EP1789664B1 - Kraftrad mit kompakter verbrennungskraftmaschine - Google Patents
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- EP1789664B1 EP1789664B1 EP05786922A EP05786922A EP1789664B1 EP 1789664 B1 EP1789664 B1 EP 1789664B1 EP 05786922 A EP05786922 A EP 05786922A EP 05786922 A EP05786922 A EP 05786922A EP 1789664 B1 EP1789664 B1 EP 1789664B1
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Definitions
- the invention relates to a motorcycle with a space and weight-saving motor assembly according to the listed claims.
- a compact internal combustion engine is used according to the VR and W principle, which is characterized in relation to displacement and / or number of cylinders by very small dimensions and low weight.
- crankshaft In the current state of the art with engine internals, which can be divided into two basic geometries: In the first case, the crankshaft is longitudinal to the direction of travel and thus enables power transmission through the gearbox to the rear axle via a longitudinal wave train (cardan drive). To drive the rear wheel only a change of direction (90 degrees) is required directly on the rear wheel and thus a relatively low-loss, lighter and low-maintenance drive is guaranteed. In the second case, the crankshaft is transverse to the direction of travel. This means a power transmission to the rear wheel with transverse waves, and usually a chain transmission between transmission output and rear wheel. This type achieves the highest efficiency in power transmission, allows low weight and low manufacturing costs, but is more maintenance intensive.
- Transverse crankshafts are not suitable for the realization of a light, simple and effective shaft drive. But they provide a cheap weight and the best efficiency in the drive train using a chain transmission to rear wheel.
- a disadvantage of the transverse installation of in-line engines the wide end face, which runs counter to increasing cylinder number of the desired streamlined shape and maneuverability of a motorcycle by large lateral distances to the vehicle center of gravity. Therefore, for example, models with transverse, six-cylinder in-line engines from 750 to 1300 cc displacement from the 1980s by various manufacturers without major success disappeared from the market.
- the today maximum number of cylinders in transverse series engines for motorcycles is four.
- the invention is therefore the object of specifying a motorcycle with a more compact, multi-cylinder engine.
- crankshafts This allows for (relative to the direction of travel) longitudinal or transverse crankshafts larger cylinder numbers and / or displacements with smaller dimensions and weights and better aerodynamics and maneuverability.
- a VR cylinder bank is referred to as the sum of two VR cylinder rows in a common cylinder housing.
- a VR engine thus consists of a cylinder bank with two rows of cylinders arranged on a gap.
- V-shaped coupling of two VR cylinder banks all of which act on a crankshaft, we obtain a W-arrangement.
- a W engine thus consists of the coupling of two VR cylinder banks, each with two, so a total of four cylinder rows
- the crank mechanism of the motorcycle engines is designed to be limited.
- the two planes formed by the cylinder axes of each row of cylinders intersect below the crankshaft axis.
- the respective two planes of the two VR cylinder banks intersect below the crankshaft axis and on the opposite side of the midplane.
- the VR cylinder banks having two rows of cylinders are each combined to form a contiguous cylinder block which is covered by a cylinder head common to these two rows.
- Engine and transmission form a space-saving and weight-saving unit by using a common housing and a common oil reservoir. This is common in motorcycle construction, especially in transverse engines with transverse shafts to the transmission output and thus the space advantages resulting from the VR or W arrangement of the cylinder and the block engine design, combined in a favorable manner.
- V n ⁇ * r 2 * 2 ⁇ H ⁇ V s
- a setback b leads to an asymmetrical angular difference between OT and UT with a deviation of symmetrical 180 ° by the angle ⁇ 2 - ⁇ 1 ( Fig. 1 ). This must firstly be taken into account in the balance of forces and moments for given cylinder configurations, on the other hand also for the design of the valve timing.
- V engines use a common crankpin for opposing pairs of pistons. For a quiet engine running this requires V-angles, which allow for a given number of cylinders a uniform ignition distribution over a 720 ° crank angle 4-stroke cycle.
- each crankpin is about half the V-angle ⁇ / 2 and the OT angle ⁇ 1 ( Fig. 1 ) is rotated in the direction of the respective cylinder center axis.
- Cylinder heads for VR engines are characterized by differently long inlet and outlet ports, which means that electronic engine control systems must take into account such parameters as ignition angle, injection timing and so on cylinder-individual. Also intake manifold systems and exhaust systems must be tailored to these conditions.
- a VR engine with an odd number of cylinders eg 3,5,7 naturally has one short and one long cylinder bank. This geometric property can be used for a motorcycle engine, whose external shape has a significant influence on the aerodynamics of a motorcycle.
- the VR cylinder arrangement of a VR5 engine can thus be designed in a forwardly constricted form ( Fig. 2 ).
- the cylinder head with the camshaft center axis is arranged above the rear row of cylinders 2.2 and the central axis of the camshaft above the front row of cylinders 2.1 above the crankshaft center axis 2.3.
- the gas guide can be arranged so advantageous that cylinder and cylinder head are made narrower forward and thus a particularly streamlined transverse installation of the engine in a motorcycle is possible.
- the different geometric characteristics of the inlet and outlet ducts over the two rows of cylinders are taken into account by adapted arrangement of intake manifold and exhaust system and by the above-mentioned electronic engine control systems.
- the advantageous constriction of VR motorcycle engines with odd number of cylinders in the direction of travel additionally requires that an adapted camshaft design is selected ( Fig. 3 ).
- two camshafts with the central axes 3.2 and 3.3 are arranged above the crankshaft with the central axis 3.1.
- the rear cylinder shaft 3.4 for the long cylinder bank is driven directly by the crankshaft via a chain 3.6, while the front camshaft 3.5 is driven in another, perpendicular to the camshaft axes plane within the constriction by a second chain or teeth 3.9 of the rear camshaft 3.4.
- the front camshaft 3.5 can be adapted in length to the streamlined constriction of the cylinder head.
- a very stiff, speed-stable cross-flow valve drive with bucket tappets can be realized, the geometric advantages of a common cylinder head for the two VR cylinder rows in place. and uses weight-saving advantageous ( Fig. 4 ).
- a common cylinder head is placed on the dividing line 4.4 on a VR cylinder block with the V angle ⁇ and the cylinder rows R1 and R2.
- the VR cylinder bank R1 has short intake ports controlled by the camshaft 4.3 and its valves.
- the VR cylinder row R2 has short outlet channels, which are acted upon by the camshaft 4.1 and its valves.
- valves for the long outlet channels of R1 and for the long inlet channels of R2 are actuated via the camshaft 4.2.
- these two rows of valves are arranged so that their central axes intersect with the central axis of the camshaft 4.2 and can use them together.
- This arrangement is also applicable to cylinder heads with more than 2 valves per cylinder and is particularly suitable for use in high-speed motorcycle engines.
- a VR6 motorcycle engine can be installed in schematic side cracks ( Fig. 5 / 6 ).
- the displacement of 1005 cc results from 6 cylinders with 57.6 mm bore, 64.4 mm stroke, a reduction measure b of +/- 8.9 mm and a cylinder spacing of 46.2 mm in the crankshaft direction, each with 3 cylinders in a VR series are arranged.
- the V-angle ⁇ in this embodiment is 15 °.
