EP2177723A1

EP2177723A1 - Stösselführung

Info

Publication number: EP2177723A1
Application number: EP09012853A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Kathrein
Original assignee: GE Jenbacher GmbH and Co OHG
Current assignee: Innio Jenbacher GmbH and Co OG
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2010-04-21

Abstract

Stösselführungselement (1), welches im Kurbelgehäuse (2) einer Brennkraftmaschine anordenbar ist, mit zumindest einer Bohrung (3) für zumindest einen Ventilstössel, gekennzeichnet durch einen integrierten Ölkanal (4, 15, 17).

Description

Die Erfindung betrifft ein Stösselführungselement, welches im Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine anordenbar ist, mit zumindest einer Bohrung für einen Stössel vorgesehen ist, Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine umfassend ein Kurbelgehäuse, eine Nockenwelle und ein Stösselführungselement.
Leistungsstarke Brennkraftmaschinen, die z.B. für den Betrieb eines Generators eingesetzt werden, weisen regelmäßig eine hohe Zylinderzahl und große Hubräume auf. Dementsprechend sind auch die eingesetzten Nockenwellen und Kurbelgehäuse von ausgedehnter Dimension. Sowohl in der Fertigung, Reinigung als auch im Zusammenbau und in der Wartung solcher Brennkraftmaschinen gelangt man zusehends an Grenzen hinsichtlich der eingesetzten Materialien und der verwendeten Werkzeuge. Daher ist man dazu übergegangen, bestimmte Bauteile wie z.B. Stösselführungselemente für Stössel gesondert auszubilden. Verwiesen sei exemplarisch auf die DE 1 272 623 B in der eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine gezeigt ist. Für den Zusammenbau bedeutet eine solche Ausgestaltung bereits erhebliche Vorteile.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Gas-Ottomotoren, mit beispielsweise zwölf oder mehr Zylindern und großen Hubräumen, sind die bekannten Lösungen allerdings immer noch nicht zufriedenstellend. Die bekannten Lösungen weisen einen komplexen Aufbau auf und sind von hohem Fertigungsaufwand. Daher sind diese Lösungen sowohl beim Zusammenbau als auch bei der Reinigung anfällig für Schmutzeintrag.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Stösselführungselement bzw. eine Brennkraftmaschine der jeweils eingangs genannten Gattung bereitzustellen, bei denen die Fertigung des Stösselführungselementes, die Reinigung und der Einbau des Stösselführungselementes in die Brennkraftmaschine erleichtert sind und bei denen die Wartung vereinfacht sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Stösselführungselement, welches im Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine anordenbar ist, mit zumindest einer Bohrung für zumindest einen Stössel, gelöst durch einen integrierten Ölkanal. Der Ölkanal ist dabei in das Stösselführungselement integriert und nicht gesondert ausgebildet, sodass die Fertigung erleichtert ist, da kein gesonderter Versorgungskanal in die Brennkraftmaschine integriert werden muss. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Stösselführungselement monolitisch ausgebildet ist, d.h. dass es im Wesentlichen aus einem einzigen Werkstück gefertigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Ölkanal einen Hauptkanal, der durch das Stösselführungselement verläuft und zumindest eine vom Hauptkanal abzweigende Verteilerleitung aufweist, über die beispielsweise, das Nockenwellenlager, das Hauptlager, die Stössel usw. mit Öl versorgbar sind. In der Praxis bedeutet dies, dass durch das Stösselführungselement ein Ölkanal hindurch verläuft, der im Inneren des Stösselführungselementes Abzweigungen aufweist und so Öl aus einem Ölreservoir verteilen kann. Bevorzugt wird das Lager für die Nockenwelle mit Öl versorgt. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Stössel über Verteilerleitungen mit Öl versorgbar sind. In diesem Fall übernimmt das Stösselführungselement die Ölversorgung von Nockenwellenlager und Stössel. Idealerweise überschneiden sich der Ölkanal (bzw. der Hauptkanal) und die Stösselbohrung, sodass keine separate Verbindungsbohrung erforderlich ist.
