Rotationsmotor: Köpfe und Schwänze. Rotationskolbenmotor Was ist ein Rotationsmotor in einem Auto?

Die Erfindung des Verbrennungsmotors gab den Anstoß zur Produktion von Autos, die mit flüssigem Kraftstoff betrieben werden. Diese Motoren haben sich im Laufe der Geschichte der Automobilindustrie weiterentwickelt: Es sind verschiedene Motorendesigns erschienen. Eine der fortschrittlichen, aber nie weit verbreiteten Motorkonstruktionen ist eine Drehkolbeneinheit geworden. Wir werden im heutigen Artikel über die Merkmale dieses Motortyps, seine Vor- und Nachteile sprechen.

Geschichte

Der Kreiskolbenmotor wurde von einem Duo der NSU-Ingenieure - Felix Wankel und Walter Freude - entwickelt. Und obwohl Freude die Hauptrolle bei der Entwicklung eines Wankelmotors zukommt (der zweite Projektteilnehmer arbeitete damals an der Konstruktion eines anderen Motors), wird das Aggregat im automobilen Umfeld als Wankelmotor bezeichnet.

Dieses Kraftwerk wurde 1957 zusammengebaut und getestet. Das erste Auto, das mit einem Kreiskolbenmotor ausgestattet wurde, war der Sportwagen NSU Spider, der bei einer Motorleistung von 57 PS eine Geschwindigkeit von 150 km / h entwickelte. Dieses Modell wurde drei Jahre lang produziert (1964-1967).

Ein wirklich massives Auto mit Wankelmotor war die zweite Idee von NSU - die Ro-80-Limousine.

Der Name des Autos deutet darauf hin, dass das Modell mit einer Dreheinheit ausgestattet ist. Anschließend wurden Rotationsmotoren in Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (C111), Chevrolet (Corvette), VAZ (21018) usw. installiert. Die massivste Produktion von Modellen mit Wankelmotor wurde jedoch von der japanischen Firma Mazda gegründet. Seit 1964 hat das Unternehmen mehrere Autos mit diesem Antriebstyp produziert, und das Modell Cosmo Sport wurde zu einem Pionier in diesem Geschäft. Das bekannteste Modell mit Rotationskolbenmotor, das von diesem Hersteller hergestellt wurde - RX (Rotor-eXperiment). Die Produktion des letzten Modells dieser Familie, einer Sonderversion des Spirit R, wurde Mitte 2012 eingestellt. Allerdings sind noch nicht alle Exemplare des rotierenden G8 ausverkauft – der offizielle Mazda-Händler in Indonesien verkauft diese Autos immer noch.

Gerät

Ein Merkmal des Rotationskolben-Verbrennungsmotors ist das Vorhandensein eines dreieckigen Rotors - Kolbens in seiner Konstruktion. Es dreht sich in einem speziell geformten Zylinder. Der Rotor ist auf einer Welle montiert und mit einem Zahnrad verbunden, das wiederum eine Kupplung mit einem Stator - einem Zahnrad - aufweist. Der Rotor rotiert um den Stator entlang der sogenannten Epitrochoidenkurve, seine Schaufeln überlappen abwechselnd die Zylinderkammern, in denen der Kraftstoff verbrannt wird.

Bei der Konstruktion des Rotationsmotors gibt es keinen Gasverteilungsmechanismus - seine Funktion wird vom Rotor selbst übernommen, der mit Hilfe seiner Schaufeln das einströmende brennbare Gemisch verteilt und die Abgase im Zylinder freisetzt. Durch eine solche Konstruktion des Motors kann auf viele Komponenten verzichtet werden, die für einen einfachen Kolbenmotor äußerst erforderlich sind (z. B. Kurbelwelle, Pleuel), wodurch zum einen die Größe und das Gewicht des Aggregats reduziert werden können, und zweitens, um die Produktionskosten zu senken.

Vorteile und Nachteile

Nicht umsonst hat der Rotationskolbenmotor die Aufmerksamkeit vieler namhafter Automobilunternehmen auf sich gezogen. Sein Design und sein Funktionsprinzip ermöglichten es, mehrere ziemlich bedeutende Vorteile gegenüber herkömmlichen Motoren zu erzielen.

Erstens hatte der Drehkolbenmotor konstruktionsbedingt die beste Balance unter anderen Kraftwerkstypen und war minimalen Vibrationen ausgesetzt.

Zweitens wies dieses Kraftwerk hervorragende dynamische Eigenschaften auf: Ohne nennenswerte Belastung des Motors kann ein Auto mit Kreiskolbenmotor im niedrigen Gang bei hohen Drehzahlen problemlos auf 100 km / h oder mehr beschleunigen.

Drittens ist der Wankelmotor kompakter und leichter als ein Standard-Kolbenantrieb. Diese Eigenschaft ermöglichte es den Konstrukteuren, eine nahezu ideale Gewichtsverteilung entlang der Achsen zu erreichen, die sich auf die Stabilität des Autos auf der Straße auswirkte.

Viertens verwendet es eine viel geringere Anzahl von Komponenten und Baugruppen als bei einem herkömmlichen Motor.

Schließlich, fünftens, hat der Rotationsmotor eine hohe Leistungsdichte.

Nachteile

Die Nachteile eines Kreiskolbenmotors, aufgrund dessen er nicht in Massen eingesetzt werden konnte und heute nicht in Autos aller Marken verwendet wird, sind zum einen der hohe Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen. Bei einigen Modellen erreicht er 20 Liter pro 100 km Laufleistung, was, wie Sie sehen, überhaupt nicht wirtschaftlich ist und dem Besitzer eines Autos mit Wankelmotor in die Tasche greift.

Der Nachteil dieses Motortyps ist zweitens die Komplexität der Herstellung seiner Teile: Damit der Rotor die epitrochoidale Kurve korrekt passiert, ist eine hohe geometrische Genauigkeit sowohl bei der Herstellung des Rotors selbst als auch des Zylinders erforderlich. Dazu verwenden die Hersteller von Rotationsmotoren hochpräzise und teure Geräte, und die Produktionskosten sind im Preis des Autos enthalten.

