[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
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.
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).
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).