscht ist, das Spiel auf einen Wert einzustellen, der so groß wie möglich ist, wobei jedoch, wenn der Wert des Spiels zu groß eingestellt wird, die Kurbelwelle kräftig mit den Gleitlagern zusammenstößt. Die Gleitlager empfangen also Stoßkräfte und erzeugen Geräusche. Die Verringerung des Reibungsverlustes hat deshalb im Stand der Technik ihre Grenze.
Inzwischen werden in Kurbelwellenlagern und Pleuellagern im allgemeinen Öl ausnehmungen oder -taschen benutzt und es ist anzunehmen, daß die Vergrößerung von solchen Ölausnehmungen zur Verringexmug des Reibungsverlustes in jedem Lager beiträgt. Im Stand der Technik werden die Ölausnehmungen jedoch zu dem Zweck gebildet, den Ölumlauf zu fördern und sicherzustellen. Deshalb erhält die Ölausnehmung eine Abmessung von etwa 5 bis 15 pm bei einer Kurbelwelle mit einem Durchmesser von 30 bis 70 nrai. Ein solcher Wert wird für den oben genannten Zweck als ausreichend angesehen. Weiter wird im Stand der Technik angenommen, daß, wenn die Abmessung der Ölausnehmung breiter als der obige Wert gemacht wird, die Welle unnötiges Spiel hat, so daß die Lagerleistung nachteilig beeinflußt wird. Es ist deshalb niemals versucht worden, den Pestwert der Ölausnehmung zu verändern, um Lagerreibungsverluste zu verringernο
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben große und umfangreiche Untersuchungen in Verbindung mit der Verringerung des Reibungsverlustes in Kurbelwellenlagern und Pleuellagern durchgeführt. Als Ergebnis haben sie die Tatsache festgestellt, daß die Stärken von Stoßkräften, welche durch die Kurbelwelle auf die Kurbelxvellenlager ausgeübt werden, in einem Mehr Zylinderverbrennungsmotor, in welchem die Kurbelwelle von drei oder mehr Gleitlagern getragen wird, voneinander verschieden sind. Deshalb werden in den Gleitlagern, die große Stoßkräfte empfangen und starke Geräusche erzeugen, die Spiele kleingemacht, genau wie die im Stand der Technik, während im Fall der Lager, welche ziemlich kleine oder fast keine Stoßkräfte empfangen, die Spiele entsprechend den Stärken von ausgeübten Stoßkräften so groß wie möglich gemacht werden. Im Vergleich mit den herkömmlichen Lagern können daher die Reibungsverluste stark verringert werden, ohne daß unerwünschte Geräusche erzeugt werden.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Verbreiterung der Spiele gemäü den Starken von Stoßkräften ist weiter festgestellt worden, daß die Reibungsverlustverringerung in Kurbelwellenlagern auch durch Vergrößern der Ölausnehmungen im Vergleich zu denjenigen im Stand der Technik erreicht werden kann. In d.en Pleuellagern können die Spiele zwisehen den Lagern und den Kurbelzapfen zwar nicht vergrößert werden, weil die Stoßkräfte, die auf die Pleuellager ausgeübt v/erden, fast die gleichen sind, es ist jedoch festgestellt worden, daß der Reibungsverlust durch Vergrößern der Ölausnehmungen gegenüber denjenigen im Stand der Technik verringert v/erden kann»
In dem lall, in welchem einige Spiele und Ölausnehmungen von Kurbelwellenlagern und die Öl ausnehmungen von Pleuellagern vergrößert xi/erden, wird jedoch die notwendige Menge
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art Schmieröl in den Gleitlage.cn, die größere Spiele und Öl ausnehmungen haben, zu groß. Infolgedessen geht das Gleichgewicht der Ölzufuhr in dem gesamten Verbrennungsmotor verloren und der Verlust an Ölzufuhr zu anderen gleitenden Teilen, wie beispielsweise Nockenwellenlagern usw., wird zu einem Problem. Das bedeutet, daß, wenn die Spiele und Ölausnehmungen in Kurbelwellenlagern vergrößert werden und wenn die Öl ausnehmungen in Pleuellagern vergrößert werden, die Zwischenräume zwischen Wellen und Lagerflächen groß werden und die Strömungswiderstände in den Zwischenräumen klein werden, während in dem Verbrennungsmotor das Schmieröl mit einem vorbestimmten Druck durch eine Ölpumpe mit bestimmter Kapazität zugeführt wird. Deshalb werden die vorgenannten Kurbelwellenlager und Pleuellager mit einer übermäßig großen Schmierölmenge versorgt und das Öl wird über die Endteile der obigen Lager (seitliches Lecken) direkt in die Ölwanne zurückgeleitet. Aufgrund dieser Tatsache wird die Menge an Öl, welches andere Teile schmiert, indem es durch den normalen Ölkreislauf geht und in die Ölwanne zurückkehrt, verringert und das Gleichgewicht der Ölversorgung von anderen gleitenden Teilen (Nockenwellen usw.) geht verloren. Es tritt deshalb an einigen gleitenden Teilen ein Verlust an Schmieröl auf, der häufig zu anomalem Verschleiß und zum Fressen führt.
Es ist deshalb Ziel der Erfindung, eine verbesserte Lagerung, insbesondere verbesserte Kurbelwellenlager, für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die einen niedrigen Reibungsverlust hat.
