Ein Rotationskolbenmotor oder Wankelmotor ist ein Motor, dessen Hauptarbeitselement die Kreisbewegung eines Planeten ist. Hierbei handelt es sich um einen grundlegend anderen Motortyp, der sich von seinen Kolben-Gegenstücken in der Familie der Verbrennungsmotoren unterscheidet.

Bei der Konstruktion einer solchen Einheit wird ein Rotor (Kolben) mit drei Flächen verwendet, der außen ein Reuleaux-Dreieck bildet und kreisförmige Bewegungen in einem Zylinder mit speziellem Profil ausführt. Am häufigsten verläuft die Oberfläche des Zylinders entlang einer Epitrochoide (einer flachen Kurve, die durch einen Punkt entsteht, der starr mit einem Kreis verbunden ist, der sich entlang der Außenseite eines anderen Kreises bewegt). In der Praxis findet man Zylinder und Rotoren auch in anderen Formen.

Komponenten und Funktionsprinzip

Der Aufbau des RPD-Motors ist äußerst einfach und kompakt. Auf der Achse der Einheit ist ein Rotor montiert, der fest mit dem Getriebe verbunden ist. Letzterer greift in den Stator ein. Der dreiseitige Rotor bewegt sich entlang einer epitrochoiden Zylinderebene. Dadurch werden die sich ändernden Volumina der Arbeitskammern des Zylinders über drei Ventile abgesperrt. Dichtplatten (End- und Radialtyp) werden unter Gaseinfluss und durch die Wirkung von Zentripetalkräften und Bandfedern gegen den Zylinder gedrückt. Dadurch entstehen 3 isolierte Kammern mit unterschiedlichen Volumenabmessungen. Hier werden die Prozesse der Kompression des einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches, der Expansion von Gasen, der Druckausübung auf die Arbeitsfläche des Rotors und der Reinigung der Brennkammer von Gasen durchgeführt. Die Kreisbewegung des Rotors wird auf die Exzenterachse übertragen. Die Achse selbst ist gelagert und überträgt das Drehmoment auf die Übertragungsmechanismen. Bei diesen Motoren arbeiten zwei mechanische Paare gleichzeitig. Eines davon besteht aus Zahnrädern und regelt die Bewegung des Rotors selbst. Der andere wandelt die Drehbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Exzenterachse um.

Teile für Rotationskolbenmotoren

Funktionsprinzip des Wankelmotors

Am Beispiel der in VAZ-Fahrzeugen verbauten Motoren lassen sich folgende technische Merkmale nennen:
— 1,308 cm3 – Arbeitsvolumen der RPD-Kammer;
— 103 kW/6000 min-1 – Nennleistung;
— 130 kg Motorgewicht;
— 125.000 km – Lebensdauer des Motors vor der ersten Komplettüberholung.

Mischbildung

Theoretisch kommen bei RPD mehrere Arten der Gemischbildung zum Einsatz: externe und interne, basierend auf flüssigen, festen und gasförmigen Brennstoffen.
Bei festen Brennstoffen ist zu beachten, dass diese zunächst in Gasgeneratoren vergast werden, da sie zu einer erhöhten Aschebildung in den Zylindern führen. Daher haben gasförmige und flüssige Kraftstoffe in der Praxis eine immer größere Verbreitung gefunden.
Der Mechanismus der Gemischbildung bei Wankelmotoren hängt von der Art des verwendeten Kraftstoffs ab.
Bei der Verwendung von gasförmigem Kraftstoff wird dieser in einem speziellen Fach am Motoreinlass mit Luft vermischt. Das brennbare Gemisch gelangt in fertiger Form in die Zylinder.

Die Mischung wird aus flüssigem Kraftstoff wie folgt hergestellt:

1. Die Luft wird mit flüssigem Kraftstoff vermischt, bevor sie in die Zylinder gelangt, wo das brennbare Gemisch eintritt.
2. Flüssiger Kraftstoff und Luft gelangen getrennt in die Motorzylinder und werden im Zylinder vermischt. Das Arbeitsgemisch entsteht, wenn sie mit Restgasen in Kontakt kommen.

Dementsprechend kann die Kraftstoff-Luft-Mischung außerhalb oder innerhalb der Zylinder erfolgen. Dies führt zur Trennung von Motoren mit innerer oder äußerer Gemischbildung.

Merkmale von RPD

Vorteile

Vorteile von Rotationskolbenmotoren gegenüber Standard-Ottomotoren:

— Geringe Vibrationswerte.
Bei RPD-Motoren gibt es keine Umwandlung der Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung, wodurch das Gerät hohen Geschwindigkeiten bei geringeren Vibrationen standhalten kann.

— Gute dynamische Eigenschaften.
Aufgrund seiner Konstruktion ermöglicht der Einbau eines solchen Motors in ein Auto eine Beschleunigung auf über 100 km/h bei hohen Geschwindigkeiten ohne übermäßige Belastung.

— Gute spezifische Leistungsindikatoren bei geringem Gewicht.
Aufgrund des Verzichts auf Kurbelwelle und Pleuel im Motordesign wird eine geringe Masse beweglicher Teile im RPD erreicht.

— Bei Motoren dieses Typs gibt es praktisch kein Schmiersystem.
Öl wird direkt dem Kraftstoff beigemischt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch selbst schmiert die Reibpaarungen.

— Der Rotationskolbenmotor hat kleine Gesamtabmessungen.
Mit dem eingebauten Rotationskolbenmotor können Sie den nutzbaren Raum im Motorraum des Fahrzeugs optimal nutzen, die Last gleichmäßig auf die Achsen des Fahrzeugs verteilen und die Position von Getriebeelementen und -komponenten besser berechnen. Beispielsweise ist ein Viertaktmotor gleicher Leistung doppelt so groß wie ein Wankelmotor.

Nachteile des Wankelmotors

— Qualität des Motoröls.
Beim Betrieb dieses Motortyps ist auf die hochwertige Zusammensetzung des in Wankelmotoren verwendeten Öls zu achten. Der Rotor und die darin befindliche Motorkammer haben eine große Kontaktfläche, dementsprechend kommt es schneller zum Motorverschleiß und ein solcher Motor überhitzt ständig. Unregelmäßiger Ölwechsel verursacht enorme Schäden am Motor. Durch das Vorhandensein abrasiver Partikel im Altöl erhöht sich der Motorverschleiß erheblich.

— Qualität der Zündkerzen.
Betreiber solcher Motoren müssen besondere Ansprüche an die Qualität der Zündkerzen stellen. In der Brennkammer ist der Zündvorgang des Gemisches aufgrund seines geringen Volumens, seiner ausgedehnten Form und seiner hohen Temperatur schwierig. Die Folge ist eine erhöhte Betriebstemperatur und eine periodische Detonation der Brennkammer.

— Materialien von Dichtungselementen.
Ein wesentlicher Nachteil des RPD-Motors ist die unzuverlässige Organisation der Dichtungen zwischen den Räumen zwischen der Kammer, in der der Kraftstoff verbrennt, und dem Rotor. Der Rotoraufbau eines solchen Motors ist recht komplex, daher sind Dichtungen sowohl an den Rotorkanten als auch an der mit den Motorabdeckungen in Kontakt stehenden Seitenfläche erforderlich. Reibungsbeanspruchte Oberflächen müssen ständig geschmiert werden, was einen erhöhten Ölverbrauch zur Folge hat. Die Praxis zeigt, dass ein RPD-Motor pro 1000 km zwischen 400 Gramm und 1 kg Öl verbrauchen kann. Die Umweltverträglichkeit des Motors sinkt, da der Kraftstoff zusammen mit dem Öl verbrennt und dadurch eine große Menge Schadstoffe in die Umwelt gelangt.

Aufgrund ihrer Mängel werden solche Motoren in der Automobilindustrie und bei der Herstellung von Motorrädern nicht häufig eingesetzt. Kompressoren und Pumpen werden jedoch auf Basis von RPD hergestellt. Flugzeugmodellbauer verwenden solche Motoren häufig zur Konstruktion ihrer Modelle. Aufgrund der geringen Anforderungen an Effizienz und Zuverlässigkeit verzichten die Konstrukteure bei solchen Motoren auf ein komplexes Dichtungssystem, was die Kosten erheblich senkt. Durch die Einfachheit seines Designs lässt es sich problemlos in ein Flugzeugmodell integrieren.

Effizienz der Rotationskolbenkonstruktion

Studien haben gezeigt, dass der Gesamtwirkungsgrad des Wankelmotors trotz einer Reihe von Mängeln für moderne Verhältnisse recht hoch ist. Sein Wert beträgt 40 – 45 %. Zum Vergleich: Der Wirkungsgrad von Kolben-Verbrennungsmotoren liegt bei 25 %, der von modernen Turbodieseln bei etwa 40 %. Der höchste Wirkungsgrad von Kolbendieselmotoren liegt bei 50 %. Bis heute arbeiten Wissenschaftler daran, Reserven zur Steigerung der Motoreffizienz zu finden.

Der endgültige Wirkungsgrad des Motors besteht aus drei Hauptteilen:

1. Kraftstoffeffizienz (ein Indikator, der den rationellen Kraftstoffverbrauch im Motor charakterisiert).

Untersuchungen in diesem Bereich zeigen, dass nur 75 % des Kraftstoffs vollständig verbrennen. Es wird angenommen, dass dieses Problem durch die Trennung der Verbrennungs- und Expansionsprozesse von Gasen gelöst werden kann. Es ist notwendig, für die Anordnung spezieller Kammern unter optimalen Bedingungen zu sorgen. Die Verbrennung muss in einem geschlossenen Volumen unter Erhöhung von Temperatur und Druck erfolgen; der Expansionsprozess muss bei niedrigen Temperaturen erfolgen.

1. Mechanischer Wirkungsgrad (charakterisiert die Arbeit, die zur Bildung des auf den Verbraucher übertragenen Hauptachsendrehmoments geführt hat).

Etwa 10 % der Motorarbeit werden für den Antrieb von Hilfskomponenten und -mechanismen aufgewendet. Dieser Mangel kann durch Änderungen am Motordesign behoben werden: wenn das bewegliche Hauptarbeitselement den stationären Körper nicht berührt. Entlang des gesamten Weges des Hauptarbeitselements muss eine konstante Drehmomentstütze vorhanden sein.

1. Wärmewirkungsgrad (ein Indikator, der die Menge an Wärmeenergie widerspiegelt, die bei der Verbrennung von Kraftstoff erzeugt und in Nutzarbeit umgewandelt wird).

In der Praxis entweichen 65 % der erzeugten Wärmeenergie mit den Abgasen in die Außenumgebung. Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrads dann erreicht werden kann, wenn die Konstruktion des Motors eine Verbrennung des Kraftstoffs in einer wärmeisolierten Kammer ermöglicht, sodass von Anfang an maximale Temperaturen erreicht werden Am Ende wurde diese Temperatur durch Einschalten der Dampfphase auf Minimalwerte gesenkt.

