Zylinderkopf-Kühlsystem für ein Motorrad

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorkühlsysteme und besonders auf Zylinderkopf-Kühlsysteme für luftgekühlte Motoren von Motorrädern.

Während des Betriebs erzeugen Verbrennungsvorgänge in Motoren von Motorrädern Hitze, welche die Behaglichkeit des Fahrers beeinträchtigen können. In luftgekühlten Motoren wird Wärme gewöhnlich über Kühlrippen an die Atmosphäre abgeführt, die sich von Zylindern und Zylinderkopfbauteilen des Motors erstrecken. Die Kühlrippen sind beim Abführen der Wärme vom Motor äußerst wirksam, wenn sich das Motorrad bei relativ hohen Geschwindigkeiten bewegt. In Ruhestellung und bei niedrigen Geschwindigkeiten sind die Kühlrippen weniger wirksam, wodurch sich die Temperatur der Zylinderkopfbauteile, die sich gewöhnlich in unmittelbarer Nähe des Fahrers befinden, erhöht. Manche Motorräder verwenden ein Gebläse, um Luft entlang der Kühlrippen an den Seiten der Zylinder und der Zylinderkopfbauteile zu saugen, um das Abführen der Wärme von dem Motor im Zustand von Ruhe und niedriger Geschwindigkeit zu fördern.

Eine Bauweise der Erfindung richtet sich auf ein Motorrad, das einen Rahmen und eine Motor- und Getriebebaugruppe, die mit dem Rahmen verbunden ist, umfasst. Die Motor- und Getriebebaugruppe umfasst zumindest eine Zylinderkopfbaugruppe, die einen Kühlanschluss besitzt und einen Kühldurchgang festlegt, der sich in Fluidaustausch mit dem Kühlanschluss befindet und durch mindestens einen Teil der Zylinderkopfbaugruppe führt. Das Motorrad umfasst auch einen Kanal, der mit dem Kühlanschluss verbunden ist, und ein Gebläse, das sich in Fluidaustausch mit dem Kanal befindet und mit einer Betriebsgeschwindigkeit arbeiten kann, bei der Luft aus dem Kühldurchgang gesaugt wird und Luft durch den Kühlanschluss und durch den Kanal bewegt wird.

Eine andere Bauweise der Erfindung richtet sich auf ein Motorrad, das einen Rahmen enthält, der einen Hohlabschnitt aufweist, der ein Innenvolumen bestimmt und eine Rahmeneinlassöffnung und einen Rahmenauslass in Fluidaustausch mit dem Innenvolumen besitzt. Das Motorrad umfasst auch eine mit dem Rahmen verbundene Motor- und Getriebebaugruppe. Die Motor- und Getriebebaugruppe umfasst zumindest eine Zylinderkopfbaugruppe, die einen Kühlanschluss besitzt und einen Kühldurchgang festlegt, der durch mindestens einen Teil der Zylinderkopfbaugruppe führt. Ein Gebläse befindet sich in Fluidaustausch mit dem Kühldurchgang und kann bei einer Betriebsgeschwindigkeit arbeiten, bei der Luft aus dem Kühldurchgang gesaugt und durch den Kühlanschluss, die Rahmeneinlassöffnung, das Innenvolumen und den Rahmenauslass bewegt wird.

