Roterende motor

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Første KKM-57P roterende motor, en NSU P58; 1957 byggeår; 1958 første løb; P designer
Mazda roterende motor i Deutsches Museum
Ro80 roterende motor KKM 612, fremstillet i 1969

Wankel -motoren er en roterende stempelmotor (RKM) opkaldt efter dens opfinder Felix Wankel . I en Wankel -motor omdannes forbrændingsenergien direkte til en roterende bevægelse uden en omvej for en løftebevægelse, som det er tilfældet med frem- og tilbagegående stempelmotorer (HKM). I princippet er der to kinematiske versioner: Rotationsstemplet Wankel -motor (DKM 54) og rotationsstemplet Wankel -motor (KKM 57), hvor tallet står for oprettelsesåret. Kun den roterende stempel Wankel-motor udtænkt af Hanns-Dieter Paschke (1920–2015) [1] , som generelt omtales som en Wankel-motor, kunne få økonomisk betydning.

I KKM 57P (designet i 1957 af Hanns Dieter Paschke) udfører det buede-trekantede rotationsstempel, kendt som rotoren, samtidig funktionerne til levering af strøm og kontrol af gasudvekslingsprocesser. Rotationsstemplets roterende motor har en excentrisk aksel og dermed en lav ubalance, som kan kompenseres fuldstændigt ved hjælp af modvægte. Det roterende stempel Wankel motor DKM 54 har ingen excentrisk aksel. Her roterer løberen og den ovale buede konvolutfigur ( cycloid ) ubalanceret omkring deres egne tyngdepunkter. Økserne er således monteret excentrisk til hinanden. I DKM 54 er den eksterne rotor det kraftemitterende element, den interne rotor fungerer kun som en afspærringsdel til at styre gasudvekslingen.

teknologi

Beskrivelse af arbejdsgangen

Wankel -cyklussen: indtag (blå), kompression (grøn), tænding (rød), udstødning (gul)
Wankel -cyklus, animeret

Den roterende stempelmotor arbejder efter firetaktsprincippet . Hvis stemplet passerer indløbsspalten, bevirker en stigning i arbejdskammerets volumen , at en mængde brændstof -luftblanding, der svarer til kammervolumenet, suges ind. Efterhånden som arbejdskammeret bliver mindre og mindre, efterhånden som det roterende stempel fortsætter med at rotere, komprimeres brændstof-luftblandingen i den anden arbejdscyklus. Ifølgeloven gas, det varmer op i processen. Når brændstof-luftblandingen har nået sin højeste densitet og har passeret tændrøret , antændes blandingen. Varmen, der frigives under forbrændingen, fører til en stigning i trykket , hvorved der udføres brugbart arbejde på det roterende stempel, mens det fortsætter med at rotere, og arbejdsområdets volumen stiger igen: dette er arbejdscyklussen.

Efter at have nået udløbsslottet, udstødes udstødningsgassen . Denne cyklus køres igennem af hver af de tre rotorflanker, hvilket betyder, at tre tændinger finder sted med en rotoromdrejning. Forbrændingskammeret er afgrænset af rotorflanken, den tilsvarende sektion af kammeret og sidevæggene.

Rotationsmotorens excentriske aksel roterer med 1080 ° i en arbejdscyklus. Det betyder, at det tager tre omdrejninger af den excentriske aksel, før en flanke af rotoren passerer gennem alle fire cyklusser. På grund af at urene kører samtidigt på alle tre flanker, finder en arbejdscyklus, der strækker sig over 270 ° sted ved hver omdrejning af den excentriske aksel. Til sammenligning: en firetakts frem- og tilbagegående motor har brug for 720 ° i en cyklus , en enkeltcylindret motor fungerer kun under halvdelen af ​​hver anden krumtapakselomdrejning, fordi to slag er nødvendige for en gasudveksling . Hvis kontroltider og arbejdsprocesser er relateret til den excentriske aksel, opnår Wankel-motoren dobbelt så meget volumenstrøm som en firetakts frem- og tilbagegående motor med samme slagvolumen ved samme hastighed.

geometri

Hjulkurve
Løber (stempel) og excentrisk bevægelse

I rotationsstempelmotoren roterer en trekantet rotor i et dobbeltbuet hus og berører konstant husvæggen. Konturet af det roterende stempel består af tre flade cirkulære buer og ligner en løgformet trekant, der ligner en Reuleaux -trekant . Det repræsenterer den indre konvolutkurve (matematik. Et elliptisk integral) til huset, der har omtrent form som en oval indrykket på langsiden. Den nøjagtige kontur af huset er en epitrochoid, der er genereret som et såkaldt hjul kurve . Det opstår som forløbet af et markeret punkt på et mindre rullehjul, når det ruller på et større hjul uden at glide. Hjulkurvens form er skabt i henhold til radiusforholdet mellem de to hjul. I tilfælde af Wankel -motoren er grundcirkelens radier relateret til rullende cirkel som 2: 1 og resulterer i den velkendte huskontur. For den rigtige motor er den valgte huskontur en afstand i forhold til hjulkurven i en afstand fra spidsradius af tætningsstrimlen. Ændringen i angrebsvinklen (hældningsvinklen) af tætningsstrimlen resulterer med fordel i, at kontaktlinjen med løbelaget bevæger sig frem og tilbage over tætningslistespidsen, så tætningslisterne kan følge husets kontur med lavt slid. Equidistanten inkluderer også en tilstrækkelig stor frigang til tætningsstrimlen og løberen i trochoidet. Sammen med huset (statoren) danner rotoren (rotoren) tre uafhængige, skiftevis store kamre. Derved tager den excentrikken af den excentriske aksel, der er monteret i midten af ​​motoren, med rotorlejet. Rotorens midtpunkt bevæger sig på en cirkulær vej med radius e ( excentricitet ); På samme tid svarer e også til afstanden mellem det excentriske centerpunkt og det excentriske aksels midterpunkt.

Tandningen af ​​stempel og tandhjul skyldes resultatet af hastighedsforholdet mellem stempel og excentrisk aksel. Tandningen har ingen kraftoverførende funktion, men understøtter kun den præcise styring af stemplet. I tilfælde af Wankel -motoren er tandforholdet mellem rotorens indre tandning og tandhjulets ydre tand 3: 2; For eksempel med 30 indre tænder i rotoren resulterer dette i 20 ydre tænder til tandhjulet. Dette resulterer i tre omdrejninger af den excentriske aksel, når stemplet har roteret omkring sit midterpunkt. Rotorlejer og hovedlejer samt både rullelejer som lejer, der skal udføres, hvilket kun afhænger af smøringstypen (blandet eller tryksmøring).

Wankel -motorens geometri repræsenterer et udvalg fra en række muligheder, der opstår, når der enten produceres interne rotorer eller huse med varierende rullekurver.

Motorstruktur

Betegnelser, begreber, relationer

Navne på de enkelte komponenter

Kammerets volumen i tilfælde af en Wankel -motor med trochoid:

og beregnes som følger:

med

... radius af grundcirklen
... excentricitet
... kammerbredde
... lige langt

Equidistant til trochoid er ikke et trochoid, endvidere rører forseglingsstrimlerne ikke hinanden og . Derfor er formlen til beregning af kammervolumen ikke præcis, men den kan negligeres.

For at firetaktsprocessen kan køre, skal rullemotorens excentriske aksel foretage tre fulde omdrejninger (1080 °). Da en arbejdscyklus finder sted på samme tid på hver stempelside med et faseskift på 360 °, suges hele arbejdsvolumen ind én gang pr. Excentrisk akselrotation og antændes én gang. Dette kan sammenlignes med en tocylindret firetaktsmotor, der har arbejdsslag forskudt 360 ° fra hinanden. Arbejdsmængden af roterende motor skal derfor beregnes som følger:

med

... kammervolumen
... antal løbere

Kilde: [2]

Placering af excentrisk aksel, excentrisk og tandhjul i rotoren

Wankel -motoren har en forholdsvis lille størrelse, som muliggør en høj effekttæthed og lavt forhold mellem effekt og vægt . Årsagen ligger i det mere kompakte arrangement af den excentriske aksel og rotor i forhold til stemplet, forbindelsesstangen og krumtapakslen i frem- og tilbagegående stempelmotorer.

For KKM 502 -motoren brugt i NSU Spider , R = 100 mm, e = 14 mm, b = 67 mm; afstanden a mellem rullende kurve og trochoid (ækvidistant) er 2 mm.

