DE2746669C2 - Vierzylinder-Boxermotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsaggregat für Motorräder mit Vierzylinder-Boxermotor mit Fahrtwindkühlung mit jeweils zwei auf einer Seite angeordneten Zylindern. Die Fahrtwind-Luftkühlung wird besonders bei Motorrädern angewandt, -da sie einen geringen Bauaufwand für den Motor ermöglicht, ein geringes Baugewicht und kleinere Einbaumaße als bei Anwendung einer Wasserkühlung oder einer Gebläse-Luftkühlung. Allerdings ist die Fahrtwindluftkühlung nur für leichte Fahrzeuge mit geringem Leistungsaufwand bei geringem Fahrtwind und bei freiliegendem Motor anwendbar. Dies trifft nur auf Motorräder zu und wird daher bei diesem Fahrzeugtyp oft angewandt.

Neben der Anordnung und Größe der Kühlrippen am Zyliriderelement spielt die Lage des Zylinders im Luftstrom eine entscheidende Rolle für die Effektivität der Fahrtwindluftkühlung.

Bei üblichen Motorrädern gibt es derzeit vereinzelt die Wasserkühlung bei Zweitaktern hauptsächlich, um den Lärm dieser Zweitakter zu senken! Im Gegensatz zu den aus thermischen Gründen wassergekühlten Renn-Zweitaktern wird für Straßen- und Tourenmotorr'der die Wasserkühlung in bezug auf die Zuverlässigkeit und Motorlebensdauer dort nachteilig, wo es sowohl extrem hohe als auch extrem niedrige Temperaturen in der Umgebung gibt.

In der Regel werden bei Verwendung von Boxermotoren für Motorräder zwei Zylinder angewandt. Ein solcher Boxermotor hat im Vergleich zum Reihenmotor und V-Motor den besten Massenausgleich bei gleichmäßigem Zündabstand, also auch ein optimal gleichmäßiges Drehmoment. Außerdem liegen die Zylinder im freien Luftstrom.

Wie jedes Gas, wird auch Luft mit zunehmender Temperatur zäher, im Gegensatz zu Flüssigkeiten, weshalb bei Fahrtwindkühlung auf das Fortblasen der Grenzschicht Wert gelegt werden muß. Als in den Zwanzigerjahren auch bei Motorrädern die Zylinderleistung stieg, verschwanden praktisch alle fahrtwindgekühlten Motoren mit hintereinanderliegenden Zylindem oder die längsgestellten, im Rahmen liegenden Boxer, weil diese Bauweisen zähe Grenzschichtschleier ^ermöglichen. Auch bei längsliegender V-Anordnung mit kleinem V-Winke! der Zylinder hat man heute noch mit Überhitzungsproblemen am hinteren Zylinder zu kämpfen, woraus ersichtlich ist, wie enorm wichtig die freistehende Zylinderanordnung für die Fahrtwind-Luftkühlung ist.

Zweizyünder-Boxermotoren haben kühlmäßig Vorteile, kden aber bei großen Hubräumen breit aus, so daß dadurch eine begrenzte Schräglage bei Kurvenfahrten gegeben ist. Aus diesem Grunde wurde in den 'Dreißigerjahren bei einigen Ausführungen u. a. auf einen Vierzylinder-Boxer mit Fahrtwind-Luftkühlung und längsliegender Kurbelwelle übergegangen. Derartige Motoren für Motorräder hatten damals etwa 20 PS. Trotz dieser für heutige Verhältnisse geringen Leistung (überhitzten bei langen Bergfahrten mit Seitenwagen 'grundsätzlich die hinteren Zylinder.

Es ist hingegen erwiesen, daß bei fahrtwindgekühlten Zweizyünder-Boxermotoren überhaupt keine Kühlproibleme entstehen, da sie sich glänzend in schv/ersten Belastungsproben bewährt haben.

Es entstand daher die Meinung, daß ein Vierzylinder-Boxermotor für Motorräder unbedingt wassergekühlt sein müsse. Seit vielen Jahren fordern die Motorradjourhalisten immer wieder, endlich einmal eine derartige Maschine herauszubringen. Eine solcherart konstruierte [Maschine erschien wohl auf dem Markt, kam jedoch nur beschränkt an.