Die Erfindung schafft ein Gleitlager, welches mit einem Spiel genau wie herkömmliche Gleitlager versehen ist, wenn das Lager große Stoßkräfte empfängt und zum Erzeugen starker Geräusche neigt, während, wenn es geringe oder fast keine
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Stoßkräfte empfängt, das Spiel so groß wie möglich gemacht wird, wodurch der Reibungsverlust verringert wird, ohne daß Geräusche erzeugt werden. Diese Tatsache hängt von der Überlegung ab, daß die Stärken von Stoßkräften, welche durch die Kurbelwelle auf die Gleitlager ausgeübt werden, in einem ■ MehrZylinderverbrennungsmotor, in welchem die Kurbelwelle von drei oder mehr Gleitlagern getragen wird, voneinander verschieden sind.
Ferner schafft die Erfindung eine Lagerung für einen "Verbrennungsmotor, in welcher der Reibungsνerlust ohne Erzeugung von Geräuschen und ohne Senkung der Leistungen weiter dadurch verringert wird, daß die Ölausnehmungen von Kurbelwellenlagern und/oder Pleuellagern zusätzlich zu der oben erwähnten Vergrößerung der Spiele vergrößert werden. Das hängt von einer neuen Überlegung über die Ölausnehmungen zwecks Verringerung des Reibungsverlustes ab, die von der gewöhnlichen Überlegung über den Ölumlauf ganz verschieden ist.
Schließlich schafft die Erfindung eine Lagerung für einen Verbrennungsmotor, in der es nicht zum Auftreten eines Ungleichgewichts in der Schmierölzufuhr durch Verändern der oben erwähnten Spiele und durch Vergrößern der Ölausnehmungen kommt. Die unnötige Steigerung der Ölzufuhr zu den Gleitlagern, die durch die Vergrößerung von Spielen und Ölausnehmungen verursacht wird, und der daraus resultierende Verlust an Ölzufuhr zu anderen gleitenden !eilen und das Sinken des Öldruckes werden erfolgreich vermieden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ,
Vierzylinderreihenmotors,
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die Pig« 2a bis 2c Diagramme, welche die Änderung von
Kräften zeigen, die auf Gleitlager 4a bzw. 4b bzw. 4c ausgeübt werden,
ig. 3 eine erläuternde Darstellung zum Ver
anschaulichen des Anfangspunktes des Drehwinkels einer Kurbelwelle,
Pig. 4 eine vergrößerte und übertriebene
Querschnittansicht eines Gleitlagers, welche die Pormen von Gleitflächen zur Veranschaulichung von Öl ausnehmungen zeigt,
Pig« 5 eine perspektivische Darstellung einer
Gleitlagerschale, welche die Lagebe- £ Ziehung zwischen einer Schmierölnut
und einer als Rastvorrichtung dienenden Haltenase zeigt,
Pig«. 6 eine Querschnittansicht eines zusammen
gebauten Gleitlagers, welches unter Verwendung von Gleitlagerschalen der in Pig» 5 gezeigten Art gebildet ist,
Pigo 7 eine Seitenansicht einer weiteren Aus
führungsform eines Gleitlagers, welches in der Lagerung nach der Erfindung verwendbar ist,
eine Querschnittansicht eines Teils
des Gleitlagers -von Pig. 7 auf der Linie VIII-VIII,
o 9 eine Querschnittansicht eines Teils
des Gleitlagers von Pig. 8 auf der Linie IX-IX,
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Fig. 10 ein Diagramm, das die Ergebnisse von
Reibungsmomenttests für verschiedene Lager zeigt,
Fig. 11 . ein Diagramm, welches die Ergebnisse
von Tests für die Gegenmaßnahme gegen die ÖldruckabSenkung zeigt, und
die Fig. 12 und 13 Diagramme, welche die Auswirkungen
der Erweiterung von Öl ausnehmungen in Pleuellagern zeigen»
Zuerst werden eine Ausfuhrungsform von Gleitlagern und die Auswirkung des Verringerns des Reibungsverlustes desselben beschrieben. In dieser Ausführungsform wird das Spiel zwischen einer Kurbelwelle und dsr Lagerfläche entsprechend der Stärke von auf sie ausgeübten Stoßkräften verändert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Reihenmotor mit Kolben 1a, 1b, 1c und 1d, mit einer Kurbelwelle 2, mit Pleueln 3, welche jeweils einen Kolben mit der Kurbelwelle 2 verbinden, und mit fünf Kurbelwellenlagern 4a, 4b, 4c, 4d und 4e, welchedie Kurbelwelle 2 an dem Hauptkörper (nicht gezeigt) des Motors tragen. Pleuellager 5a, 5b, 5c und 5d sind in den Verbindungsteilen zwischen den Pleueln 3 und Kurbelzapfen 6 der Kurbelwelle 2 angeordnete Diese Kurbelwellenlager und Pleuellager bestehen jextfeils aus zwei im Querschnitt halb« kreisförmigen Gleitlagerschalen»
Die I1Xg. 2a bis 2c zeigen die berechneten Ergebnisse der Änderung von Kräften, welche auf die Kurbelwellenlager bei 4200 U/min in einem Vierzylinderreihenmotor, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ausgeübt werden. Figo 2a zeigt das Ergebnis an dem Kurbelwellenlager 4a, Figo 2b das Ergebnis an dem Kurbelwellenlager 4b und Fig. 2c das Ergebnis an dem Kurbelwellenlager 4c« Die Kurbelwellenlager 4d und 4e und
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die Kurbelwellenlager 4b und 4a sind symmetrisch zu der Mitte des Kurbelwellenlagers 4c angeordnet, weshalb, wenn die Drehphase der Kurbelwelle um 360° in einem angegebenen Zustand des Kurbelwellenlagers 4b verschoben wird, das Ergebnis das gleiche wird wie in dem Zustand des Kurbelwellenlagers 4d. Dieselbe Überlegung kann hinsichtlich der Beziehung zwischen den Kurbelwellenlagern 4e und 4a angestellt werden. Die Beschreibung bezüglich der Kurbelwellenlager 4d und 4e wird deshalb weggelassen.