Drittens neigt der Rotationsmotor aufgrund der Konstruktion der Brennkammer zur Überhitzung: Er hat eine linsenförmige Form und keine Kugel wie bei herkömmlichen Kolbenmotoren. Das in einer solchen Kammer verbrennende Kraftstoffgemisch verwandelt sich in Wärmeenergie, die in den meisten Fällen ineffizient verbraucht wird - sein Überschuss heizt den Zylinder auf, was letztendlich zu Verschleiß führt.

Viertens hoher Verschleiß der Dichtungen zwischen den Rotordüsen durch Druckverluste in den Brennräumen des Motors. Aus diesem Grund beträgt die Ressource solcher Motoren 100-150 Tausend km, wonach in der Regel ein Aggregat erforderlich ist.

Fünftens braucht ein Kreiskolbenmotor ein rechtzeitiges und gut befolgtes Verfahren: Der Motor verbraucht etwa 600 ml Motoröl pro 1000 km, muss also alle 5000 km gewechselt werden. Wenn es nicht rechtzeitig ausgetauscht wird, ist es mit einem Ausfall der Komponenten und Baugruppen des Motors behaftet, was teure Reparaturen nach sich zieht. Das heißt, der Betrieb und die Wartung von Rotationskolbenmotoren sollten verantwortungsbewusster angegangen werden als die Wartung herkömmlicher Motoren und ihre Wartung und Überholung rechtzeitig durchführen.

Das Konzept des Wankelmotors ist sehr interessant. Große Konzerne wie Mazda, Citroen, Mercedes-Benz und General Motors produzierten Autos mit Wankelmotoren, gaben diese jedoch später auf. In diesem Artikel werden wir das Funktionsprinzip eines Rotationsverbrennungsmotors sowie die Vor- und Nachteile dieser Konstruktion betrachten.

Was ist ein Rotationsmotor

Ein Rotationskolbenmotor (RPE) ist eine Klasse von Wärmekraftmaschinen, die durch die Art der Bewegung des Arbeitselements oder Rotors vereint ist. Im speziellen Fall einer solchen Vorrichtung können Rotations-Brennkraftmaschinen (Rotations-Brennkraftmaschinen) unterschieden werden.

Dieser Motortyp benötigt keine Elemente, die Translationsbewegungen in Rotationsbewegungen umwandeln. Dementsprechend treten beim Betrieb eines Rotationsverbrennungsmotors deutlich weniger Verluste auf als bei einem Kolben, es gibt kein Zwischenglied, wie beispielsweise eine Kurbelwelle.

Auf den ersten Blick löst dieses Gerät die gestellte Aufgabe perfekt und hat einen höheren Wirkungsgrad. Diese Bauart war jedoch nicht weit verbreitet, und auch der Automobilkonzern Mazda, der seit langem Autos mit diesem Motortyp, insbesondere das Modell RX-8, produzierte, musste endgültig auf Rotationssysteme verzichten.

Dies ist auf einige Mängel im Betrieb des Systems zurückzuführen, auf die später in diesem Artikel eingegangen wird.

Eine kleine Geschichte zur Entstehung der Einheit

Wissen Sie?Die erste Version des Wankel-Designs hatte eine bewegliche Kammer und einen festen Rotor, aber am Ende wurde die Schaltung umgekehrt.

In diesem Tandem hat Wankel an Zellenradschleusen geforscht und Freude formulierte das grundlegende Konstruktions- und Konstruktionskonzept. Heutzutage wird ein Rotationsverbrennungsmotor oft als Wankelmotor bezeichnet.

Zum ersten Mal wurde dieses Modell des "Herzstücks des Autos" auf dem NSU Spider getestet, dessen Motorleistung 57 PS betrug. Gleichzeitig beschleunigte er problemlos auf eine Geschwindigkeit von 150 km / h.
Das erste Serienauto mit Drehsystem war der NSU Ro-80 - das zweite Auto in der gesamten Linie des Unternehmens. In der heimischen Autoindustrie wurde dieses Motormodell beim VAZ 21079 verwendet, einem Dienstwagen, oft einem Polizeiwagen.

Und als massivste Serie von Autos mit Rotationsverbrennungsmotor gilt der Mazda RX (Rotor-eXperiment), der bis Mitte 2012 produziert wurde, obwohl die veröffentlichten Autos noch nicht vollständig ausverkauft sind.

Rotationsmotor-Design

Das bewegliche Element dieser Konstruktion ist auf der Welle gelagert und mit einem Zahnrad verbunden, das mit dem Stator verbunden ist und das sogenannte "Stationäre Getriebe" bildet. Der Statordurchmesser ist viel kleiner als der Durchmesser des Rotors, der sich zusammen mit dem Zahnrad um das Ritzel dreht.

Der Rotor hat eine dreieckige Form und bewegt sich entlang der Oberfläche des Zylinders. Während der Bewegung verschließt es abwechselnd die Volumina der Kammern mit Hilfe von Dichtungen, die sich oben am Rotor befinden. Während des Betriebs der Struktur ist keine spezielle Gasverteilung erforderlich.
1 und 2 - Teile des Ansaugsystems des Motors; 3 - der hintere Teil des Motorgehäuses; 4 und 6 - Zylinder (Rotorgehäuse); 5 - der mittlere Teil des Motorkörpers; 7 - der vordere Teil des Motorgehäuses; 8 - Drosselklappengehäuse; 9 und 11 - stationäre (stationäre) Zahnräder an den Flanschen; 10 - Rotor mit Innenzahnkranz, montiert; 12 - Exzenterwelle der Rotoren; 13 - Ansaugkrümmer. Durch die Einwirkung von Gasdruck und Fliehkräften werden die als Dichtung wirkenden Platten gegen die Innenfläche des Gerätes gepresst und dadurch die Kammer abgedichtet.

Infolgedessen erwies sich das Schema als viel einfacher und kompakter als Kolbenvorrichtungen, auch aufgrund des Mangels an Kurbelgehäuseraum, Pleuelstangen und Kurbelwelle. Am häufigsten wird bei der Herstellung einer Struktur ein Verhältnis des Radius des Zahnrads zum Zahnrad von 2: 3 verwendet.