- the achievable engine width is in the range of comparable conventional four-cylinder motorcycle four-cylinder engines with similar cubic capacity.
- a block motor in motorcycle technology is characterized in that the engine and transmission form a space and weight-saving unit by using a common housing and a common oil reservoir.
- Crankshaft and transmission shafts to the transmission output are arranged parallel to each other.
- a primary drive from the crankshaft via gears or chain to the gearbox countershaft, on which the clutch is also located, is customary.
- the adjoining transmission main shaft simultaneously serves as output on a secondary drive (chain or cardan shaft) to the rear wheel. Due to the limited crank drive (jaw circle 5.8, 6.9 with radius +/- b), the length and height of the motor is reduced by the dimension d.
- the VR cylinder bank is inclined forwards by 30 ° from the vertical in order to achieve a favorable installation geometry for motorcycles.
- This pitch of the cylinder causes the crank restrictor the distance d and thus a length saving of 34 mm and a vertical saving of 59 mm, while the engine width in the crankshaft direction by the two rows of cylinders 06.6.2 with the connecting rods 6.7) with a cylinder spacing of 46 , 2 mm (with a bore of 57.6 mm) compared to an inline engine significantly reduced without gaining significant length in the direction of travel.
- the drive 5.7 of the two camshafts 5.1 and 5.2 lies laterally in a plane without constriction forward.
- the camshaft chain drives in addition an auxiliary shaft 5.3, which is used to drive ancillaries such as starter generator and pumps.
- auxiliary shaft 5.3 which is used to drive ancillaries such as starter generator and pumps.
- the cylinder head 5.6 and 6.6 which are shared by the two VR rows, is designed in this embodiment with an OHC valve drive with two camshafts and rocker arms to enable actuation of four valve rows with two camshafts.
- FIG. 7 a longitudinally installable W8 motorcycle engine with intake manifold injection sketched in the front crack.
- the displacement of 1500 cc is derived from 8 cylinders with 60.6 mm bore, 65 mm stroke, the two bevels b each of + / 9 mm and a cylinder spacing in each bank in the crankshaft direction of 46.9 mm.
- the V angle ⁇ within the two VR cylinder rows in this embodiment is 15 °.
- Figure 7 also shows an OHC valve train, in which the respective outer camshaft 7.12 each VR bank controls both exhaust valves via cam followers, while the respective inner camshaft 7.13 each VR bank operates both intake valves. Due to the resulting geometry intake and exhaust valves of different lengths are required. In this embodiment, a control time change by turning the camshaft is possible because per camshaft only inlet or outlet valves are actuated.
- the different geometry of inlet and outlet channels requires two different positions of the injectors. While the injector 7.2. supplied the long intake passage of the left, first row of cylinders 7.10, shows the injector 7.1. the positioning for a short intake duct. The differences in length of the outlet channels are respectively inverse to those of the associated inlet channels.
- an optimal vote can be achieved in addition via adapted opening times of the valves depending on the gas exchange geometry.
- the two rows of cylinders in the two VR cylinder banks are each limited by the set dimension b, which is +/- 9 mm and corresponds to the radius of the circle 7.9.
- the engine gains in compactness by the two VR cylinder banks are pushed together by the setting.
- a speed-resistant cylinder head 8.1 can be realized with three camshafts and bucket tappets.
- the water cooling 8.2 is required to ensure sufficient cooling of the wind, facing away from the rear VR cylinder row with 3 cylinders.
- This arrangement allows, despite the short wheelbase, with conventional front fork angle, caster and wheel diameter to comply with a Teleskopgabelfederweg greater than 120 mm.
- auxiliary units 8.3 such as starter, alternator and pumps are arranged separately and above the crankshaft 8.4, the countershaft with clutch 8.5 and 8.6 the output shaft to save space.
- crankshaft ends are thus only with camshaft, and primary drive applied, thereby the engine has an overall advantageous width at crankshaft height of 371 mm ( Fig. 9 ).
- Conventional, transverse drive motorcycle series engines with only four cylinders in this displacement class have a width of about 400 mm.
- Elements such as air filter, ignition system, intake manifold injection and the intake with air flow meter, throttle and air filter are located in the volume 8.8 or under the seat and the cylinder head 8.1. connected.
- the advantageous properties of W engines for motorcycles can be demonstrated by the suitability of a large-volume engine in a motorcycle of average size ( Fig. 10 . 11 ).
- the displacement of 1500 cc is derived from 8 cylinders with 60.6 mm bore, 65 mm stroke, the two bevels b of +/- 9 mm in both VR benches and a cylinder spacing within each VR bench of 46.9 mm.
- the VR angle ⁇ within the cylinder rows of both cylinder banks in this embodiment is 15 °.
- the center axes of the two VR cylinder banks form an angle ⁇ of 72 ° relative to one another.
- the maximum external width of 500 mm in Fig. 11 results at the rear of the engine arranged camshaft drive housing 10.1 in which there is a three-stage drive.
- the powertrain is based on known concepts for Kraftradkardanantriebe with longitudinal crankshaft with an adjoining this flywheel with dry clutch 10.5 and a flanged gearbox 10.6 with its own oil reservoir. Particularly useful proves in this embodiment, the short overall length of the engine of only 320 mm (including the clutch on the rear and oil pump drive at the front end of the crankshaft) to the transmission input, and a maximum height of 450mm between the oil pan and the upper edge of the intake.
- the compact dimensions of this W8 arrangement enable a swingarm length of 447 mm, starting from the swingarm bearing / universal joint 10.7 to the rear axle with angle gearbox 10.8.
- the water cooling can be 10.9 arranged so that there is a spring travel of greater than 150mm for the telescopic front fork.
- the high position of the cylinder heads, each with two camshafts (with follower levers for 4 rows of valves, 10.4 or 11.2) and the guidance of the exhaust manifold 10.10 or 11.1) in this embodiment allow large slopes during cornering.
- Ancillary units 10.11 such as alternator and starter are arranged on the circumference of the flywheel 10.5 and connected via the ring gear of the flywheel to the engine.
- Elements such as air filter, ignition system, intake manifold injection and the intake manifold with air flow meter, throttle and air filter are located in the V-space 10.12 between the two VR cylinder banks and behind it over the gearbox 10.6.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Kraftrad mit einer platz- und gewichtsparenden Motoranordnung gemäß den aufgeführten Patentansprüchen. Insbesondere wird eine kompakte Verbrennungskraftmaschine nach dem VR- und W-Prinzip verwendet, welche sich im Verhältnis zu Hubraum und/oder Zylinderzahl durch sehr geringe Abmessungen und geringes Gewicht auszeichnet.
- Als Antrieb haben Krafträder hauptsächlich Verbrennungskraftmaschinen. Üblicherweise werden luft- oder flüssigkeitsgekühlte Ottomotoren eingesetzt, die nach dem Zwei- oder Viertaktprinzip arbeiten. Auch Dieselantriebe bzw. Wankelmotoren sind bekannt. Als Zylinderanordnung werden Boxer-, Reihen oder V-Anordnungen mit querliegender oder längsliegender Kurbelwelle eingesetzt. Bekannt sind Einzylinder und - bei mehrzylindriger Anordnung - Zwei- bis Sechszylindermotoren. Mangels Platz wurden bisher keine Motoren mit größerer Zylinderanzahl in der Großserie verbaut, auch sechs Zylinder sind aufgrund Ihrer Baugröße bis heute nur vereinzelt aufgetreten.
