DE102006009093B4

DE102006009093B4 - Kolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad

Info

Publication number: DE102006009093B4
Application number: DE102006009093.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ringholz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2026-03-01
Also published as: DE102006009093A1

Abstract

Kolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad, wobei die Kolbenbrennkraftmaschine eine Kurbelwelle (1) und eine Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte mit einer oder mehreren Ausgleichswellen (2, 3) aufweist, wobei die Kopplung der Ausgleichswellen (2, 3) mit der Kurbelwelle (1) über einen Zahnradantrieb (5) erfolgt, wobei die Anzahl der Ausgleichswellen (2, 3) der Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ausgleichswellen (2, 3) als Antrieb für einen Generator (4) dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad, wobei die Kolbenbrennkraftmaschine eine Kurbelwelle und eine Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte mit einer oder mehreren Ausgleichswellen aufweist, wobei die Kopplung der Ausgleichswellen mit der Kurbelwelle über einen Zahnradantrieb erfolgt.
Derartige Kolbenbrennkraftmaschinen sind beispielsweise aus der DE 31 32 368 A1 , der DE 31 21 303 A1 und der US 4 683 849 A bekannt.
Bei einer Kolbenbrennkraftmaschine werden bei jeder Drehbewegung der Kurbelwelle die unterschiedlichen Massen des Kurbeltriebs (Kolben, Pleuelstange, Kurbelwelle) neu beschleunigt. Die Richtung der dabei entstehenden Massenkräfte wechselt ständig. Zum Teil werden die durch den Kolben und Teile des Kurbeltriebs entstehenden Massenkräfte durch Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgeglichen. Es sind Ausgleichswellen zur weiteren Verbesserung der Laufruhe des Motors bekannt. Bei Viertakt-Reihenvierzylinder-Motoren rotieren beispielsweise Ausgleichswellen zum Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegenläufig zueinander. Nachteilig ist dabei jedoch das zusätzliche Gewicht und der erhebliche Platzbedarf solcher Ausgleichswellen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad mit einer Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte zur Verfügung zu stellen, wobei die Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte den Anforderungen an das Motorrad angepasst ist und dabei möglichst leicht ist und möglichst wenig Bauraum einnimmt.
Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit einer erfindungsgemäßen Kolbenbrennkraftmaschine besteht die Möglichkeit, die Schwingungen im Motorrad entsprechend den Anforderungen an das Motorrad auszugleichen, wobei die Baugröße bzw. das Gewicht der Ausgleichsvorrichtung entsprechend gering gehalten werden. Die Anforderungen an das Motorrad sind dabei im Wesentlichen abhängig von der Konfiguration des Fahrzeugs. Ein auf Komfort ausgelegtes Motorrad weist zum Beispiel relativ weit ausladende Karosserieteile auf, wobei die Schwingung, die durch die Massenkräfte des Motors erzeugt werden, insbesondere in diesen Bauteilen für den Fahrer eines Motorrads störend spürbar sind. Die erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine kann für diesen Anwendungsfall vorteilhafterweise zwei Ausgleichswellen aufweisen. Das erhöhte Gewicht wird bei einem auf den Komfort des Benutzers ausgelegten Motorrad im Sinne der besseren Schwingungsdämpfung nicht als Nachteil empfunden. Bei sportlich ausgelegten Motorrädern werden auf Grund der Randbedingungen eines solchen Fahrzeugs gewisse Schwingungen in der Regel eher in Kauf genommen. Die erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine kann bei einem solchen Motorrad vorteilhafterweise nur eine Ausgleichswelle aufweisen, da die Dämpfung der Schwingungen für den Benutzer weniger von Belang ist und der Schwerpunkt des Interesses auf einem günstigen Verhältnis von Motorleistung und Gewicht liegt, nicht auf Komfort. Es sind bei der Einrichtung zum Ausgleichen der freien Massenkräfte der erfindungsgemäßen Kolbenbrennkraftmaschine auf Grund des modularen Aufbaus keine, eine oder zwei Ausgleichswellen bei ansonsten gleichbleibendem Grundaufbau des Motors möglich. Auch eine höhere Anzahl an Ausgleichswellen wäre theoretisch möglich, hat jedoch keine praktische Bedeutung.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bevorzugt ist die Anzahl der Ausgleichswellen abhängig von der Konfiguration des Motorrads. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine beispielsweise für verschiedene Modelle von Motorrädern eingesetzt werden kann. Die Anzahl der Ausgleichswellen kann dabei beispielsweise in einer modular aufgebauten Ausgleichsvorrichtung erhöht oder verringert werden. Dies ist vorzugsweise sowohl in der Produktion als auch später bei einer möglichen Umrüstung des Motorrads möglich. Durch die modulare Bauweise der Ausgleichsvorrichtung können beispielsweise der Fertigungs- und/oder Entwicklungsaufwand verringert werden.
Erfindungsgemäß dient eine der Ausgleichswellen als Antrieb für einen Generator, beispielsweise die Lichtmaschine. Dadurch kann das Gewicht und der notwendige Bauraum für die Ausgleichsvorrichtung in vorteilhafter Weise weiter verringert werden, indem beispielsweise vorhandene Entkopplungselemente des Generators mit genutzt werden können. Vorzugsweise ist der Generator mit doppelter Kurbelwellendrehzahl antreibbar. Besonders bevorzugt ist der Generator für hohe Drehzahlen bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt. Der Generator weist dazu beispielsweise sogenannte Seltene-Erden-Magnete auf. Derartige Generatoren haben den Vorteil, dass ihr Rotor einen kleineren Durchmesser aufweist, sodass das Trägheitsmoment des Rotors höhere Drehzahlen zulässt. Der Antrieb eines Generators ohne Seltene-Erden-Magnete mit doppelter Kurbelwellendrehzahl würde dagegen auf Grund der hohen Drehzahlen von Kolbenbrennkraftmaschinen für Motorräder von etwa 13.000 bis 15.000 Umdrehungen pro Minute zu sehr hohen Trägheitsmomenten führen. Der Fachmann versteht, dass beispielsweise an eine Lichtmaschine, die mit doppelter Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird, besonders hohe Anforderungen gestellt sind. Besonders bevorzugt ist die Kolbenbrennkraftmaschine ein Viertakt-Reihenvierzylinder-Motor.
In einer Ausführungsform ist eine erste Ausgleichswelle direkt über einen ersten Zahnradantrieb von der Kurbelwelle angetrieben. Bevorzugt ist eine zweite Ausgleichswelle über ein Primarantriebs-Zahnrad oder Kupplungszahnrad von der Kurbelwelle angetrieben. Ebenfalls bevorzugt kann die zweite Ausgleichswelle über einen zweiten Zahnradantrieb von der ersten Ausgleichswelle angetrieben sein.
Der Generator kann von jeder der Ausgleichswellen angetrieben sein. Vorzugsweise ist der Generator von der ersten Ausgleichswelle angetrieben. Die erste Ausgleichswelle im Sinne dieser Erfindung rotiert gegenläufig zur Kurbelwelle, während die zweite Ausgleichswelle dieselbe Drehrichtung aufweist, wie die Kurbelwelle. Es ist vorteilhaft, dass bei nur einer Ausgleichswelle, diese entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle dreht, so dass in der Regel die erste Ausgleichswelle in Kolbenbrennkraftmaschinen mit nur einer Ausgleichswelle eingebaut ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

