HUBKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die weltweit bekannten Harley Davidson V2-Brennkraftmaschinen mit ihrem typischen "2-Zylinder-Sound" für Harley Davidson-Motorräder hingewiesen.

[0003] Eine Weiterentwicklung dieser weltberühmten V2-Hubkolben-Brennkraftmaschinen fand durch Jim Feulings sog. "Projekt W3" statt. Bei diesem Projekt, bei dem wie bei einer V2-Brennkraftmaschine die zwei Zylinder V-förmig hintereinander angeordnet sind und die Pleuel auf einen gemeinsamen Hubzapfen der Kurbelwelle wirken, handelt es sich jedoch bei Feulings Konstruktion um drei Zylinder, die an ein "W" erinnern. Daher die Bezeichnung "W3". Feuling konstruierte ein neues Kurbelgehäuse, auf das ein dritter Zylinder samt Zylinderkopf um 45° versetzt in das V montiert wird. Die drei Zylinder spannen gemeinsam eine einzige Ebene auf. Möglich wurde dies durch die Verwendung von einem Hauptpleuel und zwei Nebenpleuel, die sich einen gemeinsamen Hubzapfen der Kurbelwelle teilen. Dies ist eine Konstruktion, die bei Flugzeug-Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit radialer Zylinderanordnung (Sternmotoren) auch heute noch Anwendung findet. Feulings weltberühmte Ausnahmekonstruktion ist zum einen durch das US Design Patent USD 449,620 S und weiter durch das US Patent US 417,674 geschützt.

[0004] Nachteilig an Feulings W3-Konstruktion ist der große Zylinderwinkel, der relativ viel Bauraum benötigt.

[0005] Einen weiteren Weg zur Darstellung einer Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 020 423 A1. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit drei Zylindern in V-Anordnung, insbesondere für die Verwendung in einem Motorrad, bekannt. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine umfasst eine Kurbelwelle sowie einen äußeren, einen zweiten äußeren und einen mittleren Zylinder. Jedem Zylinder sind ein Kolben und ein Pleuel zugeordnet, wobei die äußeren Zylinder in einer gemeinsamen, durch die Kurbelwellenachse gehenden Ebene liegen und der mittlere Zylinder in einer zu dieser geneigten, ebenfalls durch die Kurbelwellenachse gehenden zweiten Ebene liegt. Die Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurbelwelle zwei Hubzapfen aufweist und die Pleuel des ersten äußeren Zylinders und des mittleren Zylinders gemeinsam am ersten Hubzapfen angreifen und das Pleuel des zweiten äußeren Zylinders am zweiten Hubzapfen angreift.

[0006] Nachteilig an der aus der DE 10 2008 020 423 A1 bekannten Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine ist die relativ große Baubreite, die sich insbesondere bei Verwendung für ein Motorrad nachteilig auswirkt.

[0007] Eine weitere Möglichkeit, eine Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine darzustellen, zeigte schon Anzani mit seiner Fächer-Hubkolben-Brennkraftmaschine für Flugzeuge von 1909. Mit dieser Fächer-Hubkolben-Brennkraftmaschine hat der Franzose Blériot mit seiner Blériot IX als Erster bereits im Jahr 1909 den Ärmelkanal von Frankreich nach England überflogen. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine hatte für damalige Zeiten stolze 25 PS und drehte knappe 1.200 1/min. Dieses Flugzeug trug wesentlich zur Entwicklung der später üblichen Flugzeugform, dem Eindecker, bei, bei dem in Flugrichtung von vorne nach hinten der Motor, die Tragflächen und am Heck ein Leitwerk aufeinanderfolgten. Ein fußbetätigtes Seitenruder und ein zusätzlicher Steuerknüppel zur Betätigung des Höhenruders entsprachen bereits der heute üblichen Steuerung von Flugzeugen. Mit ca. 800 Exemplaren war es das meist gebaute Flugzeug vor 1914. Bei der Konstruktion von Anzani lagen alle drei Zylinder in einer Ebene, ähnlich der Konstruktion von Feuling, wobei die äußeren Zylinder einen Winkel >90° aufspannten.