- Krafträder sind nach heutigem Stand der Technik mit Motoreneinbauten versehen, die man in zwei grundsätzliche Geometrien einteilen kann: In ersten Fall liegt die Kurbelwelle längs zur Fahrtrichtung und ermöglicht somit eine Kraftübertragung über das Getriebe bis zur Hinterradachse über einen längsliegenden Wellenzug (Kardanantrieb). Zum Antrieb des Hinterrades ist nur eine Wellenrichtungsänderung (90 Grad) direkt am Hinterrad nötig und somit wird ein relativ verlustarmer, leichter und wartungsarmer Antrieb gewährleistet. Im zweiten Fall liegt die Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung. Dies bedeutet eine Kraftübertragung zum Hinterrad mit querliegenden Wellen, sowie zumeist eine Kettenübertragung zwischen Getriebeabtrieb und Hinterrad. Diese Bauart erzielt den höchsten Wirkungsgrad in der Kraftübertragung, ermöglicht niedriges Gewicht und niedrige Herstellungskosten, ist aber wartungsintensiver. Bauausführungen, bei denen eine Kraftübertragung ausschließlich mit Wellen ohne Verwendung einer Kettenübertragung zum Hinterrad bei quer zur Fahrtrichtung liegender Kurbelwelle stattfindet, benötigen zwei Wellenrichtungsänderungen in der Wellenübertragungssequenz, zunächst eine Richtungsänderung (90 Grad) am Getriebeausgang von quer nach längs (bezogen auf die Fahrtrichtung) zur Entfernungsüberbrückung zum Hinterrad und dort wieder von längs nach quer (90 Grad) zur Übertragung des Antriebsmomentes auf die Hinterachse. Dies hat einen schlechteren Wirkungsgrad des Antriebes zur Folge, erfordert mehr Gewicht und Bauraum und ist teurer in der Herstellung. Diese Bauausführung kommt dennoch wegen der größeren Wartungsarmut gegenüber Kettenantrieben ebenfalls zum Einsatz. Beispiele von Kettenantrieben bei längsliegender Kurbelwelle sind in der Großserie nicht bekannt.
- Bei längsliegenden Kurbelwellen und mehrzylindriger Motorenausführung ist von Nachteil, dass übliche Anordnungen entweder zu großer Baubreite führen (Boxermotoren, traditionelle V Motoren) oder zu großer Baulänge (z.B. Einbau eines mehrzylindrigen Reihenmotors in Längsrichtung). Zudem sind bei Boxer- oder V-Motoren die Zylinderköpfe mehrfach vorhanden. Bauausführungen dieser Art sind schon seit den 1920er Jahren bekannt, wie auch die damit zusammenhängende Problematik von Abmessungen und Gewichten.
- Aus der
DE 27 46 669 A1 ist beispielsweise ein Vierzylinder-Boxermotor mit Fahrtwindkühlung für den Einbau in ein Motorrad bekannt, bei dem die Kurbelwelle annähernd in vertikaler Richtung verläuft. DerDE 27 46 669 A1 ist ferner zur Problematik der Motorkühlung zu entnehmen, dass man heute noch bei Motoren mit längsliegender V-Anordnung mit kleinem V-Winkel der Zylinder mit Überhitzungsproblemen am hinteren Zylinder zu kämpfen hat, woraus ersichtlich ist, wie enorm wichtig die freistehende Zylinderanordnung für die Fahrtwind-Kühlung ist. - Querliegende Kurbelwellen sind nicht zweckmäßig zur Realisierung eines leichten, einfachen und effektiven Kardanantriebes. Sie liefern aber unter Verwendung einer Kettenübertragung zu Hinterrad ein günstiges Gewicht und den besten Wirkungsgrad im Antriebsstrang. Nachteilig ist beim Quereinbau von Reihenmotoren die breite Stirnfläche, die mit wachsender Zylinderzahl der gewünschten Stromlinienform und der Wendigkeit eines Kraftrades durch große seitliche Abstände zum Fahrzeugschwerpunkt zuwiderläuft. Daher sind z.B. Modelle mit querliegenden, sechszylindrigen Reihenmotoren von 750 bis 1300 ccm Hubraum aus den 1980er Jahren von verschiedenen Herstellern ohne größeren Erfolg wieder vom Markt verschwunden. Die heute maximal übliche Zylinderzahl bei querliegenden Reihenmotoren für Krafträder liegt bei vier.
- Bei existierenden Ausführungen von Kraftrad- V- Motoren mit querliegender Kurbelwelle und großem V- Winkel erweisen sich die Baulänge in Fahrtrichtung sowie die Notwendigkeit mehrfacher Zylinderköpfe als nachteilig. Serienausführungen dieser Art sind mit zwei bis fünf Zylindern bekannt.
- Krafträder haben keine Karosserie wie ein PKW, dessen Motor großflächig von dieser umgeben wird. Anders als im PKW beeinflußt die äußere Form und Größe eines Kraftradmotors die Aerodynamik und Wendigkeit eines Kraftrades ganz unmittelbar als maßgeblicher Bestandteil der äußeren Kontur. Verbesserungen im Bereich der Motorabmessungen und -gewichte für Krafträder sind daher von besonders großer Bedeutung.
- Der Erfindung liegt die deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kraftrad mit einem kompakteren, mehrzylindrigen Motor anzugeben.
- Die Lösung der Aufgabe ist gelenkt durch ein Kraftrad nach den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren, abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Durch eine VR-Anordnung oder W-Anordung der Zylinder ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise des Motors. Egal ob z.B. als Dreizylindermotor oder als Zwölfzylinder erhält man dadurch deutlich kompaktere Abmessungen als bei bekannten Kraftradmotorkonzepten.
- Dies ermöglicht bei (bezogen auf die Fahrtrichtung) längs- oder querliegenden Kurbelwellen größere Zylinderzahlen und/oder Hubräume bei geringeren Baumaßen und Gewichten sowie bessere Aerodynamik und Wendigkeit.
- Insbesondere erhält man durch die VR-Anordnung bei querliegender Kurbelwelle eine sehr kleine Stirnfläche der Zylinderanordnung (dies gilt auch für querliegende W-Anordnungen). Von Vorteil ist dabei die aerodynamisch günstige Form des Kraftradmotors, die zudem die Bodenfreiheit für große Kurvenschräglagen des Kraftrades erhöht. Es lassen sich viele Zylinder anordnen, ohne daß eine breite, unharmonische Stirnfläche des Motors entsteht. Ferner wird der Motor erheblich leichter, so daß auch vielzylindrige Motoren mit Hubräumen über 750 - 1000 ccm für fahrdynamisch leistungsfähig ausgelegte Krafträder eingesetzt werden können.