Aktueller Zustand des Rotationskolbenmotors

Einer Massenanwendung des Motors standen erhebliche technische Schwierigkeiten im Wege:
— Entwicklung eines qualitativ hochwertigen Arbeitsprozesses in einer ungünstig geformten Kammer;
— Gewährleistung der Dichtheit der Abdichtung der Arbeitsvolumina;
— Entwurf und Schaffung einer Struktur von Karosserieteilen, die den gesamten Lebenszyklus des Motors zuverlässig überdauert, ohne sich bei ungleichmäßiger Erwärmung dieser Teile zu verziehen.
Dank der enormen Forschungs- und Entwicklungsarbeit gelang es diesen Unternehmen, fast alle komplexesten technischen Probleme auf dem Weg zur Entwicklung von RPDs zu lösen und das Stadium ihrer industriellen Produktion zu erreichen.

Die Produktion des ersten serienmäßigen NSU Spider mit RPD begann bei den NSU Motorenwerken. Aufgrund häufiger Motorüberholungen aufgrund der oben genannten technischen Probleme während der frühen Entwicklung des Wankelmotordesigns führten die Gewährleistungsverpflichtungen von NSU zum finanziellen Zusammenbruch und Bankrott sowie zur anschließenden Fusion mit Audi im Jahr 1969.
Zwischen 1964 und 1967 wurden 2.375 Autos produziert. 1967 wurde die Produktion des Spider eingestellt und durch den NSU Ro80 mit Wankelmotor der zweiten Generation ersetzt; Während der zehnjährigen Produktion des Ro80 wurden 37.398 Fahrzeuge produziert.

Die Mazda-Ingenieure haben diese Probleme am erfolgreichsten gelöst. Es bleibt der einzige Massenhersteller von Autos mit Rotationskolbenmotoren. Der modifizierte Motor wird seit 1978 serienmäßig im Mazda RX-7 verbaut. Seit 2003 übernimmt das Modell Mazda RX-8 die Nachfolge, die derzeit in Serie produzierte und einzige Version des Wagens mit Wankelmotor.

Russische RPD

Die erste Erwähnung eines Wankelmotors in der Sowjetunion stammt aus den 60er Jahren. Die Forschungsarbeiten an Rotationskolbenmotoren begannen 1961 gemäß dem entsprechenden Erlass des Ministeriums für Automobilindustrie und des Landwirtschaftsministeriums der UdSSR. Die industrielle Forschung mit der weiteren Produktion dieses Designs begann 1974 bei VAZ. Speziell zu diesem Zweck wurde das Special Design Bureau of Rotary Piston Engines (SKB RPD) gegründet. Da es nicht möglich war, eine Lizenz zu kaufen, wurde der Serien-Wankel von NSU Ro80 zerlegt und kopiert. Auf dieser Grundlage wurde der VAZ-311-Motor entwickelt und montiert, und dieses bedeutende Ereignis ereignete sich 1976. VAZ entwickelte eine ganze Reihe von RPD-Motoren mit 40 bis 200 PS. Die Fertigstellung des Entwurfs dauerte fast sechs Jahre. Es war möglich, eine Reihe technischer Probleme im Zusammenhang mit der Leistung von Gas- und Öldichtungen und Lagern zu lösen und einen effektiven Arbeitsprozess in einer ungünstig geformten Kammer zu debuggen. VAZ stellte 1982 der Öffentlichkeit sein erstes Serienauto mit Wankelmotor unter der Haube vor, es war der VAZ-21018. Das Auto entsprach äußerlich und strukturell allen Modellen dieser Baureihe, mit einer Ausnahme: Unter der Haube befand sich ein einteiliger Wankelmotor mit einer Leistung von 70 PS. Die lange Entwicklungszeit konnte eine Peinlichkeit nicht verhindern: Bei allen 50 Versuchsmaschinen kam es während des Betriebs zu Motorausfällen, die das Werk dazu zwangen, an seiner Stelle einen konventionellen Kolbenmotor einzubauen.

VAZ 21018 mit Rotationskolbenmotor

Nachdem festgestellt wurde, dass die Ursache der Probleme Vibrationen der Mechanismen und Unzuverlässigkeit der Dichtungen waren, versuchten die Konstrukteure, das Projekt zu retten. Bereits 1983 erschienen die zweiteiligen Modelle VAZ-411 und VAZ-413 (mit einer Leistung von 120 bzw. 140 PS). Trotz des geringen Wirkungsgrades und der kurzen Lebensdauer fand der Wankelmotor dennoch ein Einsatzgebiet – die Verkehrspolizei, der KGB und das Innenministerium benötigten leistungsstarke und unauffällige Maschinen. Ausgestattet mit Wankelmotoren konnten Zhiguli und Wolga problemlos zu ausländischen Autos aufschließen.

Seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts ist SKB von einem neuen Thema fasziniert – dem Einsatz von Wankelmotoren in einer verwandten Branche – der Luftfahrt. Die Abkehr von der Hauptanwendungsbranche von RPDs führte dazu, dass der Wankelmotor VAZ-414 für Fahrzeuge mit Frontantrieb erst 1992 entwickelt wurde und es weitere drei Jahre dauerte. 1995 wurde der VAZ-415 zur Zertifizierung eingereicht. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern ist es universell einsetzbar und kann sowohl in Fahrzeugen mit Hinterradantrieb (Classic und GAZ) als auch in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb (VAZ, Moskvich) unter der Motorhaube eingebaut werden. Der zweiteilige Wankel hat einen Hubraum von 1308 cm 3 und entwickelt eine Leistung von 135 PS. bei 6000 U/min. Er beschleunigt die „99“ in 9 Sekunden auf Hunderte.

Rotationskolbenmotor VAZ-414

Derzeit ist das Projekt zur Entwicklung und Umsetzung eines inländischen RPD eingefroren.

Unten finden Sie ein Video zum Aufbau und zur Funktionsweise des Wankelmotors.

Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren haben einen gemeinsamen Nachteil: Die Hin- und Herbewegung des Kolbens muss in die Drehbewegung der Räder umgewandelt werden. Daher der offensichtlich geringe Wirkungsgrad und der hohe Verschleiß der Mechanismuselemente. Viele Menschen wollten einen Verbrennungsmotor so bauen, dass alle beweglichen Teile darin nur rotieren – wie es bei Elektromotoren der Fall ist.

Die Aufgabe erwies sich jedoch als nicht einfach; nur ein autodidaktischer Mechaniker, der sein ganzes Leben lang weder eine höhere Ausbildung noch eine Berufsausbildung erhielt, konnte sie erfolgreich lösen.

Felix Heinrich Wankel (1902–1988) wurde am 13. August 1902 in der deutschen Kleinstadt Lahr geboren. Während des Ersten Weltkriegs starb Felix‘ Vater, weshalb der spätere Erfinder die Schule verlassen und als Verkäuferlehrling in der Buchhandlung eines Verlags arbeiten musste. Dank dieser Arbeit wurde Wankel süchtig nach Büchern, aus denen er selbstständig technische Disziplinen, Mechanik und Automobiltechnik studierte.

Einer Legende nach kam der siebzehnjährige Felix in einem Traum zur Lösung des Problems. Ob dies wahr ist oder nicht, ist unbekannt. Aber es ist offensichtlich, dass Felix über sehr außergewöhnliche mechanische Fähigkeiten und eine „aufgeräumte“ Sicht auf die Dinge verfügte. Er verstand, wie alle vier Zyklen eines herkömmlichen Verbrennungsmotors (Einspritzung, Kompression, Verbrennung, Ausstoß) während der Rotation ablaufen können.

Ziemlich schnell entwickelte Wankel den ersten Motorentwurf und richtete 1924 eine kleine Werkstatt ein, die auch als improvisiertes „Labor“ diente. Hier begann Felix mit der ersten ernsthaften Forschung auf dem Gebiet der Rotationskolben-Verbrennungsmotoren.

Seit 1921 war Wankel aktives Mitglied der NSDAP. Er vertrat Parteiideale, war Gründer des Gesamtdeutschen Militärjugendverbandes und Jungführer verschiedener Organisationen. 1932 trat er aus der Partei aus und beschuldigte einen seiner ehemaligen Kollegen der politischen Korruption. Aufgrund einer Gegenanklage musste er jedoch selbst sechs Monate im Gefängnis verbringen. Dank der Fürsprache Wilhelm Kepplers aus dem Gefängnis entlassen, setzte er die Arbeiten am Motor fort. 1934 erstellte er den ersten Prototypen und erhielt dafür ein Patent. Er entwarf neue Ventile und Brennräume für seinen Motor, erstellte mehrere verschiedene Versionen davon und entwickelte eine Klassifizierung der kinematischen Diagramme verschiedener Rotationskolbenmaschinen.

1936 interessierte sich BMW für den Prototyp des Wankelmotors – Felix erhielt Geld und ein eigenes Labor in Lindau, um experimentelle Flugzeugmotoren zu entwickeln.

Bis zur Niederlage Nazi-Deutschlands ging jedoch kein einziger Wankelmotor in Produktion. Vielleicht hat es zu lange gedauert, das Design fertigzustellen und in die Massenproduktion zu bringen.

Nach dem Krieg wurde das Labor geschlossen, die Geräte nach Frankreich gebracht und Felix blieb arbeitslos (seine frühere Mitgliedschaft in der Nationalsozialistischen Partei wirkte sich aus). Wankel erhielt jedoch bald eine Anstellung als Konstrukteur bei der NSU Motorenwerke AG, einem der ältesten Hersteller von Motorrädern und Autos.

Im Jahr 1957 wurde durch die gemeinsame Anstrengung von Felix Wankel und NSU-Chefingenieur Walter Froede erstmals ein Rotationskolbenmotor in ein NSU-Prinz-Auto eingebaut. Das ursprüngliche Design erwies sich als alles andere als perfekt: Selbst für den Austausch der Zündkerzen musste fast der gesamte „Motor“ zerlegt werden, die Zuverlässigkeit ließ zu wünschen übrig und es war eine Sünde, in diesem Entwicklungsstadium überhaupt über Effizienz zu sprechen . Als Ergebnis der Tests ging ein Auto mit traditionellem Verbrennungsmotor in Produktion. Dennoch bewies der erste Rotationskolbenmotor DKM-54 seine grundlegende Leistungsfähigkeit, eröffnete Wege für die weitere Entwicklung und demonstrierte das enorme Potenzial von „Rotoren“.

Damit wurde endlich ein neuartiger Verbrennungsmotor ins Leben gerufen. In Zukunft wird es noch viele weitere Verbesserungen und Verbesserungen geben. Doch die Aussichten für den Rotationskolbenmotor sind so vielversprechend, dass die Ingenieure nichts davon abhalten konnten, das Design zur betrieblichen Perfektion zu bringen.

Bevor wir uns mit den Vor- und Nachteilen von Rotationskolben-Verbrennungsmotoren befassen, lohnt es sich dennoch, deren Konstruktion genauer zu betrachten.
In der Mitte des Rotors ist ein rundes Loch angebracht, dessen Innenseite wie bei einem Zahnrad mit Zähnen bedeckt ist. In dieses Loch wird eine rotierende Welle mit kleinerem Durchmesser, ebenfalls mit Zähnen, eingesetzt, die dafür sorgt, dass zwischen ihr und dem Rotor kein Schlupf entsteht. Die Verhältnisse der Durchmesser von Loch und Schaft sind so gewählt, dass sich die Eckpunkte des Dreiecks entlang derselben geschlossenen Kurve bewegen, die „Epitrochoide“ genannt wird – Wankels Kunst als Ingenieur bestand darin, zunächst zu verstehen, dass dies möglich war, und Dann berechne alles genau. Infolgedessen schneidet ein Kolben in Form eines Reuleaux-Dreiecks drei Kammern mit variablem Volumen und variabler Position in einer Kammer ab, die der Form der von Wankel gefundenen Kurve folgt.

