Wankel -Motor

Ein Wankel -Motor mit Rotor und Ausrüstungswelle.
Das Mazda RX-8 Sportwagen ist das letzte Produktionsauto, das von einem Wankel -Motor angetrieben wird.
Norton Classic luftgekühltes Twin-Rotor-Motorrad

Das Wankel -Motor ist eine Art von Art von Verbrennungsmotor mit an ein Exzenter Rotationsdesign Druck in rotierende Bewegung umwandeln.

Im Vergleich zum gegenseitigen Kolbenmotor weist der Wankel -Motor ein einheitlicheres Drehmoment auf. weniger Schwingung; und für eine bestimmte Kraft ist kompakter und wiegt weniger.

Der Rotor, der die Drehbewegung erzeugt, ist ähnlich in Form wie a Reuleaux -Dreieckaußer den Seiten haben weniger Krümmung. Wankel -Motoren liefern drei Kraftpulse pro Revolution des Rotors mit dem Otto -Zyklus. Die Ausgangswelle verwendet jedoch eine Zahnrad, um dreimal schneller zu drehen und einen Leistungsimpuls pro Revolution zu erzielen. Dies ist in der Animation unten zu sehen. In einer Revolution erfährt der Rotor gleichzeitig Stromimpulse und erschöpft Gas, während die vier Stufen des Otto -Zyklus zu verschiedenen Zeiten auftreten. Zum Vergleich in a Zweitakt-Kolbenmotor Für jede Kurbelwellenrevolution gibt es einen Leistungsimpul Vier-Takt-Kolbenmotor, ein Powerpuls für zwei Revolutionen.

Der vierstufige Otto-Zyklus von Einnahme, Kompression, Zündung und Abgas tritt bei jeder Revolution des Rotors an jedem der drei Rotorflächen auf, die sich im Oval-ähnlichen bewegen Epitrochoidal Gehäuse, die drei Power -Impulse pro Rotorrevolution ermöglichen.

Die in den Motorspezifikationen angegebene Verschiebung gilt typischerweise nur für eine Gesichtsfläche eines Rotors (eine einzelne Arbeitskammer) oder eine Gesichtsfläche multipliziert mit der Anzahl der Rotoren; Alle drei Gesichter aller Rotoren arbeiten jedoch gleichzeitig.

Der Motor wird allgemein als als bezeichnet Wankelmotor, obwohl dieser Name auch auf andere völlig unterschiedliche Designs angewendet wird, einschließlich beides solche mit Kolben und Kolbenlose Rotationsmotoren.

Konzept

Das Design wurde von konzipiert von Deutsch Techniker Felix Wankel. Wankel erhielt 1929 sein erstes Patent für den Motor NSUAusschluss eines funktionierenden Prototyps im Jahr 1957.[1] Die NSU lizenziert das Design anschließend an Unternehmen auf der ganzen Welt, die kontinuierlich Verbesserungen vorgenommen haben.

Entwurf

Das Wankel KKM -Motorrad: Das "A" markiert einen der drei Spitzen des Rotors. Das "B" markiert den exzentrischen Schaft, und der weiße Teil ist der Lappen des exzentrischen Schafts. Der Abstand zwischen "A" und "B" bleibt konstant. Die Welle dreht sich dreimal für jede Rotation des Rotors um den Lappen und einmal für jede Orbitalrevolution um den exzentrischen Schaft.
Schema des Wankel:
  1. Aufnahme
  2. Auspuff
  3. Statorgehäuse
  4. Kammern
  5. Ritzel
  6. Rotor
  7. Kronenausrüstung
  8. Exzentrische Welle
  9. Zündkerze.

Der Wankel -Motor hat die Vorteile des kompakten Designs und des niedrigen Gewichts gegenüber dem häufigeren internen Verbrennungsmotor, bei dem es sich um Hubkrokern handelt Kolben. Diese Rotationsmotoranwendungen bieten Vorteile in einer Vielzahl von Fahrzeugen und Geräten, einschließlich Automobile, Motorräder, Rennautos, Flugzeug, Go Karts, Jet-Ski, Schneemobil, Kettensägen, und Hilfskrafteinheiten. Bestimmte Wankel -Motoren haben eine Power-to-Gewicht-Verhältnis über eine PS pro Pfund.[2] Die meisten Motoren des Designs sind von Funkenentzündung, mit Kompressionszündungsmotoren nur in Forschungsprojekten gebaut worden.