I1Xg. 2 zeigt den Zustand der Änderung von Kräften, die auf ein Lager in einem Arbeitsspiel eines Viertaktmotors ausgeübt werden, in welchem der Parameter der Drehwinkel 0 der Kurbelwelle 2 ist. Bei dem Viertaktmotor besteht ein Arbeitsspiel aus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 2, weshalb der Drehwinkel 0 bis 720° angegeben ist. Der Drehwinkel von 0° bedeutet, daß der Kolben 1a am oberen lotpunkt in einem Explosionshub ist. Die Zündungen erfolgen in der Reihenfolge der Kolben 1a - 1c - 1d - 1b. In diesen Diagrammen sind die Eichtungen und die Stärken von Kräften durch Vektoren dargestellt und die geschlossenen Kurven werden durch Vereinigen der Vektorenden gebildet. Die Koordinantenaxen X-X0 und X-T0 sind bezüglich der Kurbelwellenlager fest.
Die Ergebnisse, die in den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigt sind, werden im folgenden miteinander verglichen. Gemäß dem Punkt A in I"ig. 2b empfangen das Kurbelwellenlager 4b, welches der Pig. 2b entspricht, und demgemäß auch das Kurbelwellenlager 4d große Stoßkräfte von etwa 19613 N (2000 kg). Mittlerweile empfängt das Kurbelwellenlager 4c, welches Fig. 2c entspricht, nicht eine so starke Stoßkraft wie an dem Punkt A. Das bedeutet, daß, da die Kennlinie in Fig. 2c eine ziemlich geschlossene Kurve ist, die Stoßkraft kaum auf das Kurbelwellenlager 4c aufgeübt wird. Weiter empfangen das Kurbelwellenlager 4a entsprechend Fig. 2a und demgemäß auch das Kurbelwellenlager 4e Stoßkräfte (Punkt B), die nur etwa 7845 N (800 kg) im
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Vergleich zu der Kraft empfangen, -welche durch den oben genannten Punkt A angegeben ist. Darüber hinaus ist die geschlossene Kurve an dem Punkt B im Vergleich zu der Kurve an dem oben genannten Punkt A weniger spitz.
Deshalb können hinsichtlich der Kurbelwellenlager 4b und 4d, die starke Stoßkräfte empfangen, der Kurbelwellenlager 4a und 4e, die kleine Stoßkräfte empfangen, und des Kurbelwellenlagers 4c, das fast keine Stoßkraft empfängt, wenn die Spiele so groß wie möglich innerhalb derjenigen Bereiche gemacht werden, in denen sie keine Geräusche erzeugen, entsprechend den ausgeübten Stoßkräften, welche aus den berechneten Ergebnissen erhalten werden, die in den I1Ig. 2a bis 2c gezeigt sind, die Reibungsverluste der Lager im Vergleich zu den bekannten Lagern beträchtlich verringert werden, ohne daß unerwünschte Geräusche erzeugt werden.
Die Spiele der beiden Kurbelwellenlager 4b und 4d werden, wie es oben bereits erwähnt worden ist, in Anbetracht der oben angegebenen Kräfteprofile am kleinsten gemacht und die Spiele der anderen Kurbelxtfellenlager 4a, 4c und 4e können größer gemacht werden. Angesichts der !Tatsache, daß die genaue Fluchtung von sämtlichen Kurbelwellenlagern im gegenwärtigen Stand der Technik ziemlich schwierig ist, kann deshalb, wenn die Positionierung der Kurbelwelle mittels der Kurbelwellenlager 4b und 4d erfolgt, eine gewisse Fehlausrichtung in den anderen Kurbelwellenlagern 4a, 4c und 4e bis zu einem gewissen Ausmaß durch die größeren Spiele derselben gestattet werden. Demgemäß kann auch der Effekt als die Gegenmaßnahme gegen diese Fehlausrichtung erwartet werden.
Zum Verändern der Spiele können weiter zwei Arten von Methoden angewandt werden. Bei einer Methode wird der Durchmesser
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der Kurbelwelle konstant gemacht und die Dicke der Kurbelwellenlager wird verändert. Bei der anderen Methode werden die Dicken der Lager konstant gemacht und die Durchmesser von Kurbelwellenteilen werden verändert.
Während die Spiele der Kurbelwellenlager oben beschrieben worden sind, werden im folgenden nun die Ölausnehmungen ausführlich beschrieben.
Infolge der Veränderung in den Spielen gemäß den Stärken von Stoßkräften, die auf die Kurbelwellenlager ausgeübt werden, können die Reibungsverluste, insbesondere diejenigen der Lager, welche relativ kleine Stoßkräfte empfangen, verringert werden. Die Bildung von Öl ausnehmungen nach der Erfindung unterstützt die oben beschriebene Änderung der Spiele und itfirkt mit dieser Änderung zusammen und reduziert außerdem den Reibungsverlust. Weiter wird durch das Vorsehen von Ölausnehmungen außerdem der Reibungsverlust der Pleuellager 5a bis 5d in Mg. 1 verringert. In dem Fall von Pleuellagern werden die Stoßkräfte, die auf sie in dem Explosionshub eines Verbrennungsmotors ausgeübt werden, untereinander nicht verändert. Es ist demgemäß unmöglich, das Einstellen von Spielen der Pleuellager genau wie bei den oben erwähnten Kurbelwellenlagern vorzunehmen. Der Reibungsverlust der Pleuel kann jedoch durch Vergrößern der Ölausnehmungen verringert werden. Deshalb kann der Reibungsverlust an der Kurbelwelle weiter verringert werden.
