Motorcycle with compact reciprocating internal combustion engine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftrad mit kompakter Hubkolbenbrennkraftmaschine in VR- oder W-Zylinderanordnung mit hoher Leistungsdichte gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit wenigstens zwei Zylindern werden für eine kompakte Bauform in V-, VR- oder W-Zylinderanordnung ausgeführt. Diese Zylinderanordnungen kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn die Leistungsdichte der Hubkolbenbrennkraftmaschinen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Krafträdern erhöht werden soll. Durch spezielle Ausführungen der Zylinderanordnung und des Kurbeltriebs wird der Bauraum der Hubkolbenbrennkraftmaschinen weiter verringert, so dass diese für den Einsatz in Krafträdern bei geringem Platzangebot geeignet sind.

Aus der Druckschrift GB125425GB 125 425 AA ist eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine bekannt, welche eine V-Zylinderanordnung aufweist. Dabei ist der Winkel der Zylinder zueinander klein gewählt, so dass die zwei Zylinderreihen mit dem Zylinderblock einstückig ausgeführt sind.

Aus der Offenlegungsschrift DE19716274DE 197 16 274 A1A1 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, welche erste und zweite V-förmig zueinanderstehende und in Längsrichtung der Brennkraftmaschine versetzt angeordnete Zylinderreihen und weiter dritte und vierte V-förmig zueinanderstehende Zylinderreihen aufweist, wobei die dritte Zylinderreihe innerhalb des V-Raumes der ersten und zweiten Zylinderreihen und die vierte Zylinderreihe außerhalb dieses V-Raumes angeordnet ist und alle Zylinder mit der einen Kurbelwelle verbunden sind.

Aus der Offenlegungsschrift DE10052350DE 100 52 350 A1A1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit seitlicher Kurbelwellenverlagerung bekannt, so dass auf einen Kolben eines Kurbeltriebs beim Arbeitstakt geringere Seitenkräfte ausgeübt werden als bei mittiger Anordnung der Kurbelwelle.

Aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift DE60223304DE 602 23 304 T2T2 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad bekannt. Die quer im Motorrad eingebaute Hubkolbenbrennkraftmaschine ist in einer V-Zylinderanordnung ausgebildet und weist demnach eine vordere Zylinderbank und eine hintere Zylinderbank auf. Dabei sind die Zylinderblöcke gegenüber der Kurbelwelle geschränkt, so dass die Zylinderachse der vorderen Zylinderbank und die Zylinderachse der hinteren Zylinderbank vor die Kurbelwelle versetzt sind. Dadurch soll der erforderliche Bauraum für ein im Kurbelgehäuse vorgesehenes Getriebe bereitgestellt werden.

Aus der Patentschrift DE102004042765DE 10 2004 042 765 B4B4 geht ein Kraftrad mit einer platz- und gewichtssparenden Motoranordnung hervor. Das Kraftrad weist ein Getriebe und eine quer eingebaute Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderreihen in VR-Zylinderanordnung auf. Die Zylinderreihen sind dabei derart angeordnet, dass sich Ebenen, die durch die Zylinderachsen der jeweiligen Zylinderreihe gebildet werden, unterhalb der Kurbelwellenachse schneiden. Weiter ist für beide Zylinderreihen ein gemeinsamer Zylinderkopf vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kraftrad mit verbesserter Hubkolbenbrennkraftmaschine in VR- oder W-Zylinderanordnung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Kraftrad mit kompakter Hubkolbenbrennkraftmaschine in VR- oder W-Zylinderanordnung nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.