Materialer og fremstilling

Rotoren er normalt en præcisionsstøbt del lavet af gråt støbejern , som ikke kræver afbalancering . Den videre bearbejdning af de ydre konturer og tætningsbåndsriller udføres ved brochering , drejning og fræsning på samme tid på flere rotorer, hvilket øger produktionsgennemstrømningen betydeligt. En anden mulighed er fremstilling af rotoren af ​​metalplader, hvorved delene derefter svejses sammen (patent Audi). Husene er fremstillet af gråt støbejern eller aluminium, sidedelene er fremstillet af nitreret eller induktionshærdet gråt støbejern, specielle stållegeringer eller hypereutektiske aluminium-siliciumlegeringer .

Forseglingssystem

Tætningslister, tætningslister og forseglingsbolte er tilgængelige til at tætne stemplet.

Stemplet er forseglet på begge sider til sidevæggen med to tre buede tætningslister til gastætningen. Tætningslisterne er en del af en aksial tætning og kræver flade og vinkelrette sidedele, der ekspanderer ujævnt som følge af forskellige temperatur- og trykforhold. Tætningslisterne er forsynet med fjederelementer for at sikre, at de trykkes på, når bilen startes. Efter at motoren er startet, skubber gastrykket dem mod sidevæggen. De er fremstillet af pearlitisk gråt støbejern eller stål og glider hen over sidedelernes løbende overflader.

Tætningslister

Forseglingsstrimlerne på løberkanterne, også kaldet spidsstrimler, løber med kammerbredden b på trochoidalbanen og forsegler kamrene fra hinanden. De ligger i aksiale riller og er hver omsluttet af to tætningsbolte i hjørnerne. Tætningslisterne kan laves i et stykke eller i flere stykker. Den flerdelte konstruktion forsegler ikke kun mod trochoidet, men også mod sidedelene, hvilket øger kompressionen og dermed også reducerer forbruget, især i det lavere hastighedsområde. Tætningsboltene tjener som en forbindelse mellem tætningsstrimlen og tætningsstrimlen. Både tætningsbolte og tætningslister påføres hver på sidedelen med en fjeder. Tætningslisterne er også udstyret med fjedre, så motoren kan starte. Derefter presses de af gastrykket i rotationsretningen til rillens bagkant og mod sporet. Specielle designs i foddelen af ​​spidsestrimlerne sikrer, at spidsestrimlerne konstant presses mod husets væg. De er fremstillet af sintret kulstof (kulstof-antimon eller kulstof-aluminium), gråt støbejern, stempelringstål, FerroTiC (jern-titaniumcarbid sintret metal), siliciumnitrid, blødt jern eller perlemoragtigt gråt støbejern. Alle tætningsdele har en smørefilm, der hverken må fordampe eller koge på grund af for høje temperaturer.

Tætningssystemet for den roterende stempelmotor er ikke underlagt nogen hastighedsbegrænsning som ved en frem- og tilbagegående stempelmotor.

styretøj

Gasudvekslingen i Wankel-motoren styres af slots, mens rotoren også fungerer som en kraftemitterende og kontrollerende komponent. Indløbene og udløbene kan enten fastgøres i huskammeret, så taler man om omkredsindløb og omkredsudløb, eller i sidedelene, så taler man om sideindløb og sideudløb, som det f.eks. B. er tilfældet med motoren på Mazda RX-8 . Kombinationen af ​​både ind- og udløbstyper er også mulig, f.eks. B. Mazdas tidlige produktion roterende motorer; der blev sideindløbet kombineret med et omkredsudløb.
Fordelen ved det periferiske indløb er, at store tværsnit og dermed lange styretider er mulige, hvilket fører til højere ydeevne. Dette konstruktionsprincip er derfor også førstevalget for racermotorer. Ulempen ved det perifere indløb er den store overlapning, som følge heraf kan ventilen rykke. Dette er acceptabelt for en racerbil, men uacceptabelt for en personbil af hensyn til komforten, hvorfor NSU Ro 80 altid var udstyret med en dæmpende momentomformer og en halvautomatisk transmission. På grund af den store overlapning er omkredsen indløb heller ikke særlig velegnet til opladning, fordi indløbet og udløbet er åbent på samme tid. Udstødningsgasadfærden er også relativt dårlig i tilfælde af delvis belastningsadfærd.
Fordelen ved sideindløbet og udløbet er manglen på overlapning. Som følge heraf er der ingen rykk i ventilen, og motoren er bedre egnet til opladning. Delbelastningsadfærd og emissioner er også bedre, og det harmonerer godt med en manuel gearkasse. 90 ° afbøjningen ved indløbet resulterer i bedre gasblanding. En ulempe er det mindre indløbstværsnit i forhold til et omkredsindløb, hvorfor den opnåelige effekt som en naturligt opsuget motor er lavere. [3] [4]

smøring

Som i konventionelle Viertakthubkolbenmotor ofte motorophæng tryk cirkulation smøring alternativt har også blandet smøring bevist. Trochoidet leveres enten med en blanding eller med smøreolie via en doseringspumpe som tab af smøring. I tilfælde af trochoidsmøring med omkredsudløb er blandingsforholdet mellem 1: 400 og 1: 600; for motorer med et sideafgang er det betydeligt højere. I Mazda Renesis pumpes noget af olien tilbage i oliesumpen gennem sideskraberingene.

køling

Trykstyrker på stemplet

Hus, rotor, sidedele og tætningselementer afkøles med vand, frisk luft eller gasblandingen; sidstnævnte forvarmes på vej gennem stemplet.

Da arbejdscyklusserne altid finder sted på samme tidspunkt i Wankel -motoren, udvikles en stabil temperaturfordeling med det resultat, at der konstant dannes varme zoner og konstant kolde zoner, som kaldes varme buer og kolde buer . Køling skal derfor sikre en så jævn som muligt temperaturfordeling og føre til værdier, der er kompatible med materialet. Afkøling bruges specielt til forbrænding for at undgå spontan antændelse af blandingen på grund af hot spots. Tændrør er f.eks. Hot spots.

Udløbsområdet er placeret i den varme bøjning umiddelbart ved siden af ​​indløbszonen og skal afkøles, så materialespændingerne holdes inden for acceptable områder ved hjælp af passende kølevandstrøm eller stålindsatser. Stålindsatsen i det såkaldte kontrolstempel er sammenlignelig med dette i tilfælde af stempelmotorer, hvor stålindsatsen sikrer, at stemplet ekspanderer kontrolleret og ikke ekspanderer for meget, og at der ikke er behov for at tillade for meget spil mellem stempel og cylinder. Ikke alle roterende motorer er forsynet med en stålindsats; Eksempelvis har Audi NSU -motorer, Norton -motorer og derivater ikke en stålindsats. I dag køles kun den varme lysbue i moderne Wankel -motorer.

Venstre aksial kølevandsgennemstrømning, midterste moderne aksial kølevandstrøm, højre moderne radial kølevandstrøm, kun afkølet i den varme bue

For at reducere varmetabet reduceres temperaturforskellene mellem forbrændingskammeret og forbrændingskammerets overflade ved at tilvejebringe en hastighed og temperaturafhængig afkøling af rotoren. For eksempel afkøler det løberne til olietemperaturen på 60 ° C og derefter kun ved hastigheder over 3000 min -1. Køleolieforsyningen frigives kun fra en olietemperatur på 60 ° C af en olietermostat indbygget i den excentriske aksel. To fjederbelastede kugleventiler giver ved driftstemperatur, at rotoren kun afkøles med en hastighed på ca. 3000 min -1. I en luftkølet løber, som den der bruges af Norton, føres indsugningsluften gennem løberen eller udledes gennem en ejektorudstødning eller en blæser. Dette princip bruges stadig i dag i UAV UEL -dronemotorer og diamantmotorer . Sammenlignet med blandingskøling har dette fordelen ved en højere mulig maksimal ydelse. I enkle industrimotorer afkøles stemplet med en blanding.

Valget af materiale til trochoidet sikrer en mere jævn temperaturfordeling. Anvendelsen af ​​en aluminiumslegering til huset resulterer i en mere ensartet termisk belastning end et gråt støbejernshus, hvilket reducerer den termiske ekspansion og dermed fører til en reduktion af spænding.

tænding

I modsætning til den frem- og tilbagegående motor, affyrer KKM ved hver omdrejning af den excentriske aksel. Den resulterende høje affyringsordre lægger en tung belastning på tændrørene , især da der ikke er et kølet tomgangsslag. Wankel-motoren deler dette problem med totaktsmotoren . Opfindelsen af ​​multi-range stearinlys førte til betydelige fremskridt her. B. kobberkernen. Desuden kan varmebehovet reduceres betydeligt ved omhyggeligt at designe placeringen af ​​lyset. Sachs -motoren i Hercules W 2000 havde kun brug for et normalt W175 tændrør fra Bosch.