[0008] Nachteilig an dieser Konstruktion ist wiederum der relativ große Zylinderwinkel, der viel Bauraum benötigt.

[0009] Eine weitere Möglichkeit zur Darstellung einer Fächermaschine ist in dem Internet-Lexikon "Wikipedia", der freien Enzyklopädie beschrieben. Dort ist ausgeführt, dass die Fächermaschine eine Kolbenmaschine ist, bei der die Triebwerke (Triebwerk: Kolben, Pleuel, Kurbelwellenkröpfung) gleichmäßig auf den halben Kreisumfang verteilt sind, analog zur Sternmaschine, wo diese am gesamten Kreisumfang verteilt sind. Üblich sind bis zu fünfzylindrige kleine Verdichter, bei denen die Pleuel nebeneinander auf einem einzigen Kurbelwellenzapfen angeordnet sind. Die Rede ist hier von Maschinen statt von Motoren, da es (Verbrennungs-)Motoren, Verdichter, Pumpen und Dampfmaschinen in dieser Anordnung geben kann. Allerdings spannen auch in diesen Ausführungsformen die Kolben oder Zylinder, ebenfalls wie bei Feulings Konstruktion, eine einzige Ebene auf.

[0010] Nachteilig an dieser bekannten Ausführungsform ist die relativ breite Bauform, die insbesondere für Einspurfahrzeuge wie Motorräder nicht geeignet ist.

[0011] Aus der EP 0 999 356 A2, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, mit zumindest einem ersten, einem zweiten und einem dritten Zylinder und mit einem Kurbeltrieb mit einer, in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Hubzapfen, wobei dem ersten Hubzapfen ein erstes Pleuel mit einem ersten Kolben für den ersten Zylinder, dem zweiten Hubzapfen ein zweites Pleuel mit einem zweiten Kolben für den zweiten Zylinder und dem dritten Hubzapfen ein drittes Pleuel mit einem dritten Kolben für den dritten Zylinder zugeordnet ist, wobei die Hubzapfen in einer axialen Ausrichtung der Kurbelwelle hintereinander angeordnet sind, wobei die Zylinder fächerförmig angeordnet sind.

[0012] Nachteilig mit dieser Ausgestaltung ist relativ "monotone" Klang der Brennkraftmaschine.

[0013] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine W3-Hubkolben-Brennkraftmaschine darzustellen, deren Zylinderwinkel weitgehend frei dimensionierbar sind, um eine möglichst kompakte Bauform zu erhalten und um über die Zündfolge einen unterschiedlichen Klang zu erzeugen.

[0014] Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0015] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Hubkolben-Brennkraftmaschine ist eine noch nicht bekannte Art einer W3-Hubkolben-Brennkraftmaschine dargestellt, deren Zylinderwinkel weitgehend frei dimensionierbar sind. Unter "fächerförmig" wird verstanden, dass jeder Zylinder in einer Ebene liegt, die parallel zu den weiteren, von den andern Zylindern gebildeten Ebenen ist. Die Erfindung ermöglicht somit gegenüber anderen Sternmotoren einen engeren Zylinderwinkel bei vorhandenem Zylinderversatz. Der minimale Zylinderwinkel ist abhängig vom Zylinderversatz, dem Abstand der Hubzapfen auf der Kurbelwelle. Außerdem ermöglicht die Erfindung aufgrund der möglichen Zylinderwinkel einen W3-Motor nahezu im Bauraum eines V2-Motors zu implantieren, die Baubreite nimmt im unkritischen Rahmen zu. Entsprechend ist für eine 4-zylindrige Brennkraftmaschine der Zylinderwinkel eines W4 nur unwesentlich größer als bei einem V4. Ebenso kann mit einer solchen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine der Sound eine V2-Brennkraftmaschine nachgebildet werden, der sogar etwas "frischer" gestaltet werden kann. Der Zylinderwinkel α beträgt zwischen 20° und 90° Kurbelwelle zwischen benachbarten Zylindern, wobei die zumindest zwei Zylinderwinkel α ungleiche Winkelmaße aufweisen. Hierdurch sind noch mehr gestalterische Möglichkeiten ermöglicht, insbesondere kann die Zündfolge positiv beeinflusst werden, so dass ein unterschiedlicher Klang erzeugbar ist.

