Wankelmotor: Gerät, Funktionsprinzip

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-19 13:33

Der Verbrennungsmotor ist eine geniale Erfindung der Menschheit. Dank des Verbrennungsmotors begann sich der technische Fortschritt deutlich zu entwickeln. Es gibt mehrere Arten dieser Einstellungen. Aber die bekanntesten sind Pleuel und Kolben und Rotationskolben. Letztere wurde vom deutschen Ingenieur Wankel in Zusammenarbeit mit W alter Freude erfunden. Dieses Aggregat hat im Vergleich zum klassischen Pleuel-Kolben-Verbrennungsmotor eine andere Vorrichtung und ein anderes Funktionsprinzip. Was ist das Funktionsprinzip des Wankelmotors und warum hat sich dieser Verbrennungsmotor nicht so durchgesetzt? All dies werden wir in unserem heutigen Artikel berücksichtigen.

Eigenschaft

Also, was ist das für ein Motor? Dies ist ein Verbrennungsmotor, der 1957 von Felix Wankel entwickelt wurde. Die Funktion des Kolbens in dieser Einheit wurde von einem dreieckigen Rotor übernommen. Es drehte sich in einem speziell geformten Hohlraum.

Nach einer Reihe von experimentellen Modellen von Motorrädern und Autos, die in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts auftraten, ist die Nachfrage nach dem Wankelmotor deutlich zurückgegangen. Obwohl heute noch eine Reihe von Unternehmen daran arbeitenVerbesserung dieses Motors. So können Sie den Wankelmotor in der Mazda PX-Serie kennenlernen. Auch diese Einheit hat ihre Anwendung im Modellbau gefunden.

Wankelmotorgerät

Dieses Netzteil besteht aus mehreren Komponenten:

• Gehäuse (Statoren).
• Brennkammern.
• Einlass- und Auslassöffnungen.
• Stationäre Ausrüstung.
• Zahnrad.
• Rotor.
• Vala.
• Zündkerzen.

Was ist das Arbeitsprinzip des Wankelmotors? Wir werden uns das weiter unten ansehen.

Funktionsprinzip

Dieser ICE funktioniert wie folgt. Der Rotor, der durch Lager auf einer Exzenterwelle montiert ist, wird durch die Kraft des Gasdrucks angetrieben, der durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches entsteht. Der Motorrotor relativ zum Stator durch ein Paar Zahnräder. Einer davon (groß) befindet sich an der Innenfläche des Rotors. Die zweite (Stütze) ist kleiner und fest mit der Seitenabdeckung des Motors verbunden. Durch das Zusammenspiel der Zahnräder erzeugt der Rotor exzentrische Kreisbewegungen. Dadurch berühren seine Kanten die Innenfläche der Brennkammer.

Dadurch entstehen zwischen Motorgehäuse und Rotor mehrere isolierte Kammern mit variablem Volumen. Ihre Anzahl ist immer 3. In diesen Kammern findet der Prozess der Verdichtung des Gemisches, seiner Verbrennung, Expansion von Gasen (die anschließend Druck auf die Arbeitsfläche des Rotors ausüben) und ihrer Entfernung statt. ErgebendZündung des Kraftstoffs wird der Rotor angetrieben und überträgt das Drehmoment auf die Exzenterwelle. Letzterer ist gelagert und überträgt dann die Kraft auf die Getriebeeinheiten. Und erst dann geht das Kraftmoment des Wankelmotors nach dem klassischen Schema auf die Räder - über einen Kardanantrieb und Achswellen zu den Naben. In einem Rotationsmotor arbeiten also mehrere mechanische Paare gleichzeitig. Das erste ist für die Bewegung des Rotors verantwortlich und besteht aus mehreren Zahnrädern. Das zweite de wandelt die Bewegung des Rotors in Umdrehungen der Exzenterwelle um.

Das Übersetzungsverhältnis von Stator (Gehäuse) und Zahnrädern ist immer stabil und beträgt 3:2. Somit hat der Rotor Zeit, sich für eine volle Umdrehung der Welle um 120 Grad zu drehen. Für eine volle Umdrehung des Rotors wird wiederum ein Viertakt-Betriebszyklus des Verbrennungsmotors in jeder der drei durch die Flächen gebildeten Kammern durchgeführt.