Die Konstruktion des Rotationskolben-Verbrennungsmotors ermöglicht die Umsetzung eines beliebigen Viertaktzyklus ohne den Einsatz eines speziellen Gasverteilungsmechanismus. Dank dieser Tatsache erweist sich der „Rotor“ als viel einfacher als ein herkömmlicher Viertakt-Kolbenmotor, der im Durchschnitt fast tausend Teile mehr hat.

Die Abdichtung der Arbeitsräume eines Rotationskolben-Verbrennungsmotors wird durch radiale und stirnseitige Dichtplatten gewährleistet, die durch Bandfedern sowie durch Fliehkräfte und Gasdruck gegen den „Zylinder“ gedrückt werden.

Ein weiteres technisches Merkmal ist seine hohe „Arbeitsproduktivität“. Bei einer vollen Umdrehung des Rotors (also während des Zyklus „Einspritzung, Kompression, Zündung, Abgas“) macht die Abtriebswelle drei volle Umdrehungen. Bei einem herkömmlichen Kolbenmotor sind solche Ergebnisse nur mit einem Sechszylinder-Verbrennungsmotor zu erreichen.

Nach der ersten erfolgreichen Demonstration eines rotierenden Verbrennungsmotors im Jahr 1957 zeigten die größten Automobilgiganten zunehmendes Interesse an der Entwicklung. Zunächst wurde die Lizenz für den Motor, der den informellen Namen „Wankel“ erhielt, von der Curtiss-Wright Corporation gekauft, ein Jahr später von Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp und Mazda. Innerhalb kürzester Zeit erwarben etwa hundert Unternehmen auf der ganzen Welt Lizenzen für die neue Technologie, darunter Monster wie Rolls-Royce, Porsche, BMW und Ford.
Dieses Interesse am Wankel bei so großen Akteuren des Automobilmarktes erklärt sich aus seinem großen Potenzial und seinen erheblichen Vorteilen – der Rotationskolbenmotor hat 40 % weniger Teile, er ist einfacher zu reparieren und herzustellen.

Darüber hinaus ist der Wankel fast doppelt so kompakt und leichter als ein herkömmlicher Kolben-Verbrennungsmotor, was wiederum das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert, die optimale Platzierung des Getriebes erleichtert und einen geräumigeren und komfortableren Innenraum ermöglicht.

Der Rotationskolbenmotor entwickelt eine hohe Leistung bei relativ geringem Kraftstoffverbrauch. Beispielsweise entwickelt ein moderner „Wankel“ mit einem Volumen von nur 1300 cm3 eine Leistung von 220 PS und mit einem Turbolader ganze 350. Ein weiteres Beispiel ist der Miniatur-OSMG 1400-Motor mit einem Gewicht von 335 g (Arbeitsvolumen 5 cm3), der eine Leistung entwickelt von 1,27 Litern.Mit. Tatsächlich ist dieses kleine Ding 27 % stärker als ein Pferd.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der geringe Geräusch- und Vibrationspegel. Der Rotationskolbenmotor ist mechanisch perfekt ausbalanciert, außerdem ist die Masse der beweglichen Teile (und deren Anzahl) darin viel geringer, wodurch der Wankel viel leiser arbeitet und nicht vibriert.

Und schließlich verfügt der Rotationskolbenmotor über hervorragende dynamische Eigenschaften. Im niedrigen Gang können Sie das Auto bei hohen Drehzahlen auf 100 km/h beschleunigen, ohne den Motor übermäßig zu belasten. Darüber hinaus ist die Wankelkonstruktion selbst aufgrund des Fehlens eines Mechanismus zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung in der Lage, höheren Drehzahlen standzuhalten als ein herkömmlicher Verbrennungsmotor.

Dem 1964 erschienenen NSU Spyder folgten der legendäre NSU Ro 80 (es gibt immer noch viele Clubs für Besitzer dieser Autos auf der Welt), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969) und Corvette XP (1973). ). Der einzige Massenhersteller war jedoch der japanische Mazda, der seit 1967 teilweise 2-3 neue Modelle mit RPD produzierte. Wankelmotoren wurden in Booten, Schneemobilen und Leichtflugzeugen eingebaut. Das Ende der Euphorie kam 1973, auf dem Höhepunkt der Ölkrise. Hier zeigte sich der Hauptnachteil von Wankelmotoren – die Ineffizienz. Mit Ausnahme von Mazda kürzten alle Autohersteller ihre Rotationsprogramme, und der Absatz des japanischen Unternehmens in Amerika sank von 104.960 verkauften Autos im Jahr 1973 auf 61.192 im Jahr 1974.
Neben seinen unbestreitbaren Vorteilen hatte der Wankel auch eine Reihe sehr gravierender Nachteile. Erstens: Haltbarkeit. Einer der ersten Prototypen von Rotationskolbenmotoren erschöpfte im Test seine Lebensdauer in nur zwei Stunden. Der nächste, erfolgreichere DKM-54 hatte bereits hundert Stunden überstanden, was für den normalen Betrieb des Wagens jedoch noch nicht ausreichte. Das Hauptproblem lag in der ungleichmäßigen Abnutzung der Innenfläche der Arbeitskammer. Während des Betriebs entstanden darauf Querrillen, die den bezeichnenden Namen „Malzeichen des Teufels“ erhielten.

Bei Mazda wurde nach dem Erwerb einer Lizenz für den Wankelmotor eine ganze Abteilung zur Verbesserung des Rotationskolbenmotors gegründet. Es wurde schnell klar, dass bei der Drehung des dreieckigen Rotors die Stopfen an seiner Oberseite zu vibrieren beginnen, wodurch „Teufelsmale“ entstehen.

Derzeit ist das Problem der Zuverlässigkeit und Haltbarkeit durch den Einsatz hochwertiger verschleißfester Beschichtungen, auch aus Keramik, endgültig gelöst.

Ein weiteres ernstes Problem ist die erhöhte Toxizität von Wankelabgasen. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kolben-Verbrennungsmotor emittiert ein Wankelmotor aufgrund der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs weniger Stickoxide, aber viel mehr Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre. Ziemlich schnell fanden die Mazda-Ingenieure, die an die glänzende Zukunft des Wankels glaubten, eine einfache und effektive Lösung für dieses Problem. Sie schufen einen sogenannten thermischen Reaktor, in dem die restlichen Kohlenwasserstoffe in den Abgasen einfach „abgebrannt“ wurden. Das erste Auto, das ein solches Schema umsetzte, war der Mazda R100, auch Familia Presto Rotary genannt, der 1968 auf den Markt kam. Dieses Auto, eines der wenigen, erfüllte sofort die sehr strengen Umweltauflagen, die die Vereinigten Staaten 1970 für importierte Autos aufstellten.

Das nächste Problem bei Rotationskolbenmotoren ergibt sich teilweise aus dem vorherigen. Das ist wirtschaftlich. Der Kraftstoffverbrauch eines Standard-Wankelmotors ist aufgrund der unvollständigen Verbrennung des Gemisches deutlich höher als der eines Standard-Verbrennungsmotors. Wieder einmal machten sich die Mazda-Ingenieure an die Arbeit. Durch eine ganze Reihe von Maßnahmen, darunter die Neukonstruktion von Thermoreaktor und Vergaser, der Einbau eines Wärmetauschers in die Abgasanlage, die Entwicklung eines Katalysators und die Einführung eines neuen Zündsystems, konnte das Unternehmen den Kraftstoffverbrauch um 40 % senken. Als Ergebnis dieses unbestrittenen Erfolgs wurde 1978 der Sportwagen Mazda RX-7 auf den Markt gebracht.

Es ist erwähnenswert, dass zu dieser Zeit weltweit nur Mazda und... AvtoVAZ Autos mit Rotationskolbenmotoren produzierten.
Im katastrophalen Jahr 1974 gründete die Sowjetregierung im Wolga-Automobilwerk ein spezielles Designbüro RPD (SKB RPD) – die sozialistische Wirtschaft ist unvorhersehbar. In Toljatti wurde mit dem Bau von Werkstätten für die Massenproduktion von Wankels begonnen. Da der VAZ ursprünglich als einfacher Kopierer westlicher Technologien (insbesondere von Fiat) geplant war, beschlossen die Werksspezialisten, den Mazda-Motor zu reproduzieren und alle zehnjährigen Entwicklungen inländischer Motorenbauinstitute vollständig zu verwerfen.

Sowjetische Beamte verhandelten lange Zeit mit Felix Wankel über den Kauf von Lizenzen, teilweise direkt in Moskau. Es wurde jedoch kein Geld gefunden und daher war es nicht möglich, einige proprietäre Technologien zu nutzen. 1976 nahm der erste einteilige Wolga-VAZ-311-Motor mit einer Leistung von 65 PS seinen Betrieb auf. Weitere fünf Jahre wurden mit der Feinabstimmung des Designs verbracht, woraufhin eine Pilotcharge von 50 VAZ-21018-Rotations-„Einheiten“ hergestellt wurde. das unter den VAZ-Mitarbeitern sofort ausverkauft war. Es wurde sofort klar, dass der Motor nur oberflächlich einem japanischen ähnelte – er begann auf sehr sowjetische Weise zu bröckeln. Die Werksleitung war gezwungen, innerhalb von sechs Monaten alle Motoren durch Serienkolbenmotoren zu ersetzen, den Personalbestand der SKB RPD um die Hälfte zu reduzieren und den Bau von Werkstätten einzustellen. Die Rettung der heimischen Rotationsmotorenindustrie kam von den Sonderdiensten: Sie waren nicht sehr an Kraftstoffverbrauch und Motorlebensdauer interessiert, sondern sehr an dynamischen Eigenschaften. Aus zwei VAZ-311-Motoren wurde sofort ein zweiteiliges RPD mit einer Leistung von 120 PS hergestellt, das mit dem Einbau in die „Spezialeinheit“ VAZ-21019 begann. Diesem Modell, das den inoffiziellen Namen „Arkan“ erhielt, verdanken wir unzählige Geschichten über Polizei-„Kosaken“, die den hochentwickelten „Mercedes“ einholten, und viele Polizeibeamte – Orden und Medaillen. Bis in die 90er-Jahre konnte der scheinbar unscheinbare Arkan alle Autos problemlos einholen. Neben dem VAZ-21019 produziert AvtoVAZ auch Kleinserien von VAZ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Die Höchstgeschwindigkeit des V8-Wankelkolbenmotors beträgt etwa 210 km/h und er beschleunigt in nur 8 Sekunden auf Hundert.

Durch Sonderaufträge wiederbelebt, begann SKB RPD mit der Herstellung von Motoren für Wassersport und Motorsport, wo Autos mit Wankelmotoren so oft Preise gewannen, dass Sportfunktionäre gezwungen waren, den Einsatz von RPD zu verbieten.