Generelt og med symmetriske forbrændingsskåle finder tændingen sted på forhånd, det vil sige kort før det smalleste punkt ( TDC ). Hvis der bruges et andet lys, er det ene i begyndelsen af ​​kammeret og det andet i eller kort efter indsnævringen. Der ses forskellige virkninger af stearinlysene på forbrændingen. Det forreste lys reducerer forurenende stoffer i udstødningsgassen og får motoren til at køre mere jævnt, mens det halende stearinlys øger output, da flammefronten accelereres af den squishy strømning i retning af det forreste stearinlys. Som et resultat har du det laveste brændstofforbrug, når begge stearinlys tændes på samme tid, men det fører til øgede HC -emissioner . Med serieproducerede roterende motorer tændes derfor det nederste lys ofte ofte først, hvilket resulterer i bedre udstødningsværdier på bekostning af brændstofforbruget. Med Renesis har Mazda opgivet denne strategi og tænder begge stearinlys parallelt i hvert fald ved lav belastning og tomgang. I forbindelse med de mest varierede trugformer og arrangementer er der et næsten forvirrende antal muligheder.

Arrangementet af lysene spiller også en central rolle i emissioner og forbrugsadfærd. Grundlæggende reducerer du udvisning af uforbrændt blanding ved at bruge en dobbelt tænding eller med et enkelt stearinlys i den sene efterfølgende position (sent bagud = det bagudgående stearinlys er arrangeret langt over indsnævringen); Dette reducerer forbruget med omkring 30 procent i forhold til de tidligere versioner. Brugen af ​​to tændrør reducerer timingen af ​​tændingsintervallerne til mikrosekunder, og derfor bruges der op til en bestemt hastighed med to tændinger, over denne bruges kun en tænding. Det andet lys er under alle omstændigheder obligatorisk for flymotorer på grund af den højere pålidelighed, der er forbundet med det. Mazda 787B havde en Mazda 26B- motor med tredobbelt tænding på Le Mans 24 timer i 1991. Det tredje tændrør på 26B antænder blandingen på oversiden af ​​kammeret, før klemstrømmen sætter ind, hvilket resulterer i bedre kammerforbrænding og lavere brændstofforbrug. [5]

Effektivitet-ydelse egenskaber-forbrug

Indekseret effektivitet ŋ i Audi NSU EA871 (fra 1977)

Wankel -motorens roterende proces svarer til Otto -processen , som består af to isentroper og to isokorer ; det kaldes også processen med samme rum. Den isochoriske varmeforsyning antages, fordi energien ved ekstern tænding pludselig frigives, og volumenet næsten ikke ændres. Den ideelle termiske effektivitet er:

med den ideelle effektivitet bliver:

det er ( specifik varmekapacitet ved konstant tryk specifik varmekapacitet ved konstant volumen). Effektiviteten afhænger udelukkende af kompressionsforholdet .

Effektiv effektivitet η e af Audi NSU EA871 (fra 1977)

Følgende gælder for isentropisk komprimering: ( : Start af kompression, nedre dødpunkt, største volumen; : Slutningen af ​​kompression, top dødpunkt, mindste volumen)

og

Som med alle Otto-motorer er komprimering ønskelig i Wankel-motoren og fører til en højere grad af effektivitet, men den begrænses af kompressionstemperaturen T 2 , som skal være under blandingens selvantændelsestemperatur . Selvantændelsestemperaturen for en roterende motor er normalt højere end en benzinmotor, så roterende motorer har tendens til at have samme kompression komme forbi med mindre banksikkert brændstof, det vil sige benzin med et lavere oktantal .

Den virkelige proces adskiller sig fra den idealiserede af forskellige årsager. Hvis indikatordiagrammerne registreres, gengives de faktiske tryk p i og volumen, hvorfra den angivne effektivitet kan bestemmes og repræsenteres i diagrammer. Det gælder i hvert enkelt tilfælde de specifikke parametre, såsom hastighed , kompressionsforhold osv. Effektiviteten af en roterende motor er vist her som et eksempel på en Audi NSU EA871 til benzin- og brintdrift.

Formlen for den indekserede ydeevne [kW] er:

med det indekserede tryk , kammervolumen , antallet af stempler , farten og antallet af arbejdsslag pr. krumtapakselomdrejning / excentrisk akselomdrejning (med roterende motor er ).

Bølgekraften man opnår med momentmåling for HKM og KKM:

med i [Nm] og i [1 / min] giver den justerede formel ydelsen i [kW]:

Den mekaniske effektivitet er forholdet mellem akseleffekten til den angivne ydelse :

Som det kan ses, kan en motors ydelse forbedres ved højere tryk eller højere hastigheder. Ifølge illustrationen genereres drejningsmomentet af kammerets tryk med de tilhørende stempelkroneoverflader. Kræfterne F p virker altid i midten af ​​excentrikken og genererer drejningsmomentet M d med den tilsvarende vinkelafhængige håndtag af excentriciteten e.

Motorens maksimale kompressionsforhold bestemmes af K -faktoren og kan derfor ændres strukturelt. Det reelle kompressionsforhold indstilles derefter med trug. [6] [7] Hastigheden er begrænset af slid på tætningsfladerne, problemer med påfyldning og blandingens forbrændingstid.

Fordele og ulemper i forhold til stempelmotoren

fordele

Specifikt forbrug af en OMC (Outboard Marine Corporation) testmotor til en flymotor
  1. Wankel -motoren har kun få bevægelige dele, normalt to rotorer og en excentrisk aksel, som på grund af deres kompakte design kræver en forholdsvis lille mængde plads.
  2. Gasreguleringen fungerer uden ventiler og de tilhørende elementer såsom knastaksel, tappet, ventilspilkompensation og vippearm, hvilket betyder, at motoren opnår et højere effekt-til-vægt-forhold ( effekt- til-vægt-forhold) end et firetakts stempelmotor med tilsvarende ydelse.
  3. Da alle bevægelige dele enten roterer (excentrisk aksel) eller roterer omkring deres tyngdepunkt, som drejer rundt på en cirkelbane (rotor), kan en roterende motor balanceres fuldstændigt. Resultatet er et jævnt og lavt vibrationsforløb, selv med kun en disk.
  4. Motoren har et mere ensartet drejningsmoment end firetakts frem- og tilbagegående motorer med samme effekt, fordi der ikke er nogen frem- og tilbagegående dele, der skal accelereres.
  5. Da indløbet og udløbet er rumligt adskilt fra forbrændingskammeret, er den roterende motor meget velegnet til drift med brint . Dette gør det også muligt at bruge brændstoffer med lavt oktanantal uden at ringe . [8.]
  6. Det er bedre egnet til lagdelt drift end en frem- og tilbagegående motor, da blandingen ikke homogeniserer. Det kan derfor også betjenes med ideelle antændelsestider, hvilket reducerer vægtab i væggen i forhold til frem- og tilbagegående stempelstratificerede ladningsmotorer. På grund af truslen om blandingshomogenisering skal frem- og tilbagegående stempellagrede motorer drives med for tidlige antændelsestider og derfor ikke ideelle. [9] [10]
  7. Wankel-motorens specifikke brændstofforbrug er lavere sammenlignet med totakts benzinmotoren (men højere i forhold til firetakts benzinmotoren). [11] [12]

ulempe

  1. Wankel-motoren har et ugunstigt formet forbrændingskammer og mange varmeafledende overflader, hvorfor den har en dårligere termisk effektivitet i forhold til stempelmotoren frem og tilbage. Derudover er forholdet mellem overfladeareal og volumen også meget ringe, især ved spidserne af keglen, hvilket fører til større varmetab, og blandingen afkøles betydeligt, hvilket også sænker den termiske effektivitet. [13]
  2. Den resulterende klemstrøm i området med indsnævringen fremskynder forbrændingen under stearinlyset og opnår dermed en god udbrænding af kammeret, men blandingen over lyset antændes kun med besvær eller slet ikke. Dette har imidlertid kun en effekt på motorer med omkredsudløb og homogen blandingsdannelse; den uforbrændte fedtrestgaskerne udstødes gennem omkredsen. Bei Schichtladung befindet sich in dem betroffenen Bereich nur Luft, und beim Seitenauslass verbleibt der fette Altgaskern in der Kammer. [14]
  3. Die Dichtflächen des Wankelmotors sind erheblich länger als bei einem Hubkolbenmotor und führen zu höheren Druckverlusten.
  4. Aus den vorgenannten Gründen ist der spezifische Kraftstoffverbrauch des Wankelmotors im Vergleich zum Viertakthubkolbenmotor höher.
  5. Das Abgasverhalten des Wankelmotors ist sehr schlecht. Er stößt in Folge der aufgrund des ungünstig geformten Brennraumes unvollständig ablaufenden Verbrennung insbesondere viele Kohlenwasserstoffe (HC) aus. Der Ausstoß von Stickoxiden (NO x ) beträgt zwar im Vergleich zum Hubkolbenmotor dadurch nur etwa 40 %; der Ausstoß von Kohlenstoffmonoxid (CO) ist jedoch in etwa mit dem Hubkolbenmotor vergleichbar. [15]