Das Stösselführungselement kann in einem Ausführungsbeispiel eine Verdrehsicherung aufweisen und so die zusätzliche Funktion übernehmen, die Verdrehung der Stössel, die aufgrund der Rotation der Nockenwelle und der durch die Nocken der Nockenwelle auf die Ventile ausgeübten Scherkräfte auftreten können, weitestgehend zu unterbinden. Dies ist bei sogenannten Rollenstössel günstig. Bei sogenannten Tassenstössel ist eine Drehung jedoch in der Regel erwünscht, sodass meistens keine Verdrehsicherung vorgesehen ist. ,
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Kurbelgehäuse, eine Nockenwelle und ein Stösselelement der vorgenannten Art gelöst.
Im einfachsten Fall weist das Kurbelgehäuse im Bereich der Nockenwelle eine Ausnehmung auf, in die die Nockenwelle eingesetzt wird. Anschließend kann das Stösselführungselement aufgesetzt werden und mit dem Kurbelgehäuse verbunden werden. Hierfür sind günstiger Weise entsprechende Kontaktflächen vorgesehen, um das Kurbelgehäuse mit dem Stösselführungselement verbinden zu können. Mit Positionierelementen kann das Stösselführungselement am Kurbelgehäuse befestigt werden. Weiters kann vorgesehen sein, dass das Stösselführungselement gemeinsam mit dem Kurbelgehäuse ein Lager für die Nockenwelle bildet.
Um die Fertigung noch weiter zu erleichtern, können mehrere Stösselführungselemente vorgesehen sein, im einfachsten Fall zumindest zwei. In Abhängigkeit von der Zylinderzahl des Motors kann beispielsweise pro zwei Zylinder ein Stösselführungselement vorgesehen sein. Bei einer Brennkraftmaschine mit 16 Zylindern wären somit acht Stösselführungselemente, d.h., n/2 (mit n = Zylinderzahl) vorgesehen. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung besteht einerseits darin, dass nach dem Einbringen der Nockenwelle in das Kurbelgehäuse, das Gegenstück zur Ausbildung des Lagers für die Nockenwelle nicht mehr die gesamte Länge des Lagers aufweisen muss, sondern, dass das Lager aus einzelnen Modulen mit jeweils einer Länge eines Stösselführungselementes ausgebildet ist. Andererseits ist die Fertigung kürzerer Stösselführungen einfacher, da die Bohrungen für den Ölkanal kürzer sind und kleinere Bearbeitungsmaschinen verwendet werden können. Schließlich kann bei einem Defekt das jeweilige Modul, d.h. ein einzelnes Stösselfiührungselement ausgetauscht werden. Es muss also nicht mehr die gesamte Stösselführung ausgetauscht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann weiters vorgesehen sein, dass zwischen den zumindest zwei Stösselführungselementen ein Dichtelement angeordnet ist. Solche Dichtelemente ermöglichen es, dass kleinere Schwankungen in der Länge des Stösselführungselements aufgrund von Temperaturschwankungen oder von kleineren Fertigungsschwankungen ausgeglichen werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Stösselführungselemente einen gemeinsamen Ölkanal bilden, sodass die Stässelführungselemente von Öl durchströmbar sind. Weiters kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Stösselführungselement und dass das Kurbelgehäuse an korrespondierenden Kontaktflächen zumindest bereichsweise in Berührung stehen, wobei das zumindest eine Stösselement und das Kurbelgehäuse über lösbar befestigbare Befestigungselemente miteinander verbunden sind. Die Befestigungselemente können gleichzeitig als Positionierelemente ausgebildet sein und die Funktion der Positionierung und Zentrierung übernehmen. Im einfachsten Fall sind die Befestigungselemente ausgewählt aus der Gruppe Bolzen, Schrauben, Stifte, Kiemmen, Federn oder Kombinationen daraus. Bevorzugt werden Passstifte verwendet.
Im günstigsten Fall ist die Brennkraftmaschine eine Hubkolbenmaschine mit Kolben in V-Anordnung, da so das Stösselführungselement auf einfache Weise in der Mitte des Kurbelgehäuses anordenbar ist und die Bohrungen und allfällige Ölverteilerleitungen für die Stössel besonders einfach gestaltbar sind.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine stationäre Brennkraftmaschine, vorzugsweise einen Gas-Otto-Motor. Bevorzugt weißt die Brennkraftmaschine zumindest acht, vorzugsweise zumindest zwölf, besonders bevorzugt mindestens sechzehn Zylinder auf.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine stationäre Kraftanlage, umfassend eine Brennkraftmaschine der vorgenannten Art mit Stösselführungselement und einen Generator, wobei der Generator von der Brennkraftmaschine betreibbar ist.
Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren und Figurenbeschreibungen erläutert.
Es zeigen