- Bei einem querliegenden VR5 oder VR6-Motor ergeben sich beispielsweise derart kompakte Abmessungen, daß der Motor sich trotz Quereinbau sehr schlank in die Linie des Kraftrads einfügt, anders als die sehr breiten, bekannten Sechszylinderreihenmotoren. Damit wird neben den obengenannten Aspekten eine deutlich größere Akzeptanz beim Kunden erzielt. Ferner ist denkbar, daß sich auch ein VR8-Motor einbauen läßt, der sich bei angepaßtem Hubraum auch quer gut in die Linie eines Kraftrads einfügt und nicht durch klobige Abmessungen stört.
- Im folgenden wird eine VR-Zylinderbank als die Summe zweier VR Zylinderreihen in einem gemeinsamen Zylindergehäuse bezeichnet. Ein VR- Motor besteht somit aus einer Zylinderbank mit zwei auf Lücke angeordneten Zylinderreihen. Durch V-förmige Koppelung zweier VR-Zylinderbänke, die alle auf eine Kurbelwelle wirken, erhält man eine W-Anordnung. Dadurch kann ein Vier-, Sechs-, Acht-, Zehn- oder Zwölfzylindermotor derart kompakt gebaut werden, daß er sich für den Einbau in ein Kraftrad eignet. Ein W- Motor besteht somit aus der Koppelung von zwei VR-Zylinderbänken mit jeweils zwei, also insgesamt vier Zylinderreihen
- Bei längsliegender Kurbelwelle lassen sich somit über eine W-Anordnung (wie auch über eine VR- Anordnung) mehrzylindrige Motoren mit für Krafträder typischen oder sogar größeren Hubräumen realisieren, bei gleichzeitiger Erzielung von sehr kompakten Längen- und Breitenmaßen des Kraftrades. Zudem kommt die Form eines W- oder VR- Motors mit längsliegender Kurbelwelle der Bodenfreiheit eines Kraftrades entgegen und ermöglicht vergleichsweise starke Schräglagen bei Kurvenfahrt sowie einen günstigen Kardanantrieb mit nur einer Wellenrichtungsänderung.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb der Kraftradmotoren geschränkt ausgeführt ist. Bei einem VR-Kraftradmotor schneiden sich dabei die beiden Ebenen, die durch die Zylinderachsen jeder Zylinderreihe gebildet werden, unterhalb der Kurbelwellenachse. Unter der Annahme einer lotrechten Mittelebene (die die Kurbelwellenmittelachse beinhaltet) bei einem W-Motor schneiden sich die jeweiligen zwei Ebenen der beiden VR-Zylinderbänke (mit je zwei Zylinderreihen) unterhalb der Kurbelwellenachse und auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelebene.
- Gemäß der Erfindung sind bei VR- und W-Kraftradmotoren die VR-Zylinderbänke mit zwei Zylinderreihen jeweils zu einem zusammenhängenden Zylinderblock zusammengefasst, welcher von einem diesen beiden Reihen gemeinsamen Zylinderkopf abgedeckt ist. Motor und Getriebe bilden dabei eine platz- und gewichtsparende Einheit, indem sie ein gemeinsames Gehäuse und ein gemeinsames Ölreservoir nutzen. Dies ist im Kraftradbau insbesondere bei quereingebauten Motoren mit querliegenden Wellen bis zum Getriebeabtrieb üblich und somit werden die Platzvorteile, die sich aus der VR- oder W-Anordnung der Zylinder und aus der Blockmotorbauweise ergeben, in günstiger Weise kombiniert.
- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
- Es zeigen:
-
Fig. 1 : Vorteilhafte Nutzung eines geschränkten Kurbeltriebes -
Fig. 2 : Günstige Zylinderkopfgestaltung für VR Motoren mit ungerader Zylinderzahl für Quereinbau in Krafträder, Gasführung, Draufsicht -
Fig. 3 : Günstige Zylinderkopfgestaltung für VR Motoren mit ungerader Zylinderzahl für Quereinbau in Krafträder, Nockenwellenantrieb, Draufsicht -
Fig. 4 : Platzsparende Zylinderkopfgestaltung für hohe Drehzahlen bei Krafträdern -
Fig. 5 : Schematische Darstellung, einer platz- und gewichtsparenden VR-Kraftradmotorausführung in Blockmotorbauweise, Ansicht 1 -
Fig. 6 : Schematische Darstellung, einer platz- und gewichtsparenden VR-Kraftradmotorausführung in Blockmotorbauweise, Ansicht 2 -
Fig. 7 : Schematische Darstellung, einer platz- und gewichtsparenden W-Kraftradmotorausführung -
Fig. 8 : Ausführungsbeispiel für ein VR-6 Kraftrad, Ansicht 1 -
Fig. 9 : Ausführungsbeispiel für ein VR-6 Kraftrad, Ansicht 2 -
Fig. 10 : Ausführungsbeispiel für ein W-8 Kraftrad, Ansicht 1 -
Fig. 11 : Ausführungsbeispiel für ein W-8 Kraftrad, Ansicht 2 - Bei herkömmlichen Ottomotoren ist der Kurbeltrieb so gestaltet, dass die Mittelachse der Kolbenlaufbahn die Drehachse der Kurbelwelle und die Drehachse des Kolbenbolzens schneidet, abgesehen von der üblichen Desachsierung des Kolbenbolzens zur Beeinflussung der Umklappdynamik durch das Kolbenspiel. Dies ergibt eine symmetrische Kurbelgeometrie und -dynamik zwischen OT und UT, die bei einem Kurbelwinkel φ von 0° bzw. 180° zu liegen kommen. Bei einem ausgeprägt geschränkten Kurbeltrieb ist die Mittelachse der Kolbenlaufbahn um das Schränkungsmaß +/- b (
Fig. 1 ) gegenüber der Kurbelachse verschoben. Bei Kombination zweier, spiegelbildlich geschränkter Kurbeltriebe in einer V-Motor Konfiguration (Fig. 1 ) führt dies zu einer Höhenreduzierung der Motormaße um das Maß d, welches sich aus dem Abstand zwischen der gedachten Mittelachse eines ungeschränkten Kurbelkreises 1.2 und der Mittelachse des durch die Schränkung verschobenen Kurbelkreises 1.1 mit dem Radius h und dem Kurbelwinkel φ ergibt. Dies ist speziell bei einem engen V-Winkel α von Vorteil, da die Laufbüchsen der Zylinder durch die Schränkung sehr eng und auf Lücke zusammengerückt werden können, ohne daß sich eine zu große Höhe der Zylinder über der Kurbelachse ergibt. So wird eine sehr kompakte Motorkonfiguration erzielt, in der die Zylinderabstände in Kurbelwellenrichtung minimiert werden, ohne daß sich eine wesentliche Vergrößerung der Baumaße in Richtung der Linie 1.5 ergibt. Gegenüber einem Reihenmotor mit gleicher Zylinderanzahl und gleichem Hubvolumen kann so eine Verkürzung des Kurbelgehäuses von ca. 20-35% erreicht werden. Der Grad der Verkürzung hat folgende wichtigste Einflußgrößen: - ● Höhe der Zylinder über der Kurbelwelle
- ● V-Winkel
- ● Grad der Schränkung
- ● Kurbelwellenfestigkeit (Lagerbreite)
- ● Dimensionierung der Gaswechselkanäle im Zylinderkopf
- Weiterhin trägt zur Kompaktheit bei, daß sich der Hub bei einem gegebenen Kurbelkreis 1.1 mit dem Radius h und gegebener Bohrung mit dem Radius r sowie mit einem Pleuel 1.4 der Länge 1 durch die Schränkung um das Maß b leicht erhöht, es ergibt sich aus
Fig. 1 gemäß Pythagoras folgender Hubraum Vs pro Zylinder -
- Somit erhöht sich der Hubraum um das Volumen Vs - Vn
- Ferner führt eine Schränkung b zu einer unsymmetrischen Winkeldifferenz zwischen OT und UT mit einer Abweichung von symmetrischen 180° um den Winkel ϕ2 - ϕ1 (
Fig. 1 ).