[0016] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

[0017] Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird eine besonders gute Steifigkeit der Kurbelwelle erzielt.

[0018] Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 beeinflusst in vorteilhafter Weise die Laufeigenschaften bzw. die Laufruhe (NVH = noise, vibration, harshness) der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine.

[0019] Besonders bevorzugt kommt die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 4 für ein Einspurfahrzeug zum Einsatz und ist gemäß Patentanspruch 5 bevorzugt quer zu einer Fahrtrichtung des Einspurfahrzeuges einbaubar.

[0020] Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in vier Figuren näher erläutert.

Fig. 1

zeigt eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Fig. 2

zeigt eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Fig. 3

zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Fig. 4

zeigt eine Vorderansicht eines Einspurfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine.

[0021] Im Folgenden gelten in den Fig. 1 bis 4 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.

[0022] Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem ersten, einem zweiten und einem dritten Zylinder 1, 2, 3. Ein Kurbeltrieb 4 ist ohne ein umhüllendes Kurbeigehäuse dargestellt, so dass der Kurbeltrieb frei sichtbar ist. Der Kurbeltrieb 4 besteht aus einer in dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle 5 mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Hubzapfen 6, 7, 8. Hierbei ist dem ersten Hubzapfen 6 ein erstes Pleuel 9 mit einem ersten Kolben für den ersten Zylinder 1, dem zweiten Hubzapfen 7 ein zweites Pleuel 11 mit einem zweiten Kolben für den zweiten Zylinder 2 und dem dritten Hubzapfen 8 ein drittes Pleuel 13 mit einem dritten Kolben für den dritten Zylinder 3 zugeordnet. Da die Kolben in den jeweiligen Zylindern hubbeweglich gelagert sind, sind diese von den Zylindern 1, 2, 3 verdeckt. Drei zu den Zylindern 1, 2, 3 zugeordnete Zylinderköpfe bzw. Zylinderabdeckhauben, unter denen jeweils ein sichtbarer Ventiltrieb angeordnet ist, sind nicht beziffert.

[0023] Wie in Fig. 1 deutlich erkennbar ist, sind die Hubzapfen 6, 7, 8 in einer axialen Ausrichtung der Kurbelwelle 5 hintereinander bzw. nebeneinander angeordnet. Aufgrund dieser axialen Ausrichtung der Hubzapfen 6, 7, 8 sind die Zylinder 1, 2, 3 erfindungsgemäß fächerförmig angeordnet, wodurch unterschiedliche Zylinderwinkel α, dargestellt in Fig. 3, konstruktiv darstellbar sind. Zum Abtrieb der von der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzeugten Leistung ist ferner ein Abtrieb 14, bestehend u. a. aus einem nicht näher dargestellten Getriebe, an die Kurbelwelle 5 angeordnet. Unter "fächerförmig" wird verstanden, dass jeder Zylinder in einer Ebene liegt, die parallel zu den weiteren, von den andern Zylindern gebildeten Ebenen ist. Ein Beispiel hierfür sind beispielsweise japanische Luftfächer.

[0024] Für eine optimale Steifigkeit der Kurbelwelle und des Kurbelgehäuses ist weiter zwischen den Hubzapfen 6, 7, 8 jeweils eine Lagerstelle 12 für die Kurbelwelle 5 vorgesehen. In Fig. 1 ist nur eine Lagerstelle 12 beziffert. Auch vor und nach den Hubzapfen 6, 8, können noch Lagerstellen für die Kurbelwelle vorgesehen werden.

[0025] Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine aus Fig. 1. Klar erkennbar ist auch in Fig. 2 die fächerförmige Anordnung der Zylinder 1, 2, 3.