Arbeitsprinzip

Ein Rotationsmotor bewegt sich nicht wie ein herkömmlicher Kolbenmotor. Das Funktionsprinzip basiert auf der Drehung des Kolbens. Im Betrieb gibt es keine Fading-Punkte wie bei einem Kolbengerät, dh es arbeitet reibungsloser, ohne Impulse.

RPD nutzt den Überdruck, der bei der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs entsteht. Der Kolben wird von einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle angetrieben. Der Druck entsteht in den Kammern, die durch die eigentliche Struktur des Zylinders und des als Kolben wirkenden Rotorkörpers gebildet werden.
Die Flugbahn des Rotors ähnelt der Linie eines Spirographen. Wenn die Oberseiten des Vortriebselements und die Wände des Verbrennungsmotors selbst in Kontakt kommen, entstehen undurchlässige Brennräume.

Der rotierende Rotor ermöglicht folgende Prozesse:

• Ansaugen von Luft-Kraftstoff-Gemisch;
• seine Kompression;
• Zündung;
• Auspuff auspuff.

Wenn Luft in die Kammer eintritt, wird gleichzeitig Kraftstoff eingespritzt. Wenn sich der Rotor in dieser Kammer dreht, wird das Gemisch komprimiert. Rotierend bewegt der Rotor die Kammer mit dem Gemisch zu den Zündkerzen, woraufhin sich der Kraftstoff entzündet und sich ausdehnt.

An der nächsten Ecke tritt das Gemisch aus dem Auspuff aus und der Vorgang wiederholt sich. Dieser Arbeitsvorgang unterscheidet sich nicht vom Betrieb eines Viertakt-Kolben-Verbrennungsmotors.

Video: Wie ein Wankelmotor funktioniert

Vorteile und Nachteile

Zu den Vorteilen eines Rotationsmotors gehören:

• Mangel an pulsierenden Impulsbelastungen;
• Der Wirkungsgrad eines solchen Motors beträgt 40 %, im Gegensatz zu 20 % bei einem Kolben-Verbrennungsmotor;
• seine Leistung ist viel höher, außerdem läuft er viel leiser, was die Verwendung von Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl ermöglicht;
• es besteht aus viel weniger Metall und ist daher leichter;
• das Design enthält weniger Einheiten und Baugruppen.

Nachteile:

1. Abdichtung von Brennraum und Ansaug-Auspuff.
2. Für die Entwicklung sind genaue Berechnungen erforderlich, denn bei Reibung dehnt sich das Metall durch Erwärmung aus. Genaue Berechnungen ermöglichen es Ihnen, die Komprimierung und Effizienz aufrechtzuerhalten.
3. Im Betrieb neigt ein solcher Motor zur Überhitzung, weshalb er einem Kolben-Verbrennungsmotor unterlegen ist.
4. Aufgrund der Konstruktion des Gerätes selbst sind die Heizzonen ungleichmäßig verteilt, da die Temperatur im Brennraum höher ist als im Ansaug-Abgas-Raum. Folglich erwärmt sich auch der Zylinder ungleichmäßig. Um einen solchen Konstruktionsfehler zu beseitigen, ist es notwendig, bei der Herstellung des Zylinders verschiedene Materialien zu verwenden.
5. Die Verschleißfestigkeit dieses Typs ist viel geringer als die eines Kolben-Verbrennungsmotors, da der Rotationsmotor mit hohen Drehzahlen arbeitet.
6. Durch die hohen Drehzahlen wird der Kraftstoff- und Ölverbrauch deutlich erhöht.
7. Da der Kraftstoff im Betrieb eines Rotationsverbrennungsmotors keine Zeit hat, vollständig auszubrennen, sind die Abgase giftiger als bei einem Kolbenmotor.
8. Bei Verwendung eines Rotationsmotors müssen Sie das Öl regelmäßig wechseln und die Durchführung dieses Verfahrens genau überwachen.

Wichtig! Bei Autos mit einem solchen Motor ist es notwendigButter alle 5000 km erneuern. Wird der Austausch nicht rechtzeitig durchgeführt, steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit erheblich, was teure Reparaturen nach sich zieht.

Zum Beispiel wird es oft in Rennautos eingebaut. Trotz erheblicher Nachteile hat dieser Motor auch unbestrittene Vorteile, weshalb er immer noch als ernsthafte Alternative zu einem Kolben-Verbrennungsmotor angesehen wird.

Der Hauptunterschied zwischen dem inneren Aufbau und dem Funktionsprinzip eines Rotationsmotors von einem Verbrennungsmotor besteht darin, dass die Motoraktivität vollständig ausbleibt, während hohe Motordrehzahlen erreicht werden können. Ein Wankelmotor oder auch ein Wankelmotor hat eine Reihe weiterer Vorteile, auf die wir näher eingehen werden.

Allgemeines Prinzip eines Wankelmotors

Zur optimalen Platzierung des dreieckigen Rotors ist der RPD in ein ovales Gehäuse gehüllt. Eine Besonderheit des Rotors ohne Pleuel und Wellen, was das Design stark vereinfacht. Die wichtigsten Teile der Rollbahn sind im Wesentlichen der Rotor und der Stator. Die Hauptmotorfunktion bei diesem Motortyp wird durch die Bewegung des Rotors im Inneren des Körpers ausgeführt, der einem Oval ähnelt.

Das Funktionsprinzip basiert auf der schnellen Bewegung des Rotors im Kreis, wodurch Hohlräume zum Starten des Geräts entstehen.

Warum sind Rotationsmotoren nicht gefragt?

Das Paradox eines Wankelmotors besteht darin, dass er bei aller Einfachheit des Designs nicht so gefragt ist wie ein Verbrennungsmotor, der sehr komplexe Konstruktionsmerkmale und Schwierigkeiten bei der Durchführung von Reparaturarbeiten aufweist.