Dies muß zum einen beim Kräfte- und Momentenausgleich für gegebene Zylinderkonfigurationen berücksichtigt werden, zum anderen auch für die Auslegung der Ventilsteuerzeiten. - Maßgebend für den Kolbenweg bei einem geschränkten Kurbeltrieb sind das Kurbelstangenverhältnis λ = h / l sowie das Verhältnis von Schränkungsmaß zu Pleuellänge: β = b / l.
-
- In dieser Gleichung ist das Vorzeichen für β gemäß
Fig. 1 zu wählen. Wird in der Gleichung die Schränkung b und somit β zu Null gesetzt, ergibt sich die bekannte Gleichung für den einfachen Kurbeltrieb. - Bei der Wahl eines engen V-Winkels α erhält man zum einen bei einem gegebenen Schränkungsmaß b eine erhebliche Längenreduktion d (
Fig. 1 ) durch die Hochverlegung der Kurbelachse vom Punkt 1.2 auf den Punkt 1.1, zum anderen eröffnet dies die Möglichkeit, für beide Zylinderreihen einen gemeinsam genutzten Zylinderkopf an der Teilungslinie 1.5 plan aufzusetzen, wobei die Zylinder gegenüber der Teilungsliniensenkrechten um jeweils α/2 nach außen geneigt sind. Dies erlaubt, beide Zylinderbänke durch einen gemeinsamen Zylinderkopf zu steuern statt der Verwendung zweier, separater Zylinderköpfe, was sich als vorteilhaft für Baumaße und Gewicht eines Kraftradmotors erweist. Der maximal sinnvolle V-Winkel α, der den Einsatz eines gemeinsamen Zylinderkopfes erlaubt, wird dabei durch den Anstieg der Kolbenseitenkräfte durch den Verbrennungsdruck und durch die Ventilgeometrie begrenzt. - Traditionelle V Motoren nutzen einen gemeinsamen Kurbelzapfen für einander gegenüberliegende Kolbenpaare. Für einen ruhigen Motorlauf bedingt dies V-Winkel, die bei gegebener Zylinderzahl eine gleichmäßige Zündverteilung über einen 720° Kurbelwinkel 4-Takt-Zyklus ermöglichen. So hat beispielsweise ein traditioneller V8 Motor für eine gleichmäßige Zündverteilung einen fest definierten V Winkel von α = 90°, was sich aus der Division eines 4 Takt Zyklus von 720° durch die Anzahl von Zylindern ergibt (720° / 8= 90°). Dies ist bei einem - wie oben beschrieben - engen Zylinderwinkel und üblichen Zylinderzahlen und paarweise gemeinsamen Kurbelzapfen ungünstig, denn ein traditioneller V Motor würde beispielsweise bei einem V Winkel von 15° 48 Zylinder benötigen (48 * 15° = 720°) um eine gleichmäßige Zündverteilung zu erreichen. Um dies auch mit weniger Zylindern zu ermöglichen, besitzt die Kurbelwelle von VR Motoren einen Kurbelzapfen für jeden Zylinder. Die durch die enge Zylinderanordnung reduzierte Breite von Hauptlagern, Pleuellagern und Kurbelwangen kann durch größere Lagerdurchmesser und Überdeckungen ausgeglichen werden. Durch den V-Winkel und die Unsymmetrie der Hubwege und -winkel müssen die Hubzapfen mit anderen Winkeldifferenzen untereinander angeordnet werden als bei einem Reihenmotor. So muß zum Beispiel bei einem VR6 Motor der bei einem R6 Reihenmotor gegebene Winkelversatz der Hubzapfen von 120° (6 * 120° = 720°) so korrigiert werden, daß eine gleichmäßige Zündverteilung von 120° beibehalten wird. Dazu wird jeder Hubzapfen um den halben V-Winkel α/2 und um den OT Winkel ϕ1 (
Fig. 1 ) in Richtung der jeweiligen Zylindermittelachse verdreht. - Zylinderköpfe für VR- Motoren zeichnen sich durch unterschiedlich lange Einlaß- und Auslaßkanäle aus, was dazu führt, daß elektronische Motorsteuerungssysteme Parameter wie Zündwinkel, Einspritzzeitpunkte u.a.m. zylinderindividuell berücksichtigen müssen. Auch müssen Saugrohrsysteme und Auspuffanlagen auf diese Gegebenheiten abgestimmt sein. Ein VR- Motor mit ungerader Zylinderzahl (z.B. 3,5,7) hat naturgemäß eine kurze und eine lange Zylinderreihe. Diese geometrische Eigenschaft läßt sich für einen Kraftradmotor nutzen, dessen äußere Form erheblichen Einfluss auf die Aerodynamik eines Kraftrades nimmt. Die VR- Zylinderanordnung eines VR5 Motors kann somit in nach vorne eingeschnürter Form ausgeführt werden (
Fig. 2 ). Dabei ist der Zylinderkopf mit der Nockenwellenmittelachse über der hinteren Zylinderreihe 2.2 und der Nockenwellenmittelachse über der vorderen Zylinderreihe 2.1 über der Kurbelwellenmittelachse 2.3 angeordnet. Die Gasführung läßt sich so vorteilhaft anordnen, daß Zylinder und Zylinderkopf nach vorne schmäler gestaltet sind und somit ein besonders strömungsgünstiger Quereinbau des Motors in ein Kraftrad möglich wird. Die unterschiedlichen geometrischen Eigenschaften der Ein- und Auslaßkanäle über den beiden Zylinderreihen werden durch angepaßte Anordnung von Saugrohr- und Auspuffanlage sowie durch obengenannte, elektronische Motorsteuerungssysteme berücksichtigt. - Die vorteilhafte Einschnürung von VR- Kraftradmotoren mit ungerader Zylinderzahl in Fahrtrichtung bedingt zusätzlich, daß eine darauf angepaßte Nockenwellenausführung gewählt wird (
Fig. 3 ). Dabei sind zwei Nockenwellen mit den Mittelachsen 3.2 und 3.3 über der Kurbelwelle mit der Mittelachse 3.1 angeordnet. Die hintere Nockenwelle 3.4 für die lange Zylinderbank wird direkt von der Kurbelwelle über eine Kette 3.6 angetrieben, während die vordere Nockenwelle 3.5 in einer anderen, senkrecht zur den Nockenwellenachsen stehenden Ebene innerhalb der Einschnürung durch eine zweite Kette oder Verzahnung 3.9 von der hinteren Nockenwelle 3.4 angetrieben wird. Dadurch kann die vordere Nockenwelle 3.5 in der Länge an die strömungsgünstige Einschnürung des Zylinderkopfes angepaßt werden. Bei Verwendung von zwei Nockenwellen für vier Ventilreihen werden dabei diagonale Kipphebel (3.8) verwendet, die die Ventilschäfte 3.7 der vier Ventilreihen betätigen. Der Primärantrieb zum Getriebe befindet sich auf der dem Nockenwellenantrieb gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle 3.10. - Für VR- Kraftradmotoren mit gerader Zylinderzahl oder bei Verzicht auf die oben erwähnte Einschnürung bei VR-Kraftradmotoren mit beliebiger Zylinderzahl läßt sich ein sehr steifer, drehzahlfester Querstromventiltrieb mit Tassenstößeln realisieren, der die geometrischen Vorteile eines gemeinsamen Zylinderkopfes für die zwei VR-Zylinderreihen in platz- und gewichtsparender Weise vorteilhaft nutzt (