Eine weitere Bauweise der Erfindung richtet sich auf ein Motorrad, das einen Rahmen umfasst, der einen Lenkkopf und einen hohlen Zentralträgerabschnitt aufweist, der mit dem Lenkkopf verbunden ist und sich vom Lenkkopf nach hinten erstreckt. Der hohle Zentralträgerabschnitt bestimmt ein Innenvolumen und umfasst eine vordere Rahmeneinlassöffnung, eine vordere Rahmeneinlassöffnung und einen mit dem Innenvolumen in Fluidaustausch befindlichen Rahmenauslass. Das Motorrad umfasst auch eine Motor- und Getriebebaugruppe, die mit dem Rahmen verbunden ist und einen Verbrennungsmotor vom V-Typ enthält, der vordere und vordere Zylinderkopfbaugruppen besitzt. Die vordere Zylinderkopfbaugruppe umfasst einen vorderen Kühlanschluss und legt einen vorderen Kühldurchgang fest, der sich in Fluidaustausch mit dem vorderen Kühlanschluss befindet und durch mindestens einen Teil der vorderen Zylinderkopfbaugruppe führt. Die vordere Zylinderkopfbaugruppe umfasst einen vorderen Kühlanschluss und legt einen vorderen Kühldurchgang fest, der sich in Fluidaustausch mit dem vorderen Kühlanschluss befindet und durch mindestens einen Teil der vorderen Zylinderkopfbaugruppe führt. Ein hinterer Kanal verbindet den hinteren Kühlanschluss und die hintere Rahmeneinlassöffnung, und ein vorderer Kanal verbindet den vorderen Kühlanschluss mit der vorderen Rahmeneinlassöffnung. Den vorderen und hinteren Zylinderkopfbaugruppen nachgeschaltet ist ein Gebläse angeordnet. Das Gebläse kann bei einer Betriebsgeschwindigkeit arbeiten, bei der Luft aus dem hinteren Kühldurchgang gesaugt und Luft durch den hinteren Kühlanschluss, durch den hinteren Kanal, durch die hintere Rahmeneinlassöffnung, durch das Innenvolumen und durch den Rahmenauslass stromabwärts gerichtet bewegt wird. Das Gebläse kann auch mit der Betriebsgeschwindigkeit arbeiten, bei der Luft aus dem vorderen Kühldurchgang gesaugt und Luft durch den vorderen Kühlanschluss, durch den vorderen Kanal, durch die vordere Rahmeneinlassöffnung, durch das Innenvolumen und durch den Rahmenauslass bewegt wird.

Andere Aspekte der Erfindung werden durch Betrachtung der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen deutlich.

1 ist eine Seitenansicht eines Motorrads nach einer Bauart der Erfindung.

2 ist eine vergrößerte, teilweise ausgeschnittene Seitenansicht von Teilen des in 1 gezeigten Motorrads.

3 ist eine vergrößerte Ansicht einer hinteren Zylinderkopfbaugruppe des in 2 gezeigten Motorrads.

4 ist eine vergrößerte Ansicht eines vorderen Zylinderkopfs des in 2 gezeigten Motorrads.

5 ist eine ausgeschnittene Seitenansicht von Teilen des Motorrads nach einer anderen Bauart der Erfindung.

Vor der genauen Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung muss klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Bauweise und die Anordnung der Bauteile beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt werden. Die Erfindung kann in anderen Ausführungsformen bestehen und auf verschiedenen Wegen betrieben oder ausgeführt werden. Auch sollte klar sein, dass die hier benutzte Ausdrucksweise und die verwendeten Fachbegriffe nur dem Zweck der Beschreibung dienen und nicht als einengend zu verstehen sind. Die Verwendung von Verben wie ”einschließen”, ”umfassen” oder ”aufweisen” und Varianten davon sind hier so gemeint, dass sie die nach ihnen aufgelisteten Begriffe, Entsprechungen davon wie auch zusätzliche Begriffe umschließen. Wenn nicht anders bestimmt oder eingeschränkt werden die Begriffe ”befestigt”, ”verbunden”, ”gehalten”, ”gekoppelt” und Varianten davon in ihrem weitesten Sinne benutzt und umspannen sowohl direkte wie indirekte Befestigungen, Verbindungen, Halterungen und Kopplungen. Ferner sind ”verbunden” und ”gekoppelt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen und Kopplungen beschränkt.

1 stellt ein Motorrad 10 dar, das einen Rahmen 12 und eine Motor- und Getriebebaugruppe 14 umfasst, die mit dem Rahmen 12 verbunden ist. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Rahmen 12 einen Lenkkopf 16 und einen Zentralträger 18, der sich vom Lenkkopf 16 nach hinten erstreckt. Der Zentralträger 18 ist ein Hohlabschnitt des Rahmens 12 und bestimmt einen inneren Hohlraum 20. Der Zentralträger 18 umfasst eine vordere Rahmeneinlassöffnung 22 und eine hintere Rahmeneinlassöffnung 24, die hinter der vorderen Rahmeneinlassöffnung 22 angeordnet ist. Die vordere und hintere Rahmeneinlassöffnung 22, 24 befinden sich in Fluidaustausch mit dem inneren Hohlraum 20. Der Rahmen 12 umfasst auch einen Rahmenauslass 26 in Fluidaustausch mit dem inneren Hohlraum 20.