Vorteile

Was sind die Vorteile dieses Verbrennungsmotors? Der Wankel-Kreiskolbenmotor ist einfacher aufgebaut als der Kolbenstangenmotor. Die Anzahl der darin enth altenen Teile ist also um 40 Prozent geringer als bei einem Kolben-Viertakt-Verbrennungsmotor. Dennoch ist es ohne ausgefeilte Ausrüstung nicht möglich, einen Wankelmotor mit eigenen Händen zu bauen. Schließlich hat der Rotor eine sehr komplexe Form. Diejenigen, die versucht haben, einen selbstgebauten Wankelmotor mit ihren eigenen Händen herzustellen, haben zahlreiche Fehlschläge erlitten.

Aber kommen wir zu den Vorteilen. Bei der Konstruktion der Dreheinheit gibt es keine Kurbelwelle, keinen Gasverteilungsmechanismus. Auch gibt es keine Pleuel undKolben. Das brennbare Gemisch tritt durch das Einlassfenster in die Kammer ein, das durch den Rand des Rotors geöffnet wird. Und die Abgase am Ende des Arbeitszyklus werden durch die Auslassöffnung aus der Karosserie entlassen. Auch hier wird die Rolle des Ventils von der Kante des Rotors selbst übernommen. Außerdem gibt es keine Nockenwelle in der Konstruktion (von der jetzt mehrere bei Pleueleinheiten verwendet werden). Der Wankel-Rotationskolbenmotor ähnelt in Bezug auf das Funktionsprinzip des Gasverteilungsmechanismus einem Zweitaktmotor.

Separat ist das Schmiersystem zu erwähnen. Tatsächlich fehlt es beim Wankel-Kreiskolbenmotor. Aber wie funktionieren dann Reibungspaare? Es ist ganz einfach: Dem brennbaren Gemisch selbst wird Öl zugesetzt (wie bei primitiven Motorradmotoren). Somit wird die Schmierung von Reibteilen durch das Luft-Kraftstoff-Gemisch selbst durchgeführt. Der Konstruktion fehlt die jedem bekannte Ölpumpe, die das Schmiermittel aus der Ölwanne saugt und unter besonderem Druck versprüht.

Ein weiterer Vorteil des Wankelmotors ist sein geringes Gewicht und seine Größe. Da hier fast die Hälfte der bei Kolbenmotoren obligatorischen Teile fehlt, ist die Dreheinheit kompakter und passt in jeden Motorraum. Durch die kompakten Abmessungen können Sie den Platz im Motorraum rationeller nutzen und die Vorder- und Hinterachse gleichmäßiger belasten (immerhin fallen bei Autos mit konventionellen Motoren mehr als 70 Prozent der Last auf die Vorderseite Teil). Und durch das geringe Gewicht wird eine hohe Stabilität erreicht. Ja, der Motor hatminimales Vibrationsniveau, was sich positiv auf den Komfort der Maschine auswirkt.

Das nächste Plus dieses Aggregats ist die hohe spezifische Leistung, die bei hohen Wellendrehzahlen erreicht wird. Mit dieser Funktion können Sie gute technische Eigenschaften erzielen. Deshalb kommt der Wankelmotor in Sportwagen von Mazda zum Einsatz. Der Motor dreht problemlos bis zu sieben oder mehr tausend Umdrehungen. Gleichzeitig liefert er deutlich mehr Drehmoment und Leistung bei kleinem Volumen. All dies wirkt sich positiv auf die Beschleunigungsdynamik des Autos aus. Sie können zum Beispiel das Auto "Mazda RX-8" nehmen. Bei einem Volumen von 1,3 Litern leistet der Motor 210 PS.

Designfehler

In Anbetracht der Vorrichtung und des Funktionsprinzips des Wankel-Rotationsmotors ist der Hauptkonstruktionsfehler erwähnenswert. Dies ist der geringe Wirkungsgrad der Sp altdichtungen zwischen Brennkammer und Rotor. Letztere hat eine ziemlich komplexe Form, die eine zuverlässige Abdichtung nicht nur an den Kanten (von denen es insgesamt vier gibt), sondern auch an den Seitenflächen (die mit der Motorabdeckung in Kontakt kommen) erfordert. Gleichzeitig sind sie in Form von Stahlfederbändern mit besonders präziser Bearbeitung sowohl von den Enden als auch von den Arbeitsflächen hergestellt. Alle in die Konstruktion eingebauten Toleranzen für die Ausdehnung während des Erhitzens verschlechtern diese Eigenschaften. Dadurch ist der Durchbruch von Gasen an den Endstellen der Dichtplatten nicht zu vermeiden. Bei Kolbenmotoren wird der Labyrintheffekt angewendet. Das Design verwendet also drei Dichtungsringe mit Lücken in verschiedenen Richtungen.

