Fahrzeuge mit Wankelmotor

Literatur

• Andreas Knie, Wankel-Mut in der Autoindustrie, 290 Seiten - Edition Sigma, ISBN 3894041455
• Richard F. Ansdale, Der Wankelmotor. Konstruktion und Wirkungsweise, 228 Seiten - Motorbuch Vlg., stuttgart, ISBN 3879432147

Vor- und Nachteile (gegenüber dem Hubkolbenmotor)

Darüber hinaus hat er einen niedrigen Oktanzahlbedarf und eine höhere Ausfallsicherheit. Die Kraftübertragung geschieht direkt auf die Exzenterwelle und benötigt keinen Umweg über die beim Hubkolbenmotor vorhandenen Pleuel. Der Wankelmotor hat wegen einer um 50 Prozent längeren Taktdauer eine weit größere Gleichförmigkeit im Motorenlauf als ein Hubkolbenmotor.Ein Vorteil des Wankelmotors ist sein relativ einfacher Aufbau. Er hat nur wenige bewegliche Teile (je nach Bauart unterschiedlich viele, meist zwei Kreiskolben und die Exzenterwelle). Dadurch, dass sich alle Teile nur um ihren Schwerpunkt drehen, kann man einen Wankelmotor vollkommen auswuchten. Auch benötigt ein Wankelmotor keinerlei Ventile wie ein Viertakt-Hubkolbenmotor.

Bei Viertakt-Hubkolbenmotoren kann sich das Gemisch nämlich vorzeitig an den heißen Auslassventilen oder der heißen Zündkerze entzünden. Durch die Abwesenheit von heißen Auslassventilen ist zudem die Klopffestigkeit gegenüber dem Viertakt-Hubkolbenmotor gesteigert. Durch die räumliche Trennung von Ansaug- und Verbrennungsraum ist der Wankelmotor besonders für den Wasserstoffbetrieb geeignet. Der Grund liegt in der kompakteren Anordnung von Exzenterwelle und Läufer im vergleich zu Kolben, Pleuel und Kurbelwelle beim Hubkolbenmotor.Der Wankelmotor besitzt eine relativ geringe Baugröße. Das heißt, er ermöglicht eine hohe Leistungsdichte bei geringem Gewicht. Auch benötigt man nur die Hälfte an Kammervolumen im vergleich zum Hubraum des Viertakt-Hubkolbenmotors, weil bei jeder Exzenterwellenumdrehung ein Arbeitstakt pro Kammer stattfindet.

Der Wankelmotor eignet sich besonders für den Schichtladebetrieb, weil zum Einspritzen mehr Zeit zur Verfügung steht und die Ladungsschichtung sich ohne Hilfsmittel einstellt.

Der Hauptnachteil des Wankelmotors ist sein sehr flacher, langgestreckter Verbrennungsraum, der im vergleich zum Hubkolbenmotor ein ungünstiges Verhältnis zwischen Brennraumvolumen und -oberfläche hat und deshalb relativ viel Energie in Form von Verlustwärme verlorengeht. Bei alten Wankelmotoren mit Umfangsauslass wurde relativ viel Gemisch unverbrannt zum Auslassschlitz ausgeschoben. Dies führte zu hohen HC-Werten im Abgas. Gleichzeitig hatte man eine unerwünscht hohe Abgasrückführungsrate, was zu Zündaussetzern im Leerlauf und im Teillastbetrieb führen konnte. Dies kann man mit einem Seitenauslass vermeiden, wie er beim Mazda Renesis in der Serie eingesetzt wird. Dort wird kein unverbranntes Gemisch mehr durch den Auslass ausgestoßen.

Im Mazda 26B (24-Stunden-Rennen von Le Mans 1991) wurde sogar eine Dreifach-Zündung eingesetzt, womit ein spezifischer Verbrauch von 210 g/Psh bei 6000 Upm erreicht wurde. Die zweite Kerze ist ohnehin bei Flugzeugmotoren wegen der damit verbundenen höheren Ausfallsicherheit Pflicht.Das Ausschieben von unverbranntem Gemisch reduziert man durch die verwendung einer Doppelzündung und/oder auch mit einer einzigen Kerze in der Late-Trailing-Position (Late Trailing = die nacheilende Kerze ist weit oberhalb der Einschnürung angeordnet); der Verbrauch wird so gegenüber den frühen Ausführungen um etwa 30 Prozent gesenkt.

Man hat somit die Brennraumoberfläche und das Volumen der Zwickel verringert.Mazda hat die Äquidistante (Abstand zwischen rechnerischer Trochoide zur tatsächlichen Laufbahn) beim Renesis (RX-8) gegenüber den bisherigen Mazda 13B verkleinert; hierdurch wurde das Volumen der Zwickel verkleinert und im Gegenzug der Verbrennungsraum mehr in die Brennraummulde des Läufers Verlagert.

Das Wärmemanagement eines modernen Viertakt-Hubkolbenmotors ist ähnlich kompliziert. So erreicht man eine lastkonforme Kühlung des Läufers, was den Wirkungsgrad des Motors verbessert. Auch sieht man heute eine drehzahl- und temperaturabhängige Kühlung des Läufers vor.Beim Wärmeübergang kann man nicht eindeutig nur die Brennraumoberfläche betrachten, weil auch Brennraumdrücke beim Wärmeverlust und die herrschenden Brennraumtemperaturen berücksichtigt werden müssen. Bei aktuellen Mazda-Modellen werden die Läufer bis 60°C Öltemperatur überhaupt nicht gekühlt, darüber erst ab einer Motordrehzahl von 3000 U/min. Insgesamt verringert man den Wärmeverlust allgemein durch heute deutlich höhere Betriebstemperaturen.

Den mit einer ungleichmäßigen Temperatur des motorblocks verbundenen Wärmeverzug kann man beim Wankelmotor durch entsprechende Kühlwasserführung und/oder Stahleinlagen (zum Beispiel SIP-Verfahren bei Mazda) in tolerierbaren Bereichen halten.Während beim Hubkolbenmotor der Brennraum im Ansaugtakt durch das Frischgas gekühlt wird, bildet sich beim Wankelmotor eine heiße Zone (warmer Bogen) aus, die gekühlt werden muss.

Der scheinbare Nachteil der räumlichen Trennung von Verbrennungs- und Verdichtungsraum macht den Wankelmotor besonders geeignet zur Verbrennung von Wasserstoff und ähnlichen Brennstoffen mit geringer Oktanzahl, da sich das Gasgemisch nicht vorzeitig an heißen Bauteilen (wie etwa den Auslassventilen und der Brennraumoberfläche) entzünden kann.