In Fig. 4· sind die Konfigurationen der Gleitflächen in einer vergrößerten und übertriebenen Querschnittansicht gezeigt, um die Ölausnehmungen zu veranschaulichen. Zwei getrennte Hälften, d.h. zwei im Querschnitt halbkreisförmige Lagerschalen 4A und 4-B eines Gleitlagers tragen einen Hauptteil der Kurbelwelle 2 oder einen Kurbelzapfen 6. Die Mittelscheitel T der Gleitflächen von beiden Lagerschalen 4A und 4-B nähern sich der Welle 2, während sich die Gleit-
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flächen längs ihrer üufänge zu ihren Endteilen hin allmählich von der Welle 2 entfernen. Wenn der Querschnitt der Welle 2 oder des Kurbelzapfens 6 als ein vollkommener Kreis angenommen wird, werden also die Spiele oder Spalte, die zwischen der Wellenoberfläche und den Gleitflächen der Lagerschalen 4A und 4B gebildet sind, von dem minimalen Spalt G^ an dem Mittelscheitel I zu dem maximalen Spalt Gp an den Endteilen hin allmählich breit, wenn die Spalte in gleicher Weise wie oben vergrößert werden, wobei die Differenz zwischen dem maximalen Spalt und dem minimalen Spalt als "Ölausnehmung" (oder "Öltasche"), bezeichnet wird. Dieser Wert gleicht der maximalen Tiefe bei der spanabhebenden Bearbeitung, wenn die Ölausnehmung gebildet wird, indem zuerst eine vollkommen kreisförmige Gleitfläche gebildet und dann die Gleitfläche, mit Ausnahme an dem Mittelscheitelteil T, geschabt wird. Da Quetschausnehmungen 5 an den Endteilen der Lagerschalen 4-A und 4-B als Ausnehmungen bei dem Zusammenbauen derselben gebildet v/erden, wird die oben angegebene maximale Schabetiefe oder der maximale Spalt manchmal in einem Abstand a von 6 bis 10 mm von dem Umfangsende gemessen.
Das Vorsehen der Ölausnehmungen dient dem Zweck, den Ölumlauf zu fördern und sicherzustellen. Das bedeutet, daß, wenn die Spiele auf beiden Seiten des minimalen Spiels oder Spalts C^ an dem Mittelscheitel T allmählich vergrößert werden, der Ölumlauf an den Gleitflächen verstärkt und demgemäß die Kühlwirkung verbessert wird. Wenn dio Welle 2 oder der Kurbelzapfen 6 in der Richtung des Pfeils P„, mit einer hohen Kraft belastet wird oder wenn die zus ammeng ob aut en Lagerschalen 4-A und 4-B mit Kräften in den Richtungen der Pfeile P2 belastet . werden, werden die Lagerschalen 4A und 4-B etwas zu einer vertikal langen Ellipse verformt, wobei aber eine solche Verformung durch das Vorsehen der Ölausnehmung vermieden und deshalb der Mindestölumlauf aufrechterhalten werden kann.
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Die Werte der Ölausnehmungen betragen im Stand der Technik, wie oben erwähnt, 5 bis 15 pm an Wellen von 30 bis 70 mm Durchmesser. Diese Werte werden als notwendig, aber ausreichend, angesehen und es ist bislang angenommen worden, daß, wenn diese Werte vergrößert werden, die Lagerleistungen aufgrund der Bildung von unnötigem Spiel in den Lagern verschlechtert werden.
Gemäß der Erfindung werden die Ölausnehmungen unter einem ganz neuen Gesichtspunkt der Verringerung des Reibungsverlustes in Kurbelwellenlagern und/oder Pleuellagern betrachtet, was sich von dem Gesichtspunkt des Ölumlaufes unterscheidet. Infolgedessen ist festgestellt worden, daß der Reibungsverlust durch Vergrößern der Werte der Ölausnehmungen beträchtlich verringert wird, ohne daß es zu irgendwelchen unerwünschten Einflüssen, wie dem Auftreten von Geräuschen, auf die Leistungen der Lager kommt.
Die Vergrößerung der Ölausnehmungen sollte wenigstens an denjenigen Kurbelwellenlagern vorgenommen werden, die an der Kurbelwelle relativ kleine Spiele haben. Im Vergleich zu Kurbelwellenlagern mit großen Spielen ist der Reibungsverlust in Kurbelwellenlagern mit kleinen Spielen groß. Demgemäß kann der Reibungsverlust durch Vergrößern der Ölausnehmungen verringert werden. Bei Kurbelwellenlagern mit relativ großen Spielen ist eine weitere Verringerung des Reibungsverlustes durch Vergrößern der Ölausnehmungen zusätzlich zu der Vergrößerung der Spiele zu erwarten. In diesem lall, d.h. wenn sowohl die Spiele als auch die Ölausnehmungen vergrößert werden, wird der Grad der Vergrößerung der Spiele etwas kleiner gemacht als in dem Pall, in welchem die Ölausnehmungen nicht vergrößert werden, um das Auftreten von Geräuschen zu vermeiden. Weiter können auch bei den Pleuellagern die Ölausnehmungen unter im wesentlichen gleichen Bedingungen vergrößert werden.