Fig. 4 ). Hierbei ist ein gemeinsamer Zylinderkopf an der Teilungslinie 4.4 auf einen VR-Zylinderblock mit dem V- Winkel α und den Zylinderreihen R1 und R2 aufgesetzt. Die VR-Zylinderreihe R1 besitzt kurze Einlaßkanäle, die über die Nockenwelle 4.3 und deren Ventile gesteuert werden. Analog dazu besitzt die VR-Zylinderreihe R2 kurze Auslaßkanäle, die durch die Nockenwelle 4.1 und deren Ventile beaufschlagt sind. Die beiden Ventilreihen für die langen Auslaßkanäle von R1 sowie für die langen Einlaßkanäle von R2 werden über die Nockenwelle 4.2 betätigt. Dabei sind diese zwei Ventilreihen so angeordnet, daß sich ihre Mittelachsen mit der Mittelachse der Nockenwelle 4.2 schneiden und diese gemeinsam nutzen können. Somit ergibt sich für vier Ventilreihen eine steife, drehzahlfeste und platzsparende Tassenstößelanordnung mit nur drei Nockenwellen. Diese Anordnung ist auch für Zylinderköpfe mit mehr als 2 Ventilen pro Zylinder anwendbar und eignet sich insbesondere für den Einsatz in hochtourigen Kraftradmotoren. - Als VR-Kraftradmotorbeispiel ist ein quereinbaubarer VR6 Kraftradmotor in prinzipiellen Seitenrissen skizziert (
Fig. 5 /6 ). Der Hubraum von 1005 ccm ergibt sich aus 6 Zylindern mit 57,6 mm Bohrung, 64,4 mm Hub, einem Schränkungsmaß b von +/- 8,9 mm sowie einem Zylinderabstand von 46,2 mm in Kurbelwellenrichtung, wobei jeweils 3 Zylinder in einer VR Reihe angeordnet sind. Der V-Winkel α in diesem Ausführungsbeispiel beträgt 15°. Die daraus erzielbare Motorbreite liegt im Bereich vergleichbarer gängiger Kraftrad-Vierzylindermotoren mit ähnlichem Hubraum. - Das im Kraftradbau allgemein bekannte und platzsparende Prinzip des Kraftrad-Blockmotors wird hier mit den Vorteilen des VR- Prinzips kombiniert. Ein Blockmotor in der Kraftradtechnik zeichnet sich dadurch aus, daß Motor und Getriebe eine platz- und gewichtsparende Einheit bilden, indem sie ein gemeinsames Gehäuse und ein gemeinsames Ölreservoir nutzen. Kurbelwelle und Getriebewellen bis zum Getriebeabtrieb sind dabei parallel zueinander angeordnet. Üblich ist ein Primärantrieb von der Kurbelwelle über Zahnräder oder Kette zur Getriebevorgelegewelle, auf der sich auch die Kupplung befindet. Die daran anschließende Getriebehauptwelle dient gleichzeitig als Abtrieb auf einen Sekundärantrieb (Kette oder Kardanwelle) zum Hinterrad.
Durch den geschränkten Kurbeltrieb (Schränkungskreis 5.8, 6.9 mit Radius +/-b) wird die Länge und Höhe des Motors um das Maß d reduziert. Die VR- Zylinderbank ist um 30° aus der Senkrechten nach vorne geneigt, um eine günstige Einbaugeometrie für Krafträder zu erzielen. Bei dieser Zylinderneigung bewirkt die Kurbelschränkung das Abstandsmaß d und damit eine Längeneinsparung von 34 mm und eine senkrechte Einsparung von 59 mm, während sich die Motorbreite in Kurbelwellenrichtung durch die beiden auf Lücke zusammengerückten Zylinderreihen 6.1,6.2 mit den Pleuelstangen 6.7) mit einem Zylinderabstand von 46,2 mm (bei einer Bohrung von 57,6 mm) gegenüber einem Reihenmotor deutlich vermindert ohne dabei nennenswert an Länge in Fahrtrichtung zu gewinnen. Der Antrieb 5.7 der beiden Nockenwellen 5.1 und 5.2 liegt seitlich in einer Ebene ohne Einschnürung nach vorne. Die Nockenwellenkette treibt zusätzlich eine Hilfswelle 5.3 an, die zum Antrieb von Nebenaggregaten wie Anlasser Generator und Pumpen dient. Dadurch bleiben die Kurbelwellenenden frei von Aggregaten, die zu größerer Breite führen würden und nehmen nur den Primärantrieb 6.10 und den Nockenwellenkettenantrieb 5.7 auf. - Der von beiden VR- Reihen gemeinsam genutzte Zylinderkopf 5.6 bzw. 6.6 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem OHC Ventiltrieb mit zwei Nockenwellen und Kipphebeln ausgeführt, um die Betätigung von 4 Ventilreihen mit zwei Nockenwellen zu ermöglichen.
- Über den Primärantrieb 6.10 und Vorgelegewelle 5.4, auf der die Ölbadlamellenkupplung 6.4 angeordnet ist, wird das Drehmoment über die Getriebehauptwelle 5.5 bzw. 6.5, auf das Kettenritzel 6.11 für die Hinterradantriebskette 5.9 bzw. 6.12 geführt. Nicht dargestellte Baugruppen wie Gemischbildung und Abgasführung ähneln in Ihrer physischen Ausführung denen traditioneller Reihenmotoren mit der Einschränkung, daß Ein- und Auslaßkanäle innerhalb des Zylinderkopfes in ihrer Länge zwischen den beiden Zylinderbänken differieren.
- Kraftradausführungen mit VR- Motor und längs eingebauter Kurbelwelle zeichnen sich durch senkrecht stehende, ungeneigte Zylinder (horizontaler Längswellenzug mit Kardanantrieb zur Hinterachse) und ein angeblocktes, separates Getriebe anstelle eines Blockmotorgehäuses aus. Die für Krafträder günstigen Breiten-, Längen- und Höhenmaße lassen dabei viel Spielraum für die Wahl von Zylinderanzahl und Hubraum.