Mit Bezug auf 1 umfasst das Motorrad 10 eine Lenkbaugruppe 28, die schwenkbar mit dem Lenkkopf 16 verbunden ist, und ein Vorderrad 30, das drehbar an der Lenkbaugruppe 28 befestigt ist. Das Motorrad 10 umfasst ein Hinterrad 32, das drehbar mit einem hinteren Abschnitt des Rahmens 12 verbunden ist. Vorder- und Hinterrad 30, 32 tragen das Motorrad 10 auf einer Fahrfläche 34. Die Motor- und Getriebebaugruppe 14 ist betriebsbereit so mit dem Hinterrad 32 verbunden, dass sie das Hinterrad 32 drehen und das Motorrad 10 vorwärts bewegen kann. Die Lenkbaugruppe 28 wird geschwenkt, um das Motorrad 10 zu lenken, wenn es sich in Bewegung befindet.

Mit Bezug zu 2 umfasst die Motor- und Getriebebaugruppe 14 einen Motor 36 mit einem Kurbelgehäuse 38, einer vorderen Zylinderbaugruppe 40, die sich vom Kurbelgehäuse 38 nach oben und nach vorn erstreckt, und eine hintere Zylinderbaugruppe 42, die sich vom Kurbelgehäuse 38 nach oben und nach hinten erstreckt. Die vordere und die hintere Zylinderbaugruppe 40, 42 sind so zueinander angeordnet, dass sie einen Motor der Bauweise ”V-Twin” festlegen. In dem dargestellten Motor in ”V-Twin”-Bauweise sind die Zylinderbaugruppen 40, 42 zueinander in einem Winkel von 45° angeordnet.

Die vordere und hintere Zylinderbaugruppe 40, 42 sind im Wesentlichen Spiegelbilder von einander, und daher wird hauptsächlich die Bauweise der hinteren Zylinderbaugruppe 42 im Detail beschrieben. Die Bauweise der vorderen Zylinderbaugruppe 40 wird durch Bezugszeichen gekennzeichnet, die den Bezugsbuchstaben ”A” enthalten. Die entsprechende Bauweise der hinteren Zylinderbaugruppe 42 wird durch entsprechende Bezugszeichen gekennzeichnet, die den Bezugsbuchstaben ”B” enthalten.

Die hintere Zylinderbaugruppe 42 umfasst einen Zylinder 44B und eine Zylinderkopfbaugruppe 46B, die mit einem oberen Ende (d. h. dem Deckel) des Zylinders 44B verbunden ist. Der Zylinder 44B umfasst äußere Kühlrippen und legt innen eine Zylinderbohrung (nicht dargestellt) fest, die einen Kolben (nicht dargestellt) aufnimmt.

Die Zylinderkopfbaugruppe 46B umfasst einen Zylinderkopf 48B und ein Kipphebelgehäuse 50B, das mit der Oberseite des Zylinderkopfs 48B verbunden ist. Der Zylinderkopf 48B umfasst äußere Kühlrippen und verschließt die Zylinderbohrung, um mit der Zylinderbohrung und dem Kolben eine Brennkammer (nicht dargestellt) zu bilden. Der Zylinderkopf 48B umfasst einen Abgasdurchgang (nicht dargestellt) und ein Abgasventil (nicht dargestellt), das sich bewegen kann, um wahlweise die Brennkammer zum Abgasdurchgang zu öffnen, damit Abgase aus der Brennkammer entweichen können. Der Zylinderkopf 48B umfasst auch einen Ansaugdurchgang (nicht dargestellt) und ein Ansaugventil (nicht dargestellt), das sich bewegen kann, um wahlweise die Brennkammer zum Ansaugdurchgang zu öffnen, damit Luft und/oder Kraftstoff in die Brennkammer angesaugt werden kann.