1987 starb der Chef des SKB RPD, Boris Pospelov, und auf der Hauptversammlung wurde Vladimir Shnyakin gewählt – ein Mann, der aus der Luftfahrt in die Automobilindustrie kam und den Bodentransport nicht mochte. Die Hauptrichtung von SKB RPD ist die Entwicklung von Triebwerken für die Luftfahrt. Das war der erste strategische Fehler: Wir produzieren unverhältnismäßig weniger Flugzeuge und Autos, und das Werk lebt von den verkauften Triebwerken.

Der zweite Fehler bestand darin, dass man sich bei der überlebenden Produktion von Automobil-RPDs auf leistungsschwache VAZ-1185-Motoren mit 42 PS konzentrierte. Für den Oka schreien zwar gefräßigere, aber dynamischere Wankelmotoren danach, in den schnellsten heimischen Autos zum Einsatz zu kommen – zum Beispiel im G8. Dieselben Japaner verbauen Wankels nur bei Sportmodellen. Infolgedessen gab es auf russischen Straßen nur wenige Oka-Rotations-Minicars. Im Jahr 1998 wurde schließlich eine zivile Version des 1,3-Liter-Zweizylinder-Rotationsmotors VAZ-415 vorbereitet, der mit dem Einbau in die Modelle VAZ-2105, 2107, 2108 und 2109 begann.

Im Mai 1998 wurde der Ring-VAZ-110 „RPD-Sport“ (190 PS, 8500 U/min, 960 kg, 240 km/h) homologiert. Leider blieb es bei einem einzigen Exemplar, das häufiger auf Ausstellungen gezeigt wurde als bei Rennen. Der 110 war der stärkste im Peloton, aber sein ehrlich gesagt grobes Design verhinderte, dass er jedes Mal sein volles Potenzial entfaltete. Das Anstößigste ist jedoch, dass VAZ schnell auf die Drehrichtung abgekühlt ist und der einzigartige Lada in ein Rallyeauto mit konventionellem Verbrennungsmotor umgewandelt wurde.

Warum sind also noch nicht alle führenden Automobilhersteller auf Wankels umgestiegen? Tatsache ist, dass die Herstellung von Rotationskolbenmotoren erstens eine ausgefeilte Technologie mit vielen verschiedenen Nuancen erfordert und nicht jedes Unternehmen bereit ist, den Weg des gleichen Mazda zu gehen und gleichzeitig auf zahlreiche „Rechen“ zu treten. Und zweitens brauchen wir spezielle Hochpräzisionsmaschinen, die in der Lage sind, Oberflächen zu drehen, die durch eine so knifflige Kurve wie eine Epitrochoide beschrieben werden.

Der Mazda RX-7 ist eines der ersten Autos, das mit einem Wankel-Rotationskolbenmotor ausgestattet ist. Im Laufe der Geschichte des Mazda RX-7 gab es vier Generationen. Erste Generation von 1978 bis 1985. Die zweite Generation – von 1985 bis 1991. Die dritte Generation – von 1992 bis 1999. Die letzte, vierte Generation – von 1999 bis 2002. Die erste Generation des RX-7 erschien 1978. Es hatte eine Mittelmotoranordnung und war mit einem Wankelmotor mit einer Leistung von nur 130 PS ausgestattet. Mit.

Derzeit betreibt nur Mazda ernsthafte Forschung auf dem Gebiet der Rotationskolbenmotoren und verbessert deren Design schrittweise, und die meisten Fallstricke in diesem Bereich wurden bereits überwunden. Wankel entsprechen in Bezug auf Abgasemissionen, Kraftstoffverbrauch und Zuverlässigkeit vollständig den internationalen Standards. Für moderne Werkzeugmaschinen stellen durch ein Epitrochoid beschriebene Flächen kein Problem dar (ebenso wie weitaus komplexere Kurven kein Problem darstellen), neue Konstruktionsmaterialien ermöglichen eine Erhöhung der Lebensdauer eines Rotationskolbenmotors und seine Kosten sind bereits geringer als die eines Standard-Verbrennungsmotors aufgrund der geringeren Anzahl verwendeter Teile.

Wie NSU, Mazda in den 60ern. war ein kleines Unternehmen mit begrenzten technischen und finanziellen Ressourcen. Die Basis seiner Modellpalette bildeten Lieferwagen und Familienflitzer. Daher ist es nicht verwunderlich, dass das Sportcoupé Mazda 110S Cosmo (982 cm3, 110 PS, 185 km/h) über 6 Jahre hinweg entwickelt wurde und sich als sehr kapriziös und teuer herausstellte. Und der beschädigte Ruf des NSU Ro80 trug nicht zur Aufregung bei (1967–1972 fanden nur 1.175 „Stellplätze“ ihre Besitzer), aber das weltweite Interesse am 110S trug zu einem Anstieg der Verkäufe aller anderen Produkte des Unternehmens bei!

Um zu beweisen, dass der RPD genauso zuverlässig ist (seine Leistungsüberlegenheit ist bereits jedem klar geworden), nahm Mazda fast zum ersten Mal in seinem Leben an Wettbewerben teil und wählte das schwierigste und längste Rennen – den 84-Stunden-Marathon De La Route, das auf dem Nürburgring stattfand. Wie es der Mannschaft aus Belgien gelang, den 4. Platz zu belegen (das zweite Auto fiel drei Stunden vor dem Ziel wegen verklemmender Bremsen aus) und nur gegen den auf der Nordschleife „angehobenen“ Porsche 911 verlor, bleibt ein Rätsel.

Wankelwerkstatt in Lindau

Obwohl japanische Rotorblatthersteller inzwischen zu Stammgästen auf der Rennstrecke geworden sind, mussten sie in Europa 16 Jahre auf große Erfolge warten. 1984 gewannen die Briten im RX-7 das prestigeträchtige Tagesrennen in Spa-Francochamps. Doch in den USA, im Hauptmarkt der „Sieben“, verlief ihre Rennkarriere deutlich erfolgreicher: Von ihrem Debüt in der IMSA-GT-Meisterschaft 1978 bis 1992 gewann sie mehr als hundert Etappen in ihrer Klasse und ab 1982 bis 1992. übernahm die Führung im Hauptrennen der Serie – den 24 Stunden von Daytona.

Bei der Rallye lief es für Mazda nicht ganz so reibungslos. Wie so oft bei japanischen Teams (Toyota, Datsun, Mitsubishi) traten sie nur auf bestimmten Etappen der Rallye-Weltmeisterschaft auf (Neuseeland, Großbritannien, Griechenland, Schweden), die vor allem für die Marketingabteilungen der Konzerne von Interesse waren. Nationale Titel gab es genügend: zum Beispiel 1975–1980. Rod Millen gewann gleich fünf in Neuseeland und den USA. Doch in der WRC waren die Erfolge ausschließlich lokaler Natur: Das Beste, was der RX-7 zeigte, waren die Plätze 3 und 6 auf der griechischen „Akropolis“ im Jahr 1985.

Nun, der lauteste Erfolg von Mazda im Allgemeinen und RPD im Besonderen war der Sieg seines Sportprototyps 787B (2612 cm3, 700 PS, 607 Nm, 377 km/h) in Le Mans im Jahr 1991. Darüber hinaus halfen nicht nur schnelle Piloten und konkurrenzfähige Ausrüstung, die Werks-Porsche, Peugeot und Jaguar zu überwinden, sondern auch die Beharrlichkeit japanischer Manager, die regelmäßig allerlei Lockerungen im Reglement für Wankelmotoren „durchschlugen“. So einigten sich die Rennorganisatoren am Vorabend des Sieges der 787 darauf, die Völlerei der Rotoren durch eine Gewichtsreduzierung um 170 Kilogramm (830 gegenüber 1000) zu kompensieren. Das Paradoxe war, dass im Gegensatz zu Benzinmotoren der „Appetit“ von RPDs mit weiterem Boost viel langsamer wuchs als der von herkömmlichen Kolbenmotoren, und die 787 erwies sich als sparsamer als ihre Hauptkonkurrenten!

Es war ein Schock. Mercedes, das die Zeitschrift Stern wegen seines Konservatismus als „Autohersteller für 50-jährige Herren mit Hüten“ bezeichnete, präsentierte 1969 einen Supersportwagen, der schon durch seine Farbe die Fantasie verblüffte. Eine trotzige leuchtend orange Farbe, eine deutlich keilförmige Form, ein Mittelmotor-Layout, Flügeltüren und ein superstarker dreiteiliger RPD (3600 cm3, 280 PS, 260 km/h) – für einen konservativen Mercedes war das etwas !

Und da das Unternehmen keine Konzepte baute, glaubten alle, dass es für den C111 nur einen Weg gab: Kleinserienmontage (Homologation) und eine große Rennsportzukunft, denn seit 1966 hat die FIA ​​RPD zu offiziellen Wettbewerben zugelassen. Und in der Mercedes-Zentrale gingen Schecks ein, in denen sie aufgefordert wurden, den erforderlichen Betrag für das Eigentumsrecht für den C111 einzugeben. Die Stuttgarter steigerten das Interesse am „esque“ weiter, indem sie 1970 die zweite Generation des Coupés mit noch fantastischerem Design, einem 4-teiligen Rotor und atemberaubender Leistung (4800 cm3, 350 PS, 300 km/h) vorstellten. Zur Feinabstimmung baute Mercedes fünf Modelle, die Tage und Nächte auf dem Hockenheimring und dem Nürburgring verbrachten und sich darauf vorbereiteten, eine Reihe von Geschwindigkeitsrekorden aufzustellen. Die Presse freute sich über den bevorstehenden „Kampf der Titanen“ zwischen dem Wankel-Mercedes, dem Ferrari mit Saugmotor und dem Kompressor-Porsche in der Langstrecken-Weltmeisterschaft. Leider fand die Rückkehr zum großen Sport nicht statt. Erstens war der C111 selbst für Mercedes sehr teuer, und zweitens konnten die Deutschen ein so grobes Design nicht zum Verkauf anbieten. Und nach der Ölkrise in der Karibik schlossen sie das Projekt vollständig ab und konzentrierten sich auf Dieselmotoren. Sie waren mit den neuesten Versionen des C111 ausgestattet, der mehrere Weltrekorde aufstellte.

Obwohl er über keine abgeschlossene technische Ausbildung verfügte, erlangte Felix Wankel gegen Ende seines Lebens weltweite Anerkennung auf dem Gebiet des Motorenbaus und der Dichtungstechnik und gewann zahlreiche Auszeichnungen und Titel. Die Straßen und Plätze deutscher Städte sind nach ihm benannt (Felix-Wankel-Straße, Felix-Wankel-Ring). Neben Motoren entwickelte Wankel ein neues Konzept für Schnellboote und baute mehrere Boote selbst.