so Eine andere Bauweise als mit längs in Fahrtrichtung liegender Kurbelwelle und hintereinander angeordneten Zylindern am Motorrad konnte man sich beim Vierzylinder-Boxer offenbar nicht vorstellen.
Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, einen Vierzylinder-Boxermotor mit Fahrtwindkühlung für den Einbau in ein Motorrad zu schaffen, welcher mit einem relativ einfachen konstruktiven Aufbau ein Maximum an Kühlung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils die beiden Zylinder der gleichen Seite übereinanderliegend angeordnet sind und die Drehachse der mit den Kolben in Wirkverbindung stehenden Kurbelwelle in annähernd vertikaler Richtung verläuft. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine optimale Fahrtwind-Kühlmöglichkeit geschaffen und außerdem ergeben sich durch die besondere Anordnung der Kurbelwelle zum Teil sogar konstruktive Vereinfachungen am Motor, weiche anhand der-

Figurenbeschreibung noch näher erläutert werden sollen. Zur konstruktiven Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe mußte praktisch ein Vorurteil der Fachwelt widerlegt werden, da offensichtlich eine in vertika'er Richtung liegende Kurbelwelle bisher nicht in Frage kam.

In England versuchte eine Motorlirma vor ca. 25 Jahren mit Hilfe zweier übereinandergebauter Zylinder-180°-V-Motoren eine ordentliche Fahrtwindluftkühlung für einen Vierzylinder-Motor mit seitlich übereinanderliegenden Zylindern zu erreichen. Durch die dadurch sich ergebende komplizierte Bauweise ist dieses Prinzip offensichtlich nie zum Durchbruch gekommen.

Außerdem t.ürfte der Gedanke an eine senkrechte Kurbelwelle wegen des weitverbreiteten Vorurteils der vermuteten hohen Scbwerpunktlage instinktiv von vorneherein verbannt worden sein, auch mit dem Gedanken daran, wie wohl Kupplung und Getriebe angeordnet sein wurden. Bei einer Dachkonstruktion des erfindungsgemäßen Vorschlages hat sich jedoch ergeben, daß bei Einbau eines solchen Vierzylinder-Boxennotors in ein Motorrad der Schwerpunkt gegenüber bekannten Motorrädern mit Boxer-Motoren keinesfalls höher zu Hegen kommt.

In der nachstehenden Beschreibung sollen anhand der Zeichnung die Merkmale eines Vierzylinder-Boxermotors für Motorräder noch näher erläutert werden, wobei auch Vergleiche mit bekannten Motorradtypen angeführt werden. Es zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht eines Motorrades mit eingebautem Vierzylinder-Boxermotor,

Fig.2 die Vorderansicht des Motorrades mit eingebautem Motor nach der Erfindung,

Fig.3 eine Vorderansicht des Motors, teilweise aufgeschnitten dargestellt, F i g. 4 den Vertikallängsschnitt durch den Motor,

F i g. 5 eine Detailansicht des Motors gemäß F i g. 4,

Fig.6 die Draufsicht auf den Motor, teilweise in einem Schnitt dargestellt.

Aus den Fig. 1—3 ist ersichtlich, daß die beiden jeweils auf der gleichen Seite des Motors angeordneten Zylinder 1 und 3 bzw. 2 und 4 übereinanderliegend angeordnet sind, wobei die Drehachse der Kurbelwelle 5 in annähernd vertikaler Richtung verläuft. Achsparallel zur Kurbelwelle 5 ist in Fahrtrichtung gesehen hinter dieser die Kupplung 6 auf der An- und Abtriebswelle 7 bzw. 8 des Getriebes 9 angeordnet.

Die Kupplung 6 und die An- und Abtriebswelle 7 bzw. 8 sind koaxial. Die Kurbelwelle 5 und der eine Teil der Kupplung 6 sind über eine Stirnverzahnung 10 miteinander verbunden.

Bei dieser Konstruktion bildet die Getriebehauptwel-Je zugleich die Getriebeabtriebswelle 8, so daß die Abtriebswelle 11 (Fig.6) ausreichend lang für einen genügend großen Lagerabstand ausgeführt werden kann. Bei bekannten Getriebeausführungen erfolgt der Abtrieb in der Regel von einer Getriebenebenwelle.

Die Abtriebswelle 11 ist über ein Kegelradgetriebe 12, 13 mit der Abtriebswelle 8 des Getriebes 9 verbunden, wobei im vorliegenden Falle eine Zwischen- eo welle 14 eingeschaltet ist. An die Abtriebswelle 11 schließt dann die Kardanwelle 15 an.