Das Kipphebelgehäuse 50B umfasst eine Grundplatte 52B, die mit dem Oberteil des Zylinderkopfs 48B verbunden ist, und eine Abdeckung 54B, die mit der Grundplatte 52B so verbunden ist, dass die Abdeckung 54B und die Grundplatte 52B eine Kipphebelkammer 56B bilden. Innerhalb der Kipphebelkammer 56B sind Kipphebel (nicht dargestellt) schwenkbar gehalten, um die Ansaug- und Abgasventile in Reaktion auf Bewegung von Stößeistangen (nicht dargestellt) des Motors und Drehung von Nockenwellen (nicht dargestellt) des Motors zu betätigen.

Der Kolben bewegt sich innerhalb der Zylinderbohrung in zeitlicher Zuordnung zu den Ventilen, um vor einem Verbrennungsvorgang vom Ansaugdurchgang empfangenen Kraftstoff und empfangene Luft zu verdichten und um nach dem Verbrennungsvorgang die Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer und durch den Abgasdurchgang auszustoßen.

Mit Bezug zu 2 und 3 bestimmt der Zylinderkopf 48B einen ersten Kühldurchgang 58B, der sich in Längsrichtung (d. h. von vorn nach hinten) des Motorrad 10 erstreckt. Insbesondere der erste Kühldurchgang 58B erstreckt sich von der Vorderseite des Zylinderkopfs 48B zur Rückseite des Zylinderkopfs 48B zwischen einem Seitenabschnitt des Zylinderkopfs 48B, der die oberen Enden der Stößelstange beherbergt, und einem gegenüberliegenden Seitenabschnitt, der die oberen Enden der Einsaug- und Abgasventile aufnimmt. Der erste Kühldurchgang 58B ist ein geschlossener Durchgang und wird oben durch die Bodenfläche der Grundplatte 52B und unten durch die obere Fläche des Zylinderkopfs 48B eingeschlossen. Die obere Fläche des Zylinderkopfs 48B umfasst entlang der Ausdehnung des ersten Durchgangs 58B sich aufwärts erstreckende Kühlrippen 60B. 4 stellt den ersten und den zweiten Durchgang 58A, 62A an der Vorderseite des Zylinderkopfs 48A heraus.

Mit Rückblick auf 2 und 3 legt Zylinderkopf 48B auch einen zweiten Kühlkanal 62B fest, der sich in Querrichtung (d. h. von Seite zu Seite) des Motorrads 10 erstreckt. Der zweite Kühldurchgang 62B kreuzt nämlich den und ist im Allgemeinen senkrecht zu dem ersten Kühldurchgang 58B. Der zweite Kühldurchgang 62B erstreckt sich von einer Seite der Öffnung des Zylinderkopfs 48B ungefähr zwischen den Stößelstangen zur gegenüber liegenden Seite des Zylinderkopfs 48B. Der zweite Kühldurchgang 62B befindet sich näher am Zylinder 44B (d. h. tiefer) als der erste Kühldurchgang 58B, der näher am Kipphebelgehäuse 50B (d. h. höher) ist.

Das Kipphebelgehäuse 50B bestimmt eine mittig angeordnete Öffnung, die als Kamin bezeichnet wird. Der Kamin ist ein dritter Kühldurchgang 64B, der sich in die allgemein vertikale Richtung erstreckt. Speziell der dritte Kühldurchgang 64B kreuzt den ersten und den zweiten Kühldurchgang 58B, 62B und erstreckt sich dann aufwärts durch den Mittelteil des Kipphebelgehäuses 50B. Die Abdeckung 54B umfasst einen Kühlanschluss 66B in Fluidaustausch mit dem dritten Kühldurchgang 64B. Der Kühlanschluss 66B umfasst einen sich nach außen ausdehnenden Flansch 68B.