Das Interessanteste ist, dass Wankel den Wankelmotor nicht mochte, der ihn zum Millionär machte und ihm Weltruhm einbrachte, da er ihn für ein „hässliches Entlein“ hielt. Echt funktionierende RPDs wurden nach dem sogenannten „KKM-Konzept“ hergestellt, das eine Planetenrotation des Rotors vorsieht und die Einführung externer Gegengewichte erfordert. Eine wesentliche Rolle spielte auch die Tatsache, dass dieser Plan nicht von Wankel, sondern vom NSU-Ingenieur Walter Freude vorgeschlagen wurde. Bis zu seinen letzten Tagen hielt Wankel selbst die ideale Motorkonstruktion „mit rotierenden Kolben ohne ungleichmäßig rotierende Teile“ (Drehkolbenmasine – DKM) für konzeptionell viel schöner, aber technisch aufwendiger und erforderte insbesondere den Einbau von Zündkerzen auf einen rotierenden Rotor . Dennoch sind Rotationsmotoren auf der ganzen Welt genau mit dem Namen Wankel verbunden, denn alle, die den Erfinder genau kannten, sind sich einig, dass die Welt dieses erstaunliche Gerät ohne die unermüdliche Energie des deutschen Ingenieurs nie gesehen hätte. Felik Wankel verstarb 1988.
Interessant ist die Geschichte mit dem Mercedes 350 SL. Wankel wollte unbedingt einen rotierenden Mercedes C-111 haben. Doch Mercedes kam ihm nicht auf halbem Weg entgegen. Dann nahm der Erfinder einen Serien-350 SL, warf den „nativen“ Motor weg und baute einen Rotor aus dem S-111 ein, der 60 kg leichter war als der bisherige 8-Zylinder, aber deutlich mehr Leistung entwickelte (320 PS bei 6500 U/min). . Als das Ingenieursgenie 1972 sein nächstes Wunder vollendete, hätte er die damals schnellste Mercedes SL-Klasse fahren können. Die Ironie bestand darin, dass Wankel bis zu seinem Lebensende nie einen Führerschein erhielt.

Die Wiederbelebung des Interesses an RPD verdanken wir dem neuen Mazda Renesis-Motor (von RE – Rotary Engine – und Genesis). Im letzten Jahrzehnt ist es japanischen Ingenieuren gelungen, alle Hauptprobleme von RPD – Abgastoxizität und Ineffizienz – zu lösen. Im Vergleich zum Vorgänger gelang es, den Ölverbrauch um 50 %, den Benzinverbrauch um 40 % zu senken und den Ausstoß schädlicher Oxide auf die Euro-IV-Norm zu bringen. Der Zweizylindermotor mit nur 1,3 Litern Hubraum leistet 250 PS. und nimmt deutlich weniger Platz im Motorraum ein.

Der Mazda RX-8 wurde speziell für den neuen Motor entwickelt, der laut Martin Brink, Markenmanager von Mazda Motor Europe, nach einem neuen Konzept entstand – das Auto wurde um den Motor herum „gebaut“. Dadurch ist die Gewichtsverteilung entlang der Achsen des RX-8 ideal – 50 zu 50. Die Verwendung einer einzigartigen Form und der kleinen Motorgröße ermöglichten es, den Schwerpunkt sehr tief zu platzieren. „Der RX-8 ist kein Rennmonster, aber das Auto mit dem besten Fahrverhalten, das ich je gefahren bin“, schwärmte Martin Brink gegenüber Popular Mechanics.

Ein Fass Honig...

Ohne Zweifel hat ein Rotationskolbenmotor auf den ersten Blick viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren:
- 30-40 % weniger Teile;
- 2-3 mal kleiner in Größe und Gewicht im Vergleich zu einem Standard-Verbrennungsmotor mit entsprechender Leistung;
- Gleichmäßige Drehmomentcharakteristik über den gesamten Drehzahlbereich;
- Fehlen eines Kurbelmechanismus und daher deutlich geringere Vibrations- und Geräuschpegel;
- Hohes Drehzahlniveau (bis zu 15.000 U/min!).

Ein Löffel Teer…

Es scheint, wenn der Wankelmotor solche Vorteile gegenüber einem Kolbenmotor hat, wer braucht dann diese sperrigen, schweren, klappernden und vibrierenden Kolbenmotoren? Aber wie so oft läuft in der Praxis nicht alles so reibungslos. Keine einzige geniale Erfindung, die die Schwelle des Labors verließ, wurde in den mit „Müll“ gekennzeichneten Korb geschickt. Bei der Serienproduktion entstand nicht nur ein Stein, sondern eine ganze Ansammlung Granit:
- Prüfung des Verbrennungsprozesses in einer Kammer ungünstiger Form;
- Sicherstellung der Dichtheit der Dichtungen;
- Gewährleistung eines Betriebs ohne Verformung des Gehäuses bei ungleichmäßiger Erwärmung;
- Geringe thermische Effizienz aufgrund der Tatsache, dass die RPD-Brennkammer viel größer ist als die eines herkömmlichen Verbrennungsmotors;
- Hoher Kraftstoffverbrauch;
- Hohe Toxizität der Verbrennungsgase;
- Enge Temperaturzone für RPD-Betrieb: Bei niedrigen Temperaturen sinkt die Motorleistung stark, bei hohen Temperaturen - schneller Verschleiß der Rotordichtungen.

Und was noch? Vor- oder Nachteile? Ist das Spiel die Kerze wert? Ist es sinnvoll (wenn nicht sogar noch sinnvoller), die Massenproduktion von RPDs zu beherrschen?

Das einzige Modell eines Rotationsmotors, der heute im industriellen Maßstab hergestellt wird, ist der Wankelmotor, der zu der Art von Rotationsmotoren mit planetarischer Kreisbewegung des Hauptarbeitselements gehört. Diese konstruktive Ausgestaltung eines Wankelmotors ist konstruktionstechnisch zweifellos die einfachste, hinsichtlich der Organisation von Arbeitsabläufen jedoch nicht die optimalste und weist daher ihre eigenen, gravierenden Nachteile auf.

Es gibt eine ganze Reihe von Rotationsmotoren mit Planetenbewegung des Hauptarbeitselements, die sich jedoch im Wesentlichen nur durch die Anzahl der Rotorflächen und die entsprechende Form der Innenfläche des Gehäuses unterscheiden. Die angegebenen Diagramme verschiedener Auslegungen solcher Motoren sind dem Buch „Marine Rotary Engines“, Ausgabe 1967, der Autoren E. Akatov, V. Bologov und anderen entnommen und vom Autor dieser Website zur Veröffentlichung in elektronischer Form vorbereitet.

Betrachten wir kurz das Design dieses Motortyps sowie die Entstehungsgeschichte und den Anwendungsbereich. Die Geschichte der Entwicklung von Wankelmotoren mit Planetenrotation des Hauptarbeitselements beginnt im Jahr 1943, als der Erfinder Mylar das erste derartige Schema vorschlug. Dann wurden innerhalb kurzer Zeit mehrere weitere Patente für Motoren ähnlicher Bauart angemeldet. Darunter auch der Entwickler des deutschen Unternehmens NSU - W. Frede. Der größte Schwachpunkt dieser Wankelmotorkonstruktion war jedoch das Dichtungssystem zwischen den Rippen an der Verbindungsstelle benachbarter Flächen des rotierenden dreieckigen Rotors und den Wänden des stationären Gehäuses. Es war R. Wankel, der als Dichtungsspezialist an der Lösung dieses komplexen technischen Problems beteiligt war. Dank seiner Energie und seines technischen Denkens wurde er bald zum Leiter des Entwicklungsteams. Im NSU-Labor wurde 1957 der Prototyp eines Wankelmotors vom Typ „DKM“ gebaut, mit einem dreieckigen Rotor und einer kapselförmigen Arbeitskammer, in der der Rotor stationär war und das Gehäuse um ihn rotierte. Viel praktischer war die Anordnung vom Typ „KKM“ mit normalem Kreislauf – die Arbeitskammer im Gehäuse war stationär und der Rotor drehte sich darin. Dieser Motor erschien ein Jahr später, 1958. Im November 1959 gab NSU offiziell die Entwicklung eines funktionierenden Wankelmotors bekannt. In kurzer Zeit erwarben rund 100 Unternehmen weltweit Lizenzen für diese Technologie, 34 davon waren Japaner.

Der Motor erwies sich als sehr klein, leistungsstark und bestand aus wenigen Teilen. In Europa begann der Verkauf von Autos mit Wankelmotoren, aber wie sich herausstellte, hatten sie eine kurze Lebensdauer, verbrauchten viel Kraftstoff und hatten sehr giftige Abgase. Die Ölkrise von 1973 aufgrund eines weiteren arabisch-israelischen Krieges, als die Benzinpreise um ein Vielfaches stiegen, warf die Frage nach der Effizienz von Automobilmotoren scharf auf. Aus diesem Grund wurden in Europa und Amerika Versuche gestoppt, den Wankel-Rotationsmotor auf den erforderlichen Perfektionsgrad zu bringen. Und nur das japanische Unternehmen Mazda arbeitete beharrlich in dieser Richtung weiter. Und auch das sowjetische VAZ-Werk – da Benzin damals in der UdSSR einen Cent kostete und die Strafverfolgungsbehörden einen leistungsstarken, wenn auch knappen Motor brauchten. Doch 2004 wurde die Kleinserienproduktion bei VAZ eingestellt und heute ist Mazda der einzige Autohersteller, der Autos mit Wankelmotor in Massenproduktion herstellt. Derzeit wird weltweit nur ein Auto mit Wankel-Wankelmotor in Serie produziert – das Sportcoupé Mazda RX-8. Diese Maschine ist mit einem RENESIS-Motor mit zwei Rotorabschnitten mit einem Gesamtvolumen von 1,3 Litern ausgestattet. Der Motor ist in mehreren Versionen mit einer Leistung von 200 bis 250 PS erhältlich.

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Nach einem kurzen Überblick über die Geschichte des Wankelmotors mit Planetenrotorbewegung betrachten wir seine Vor- und Nachteile. VORTEILE des Wankel-Rotationsmotors im Vergleich zu herkömmlichen Kolbenmotoren: 1) Erhöhte spezifische Leistung (PS/kg), sie ist fast doppelt so hoch wie die von Viertakt-Kolbenmotoren. Die Masse ungleichmäßig bewegter Teile ist bei einem Wankelmotor viel geringer als bei Kolbenmotoren ähnlicher Leistung, und die Amplitude solcher ungleichmäßigen Bewegungen ist deutlich geringer. Dies liegt daran, dass es beim „Kolbenmotor“ zu Hin- und Herbewegungen und beim Wankelmotor zu Rotationsbewegungen eines Planetenkreises kommt. Außerdem fehlen dem Wankelmotor eine Kurbelwelle und Pleuel.

Die gesteigerte Leistung des Wankelmotors wird auch dadurch verstärkt, dass ein solcher Motor in Einrotorbauweise für drei Viertel jeder Umdrehung der Abtriebswelle Leistung erzeugt. Dies steht im Gegensatz zu einem Einzylinder-Viertakt-Kolbenmotor, der nur für ein Viertel jeder Umdrehung der Abtriebswelle Leistung erzeugt. Aus diesen Gründen wird einem Einheitsvolumen der Brennkammer in einem seriellen Wankel-Rotationsmotor viel mehr Leistung entzogen. Bei einem Arbeitskammervolumen von 1300 cm3 hat der Mazda RX-8 eine Leistung von 200 PS – 250 PS, und das Vorgängermodell Mazda RX-7 leistete mit einem Motor gleichen Volumens, aber mit Turbolader, 350 PS.