Die Erfindung stellt ein Kraftrad mit erfindungsgemäß vorteilhafter, reibungsreduzierter und kompakter Hubkolbenbrennkraftmaschine in VR-Zylinderanordnung bereit. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst ein Kurbelgehäuse, eine in dem Kurbelgehäuse drehbar gelagerte Kurbelwelle und wenigstens eine erste, mit dem Kurbelgehäuse verbundene Zylinderbank mit einem ersten Zylinderkopf, wobei die erste Zylinderbank in VR-Zylinderanordnung mit wenigstens zwei Zylindern ausgeführt ist. Wenigstens ein erster Zylinder der ersten Zylinderbank weist gegenüber der Kurbelwelle eine Schränkung auf, so dass sich die Zylinderachse des ersten Zylinders der ersten Zylinderbank nicht mit der Drehachse der Kurbelwelle schneidet. Ein erster Hubkolben des ersten Zylinders der ersten Zylinderbank ist über ein erstes Pleuel der ersten Zylinderbank mit einem ersten Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden. Wenigstens ein zum ersten Zylinder der ersten Zylinderbank benachbarter zweiter Zylinder der ersten Zylinderbank weist gegenüber der Kurbelwelle keine Schränkung auf, so dass sich die Zylinderachse des zweiten Zylinders der ersten Zylinderbank mit der Drehachse der Kurbelwelle schneidet. Ein zweiter Hubkolben des zweiten Zylinders der ersten Zylinderbank ist über ein zweites Pleuel der ersten Zylinderbank mit einem zum ersten Kurbelzapfen benachbarten zweiten Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden.

In einer erfindungsgemäß besonders vorteilhaften Weiterentwicklung stellt die Erfindung eine kompakte Hubkolbenbrennkraftmaschine in W-Zylinderanordnung für Krafträder bereit. In dieser Weiterentwicklung umfasst die Hubkolbenbrennkraftmaschine eine zweite, mit dem Kurbelgehäuse verbundene Zylinderbank mit einem zweiten Zylinderkopf, wobei die zweite Zylinderbank in VR-Zylinderanordnung mit wenigstens zwei Zylindern ausgeführt und in einem bestimmten Bankwinkel geneigt zur ersten Zylinderbank in VR-Zylinderanordnung angeordnet ist. Wenigstens ein dritter Zylinder der zweiten Zylinderbank weist gegenüber der Kurbelwelle eine Schränkung auf, so dass die Zylinderachse des dritten Zylinders der zweiten Zylinderbank sich nicht mit der Drehachse der Kurbelwelle schneidet. Ein dritter Hubkolben des dritten Zylinders der zweiten Zylinderbank ist über ein drittes Pleuel der zweiten Zylinderbank mit dem ersten Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden. Wenigstens ein zum dritten Zylinder der zweiten Zylinderbank benachbarter vierter Zylinder der zweiten Zylinderbank weist gegenüber der Kurbelwelle keine Schränkung auf, so dass die Zylinderachse des vierten Zylinders der zweiten Zylinderbank sich mit der Drehachse der Kurbelwelle schneidet. Ein vierter Hubkolben des vierten Zylinders der zweiten Zylinderbank ist über ein viertes Pleuel der zweiten Zylinderbank mit dem zweiten Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden.

Durch die Schränkung eines Zylinders zweier benachbarter Zylinder einer Zylinderbank in VR-Zylinderanordnung verringert sich die gegenseitige Durchdringung der benachbarten Zylinder. Die Durchdringungsverringerung wird zur Reduzierung des Zylinderabstandes und somit zur Reduzierung der Baulänge der Hubkolbenbrennkraftmaschine längs der Kurbelwelle genutzt. Der Zylinderabstand wird dazu unter Verbrauch der Durchdringungsverringerung bis zu einer zulässigen Durchdringung reduziert.

Als Schränkung ist dabei eine ausgeprägte Verlagerung der Zylinderachse gegenüber der Kurbelwelle zu verstehen, so dass die Zylinderachse eines verschränkten Zylinders die Drehachse der Kurbelwelle nicht schneidet. Demnach ergibt sich zwischen der Zylinderachse und der Drehachse der Kurbelwelle ein Abstand, welcher die Exzentrizität der Zylinderachse zur Drehachse der Kurbelwelle beschreibt.

Die Schränkung kann durch eine Parallelverschiebung des entsprechenden Zylinders senkrecht zur seiner Zylinderachse ausgehend von einer Ausgangslage erfolgen, bei welcher der Zylinder keine Schränkung aufweist. Der Zylinderwinkel der VR-Zylinderanordnung bleibt dabei unverändert. Die dabei auftretende Abstandsänderung zwischen der oberen Totpunktlage des Hubkolbens und der Drehachse der Kurbelwelle wird durch einen verlängerten Hubkolben, durch Verlagerung des Kolbenbolzens oder ein verlängertes Pleuel ausgeglichen.