Geschichte des Wankelmotors

Geschichte der Rotationskolbenmaschinen

Die Geschichte der Rotationskolbenmaschinen begann im 16. Jahrhundert mit dem Bau von Wasserpumpen , die bereits ähnlich den heutigen Kreis- und Drehkolbenmaschinen ausgeführt wurden. Die Kinematik der Drehkolbenmaschinen, bei der sich die beweglichen Teile nur um den Schwerpunkt drehen, war einfacher zu beherrschen, weshalb es noch eine Weile bis zum ersten Kreiskolbenmotor dauern sollte.

1588 publizierte der italienische Ingenieur Agostino Ramelli verschiedene Wasserpumpen, bei denen es sich um dreh- und kreiskolbenartige Umlaufmaschinen handelte.

1636 soll eine von Gottfried Heinrich zu Pappenheim erfundene Zahnradpumpe erstmals eine Fontäne mit Wasser versorgt haben. Die Zahnradpumpe, eine reguläre Drehkolbenmaschine, dient noch heute als Ölpumpe in den meisten Automotoren.

James Watt , der die Hubkolbendampfmaschine entscheidend weiterentwickelt und ihr zum Durchbruch verholfen hatte, versuchte sich zeitlebens immer wieder an Rotationskolbenmaschinen, bis er 1782 eine drehkolbenartige Umlaufkolbendampfmaschine konstruierte. William Murdoch modifizierte 1799 Pappenheims Zahnradpumpe und versah die Zahnkopfflanken mit Dichtleisten aus Holz. Mit dieser Dampfmaschine trieb er Bohrmaschinen und Drehbänke in seiner Werkstatt an.

1846 baute Elijah Galloway die erste hubraumbildende Dampfmaschine, die keinen inneren oder äußeren Kämmeingriff hatte. Durch fehlende Dichtelemente konnte sie jedoch nicht gegen die mittlerweile gut abgedichteten Hubkolbendampfmaschinen bestehen. Philander und Francis Roots entwickelten 1895 eine Drehkolbenmaschine, die auch heute noch in gleicher Weise gebräuchlich und nach ihnen benannt ist: den Roots-Kompressor . Charles Parsons , der Erfinder der Dampfturbine , baute 1884 eine der ersten funktionsfähigen Kreiskolbenmaschinen mit Hubeingriff. Die Funktionsweise des Kolbenrings war zu dieser Zeit noch unbekannt.

1923 entstand eine KKM mit fünfeckigem Läufer von Wallinder & Skoog in Schweden.

Allgemein machten die Abdichtungen Probleme, und es vergingen noch über zwei Jahrzehnte, bis Felix Wankel zusammen mit NSU eine Drehkolbenmaschine entwickelte.

Entwicklung des Wankelmotors von 1932 bis 1960 und Erstlauf

Briefmarke zum 50. Geburtstag

Felix Wankel führte Versuche einer Drehschiebersteuerung für einen Viertakt-Hubkolbenmotor durch und beschloss, als diese fehlschlugen, gezielt die Abdichtung des Motors zu erforschen. Im Zuge dieser Untersuchungen gelang es ihm nachzuweisen, dass es der Gasdruck ist, der für die Abdichtung sorgt. Seine Erkenntnisse führten zur deutlichen Verbesserung der Kolbenringabdichtung und nach 25 Versuchsvorrichtungen gelang ihm eine wirkungsvolle Abdichtung der Drehschiebersteuerung, womit er den Grundstein für die Entwicklung des Wankelmotors legte.

1932 konzipierte Felix Wankel die Drehkolbenmaschine DKM 32, die später nur kurz lief, aber als Verdichter bei 1000 min −1 einen Überdruck von 5 bar liefert, was ein Verdienst der ersten räumlich verlaufenden Dichtgrenze ist.

1936 sprach er bei der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) vor und brachte innerhalb kurzer Zeit einen Fünfzylinder-Sternmotor von Siemens & Halske (S & H) zum Laufen. Der spätere Leiter der Motorenentwicklung von Daimler-Benz , Wolf-Dieter Bensinger, legte seinen Bericht Staatssekretär Erhard Milch vor, der damit zu Reichsminister Hermann Göring ging. „Dieser Mann ist großzügigst zu unterstützen“ war daraufhin seine Anweisung, worauf Felix Wankel mit seiner Wankelversuchswerkstatt (WVW) in Lindau eine eigene Forschungswerkstätte gründete. Von 1936 bis 1941 entwickelte er erfolgreich Drehschiebersteuerungen für Flugmotoren von S & H, Junkers , BMW und Daimler-Benz.

Im Jahr 1941 durchgeführte Versuche mit hohen Öldrücken von bis zu 1000 bar zeigten neue Wege bei der Gleitlagerung. Die DVL und WVW schlossen eine Reihe Optionsverträge mit den damals wichtigsten Unternehmen ab. Das Kriegsende Anfang Mai 1945 unterbrach die geplante Serienfertigung von Drehschiebermotoren. Die WVW in Lindau wurden von der französischen Besatzungsmacht demontiert.

Mit der in seinem Lindauer Wohnhaus neu geschaffenen Technische Entwicklungsstelle (TES) nahm Felix Wankel 1951 wieder die Zusammenarbeit mit der Goetze AG (heute Federal-Mogul ) in Burscheid auf. Es folgte der Abschluss eines Forschungsauftrags mit NSU für die Entwicklung von Drehschiebersteuerungen, der kurz darauf auf Rotationskolbenmaschinen erweitert wurde. Felix Wankel ging nun gezielt auf die Suche nach einer hochdrehfähigen Drehkolbenmaschine. Er verhandelte 1954 mit Borsig für eine Anwendung des DKM 53 als Kompressor. Borsig und NSU einigten sich auf eine Interessenabgrenzung, nach der NSU das Gebiet der Kraftmaschinen und Borsig das Gebiet der Arbeitsmaschinen bearbeitete.

Der NSU-Ingenieur Hanns-Dieter Paschke entwickelte 1956 aus den Versuchspressluftmotoren (Arenamaschinen) den Drehkolbenkompressor DKK 56, der einen 50-cm³-Zweitakt- NSU-Quickly -Motor auf damals überragende 13,5 PS auflud und mit 196 km/h den Weltrekord eines Baumm -Liegestuhl II ermöglichte. Die Art des Laders wurde geheim gehalten, was zu allerlei Spekulationen führte.

Felix Wankels Drehkolbenmotor DKM 54

Am 1. Februar 1957 lief der DKM 54 zum ersten Mal zunächst nur kurz in der NSU-Versuchsabteilung TX; nachdem das Gemisch und die Zündung anders eingestellt wurden, begann der Motor im wahrsten Sinn des Wortes rund zu laufen. Beim DKM 54 drehen sich die Kammer (Außenläufer) und der Innenläufer. Kraftabgebendes Element ist hierbei der Außenläufer, der Innenläufer dient nur als reines Absperr- und Steuerteil. Im April 1957 stellte man von Alkohol auf Benzin um. Der Motor erzielt trotzdem die gleiche Leistung und läuft gleichzeitig ruhiger. Mit der Gemischkühlung sind mit dem 125-cm³-Motor mehr als 20 PS nicht zu erreichen. Der sich drehende Innenläufer wurde mit einer Wasserkühlung versehen, die in der TES Lindau entwickelt wurde. Im selben Jahr begann der NSU-Ingenieur Hanns-Dieter Paschke die Konstruktion des einfacher aufgebauten KKM 57P; erstmals wurde nun der Außenläufer stillgesetzt. Damit Wankel davon nichts erfuhr, geschah dies unter strikter Geheimhaltung, denn er hätte es verhindert. Später sagte Felix Wankel erbost über den KKM 57: „Sie haben aus meinem Rennpferd einen Ackergaul gemacht.“ Der NSU-Vorstandsvorsitzende Gerd Stieler von Heydekampf konterte: „Hätten wir wenigstens schon den Ackergaul!“ Damit war das Verhältnis zwischen Wankel und NSU auf einem Tiefpunkt angelangt. Die Versuche mit dem DKM 54 wurden 1958 eingestellt, denn das Prinzip hatte seine Funktionsfähigkeit gezeigt. Am 7. Juli 1958 lief mit dem KKM 57P zum ersten Mal ein Kreiskolbenmotor.