Im Wankel -Motor die vier Striche von a Otto -Zyklus treten im Raum zwischen jedem Gesicht eines dreiseitigen symmetrischen Rotors und dem Inneren eines Gehäuses auf. Der ovale ähnliche Epitrochoid-Shaped Housing umgibt einen dreieckigen Rotor mit bugförmigen Gesichtern, die ähnlich wie a Reuleaux -Dreieck.[3] Die theoretische Form des Rotors zwischen den festen Spitzen ist das Ergebnis der Minimierung des Volumens des Geometrischen Brennkammer und Maximierung der Kompressionsrate, beziehungsweise.[4][5] Das symmetrisch Kurve, die zwei willkürliche Verbindung verbinden Spitzen des Rotors wird in Richtung der inneren Gehäuseform maximiert, wobei die Einschränkung das Gehäuse in einem Drehwinkel nicht berührt (a Bogen ist keine Lösung dafür Optimierungsproblem).

Die zentrale Antriebswelle, die als "exzentrische Welle" oder "E-Welle" bezeichnet wird, verläuft durch die Mitte des Rotors, die durch feste Lager getragen wird.[6] Die Rotoren fahren weiter Exzentriker (Analog zu Kurbelpins in Kolbenmotoren) Integraler zur exzentrischen Welle (analog zu einer Kurbelwelle). Die Rotoren beides drehen um die Exzentriker und machen Orbitalrevolutionen um den exzentrischen Schaft. Dichtungen an den Spitzen der Rotorsiegel gegen die Peripherie des Gehäuses und teilen sie in drei Bewegungen ein Verbrennungskammern.[4] Die Drehung jedes Rotors auf seiner eigenen Achse wird durch ein Paar Synchronisierungsgetriebe verursacht und gesteuert[6] Ein festes Zahnrad, das auf einer Seite des Rotorhäusers montiert ist, legt ein an dem Rotor befestigter Klingrad ein und sorgt dafür, dass der Rotor für jede Welle genau ein Drittelwechsel bewegt. Die Leistung des Motors wird nicht über die Synchronisierungsräder übertragen.[6] Der Rotor bewegt sich in seiner rotierenden Bewegung, die von den Zahnrädern und der exzentrischen Welle geleitet wird und nicht von der äußeren Kammer geleitet wird. Der Rotor darf nicht gegen das äußere Motorgehäuse reiben. Die Kraft des erweiterten Gasdrucks am Rotor übt Druck in die Mitte des exzentrischen Teils der Ausgangswelle aus.

Der einfachste Weg, die Wirkung der Engine in der Animation zu visualisieren, besteht darin, nicht den Rotor selbst, sondern den zwischen ihm und dem Gehäuse erzeugten Hohlraum zu betrachten. Die Wankel-Engine ist eigentlich ein Variable-Volumen-Fortschritt-Cavity-System. Somit wiederholen die drei Hohlräume pro Gehäuse alle den gleichen Zyklus. Die Punkte A und B am Rotor- und E-Wellen drehen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten-Punkte B dreimal so oft wie Punkt A, so dass eine volle Umlaufbahn des Rotors drei Kurven der E-Welle entspricht.

Während sich der Rotor um Orbital dreht, wird jede Seite des Rotors näher und dann von der Mauer des Gehäuses entfernt und die Brennkammer wie die Striche eines Kolbens in einem komprimiert und erweitert Hubkolbenmotor erwidern. Der Leistungsvektor der Verbrennungsstufe geht durch die Mitte des Offsetlappens.

Während ein Vierakten Der Kolbenmotor vervollständigt einen Verbrennungsstrich pro Zylinder für zwei Drehungen der Kurbelwelle (dh ein halbem Stromstrich pro Drehung der Kurbelwelle pro Zylinder), jede Verbrennungskammer im Wankel erzeugt einen Verbrennungsstrich pro Antriebswellenrotation, d. H. Ein Stromstrich pro Stromstrich pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Schlaganfall pro Anstrengung pro Antriebswellenrotation, d. H. Rotor Orbital Revolution und drei Leistungsstriche pro Rotorrotation. Und so kam es dass der Energie Die Ausgabe eines Wankel-Motors ist im Allgemeinen höher als der eines Vier-Takt-Kolbenmotors ähnlicher Hubraum in einem ähnlichen Zustand; und höher als die eines Vier-Takt-Kolbenmotors mit ähnlichen physischen Abmessungen und Gewicht.