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Ein geeigneter Wert der Ölausnehmung zum erfindungsgemäßen Verringern des Reibungsverlustes, d.h. die Differenz zwischen dem Spiel G^ gemessen zwischen der Oberfläche der Kurbelwelle 2 oder des Kurbelzapfens 6 an dem Mittelscheitel I der halbkreisförmigen Lagerschale 4-A oder 4-B und dem Spiel G-z gemessen an dem Punkt, der einen Abstand a von etwa 9 bis 10 mm von dem Endteil der Lagerschale aufweist, liegt in dem Bereich von 16 bis 80 pm. Dieser Wert muß auf der Basis von Faktoren, wie der Drehzahl, der ausgeübten Kräfte, des Wellendurchmessers und des oben erwähnten Spiels, ermittelt werden. In Verbindung mit der Abmessung der Kurbelwelle 2 oder des Kurbelzapfens 6 kann der obige Wert in einem beträchtlich breiten Bereich des Durchmessers der Welle angewandt werden und kann bei Kurbelwellen und Kurbelzapfen mit Durchmessern von 30 bis 70 mm. von verschiedenen Typen von Verbrennungsmotore:i ausreichend sein. Insbesondere kann eine ziemlich merkliche Auswirkung bei wassergekühlten Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge mit einer maximalen Drehzahl in der Größenordnung von 6000 U/min erwartet werden.
Durch die oben beschriebenen Maßnahmen kann der Effekt der Verringerung des Reibungsverlustes in Kurbelwellenlagern an der Kurbelwelle zwar erzielt werden, wenn jedoch Schmierölnuten und/oder Haltenasen in gleicher Weise wie im Stand der Technik gebildet werden, wird die Menge des Schmierölstroms unerwünscht vergrößert und der Öldruck verringert. Wenn das herkömmliche Schmiersystem benutzt wird, geht deshalb das Gleichgewicht der Ölzufuhr in dem Verbrennungsmotor als Ganzem verloren und es kommt zu einem Verlust von Ölzufuhr zu anderen gleitenden !eilen. Dieses Problem wird ausführlich unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.
In den im Querschnitt halbkreisförmigen Lagerschalen 4A und 4-B ist eine Schmierölnut 12 in der Gleitfläche in der
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Umfangsrichtung gebildet. Die Ölnut 12 ist mit einem Ölloch 13 versehen, über welches Schmieröl zugeführt wird. Eine Haltenase 14 ist an einem Endteil Jeder Außenfläche dieser Lagerschalen-4A und 4B nach außen vorstehend gebildet. Die Aussparung 15 wird bei dem Pressen der Nase 14 gebildet.
Die oben beschriebenen Lagerschalen 4A und 4B werden an die obere bzw. untere Seite der Kurbelwelle 2 oder des Kurbelzapfens 6 angepaßt und durch das obere und das untere Gehäuse 17 zusammengespannt, die dadurch die. Lagerschalen 4A und 4B bis zu. einem bestimmten Punkt abstützen. Bei diesem Zusammenbauvorgang werden die Nasen 14 der Lagerschalen 4A und 4B von den Aussparungen 18 der Gehäuse 17 aufgenommen, wodurch das gesamte Gleitlager 4 festgelegt wird. Das Schmieröl wird aus einem Ölkanal (nicht dargestellt) des Gehäuses in das Ölloch 13 und die Ölnut 12 und weiter in den Zwischenräum zwischen der Lagerfläche und der Kurbelwelle 2 oder dem Kurbelzapfen 6 geleitet. Durch fortwährende Zufuhr des Schmieröls können mehrere Punktionen desselben, wie die Verringerung des Eeibungsverlustes, die Kühlung, usw., erfüllt werden.
Dagegen sind bei den herkömmlichen Gleitlagern (nicht dargestellt) die Positionen der oben erwähnten Nase 14 und der Schmierölnut 12 in Richtung der Welle verschieden, d.h. die Nase ist an einem Seitenende des Gleitlagers gebildet. Deshalb werden in dem ITasenteil große Spiele oder Spalte der Ölnut und der Aussparung an zwei Stellen in der Richtung der Welle gebildet. Infolgedessen wird der Öldurchflußwiderstand in diesem Teil klein, was zur Zunahme des Ölstroms und zur Verringerung des' Öldruckes führt. Wenn das Spiel an der Welle vergrößert oder die Ölausnehmung zusätzlich vergrößert wird, wird deshalb die oben erwähnte Neigung gefördert und es treten die unerwünschte Vergrößerung des Ölstroms und das unerwünschte Sinken des Öldruckes auf. Wenn die Spiele
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und Öl ausnehmungen in der oben angegebenen Weise vergrößert werden, werden also die Kurbelwellenlager, welche vergrößerte Spiele haben, mit zuviel Schmieröl versorgt, da das Schmieröl bei konstantem Druck durch eine Ölpumpe von bestimmter Kapazität in einem Verbrennungsmotor geliefert wird. Das Schmieröl strömt deshalb über die Endteile der Lagerschalen aus (seitliches Lecken) und kehrt direkt in die Ölwanne zurück. Demgemäß wird diejenige Menge an Öl, die über normale Kanäle zu anderen Teilen geht, verringert und das Gleichgewicht der Ölversorgung von anderen gleitenden Seilen (Nockenwelle usw.) geht verloren. Der Verlust an Ölzufuhr wird daher an einigen gleitenden Seilen hervorgerufen und kann anomalen Verschleiß und Fressen verursachen.