Die Schränkung kann weiter durch eine Neigung des entsprechenden Zylinders um eine zur Drehachse der Kurbelwelle parallel ausgerichtete Achse ausgehend von einer Ausgangslage erfolgen, bei welcher der Zylinder keine Schränkung aufweist. Der Zylinderwinkel der VR-Zylinderanordnung wird dabei verändert. Erfolgt die Neigung um eine Achse, welche entlang der Drehachse des Kolbenbolzens des Hubkolbens verläuft, wenn sich dieser im oberen Totpunkt befindet, erfolgt keine Abstandsänderung zwischen der oberen Totpunktlage des Hubkolbens und der Drehachse der Kurbelwelle. Hier ist dann nur eine Anpassung der Neigung des Kolbenbodens erforderlich.

Die Schränkung des Zylinders gegenüber der Kurbelwelle ist dabei derart gerichtet, dass die Auslenkung des zugeordneten Pleuels bezüglich der Zylinderachse während des Arbeitstaktes gegenüber dem Pleuel des benachbarten Zylinders verringert ist, wodurch die Kolbenseitenkraft und somit die Reibung zwischen Kolben und Zylinderlaufbuchse im Arbeitstakt verringert ist. Demnach ist die Schränkung auf der Seite der Kurbelwelle angeordnet, auf welcher sich der Hubkolben im zugeordneten Zylinder in Abhängigkeit der Drehrichtung der Kurbelwelle vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt. Gleichzeitig ist die Schränkung des Zylinders gegenüber der Kurbelwelle dabei derart gerichtet, dass sich die Durchdringung der benachbarten Zylinder verringert und somit die Baulänge der Hubkolbenbrennkraftmaschine längs der Kurbelwelle verringert werden kann. Die Schränkung der einzelnen geschränkten Zylinder kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein.

Durch die erfindungsgemäß vorteilhafte Zuordnung der Zylinder der jeweiligen Zylinderbank mit Schränkung zu einem gemeinsamen Kurbelzapfen und der Zylinder der jeweiligen Zylinderbank ohne Schränkung zu einem benachbarten gemeinsamen Kurbelzapfen wird eine deutliche Reduzierung der Baulänge der Hubkolbenbrennkraftmaschine längs der Kurbelwelle und eine deutliche Reduzierung der Reibung und demnach eine deutliche Erhöhung der Leistungsdichte erreicht.

Durch die Baulängenverringerung längs der Kurbelwelle und die Reibungsreduzierung der Kolben-Zylinder-Paarung wird eine kompakte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit erhöhter Leistungsdichte bereitgestellt, welche vor allem in Kraftfahrzeugen mit geringem zur Verfügung stehenden Bauraum für die Antriebseinheit und hohem Leistungsbedarf für gehobene Fahrfreude geeignet ist. Demnach kommt die kompakte Hubkolbenbrennkraftmaschine in Krafträdern, wie Motorrädern, Schneemotorrädern, sowie Wassermotorrädern zum Einsatz. Aber auch für den Einsatz in Sport- und Freizeitfahrzeugen, sowie kleinen Geländefahrzeugen ist die kompakte Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen. Ist das Kraftrad als Wassermotorrad ausgeführt, ist die Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet.

Beispielhaft wird hier eine Ausführung eines Kraftrades mit einer kompakten Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) in W-Zylinderanordnung dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:

1: eine schematische Teildarstellung der Hubkolbenbrennkraftmaschine (1).

Das Kraftrad mit erfindungsgemäß vorteilhafter, kompakter Hubkolbenbrennkraftmaschine 1, dargestellt in 1, weist zur Realisierung der W-Zylinderanordnung eine mit einem Kurbelgehäuse (nicht dargestellt) verbundene erste Zylinderbank 2 in VR-Zylinderanordnung, und eine geneigt zur ersten Zylinderbank 2 angeordnete und mit dem Kurbelgehäuse verbundene zweite Zylinderbank 3 in VR-Zylinderanordnung auf.