Wankel -Motoren können idealerweise viel höher erreichen Motorrevolutionen als Hubkolbenmotoren mit ähnlicher Leistung zu erwidern. Dies ist teilweise auf die Glätte zurückzuführen, die seiner kreisförmigen Bewegung inhärent ist, das Fehlen eines mechanischen Ventils, bei dem Hubkörpern -Poppet -Ventile verwendet werden, und der Rotor, der sich mit einem Drittel der Geschwindigkeit der Ausgangswelle dreht. Die exzentrischen Wellen haben nicht die stressbedingten Konturen von Kurbelwellen. Die maximalen Revolutionen eines Rotationsmotors sind durch Zahnbelastung auf den Synchronisierungsrädern begrenzt.[7] Für einen verlängerten Betrieb über 7000 oder 8000 U / min werden verhärtete Stahlgeräte verwendet. In der Praxis werden Wankel-Motoren in Produktionsautomobilen nicht mit viel höheren Hauptwellengeschwindigkeiten betrieben als die Huberkolbenmotoren mit ähnlicher Ausgangsleistung, und die Zyklusgeschwindigkeit (ein Drittel der Wankel-Hauptwellengeschwindigkeit und die Hälfte der Vier-Takt-Kurbelwellengeschwindigkeit) ähneln denen konventionelle Motoren; Zum Beispiel erzeugte die "12A" -Rotärin im 1970er RX-2 eine Spitzenleistung bei 7.000 U / min (39 Motorzyklen pro Sekunde).[8] während der Hubkrockenkolbenmotor im selben Jahr derselben Modellfamilie (Capella) produzierte Spitzenleistung bei 6.000 U / min (50 Motorzyklen pro Sekunde).[9] Mazda-Wankel-Motoren im Auto-Rennen werden über 10.000 U / min betrieben, aber ebenso wie vier Takt-Hubkolbenmotoren mit relativ kleiner Verschiebung pro Zylinder. In Flugzeugen werden sie konservativ verwendet, bis zu 6500 oder 7500 U / min, aber wenn der Gasdruck an der Effizienz der Robben beteiligt ist, kann der Rennen mit einem Wankel-Motor bei hohen Revolutionen unter No-Last-Bedingungen den Motor zerstören.

Nationale Agenturen, die Automobile nach Verschiebung und Regulierungsbehörden in steuern Automobilrennen Betrachten Sie unterschiedlich, dass der Wankel-Motor einem Viertaktkolbenmotor von bis zu zweifache Verschiebung einer Kammer pro Rotor entspricht, obwohl drei Lappen pro Rotor existieren Ausgangswelle, sodass nur ein Stromstrich pro Arbeit pro Output -Revolution auftritt. Einige Rennserien haben das Wankel insgesamt zusammen mit allen anderen Alternativen zum traditionellen gegenseitigen Kopffreiheit und vier Takt-Design verboten.[10]

Geschichte

Frühe Entwicklungen

Der erste DKM -Wankel -Motor, der von entworfen wurde, Felix Wankel, der DKM 54 (Drehkolbenmotor) im Deutschen Museum in Bonn, Deutschland: Der Rotor und sein Gehäusedreh
Der erste KKM -Wankel -Motor von Hanns Dieter Paschke, der NSU KKM 57P (Kreiskolbenmotor), im AutoVision und Forum, Deutschland: Das Rotorgehäuse ist statisch.

Im Jahr 1951, NSU Motorenwerke AG in Deutschland begann mit der Entwicklung des Motors zu entwickeln, wobei zwei Modelle gebaut wurden. Der erste, der DKM -Motor, wurde von Felix Wankel entwickelt. Der zweite, der KKM -Motor, wurde nicht von Felix Wankel, sondern von Hanns Dieter Paschke entwickelt. Der Paschke -Motor wurde als Grundlage für den modernen Wankel -Motor übernommen, der jedoch nach Felix Wankel benannt wurde.[11]

Die Basis des DKM -Motortyps war, dass sowohl der Rotor als auch das Gehäuse auf getrennten Achsen herumgedreht wurden. Der DKM -Motor erreichte höhere Revolutionen pro Minute (bis zu 17.000 U / min) und war natürlicher ausgeglichen. Der Motor musste jedoch entzogen werden, um die Zündkerzen zu wechseln, und enthielt mehr Teile. Der KKM -Motor war einfacher und hatte ein festes Gehäuse.