[0026] Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine. In Fig. 3 sind zwei Zylinderwinkel α eingezeichnet, zwischen den benachbarten Zylindern 1, 2 und 2, 3. In Fig.3 sind darüber hinaus auch die nicht bezifferten Nockenwellenantriebe erkennbar. Die benachbarten Zylinder 1, 2 bzw. 2, 3 bilden einen Zylinderwinkel α, der bevorzugt zwischen 20 und 90° Kurbelwinkel liegt. Obwohl dies aus der Darstellung nicht hervorgeht, sind die Zylinderwinkel α zwischen den Zylindern 1, 2 und 2, 3 unterschiedlich groß. Dadurch kann die Zündfolge positiv beeinflusst werden, so dass ein unterschiedlicher Klang erzeugbar ist.

[0027] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch eine, in den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellte, von der Kurbelwelle 5 antreibbare, parallel zur Kurbelwelle 5 ausgerichtete Massenausgleichswelle vorgesehen werden. Mit dieser Massenausgleichswelle, beispielsweise erster Ordnung, lässt sich die Laufruhe der Hubkolben-Brennkraftmaschine positiv beeinflussen, d. h. das NVH-Verhalten kann deutlich verbessert werden.

[0028] Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines Einspurfahrzeuges 13, in dem die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine eingebaut ist. Bevorzugt ist die Kurbelwelle 5, wie in Fig. 4 dargestellt, quer zu einer Fahrtrichtung des Einspurfahrzeuges 13 einbaubar. Bei dem Einspurfahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Motorrad oder um ein Moped.

[0029] Die Erfindung ermöglicht somit gegenüber anderen Stern-Hubkolben-Brennkraftmaschinen einen engeren Zylinderwinkel α bei vorhandenem Zylinderversatz. Der minimale Zylinderwinkel α ist abhängig vom Zylindervorsatz, dem Abstand der Hubzapfen 6, 7, 8 auf der Kurbelwelle 5.

[0030] Außerdem ermöglicht die Erfindung aufgrund der möglichen Zylinderwinkel α eine W3-Hubkolben-Brennkraftmaschine nahezu im Bauraum einer V2-Hubkolben-Brennkraftmaschine zum implantieren. Die Baubreite nimmt nur im unkritischen Rahmen zu.

[0031] Entsprechend ist der Zylinderwinkel α einer W4-Hubkolben-Brennkraftmaschine nur unwesentlich größer als bei einer V4-Hubkolben-Brennkraftmaschine.

[0032] Ebenso kann mit einer solchen Hubkolben-Brennkraftmaschine der Sound einer V2- Hubkolben-Brennkraftmaschine nachgebildet werden, sogar etwas "frischer" gestaltet werden.

Bezugszeichenliste:

[0033] 

1.

erster Zylinder

2.

zweiter Zylinder

3.

dritter Zylinder

4.

Kurbeltrieb

5.

Kurbelwelle

5'

Kurbelwellenachse

6.

erster Hubzapfen

7.

zweiter Hubzapfen

8.

dritter Hubzapfen

9.

erstes Pleuel

10.

zweites Pleuel

11.

drittes Pleuel

12.

Lagerstelle

13.

Einspurfahrzeug

14.

Abtrieb

Ansprüche

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten, einem zweiten und einem dritten Zylinder (1, 2, 3) und mit einem Kurbeltrieb (4) mit einer, in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle (5) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Hubzapfen (6, 7, 8), wobei dem ersten Hubzapfen (6) ein erstes Pleuel (9) mit einem ersten Kolben für den ersten Zylinder (1), dem zweiten Hubzapfen (7) ein zweites Pleuel (11) mit einem zweiten Kolben für den zweiten Zylinder (2) und dem dritten Hubzapfen (8) ein drittes Pleuel (13) mit einem dritten Kolben für den dritten Zylinder (3) zugeordnet ist, wobei die Hubzapfen (6, 7, 8) in einer axialen Ausrichtung der Kurbelwelle (5) hintereinander angeordnet sind, wobei die Zylinder (1, 2, 3) fächerförmig angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Zylinder (1/2, 2/3) einen Zylinderwinkel (α) zwischen 20° und 90° Kurbelwinkel bilden und die zumindest zwei Zylinderwinkel (α) ungleich sind.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Hubzapfen (6, 7, 8) jeweils eine Lagerstelle (12) für die Kurbelwelle (5) vorgesehen ist.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Kurbelwelle (5) antreibbare parallel zur Kurbelwelle (5) ausgerichtete Massenausgleichswelle vorgesehen ist.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolben-Brennkraftmaschine für ein Einspurfahrzeug (13) vorgesehen ist.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (5) der Hubkolben-Brennkraftmaschine quer zu einer Fahrtrichtung des Einspurfahrzeuges (13) einbaubar ist.