Der Wankelmotor im Fahrzeugbau von 1960 bis heute

Entwicklung von 1960 bis 1970

Zwei Jahre später, 1960, wurde erstmals ein Auto von einem Wankelmotor angetrieben, ein NSU Prinz III lief mit einem KKM 250.

Am 19. Januar desselben Jahres wurde im Deutschen Museum München während einer Veranstaltung des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) der KKM 250 erstmals der Öffentlichkeit laufend vorgeführt. Nun wurde der KKM 400 entwickelt, der von vornherein als Automotor konstruiert war. Noch im selben Jahr wurde er in einen Sport-Prinz eingebaut. Weitere umgebaute NSU Sport-Prinz folgten, in denen der Wankelmotor eine Million Versuchskilometer absolvierte.

1962 fand am 16. Februar die sogenannte „Rattermarkenkonferenz“ statt. Sie wurde notwendig, weil von den Laufflächen abplatzende Chromschichten zu häufigen Motorausfällen führten. Versuche mit leichteren Dichtleisten führten zum Erfolg, und so konnte im September der KKM 150 als erster Wankelmotor in Serie gebaut werden. Bei ihm wurden auch zum ersten Mal Sinter-Kohledichtleisten verwendet, womit das Rattermarkenproblem vorerst gelöst war. Der KKM 150 diente als Antrieb eines Wasserskischleppgerätes mit dem Namen Skicraft. Der Motor diente auch als Hilfsantrieb, als sogenannter Flautenschieber für Segelboote.

1963 wurde der erste in Serie produzierte PKW mit Wankelmotor, der NSU Wankel Spider auf der IAA der Öffentlichkeit präsentiert [16] und Mazda stellte einen Versuchswagen mit einem Zweischeibenmotor auf der Tokyo Motor Show aus. Im Oktober 1964 ging der NSU Wankel-Spider in Serie. Der KM 37 war der erste von Fichtel & Sachs in Serie gebaute Wankelmotor. Gleichzeitig entstand der KM 914 mit 300 cm³ Kammervolumen in den Ausführungen als Stationärmotor und als Antrieb für Schneemobile , in die er von Fichtel & Sachs 1965 eingebaut wurde. Im selben Jahr stellte NSU den Zweischeiben-Motor-Typ 506/509 auf der IAA aus.

1967 wurde der NSU Ro 80 auf der IAA in Frankfurt der Öffentlichkeit präsentiert. Am 21. April gründeten NSU und Citroën das gemeinsame Tochterunternehmen Comotor in Luxemburg. Mazda ging im Mai mit dem Cosmo Sport in Serie und stellt somit als erster Autohersteller ein Auto mit einem Zweischeibenmotor her. 1969 begann Citroën mit der Operation M35, bei der an etwa 300 handverlesene Kunden Citroën M35 verkauft wurden, die zusammen über 30 Millionen Versuchskilometer zurücklegten. Mercedes-Benz präsentiert den C-111-I mit einem Dreischeibenmotor auf der IAA in Frankfurt. Im Herbst wurde der Ro-80-Motor von Doppel- auf Einfachzündung umgestellt und eine Hochspannungs-Kondensatorzündung (HKZ) eingebaut. Der Bootsmotor NSU Marine Ro 135 mit Doppelzündung wurde in Serie gebaut.

Entwicklung von 1970 bis 1980

Mercedes-Benz stellte 1970 seinen C-111-II auf dem Genfer Automobil Salon aus. Die Karosserie war überarbeitet worden und statt eines Dreischeibenmotors wurde nun ein Vierscheibenmotor getestet; in der Folge entschied sich Mercedes jedoch gegen den Einbau von Wankelmotoren. Der britische Motorradhersteller BSA testete eine BSA A65 mit einem Wankelmotor. Hercules stellte den W 2000-Prototyp auf der IFMA aus, als Motor wurde ein modifizierter Schneemobilmotor KM 914B von Fichtel & Sachs verwendet. Das Unternehmen Graupner führte den Modellmotor OS Wankel (Ogawa Seiki) in die Serie ein.

BSA/Triumph entwickelte 1971 einen eigenen luftgekühlten Zweischeibenmotor, der in einen Triumph-Bandit-Rahmen eingebaut wurde. Beim Ro 80 werden thermische Abgasreinigung und Drehzahlwarner eingeführt.

1972 stellte Ingersoll Rand mit den Wankelmotoren IR-2500 und IR-5000 die Motoren mit dem bisher größten Kammervolumen von 41 Litern her. Fichtel & Sachs führte die zweite Motorengeneration ein, den KM 3 und den KM 24; letzterer löste den KM 914 als Schneemobilantrieb ab. Mazda produzierte in diesem Jahr 155.500 Autos mit Wankelmotoren. VW zog sich aus dem von NSU und Citroën geschlossenen Vertrag zurück, und Comotor wurde alleiniges Tochterunternehmen von Citroën. Mazda stellte 1973 etwa 240.000 Autos mit Wankelmotoren her, insgesamt wurde der 500.000. Wagen mit einem Wankelmotor produziert. OMC ging unter dem Label Evinrude und Johnson mit einem Vierscheibenmotor in der offenen Bootsrennklasse an den Start. Evinrude brachte im selben Jahr Schneemobile mit einem Wankelmotor auf den Markt. Nachdem Johnson und Evinrude die offene Klasse bei den Bootsrennen dominieren, wurden Wankelmotoren für das Jahr 1974 vom Wettbewerb ausgeschlossen. Im September begann Citroën mit der Serienproduktion des Citroën GS Birotor . Yanmar Diesel stellte drei Typen Außenbordmotoren mit Wankelmotoren her. Rhein-Flugzeugbau baute einen 60-PS-Fichtel & Sachs-Zweischeiben-Wankelmotor in den Motorsegler Sirius II ein. In Altforweiler wurde das Comotorwerk eingeweiht. VW und Citroën trafen eine Entwicklungsvereinbarung für den EA871, der für die großen Citroën-Modelle vorgesehen wurde. Ford kündigte den Lizenzvertrag, weil Curtiss-Wright eine Lizenzgebühr von über 100 Millionen Dollar forderte; Ford versuchte im Gegenzug, Mazda zu übernehmen.

1975 erhielt Werner Wieland Patente für seinen aus geschweißten Blechteilen aufgebauten Wielandmotor , der bei der Audi AG in Neckarsulm im Testbetrieb lief und über 250-mal gebaut wurde. Diese Version des Wankelmotors ist um 22 % leichter als ein Motor aus Gussteilen und bietet Vorteile bei der Kühlung und den Fertigungskosten. Über den Testeinsatz in einigen firmeninternen Ro 80 kam diese Variante nicht hinaus.

1976 entstand das Motorrad Van Veen OCR 1000 des niederländischen Motorrad-Spezialisten Van Veen ; er verwendete den Comotor -Wankelmotor (Citroën) und rüstet ihn mit einer elektronischen Kennfeldzündung von Hartig aus. OMC stellte nach 15.000 Motoren die Produktion ein und zog sich aus dem Markt für Schneemobile zurück. Hercules brachte die verbesserte Hercules-2000-Injektion mit dem stärkeren KC-27-Wankelmotor heraus.

Die Produktion des Ro 80 wurde mit Ende des Modelljahres 1977 nach 37.450 gebauten Fahrzeugen innerhalb zehn Jahren eingestellt; Mazda baute im selben Jahr etwa 50.000 Autos mit Wankelmotor. Der RFB -Prototyp Fantrainer 300 wurde am 14. Dezember der Öffentlichkeit vorgestellt. Als Antrieb dienten zwei Audi-NSU-EA871A-Wankelmotoren, deren Schmiersystem kunstflugtauglich ist.