1 zeigt eine Kurbelwelle mit zwei Ausgleichswellen nach dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichswelle.
3 zeigt eine Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zwei Ausgleichswellen.
4 zeigt eine Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichswelle in einer anderen Ausführungsform.
5 zeigt eine Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichswelle in einer Ausführungsform vom Primarantriebs-Zahnrad angetrieben.
6 zeigt eine Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zwei Ausgleichswellen in einer weiteren Ausführungsform vom Primarantriebs-Zahnrad angetrieben.
7 zeigt eine Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zwei Ausgleichswellen und vom Primarantriebs-Zahnrad angetrieben in einer dritten Ausführungsform.

In der 1 ist ein Beispiel für den Aufbau einer Kurbelwelle 1 einer Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte mit zwei Ausgleichswellen 2, 3 nach dem Stand der Technik dargestellt. Ein Generator 4 wird über ein Primarantriebs-Zahnrad 6 von der Kurbelwelle 1 angetrieben.
In der 2 ist eine Kurbelwelle 1 einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine für ein Motorrad dargestellt. Die Kurbelwelle 1 weist Kurbelwangen 11 mit entsprechenden Gegengewichten 12 zum Ausgleich der Massenkräfte der Kolben und anderen Teilen des Kurbeltriebs auf. Über einen Zahnradtrieb 5 ist eine erste Ausgleichswelle 2 mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 2 rotiert also mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegenläufig zur Kurbelwelle 1. Die erste Ausgleichswelle 2 weist ein exzentrisch angeordnetes Gewicht 20 zum Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung auf.
Die Ausgleichswelle 2 ist gleichzeitig die Rotorwelle eines Generators 4, bzw. ist konzentrisch zu dieser angeordnet. Da der Rotor des Generators 4 ebenfalls mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotiert, stellt der Generator eine höhere elektrische Leistung bereit, als ein Generator, der beispielsweise nur mit einfacher Kurbelwellendrehzahl angetrieben ist. Dies ist beispielsweise bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine im Leerlauf von Bedeutung, da die vergleichsweise kleinen Generatoren bei einfacher Kurbelwellendrehzahl im Leerlauf bei Motorrädern häufig eine zu geringe Leistung zur Verfügung stellen.
Zur weiteren Verbesserung der Laufruhe der Brennkraftmaschine kann die Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte um eine zweite Ausgleichswelle 3 erweitert sein, was in 3 dargestellt ist. Die erste Ausgleichswelle 2 ist auch hier über den Zahnradantrieb 5 direkt von der Kurbelwelle 1 mit Übersetzung auf doppelte Kurbelwellendrehzahl angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 2 rotiert daher gegenläufig zur Kurbelwelle 1. Die zweite Ausgleichswelle 3 ist über einen weiteren Zahnradantrieb 5 von der ersten Ausgleichswelle 2 angetrieben. Die zweite Ausgleichswelle 3 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die erste Ausgleichswelle 2, jedoch gleichsinnig mit der Kurbelwelle 1. Die zweite Ausgleichswelle 3 weist ebenfalls ein exzentrisches Gewicht 30 zum zusätzlichen Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung auf. Im dargestellten Beispiel treibt die zweite Ausgleichswelle 3 den Generator 4 an. Im Vergleich zum Stand der Technik in 1 weist die Anordnung in 3, bei gleicher Konfiguration mit zwei Ausgleichswellen, deutlich erkennbar einen vereinfachten und platzsparenden Aufbau auf.
In der 4 ist der Aufbau aus 3 mit nur einer ersten Ausgleichswelle 2 dargestellt. Diese treibt über den Zahnradantrieb 5 die Generatorwelle 40 des Generators 4 an. Es ist zu erkennen, dass gegenüber der Ausführungsform aus 3 im Wesentlichen das exzentrische Gewicht 30 eingespart ist. Der Vorteil des modularen Aufbaus der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird hier besonders deutlich. Die Ausführungsvariante nach 3 bietet eine besonders gute Schwingungsdämpfung und ist insbesondere für ein komfortorientiertes Motorrad, beispielsweise ein sogenanntes Touringmotorrad geeignet. Ohne das exzentrischen Gewicht 30 weist die Ausführungsform nach 4 dagegen ein geringeres Gewicht auf, wobei geringfügig stärkere Schwingungen in Kauf genommen werden.