Aber es ist erwähnenswert, dass die Qualität der Siegel in den letzten Jahren zugenommen hat. Die Designer haben den Wankelmotor verbessert und neue Materialien für Dichtungen verwendet. Dennoch gilt der Gasdurchbruch als der schwächste Punkt eines Kreiskolben-Verbrennungsmotors.

Ölverbrauch

Wie wir bereits gesagt haben, gibt es in diesem Motor kein Schmiersystem als solches. Aufgrund der Tatsache, dass das Öl zusammen mit dem brennbaren Gemisch eintritt, steigt sein Verbrauch erheblich an. Und wenn bei Pleuelmotoren der natürliche Schmiermittelverlust ausgeschlossen ist oder nicht mehr als 100 Gramm pro tausend Kilometer beträgt, liegt dieser Parameter bei Rotationsmotoren zwischen 0,4 und 1 Liter pro tausend Kilometer. Denn das komplexe Dichtungssystem erfordert eine effektivere Schmierung der Oberflächen. Außerdem können diese Motoren aufgrund des hohen Ölverbrauchs moderne Umweltstandards nicht erfüllen. Die Abgase von Autos mit Wankelmotor enth alten viele körper- und umweltgefährdende Stoffe.

Außerdem konnte der Wankelmotor nur mit hochwertigen und teuren Ölen betrieben werden. Dies liegt an mehreren Faktoren:

• Berührende Teile von Motorraum und Rotor neigen zu hohem Verschleiß.
• Überhitzungsneigung von Reibpaarungen.

Andere Probleme

Unregelmäßige Ölwechsel drohten die Lebensdauer des Verbrennungsmotors zu verkürzen, da die Partikel des alten Schmiermittels als Schleifmittel wirkten, die Sp alte und die Wahrscheinlichkeit eines Abgasdurchbruchs in der Kammer vergrößerten. Diese Einheit verkeilt sich auch, wenn sie überhitzt wird. Und wenn Sie bei k altem Wetter fahren,Möglicherweise war die Kühlung zu stark.

Der RPD selbst hat eine höhere Betriebstemperatur als jeder Kolbenmotor. Die Brennkammer gilt als die am stärksten belastete. es hat ein kleines Volumen. Und wegen der ausgedehnten Form ist die Kammer anfällig für Detonation. Neben dem Öl stellt der Wankelmotor hohe Ansprüche an die Qualität der Kerzen. Sie werden paarweise eingebaut und streng nach den technischen Vorschriften gewechselt. Hervorzuheben ist unter anderem die ungenügende Elastizität des Rotationsmotors. Daher können diese Verbrennungsmotoren nur bei hohen Rotordrehzahlen - von 6 bis 10 oder mehr Tausend pro Minute - hervorragende Geschwindigkeits- und Leistungseigenschaften erzeugen. Diese Funktion zwingt Konstrukteure, das Design von Getrieben zu verfeinern und sie mehrstufig zu machen.

Ein weiterer Nachteil ist der hohe Kraftstoffverbrauch. Wenn Sie beispielsweise einen 1,3-Liter-Mazda RX-8-Rotationskolbenmotor nehmen, verbraucht er laut Passdaten 14 bis 18 Liter Kraftstoff. Außerdem wird die Verwendung von Benzin mit hoher Oktanzahl empfohlen.

Über die Anwendung von RPD in der Automobilindustrie

Dieser Motor war in den späten 60er und frühen 70er Jahren des letzten Jahrhunderts am beliebtesten. Das Wankel-RPD-Patent wurde von 11 führenden Automobilherstellern erworben. So entwickelte NSU im 67. Jahr das erste Business-Class-Auto mit Kreiskolbenmotor, das NSU RO 80 hieß. Dieses Modell wurde 10 Jahre lang in Serie produziert. Insgesamt wurden mehr als 37.000 Exemplare veröffentlicht. Das Auto war beliebt, aber die Mängel des Wankelmotors trübten schließlich den Ruf dieses Autos. Vor dem Hintergrund andererNSU-Modelle, die NSU RO 80 Limousine war am unzuverlässigsten. Der Kilometerstand vor der Überholung betrug mit den deklarierten 100 nur 50.000.

Auch der Peugeot-Citroen-Konzern, die Firma Mazda und das VAZ-Werk experimentierten mit Wankelmotoren (wir werden weiter unten separat über diesen Fall sprechen). Den größten Erfolg erzielten die Japaner mit der Veröffentlichung eines Personenwagens mit Wankelmotor im 63. Jahr. Derzeit rüsten die Japaner ihre Sportwagen der RX-Serie noch mit RPDs aus. Bis heute sind sie frei von vielen „Kinderkrankheiten“, die der damaligen RAP inhärent waren.