Eine Besonderheit des Mazda RX sind deshalb seine hervorragenden dynamischen Eigenschaften:

• Im niedrigen Gang ist es möglich, das Auto bei höheren Motordrehzahlen (8000 U/min oder mehr) auf über 100 km/h zu beschleunigen, ohne den Motor übermäßig zu belasten.
• Der Wankelmotor lässt sich viel einfacher mechanisch ausbalancieren und Vibrationen beseitigen, was es ermöglicht, den Komfort von leichten Fahrzeugen wie Kleinstwagen zu erhöhen;
• Die Gesamtabmessungen eines Rotationskolbenmotors sind im Vergleich zu einem Kolbenmotor vergleichbarer Leistung 1,5-2 mal kleiner.

Der Wankelmotor hat 35 - 40 % weniger Teile.

Mängel:

1) Kurze Hublänge der dreieckigen Rotorfläche. Obwohl es schwierig ist, diese Indikatoren direkt mit einem Kolbenmotor zu vergleichen – die Bewegungsarten von Kolben und Rotor sind zu unterschiedlich, hat der Wankelmotor etwa ein Fünftel weniger Hublänge. Es gibt einen grundlegenden Unterschied zwischen dem Wankelmotor und einem Kolbenmotor: Der „Kolbenmotor“ weist eine Volumenvergrößerung in Richtung einer linearen Richtung auf, die mit der Richtung des Arbeitshubs übereinstimmt. Bei Wankel ist diese Bewegung jedoch komplex und nur ein Teil der Flugbahn des dreieckigen Rotors mit Planetenbewegung wird zur eigentlichen Linie des Arbeitshubs. (ABB.) Aus diesem Grund hat der Wankelmotor eine schlechtere Kraftstoffeffizienz als Kolbenmotoren. Aufgrund der kurzen Länge des Arbeitshubs ist die Temperatur der Abgase daher sehr hoch – die Arbeitsgase haben keine Zeit, ihren Hauptdruck auf den Rotor zu übertragen, bevor sich das Abgasfenster öffnet und heiße Hochdruckgase mit volumetrischem Druck austreten Fragmente des Arbeitsgemisches, die noch nicht aufgehört haben zu brennen, gelangen in das Abgasrohr. Daher ist die Abgastemperatur des Wankelmotors sehr hoch.

2) Die komplexe Form der Brennkammer ist „sichelförmig“. Eine solche Brennkammer hat eine große Kontaktfläche der Gase mit den Wänden des Gehäuses und des Rotors. Daher wird viel Wärme für die Erwärmung der Motorteile aufgewendet, was den thermischen Wirkungsgrad verringert und die Erwärmung des Motors erhöht. Darüber hinaus führt diese Form des Brennraums zu einer Verschlechterung der Gemischbildung und einer langsameren Verbrennungsgeschwindigkeit des Arbeitsgemisches. Daher verfügt der Mazda RX-8-Motor über 2 Zündkerzen an einem Rotorabschnitt. Diese Merkmale wirken sich auch negativ auf den thermodynamischen Wirkungsgrad aus.

3) Möglicherweise niedriges Drehmoment für einen Rotationsmotor. Um einem sich bewegenden Rotor, dessen Rotationszentrum selbst kontinuierlich eine Planetenrotation entlang einer Kreisbahn um den geometrischen Mittelpunkt der Arbeitskammer ausführt, die Rotation zu entziehen, verwendet dieser Motor exzentrisch auf der Hauptwelle angeordnete Scheiben. Tatsächlich handelt es sich dabei um Elemente einer Kurbelvorrichtung. Das heißt, der Wankelmotor konnte den Hauptnachteil klassischer Kolben-Verbrennungsmotoren – den Kurbel- und Pleuelmechanismus – nie vollständig beseitigen. Obwohl er im Wankelmotor in seiner Leichtbauversion – in Form einer Exzenterwelle – präsentiert wird, blieben die wichtigsten Mängel dieses Mechanismus: der zerrissene, pulsierende Drehmomentmodus und die kleine Schulter des Hauptelements, die das Drehmoment aufnimmt, bestehen.“ ungehärtet“. (Abb.) Aus diesem Grund ist ein einteiliger Wankel wirkungslos und es ist notwendig, 2 oder 3 Rotorabschnitte herzustellen, um normale Leistungseigenschaften zu erhalten; außerdem ist es ratsam, zusätzlich ein Schwungrad auf der Welle zu installieren. Neben dem Vorhandensein eines Kurbeltriebs im Wankelmotor wird das kleine Drehmoment eines Wankelmotors auch dadurch beeinflusst, dass das kinematische Diagramm eines solchen Motors im Hinblick auf die Wahrnehmung durch die Rotoroberfläche sehr irrational ist vom Druck der Arbeitsexpansionsgase. Daher wird nur ein bestimmter Teil des Drucks – etwa ein Drittel – in die Arbeitsdrehung des Rotors umgesetzt und erzeugt ein Drehmoment. Wir werden in einem speziellen Abschnitt der Website mehr über das Drehmoment sprechen.

Weitere Einzelheiten zum Prinzip der Drehmomenterzeugung in einem Wankel-Rotationsmotor finden Sie auf der Website-Seite DREHMOMENT

4) Vorhandensein von Vibrationen im Körper. Tatsache ist, dass das System eines Rotationsmotors mit Planetenbewegung des Arbeitselements eine Ungleichgewichtsbewegung dieses Organs voraussetzt. Diese. Bei der Drehung führt der Massenschwerpunkt des Rotors eine kontinuierliche Drehbewegung um den Massenschwerpunkt des Gehäuses aus und der Radius dieser Drehung ist gleich dem Exzenterarm der Hauptwelle des Motors. Deshalb wirkt von innen auf das Motorgehäuse ein ständig rotierender Kraftvektor, der der am Rotor entstehenden Zentrifugalkraft entspricht. Das heißt, der Rotor weist, wenn er sich auf einer wiederum rotierenden Exzenterwelle dreht, in der Art seiner Bewegung unvermeidliche und ausgeprägte Elemente einer Schwingungsbewegung auf. Was dazu führt, dass Vibrationen unvermeidlich sind. (REIS.)

5) Schneller Verschleiß der radialen Enddichtungen an den Ecken des Rotordreiecks, da diese einer starken radialen Belastung ausgesetzt sind, die bei einem Wankelmotor prinzipbedingt unvermeidlich ist. (REIS.)

6) Die ständige Gefahr, dass Hochdruckgase aus dem Hohlraum eines Arbeitshubs in den Hohlraum eines anderen Arbeitshubs eindringen. Dies liegt daran, dass der Kontakt der Radialdichtung der Rotorflosse mit der Brennkammerwand entlang einer dünnen Linie erfolgt. Gleichzeitig besteht immer noch das Problem, dass beim Überfahren der Rotorrippe durch die Zündkerzenstecker Gase austreten.

7) Komplexes Schmiersystem für den rotierenden Rotor. Im Mazda RX-8-Motor spritzen spezielle Düsen Öl in die Brennkammern, um die Rotorrippen zu schmieren, die bei der Rotation an den Wänden der Brennkammer reiben. Dies erhöht die Giftigkeit der Abgase und stellt gleichzeitig hohe Anforderungen an die Ölqualität des Motors. Darüber hinaus entstehen bei hohen Drehzahlen erhöhte Anforderungen an die Schmierung der zylindrischen Oberfläche des exzentrischen Teils der Hauptwelle, um die sich der Rotor dreht und die die Hauptkraft vom Rotor ableitet und in Wellendrehung umsetzt. Es waren diese beiden sehr schwer zu lösenden technischen Schwierigkeiten, die bei hohen Drehzahlen zu einer unzureichenden Schmierung der am stärksten reibungsbelasteten Teile eines solchen Motors führten, was die Lebensdauer des Motors dementsprechend stark verkürzte. Es war die unzureichende Lösung solcher technischen Probleme, die zu einer sehr kurzen Lebensdauer der Wankelmotoren führte, die von der inländischen AvtoVAZ hergestellt wurden. (Abb. - die zylindrische Kontaktfläche des inneren Rotorsitzes und den Exzenter der Wellenscheibe angeben)

8) Hohe Anforderungen an die Präzision von Teilen mit komplexen Formen machen die Herstellung eines solchen Motors schwierig. Eine solche Produktion erfordert hochpräzise und teure Geräte – Maschinen, die in der Lage sind, komplexe Volumina einer Arbeitskammer mit einer gekrümmten epitrochoiden Oberfläche zu erzeugen. Auch der Rotor selbst hat die Form eines komplexen Dreiecks mit konvexen Flächen.

Wie aus dem Inhalt dieses Abschnitts der Website hervorgeht, verfügt der Wankel-Rotationsmotor über ausgeprägte Vorteile sowie eine Vielzahl praktisch unüberwindbarer Nachteile, die es diesem Motortyp nicht ermöglicht haben, Kolbenmotoren aus dem Arsenal moderner Motoren zu verdrängen Technologie. Obwohl solche Aussichten in den späten 60er und frühen 70er Jahren des letzten Jahrhunderts ernsthaft diskutiert wurden und analytische Überprüfungen die Meinung zum Ausdruck brachten, dass bis zum Ende der 80er Jahre des 20. Jahrhunderts bereits mehr als die Hälfte der Autos auf dem Planeten über Wankelmotoren verschiedener Art verfügen werden Typen... Und trotz negativer Eigenschaften und technischer Schwierigkeiten konnte sich der Wankel-Rotationsmotor technisch durchsetzen und zu einem kommerziell rentablen Produkttyp werden, da sich die Mängel seiner Hauptkonkurrenten – Kolbenmotoren mit Kurbel- und Pleuelmechanismus – als herausstellen noch schwerwiegender und zahlreicher sein, und das trotz mehr als hundertjähriger Versuche, sie zu verbessern.

FORTSETZUNG DES GESPRÄCHS ÜBER DEN WANKEL-DREHMOTOR

September 2016 Eines der schwierigsten Probleme aller Arten von Wankelmotoren ist die Schaffung eines wirksamen Dichtungssystems, das ein geschlossenes Volumen in den Arbeitskammern des Wankelmotors schaffen muss. Bisher ist dies in einem System wie Twerskaja eine der Hauptschwierigkeiten. Dort müssen sie ein wirksames und schwer herzustellendes Dichtungssystem herstellen. Und um meine Hand zu trainieren und positive Erfahrungen in dieser Angelegenheit zu sammeln, habe ich beschlossen, eine kleine Arbeitskopie des Wankelmotors direkt von Grund auf zu erstellen. Die Arbeiten stehen bereits kurz vor dem Abschluss, ein Foto eines solchen Motors habe ich beigefügt.

Robben

Die ungefähre Leistung eines solchen Rotorabschnitts wird voraussichtlich etwa 35–40 PS betragen. Ein Motor mit 2 Rotorabschnitten wird voraussichtlich eine Leistung von 70–80 PS haben.