Fig. 1: ein Kurbelgehäuse mit Nockenwelle und Stösselführungselement in axonometrischer Darstellung, teilweise in Explosionsdarstellung
Fig. 2: eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1
Fig. 3: einen Querschnitt entlang der Ebene senkrecht zur Achse J von Fig. 2
Fig. 4: einen Schnitt entlang der Flächen B-B gemäß Fig. 2
Fig. 5: eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsvariante einer Anordnung aus Stösselführungselement und Kurbelgehäuse
Fig. 6: einen Schnitt durch die Fläche A-A gemäß Fig. 5
Fig. 7: einen Schnitt durch die Flächen B-B gemäß Fig. 5.

In der Fig. 1 ist in einer axonometrischen Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse 2, Nockenwelle 5 und Stösselführungselement 1 dargestellt. Auf die Darstellung der übrigen Bestandteile der Brennkraftmaschine wurde aus Übersichtsgründen verzichtet, da diese nach Stand der Technik ausgebildet sein können. Das Ausführungsbeispiel entspricht einer Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise. Die Zylinderausnehmungen 10 für insgesamt vier Zylinder sind erkennbar. Die Brennkraftmaschine ist hier nur verkürzt mit vier Zylindern dargestellt, die übrigen Zylinder (bevorzugt zumindest acht) sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Zylinder der Brennkraftmaschine sind in V-Anordnung angeordnet, sodass die Nockenwelle 5 praktisch in der Mitte der Brennkraftmaschine zum liegen kommt. Die Nockenwelle 5 weist wie an sich bekannt einzelne Nocken 8', 8", 8"' auf, die in Rotationsrichtung der Nockenwelle versetzt zueinander angeordnet sind. Die Nocken 8', 8", 8"' betätigen in Kombination mit einer Rückstellfeder das jeweilige Ventil. Die Ventile sind der Einfachheit halber allerdings nicht dargestellt.
Das Kurbelgehäuse 2 weist eine Ausnehmung 9 auf, sodass die Nockenwelle 5 in axialer Richtung R in das Kurbelgehäuse 2 eingesetzt werden kann. Im Kurbelgehäuse 2 ist eine Art Rinne vorgesehen, in die eine (nicht gezeigte) Büchse eingesetzt wird, die die eingebrachte Nockenwelle 5 umgibt. Das erfindungsgemäße Stösselführungselement 1 ist in Explosionsdarstellung oberhalb des Kurbelgehäuses 2 aus Übersichtsgründen angeordnet. Für den Zusammenbau wird das Stösselführungselement 1 durch eine Öffnung 11 in das Kurbelgehäuse 2 eingeführt und auf die Nockenwelle 5 aufgesetzt. Vorher wird noch eine Buchse (nicht gezeigt) eingesetzt, die das Nockenwellenlager umgibt. (Theoretisch könnte man auch auf die Buchse verzichten, sodass das Stösselführungselement 1 gemeinsam mit dem Kurbelgehäuse 2 ein Lager für die Nockenwelle 5 bildet.) Das Stösselführungselement 1 weist mehrere Bohrungen 3 auf (in der Fig. 1 sind zwei Bohrungen sichtbar). In die Bohrungen 3 sind die Stössel der Ventile einsetzbar. Mittels Kontaktflächen 13 am Kurbelgehäuse und Kontaktflächen 12 am Stösselführungselement 1 kann dieses passgenau auf das Kurbelgehäuse 2 aufgesetzt werden. Positionierelemente 7 dienen dazu, das Stösselführungselement 1 am Kurbelgehäuse 2 zu positionieren und fixieren. In das Stösselführungselement 1 ist ein Ölkanal 4 integriert. Vom Ölkanal 4 führt eine Verteilerleitung 15 direkt zum Lager der Nockenwelle 5, sodass das Lager mit Öl versorgt wird. Dichtelemente 16 dichten den Ölkanal 4 der einzelnen Stösselführungselemente 1 von der Umgebung, von austretendem Öl ab. Über die Verteilerleitungen 15 die als Bohrungen ausgebildet sind, erfolgt die Ölversorgung der Nockenwellenlager über den Hauptkanal 4, der durch die einzelnen Stösseiführungselemente 1 verläuft. Das gesamte Stösselführungselement 1 ist monolitisch ausgebildet. Zusätzlich ist eine Verdrehsicherung 14 vorgesehen, die in der Darstellung an der Nockenwelle 5 angeordnet ist, die verhindert, dass sich die Stössel bei Rotation der Nockenwelle 5 verdrehen.