Der erste arbeitende Prototyp, DKM 54, produzierte 21 PS (16 kW) und lief am 1. Februar 1957 in der NSU -Forschungs- und Entwicklungsabteilung Mit suchsabElung tx.[1][12]

Der KKM 57 (der Wankel -Drehmotor, Kreiskolbenmotor) Wurde 1957 vom NSU -Ingenieur Hanns Dieter Paschke ohne Kenntnis von Felix Wankel errichtet, der später bemerkte: "Sie haben mein Rennpferd in eine Pflugstute verwandelt".[13]

Lizenzen ausgestellt

1960 die NSU, die Firma, die die beiden Erfinder beschäftigte, und die US -Firma Curtiss-Wrightunterzeichnete eine gemeinsame Vereinbarung. Die NSU sollte sich auf die Entwicklung mit niedrigem und mittlerem Wankel-Motor konzentrieren, wobei Curtiss-Wright hochleistungsfähige Motoren entwickelte, darunter Flugzeugmotoren, von denen Curtiss-Wright jahrzehntelange Erfahrung im Entwerfen und Produktion hatte.[14] Curtiss-Wright rekrutiert Max Bentele um ihr Designteam zu leiten.

Viele Hersteller unterzeichneten Lizenzvereinbarungen für die Entwicklung, angezogen von der Glätte, dem ruhigen Laufen und der Zuverlässigkeit, die aus dem unkomplizierten Design ausgeht. Unter ihnen waren Alfa Romeo, Amerikanische Motoren, Citroën, Ford, General Motors, Mazda, Mercedes Benz, Nissan, Porsche, Rolls Royce, Suzuki, und Toyota.[1] In den Vereinigten Staaten im Jahr 1959 war Curtiss-Wright im Rahmen der Lizenz von NSU Pionierverbesserungen im Basismotorendesign. In Großbritannien, in den 1960er Jahren, war Rolls Royce's Motor Car Division zweistufig Pionierarbeit Diesel- Version des Wankel -Motors.[15]

Citroën recherchierte und produzierte die M35, GS Birotorund re2[FR] Hubschraubermit Motoren, die von produziert werden von Comotor, ein Joint Venture von Citroën und NSU. General Motors schien zu dem Schluss gekommen zu sein, dass der Wankel -Motor etwas teurer war als ein gleichwertiger Hubkolbenmotor. General Motors behauptete, das Problem der Kraftstoffökonomie gelöst zu haben, habe jedoch nicht in einer gleichzeitigen Weise zu akzeptablen Abgasemissionen eingeholt. Mercedes-Benz machte einen Wankel-Motor in ihre C111 Konzeptauto.

Deere & Company entwarf eine Version, die in der Lage war, eine Vielzahl von Kraftstoffen zu verwenden. Das Design wurde als Stromquelle für vorgeschlagen United States Marine Corps Kampffahrzeuge und andere Geräte Ende der 1980er Jahre.[16]

1961 die Sowjet Die Forschungsorganisation von Nati, Nami und Vniimotoprom begann mit der Entwicklung experimenteller Motoren mit unterschiedlichen Technologien.[17] Sowjetischer Automobilhersteller Avtovaz Auch experimentiert in Wankel -Motordesign ohne a LizenzEinführung einer begrenzten Anzahl von Motoren in einigen Autos.[18]

Durch Mitte September 1967, sogar Wankel Modellmotoren wurde über den Deutschen erhältlich Graupner Aeromodeling -Produkte, für sie für sie hergestellt von O.S. Motoren von Japan.

Trotz vieler Forschung und Entwicklung weltweit hat nur Mazda Wankel -Motoren in großen Mengen produziert.

Entwicklungen für Motorräder

In Britannien, Norton -Motorräder entwickelte einen Wankel -Rotationsmotor für MotorräderBasierend auf dem Sachs Air Cooled Rotor Wankel, der das DKW/Hercules W-200000-Motorrad trug. Dieser Zwei-Rotor-Motor wurde in die enthalten Kommandant und F1. Norton verbesserte sich bei der Luftkühlung von Sachs und führte eine Plenumkammer ein. Suzuki machte auch ein Produktionsmotorrad, das von einem Wankel -Motor angetrieben wurde, der Re5mit FerroTic Legierungspunkte und ein NSU -Rotor in einem erfolgreichen Versuch, das Leben des Motors zu verlängern.