Das Motorrad 10 umfasst einen vorderen Kanal 70A, der zwischen dem Kühlanschluss 66A und der vorderen Rahmeneinlassöffnung 22 angeordnet ist, sowie einen hinteren Kanal 70B, der den Kühlanschluss 66B mit der hinteren Rahmeneinlassöffnung 24 verbindet. Die vorderen und hinteren Kanäle 70A, 70B sind nachgiebige Gummimanschetten. Bei anderen Bauweisen können die Kanäle 70A, 70B irgendeine Art von steifem oder beweglichem Rohr sein. Jeder der Kanäle 70A, 70B weist an einem Ende eine innere ringförmige Nut 72A, 72B auf, die den ringförmigen Flansch 68A, 68B des entsprechenden Kühlanschlusses 66A, 66B aufnimmt, und enthält an dem anderen Ende eine äußere ringförmige Nut 74A, 74B, die einen ringförmigen Teil des Zentralträgers aufnimmt, der die entsprechende Rahmeneinlassöffnung 22, 24 umschließt.

Dadurch entstehen abgedichtete Leitungen von den Kühlanschlüssen 66A, 66B zu den Rahmeneinlassöffnungen 22, 24.

Das Motorrad 10 umfasst ein Gebläse 76, das nachgeschaltet zu den Zylinderkopfbaugruppen 46A, 46B angeordnet und an dem Rahmen 12 befestigt ist. Ein Verlängerungsrohr 78 ist an einem Ende mit dem nachgeschalteten Ende des Gebläses 76 und am gegenüber liegenden Ende mit einem Schmutzabweiser 80 verbunden, der so an das Hinterrad 32 angrenzt, dass das Verlängerungsrohr 78 zu einer Öffnung 82 im Schmutzabweiser 80 ausgerichtet ist. Bei anderen Bauweisen kann das Gebläse 76 irgendwo entlang des Luftstromwegs zwischen den Zylinderkopfbaugruppen 46A, 46B und dem Bereich angeordnet sein, wo die Luft zum Hinterrad 32 ausgestoßen wird.

Das Gebläse 76 ist elektrisch an eine Steuereinheit 84 des Motorrads 10 angeschlossen und kann automatisch mit einer Betriebsgeschwindigkeit arbeiten, bei der Luft aus dem ersten, zweiten und dritten Kühldurchgang 58A, 62A, 64A gesaugt und Luft durch den vorderen Kühlanschluss 66A, durch den vorderen Kanal 70A, die vordere Rahmeneinlassöffnung 22 und in den inneren Hohlraum 20 bewegt wird. Ferner kann das Gebläse 76 mit der Betriebsgeschwindigkeit arbeiten, bei der Luft aus dem ersten, zweiten und dritten Kühldurchgang 58B, 62B, 64B gesaugt und Luft durch den hinteren Kühlanschluss 66B, durch den hinteren Kanal 70B, die hintere Rahmeneinlassöffnung 24 und in den inneren Hohlraum 20 bewegt wird. Das Gebläse 76 saugt dann Luft aus dem inneren Hohlraum 20 und stößt Luft in einer nachgeordneten Richtung des Gebläses 76 durch den Rahmenauslass 26, das Verlängerungsrohr 78 und die Öffnung 82 des Schmutzabweisers 80 zum Hinterrad 32 hin aus. Wie hier erläutert, bezieht sich die Betriebsgeschwindigkeit auf die Drehzahl (z. B. rpm – Umdrehungen pro Minute) des Gebläses 76.

Auf diese Art und Weise wird kühle Luft durch die Zylinderkopfbaugruppen 46A, 46B eingesaugt, um die Zylinderköpfe 48A, 48B zu kühlen und um die Wärme der Zylinderkopfbaugruppen 46A, 46B vom Fahrer weg zu leiten, was zu einem größeren Fahrkomfort führt. Des Weiteren neigen hohe Temperaturen der Zylinderkopfbaugruppe dazu, das zulässige Kompressionsverhältnis des Motors zu verringern, und daher kann die resultierende Reduzierung der Temperaturen der Zylinderkopfbaugruppe die Motorenleistung erhöhen.