Deshalb wird in dieser Ausführungsform die Haltenase 14-an der Rückseite der Ölnut 12 gebildet, wie es deutlich in Fig. 5 zu erkennen ist. Das heißt, die Aussparung 15 wird innerhalb der Ölnut 12 gebildet. Da die Positionen der Nase 14- und der Ölnut 12 in einer Linie sind wird der Teil mit großem Spiel zu einem Punkt in der Richtung der Velle und demgemäß kann der Strömungswiderstand des Öldurchflusses an dem angrenzenden Endteil einer Lagerschale des Gleitlagers im Vergleich zum Stand der Technik groß gemacht werden. Das gestattet deshalb das Aufrechterhalten einer geeigneten Strömung und eines geeigneten Druckes selbst dann, wenn die Spiele relativ groß gemacht und die Ölausnehmungen ebenfalls vergrößert werden. Die Verringerung des Reibungsverlustes kann deshalb erreicht werden, ohne die unnötige Vergrößerung des Ölstroms und den Druckabfall hervorzurufen.
Nach vorstehender Boschreibung ist es zum Verhindern, daß das Schmieröl ausfließt (seitlicher Leckverlust), erwünscht, die Schmierölnut 12 und die Aussparung 15 in der Position zu bilden, die soweit xvie möglich von beiden Seiten des Gleitlagers entfernt ist, d.h. in Richtung der Kurbelwelle
-ΘΌ9820/0918
in dem mittleren Teil. Sogar dann, wenn die Schmierölnut in einer Position gebildet wird, die sich nichb in dem Mittelteil befindet, muß die oben erwähnte Aussparung ebenfalls in einer Linie mit der Schmierölnut gebildet werden. Wenn mehrere Ölnuten gebildet werden, wird die Aussparung, d.h. die Nase in einer Linie mit einer der Ölnuten gebildet. Wenn keine Schmierölnut gebildet wird, kann die Nase in Richtung der Welle in der mittleren Position gebildet werden.
Bei dem Gleitlager 4, das in den Pig. 7 "bis 9 gezeigt ist, ist nur eine der Lagerschalen mit einer Schmierölnut versehen und die Nase zum Positionieren des Lagers ist in der oben angegebenen oder in anderer Weise angeordnet;. In dieser Ausführungsform ist das Spiel relativ groß gemacht und die ■ Ölausnehmung ist ebenfalls groß gemacht, um den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden. Eine der beiden Lagerschalen 4A und 4B, die ein Kurbelwellenlager oder ein Pleuellager bilden, ist mit einer Schmierölnut versehen, während die andere Lagerschale eine glatte Gleitfläche hat. In diesem Fall befindet sich die Lagerschale 4A, welche die Schmierölnut 12 aufweist, auf derjenigen Seite, auf die die Explosionskraft eines Verbrennungsmotors nicht ausgeübt wird. In dem Gleitlager 4, das die Schmierölnut nur auf einer Seite hat, ist der Strömungswiderstand derjenigen Seite, die keine Ölnut hat, groß, weshalb die Verstärkung des Ölstroms und die Abnahme des Druckes, welche durch die Vergrößerung des Spiels an der Welle verursacht werden, vermieden und der Ölstrom und der Druck auf geeigneten Werten gehalten werden können. Gemäß den Pig. 8 und 9 kann die Nase 14 in einer axialen Position angeordnet sein, bei welcher .es sich nicht um die der Schmierölnut 12 handelt, oder an der Rückseite der Ölnut 12.. wie es in Pig. 8 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
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Im folgenden wird die Erfindring "unter Bezugnahme auf mehrere Versuchsergebnisse ausführlicher "beschrieben. Das Diagramm von I1Ig. 10 zeigt die Vergleichsergebnisse der Unterschiede in den Reibungsmomenten an Kurbelwellen für eine herkömmliche Lagerung, für eine Lagerung nach der Erfindung, bei welcher die Spiele der Kurbelwellenlager 4-a bis 4-e verändert werden, und für eine Lagerung nach der Erfindung, bei welcher die Spiele in den Kurbelwellenlagern verändert und gleichzeitig die Ölausnehmungen vergrößert werden. Die Testbedingungen sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben, während die in Fig. Ί0 für die lagerverwancfcen Symbole in der folgenden Tabelle 2 angegeben sind.
Tabelle 1
Motorentyp 4- Zylinder, 1600 cm5
Kurbelwellendurchiaesser: 58 mm
Testvorrich
tung		 Kurbelwelle + TJmwuchtmasse
(Kräfteprofile ähneln denjenigen von
echten Maschinen)
Temperatur
des augeführ
ten Öls		 120 + 2 0C
Ölqualität 6 l/min bei 5000 U/min
(Druckölversorgung)
Art des Öls SAE 10W-30
I
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Tabelle 2
Symbol Lager Ölspalt (pm) Ölausnehmung (um) 10 - 15 Wellenbreite
(mm)
herkömm
lich		 35-45 10 - 15 20,8
Erfindung 4-a: GO
4b: 40		 4b ^
4d:J 30 - 35
O 4c: 80 10 - 15 30 - 35 20,8
4d: 40
4e: 60
4a:]
4c:
O -dto.~ -dto.- 4e: 20,8
Δ -dto.- -dto.- 20,8
Aus Fig., 10 ist zu erkennen, daß die Reibungsmomente der Lagerungen nach der Erfindung kleiner sind als die der herkömmlichen Lagerung. Der Reibungsverlust kann also in der Lagerung nach der Erfindung verringert werden. Darüber hinaus wurde das Auftreten von Geräuschen bei der Lagei^ung nach der Erfindung nicht beobachtet, i/enn alle Spalte auf 80 pm eingestellt werden, kann der Reibungsverlust zwar weiter verringert werden, es hat sich jedoch bestätigt, daß der praktische Nutzen durch das Auftreten von Geräuschen verloren gehto Das Spalt- oder Spielverhältnis wird im allgemeinen auf 4/10000 bis 10/10000 in Stand der Technik eingestellt , während gemäß den obigen Versuchen die Spielverhältaisse der Kurbelwellenlager 4a3 4b und 4c 10/10000 bzw.