Entwicklungen für Autos

Mazda und NSU unterzeichneten 1961 einen Untersuchungsvertrag zur Entwicklung des Wankel-Motors und nahmen an dem ersten Wankel-angetriebenen Automobil auf den Markt. Obwohl Mazda eine produzierte Experimentelles Wankel In diesem Jahr war die NSU an erster Stelle mit einem Wankel -Automobil zum Verkauf, dem Sporty NSU Spider im Jahr 1964; Mazda konterte mit einer Anzeige von zwei- und vier-Rotor-Wankel-Motoren im diesjährigen Tokyo Autosalon.[1] Im Jahr 1967 begann die NSU mit der Produktion eines mit Wankel eingefleischten Luxusautos, der RO 80.[19] Die NSU hatte jedoch im Gegensatz zu Mazda und Curtiss-Wright keine zuverlässigen Apex-Dichtungen am Rotor erzeugt. Die NSU hatte Probleme mit dem Verschleiß von Apex -Dichtungen, einer schlechten Schachtschmierung und einem schlechten Kraftstoffverbrauch, was zu häufigen Motorfehlern führte, die erst 1972 gelöst wurden, was zu großen Garantiekosten führte, die eine weitere Entwicklung der NSU -Wankel -Motormotoren einschränken. Diese vorzeitige Veröffentlichung des neuen Wankel -Motors gab einen schlechten Ruf für alle Marken, und selbst wenn diese Probleme in den letzten Motoren gelöst wurden, die von NSU in der zweiten Hälfte der 70er Jahre hergestellt wurden, erholte sich der Umsatz nicht.[1] AudiNach der Übernahme von NSU, gebaut, 1979 ein neuer KKM 871-Motor mit Seiteneinlassöffnungen, eine 750-cm3-Kammer, 170 PS (130 kW) bei 6.500 U / min und 220 NM (162 ft-lb) bei 3.500 Drehzahl. Der Motor wurde in einem Audi 100-Rumpf namens "Audi 200" installiert, wurde jedoch nicht in Massenproduktion produziert.

MazdaDer erste Wankel -Motor, Vorläufer der 10a, im Mazda Museum in Hiroshima, Japan
Mercedes-Benz C111 wurde mit einem Wankel-Motor mit vier Autoletten ausgestattet

Mazda behauptete jedoch, das Problem der Apex -Siegel und Betriebstestmotoren mit hoher Geschwindigkeit für 300 Stunden ohne Ausfall gelöst zu haben.[1] Nach Jahren der Entwicklung, Mazdas erster Wankel-Engine Auto war das 1967 Cosmo 110s. Das Unternehmen folgte mit einer Reihe von Wankel ("Rotary" in den Terminologie des Unternehmens), einschließlich eines Busses und a Pick-up. Die Kunden zitierten häufig die Smoothness des Autos. Mazda wählte jedoch eine Methode zur Einhaltung Kohlenwasserstoff Emissionsstandards Dies, obwohl es billiger zu produzieren ist, erhöhte den Kraftstoffverbrauch. Unglücklicherweise für Mazda wurde dies unmittelbar vor einem starken Anstieg der Kraftstoffpreise eingeführt. Curtiss-Wright erzeugte den RC2-60-Motor, der mit einem V8-Motor in Bezug auf Leistung und Kraftstoffverbrauch vergleichbar war. Im Gegensatz zu NSU hatte Curtiss-Wright bis 1966 das Problem der Rotorversiegelung mit Dichtungen mit 160.000 km (160.000 km) gelöst.[20]