Natürlich ist der Rotationsmotor nicht ohne Nachteile, sonst hätte er in der modernen Automobilindustrie breite Anwendung gefunden, und vielleicht hätten wir nichts von der Existenz eines Verbrennungsmotors erfahren, weil der Rotationsmotor viel früher entwickelt wurde. Warum also das Design so komplizieren, versuchen wir es herauszufinden.

Als offensichtliche Mängel des Rotationsmotors kann die fehlende zuverlässige Abdichtung im Brennraum angesehen werden. Dies ist leicht durch die Konstruktionsmerkmale und Betriebsbedingungen des Motors zu erklären. Bei starker Reibung des Rotors mit den Zylinderwänden kommt es zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Körpers und dadurch dehnt sich das Metall des Körpers durch Erwärmung nur teilweise aus, was zu starken Verletzungen der Abdichtung des Körpers führt.

Um die Dichtigkeitseigenschaften zu verbessern, insbesondere unter der Bedingung eines ausgeprägten Temperaturunterschieds zwischen der Kammer und dem Ansaug- oder Abgassystem, wird der Zylinder selbst aus verschiedenen Metallen hergestellt und in verschiedenen Teilen des Zylinders platziert, um die Dichtheit zu verbessern.

Um den Motor zu starten, werden nur zwei Kerzen verwendet, dies liegt an den Konstruktionsmerkmalen des Motors, die es ihm ermöglichen, für den gleichen Zeitraum im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor 20% mehr Effizienz zu erzielen.

Rotationsmotor Zheltyshev - Funktionsprinzip:

Vorteile des Rotationsmotors

Mit seinen kleinen Abmessungen ist es in der Lage, hohe Geschwindigkeiten zu entwickeln, jedoch gibt es in dieser Nuance ein großes Minus. Trotz seiner geringen Abmessungen ist es der Wankelmotor, der viel Kraftstoff verbraucht, aber die Lebensdauer des Motors beträgt nur 65.000 km. So verbraucht ein Motor von nur 1,3 Litern bis zu 20 Liter. Kraftstoff pro 100 km. Vielleicht war dies der Hauptgrund für die mangelnde Popularität dieser Art von Motoren für den Massenverbrauch.

Der Benzinpreis gilt zu jeder Zeit als dringendes Problem der Menschheit, da sich die Weltölreserven im Nahen Osten befinden, in der Zone ständiger militärischer Konflikte, die Benzinpreise bleiben recht hoch und in naher Zukunft gibt es keine Tendenzen zu ihrem Niedergang. Dies führt zur Suche nach Lösungen für einen minimalen Ressourcenverbrauch nicht zu Lasten der Leistung, die das Hauptargument für den Verbrennungsmotor ist.

All dies zusammen hat die Position von Wankelmotoren als geeignete Option für Sportwagen bestimmt. Der weltberühmte Autohersteller Mazda führte jedoch das Werk des Erfinders Wankel fort. Japanische Ingenieure versuchen immer, durch Modernisierung und Anwendung innovativer Technologien den maximalen Nutzen aus nicht beanspruchten Modellen zu ziehen, um eine führende Position auf dem globalen Automobilmarkt zu behaupten.

Das Funktionsprinzip des Akhriev-Rotationsmotors im Video:

Das neue Mazda-Modell, ausgestattet mit einem Wankelmotor, ist mit bis zu 350 PS genauso stark wie die fortschrittlichen deutschen Modelle. 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 kompakte Größe des Motors ermöglichte es, das Auto mit zusätzlichen Vorteilen auszustatten und mit europäischen Automodellen zu konkurrieren.

Rotationsmotoren haben sich in unserem Land nicht durchgesetzt. Es gab Versuche, sie auf dem Transport von spezialisierten Diensten zu installieren, aber dieses Projekt wurde nicht in angemessener Höhe finanziert. Daher gehören alle erfolgreichen Entwicklungen in diese Richtung japanischen Ingenieuren der Firma Mazda, die in naher Zukunft ein neues Automodell mit einem verbesserten Motor zeigen will.

Wie der rotierende Wankelmotor im Video funktioniert

Das Funktionsprinzip eines Rotationsmotors

Der RPD funktioniert durch Drehen des Rotors, sodass die Kraft über die Kupplung auf das Getriebe übertragen wird. Das transformierende Moment besteht in der Übertragung von Kraftstoffenergie auf die Räder aufgrund der Drehung des Rotors aus legiertem Stahl.

Der Funktionsmechanismus eines Rotationskolbenmotors:

• Kompression von Kraftstoff;
• Kraftstoffeinspritzung;
• Sauerstoffanreicherung;
• Verbrennung des Gemisches;
• Freisetzung von Kraftstoffverbrennungsprodukten.

Wie ein Wankelmotor funktioniert, zeigt das Video:

Der Rotor ist auf einer speziellen Vorrichtung befestigt und bildet beim Drehen unabhängig voneinander Hohlräume. Die erste Kammer ist mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch gefüllt. In Zukunft wird es gründlich gemischt.

Dann gelangt die Mischung in eine andere Kammer, in der dank der Anwesenheit von zwei Kerzen Kompression und Zündung erfolgen. Anschließend bewegt sich das Gemisch in die nächste Kammer, aus dieser werden Teile des aufbereiteten Kraftstoffs verdrängt, die das System verlassen.

Auf diese Weise erfolgt ein voller Betriebszyklus eines Drehkolbenmotors, basierend auf drei Betriebszyklen in nur einer Umdrehung des Rotors. Es waren die japanischen Entwickler, die es geschafft haben, den Rotationsmotor erheblich zu modernisieren und drei Rotoren gleichzeitig darin zu installieren, was die Leistung erheblich erhöht.

Das Funktionsprinzip des Zuev-Rotationsmotors:

Heute ist der verbesserte Zwei-Rotor-Motor mit einem Sechszylinder-Verbrennungsmotor vergleichbar, und der Drei-Rotor-Motor steht einem 12-Zylinder-Verbrennungsmotor in der Leistung nicht nach.