WANKELMOTOR - DEZEMBER
25. Dezember 2016 Die Produktion des kleinen Wankels läuft optimal. Der Motor ist zu 95 % fertig, einige kleine Details sind noch vorhanden.
Da auf einigen Seiten im Internet diese Fotos von mir bereits diskutiert werden und viele Fantasien darüber herumschwirren, informiere ich Sie.
Der Motor wurde von NULL erstellt, es ist kein einziges Teil von ausländischen Modellen darin. Es enthält weder Teile von Sachs Wankel, die seit etwa 30 Jahren nicht mehr produziert wurden, noch von modernen kleinen modernen Aixro usw. usw.
Das Motorgehäuse besteht aus strukturell legiertem hitzebeständigem Stahl, der einer thermochemischen Härtung unterzogen wird. Die Härte der Oberflächenschicht beträgt 70 HRC. Die Tiefe der wärmeverfestigten Schicht beträgt durchschnittlich 1,5 mm. Radial- und Gleitringdichtungen sind exakt gleich verarbeitet und weisen die gleichen Härte- und Verschleißfestigkeitseigenschaften auf. Der Motor ist luftgekühlt, der Verdichtung wird Schmieröl zugeführt Kammer durch 2 Spezialdüsen. Diese. Es ist nicht erforderlich, Öl mit Benzin zu mischen, wie es bei Zweitaktmotoren der Fall ist.

Der Motor wurde auf eine Drehbank gestellt und mehrere Stunden lang einem Kaltlauf unterzogen. Dadurch konnte die Funktion der Dichtungen und die Dichtheit der resultierenden Abschnitte im Motor als durchaus zufriedenstellend beurteilt werden. In naher Zukunft soll der Druck gemessen werden, der im Kompressionsbereich des Motors entsteht.
Der Triebwerksstart ist für Ende Januar geplant.

Nehmen Sie die Arbeit nach einer Pause wieder auf

Nach einer kurzen Pause wurde die aktive Arbeit wieder aufgenommen. Derzeit (18. März bis 18. Mai) laufen aktive Testläufe eines kleinen Prototypmotors. Basierend auf den Ergebnissen werden Dichtungen weiterentwickelt – das schwierigste und empfindlichste Element in Wankelmotoren. Die Ergebnisse sind sehr ermutigend.

Der Hauptunterschied zwischen dem inneren Aufbau und dem Funktionsprinzip eines Wankelmotors von einem Verbrennungsmotor besteht in der völligen Abwesenheit motorischer Aktivität, während gleichzeitig hohe Motordrehzahlen erreicht werden können. Ein Wankelmotor, oder auch Wankelmotor genannt, hat eine Reihe weiterer Vorteile, auf die wir näher eingehen werden.

Allgemeines Prinzip eines Wankelmotors

Der RPD ist zur optimalen Platzierung des Rotors in einem ovalen Gehäuse untergebracht, das eine dreieckige Form hat. Eine Besonderheit des Rotors ist das Fehlen von Pleueln und Wellen, was die Konstruktion erheblich vereinfacht. Die wichtigsten Teile eines RD sind im Wesentlichen der Rotor und der Stator. Die Hauptmotorfunktion bei diesem Motortyp wird durch die Bewegung des Rotors im Inneren des Gehäuses ausgeführt, das einem Oval ähnelt.

Das Funktionsprinzip basiert auf der Hochgeschwindigkeitsbewegung des Rotors im Kreis, wodurch Hohlräume zum Starten des Gerätes entstehen.

Warum sind Wankelmotoren nicht gefragt?

Das Paradoxe am Rotationsmotor besteht darin, dass er trotz seiner einfachen Konstruktion nicht so gefragt ist wie ein Verbrennungsmotor, der sehr komplexe Konstruktionsmerkmale und Schwierigkeiten bei der Durchführung von Reparaturarbeiten aufweist.

Natürlich ist der Wankelmotor nicht ohne Nachteile, sonst hätte er breite Anwendung in der modernen Automobilindustrie gefunden, und vielleicht hätten wir nichts von der Existenz des Verbrennungsmotors gewusst, weil der Wankelmotor viel früher entwickelt wurde. Warum also das Design so kompliziert machen? Versuchen wir es herauszufinden.

Als offensichtliche Mängel des Wankelmotors kann das Fehlen einer zuverlässigen Abdichtung im Brennraum angesehen werden. Dies lässt sich leicht durch die Konstruktionsmerkmale und Betriebsbedingungen des Motors erklären. Bei starker Reibung des Rotors mit den Zylinderwänden kommt es zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Gehäuses und in der Folge dehnt sich das Metall des Gehäuses durch die Erwärmung nur teilweise aus, was zu ausgeprägten Verletzungen der Gehäusedichtheit führt.

Um die Dichtungseigenschaften zu verbessern, insbesondere wenn zwischen der Kammer und dem Einlass- oder Auslasssystem große Temperaturunterschiede bestehen, besteht der Zylinder selbst aus verschiedenen Metallen und diese werden zur Verbesserung der Dichtung an verschiedenen Stellen des Zylinders platziert.

Zum Starten des Motors werden nur zwei Zündkerzen verwendet. Dies ist auf die Konstruktionsmerkmale des Motors zurückzuführen, die es ihm ermöglichen, im gleichen Zeitraum eine um 20 % höhere Effizienz im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor zu erzielen.

Zheltyshev-Rotationsmotor - Funktionsprinzip:

Vorteile eines Wankelmotors

Trotz seiner geringen Abmessungen ist er in der Lage, hohe Geschwindigkeiten zu entwickeln, allerdings hat diese Nuance auch einen großen Nachteil. Trotz seiner geringen Abmessungen verbraucht der Wankelmotor viel Kraftstoff, die Lebensdauer des Motors beträgt jedoch nur 65.000 km. Ein Motor von nur 1,3 Litern verbraucht also bis zu 20 Liter. Kraftstoff pro 100 km. Vielleicht war dies der Hauptgrund für die mangelnde Popularität dieses Motortyps für den Massenverbrauch.

Der Benzinpreis gilt seit jeher als dringendes Problem für die Menschheit, da sich die Ölreserven der Welt im Nahen Osten befinden, in einer Zone ständiger militärischer Konflikte, die Benzinpreise nach wie vor recht hoch sind und es keine Tendenzen zu ihrer Senkung gibt Die nahe Zukunft. Dies führt zur Suche nach Lösungen für minimalen Ressourcenverbrauch ohne Einbußen bei der Leistung, was das Hauptargument für Verbrennungsmotoren ist.

All dies zusammen bestimmte die Position von Wankelmotoren als geeignete Option für Sportwagen. Der weltberühmte Automobilhersteller Mazda führte jedoch die Arbeit des Erfinders Wankel fort. Japanische Ingenieure versuchen stets, durch Modernisierung und den Einsatz innovativer Technologien den größtmöglichen Nutzen aus nicht beanspruchten Modellen zu ziehen, was ihnen ermöglicht, eine führende Position auf dem globalen Automobilmarkt zu behaupten.

Das Funktionsprinzip des Akhriev-Rotationsmotors im Video:

Das neue Mazda-Modell, ausgestattet mit einem Wankelmotor, steht den fortschrittlichen deutschen Modellen in nichts nach und leistet bis zu 350 PS. Gleichzeitig war der Kraftstoffverbrauch unvergleichlich hoch. Die Konstrukteure von Mazda mussten die Leistung auf 200 PS reduzieren, was eine Normalisierung des Kraftstoffverbrauchs ermöglichte, aber die kompakten Abmessungen des Motors ermöglichten es, dem Auto zusätzliche Vorteile zu verleihen und mit europäischen Automodellen zu konkurrieren.

In unserem Land haben Wankelmotoren keine Wurzeln geschlagen. Es gab Versuche, sie auf Spezialtransportfahrzeugen zu installieren, aber dieses Projekt wurde nicht ausreichend finanziert. Daher gehören alle erfolgreichen Entwicklungen in diese Richtung japanischen Ingenieuren der Firma Mazda, die in naher Zukunft ein neues Automodell mit modernisiertem Motor zeigen will.

Funktionsweise eines Wankel-Rotationsmotors im Video

Funktionsprinzip eines Wankelmotors

Das RPD funktioniert durch Drehen des Rotors, sodass die Kraft über die Kupplung auf das Getriebe übertragen wird. Das Umwandlungsmoment besteht darin, durch die Drehung eines Rotors aus legiertem Stahl Kraftstoffenergie auf die Räder zu übertragen.

Funktionsmechanismus eines Rotationskolbenmotors:

• Kraftstoffverdichtung;
• Kraftstoffeinspritzung;
• Sauerstoffanreicherung;
• Verbrennung der Mischung;
• Freisetzung von Kraftstoffverbrennungsprodukten.

Wie ein Wankelmotor funktioniert, zeigt das Video:

Der Rotor ist auf einer speziellen Vorrichtung montiert und bildet beim Drehen voneinander unabhängige Hohlräume. Die erste Kammer ist mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch gefüllt. Anschließend wird gründlich gemischt.

Die Mischung gelangt dann in eine andere Kammer, wo dank der Anwesenheit von zwei Kerzen Kompression und Zündung stattfinden. Anschließend gelangt das Gemisch in die nächste Kammer und Teile des verarbeiteten Kraftstoffs werden aus dieser verdrängt und verlassen das System.

Auf diese Weise erfolgt der vollständige Betriebszyklus eines Rotationskolbenmotors, basierend auf drei Betriebszyklen in nur einer Umdrehung des Rotors. Den japanischen Entwicklern ist es gelungen, den Wankelmotor deutlich zu modernisieren und gleich drei Rotoren darin einzubauen, was ihnen eine deutliche Leistungssteigerung ermöglicht.

Funktionsprinzip des Zuev-Rotationsmotors:

Heute ist ein verbesserter Zweischeibenmotor mit einem Sechszylinder-Verbrennungsmotor vergleichbar, und ein Dreischeibenmotor steht einem 12-Zylinder-Verbrennungsmotor in seiner Leistung in nichts nach.

Vergessen Sie nicht die kompakte Größe des Motors und die Einfachheit des Geräts, die bei Bedarf eine Reparatur oder einen vollständigen Austausch der Hauptkomponenten des Motors ermöglicht. So gelang es den Mazda-Ingenieuren, diesem einfachen und produktiven Gerät ein zweites Leben zu geben.

Dampfmaschinen haben wie herkömmliche Verbrennungsmotoren einen gemeinsamen Nachteil: Die hin- und hergehenden Bewegungen des Kolbens müssen in Drehbewegungen der Räder umgewandelt werden. Dies ist der Grund für einen geringen Wirkungsgrad und einen hohen Verschleiß der Hauptelemente.

Viele Ingenieure versuchten, dieses Problem zu lösen, indem sie einen Verbrennungsmotor erfanden, dessen Teile nur rotieren konnten. Ein Autodidakt als Mechaniker, der weder eine höhere noch eine weiterführende Fachausbildung abgeschlossen hatte, konnte jedoch eine solche Einheit erfinden.

Eine kleine Geschichte

Im Jahr 1957 beschlossen der wenig bekannte Mechaniker-Erfinder Felix Wankel und der führende NSU-Ingenieur Walter Frede als erste, einen Rotationskolbenmotor in ein Auto einzubauen. Das „Testsubjekt“ war NSU Prinz. Der ursprüngliche Entwurf war alles andere als perfekt. Beispielsweise mussten die Zündkerzen fast nach der vollständigen Demontage des Aggregats gewechselt werden. Darüber hinaus blieb die Zuverlässigkeit des Motors zweifelhaft und die Effizienz konnte nicht erwähnt werden.