Claims

1. A reciprocating piston internal combustion engine, comprising at least a first, a second and a third cylinder (1, 2, 3) and with a crankshaft drive (4) with a crankshaft (5), mounted rotatably in a crankcase with a first, a second and a third crank pin (6, 7, 8), wherein associated with the first crank pin (6) is a first connecting rod (9) with a first piston for the first cylinder (1), associated with the second crank pin (7) is a second connecting rod (11) with a second piston for the second cylinder (2) and associated with the third crank pin (8) is a third connecting rod (13) with a third piston for the third cylinder (3), wherein the crank pins (6, 7, 8) are arranged in tandem in an axial orientation of the crankshaft (5), wherein the cylinders (1, 2, 3) are arranged in the form of a fan,
characterised in that the adjacent cylinders (1/2, 2/3) form a cylinder angle ( ) of between 20° and 90 ° crank angle, and the at least two cylinder angles ( ) are unequal.

2. A reciprocating piston internal combustion engine according to claim 1,
characterised in that a respective bearing point (12) is provided for the crankshaft (5) between the crank pins (6, 7, 8).

3. A reciprocating piston internal combustion engine according to any of claims 1 or 2,
characterised in that a mass balancing shaft which can be driven by the crankshaft (5) and is oriented parallel to the crankshaft (5) is provided.

4. A reciprocating piston internal combustion engine according to any of claims 1 to 3,
characterised in that the reciprocating piston internal combustion engine is provided for a single-track vehicle (13).

5. A reciprocating piston internal combustion engine according to claim 4,
characterised in that the crankshaft (5) of the reciprocating piston internal combustion engine can be installed transversely to a driving direction of the single-track vehicle (13).

Revendications

1. Moteur à combustion interne à pistons alternatifs comprenant au moins un premier, un second et un troisième cylindre (1, 2, 3) ainsi qu'une commande à manivelle (4) comprenant un vilebrequin (5) monté mobile en rotation dans un carter moteur et équipé d'un premier, d'un second et d'un troisième manetons (6, 7, 8), au premier maneton (6) étant associée une première bielle (9) équipée d'un premier piston pour le premier cylindre (1), au second maneton (7) étant associée une seconde bielle (11) équipée d'un second piston pour le second cylindre (2), et au troisième maneton (8) étant associée une troisième bielle (13) équipée d'un troisième piston pour le troisième cylindre (3), les manetons (6, 7, 8) étant montés les uns derrière les autres dans la direction axiale du vilebrequin (5), et les cylindres (1, 2, 3) étant montés en V,
caractérisé en ce que
les cylindres voisins (1/2, 2/3) sont décalés d'un angle (α) compris entre 20° et 90° sur le vilebrequin et les deux angles α ne sont pas égaux.

2. Moteur à combustion interne à pistons alternatifs conforme à la revendication 1,
caractérisé en ce qu'
entre les manetons (6, 7, 8), il est respectivement prévu un point d'appui (12) pour le vilebrequin (5).

3. Moteur à combustion interne à pistons axiaux conforme à l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce qu'
il est prévu un arbre d'équilibrage de masses pouvant être entraîné par le vilebrequin (5) et orienté parallèlement à ce vilebrequin (5).

4. Moteur à combustion interne à pistons axiaux conforme à l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce qu'
il est destiné à un véhicule à une seule voie (13).

5. Moteur à combustion interne à pistons alternatifs conforme à la revendication 4,
caractérisé en ce que
le vilebrequin (5) peut être monté transversalement à la direction de déplacement du véhicule à une seule voie (13).

Zeichnung