Θ/01
7/ΊΟΟΟΟ "bzw. 14/10000 betragen und das Verhältnis des Kurbelwellenlagers 4c ziemlich groß ist.
In Fig. 11 sind die Ergebnisse von Motorentents bezüglich der Auswirkungen von Gegenmaßnahmen gegen die Öldruckabsenkung in Kurbelwellenlagern mit veränderten Spielen gezeigt. Die Testbedingungen sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Symbole in Fig. 11 für die Lager sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben, in welcher "eine Seite mit Hut" bedeutet, daß die Schmierölnut 12 in nur einer der beiden im Querschnitt halbkreisförmigen G-leitlagerschalen 4A und 4B des Kurbelwellenlagers gebildet ist, und in welcher "mittige Nase" diejenige Käse meint, die in dem Mittelteil in Richtung der Lagerbreite des Kurbelwellenlagers gebildet ist.
Tabelle 3
Motorentyp 4 Zylinder, 1600 cm5
Kurbelwelle: 53 mur
Pleuelzapfen: 48 nmr
Testgerät vollständige Maschine, ohne Zündkerzen
I
Temperatur des
zugeführten Öls		 100 ± 2 0O
(gemessen am Einlaß des Hauptloches)
öl art SAE 10W-30
Öldruck gemessen am Einlaß des Hauptloches
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Tabelle 4
Symbol Lager Lagerbreite
(mm)		 Ol spalt
(um)		 ■ 45 Gegenmaßnahme gegen
Absinken des Öl
drucks
• herkömmlich 20,8 35 - 60
40
80
40
60
O Erfindung 20,8 4a:
4b i
4c:
4d:
4e:
α -dto.- -dto ο- -dto.-" . eine Seite mit Nut
m -dto.- -dto.- mittige Nase
eine Seite mit Nut
11 zeigt ohne weiteres, daß, wenn die Ölspalte verändert werden und einige von ihnen vergrößert werden, ohne das herkömmliche Schmiersystem zu verändern, das Absinken des Öldrucks auftritt, daß aber, wenn die oben beschriebene Gegenmaßnahme gegen den Abfall des Öldrucks getroffen wird, ein ziemlich gutes Gleichgewicht der Ölzufxihr wie bei den herkömmlichen Lagern aufrechterhalten werden kann.
Bei den obigen Versuchen werden die Ölausnehmungen von Pleueln nicht vergrößert. Dann werden die Ölausnehmungen der Pleuellager in den folgenden Versuchen vergrößert. Die Ergebnisse die in den Fig. 12 und 13 gezeigt sind, stammen von echten Hotorenzündtests (- 360 mmllg Teillast). Die Testbedingungen sind in der folgenden Tabelle 5 angegeben. Die in den in Fig. 12 gezeigten Tests benutzten Lager sind in der folgenden Tabelle 6 angegeben, während die in den in Fig. 13 gezeigten Tests benutzten in der folgenden Tabelle 7 angegeben sind.
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COPY
Die Begriffe, "mittige Nase" des Kurbelwellen! ag er s und "Hut auf einer Seite" sind vorstehend bereits erläutert, und der Begriff "mittige Hase" des Pleuels bedeutet, daß die Hase zum Positionieren in dem Mittelteil eines Gleitlagers gebildet ist, welches keine Schmierölnut hat.
Tabelle 5
Motorentyp 4 Zylinder, 1800 cm5
Kurbelwelle: 58 nmr
Pleuelstangenzapfen: 48 mnr
testgerät Motorenti sehte st
(Belastungen werden durch einen Dynamo
meter ausgeübt)
Temperatur des
zugeführten Öls		 80 + 2,5 °G
(gemessen am Einlaß des Hauptloches)
Ölzufuhr aus der Ölpumpe des Motors
Ölart SIE 10W-30
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Tabelle 6
Symbol Lager Laqerbreite
Ckin)		 Ölspalt
(um)		 Ölausnehmung
(V-m)		 C*2)
50
-35		 Gegentnaß-
nahmo gegen
Absinken
des Öl
drucks		 •
• herkömmlich
Euro elwellenlο		 20,8 35 - 45 10 - 15 30 - 35 mittige Nase
eine Seite
mit Nut
O Pleuellager 20,0 35 - 45 10 - 15 gleich
wie (*2)		 mittige Nase
ff Erfindung
Kurbelwellenl.		 20,8 (*1)
4a: 50
4b: 35
4c: 60
4d: 35
4e: 50		 4a
4b
4c
4d
4e		 30 - 35 mittige
Nase
olno Seite
mit; Hut
Δ Pleuellager 20,0 35 - 45 gleich
wie C*2)		 mittige
Hase
Erfindung
Eurbelwellenl.		 20,8 gleich
wie (*1)		 10 - 15
Pleuellager 20,0 35 - 45
gleich
wie (*1
Erfindung
Kurbelwellenl-		 20,8 35 - 45
Pleuellager 20,0
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Tabelle 7
Symbol Lager Lager
breite
(mm)		 Ölnpalt
(um)		 Ölausnehmung
(μια)		 (*2)
10
-15
3Q35 		Gegenmaßnahme
gegen Absin
ken des Öl
drucke
·. herkömmlich
Kurb elw eil enl.		 20,8 35 - 45 10 - 15 30 - 35
O Pleuellager 20,0 35 - 45 10 - 15 gleich
wie (*2)
* Erfindung
Kurbelwellen!.		 20,8 (*1)
4-a: 60
4b: 40
4c: 80
4d: 40
4e: 60		 4-e
4c
4e
4d		 30 - 35
Δ Pleuellager 20,0 35 - 45 gleich
wie (*2)
Erfindung
Kurb elweilenl.		 20,8 {bleich
wie (*1)		 10 - 15 mit ti ge Rase
eine Seite mit
Mut
Pleuellager 20,0 35 - 45 mibtig3 Hass
Erfindung
Kurbelwellen!.		 20,8 gleich
wie (*1)		 mittige Hase
eine Seite mit
Nut
Pleuellager 20,0 35 - 45 mittige Nasa
Die folgende Tatsache wird anhand der Testergebnisse verständlich, die in den Fig. 12 und 13 gezeigt sind. Wenn die Lagerung nach der Erfindung ohne die Gegenmaßnahme gegen das Absinken des Öldrucks in einem Verbrennungsmotor nit herkömmlichem Schmiersystem benutzt wird, wird ein Absinken des Welleiidrehraoments im Vergleich zu dem herkömmlichen Lager beobachtet. Wenn die Gegenmaßnahme gegen das Absinken des Öldrucks in der Lagerung nach der Erfindung getroffen wird, werden Jedoch höhere Drehmomente als bei der herkömmlichen