Die erste Zylinderbank 2 umfasst einen ersten Zylinder 4 der ersten Zylinderbank 2, welcher gegenüber einer in dem Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle 5 eine erste Schränkung 6 aufweist, so dass sich eine erste Zylinderachse 7 des ersten Zylinders 4 der ersten Zylinderbank 2 nicht mit einer Drehachse 8 der Kurbelwelle 5 schneidet, und weiter einen zum ersten Zylinder 4 der ersten Zylinderbank 2 benachbarten zweiten Zylinder 9 der ersten Zylinderbank 2, welcher gegenüber der Kurbelwelle 5 keine Schränkung aufweist, so dass sich eine zweite Zylinderachse 10 des zweiten Zylinders 9 der ersten Zylinderbank 2 mit der Drehachse 8 der Kurbelwelle 5 schneidet. Ein erster Hubkolben 11 des ersten Zylinders 4 der ersten Zylinderbank 2 ist über ein erstes Pleuel 12 der ersten Zylinderbank 2 mit einem ersten Kurbelzapfen 13 und ein zweiter Hubkolben (nicht dargestellt) des zweiten Zylinders 9 der ersten Zylinderbank 2 ist über ein zweites Pleuel 14 der ersten Zylinderbank 2 mit einem zweiten Kurbelzapfen (nicht dargestellt) der Kurbelwelle 5 verbunden.

Die zweite Zylinderbank 3 umfasst einen dritten Zylinder 15 der zweiten Zylinderbank 3, welcher gegenüber der Kurbelwelle 5 eine zweite Schränkung 16 aufweist, so dass sich eine dritte Zylinderachse 17 des dritten Zylinders 15 der zweiten Zylinderbank 3 nicht mit der Drehachse 8 der Kurbelwelle 5 schneidet, und weiter einen zum dritten Zylinder 15 der zweiten Zylinderbank 3 benachbarten vierten Zylinder 18 der zweiten Zylinderbank 3, welcher gegenüber der Kurbelwelle 5 keine Schränkung aufweist, so dass sich eine vierte Zylinderachse 19 des vierten Zylinders 18 der zweiten Zylinderbank 3 mit der Drehachse 8 der Kurbelwelle 5 schneidet. Ein dritter Hubkolben 20 des dritten Zylinders 15 der zweiten Zylinderbank 3 ist über ein drittes Pleuel 21 der zweiten Zylinderbank 3 mit dem ersten Kurbelzapfen 13 und ein vierter Hubkolben (nicht dargestellt) des vierten Zylinders 18 der zweiten Zylinderbank 3 über ein viertes Pleuel 22 der zweiten Zylinderbank 3 mit dem zweiten Kurbelzapfen (nicht dargestellt) der Kurbelwelle 5 verbunden.

Demnach ist der erste Kurbelzapfen 13 den Zylindern 4, 15 mit Schränkung und der zweite Kurbelzapfen (nicht dargestellt) den Zylindern 9, 18 ohne Schränkung zugeordnet, wodurch sich eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte in Folge der Reduzierung der Baulänge der Hubkolbenbrennkraftmaschine längs der Kurbelwelle und der Reduzierung der Reibung ergibt. Die erste Schränkung 6 und die zweite Schränkung 16 sind dabei derart gerichtet, dass die Auslenkung des ersten Pleuels 12 bezüglich der ersten Zylinderachse 7 und des dritten Pleuels 21 bezüglich der dritten Zylinderachse 17 während des Arbeitstaktes gegenüber der Pleuel 14, 22 der Zylinder 9, 18 ohne Schränkung verringert ist, wodurch die Kolbenseitenkraft und somit die Reibung zwischen erstem Hubkolben 11 und Zylinderlaufbuchse des ersten Zylinders 4 sowie zwischen drittem Hubkolben 20 und Zylinderlaufbuchse des dritten Zylinders 15 im Arbeitstakt verringert ist.

1

Hubkolbenbrennkraftmaschine

2

erste Zylinderbank

3

zweite Zylinderbank

4

erster Zylinder

5

Kurbelwelle

6

erste Schränkung

7

erste Zylinderachse

8

Drehachse

9

zweiter Zylinder

10

zweite Zylinderachse

11

erster Hubkolben

12

erstes Pleuel

13

erster Kurbelzapfen

14

zweites Pleuel

15

dritter Zylinder

16

zweite Schränkung

17

dritte Zylinderachse

18

vierter Zylinder

19

vierte Zylinderachse

20

dritter Hubkolben

21

drittes Pleuel

22

viertes Pleuel