- Als Ausführungsbeispiel für eine Kraftrad- W-Motorausführung ist in
Fig.7 ein längseinbaubarer W8 Kraftradmotor mit Saugrohreinspritzung im Frontriß skizziert. Der Hubraum von 1500 ccm ergibt sich aus 8 Zylindern mit 60,6 mm Bohrung, 65 mm Hub, den beiden Schränkungsmaßen b von jeweils +/ 9 mm sowie einem Zylinderabstand in jeder Bank in Kurbelwellenrichtung von 46,9 mm. In jeder der vier Zylinderreihen sind dabei 2 Zylinder angeordnet. Der V- Winkel α innerhalb der zwei VR- Zylinderreihen in diesem Ausführungsbeispiel beträgt 15°. Durch Zusammenfügen der zwei VR- Zylinderbänke unter einem Winkel β von 72° ergibt sich ein Gesamtmotorblock mit einem Außenwinkel von 87° und einer Außenbreite von 500 mm. Dies ist eine günstige Breite für Kraftradmotoren, insbesondere durch die nach oben geöffnete V-Form, mit der ein großer Schräglagenwinkel bei Kurvenfahrt erzielt wird. Um eine möglichst kompakte Baulänge zu ermöglichen, werden beim W-Kraftradmotor jeweils zwei Zylinder einem Kurbelzapfen zugeordnet. Jeweils zwei gegenüberliegende Kolbenpaare der Zylinderreihen 7.10 und 7.5 sowie die Zylinderreihen 7.6 und 7.7 wirken dabei auf einen gemeinsamen Kurbelzapfen unter einem jeweils inneren Winkel von 72°, so daß sich ein Kurbelstern mit 4 Kröpfungen ergibt. Die dadurch entstehende Zündverteilung wäre für einen Zehnzylinder gleichmäßig gemäß dem Quotienten aus 720° / 10. Bei einem Achtzylinder jedoch ergibt sich ein notwendiger V-Winkel von 90° gemäß dem Quotienten 720°/8. Daraus erwächst für diesen Achtzylinder W-Motor innerhalb der Zylinderpaare, die gemeinsame Hubzapfen nutzen, eine Abweichung von 90°-72°=18° von der gleichmäßigen Zündverteilung, die bei einem analogen Zehnzylindermotor vorherrscht. Diese Abweichung kann gemäßFig. 7 durch einen Versatz der beiden zugehörigen Pleuel innerhalb eines Hubzapfens um den Winkel ε=18° erreicht werden ("Split-Pin"). Hierzu werden die beiden Kreisquerschnitte 7.8 der beiden Hubzapfenlager innerhalb eines Hubzapfens um 18° auf dem Kurbelkreis gegeneinander verschoben. Bei ausreichendem Lagerdurchmesser ist hierbei die Überdeckung groß genug, um eine genügende Festigkeit sicherzustellen. - Auf diese Weise können durch geschickte Kombination von VR-Winkel α, Bankwinkel β und Split-Pin-Winkel ε verschiedene Zylinderanzahlen und Bauformen bei gleichmäßiger Zündverteilung und für individuelle Abmessungen realisiert werden. Dabei sind insbesondere Acht-, Zehn- und Zwölfzylinderanordnungen vorteilhaft, bei denen durch die Wahl eines geeigenten Pleuelversatzwinkels ε eine gleichmäßige Zündverteilung erzielt werden kann. Bei einem Zwölfzylinder mit α=15° und β=72°kann dies beispielsweise (analog zur Berechnung für einen Achtzylinder) durch einen Pleuelversatzwinkel ε= -12° (gemäß 60°-72°=-12°) erreicht werden. Darüberhinaus sind auch W-Kraftradmotoranordnungen denkbar, bei denen auf die Einhaltung einer gleichmäßigen Zündverteilung über einen 720° Kurbelwinkelzyklus verzichtet wird, da bei Krafträdern das Ziel maximaler Laufruhe nicht immer im Vordergrund steht. Ausführungen mit dieser Eigenschaft sind im Kraftradbau beispielsweise bei traditionellen V2 Motoren bekannt. Neben einer besonders kurzen Kurbelwelle erweist sich für das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 7 als vorteilhaft, daß durch die gemeinsame Nutzung der Kurbelzapfen durch jeweils zwei Zylinder ein geringer Versatz zwischen den beiden VR Bänken ermöglicht wird, der der Dicke der unteren Pleuelaugen entspricht (AusführungsbeispielFig. 7 : 10mm). -
Fig.7 zeigt zudem einen OHC Ventiltrieb, bei dem die jeweils äußere Nockenwelle 7.12 jeder VR-Bank beide Auslaßventile über Schlepphebel steuert, während die jeweils innere Nockenwelle 7.13 jeder VR-Bank beide Einlaßventile betätigt. Durch die dabei entstehende Geometrie sind Ein- und Auslaßventile verschiedener Länge nötig. In dieser Ausführung ist eine Steuerzeitänderung durch Verdrehen der Nockenwellen möglich, da pro Nockenwelle ausschließlich Ein- bzw. Auslaßventile betätigt werden. Die unterschiedliche Geometrie von Ein- und Auslaßkanälen erfordert zwei verschiedene Positionierungen der Einspritzdüsen. Während die Einspritzdüse 7.2. den langen Ansaugkanal der linken, ersten Zylinderreihe 7.10 versorgt, zeigt die Einspritzdüse 7.1. die Positionierung für einen kurzen Ansaugkanal. Die Längenunterschiede der Auslaßkanäle sind jeweils umgekehrt zu denen der dazugehörigen Einlaßkanäle. Neben der bereits erwähnten zylinderindividuellen Anpassung durch eine elektronische Motorsteuerung für die verschiedenen Formen von Ansaug- und Abgasführung kann eine optimale Abstimmung zusätzlich über angepaßte Öffnungszeiten der Ventile je nach Gaswechselgeometrie erreicht werden. - Die jeweils zwei Zylinderreihen in den beiden VR- Zylinderbänken sind um das Schränkungsmaß b geschränkt, welches +/- 9 mm beträgt und dem Radius des Kreises 7.9 entspricht. Der Motor gewinnt so an Kompaktheit, indem die beiden VR- Zylinderbänke durch die Schränkung ineinandergeschoben werden. Bei einem VR- Winkel α von 15° und einem Bankwinkel β von 72° ergibt sich eine Höhenreduktion dv von 55,8 mm und eine Breitenreduktion von 2*dh = 81 mm.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für einen W- Kraftradmotor ergeben sich durch den Einbau mit querliegender Kurbelwelle und die dadurch mögliche Verwendung eines Blockmotorgehäuses (gemeinsames Gehäuse für Motor und Getriebe). Die günstigen Breiten-, Längen-, und Höhenmaße erlauben auch hier viel Spielraum für die Wahl von Zylinderanzahl und Hubraum, die sich harmonisch in die Linien eines Kraftrades einfügen.
