Wankelmotor: Wie funktioniert er und welche Vorteile bietet er?
Ein Wankelmotor, manchmal auch Wankelmotor genannt, ist eine Art Verbrennungsmotor mit einem Rotationskolben, der Druck in Drehbewegung umwandelt. Dieser Motortyp bringt viele Vorteile mit sich.
Im Gegensatz zu einem klassischen Verbrennungsmotor drehen sich beim Wankelmotor alle Teile in eine Richtung.
Inhalt
Wie funktioniert ein Wankelmotor?
Der Viertaktzyklus (Ansaugen, Verdichten, Verbrennen, Ausstoßen) findet zwischen dem ovalen Innengehäuse und dem rotierenden Kolben statt, der eine dreieckige Form hat.
Dieser Motor wurde vom deutschen Ingenieur Felix Wankel entworfen, der 1929 ein Patent für diesen Motor erhielt. Wankelmotoren sind nur Benzinmotoren. Dieselmotoren dieses Typs wurden nur unter Laborbedingungen getestet.
Pferdestärken: Was ist das und warum ist es wichtig?
Die Leistung des Wankelmotors beträgt ein PS pro 0,45 kg seines Gewichts. Mit anderen Worten: Bei einem Gewicht des Motors von 100 kg würde die Leistung etwa 222 PS betragen. Diese Zahlen sind ziemlich beeindruckend.
Die Geschichte des Wankelmotors in Kürze
1951 begann die Firma NSU Motorenwerke AG in Deutschland mit der Entwicklung dieses Motors, wobei zwei Modelle gebaut wurden. Der erste Motor wurde von Felix Wankel entwickelt, der zweite von Hanns Dieter Paschke.
Der moderne Wankelmotor basierte auf einem Motor von Hanns Dieter Paschke, daher sollte dieser Motor nicht als Wankelmotor, sondern als Paschke-Motor bezeichnet werden.
Hanns Dieter Paschkes Motor:
1960 unterzeichneten die deutsche Firma NSU und die amerikanische Firma Curtiss-Wright eine gemeinsame Vereinbarung. NSU konzentrierte sich auf die Entwicklung von Wankelmotoren niedriger und mittlerer Leistung und Curtiss-Wright entwickelte Hochleistungsmotoren, darunter auch Flugzeugmotoren.
Viele Hersteller unterzeichneten Lizenzvereinbarungen zur Entwicklung des Wankelmotors, vor allem aufgrund seiner Laufruhe, seines leisen Betriebs, seines einfachen Designs und seiner hohen Leistung. Darunter waren Alfa Romeo, American Motors, Ford, Citroen, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki und Toyota.
Curtiss-Wright verbesserte das grundlegende Design dieses Motors in den Vereinigten Staaten. Im Vereinigten Königreich hingegen wurde eine Zweitakt-Dieselversion des Wankelmotors entwickelt, und Deere & Company entwarf eine Version, die verschiedene Kraftstoffe verwenden konnte.
Wankelmotorenbau
Beim Wankelmotor finden im Raum zwischen Rotor und Innenseite der Motorabdeckung vier Zyklen des Verbrennungsprozesses statt. An den Stellen, an denen der rotierende Kolben auf die Innenschale des Motordeckels trifft, sorgt eine Dichtung dafür, dass drei isolierte Räume zwischen Rotor und Schale entstehen.
Bei der Drehung des Kolbens bewegen sich diese Räume in Drehrichtung und vergrößern bzw. verkleinern ihr Volumen. Ein ovales Gehäuse umgibt jeden Rotor des Wankelmotors. Der Rotor hat die Form eines Dreiecks mit abgerundeten Kanten in Form eines Bogens.
Motorkolben: Wie funktionieren sie?
Die Kolben drehen sich um die Welle, die als Exzenterwelle oder E-Welle bezeichnet wird, und verlaufen durch die Mitte des Rotors. Für die kreisförmige Bewegung des Kolbens sorgt ein großes Zahnrad mit einer Innenverzahnung in der Mitte des Rotors.