Vergessen Sie nicht die kompakte Größe des Motors und die Einfachheit des Geräts, die bei Bedarf Reparaturen oder den vollständigen Austausch der Hauptmotoreinheiten ermöglicht. So ist es den Ingenieuren der Firma Mazda gelungen, diesem einfachen und produktiven Gerät ein zweites Leben zu geben.

Wie Sie wissen, ist die überwiegende Mehrheit der modernen Autos mit Verbrennungsmotoren oder Verbrennungsmotoren ausgestattet. Der Kern ihrer Arbeit besteht darin, die bei der Verbrennung des Kraftstoffgemisches erzeugte Energie in eine Rotation der Welle umzuwandeln, von der mit Hilfe eines mechanischen Antriebs die Bewegung auf die Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Die überwiegende Mehrheit der Autos verwendet heute Verbrennungsmotoren, die nach einem Kolbenschema angeordnet sind. Es gibt jedoch eine andere Art von Verbrennungsmotoren, nämlich Rotationsmotoren. Wir werden in diesem Artikel über diese Art von Motor sprechen.

Die Geschichte der Wankelmotoren begann 1957, als die deutschen Ingenieure Felix Wankel und Walter Freude das erste funktionierende Modell eines solchen Aggregats demonstrierten. Anfangs waren viele der weltweit führenden Automobilhersteller (insbesondere Mercedes-Benz, General Motors, Citroen) sehr an der Neuheit interessiert, aber am Ende entschied sich nur der Japaner Mazda, die Produktion von Wankelmotoren in großen Mengen zu beherrschen Serie und nicht für eine sehr lange Zeit aufgeben.

Übrigens produziert auch die heimische VAZ seit einigen Jahren limitierte Auflagen von "Zhiguli" mit Drehantrieben. Sie wurden nicht an "normale" Käufer geliefert, sondern an die KGB-Fahrzeugflotten und in sehr kleinen Mengen an das Innenministerium der UdSSR geschickt.

Das Funktionsprinzip eines Wankelmotors wie auch eines herkömmlichen Kolbenmotors basiert auf der Umwandlung von Verbrennungsenergie in Rotationsenergie, diese Umwandlung erfolgt jedoch auf etwas andere Weise. Bei einem Rotationsmotor wird die Drehbewegung direkt von seinem Hauptarbeitselement - dem Rotor - ausgeführt. Dies ist der wichtigste Unterschied zwischen einem Rotationsverbrennungsmotor und einem Kolbenverbrennungsmotor, bei dem die Hauptbewegungselemente Kolben sind, die sich nicht drehen, sondern hin- und herbewegen.

Somit sind bei Rotationsmotoren konstruktionsbedingt recht komplex aufgebaute und periodisch zu wartende Kurbelmechanismen vollständig ausgeschlossen, die die Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umwandeln.

Wie bei einem Kolbenmotor nutzt ein Rotationsmotor den Druck der bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches entstehenden Gase. Sie entsteht jedoch nicht in den Zylindern, sondern in der Kammer, die von dem Teil des Gehäuses gebildet wird, der von der Seite des dreieckigen Rotors darin verschlossen ist. Er ist es, der anstelle von Kolben verwendet wird.

Die Rotation des Rotors unter dem Einfluss dieses Drucks erfolgt entlang einer Bahn, die einer von einem Spirographen gezogenen Linie sehr ähnlich ist. Aus diesem Grund bilden alle drei Scheitel des dreieckigen Rotors in Kontakt mit den Innenwänden des Motorgehäuses abgedichtete Brennräume. Wenn sich der Rotor dreht, dehnt sich jedes dieser drei Volumina abwechselnd aus und zusammen. Diese Betriebsart eines Rotationsverbrennungsmotors gewährleistet die Durchführung solcher Prozesse wie:

• Einlass Kraftstoff-Luft-Gemisch;
• Kompression;
• Nützliche Arbeit;
• Auspufffreigabe.

Somit ist ein Rotationsmotor, genau wie ein Standard-Kolbenmotor in einem modernen Auto, ein Viertaktmotor.

Das Zündsystem und das Kraftstoffeinspritzsystem bei Kreiskolbenmotoren sind ähnlich wie bei Kolbenmotoren, aber der Aufbau dieser Verbrennungsmotoren ist völlig anders. Die wichtigsten strukturellen Elemente eines Rotationsmotors sind:

• Rotor;
• Stator (Gehäuse);
• Abtriebswelle.

Wie oben erwähnt, befindet sich der Rotor im Stator (Gehäuse) und hat drei konvexe Seiten. Jeder von ihnen spielt tatsächlich die Rolle eines Kolbens und hat einen Unterdruck, der erforderlich ist, um die Drehzahl zu erhöhen. Auf jeder Seite des Rotors befinden sich zwei Metallringe, die die für den Betrieb dieses Verbrennungsmotors notwendigen Brennräume bilden.

Ein wichtiger Bestandteil des Rotors ist ein in seiner Mitte befindliches Zahnrad, das mit einem gehäusefesten Zahnrad gekoppelt ist. Dank dieser Konjugation wird die erforderliche Flugbahn und Richtung eingestellt, entlang derer sich der Rotor im Gehäuse dreht.

Der Körper eines Rotationsverbrennungsmotors hat eine ovale Form, die so konstruiert und ausgeführt ist, dass alle drei Rotorscheitel immer in Kontakt mit seinen Innenwänden sind. Dies ist notwendig, damit sich in diesem Aggregat zu jedem Zeitpunkt drei vollständig voneinander isolierte Gasvolumina befinden. Darüber hinaus gibt es in der Karosserie Einlass- und Auslasskanäle, in denen keine Ventile vorhanden sind: Der Einlasskanal ist direkt mit der Drosselklappe und der Auslasskanal direkt mit der Abgasanlage verbunden.

Die Abtriebswelle eines Rotationsmotors ist ganz anders als die Kurbelwelle eines Kolben-Verbrennungsmotors. Es ist exzentrisch, das heißt mit etwas Versatz zur Mittelachse, befinden sich spezielle Vorsprünge. Jeder von ihnen ist mit einem separaten Rotor verbunden (übrigens gibt es nicht einen, sondern mehrere davon im Rotationsmotor). Beim Drehen drückt jeder der Rotoren "seinen" Nocken, wodurch ein Drehmoment auf der Welle auftritt.