Wankel RPD und Motorradindustrie

In den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts experimentierten einige Motorradhersteller mit Wankelmotoren. Das sind Herkules und Suzuki. Jetzt wurde die Massenproduktion von rotierenden Motorrädern nur bei Norton etabliert. Diese Marke produziert NRV588-Sportbikes, die mit Doppelrotormotoren mit einem Gesamtvolumen von 588 Kubikzentimetern ausgestattet sind. Die Leistung des Norton-Fahrrads beträgt 170 PS. Mit einem Leergewicht von 130 Kilogramm verfügt dieses Motorrad über eine hervorragende dynamische Leistung. Zusätzlich sind diese RPDs mit einem elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem und einem variablen Ansaugtrakt ausgestattet.

Interessante Fakten

Diese Triebwerke sind unter Flugzeugmodellbauern weit verbreitet. Da beim Modell-Verbrennungsmotor keine Anforderungen an Effizienz und Zuverlässigkeit gestellt werden, erwies sich die Herstellung solcher Motoren als kostengünstig. Bei solchen Verbrennungsmotoren gibt es gar keine oder nur primitivste Rotordichtungen. Der Hauptvorteil davonFlugzeugmodelleinheit ist, dass sie einfach in ein fliegendes Modell eingebaut werden kann. Der ICE ist leicht und kompakt.

Noch ein Fakt: Felix Wankel, der 1936 ein Patent für RPD erhielt, wurde zum Erfinder nicht nur von Kreiskolbenmotoren, sondern auch von Kompressoren sowie Pumpen, die nach demselben Schema arbeiteten. Solche Einheiten sind in Werkstätten und in der Produktion zu finden. Übrigens sind tragbare elektrische Reifenfüllpumpen genau nach diesem Prinzip aufgebaut.

RPD- und VAZ-Fahrzeuge

In der Sowjetzeit waren sie auch an der Entwicklung eines Drehkolbenmotors und dessen Einbau in inländische VAZ-Autos beteiligt. Das erste RPD in der UdSSR war also der VAZ-311-Motor mit einer Leistung von 70 PS. Es wurde auf Basis der japanischen Einheit 13V erstellt. Da die Entwicklung des Motors jedoch nach unrealistischen Plänen erfolgte, erwies sich das Gerät nach der Serieneinführung als unzuverlässig. Das erste Auto mit diesem Motor war der VAZ-21018.

Aber die Geschichte des Einbaus des Wankelmotors in den VAZ endet hier nicht. Das zweite in Folge war das VAZ-415-Triebwerk, das in den 80er Jahren in Kleinserien auf dem G8 eingesetzt wurde. Dieses Triebwerk hatte bessere technische Eigenschaften. Leistung mit einem Volumen von 1308 Kubikzentimetern auf 150 PS erhöht. Dank dessen beschleunigte der sowjetische VAZ-2108 mit einem Rotationsmotor in 9 Sekunden auf Hunderte. Und die Höchstgeschwindigkeit war auf 190 Kilometer pro Stunde begrenzt. Aber dieser Motor war nicht ohne Mängel. Insbesondere ist es eine kleine Ressource. Er erreichte kaum 80.000Kilometer. Unter den Minuspunkten sind auch die hohen Kosten für die Herstellung eines solchen Autos zu erwähnen. Der Ölverbrauch betrug 700 Gramm pro tausend Kilometer. Der Kraftstoffverbrauch beträgt etwa 20 Liter pro Hundert. Daher wurde die Dreheinheit nur in Kleinserien auf Spezialdienstfahrzeugen eingesetzt.

Schlussfolgerung

Also haben wir herausgefunden, was der Wankelmotor ist. Diese Dreheinheit wird jetzt in Serie nur noch bei Mazda-Fahrzeugen und nur bei einem Modell verwendet. Trotz zahlreicher Verbesserungen und Versuche japanischer Ingenieure, das Design des RPD zu verbessern, hat es immer noch eine eher kleine Ressource und zeichnet sich durch einen hohen Ölverbrauch aus. Auch die neuen 1,3-Liter-Mazdas unterscheiden sich nicht in der Kraftstoffeffizienz. All diese Mängel des Rotationsmotors machen ihn unpraktisch und werden in der Automobilindustrie zu wenig genutzt.