Das Gebläse 76 kann bei verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten und ist über die Steuereinheit 84 elektrisch mit einem Temperatursensor verbunden. Der Temperatursensor umfasst ein Thermoelement 86, das am Zylinderkopf 48B befestigt ist, um die Temperatur des Motors 36 zu messen. Bei anderen Bauweisen kann das Thermoelement 86 so angebracht sein, dass es eine beliebige Temperatur des Motorrads misst, wie etwa die Öltemperatur. Die Steuereinheit 84 arbeitet so, dass das Gebläse 76 bei einer ersten Betriebsgeschwindigkeit dreht, wenn die vom Thermoelement 86 erfasste Motortemperatur innerhalb eines ersten Bereichs liegt, und dass das Gebläse 76 bei einer zweiten höheren Geschwindigkeit dreht, wenn die Temperatur des Motors 36 darüber liegt. Die Steuereinheit 84, das Thermoelement 86 und das Gebläse 76 sind in Betrieb, wenn die Zündung eingeschaltet und wenn sie ausgeschaltet ist. Wenn sich daher der Motor 36 innerhalb des ersten oder zweiten Temperaturbereichs befindet und die Zündung ausgeschaltet ist, wird die Steuereinheit 84 weiterhin das Gebläse 76 drehen, bis der Motor 36 auf eine erwünschte Temperatur abgekühlt ist.

Bei anderen Bauweisen wird das Gebläse 76 aufgrund der Geschwindigkeit des Motorrads 10 gesteuert, wenn der Motor 36 läuft. Wenn das Motorrad 10 sich z. B. nicht bewegt (d. h. im Leerlauf ist) oder unterhalb einer ersten Geschwindigkeit fährt, arbeitet das Gebläse 76 bei einer ersten Betriebsgeschwindigkeit, und wenn das Motorrad 10 schneller fährt als mit der ersten Geschwindigkeit, arbeitet das Gebläse 76 bei einer zweiten geringeren Betriebsgeschwindigkeit oder ist abgeschaltet.

Die in 5 dargestellte Bauweise ist ähnlich zu der in 1–4 mit der Ausnahme, dass anstelle des Zentralträgers 18 ein Leitungskanal 88 verwendet wird, der nur dazu vorgesehen ist, die Luft von der hinteren Zylinderkopfbaugruppe 46B abzuleiten. Der hinter Zylinderkopf 48B ist in nächster Nähe zum Fahrer angeordnet und hat daher im Hinblick auf die vom Motor 36 entweichende Wärme die größte Auswirkung auf die Behaglichkeit des Fahrers. Der Leitungskanal 88 ist aus Kunststoff und wird am Rahmen 12 befestigt. Der Leitungskanal 88 aus Kunststoff bestimmt einen Verteilkanal 90 und umfasst eine Leitungskanal-Einlassöffnung 92 und zwei Leitungskanalauslässe 94 (nur einer wird dargestellt) im Fluidaustausch mit dem Verteilkanal 90. Der Kanal 70B ist mit der Leitungskanal-Einlassöffnung 92 verbunden. Der Leitungskanal 88 gabelt sich so um den sich abwärts ausdehnenden Teil des Zentralträger 18 herum, dass die Auslässe 94 seitlich zueinander versetzt und an gegenüberliegenden Seiten des Zentralträgers 18 angeordnet sind. Der Leitungskanal 88 ist mit seinen nachgeordneten Enden so am Schmutzabweiser 80 gekoppelt, dass die Leitungskanalauslässe 94 zu entsprechenden Öffnungen 96 im Schmutzabweiser 80 ausgerichtet sind.

Das Gebläse 76 ist mit dem Verteilkanal 90 verbunden. Das Gebläse 76 kann mit verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten arbeiten, bei denen Luft aus dem ersten, zweiten und dritten Kühldurchgang 58B, 62B, 64B gesaugt und Luft durch den Kühlanschluss 66B, durch den Kanal 70B, durch die Leitungskanal-Einlassöffnung 92 und in den Verteilkanal 90 bewegt wird. Das Gebläse 76 saugt dann Luft aus dem Verteilkanal 90 und stößt in nachgeordneter Richtung Luft aus den Leitungskanalauslässen 94 und den Öffnungen 96 im Schmutzabweiser 80 zum Hinterrad 32 hin aus.

Verschiedene Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen dargelegt.