Es ist zu beachten, dass alle Rotationsmotoren in Schichten aufgebaut sind. Die am häufigsten verwendeten Zwei-Rotoren haben fünf, und sie werden alle von Schrauben gehalten, die in einem Kreis installiert sind. Rotierende Motoren werden mit einem Kühlmittel gekühlt, das alle Teile der Struktur durchströmt. In den beiden äußeren Lagen befinden sich die Lager und Dichtungen für die Abtriebswelle. Sie trennen auch die Körperteile, in denen sich die Rotoren selbst befinden. Die Einlassöffnungen befinden sich im mittleren Teil und die Auslassöffnungen befinden sich in jedem der äußeren Teile.

Vor- und Nachteile von Rotationsmotoren

Die Hauptvorteile von Rotationsmotoren gegenüber Kolbenmotoren sind:

• Weniger bewegliche Teile
• Reibungsloserer Betrieb;
• Höhere Zuverlässigkeit.

Bei einem Zwei-Rotor-Motor bewegen sich nur die Abtriebswelle und beide Rotoren, während selbst bei der einfachsten Kolben-Brennkraftmaschine mindestens vierzig bewegliche Teile vorhanden sind. Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit des Drehantriebs deutlich höher.

Bei Rotationsmotoren drehen sich alle beweglichen Teile nur in eine Richtung, was Vibrationen deutlich reduziert. Um diese effektiv zu löschen, werden Gegengewichte verwendet. Es sollte auch beachtet werden, dass die Rotation des Rotors in einem Rotationsmotor nur ein Drittel der Rotationsgeschwindigkeit der Welle beträgt. Es wirkt sich auch positiv auf die Zuverlässigkeit des Antriebsstrangs aus.

Rotationsmotoren haben auch mehrere bedeutende Nachteile. Der vielleicht wichtigste ist, dass sie im Vergleich zu Kolben-Verbrennungsmotoren deutlich mehr Kraftstoff verbrauchen. Gleichzeitig sind die Kosten ihrer Herstellung viel höher, daher werden sie heute nicht in Großserien hergestellt.

Video zum Thema

1957 demonstrierten die deutschen Ingenieure Felix Wankel und Walter Freude den ersten funktionierenden Wankelmotor. Sieben Jahre später fand seine verbesserte Version seinen Platz unter der Haube des deutschen Sportwagens "NSU-Spyder" - des ersten Serienautos mit einem solchen Motor. Viele Automobilunternehmen - Mercedes-Benz, Citroen, General Motors - haben sich in die Neuheit eingekauft. Auch VAZ produziert seit vielen Jahren Autos mit Wankelmotoren in Kleinserie. Aber das einzige Unternehmen, das sich trotz aller Krisen für eine Großserienproduktion von Wankelmotoren entschied und diese lange Zeit nicht aufgab, war Mazda. Sein erstes Modell mit Wankelmotor - "Cosmo Sports (110S)" - erschien 1967.

ALIEN UNTER EIGENEN

Bei einem Kolbenmotor wird die Verbrennungsenergie des Luft-Kraftstoff-Gemisches zunächst in die Hin- und Herbewegung der Kolbengruppe und erst dann in die Drehung der Kurbelwelle umgewandelt. Bei einem Wankelmotor geschieht dies ohne Zwischenstufe, also mit weniger Verlusten.

Es gibt zwei Versionen des 13B-MSP-Benzin-1.3-Liter-Saugmotors mit zwei Rotoren (Sektionen) - Standardleistung (192 PS) und Zwangsleistung (231 PS). Strukturell ist dies ein Sandwich aus fünf Körpern, die zwei abgedichtete Kammern bilden. In ihnen drehen sich unter der Einwirkung der Verbrennungsenergie von Gasen Rotoren, die auf einer Exzenterwelle (ähnlich einer Kurbelwelle) befestigt sind. Diese Bewegung ist sehr schwierig. Jeder Rotor dreht sich nicht nur, sondern rollt in seinem inneren Zahnrad um ein feststehendes Zahnrad, das in der Mitte einer der Seitenwände der Kammer befestigt ist. Die Exzenterwelle durchzieht die gesamten Sandwichgehäuse und Standräder. Der Rotor bewegt sich so, dass bei jeder Umdrehung drei Umdrehungen der Exzenterwelle erfolgen.

Bei einem Rotationsmotor werden die gleichen Zyklen wie bei einer Viertakt-Kolbeneinheit ausgeführt: Einlass, Kompression, Arbeitstakt und Auslass. Gleichzeitig hat es keinen komplexen Gasverteilungsmechanismus - einen Steuertrieb, Nockenwellen und Ventile. Alle seine Funktionen werden von Ein- und Auslassfenstern in den Seitenwänden (Gehäusen) erfüllt - und vom Rotor selbst, der beim Drehen die "Fenster" öffnet und schließt.

Das Funktionsprinzip eines Rotationsmotors ist im Diagramm dargestellt. Der Einfachheit halber wird ein Beispiel für einen Motor mit einem Abschnitt gegeben - der zweite funktioniert gleich. Jede Seite des Rotors bildet mit den Wänden der Körper einen eigenen Arbeitshohlraum. In Position 1 ist das Volumen der Kavität minimal, und dies entspricht dem Beginn des Ansaugtaktes. Wenn sich der Rotor dreht, öffnet er die Einlassöffnungen und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in die Kammer gesaugt (Positionen 2–4). In Position 5 hat der Arbeitsraum ein maximales Volumen. Der Rotor schließt dann die Einlasskanäle und der Kompressionshub beginnt (Positionen 6-9). In Position 10, wenn das Volumen der Kavität wieder minimal ist, wird die Mischung mit Hilfe von Kerzen gezündet und der Arbeitszyklus beginnt. Die Verbrennungsenergie von Gasen dreht den Rotor. Die Gasexpansion geht auf Position 13 und das maximale Volumen des Arbeitsraums entspricht Position 15. Weiterhin öffnet der Rotor auf Position 18 die Auslassöffnungen und drückt die Abgase aus. Dann beginnt der Zyklus von neuem.