In der Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1 im zusammengebauten Zustand gezeigt. Es ist erkennbar, dass zwei Stösselführungselemente 1 nacheinander im Kurbelgehäuse 2 angeordnet sind, die einen gemeinsamen Ölkanal 4 bilden. Zwischen den Stösselführungselementen 1 ist ein (in Fig. 1 dargestelltes) Dichtelement 6 vorgesehen, das im Ausführungsbeispiel als O-Ring ausgebildet ist. Durch ein solches Dichtelement 6 kann eine geometrische Überstimmung zwischen den einzelnen Stösselführungselementen 1 vermieden werden. In der Fig. 2 ist die V-Anordnung der Zylinder erkennbar. Erkennbar ist außerdem, dass pro Stösselführungselement 1 zumindest eine Bohrung 3 für die Stössel der Einlassventile und zumindest eine Bohrung 3 für die Stössel der Auslassventile vorgesehen sind. Da ein Stösselführungselement 1 für zwei Zylinder vorgesehen ist, sind also zwei Bohrungen (jeweils eine pro Zylinder) für die Stössel der Einlassventile und zwei Bohrungen für die Stössel der Auslassventile vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist als ein Stösselführungselement 1 für zwei V-förmig angeordnete Zylinder vorgesehen und weist für die jeweiligen Einlassventile und Auslassventile V-förmig angeordnete Bohrungen 3 für die Stössel auf. Die übrigen Teile sind bereits zu Fig. 1 beschrieben und daher für die Fig. 2 bis 7 nicht noch einmal im Detail erörtert.
In der Fig. 3 in Querschnitt, enlang des Ausschnittes B-B der Fig. 2 der Ölkanal 4 deutlich erkennbar, der durch beide Stösselführungselemente 1 verläuft. Zwischen den Stösselführungselementen 1 ist das Dichtelement 6 erkennbar. Zusätzlich sind die Verteilerleitungen 17 erkennbar, die als Bohrungen ausgebildet sind und die Ölzufuhr zu den Stössel gewährleisten. In der Darstellung der Fig. 4 ist ersichtlich, wie das Stösselführungselement 1 mittels der Positionier- und Fixierelementen 7 in der Form von Bolzen über die Kontaktflächen 12 und 13 passgenau auf dem Kurbelgehäuse 2 platziert und fixiert ist und so in Kombination mit der nicht gezeigten Buchse das Lager 20 für die Nockenwelle 5 bildet.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des Stösselführungselements 1, das in einem Kurbelgehäuse 2 untergebracht ist. Das Stösselführungselement 1 unterscheidet sich nur unwesentlich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4. In dieser Ausführungsvariante sind die Verteilerleitungen 17 in der Form von Bohrungen deutlicher erkennbar, die die Stössel bzw. Ventile mit Öl versorgen. Ansonsten entspricht der Aufbau dem Ausführungsbeispiel der vorherigen Figuren.
Die Fig. 6 zeigt den Schnitt entlang der Ebene A-A, wobei hier noch einmal die Verteilerleitungen 15 für die Nockenwellenlager 20 besser ersichtlich sind. Der Ölfluss ist mit Pfeilen markiert.
In der Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang B - B der Fig. 5 gezeigt. Diese Darstellung zeigt den Ölfluss im Ölkanal. Vom Hauptölkanal 4 ist der Fluss über die Querbohrungen 17 zu den Stösselbohrungen 3 gezeigt. Weiters ist der Fluss vom Hauptölkanal 4 vertikal nach unten zum Nockenwellenlager und von dort weiter zu den Hauptlagern 30 gezeigt.