Die Nockenwellen 16 liegen achsparallel zur Kurbelwelle 5, wobei der Antrieb dieser Nockenwellen 16 direkt von der Kurbelwelle 5 aus über Kegelzahnräder 17 und 18 erfolgt Zur Bewegungsübertragung sind dabei Antriebswellen 19 vorgesehen, welche an ihren beiden Enden die Kegelzahnräder 17 und 18 tragen. Die Antriebswellen 19 der Nockenwellen 16 sind dabei jeweils von einer rohrförmigen Hülse 20 umgeben, wobei diese rohrförmigen Hülsen 20 die Nockenwellenräume 2\ mit dem unterhalb der Kurbelwelle 5 vorgesehenen Ölsammelraum 22 verbinden.

Dadurch, daß je eine Nockenwelle t6 über die Höhe der beiden jeweils paarweise angeordneten Zylinder 1 und 3 bzw. 2 und 4 geführt ist, kann in ökonomischer Weise eine Betätigung der Ventile jeweils veier Zylinder durch eine Nockenwelle 16 erfolgen.

Aus der Zeichnung sind selbstverständlich noch verschiedene konstruktive Details ersichtlich, welche jedoch konstruktiven Grundregeln entsprechen und daher nicht näher erläutert werden sollen.

Ein Motor mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wurde bereits im Vorentwurf für einen Hubraum von 1400 ecm konzipiert, obwohl ein derart großes Hubvolumen heutzutage kaum sinnvoll ist. Es sollte dadurch lediglich bewiesen werden, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale die Gesamtabmessungen auch für eine derartige Größe immer noch unter Iden Maßen von derzeit produzierten lOOOccm-Motoren liegen. Um einen möglichst objektiven Vergleich zu erzielen, wurde auch ein Vierzylinder-Boxermotor mit 1000 ecm Hubraum berechnet, wobei die Ausführung mit senkrecht stehender Kurbelwelle sich in den Abmessungen wesentlich günstiger darstellt, als bekannte 1000 ccm-Motjren. Auch der Bauaufwand ist wesentlich geringer, als bisher gehörte Ansichten erwarten lassen.

Nachstehend sollen noch einige Vergleiche mit bekannten Ausführungen angestellt werden, um dadurch die wesentlichen Unterschiede aufzuzeigen.

Bei längsliegender Kurbelwelle muß sich zwangsläufig eine Wasserkühlung ergeben, wenn man einen Vierzylinder-Boxer bauen will, da sich die hinteren Zylinder der ausgeführten nur vom Fahrtwind gekühlten Maschinen trotz der niedrigen Leistung von 20 PS bei 800 ecm bekanntlich überhitzten.

Für ein Tourenmotorrad ist die Wasserkühlung eher nachteilig, wenn an die möglichen Temperaturdifferenzen außerhalb gemäßigter Breitengrade gedacht wird.

Was das Aussehen anbelangt, so ist dies ein für Motorradkäufer unbestritten enorm wichtiger Gesichtspunkt, unter welchem die wassergekühlten Motoren schlecht abschneiden.

Die erfjndungsgemäße Ausbildung mit senkrechter Kurbelwelle besitzt sehr viel stilistisches Potential bezüglich »Aussehen«.

Ein oft erwähnter Vorteil einer der bekannten, wassergekühlten Boxer-Maschinen mit längsliegender Kurbelwelle ist die zur Kurbelwelle gegenläufig drehende Lichtmaschine und andere gegenläufige Drehmassen, so daß sich die Maschine beim Beschleunigen nicht schräg stellt Diesen Vorteil besitzt aber auch die erfindungsgemäße Ausführung mit senkrecht stehender Kurbelwelle. Auch hier drehen Lichtmaschine 23 Und Getriebehauptwelle 7, 8 gegenläufig, wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist Hier würde ein Nichtvorhandensein einer nicht gegenläufig drehenden Masse allerdings nicht zu einer Schräglage direkt führen, sondern zu einem einseitigen Zug am Lenker während der Dauer der Beschleunigung.

In bezug auf niedrige Schwerpunktlage bei Vierzylinder-Boxern ist eine Ausführung mit längs Hegender Kurbelwelle und Wasserkühlung am günstigsten. Der niedere Schwerpunkt ist aber nur begehrenswert für ein Rangieren bei niederen Geschwindigkeiten und für das

rasche Durchfahren von abwechselnden Kurven. Beim Geradeausfahren über schlechtes Gelände hat eine höhere Schwerpunktlage sogar gewisse Vorteile, so daß geringe Unterschiede bezüglich Schwerpunkthöhe für Straßenmotorräder wenig Einfluß auf das Gesamt-Fahrverhalten ausüben.