Der Rest der Arbeitskavitäten funktioniert auf die gleiche Weise. Und da es drei Kavitäten gibt, gibt es bei einer Umdrehung des Rotors bis zu drei Arbeitszyklen! Und da sich die Exzenterwelle (Kurbelwelle) dreimal schneller dreht als der Rotor, erhalten wir bei einem einteiligen Motor am Ausgang einen Arbeitshub (Nutzarbeit) pro Wellenumdrehung. Bei einem Viertakt-Kolbenmotor mit einem Zylinder ist dieses Verhältnis zweimal geringer.

Im Verhältnis der Anzahl der Arbeitshübe pro Umdrehung der Abtriebswelle ähnelt der zweiteilige 13B-MSP dem üblichen Vierzylinder-Kolbenmotor. Gleichzeitig produziert er aber ab 1,3 Litern Arbeitsvolumen in etwa die gleiche Leistung und das gleiche Drehmoment wie ein Kolben mit 2,6 Litern! Das Geheimnis ist, dass der Rotormotor um ein Vielfaches weniger bewegte Massen hat – nur Rotor und Exzenterwelle drehen sich, und das auch noch in eine Richtung. Bei einem Kolben entfällt ein Teil der Nutzarbeit auf den Antrieb des komplexen Steuermechanismus und die vertikale Bewegung der Kolben, die ständig ihre Richtung ändert. Ein weiteres Merkmal des Rotationsmotors ist seine höhere Detonationsfestigkeit. Deshalb ist es vielversprechender, an Wasserstoff zu arbeiten. Bei einem Rotationsmotor wirkt die zerstörerische Energie einer abnormalen Verbrennung des Arbeitsgemisches nur in die Drehrichtung des Rotors - dies ist eine Folge seiner Konstruktion. Und bei einem Kolbenmotor ist es der Bewegung des Kolbens entgegengesetzt gerichtet, was katastrophale Folgen hat.

Der Wankelmotor: NICHT EINFACH

Obwohl ein Rotationsmotor weniger Elemente hat als ein Kolbenmotor, verwendet er anspruchsvollere Designlösungen und Technologien. Aber es lassen sich Parallelen zwischen ihnen ziehen.

Die Rotorgehäuse (Statoren) werden in der Blecheinlegetechnik hergestellt: In das Gehäuse aus Aluminiumlegierung wird ein spezielles Stahlsubstrat eingelegt. Dies macht die Konstruktion leicht und langlebig. Die Stahlrückseite ist verchromt mit mikroskopischen Rillen für eine bessere Ölrückhaltung. Tatsächlich ähnelt ein solcher Stator einem bekannten Zylinder mit einer trockenen Hülse und einem Hon darauf.

Seitengehäuse sind aus speziellem Gusseisen. Jeder hat Einlass- und Auslassöffnungen. Und an den Extremen (vorne und hinten) sind stationäre Gänge befestigt. Bei Motoren früherer Generationen befanden sich diese Fenster im Stator. Das heißt, im neuen Design wurden ihre Größe und Anzahl erhöht. Aus diesem Grund haben sich die Eigenschaften des Einlasses und des Auslasses des Arbeitsgemisches und am Auslass verbessert - die Effizienz des Motors, seine Leistung und Kraftstoffeffizienz. Seitengehäuse gepaart mit Rotoren sind in ihrer Funktionalität mit dem Steuertrieb eines Kolbenmotors zu vergleichen.

Der Rotor ist im Wesentlichen gleichzeitig Kolben und Pleuel. Aus Spezialgusseisen, hohl, möglichst leicht. Auf jeder Seite befindet sich eine grabenförmige Brennkammer und natürlich Dichtungen. In das Innenteil ist ein Rotorlager eingesetzt – eine Art Kurbelwellen-Pleuellager.

Wenn der übliche Kolben mit nur drei Ringen (zwei Kompressionsringen und einem Ölabstreifer) auskommt, hat der Rotor ein Vielfaches solcher Elemente. Somit spielen die Scheitel (Dichtungen der Rotorspitzen) die Rolle der ersten Kompressionsringe. Sie bestehen aus Gusseisen mit Elektronenstrahlbearbeitung - zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit im Kontakt mit der Statorwand.

Die Spitzen bestehen aus zwei Elementen - dem Hauptsiegel und der Ecke. Sie werden durch eine Feder und Fliehkraft gegen die Statorwand gedrückt. Die Seiten- und Eckdichtungen wirken als zweite Kompressionsringe. Sie sorgen für einen gasdichten Kontakt zwischen Rotor und Seitengehäusen. Wie die Scheitel werden sie durch ihre Federn an die Wände der Körper gedrückt. Die Seitendichtungen sind aus Sintermetall (sie tragen die Hauptlast), die Eckdichtungen aus Spezialguss. Und dann gibt es isolierende Dichtungen. Sie verhindern, dass ein Teil der Abgase durch den Spalt zwischen Rotor und Seitengehäuse in die Einlasskanäle strömt. Auf beiden Seiten des Rotors befinden sich auch eine Art Ölabstreifringe - Öldichtungen. Sie halten das Öl zur Kühlung in ihrem inneren Hohlraum zurück.

Auch das Schmiersystem ist ausgeklügelt. Es verfügt über mindestens einen Kühler zum Kühlen des Öls bei hoher Motorlast und mehrere Arten von Öldüsen. Einige sind in die Exzenterwelle eingebaut und kühlen die Rotoren (eigentlich sehen sie aus wie Kolbenkühldüsen). Andere sind in Statoren eingebaut - ein Paar für jeden. Die Düsen sind abgewinkelt und auf die seitlichen Gehäusewände gerichtet, um eine bessere Schmierung des Gehäuses und der Rotorseitendichtungen zu gewährleisten. Öl tritt in den Arbeitshohlraum ein und vermischt sich mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, wodurch die verbleibenden Elemente geschmiert werden und mit ihm verbrennt. Daher ist es wichtig, nur vom Hersteller freigegebene Mineralöle oder spezielle Halbsynthetik zu verwenden. Ungeeignete Schmierstoffe erzeugen bei der Verbrennung eine große Menge Kohlenstoffablagerungen, die zu Klopfen, Zündaussetzern und Kompressionsverlust führen können.