Claims

Stösselführungselement (1), welches im Kurbelgehäuse (2) einer Brennkraftmaschine anordenbar ist, mit zumindest einer Bohrung (3) für zumindest einen Ventilstössel, gekennzeichnet durch einen integrierten Ölkanal (4, 15, 17).
Stösselführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölkanal (4, 15, 17) einen Hauptkanal (4), der durch das Stösselführungselement (1) verläuft und zumindest eine vom Hauptkanal (4) abzweigende Verteilerleitung (15, 17) aufweist.
Stösselführungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es monolitisch ausgebildet ist.
Stösselführungselement nach einen der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verdrehsicherung (14) für die Ventilstössel.
Stösselführungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es im eingebauten Zustand mit dem Kurbelgehäuse (2) ein Lager für eine Nockenwelle (5) bildet.
Stösseiführungselment nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager für die Nockenwelle (5) über den Ölkanal (4, 15, 17), vorzugsweise eine abzweigende Verteilerleitung (15, 17), mit Öl versorgbar ist,
Stösseiführungselement nach einem der Ansprüche 1 bi 6, dadurch gekennzeichnet, dass es im eingebauten Zustand zumindest ein Ventil der Brennkraftmaschine über den Ölkanal, vorzugsweise über eine Verteilerleitung (15, 17), mit Öl versorgbar ist.
Brennkraftmaschine umfassend ein Kurbelgehäuse (2), eine Nockenwelle (5) und ein Stösselführungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stösselführungselement (1) gemeinsam mit dem Kurbelgehäuse (2) ein Lager für die Nockenwelle (5) bildet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Stösselführungselemente (1), die nacheinander angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Stösselführungselemente (1) einen gemeinsamen Ölkanal bilden.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zumindest zwei Stösselführungselementen (1) ein Dichtelement (6) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Stösselführungselement (1) und dass das Kurbelgehäuse (2) an korrespondierenden Kontaktflächen zumindest bereichsweise in Berührung stehen, wobei das zumindest eine Stösselführungselement (1) und das Kurbelgehäuse (2) über lösbar befestigbare Befestigungselemente miteinander verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (7) als Positionierelemente ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente ausgewählt sind aus der Gruppe Bolzen, Schrauben, Stifte, Klemmen, Federn oder Kombinationen daraus.
Stationäre Kraftanlage, umfassend eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 15 und einen Generator, wobei der Generator von der Brennkraftmaschine betreibbar ist.