Wie in 5 dargestellt, kann auch die zweite Ausgleichswelle 3 über das Primarantriebs-Zahnrad 6 angetrieben sein. Die zweite Ausgleichswelle 3 rotiert mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gleichsinnig mit der Kurbelwelle 1. In der dargestellten Ausführungsform ist nur eine Ausgleichswelle vorhanden.
In der 6 ist ebenfalls die zweite Ausgleichswelle 3 über das Primarantriebs-Zahnrad 6 angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 2 ist wiederum von der zweiten Ausgleichswelle 3 angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 2 treibt gleichzeitig den Generator 4 an
In der 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform mit erster Ausgleichswelle 2 und zweiter Ausgleichswelle 3 dargestellt. Die erste Ausgleichswelle 2 ist direkt von der Kurbelwelle 1 mit Übersetzung auf doppelte Kurbelwellendrehzahl angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 2 rotiert daher gegenläufig zur Kurbelwelle 1. Eine zweite Ausgleichswelle 3 ist über ein Primarantriebs-Zahnrad 6 indirekt von der Kurbelwelle 1 angetrieben. Durch das Primarantriebs-Zahnrad 6 rotiert die zweite Ausgleichswelle 3 gleichsinnig mit der Kurbelwelle 1, übersetzt auf doppelte Kurbelwellendrehzahl. Im dargestellten Beispiel treibt die zweite Ausgleichswelle 3 auch den Rotor des Generators 4 an. Die dargestellte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass eine Ausgleichswellen oberhalb und die andere Ausgleichswelle unterhalb der Kurbelwelle 1 angeordnet sind, wobei die entstehenden Massenmomente sich bei idealer Anordnung aufheben können.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwelle
2: Erste Ausgleichswelle
3: Zweite Ausgleichswelle
4: Generator
5: Zahnradantrieb
6: Primarantriebs-Zahnrad
11: Kurbelwange
12: Gegengewicht
20: Erstes exzentrisch angeordnetes Gewicht
30: Zweites exzentrisch angeordnetes Gewicht
40: Generatorwelle

Claims

Kolbenbrennkraftmaschine für ein Motorrad, wobei die Kolbenbrennkraftmaschine eine Kurbelwelle (1) und eine Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte mit einer oder mehreren Ausgleichswellen (2, 3) aufweist, wobei die Kopplung der Ausgleichswellen (2, 3) mit der Kurbelwelle (1) über einen Zahnradantrieb (5) erfolgt, wobei die Anzahl der Ausgleichswellen (2, 3) der Einrichtung zum Ausgleichen freier Massenkräfte veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ausgleichswellen (2, 3) als Antrieb für einen Generator (4) dient.
Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ausgleichswellen (2, 3) abhängig von der Konfiguration des Motorrads ist.
Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (2, 3), die als Antrieb für den Generator (4) dient, entweder -- eine Rotorwelle des Generators (4) ist oder -- konzentrisch zu einer Rotorwelle des Generators (4) angeordnet ist oder -- eine Generatorwelle (40) des Generators (4) über einen Zahnradantrieb (5) antreibt.
Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) mit doppelter Kurbelwellendrehzahl antreibbar ist.
Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbrennkraftmaschine ein Viertakt-Reihenvierzylinder-Motor ist.
Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ausgleichswelle (2) direkt über einen ersten Zahnradantrieb (5) von der Kurbelwelle (1) angetrieben ist.
Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Ausgleichswelle (3) über ein Primarantriebs-Zahnrad (6) von der Kurbelwelle (1) angetrieben ist.
Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichswelle (3) über einen zweiten Zahnradantrieb von der ersten Ausgleichswelle (2) angetrieben ist.