Mazda verließ später das Wankel in den meisten ihrer Automobildesigns und benutzte den Motor weiterhin in ihrem Sportwagen Nur Reichweite, die die produzieren RX-7 Bis August 2002. Das Unternehmen verwendete normalerweise zwei-Rotor-Designs. Ein fortgeschrittenerer ZwillingTurbo Drei-Rotor-Motor wurde 1991 ausgestattet Eunos Cosmo Sportwagen. Im Jahr 2003 stellte Mazda die vor Renesis Motor in der ausgestattet RX-8. Der Renesis -Motor verlegte die Anschlüsse für den Auspuff von der Peripherie des Rotationsgehäuses zu den Seiten und ermöglichte größere Gesamtanschlüsse, einen besseren Luftstrom und weitere Stromgewinne. Einige frühe Wankel -Motoren hatten auch Seitenabgasanschlüsse, wobei das Konzept aufgrund des Kohlenstoffbaus in Häfen und den Seiten des Rotors aufgegeben wurde. Der Renesis -Motor löste das Problem durch die Verwendung eines Keystone Scraper -Seitendichts und näherte sich den Schwierigkeiten der thermischen Verzerrung, indem einige Teile aus Keramik hinzugefügt wurden.[21] Die Renesis kann 238 PS (177 kW) mit verbesserter Kraftstoffverbrauch, Zuverlässigkeit und niedrigeren Emissionen als frühere Mazda -Rotary -Motoren fähig sind.[22] Alles aus einer nominalen 1,3-l-Verschiebung, aber dies reichte nicht aus, um strengere Emissionsstandards zu erfüllen. Mazda beendete die Produktion ihres Wankel -Motors im Jahr 2012, nachdem der Motor die strengeren Begegnung mit dem Motor nicht erfüllt hatte Euro 5 EmissionsstandardsVerlassen kein Automobilunternehmen, das ein Wankel-betriebenes Fahrzeug verkauft.[23] Das Unternehmen entwickelt die nächste Generation von Wankel-Motoren, die SkyActiv-R, fort. Mazda gibt an, dass die SkyActiv-R die drei wichtigsten Probleme mit früheren Rotationsmotoren löst: Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Zuverlässigkeit.[24] Mazda und Toyota kündigten an, dass sie zusammen eine Reichweite des Rotationsmotors für Fahrzeuge produzieren.[25][26]

Dieser 1972 GM -Drehmotorenausschnitt zeigt Zwillingsrotoren.

Die American Motors Corporation (AMC), der kleinste US -Autohersteller, war so überzeugt "... dass der Rotationsmotor eine wichtige Rolle als Triebwerk für Autos und Lastwagen der Zukunft spielen wird ...", der der Vorsitzende, Roy D. Chapin Jr., unterzeichnete im Februar 1973 nach einem Jahr Verhandlungen eine Vereinbarung über den Bau von Wankel -Motoren für beide Personenwagen und Jeepssowie das Recht, alle Rotary -Motoren an andere Unternehmen zu verkaufen.[27][28] Der Präsident von AMC, William Luneburg, erwartete bis 1980 nicht eine dramatische Entwicklung, aber Gerald C. MeyersDer Vice President der Ingenieurproduktgruppe von AMC schlug vor, dass AMC die Motoren aus Curtiss-Wright kaufen sollte, bevor er seine eigenen Wankel-Motoren entwickelte, und bis 1984 einen Gesamtübergang zur Rotary Power voraussagte.[29] Pläne forderten, dass der Motor in der verwendet wird AMC Pacer, aber die Entwicklung wurde zurückgedrängt.[30][31] Amerikanische Motoren haben das Unique entworfen Schrittmacher um den Motor. Bis 1974 hatte AMC beschlossen, das zu kaufen General Motors (GM) Wankel, anstatt einen Motor im eigenen Haus zu bauen.[32] Sowohl GM als auch AMC bestätigten, dass die Beziehung bei der Vermarktung des neuen Motors von Vorteil sein würde. AMC behauptete, dass der GM -Wankel einen guten Kraftstoffverbrauch erzielt habe.[33] Die Motoren von GM hatten jedoch keine Produktion erreicht, als der Pacer auf den Markt gebracht wurde. Das 1973 Ölkrise spielte eine Rolle, um die Verwendung des Wankel -Motors zu frustrieren. Steigende Kraftstoffpreise und das Gespräch über die vorgeschlagenen US -Emissionsstandardsgesetzgebung fügten ebenfalls Bedenken bei.

Bis 1974 war es GM R & D nicht gelungen, einen Wankel -Motor sowohl den Emissionsanforderungen als auch dem guten Kraftstoffverbrauch zu erfüllen, was eine Entscheidung des Unternehmens zur Absage des Projekts besiegte. Aufgrund dieser Entscheidung veröffentlichte das F & E-Team nur teilweise die Ergebnisse seiner jüngsten Forschungsergebnisse, die behaupteten, das Problem der Kraftstoffökonomie gelöst zu haben und zuverlässige Motoren mit einer Lebensdauer von über 530.000 km zu bauen. Diese Ergebnisse wurden nicht berücksichtigt, als die Stornierungsanweisung erteilt wurde. Das Ende des Wankel -Projekts von GM verlangte AMC, den Pacer neu zu konfigurieren, um seine Ehrwürdigkeit unterzubringen AMC Straight-6 Motor Heckräder fahren.[34]