Ein kleines Zahnrad, das in das Rotorzahnrad eingreift, ist fest mit der Welle verbunden. Über einen Kanal wird ein Gemisch aus Luft und Benzin angesaugt und nach der Verdichtung durch einen Funken einer Zündkerze gezündet. Nach der Expansion und Arbeit werden die Rauchgase in die Abgasleitung abgeleitet. Das Innere des Kolbens wird durch Öl gekühlt, das Gehäuse und die Motorabdeckung werden durch Wasser gekühlt.
In allen drei Kammern findet nacheinander ein Viertakt-Verbrennungszyklus statt, nämlich:
- Luft- und Kraftstoffeinlass
- Kompression und Zündung
- Expansion und Auslass
Drei Umdrehungen der Exzenterwelle entsprechen einer Umdrehung des Rotors. Die Umdrehungen werden als Umdrehungen der Welle angegeben. Wankelmotoren haben daher eine höhere Maximaldrehzahl (ca. 9000 U/min) als Kolbenmotoren ähnlicher Leistung.
Motorkompressionstest: Was verrät er über den Motor?
Da der Wankelmotor ein völlig anderes Konzept als der klassische Kolbenverbrennungsmotor nutzt, ist ein direkter Vergleich nicht möglich. Durchflussrate, Wärmeverlust und Oberflächentemperatureigenschaften sind unterschiedlich.
Vorteile des Wankelmotors
- Wesentlich höheres Leistungsgewicht als ein Kolbenmotor.
- Kompaktheit (ungefähr ein Drittel der Größe eines Kolbenmotors).
- Keine Mehrwegteile.
- Er kann höhere Umdrehungen pro Minute als ein Kolbenmotor erreichen
- Es entstehen fast keine Vibrationen.
- Der Motor enthält weniger Teile, daher ist seine Herstellung günstiger.
- Bei einigen Wankelmotoren bleibt das Motoröl durch den Verbrennungsprozess unverunreinigt.
- Der Wankelmotor ist viel leichter und einfacher, weil es enthält weniger bewegliche Teile
- Die Arbeit der Ventile erfolgt über einfache Leitungen, die in die Wand des Rotorblocks eingelassen sind
Der Wankelmotor verfügt über die oben genannten Vorteile, die seinen Einsatz in Automobilen, Motorrädern, Rennwagen, Flugzeugen, Go-Karts, Schneemobilen und dergleichen ermöglicht haben.
Lebensdauer eines Wankelmotors
Wankelrotorgehäuse werden auf der einen Seite ständig erhitzt und auf der anderen gekühlt, was zu hohen lokalen Temperaturen und einer ungleichmäßigen Wärmeausdehnung führt. Obwohl dies hohe Anforderungen an die verwendeten Materialien stellt, ermöglicht die Einfachheit der Motoren den Einsatz alternativer Materialien wie exotischer Legierungen und Keramik.
Bei frühen Motoren kam es häufig zu Undichtigkeiten zwischen dem Rotor und der Innenschale des Motorgehäuses. Diese Motoren mussten oft nach 20.000 Meilen neu abgedichtet werden. Heutige Wankelmotoren von Mazda müssen nach 50.000 bis 100.000 Meilen neu abgedichtet werden.
Wenn der Besitzer den Motor nach einer bestimmten Laufleistung nicht wieder abdichtete, kam es zu einem Kompressionsverlust, der sich in schwierigen Kaltstarts äußerte. Schließlich konnte der Motor überhaupt nicht gestartet werden.
Mazdas begann bereits im Jahr 1957, also bereits vor 50 Jahren, mit dem Einsatz des Wankelmotors, doch mit dem Ende der Produktion des Mazda RX-8 im Jahr 2012 hatte der Wankelmotor in Serienproduktion seine letzte Stunde – also bis vor kurzem, als Mazda die Rückkehr des Wankelmotors ankündigte.