Zum Fahrverhalten gegenüber einem Zweizylinder-Boxermotor mit in Fahrtrichtung liegender Kurbelwellenachse ist auszuführen, daß ein um die senkrecht stehende Hochachse wirkendes Taumelmoment entsteht, welches von den hin- und hergehenden Massenkräften 1. und 2. Ordnung stammt und auch dem Abstand der beiden Pleuelbewegungsebenen proportional ist. Durch Weglassen eines Mittellagers bei manchen Zweizylinder-Boxern wird dieser Abstand und damit auch das Taumelmoment der Massenkräfte um die Hochachse so klein wie möglich gehalten.

Bei einem erfindungsgemäßen Motor wird kein Massenkraftmoment um die Hochachse des Motorrades erzeugt. Dafür wird bei dieser Ausführung ein Massenkraftmoment um die Längsachse des Motorrades (Achse in Fahrtrichtung) wirksam, das von geringfügigen freien hin- und hergehenden Massenkräften 2. Ordnung allein stammt.

Eine Zahlenwertanalyse brachte folgendes Resultat: 3ei einer 1400ccm-Studie mit senkrechter Kurbelwelle beträgt die Amplitude des Momentes um die Längsachse nur das 0,2fache des entsprechenden Momentes eines bekannten Motorrades der lOOOccm-Klasse mit Zweizylinder-Boxermotor um die Hochachse.

Bei der lOOOccm-Studie beträgt die Amplitude des Momentes um die Längsachse gar nur um das 0,16fache des entsprechenden Momentes der bekannten Ausführung um die Hochachse.

Das sind also in beiden Fällen sehr viel günstigere Verhältnisse als bei dieser bekannten 1000 ecm-Ausführung mit Zweizylinder-Boxermotor. Außerdem macht sich ein Moment um die Längsachse weniger in einem Lenker-Pendeln bemerkbar als ein Moment um die Hochachse.

Beim raschen Beschleunigen würde ein Motorrad mit senkrechter Kurbelwelle und Vierzylinder-Boxer-Bauweise völlig gerade bleiben und daher aus diesem und auch aus anderen Gründen für sportlichen Einsatz eher geeignet sein, als das vorstehend genannte bekannte Konzept bei Hubräumen um 1000 ecm und darüber.

Die anderen Gründe für die bessere Eignung für den sportlichen Fahrereinsatz sind das bessere Beschleunigungsvermögen einer anteilsmäßig leichteren Vierzylinder-Boxerkurbelwelle gegenüber einer mehr mit Gegengewichten und Schwungmasse bestückten Zweizylinder-Boxerkurbe'welle. Als weiterer Grund für die bessere Eignung zum sportlichen Einsatz ist die geringere Zylinderausladung zu nennen. Bei einer MOOccm-Studie beträgt die Breite des Motors nur 630 mm im Gegensatz zu 840 mm einer bekannten 1000 ccm-Ausführung mit Zweizylinder-Boxermotor.

Es ist weiter noch zu erwähnen, daß innerhalb einer bestimmten Bauweise, im vorliegenden Falle also bei Boxermotoren, es bei ein und demselben Gesamthubvolumen nach den Gesetzen der Ähnlichkeitsmechanik möglich ist, das Leistungsgewicht mit zunehmender Zylinderzahl zu senken. Die 1000 ccm-Version mit senkrechter Kurbelwelle hat bei gleichem mittleren effektivem Druck und bei gleicher mittlerer Kolbengeschwindigkeit mehr Leistung, ein geringeres Gewicht und geringere Einbaumaße als eine bekannte Ausführung mit einem 1000 ccm-Zweizylinder-Boxermotor. Die Zylinderbreite (Motorbreite) beträgt gar nur 560 mm und liegt damit unter der Breite mancher 1000 ccm-Reihenmotoren.

Durch die senkrechte Lage der Kurbelwelle gibt es in der abgebildeten Version einen einfachen Ölabfluß aus dem Zylinderkopf ohne eigene Ölabflußbohrungen. Die

ίο rohrförmige Hülse 20, welche die Noekenwellenantriebswellen 19 umgibt, dient hier zugleich als Abflußrohr in das Kurbelgehäuse und zur Schmierung des Steuertriebes.

Es wäre auch möglich, daß die Kupplung unten und der Steuerantrieb oben angeordnet würden. Dann ist die Hülse 20 ein reines Abflußrohr.

