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Patent Searching and Data


Title:
RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/195063
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine having at least one first, one second and one third cylinder and having a crank mechanism having a crankshaft, which is rotatably mounted in a crankcase, having a first, a second and a third crankpin, wherein a first connecting rod having a first piston for the first cylinder is allocated to the first crankpin, a second connecting rod having a second piston for the second cylinder is allocated to the second crankpin and a third connecting rod having a third piston for the third cylinder is allocated to the third crankpin, wherein the crankpins are arranged successively in an axial direction of the crankshaft, wherein the cylinders are arranged in a fan shape. The embodiment according to the invention represents an as of yet unknown type of W-3 reciprocating piston internal combustion engine having cylinder angles which can be largely freely sized.

Inventors:
HOEHL, Johannes (Arnikastrasse 5, Maisach, 82216, DE)
Application Number:
EP2014/058544
Publication Date:
December 11, 2014
Filing Date:
April 28, 2014
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
F01B1/06; F02B75/22; F02B61/02; F02B75/18
Foreign References:
EP0999356A22000-05-10
JPH0337453A1991-02-18
GB687687A1953-02-18
US6257178B12001-07-10
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Claims:
Hubkolben-Brennkraftmaschine

Patentansprüche

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,

dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (1 , 2, 3) fächerförmig angeordnet 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 Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Zylinder (1/2, 2/3) einen Zylinderwinkel (α) zwischen 20° und 90° Kurbelwinkel bilden.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Zylinderwinkel (σ) ungleich sind.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Kurbelwelle (5) antreibbare parallel zur Kurbelwelle (5) ausgerichtete Massenausgleichswelle vorgesehen ist.

6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolben-Brennkraftmaschine für ein Einspurfahrzeug (13) vorgesehen ist

7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 6,

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

Description:
Hubkolben-Brennkraftmaschine

Beschreibung

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

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

Eine Weiterentwicklung dieser weltberühmten V2-Hubkolben-Brennkraft- maschinen 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 Zyltnderkopf 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 Ftugzeug-Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit radialer Zylinderanordnung (Sternmotoren) auch heute noch Anwendung findet. Feulings weltberühmte Ausnahmekonstruktion ist zurrt einen durch das US Design Patent USD 449,620 S und weiter durch das US Patent US 417,674 geschützt.

Nachteilig an Feulings WS-Konstruktion ist der große Zylinderwinkel, der relativ viel Bauraum benötigt.

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.

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.

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 Biertot mit seiner Bleriot 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.

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

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.

Nachteilig an dieser bekannten Ausführungsform ist die relativ breite Bauform, die insbesondere für Einspurfahrzeuge wie Motorräder nicht geeignet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine WS-Hubkolben-Brennkraftmaschine darzustellen, deren Zylinderwinkel weitgehend frei

dimensionierbar sind, um eine möglichst kompakte Bauform zu erhalten.

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

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Hubkolben- Brennkraftmaschine ist eine noch nicht bekannte Art einer WS-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 Bau breite 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.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

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

Der Zylinderwinkel α gemäß Patentanspruch 3 zwischen benachbarten Zylindern ist ein besonders bevorzugter Ausführungsbereich. In einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 weisen die zumindest zwei Zylinderwinkel α ungleiche Winkelmaße auf. Hierdurch sind noch mehr gestalterische Möglichkeiten ermöglicht.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 beeinflusst in vorteilhafter Weise die Laufeigenschaften bzw. die Laufruhe (NVH = noise, Vibration, harshness) der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Besonders bevorzugt kommt die erfindungsgemäße Hubkolben- Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 6 für ein Einspurfahrzeug zum Einsatz und ist gemäß Patentanspruch 7 bevorzugt quer zu einer Fahrtrichtung des Einspurfahrzeuges einbaubar.

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.

Im Folgenden gelten in den Fig. 1 bis 4 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern. 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 Kurbelgehäuse dargestellt, so dass der Kurbeltrieb frei sichtbar ist. Der Kurbeitrieb 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.

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 a, 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.

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 Lagersteflen für die Kurbelwelle vorgesehen werden.

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

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 a, der bevorzugt zwischen 20 und 90° Kurbelwinkel liegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können zwischen den Zylindern 1, 2 und 2, 3 auch unterschiedlich große Zylinderwinkel α dargestellt werden. Durch diese Ausgestaltungsvariante kann die Zündfolge positiv beeinflusst werden, so dass ein unterschiedlicher Klang erzeugbar Ist.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch eine, in den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellte, von der Kurbelwelle 5 antreibbare, parallel zur Kurbelwelle 6 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.

Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines Einspurfahrzeuges 13, in dem die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine eingebaut ist. Bevorzugt ist die Kurbetwelle 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. 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.

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.

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

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

Bezugszeichenliste:

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