Mazda führte 1978 den Zweischeiben-KKM RX-7 SA in die Serie ein, und John Deere übernahm die Wankelentwicklung von Curtiss & Wright. Nach der Insolvenz von BSA/Triumph wurde die BSA-Wankelmotorenentwicklung an Norton übertragen.

Entwicklung von 1980 bis heute

Die OMC verkaufte 1985 ihre Wankelabteilung an den kanadischen Entwickler und Erfinder Paul Moller . [17] Für die britische Polizei stellte Norton die Interpol 2 in Serie her. Teledyne Continental Aircraft Products entwickelte Flugzeugmotoren auf der Basis von Nortonmotoren. Bedingt durch die Produkthaftung in den USA wurde das Projekt später aufgegeben.

Für 100 Millionen D-Mark erwarb Mercedes-Benz 1986 das Institut von Felix Wankel. Norton produzierte 1988 mit der Norton Classic , basierend auf der Interpol , das erste Wankelmotorrad für den freien Markt. Die Interpol 2 wurde 1989 von der Norton Police Commander abgelöst, eine zivile Version wurde als Norton Commander gebaut.

Mazda produzierte 1990 mit dem Eunos Cosmo das erste Serienauto mit Dreischeiben-Wankelmotor. Mit dem Mazda 787B und der Startnummer 55 gewann Mazda 1991 das 24-Stunden-Rennen von Le Mans . Der Rennwagen wurde dabei von einem Vierscheiben-Wankelmotor angetrieben. 1992 brachte Mazda den RX-7 FD auf den Markt. Im selben Jahr entstand die UEL aus einem Management-Buy-out der ehemaligen Entwicklungsabteilung von Norton. Midwest Engines wurde gegründet und stellte Wankelmotoren für bemannte Flugzeuge auf der Basis von Nortonmotoren her.

Carlos Fernandez Pello von der Universität Berkeley entwickelte im Rahmen von Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) einen Miniaturwankelmotor [18] und stellte ihn 2001 vor. Mazda baute im Herbst 2002 den letzten RX-7, von dessen Baureihe insgesamt 811.634 Fahrzeuge verkauft wurden.

Das Unternehmen Wankel Super Tec wurde unter Leitung von Ernst Sigmund, einem ehemaligen Rektor der Universität Cottbus, am 12. Februar 2003 in Cottbus gegründet und führt in Mitarbeiterfolge von Felix Wankel die Entwicklung der Kreiskolbenmotoren fort. Diese Gründung hat den Wankelmotor wieder in den Blickpunkt des Interesses für verschiedene Anwendungen gelenkt, wo es auf ein geringes Leistungsgewicht, große Laufruhe und geringe Geräuschkulisse ankommt. [19]

Von April 2003 bis März 2006 stellte Mazda den RX-8 mit einer Stückzahl von 148.317 in Serie her. Seit dem 23. März 2006 verleaste Mazda in Japan den Mazda RX-8 Hydrogen RE , das erste Serienauto, bei dem Wasserstoff als Treibstoff eingesetzt wird. Am 10. August 2006 erreichte Freedom Motors mit seinen Wankelmotoren das SULEV -Emissionsziel für emissionsfreie Fahrzeuge . [20]

Auf der Tokyo Motor Show 2007 zeigte Mazda den Premacy Hydrogen RE Hybrid . Außerdem wurde der verbesserte Renesis-16X-Wankelmotor der Öffentlichkeit vorgestellt. Der Premacy Hydrogen RE Hybrid wurde ab dem 25. März 2009 in Japan verleast. [21]

Auf dem Genfer Auto-Salon 2010 zeigte Audi mit dem A1 e-tron ein Elektrofahrzeug, bei dem ein Einscheiben-Wankel als Reichweitenverlängerer dient. Der Wankel soll hier bei konstanter Drehzahl von 5000 min −1 nahe seinem Effizienzmaximum arbeiten. Der kompakte Wankelmotor liegt in diesem Fahrzeug unter dem Kofferraumboden. [22]

In Deutschland boten 2010 das in Kirchberg ansässige Unternehmen Wankel AG sowie das aus Aachen stammende Unternehmen Aixro Wankel-Einbaumotoren an.

Die Bestrebungen, umweltfreundliche Antriebe zu entwickeln, führt zu einer Renaissance. [23]

Für das Jahr 2020 plant Mazda, ein Elektroauto mit Wankelmotor- Range Extender anzubieten. [24] [25]

Wankeldiesel

Motoren, die nach dem Dieselverfahren arbeiten

Rolls-Royce-Wankeldieselmotor

Es gab auch Versuche, den Dieselprozess mit einem Wankelmotor auszuführen, obwohl der Drehkolbenmotor aufgrund seiner Besonderheiten dafür schlecht geeignet ist. Rolls-Royce entwickelte in den 1960er Jahren mit der Typserie R1 bis R6 einen Panzermotor, wobei zwei Wankelscheiben hintereinandergeschaltet wurden. Der Kreiskolben der Niederdruckstufe verdichtet für die Hochdruckstufe vor. Beide Kolben sind über ein Getriebe verbunden, der Kraftstoff wird jedoch nur in die Hochdruckstufe eingespritzt. 1969 betrug der Bestwert des spezifischen Verbrauchs 180 g/kWh. Zwei gekoppelte Einheiten dieser Ausführung waren für eine Leistung von 350 hp (261 kW) bei 4500/min konzipiert, [26] tatsächlich war der Motor nur mit extern zugeführter, vorverdichteter Luft lauffähig und erreichte auf dem Prüfstand eine Leistung von nur 180 hp (134 kW). [27]

Als Problem bei der Entwicklung erwiesen sich die hohen Spitzendrücke und entsprechend hohen Spannungen, welche in der Kammerwand auftreten. Das Problem wurde durch integrierte Zuganker gelöst, die nun die Scherkräfte aufnahmen. Damit konnte das sogenannte Warmwechsel- Kriechen des als Kammermaterial verwendeten Aluminiums vermieden werden. Größte Schwierigkeit beim Wankeldieselmotor war es, eine geeignete Brennraumform zu finden, die passend zum Einspritzstrahl steht, [28] und gleichzeitig eine hohe Verdichtung zu erreichen, die die Selbstzündung, eines der Hauptmerkmale des Dieselmotors, ermöglicht. Bei allen dokumentierten Prototypen, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, musste extern vorverdichtete Luft zugeführt werden. Es ist kein Wankeldieselmotor bekannt, der sicher aus eigener Kraft lauffähig ist. [27]

Motoren, die nicht nach dem Dieselverfahren arbeiten

1992 kaufte der ehemalige Mitarbeiter von Felix Wankel, Dankwart Eiermann, zusammen mit Jürgen G. Bax die Wankel Rotary GmbH vom LONRHO-Konzern zurück. In den folgenden Jahren entwickelte das Unternehmen einen für den Betrieb mit Dieselkraftstoff geeigneten Wankelmotor mit Fremdzündung (also mit Zündkerze) und Direkteinspritzung, wobei auf bereits seit den 1960ern bekannte Verfahren zurückgegriffen wurde (ua das F M-Verfahren ); der Motor arbeitet somit nicht nach dem Dieselverfahren, sondern nur mit dem für Dieselmotoren üblichen Kraftstoff. Durch die Verwendung von Direkteinspritzung und Fremdzündung konnten viele der bisherigen Schwierigkeiten bei der Verwendung von Dieseltreibstoff ausgeräumt werden, wie schlechte Verbrennung und geringer Wirkungsgrad. Die Literleistung von Prototypen betrug bis zu 110 kW bei vergleichbaren Verbräuchen wie moderne Hubkolben-Direkteinspritzer. Trotz dieser vielversprechenden Entwicklung musste die Wankel Rotary GmbH im Jahre 2000 Konkurs anmelden. [29] Die Patent- und Markenrechte erwarb 2001 Mario Häberer. [30] [31]