Nach vielen Tests begann der Konzern mit der Produktion von Autos mit traditionellem Verbrennungsmotor. Der erste Rotationskolben DKM-54 könnte jedoch großes Potenzial aufweisen.

So erhielt die Urversion des Verbrennungsmotors ihre Chance, in den Automobilbau Einzug zu halten. Anschließend wurde er ständig weiterentwickelt, doch die Aussichten eines Kreiskolbenmotors waren schon damals erkennbar. RPD ist in der Klassifizierung der Rotationsmotoren als einer von 5 Vertretern der Linie enthalten.

In den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden Wankel-Rotationsmotoren nur von der japanischen Firma Mazda untersucht. Auch VAZ hat auf diesen Motor geachtet. In der UdSSR war Benzin recht günstig und ein solches Gerät hatte ziemlich viel Leistung. Im Jahr 2004 wurde die Produktion von Fahrzeugen mit diesem Motor jedoch eingestellt. Japan ist das einzige Land, in dem die Entwicklung des Wankelmotors fortgesetzt wird.

Es gibt viele Arten von Rotationseinheiten. Der einzige Unterschied besteht in der Oberfläche des Gehäuses und der Anzahl der am Rotor angebrachten Kanten. Im Automobil- und Schiffbau werden verschiedene Bauformen solcher Motoren eingesetzt.

Vorteile

Seit seiner Einführung hat der Wankelmotor viele Vorteile gegenüber Kolbenmotoren. Die Einheit wurde ständig verbessert, wodurch ihre Effizienz und Produktivität gesteigert werden konnte.

Zu den Vorteilen von Wankel gehören:

1. Kleine Abmessungen und Gewicht. „Wankel“ ist fast zweimal kleiner als ein Kolben-Verbrennungsmotor, was sich positiv auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs auswirkt, einen optimalen Einbau des Getriebes fördert und den Innenraum deutlich geräumiger macht.
2. Im Vergleich zu einem Zweitaktmotor besteht ein Wankelmotor aus deutlich weniger Teilen. Dies ist aus Reparatursicht rentabler.
3. Doppelt so viel Leistung wie herkömmliche Verbrennungsmotoren.
4. Höhere Laufruhe – das Fehlen von Vor- und Rückbewegungen wirkt sich positiv auf den Fahrkomfort aus.
5. Möglichkeit der Betankung mit Benzin mit niedriger Oktanzahl.

Alle Motorelemente drehen sich in eine Richtung. Dies verbessert das innere Gleichgewicht des Geräts und reduziert Vibrationen. Der Wankel liefert die Kraft gleichmäßig und gleichmäßig. Während sich der Rotor einmal dreht, macht die Abtriebswelle drei Umdrehungen. Jede Verbrennung erfolgt in 90 Rotordrehphasen.

Dies deutet darauf hin, dass ein 1-Rotor-Wankelmotor in der Lage ist, für ¾ jeder Umdrehung der Abtriebswelle Leistung zu liefern. Ein 1-Zylinder-Motor kann nur für ein Viertel jeder Umdrehung der Abtriebswelle Leistung erzeugen.

Mängel

Zu den Nachteilen des Motors gehört seine Unbekanntheit für Besitzer und Mechaniker. Eine solche Einheit erfordert die Änderung vieler Gewohnheiten. Beispielsweise wird es nicht möglich sein, die RPD zu verlangsamen, und der Angriff auf die „Pull“-Anstiege ist zum Scheitern verurteilt. Der kompakte Motor hat eine geringe Trägheit, was man von Massenkolben-Verbrennungsmotoren nicht behaupten kann. Bei häufigem Starten und Abstellen werden die Zündkerzen „eingeworfen“. Auch das Geräusch des Motors wird von manchen Autoenthusiasten als Nachteil empfunden.

Schwerwiegender sind die organischen Mängel der Rotationskolbeneinheit. Erstens hat es den Kraftstoffverbrauch erhöht. Dies kann leicht durch die nicht optimale Form der Kammer erklärt werden, die Wärme über die Wände verliert. Außerdem „frisst“ der Motor ziemlich viel Öl. Die Lebensdauer eines Wankelmotors ist geringer als die eines herkömmlichen Verbrennungsmotors – die Rotordichtungen verschleißen regelmäßig.

Der Steifigkeit der äußeren Eigenschaften des Rotationskolbenmotors kommt eine wesentliche Rolle zu. Um ein Auto mit einem solchen Motor zu fahren, muss man den Schalthebel häufig betätigen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass eine kurze Übersetzungsbandbreite und eine erhöhte Anzahl an Gängen erforderlich sind.

Die ideale Option ist der Einbau eines Variators. Allerdings setzen sich Automatikgetriebe bei Sportwagen nicht durch und Familienautos erfordern mehr Effizienz.

Die Nachteile von RPDs ähneln denen von Zweitakt-Kolbeneinheiten. Interessanterweise kann dies mit den gleichen Methoden geheilt werden. Der erhöhte Kraftstoffverbrauch wird durch die Direkteinspritzung reduziert, die mangelnde Elastizität wird durch den Einbau variabler Phasen verringert. Dies verbessert die Effizienz und Kontrollierbarkeit. Um die Elastizität zu erhöhen, ändert sich außerdem die Konfiguration der Rohrleitungen. Solche Änderungen wurden am Mazda RX-8-Motor vorgenommen.

Wie funktioniert es

Der Wankelmotor funktioniert nach einem Prinzip, das auch für jemanden, der sich mit Mechanik nicht auskennt, recht einfach zu erklären ist. Das Gerät besteht aus einem Minimum an Teilen, sodass Sie schnell erkennen können, welche Systeme zu bestimmten Zeiten aktiviert sind.

Der Motorkolben im RPD wird durch einen Rotor mit drei Flächen ersetzt, der die Druckkraft der verbrannten Gase auf die Exzenterwelle überträgt.

Der Stator hat eine epitrochoide Konfiguration der Innenflächen. Es ist sehr verschleißfest, da es über eine spezielle Beschichtung verfügt. An der Oberseite des Rotors befinden sich Dichtungen und an der Oberfläche des Stators befinden sich Aussparungen – es handelt sich um eine Art Kammer, in der die Verbrennung stattfindet. Die Welle dreht sich auf speziellen Lagern. Sie werden auf den Körper gelegt. Die Welle ist außerdem mit einem Exzenter ausgestattet – auf ihr dreht sich der Rotor.

Das Getriebe ist im Gehäuse montiert. Es steht im Eingriff mit dem Rotorzahnrad. Durch die gegenseitige Wirkung dieser Zahnräder entsteht die Bewegung des Rotors. Dadurch können Sie 3 Kammern bilden, die ihr Volumen ständig ändern.

Das Übersetzungsverhältnis beträgt 2:3, was eine Wellenumdrehung pro 120-Grad-Rotordrehung ermöglicht. Wenn der Rotor eine volle Drehung ausführt, führen alle Kammern einen Viertaktzyklus durch. Die verbrannten Gase wirken über den Rotor auf die Exzenterwelle – so entsteht Drehmoment.

Zwischen Rotor und Stator befinden sich 3 Kammern. Die Ansaugung erfolgt, wenn eine der Rotorspitzen beginnt, die Kraftstoffeinspritzöffnung zu kreuzen. Das Volumen der Kammer vergrößert sich, wodurch die Mischung gezwungen wird, sie zu füllen. Der nächste Scheitelpunkt schließt das Fenster. Wie ein herkömmlicher Motorkolben komprimiert der Rotor das Arbeitsgemisch vor der Zündung.

Es zieht sich zusammen und bei der größten Kompression entsteht ein Funke in der Kammer. Dadurch wird ein Arbeitshub ausgeführt. Anschließend öffnet sich unter dem Druck der Abgase das Auslassfenster und diese verlassen die Kammer.

Mit einer Rotorumdrehung durchläuft der Motor 3 Zyklen – dadurch ist der Einsatz von Auswuchtgeräten überflüssig.

Es gibt Schwachstellen im Arbeitsprozess. Das erste ist eine erhöhte Belastung der Dichtungen, das zweite eine übermäßige dynamische Phasenüberlappung. Auch die Konfiguration der Brennkammer ist nicht optimal. Es gibt jedoch auch einen positiven Punkt: Wenn Sie die Geschwindigkeit erhöhen, erhöht sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme schneller, als das Kraftstoffgemisch fließt.

Dies ermöglicht die Verwendung von Benzin mit reduzierter Oktanzahl für RPD. Das Funktionsprinzip von Wankel ist recht einfach, was einst die Aufmerksamkeit vieler Automobilhersteller auf die Erfindung lenkte.

Nicht jeder Autoenthusiast weiß, dass Wankel einer von fünf Untertypen in der Klassifizierung der Wankelmotoren ist.

Kompaktheit, Geschwindigkeit, hohe Leistung – ist das nicht das Ziel fast aller Motorradhersteller? Das ist definitiv wahr. Allerdings konnte sich der Wankelmotor in der Motorradwelt nicht durchsetzen. Alle Wetten gelten für klassische Kolbenmotoren.

Allerdings gab es in der Geschichte des Motorradbaus einige Ausnahmen. Beispielsweise brachte Hercules 1974 eine Massenserie von Wankels auf den Markt, die mit einem KC-27-Motor ausgestattet waren. Dabei handelte es sich um Rotationseinheiten, die mit Luftkühlung ausgestattet waren. Der Motor hatte ein Volumen von 294 cm³. cm. Die Leistung der Einheiten betrug 25 PS. Um das Gerät zu schmieren, musste selbst Öl in den Kraftstofftank eingefüllt werden.

In den frühen 1980er Jahren wurde der Wankelmotor zur Ausrüstung von Norton-Motorrädern eingesetzt. Obwohl bereits in den 1970er Jahren experimentelle Prototypen solcher Motoren auftauchten, führten die Norton-Ingenieure RPD erfolgreich in den Sport ein. Ende der 80er Jahre waren sie unübertroffen.

Heute produziert das Unternehmen ein 588-cm³-Modell mit zwei NRV588-Rotoren. Die Ingenieure von Norton entwickeln außerdem eine 700-cm³-Version namens NRV700. Es handelt sich um ein leistungsstarkes Sportmotorrad, das mit einem 170-PS-Wankelmotor mit Kraftstoffeinspritzung ausgestattet ist.

Wie Sie sehen, ist die Ära der Wankelmotoren noch nicht angebrochen. Kolbensysteme sind nach wie vor führend im Automobil- und Motorradbau. Besitzer von Fahrrädern mit Wankelmotor können nur einen kleinen Kreis von Wankel-Fans bilden. Das erneute Interesse an Nortons Wankel deutet auf einen raschen Anstieg der Entwicklungen und Fortschritte in diesem Bereich hin.

Einer der Gründe, warum der Motor nicht für den Antrieb von Autos und Motorrädern hergestellt wird, ist der Bedarf an Präzisionsausrüstung bei seiner Herstellung. Der kleinste Defekt führt zum Ausfall des Motors. Dies erlaubt es noch nicht, dass eine Rotationseinheit einen Kolbenmotor selbst in engen Industrien ersetzen kann.