Das Kraftstoffsystem ist ziemlich einfach - mit Ausnahme der Anzahl und Position der Injektoren. Zwei - vor den Ansaugöffnungen (einer pro Rotor), die gleiche Anzahl - im Ansaugkrümmer. Im Verteiler des Zwangsmotors befinden sich zwei weitere Düsen.

Die Brennkammern sind sehr lang und für eine effektive Verbrennung des Arbeitsgemisches mussten pro Rotor zwei Kerzen verwendet werden. Sie unterscheiden sich in Länge und Elektroden. Auf den Drähten und Kerzen sind farbige Markierungen angebracht, um eine falsche Installation zu vermeiden.

IN DER PRAXIS

Die Lebensdauer des 13B-MSP-Motors beträgt ca. 100.000 km. Seltsamerweise leidet er unter den gleichen Problemen wie der Kolben.

Die erste Schwachstelle scheinen die Rotordichtungen zu sein, die hoher Hitze und hohen Belastungen ausgesetzt sind. Das stimmt, aber vor dem natürlichen Verschleiß werden sie durch Detonation und die Entwicklung von Lagern von Exzenterwelle und Rotoren veredelt. Außerdem leiden nur die Enddichtungen (Apexe) und die seitlichen verschleißen äußerst selten.

Die Detonation verformt die Scheitel und ihre Sitze auf dem Rotor. Dadurch können die Dichtungsecken nicht nur die Kompression reduzieren, sondern auch die nicht bearbeitbare Oberfläche des Stators beschädigen. Langweilig ist zwecklos: Erstens ist es schwierig, die notwendige Ausrüstung zu finden, und zweitens gibt es einfach keine Ersatzteile für die erhöhte Größe. Die Rotoren können nicht repariert werden, wenn die Nuten für den Apex beschädigt sind. Wie immer ist der Treibstoff die Wurzel des Problems. Ehrliches 98. Benzin ist nicht so leicht zu finden.

Die Hauptlager der Exzenterwelle verschleißen am schnellsten. Offenbar aufgrund der Tatsache, dass es dreimal schneller dreht als die Rotoren. Dadurch werden die Rotoren relativ zu den Statorwänden verschoben. Und die Oberseiten der Rotoren müssen von ihnen gleich weit entfernt sein. Früher oder später fallen die Ecken der Scheitel heraus und reißen die Statoroberfläche auf. Dieses Unglück ist in keiner Weise vorhersehbar - im Gegensatz zu einem Kolbenmotor klopft ein rotierender auch bei verschlissenen Laufbuchsen praktisch nicht.

Bei aufgeladenen Motoren kommt es aufgrund eines sehr schlechten Gemischs zu Zeiten, in denen der Scheitelpunkt überhitzt. Die darunterliegende Feder verbiegt ihn – dadurch sinkt die Kompression deutlich.

Die zweite Schwäche ist die ungleichmäßige Erwärmung des Gehäuses. Das obere Ende (wo die Einlass- und Verdichtungstakte stattfinden) ist kälter als das untere (die Verbrennungs- und Auslasstakte). Allerdings verformt sich die Karosserie nur bei aufgeladenen Motoren mit einer Leistung von mehr als 500 PS.

Erwartungsgemäß reagiert der Motor sehr empfindlich auf die Ölsorte. Die Praxis hat gezeigt, dass synthetische Öle, wenn auch spezielle Öle, bei der Verbrennung viele Kohlenstoffablagerungen bilden. Es baut sich am Apex auf und reduziert die Kompression. Sie müssen Mineralöl verwenden - es brennt fast spurlos aus. Servicemitarbeiter empfehlen, es alle 5000 km zu wechseln.

Die Öldüsen im Stator versagen hauptsächlich durch Schmutz, der in die internen Ventile eindringt. Durch den Luftfilter dringt atmosphärische Luft in sie ein und ein vorzeitiger Filterwechsel führt zu Problemen. Die Düsenventile können nicht gespült werden.

Probleme beim Kaltstart des Motors, insbesondere im Winter, werden durch Kompressionsverlust durch Verschleiß der Spitzen und das Auftreten von Ablagerungen an den Zündkerzenelektroden durch minderwertiges Benzin verursacht.

Es gibt genug Kerzen für durchschnittlich 15.000-20.000 km.

Entgegen der landläufigen Meinung empfiehlt der Hersteller, den Motor wie gewohnt und nicht bei mittlerer Drehzahl abzustellen. „Experten“ sind sich sicher, dass beim Ausschalten der Zündung im Betriebsmodus der gesamte Restkraftstoff verbrennt und dies den anschließenden Kaltstart erleichtert. Laut Soldaten machen solche Tricks keinen Sinn. Aber zumindest ein kleines Aufwärmen vor dem Start der Bewegung ist für den Motor wirklich nützlich. Warmes Öl (mindestens 50º) verschleißt weniger.

Mit einer hochwertigen Fehlersuche eines Wankelmotors und anschließender Reparatur legt er weitere 100.000 km zurück. Meistens müssen die Statoren und alle Rotordichtungen ausgetauscht werden - dafür müssen Sie mindestens 175.000 Rubel bezahlen.

Trotz der oben genannten Probleme gibt es in Russland genug Fans von Rotationsmaschinen - was können wir über andere Länder sagen! Zwar hat Mazda selbst den Drehkolben G8 aus der Produktion genommen und hat es mit seinem Nachfolger nicht eilig.

Mazda RX-8 AUSDAUERTEST

1991 gewann ein Mazda-787V mit Wankelmotor das 24-Stunden-Rennen von Le Mans. Dies war der erste und einzige Sieg für ein Auto mit einem solchen Motor. Übrigens, bei langen Langstreckenrennen überleben nicht alle Kolbenmotoren bis ins Ziel.