Lizenznehmer

Datum Lizenznehmer Land Lizenz
21.10.1958 Curtiss-Wright Corp. USA ohne Einschränkung
29.12.1960 Fichtel & Sachs AG D Industrie-Motoren, Boot 0,5–30 PS
25.02.1961 Yanmar Diesel Co. Ltd JP Benzin- und Dieselmotoren, 1–100 PS, 1–300 PS
27.02.1961 Mazda JP Benzinmotoren 1–231 PS für Landfahrzeuge
04.10.1961 Klöckner-Humboldt-Deutz AG D Dieselmotoren ohne Einschränkung
26.10.1961 Daimler-Benz AG D Benzinmotoren 50 PS aufwärts
30.10.1961 MAN AG D Dieselmotoren ohne Einschränkung
02.11.1961 Friedrich Krupp AG D Dieselmotoren ohne Einschränkung
12.03.1964 Daimler-Benz AG D Dieselmotoren ohne Einschränkung
15.04.1964 SpA Alfa Romeo IT Benzinmotoren von 50–300 PS für Pkws
17.02.1965 Rolls-Royce Motors Ltd. GB Diesel- und Hybridmotoren 100–850 PS
18.02.1965 VEB IFA DDR Ottomotoren 0,5–25 PS und 50–150 PS
02.03.1965 Dr.-Ing. hc F. Porsche KG D Benzinmotoren von 50–1000 PS
01.03.1966 Outboard Marine Corporation USA Benzinmotoren 50–400 PS
11.05.1967 Comotor SA L Benzin- und Dieselmotoren 40–200 PS
12.09.1967 Graupner D 0,1–3 PS Modellmotoren
28.08.1969 Savkel Ltd. IS Benzinmotoren von 0,5–30 PS Industrie-Motoren
01.10.1970 Nissan Motor Company Ltd JP Benzinmotoren von 80–120 PS
10.11.1970 General Motors USA Alles, außer Flugzeugmotoren
24.11.1970 Suzuki JP Benzinmotoren von 20–60 PS für Zweiräder
25.05.1971 Toyota JP Benzinmotoren von 75–150 PS für Pkw
04.10.1971 Kawasaki Heavy Industries JP Benzinmotoren 20–80 PS für Motorräder
29.11.1971 Ford-Werke AG, Köln D Benzinmotoren 80–200 PS (1974 gekündigt)
25.07.1972 BSA Ltd. GB Benzinmotoren 35–60 PS für Motorräder
29.09.1972 Yamaha Motor JP Benzinmotoren 20–80 PS für Motorräder
07.02.1973 American Motors Corporation USA Benzinmotoren 20–200 PS

Die Patente zum Wankelmotor sind inzwischen abgelaufen, weshalb heute zu seinem Bau keine Lizenzen mehr benötigt werden. Da die Namensrechte jedoch beim VW-Konzern liegen, wurden die entsprechenden Mazda-Motoren zuletzt nicht mehr als Wankel-, sondern als Kreiskolbenmotoren bezeichnet.

Fahrzeuge mit Wankelmotor

Automobile

NSU Wankel Spider
NSU Ro 80
Mazda RX7 der zweiten Generation
Mazda RX8

Serienfahrzeuge

Prototypen und Kleinserien

In den 1960er und 1970er Jahren experimentierten viele weitere Hersteller mit Wankelmotoren, unter anderem Škoda (1964–1967) [33] , Nissan (1972) [34] oder Audi NSU mit dem Audi 100 C2 (1976–1977). In der DDR wurden Wankelmotoren 1961–1969 entwickelt, [35] welche die Zweitaktmotoren im Trabant und Wartburg ersetzen sollten. Zum 18. Februar 1965 zählte auch der VVB Automobilbau der DDR zu den Lizenznehmern des NSU-Wankel-Motors. [36] Ein Prototyp mit dem Wankelmotor war unter anderem der Trabant 603 . Die Entwicklungsarbeiten am Wankelprinzip konnten jedoch nicht zufriedenstellend abgeschlossen werden.

Motorräder

Hercules W 2000
Van Veen OCR1000
Norton Interpol 2
Norton Commander
Norton F1

Obwohl alle großen Motorradmarken an der Integration eines Wankelmotors für Motorräder arbeiteten, konnten keine nennenswerten Verkaufszahlen erreicht werden. Grund waren technische Probleme des Motoreinbaus und hohe Entwicklungskosten. Das erste mit Wankelmotor ausgestattete Serienmotorrad war die W 2000 des Unternehmens Hercules. Obgleich sie in Vergleichstests mit direkten Konkurrenzmodellen gut abschnitt, wurde sie vom Markt wenig akzeptiert; 1780 Exemplare wurden gebaut.

Wasserfahrzeuge

Wankel Zisch 74

Flugzeuge

Diamond Katana DA20 mit Zweischeiben-Wankelmotor von Diamond Engines

Unbemannte Flugzeuge, Drohnen, UAV

Interessant ist hier die Vibrationsarmut für hochauflösende Kameraaufnahmen. [37]

  • Blue Horizon II UAV Hersteller EMIT
  • Camcopter S-100 mit Diamond Engines AE-50R, Hersteller Schiebel (Österreich)
  • Crecerelle UAV, Hersteller SAGEM
  • Darter UAV, Hersteller Silver Arrow
  • Deltron III UAV, Hersteller TESTEM
  • Dragon UAV, Hersteller Matra
  • Galileo UAV mit UEL AR-682
  • GLOV UAV Hersteller Accurate Automation Corp.
  • Goldeneye UAV mit UEL AR-741
  • Harpy UAV, Hersteller IAI
  • Hellfox UAV, Hersteller Mi-Tex
  • Hermes 180 mit UEL AR-74-1000, 10 Stunden Flugzeit, Hersteller Silver Arrow
  • Hermes 450 und 450S mit UEL AR 80-1010 , 20 Stunden und 30 Stunden Flugzeit, Hersteller Silver Arrow
  • i-Foile UAV
  • ISIS mit UEL AR-8010
  • Lark UAV, Hersteller Kentron
  • Marula UAV, Hersteller SAGEM
  • Night Intruder 300 KAI
  • Nishant UAV, Hersteller ADE
  • Phantom Medium Tactical UAV
  • Pioneer RQ2A mit UEL AR-741, Hersteller PUI
  • Pioneer RQ2B mit UEL AR-741, Hersteller IAI
  • Prowler I, Hersteller GA-ASI
  • Scout UAV mit UEL AR-801 Hersteller IAI
  • Seabat UAV, Hersteller Orion
  • Sea Scout mit UEL AR-801
  • Searcher II Hersteller IAI
  • Shadow 200 mit UEL AR-741, Shadow 200B mit UEL AR-741, Shadow 400 mit UEL AR-741, Shadow 600 mit UEL AR-801, Hersteller AAI
  • Sikorsky Cypher und Cypher II mit UEL AR-801
  • Skyeye mit UEL AR 80-1010, Hersteller BAE Systems
  • Sniper UAV, Hersteller Silver Arrow
  • Starbird UAV, Hersteller Northrop Grumman
  • STF-9A UAV, Hersteller Daedalus
  • TPPV-1 Doysae UAV, Hersteller KAI
  • UAV-X1, Hersteller TAI
  • Vixen UAV, Hersteller Mi-Tex

Sporteinsatz

Um den Wankelmotor in der Motorwelt zu etablieren, nahmen das NSU- und das Mazda-Team an diversen Autorennen teil und konnten einige Siege verbuchen, die systembedingt keine Rückschlüsse auf den Motor alleine zulassen. Es waren die Deutsche Rallyemeisterschaft (1969), das 24-Stunden-Bootsrennen von Rouen (1966), deutscher Bergmeister aller Klassen (1967 und 1968), der Sieg im 24-Stunden-Rennen von Le Mans (1991), bei dem der Motor im Bereich des maximalen Drehmoments etwa 285 g/kWh verbrauchte, ferner unter anderem Siege in der amerikanischen - und australischen Tourenwagenmeisterschaft. Ebenso konnten Siege in der offenen Klasse der Rennboote verzeichnet werden (1973). Von 1980 bis 1986 lieferte Mazda als alleiniger Ausrüster Wankelmotoren für die Südafrikanische Formel-Atlantic-Meisterschaft , in der britische Formel-2 -Chassis eingesetzt wurden.

Norton stattete Motorräder mit Wankelmotoren aus und errang einige Erfolge im Rennsektor. So die britische Superbike-Meisterschaft , zweimal die Powerbike International und 1992 mit der RCW588 und dem Piloten Steve Hislop die Tourist Trophy auf der Isle of Man .

Seit den 1990er-Jahren werden auch Karts von Wankelmotoren angetrieben. Die Vorteile liegen im geringen Gewicht. Die Leistung beträgt bis zu 30 kW bei einem Kammervolumen von weniger als 300 cm³ und einem Gewicht von etwa 17 Kilogramm. Die Motorkraft wird über eine Fliehkraftkupplung und ein Einganggetriebe an die Hinterachse abgegeben.