- Die vorteilhaften Eigenschaften von VR-Motoren für Krafträder ergeben sich aus der Eignung eines großvolumigen, mehrzylindrigen VR-Motors für ein kleines Fahrzeug wie in
Fig. 8 ,9 dargestellt. Bei einem vergleichsweise geringen Radstand von 1440 mm läßt sich ein VR- Blockmotor mit 6 Zylindern und 1005 ccm bei einem VR- Winkel α von 15°, 57,6 mm Bohrung, 64,4 mm Hub, einem Schränkungsmaß von +/- 8,9 mm sowie einem Zylinderabstand von 46,2 mm mit harmonischer Kontur einbauen. Trotz des geringen Radstandes kann ein langes Abstandsmaß von 575 mm zwischen Abtriebsritzel und Hinterachse erzielt werden, wodurch eine fahrdynamisch günstige, lange Hinterradschwinge 8.7 ermöglicht wird. Weiterhin kann ein drehzahlfester Zylinderkopf 8.1 mit drei Nockenwellen und Tassenstößeln realisiert werden. Die Wasserkühlung 8.2 ist erforderlich, um eine ausreichende Kühlung der dem Wind abgewandten, hinteren VR Zylinderreihe mit 3 Zylindern sicherzustellen. Diese Anordnung erlaubt es trotz des kurzen Radstandes, bei üblichem Vordergabelwinkel, -nachlauf und Raddurchmesser einen Teleskopgabelfederweg von größer 120 mm einzuhalten. Um die Breite des Motors zu minimieren, sind Hilfsaggregate 8.3 wie Anlasser, Lichtmaschine und Pumpen separat und oberhalb der Kurbelwelle 8.4, der Vorgelegewelle mit Kupplung 8.5 und der Abtriebswelle 8.6 platzsparend angeordnet. Die beiden Kurbelwellenenden sind somit nur mit Nockenwellen-, und Primärantrieb beaufschlagt, dadurch weist der Motor insgesamt eine vorteilhafte Breite auf Kurbelwellenhöhe von 371 mm auf (Fig. 9 ). Übliche, quereingebaute Kraftradreihenmotoren mit nur vier Zylindern in dieser Hubraumklasse weisen eine Breite von ca 400 mm auf. - Elemente wie Luftfilter, Zündanlage, Saugrohreinspritzung sowie der Ansaugtrakt mit Luftmengenmesser, Drosselklappe und Luftfilter sind in dem Volumen 8.8 bzw. unter der Sitzbank angeordnet und an den Zylinderkopf 8.1. angeschlossen.
- Die vorteilhaften Eigenschaften von W - Motoren für Krafträder lassen sich durch die Eignung eines großvolumigen Motors in einem Kraftrad durchschnittlicher Größe aufzeigen (
Fig. 10 ,11 ). Der Hubraum von 1500 ccm ergibt sich aus 8 Zylindern mit 60,6 mm Bohrung, 65 mm Hub, den beiden Schränkungsmaßen b von +/- 9 mm in beiden VR Bänken sowie einem Zylinderabstand innerhalb jeder VR-Bank von 46,9 mm. Der VR- Winkel α innerhalb der Zylinderreihen beider Zylinderbänke in diesem Ausführungsbeispiel beträgt 15°. Die Mittelachsen der zwei VR- Zylinderbänke bilden zueinander einen Winkel β von 72°. Die maximale Außenbreite von 500 mm inFig. 11 ergibt sich an dem am Motor hinten angeordneten Nockenwellenantriebsgehäuse 10.1 in dem sich ein dreistufiger Antrieb befindet. Dieser verläuft zunächst über eine Hauptkette von der Kurbelwelle 10.2 an eine Zwischenwelle 10.3 und von dort über zwei Nebenketten an die zwei Nockenwellenpaare 10.4 bzw 11.2 der beiden VR-Bänke. Der Antriebsstrang orientiert sich an bekannten Konzepten für Kraftradkardanantriebe bei längsliegender Kurbelwelle mit einer an diese anschließenden Schwungscheibe mit Trockenkupplung 10.5 und einem angeflanschten Schaltgetriebe 10.6 mit eigenem Ölreservoir. Besonders zweckmäßig erweist sich bei dieser Ausführung die kurze Baulänge des Motors von nur 320 mm (einschließlich der Kupplung am hinteren- und Ölpumpenantrieb am vorderen Kurbelwellenende) bis zum Getriebeeingang, sowie eine maximale Höhe von 450mm zwischen Ölwanne und der Oberkante des Ansaugtraktes. Bei einem vergleichsweise kurzen Radstand von 1520 mm ermöglichen die kompakten Abmessungen dieser W8 Anordnung eine Schwingenlänge von 447 mm ausgehend vom Schwingenlager/Kardangelenk 10.7 bis zur Hinterachse mit Winkelgetriebe 10.8. Durch die vorteilhafte Baulänge des Motors kann die Wasserkühlung 10.9 so angeordnet werden, daß sich für die Teleskopvordergabel ein Federweg von größer 150mm ergibt. Die hohe Lage der Zylinderköpfe mit jeweils zwei Nockenwellen (mit Schlepphebeln für 4 Ventilreihen; 10.4 bzw. 11.2) und die Führung der Auspuffkrümmer 10.10 bzw. 11.1) in diesem Ausführungsbeispiel ermöglichen große Schräglagen bei Kurvenfahrt. - Nebenaggregate 10.11 wie Lichtmaschine und Anlasser sind am Umfang der Schwungscheibe 10.5 angeordnet und über den Zahnkranz der Schwungscheibe mit dem Motor verbunden.
- Elemente wie Luftfilter, Zündanlage, Saugrohreinspritzung sowie der Ansaugtrakt mit Luftmengenmesser, Drosselklappe und Luftfilter sind in dem V-Zwischenraum 10.12 zwischen den zwei VR Zylinderbänken und dahinter über dem Getriebe 10.6 angeordnet.
Claims (6)
- Kraftrad mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe,
wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Zylinderbank oder zwei Zylinderbänke und eine Kurbelwelle aufweist,
wobei die Zylinderbank oder jede der beiden Zylinderbänke wenigstens drei Zylinder aufweist,
wobei die Zylinder der Zylinderbank in zwei auf Lücke zusammengerückten, ineinandergeschobenen Zylinderreihen angeordnet sind, wobei die beiden von den Achsen der Zylinder der beiden Zylinderreihen gebildeten Ebenen einen spitzen V-Winkel bilden und sich unterhalb der Achse der Kurbelwelle schneiden, so dass ein geschränkter Kurbeltrieb gebildet wird, wobei jedem Zylinder der Zylinderbank ein separater Kurbelzapfen der Kurbelwelle zugeordnet ist,
wobei die Zylinder der beiden Zylinderreihen einer Zylinderbank einen gemeinsamen Zylinderkopf aufweisen,
wobei die Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist, und
wobei die Zylinderbank, die Kurbelwelle und das Getriebe ein gemeinsames Gehäuse und ein gemeinsames Ölreservoir nutzen. - Kraftrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbank zwischen drei und sechs Zylinder aufweist.
- Kraftrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Zylinderbank mit sechs Zylindern aufweist.
- Kraftrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der V-Winkel 15° beträgt.
- Kraftrad nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zylinderbänke in einer W-Anordnung vorgesehen sind, die auf die gemeinsame Kurbelwelle wirken.
- Kraftrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Zylinderbänke gleich viele Zylinder aufweisen und dass ein Zylinder einer ersten Zylinderbank und ein in derselben Ebene quer zur Kurbelwellenachse angeordneter Zylinder einer zweiten Zylinderbank einem gemeinsamen Kurbelzapfen der Kurbelwelle zugeordnet sind.
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