Eine völlig andere Konstruktion bietet sich bei Verzicht auf Trennung der Ölkreisläufe von Motor und Getriebe sowie Kupplung an, wenn man nur mehr einen

Ölraum vorsieht im Gegensatz zum gezeigten Ausführungsbeispiel. In einem solchen Fall kann dann die Kupplung 6 auf dem unteren Ende der Getriebehauptwelle angeordnet werden und die Zwischenwelle 14 würde nach oben gedreht sein. Der Schwerpunkt des N.'otors würde auf diese Weise etwas tiefer wandern und die Kupplung könnte nach Abnahme der Ölwanne ohne Motorausbau gewartet werden.

Ein weiteres Vorurteil gegen eine senkrecht stehende Kurbelwelle war offensichtlich das vorne im Motorblock zusätzlich erforderliche Kegelradgetriebe für den gleichfalls vorgeseheneen Kardanantrieb mit zwei zusätzlichen Wellen gegenüber dem Zweizylinder-Boxer. Dazu ist auszuführen, daß auch bei einem Kettenantrieb zum Hinterrad dieses Kegelradgetriebe erforderlich wäre, allerdings nur mit einer zusätzlichen Welle. Der zusätzliche Kegelantrieb ist jedoch auch Merkmal zweier auf dem Markt befindlicher Maschinen, die offenbar kostendeckend verkauft werden können. Durch die vorgeschlagene Konstruktion wird jedoch ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Ausführungen geschaffen: In der höhenmäßigen Anordnung dieses Kegelradgetriebes hat man konstruktive Freiheit, so daß man in der Seitenansicht des Motorrades gesehen, sowohl den Motor als auch die Mittellage des Kardanantriebes mehr horizontal legen kann. Dies

kommt zusätzlich einem vorteilhaften Äußeren mehr entgegen, als eine hochgedrehte Lage bsi einer bekannten Motorradausführung.

Durch die erfindungsgemäße Dachkonstruktion

so konnte ein weiteres Vorurteil der Fachwelt überwunden werden, da es sich zeigte, daß eine gedrängte Bauweise gerade infolge übereinanderliegender Zylinder und senkrecht stehender Kurbelwelle möglich ist, wobei mit einem Reihenmotor mit vier Zylindern eine solche gedrängte Bauweise mit gleicher Kühlwirkung nicht möglich wäre, insbesondere nicht unter Beibehaltung der großflächigen Verrippung mit Durchtritten zwischen den Zylindern. Die Kühlvorteile des Zweizylinder-Boxers bleiben erhalten. Dadurch kann ein derartiger Motor auch bei geringer Fahrgeschwindigkeit hoch belastet werden, was insbesondere im Gebirge und in weichem Terrain wesentlich ist Schließlich ist noch als Vorteil die gute Zugänglichkeit der Zylinder bei einem erfindungsgemäßen Boxermotor anzuführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Antriebsaggregat für Motorräder mit Vierzylinder-Boxermotor mit Fahrtwindkühlung mit jeweils zwei auf einer Seite angeordneten Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden Zylinder (1, 3 bzw. 2, 4) der gleichen Seite übereinanderliegend angeordnet sind und die Drehachse der mit den Kolben in Wirkverbindung stehenden Kurbelwelle (5) in annähernd vertikaler Richtung verläuft.

2. Vierzylinder-Boxermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß achsparallel zur Kurbelwelle (5), in Fahrtrichtung gesehen, hinter dieser die Kupplung (6) und die An- und Abtriebswelle (7,8) des Getriebes (9) angeordnet sind, wobei die Kupplung und die An- und die Abtriebswelle koaxial liegen.

3. Vierzylinder-Boxermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorabtriebswelle (11), an welcher eine Kardanwelle anschließt, über ein Kegelradgetriebe (12, 13) mit der in Fahrtrichtung weiter vorne liegenden Getriebehauptwelle (8) verbunden ist.

4. Vierzylinder-Boxermotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch achsparallel zur Kurbelwelle (5) an der Stirnseite der Zylinder angeordnete Nockenwellen (16), welche direkt über einen Kegelradantrieb (17,18) mit einem der Kurbelwelle (5) in Wirkverbindung stehen.

5. Vierzylinder-Boxermotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Kegelradsteuertriebes die Antriebswellen (19) der Nockenwtiien (16) innerhalb rohrförmiger Hülsen (20) angeordnet sind, welche die Nockenwellenräume (21) mit dem unterhalb der Kurbelwelle (5) vorgesehenen Ölsammelraum (22) verbinden.

6. Vierzylinder-Boxermotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der beiden Nockenwellen (16) über die Höhe der jeweils paarweise angeordneten Zylinder (1, 2) bzw. (3, 4) geführt sind.