Weitere Anwendungen

Aixro-Wankelmotor im Kart
Sikorsky Cypher UAV, angetrieben von einem UEL-AR801-Wankelmotor

Anwendung findet der Wankelmotor auch als Flugzeugantrieb . Die Alexander Schleicher GmbH baut einen Diamond-Engines-Einscheibenmotor in ihren Klappantrieb der ASK 21 Mi, ASH 26 E und ASH 25 Mi ein. Der VLA (very light aircraft)-Zweisitzer Katana soll künftig mit dem 110 PS leistenden Zweischeiben-Wankelmotor von Diamond Engines ausgerüstet werden, und ebenfalls einen Diamond-Wankelmotor GIAE-110R bekommt die Aeriks 200, ebenfalls ein Zweisitzer aus Manno in der Schweiz. Das Unternehmen Wankel Super Tec in Cottbus hat einen Fremdzündungsdiesel-Wankelmotor entwickelt, der im Verbrauch an hoch optimierte HKM-TDIs heranreicht. Dieser soll in Flugzeugen eingesetzt werden.

Eine Variante ist der „Wankel-Fremdzündungsdiesel“, ein Vielstoffmotor , der mit Fremdzündung für den Antrieb von sogenannten Drohnen arbeitet. Zwar wird hier Diesel als Kraftstoff eingespritzt, jedoch kommt die dieseltypische Selbstzündung nicht zum Einsatz. Das englische Unternehmen UAV EL ist zurzeit der Weltmarktführer bei Drohnen-Wankelmotoren.

Durch die räumliche Trennung von Ansaug- und Verbrennungsraum ist der Wankelmotor besonders geeignet zur Verbrennung von Wasserstoff (Wasserstoffbetrieb) und ähnlich leichtentzündlichen Brennstoffen (Erdgas, Autogas usw.), da sich das Gasgemisch nicht vorzeitig an heißen Bauteilen (wie etwa an Auslassventilen und der Brennraumoberfläche) entzünden kann. Es liegt eine räumliche Trennung von Verdichtungs- und Verbrennungsraum vor, was gegenüber dem Viertakt-Hubkolbenmotor die Klopffestigkeit steigert. Mazda erprobt aktuell im RX-8 HRE und Mazda 5 HRE den Betrieb mit Wasserstoff. Hier kommt dem Wankelmotor seine spezielle Brennraumform zugute. [38]

Ingersoll-Rand baute zwischen 1972 und 1986 Gaswankelmotoren in Serie für Gaspumpstationen .

Norton , Suzuki und Yamaha versuchten sich an Motorrädern, Sachs baute einen modifizierten Motor in die Hercules W 2000 ein.

In den Schneemobilen des Unternehmens OMC kamen eigenentwickelte Wankelmotoren zum Einsatz, andere Schneemobilhersteller setzten F&S-Wankelmotoren ein.

Die Unternehmen Italsystem und Aixro GmbH bauten Wankelmotoren für Rennkarts und Freedom Motors für Wasser-Scooter . Die Aixro GmbH des Weiteren für Motorschirme und unbemannte Luftfahrzeuge. Fichtel & Sachs baute Wankelmotoren für Rasenmäher sowie Notstromerzeuger. 1975 wurde eine Dolmar-Kettensäge mit einem KMS 4 von Fichtel & Sachs angetrieben. In der Stihl Timbersports Series , einem Wettkampf der Forstarbeiter, kamen in der Disziplin „Hot Saw“ teilweise Wankelmotoren von der Aixro GmbH als Antrieb für schwere Motorsägen (Leistung > 44 kW) zum Einsatz.

Als Antrieb für Gurtstraffer wurden 1997 kleine druckgasbetriebene Einweg-Wankelmotoren verwendet, die VW in den Passat und Mercedes in seine S-Klasse einbaute. Der Sachs-Wankelmotor KKM 48 wurde auch in die Zwillings-Flugabwehrkanone 20 x 139 RH 202 des Herstellers Rheinmetall eingebaut, die bis 1990 bei der Luftwaffe der Bundeswehr und in anderen europäischen Staaten eingesetzt war.

Die Firma Wankel SuperTec GmbH entwickelte für den Volocopter -Hubschrauber der Firma e-volo GmbH einen seriellen Hybridantrieb. [39]

Kraftfahrzeugsteuer (in Deutschland)

Fahrzeuge mit Wankelmotoren werden nach dem zulässigen Gesamtgewicht wie Lkw besteuert.

Die Höhe der Kraftfahrzeugsteuer für Pkw bemisst sich in Deutschland nach dem Hubraum. Der NSU RO 80 mit knapp 1000 cm³ Kammervolumen und 86 kW hätte bei Anwendung der damaligen Hubraumsteuer von 14,40 DM/100 cm³ eine Steuer von nur 144,00 DM/Jahr bedeutet. Um Wankelmotoren gegenüber Hubkolbenmotoren nicht zu begünstigen, wollten die Steuerbehörden zuerst das Kammervolumen doppelt rechnen, da ein Auto mit 86 kW zu dieser Zeit einem Hubraum von 2 Litern eines Hubkolbenmotors entsprach. Nach etlichen Verhandlungen einigte man sich aber auf die Anwendung der Lkw-Steuer. Die Steuer bemisst sich nach dem verkehrsrechtlich zulässigen Gesamtgewicht. Kosten bei einem zulässigen Gesamtgewicht bis 2000 kg: EUR 11,25 pro 200 kg Fahrzeuggewicht.

Sonstiges

  • Die Briefmarke 50 Jahre Wankelmotor im Wert von 145 Cent wurde am 2. Januar 2007 durch die Deutsche Post ausgegeben
  • Das Museum Autovision in Altlußheim zeigt die weltweit erste ständige Wankelmotor-Ausstellung
  • Eine der weltweit größten Sammlungen von Fahrzeugen und Geräten mit Wankelmotor besitzt Walter Frey in Gersthofen (teilweise im Mazda-Museum Augsburg ausgestellt [40] ). [41]

Literatur

Weblinks

Commons : Wankelmotor – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Wankelmotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Animationen

Weitere Informationen

Einzelnachweise

  1. maz-online.de: Ohne Paschke kein „Wankelmotor“
  2. Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlin/Heidelberg 1973, ISBN 978-3-642-52174-4 , S. 65f.
  3. MTZ 10/2002 Jahrgang 63 Seite 810-812
  4. SAE 2004-01-1790 Developed Technologies of the New Rotary Engine (RENESIS)
  5. SAE Paper SAE 920309 Mazda 4-Rotor Rotary Engine for the Le Mans 24-Hour Endurance Race; Tabelle 1 und Seite 7.
  6. Andsdale Der Wankelmotor K=R/e Seite 81
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  11. Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. 1984, ISBN 3-18-418005-0 , S. 329. 300–380 g/kWh
  12. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 26. Auflage, 2007. ISBN 978-3-8348-0138-8 , S. 509. 380–500 g/kWh
  13. Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben–Verbrennungsmotoren . Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, ISBN 3-540-05886-9 , S.   84–85 ( „Das Gemisch in den engen Zwickeln an den Ecken wird kaum ausgenutzt, es hat sich durch das hier ungünstige Oberflächen-Volumen-Verhältnis zu weit abgekühlt. Der Verbrennungsablauf ist daher schleppend, was einerseits einen schlechteren thermischen Wirkungsgrad, andererseits eine sehr angenehme weiche Verbrennung zur Folge hat (…) Zweifellos ist der Wankelmotor in der Thermodynamik den Hubkolbenmotoren unterlegen, wie die Form des Verbrennungsraumes und die großen wärmeabführenden Flächen sofort erkennen lassen.“ ).
  14. MTZ 10/2002 Jahrgang 63 Bild4 seite 812 Durch den Seitenauslass im Renesis wird der Austritt unverbrannter Kohlenwasserstoffe aus demVerbrennungsraum in die Auslassöffnungen verhindert
  15. Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben–Verbrennungsmotoren . Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1973, ISBN 3-540-05886-9 , S.   86–87 ( „Durch die langsame Verbrennung und den bei Teillast vorhandenen Abgasanteil sind die Stickoxid-Emissionen (NOx) beim Wankelmotor wesentlich geringer als beim Hubkolbenmotor (nur ca. 40%) (…) Sehr viel schlechter als beim Hubkolbenmotor sind infolge der ungünstigen Brennraumform die Kohlenwasserstoff-Emissionen (HC) (…) Hinsichtlich der Kohlen-Monoxyde (CO), verhalten sich Hubkolben- und Wankelmotor etwa gleich.“ ).
  16. Weiterer Bericht von der Frankfurter IAA. In: Kraftfahrzeugtechnik . 11/1963, S. 421–423.
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