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Lagerung erzielt. Aufgrund dieser !atsache ist verständlich, daß die obige Gegenmaßnahme gegen den Öldruckabfall wirksam ist und der Reibungsverlust unter Aufrechterhaltung des Gleichgewichts der Ölversorgung der Gleitlager verringert werden kann. Weiter kann in den Gleitlagern nach der Erfindung, in denen keine Gegenmaßnahme gege-n den Öldruckabfall getroffen ist, dadurch, daß das Schmiersystem so geändert wird, daß es die richtige Menge an Schmieröl liefert, der Reibungsverlust ebenfalls erfolgreich verringert werden, und zwar ohne die Gegenmaßnahme gegen den Öldruckabfallo
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Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    Lagerung für einen Verbrennungsmotor, die in demselben die Kurbelwelle an drei oder mehr Stellen mittels Kurbelwellenlagern trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiele zwischen der Kurbelwelle und den Kurbelwellenlagern entsprechend den Stärken von auf die Kurbelwellenlager ausgeübten Stoßkräften verändert werden»
    2„ Lagerung nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in denjenigen Kurbelwellenlagern, die relativ geringes Spiel haben, die Differenz zwischen dem Spiel der Welle gemessen an dem Mittelscheitelteil einer halbkreisförmigen G-leitlagerschale und dem Spiel der Welle gemessen an einem Punkt, der etwa 6 bis 10 mm von dem Umfangsende der Lagerschale entfernt ist, auf 16 bis 80 pm vergrößert ist.
    3ο Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Spiel eines Kurbelzapfens der Kurbelwelle gemessen an dem Mittelscheitelteil einer halbkreisförmigen G-leitlagerschale und dem Spiel des Kurbelaapfens gemessen an dem Endteil der halbkreisförmigen Gleitlagerschale in den Pleuellagern, welche zwischen Pleuel-
    stangen und den Kurbelzapfen angeordnet sind, auf 16 bis 80 pm vergrößert ist.
    4-. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Spiele durch. Veränderung der Dicken der halbkreisförmigen Gleitlagerschalen verändert sind, während die Durchmesser von anliegenden Teilen der Kurbelwelle auf einem konstanten Wert gehalten oder die Durchmesser der anliegenden· Teile der Kurbelwelle verändert sind, während die Dicken der halbkreisförmigen Gl ei ti ag er sch al en auf einem konstanten Wert gehalten sind.
    5- Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide halbkreisförmigen Lagerschalen des Gleitlagers3halenpaares mit Schmiernuten versehen sind und daß eine Haltenase, die in die Aussparung des Lagergehäuses eingepaßt iot, an der Rückseite einer Schmiernut wenigstens desjenigen Gleitlagers, das ein relativ großes Spiel hat, gebildet ist.
    6. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Seite eines Paares von halbkreisförmigen Gleitlagerschalen mit einer Schmiernut wenigstens in demjenigen Gleitlager, das ein relativ großes Spiel hat, versehen ist.
    7. Lagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltenase, die in die Aussparung des Lagergehäuses eingepaßt ist, an der Rückseite der Schmiernut gebildet ist»
    8. Lagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltenase, die in die Aussparung üss Lagergehäuses eingepaßt ist, in derjenigen Position gebildet ist, die sich, betrachtet in Richtung der Welle, von der Schmiernut unterscheidet.
    809820/091S
    28A9790
    9- Lagerung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltenase, die an der mit einer Schmiernut versehenen halbkreisförmigen Gleitlagerschale gebildet ist, und die Haltenase, die an der anderen, keine Schmiernut aufweisenden halbkreisförmigen Gleitlagerschale gebildet ist, in bezug auf die Mitte in Richtung der Breite des Lagers symmetrisch angeordnet sind.
    10. Lagerung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiernut in dem Mittelteil, beti'achtet in Richtung der Breite des Lagers, angeordnet ist.
    11. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß beide halbkreisförmigen Gleitlagerschalen eines Paares nicht mit einer Schmiernut versehen sind und daß die Haltenasen, die in die Aussparungen des Lagergehäuses eingepaßt sind, in dem Mittelteil in Richtung der Breite des Lagers angeordnet sind.
    909820/0916
DE2849790A 1977-11-16 1978-11-16 Lagerausbildung für die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors Expired DE2849790C2 (de)

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