1974 die Sovietunion Erstellte ein spezielles Bureau mit Motor, das 1978 einen Motor entwickelte, der als VAZ-311 bezeichnet wird, der in a eingebaut ist VAZ-2101 Wagen.[35] 1980 begann das Unternehmen mit der Lieferung des Vaz-411 Twin-Rotor-Wankel-Motors in VAZ-2106 und Lada Autos, wobei etwa 200 hergestellt werden. Der größte Teil der Produktion ging an die Sicherheitsdienste.[36][37] Die nächsten Modelle waren die VAZ-4132 und VAZ-415. Eine Rotary -Version des Samara wurde ab 1997 an die russische Öffentlichkeit verkauft. AviadvigatelEs ist bekannt, dass das sowjetische Flugzeug-Engine-Designbüro Wankel-Motoren mit elektronischer Injektion für Flugzeuge und Hubschrauber mit festem Flügel erzeugt hat, obwohl nur wenige spezifische Informationen aufgetaucht sind.

Ford führte Forschungen in Wankel -Motoren durch, was zu Patenten führte: gewährt: GB 1460229 , 1974, Methode zur Herstellung von Gehäusen; US 3833321  1974, Seitenplattenbeschichtung; US 3890069 , 1975, Wohnbeschichtung; CA 1030743 , 1978: Ausrichtung der Gehäuse; CA 1045553 , 1979, Reed-Valve-Versammlung. 1972 erklärte Henry Ford II, dass der Rotary den Kolben in "My Lifetime" wahrscheinlich nicht ersetzen würde.[38]

Maschinenbau

Apex -Siegel, links NSU RO 80 Serie und Forschung und rechts Mazda 12a und 13b
  • Links: Mazda L10A Sturz Axialkühlung
  • Mitte: Audi NSU EA871 AXIAL WASSERKAUFUNG Nur der heiße Bogen
  • Recht: Diamantmotoren Wankel Radialkühlung nur den heißen Bogen

Felix Wankel gelang es, die meisten Probleme zu überwinden, bei denen frühere Rotationsmotoren ausfällt, indem eine Konfiguration mit Schaufel Seals mit einem Spitzenradius entspricht, der der Menge an "Übergröße" der Rotorgehäuseform im Vergleich zum theoretischen Epitrochoid entspricht, um Radial zu minimieren, um Radial zu minimieren Apex-Siegelbewegung plus Einführung eines zylindrischen Gasladenspitzenstifts, der an allen Versiegelungselementen an jedem Rotorspitze um die drei Ebenen abgeleitet wurde.[39]

In den frühen Tagen mussten spezielle, engagierte Produktionsmaschinen für unterschiedliche dimensionale Arrangements für Wohnungen errichtet werden. Patentiertes Design wie jedoch US -Patent 3.824.746, G. J. Watt, 1974, für eine "Wankel -Motorzylinder -Erzeugungsmaschine", US -Patent 3.916.738, "Apparat für die Bearbeitung und/oder Behandlung trochoidaler Oberflächen" und US -Patent 3.964.367"Gerät zur Bearbeitung trochoidaler innerer Wände" und andere löste das Problem.

Rotationsmotoren haben ein Problem, das nicht bei Hubkrocken von Kolben-Viertaktmotoren vorhanden ist, da das Blockgehäuse eine Aufnahme, Komprimierung, Verbrennung und Abgas an festen Stellen rund um das Gehäuse aufweist. Im Gegensatz dazu führen Hubkolbenmotoren diese vier Schläge in einer Kammer durch, so dass die Extreme der "einfrierenden" Aufnahme und des "flammenden" Auspuffs gemittelt und durch eine Grenzschicht vor Überhitzungsarbeitsteilen abgeschirmt werden. Die Verwendung von Wärmerohren in einem luftgekühlten Wankel wurde von der University of Florida vorgeschlagen, um diese ungleiche Erwärmung des Blockgehäuses zu überwinden.[40] Die Vorheizung bestimmter Wohnabschnitte mit Abgas verbesserte die Leistung und den Kraftstoffverbrauch und verringert auch Verschleiß und Emissionen.[41]

Die Grenzschichtschilde und der Ölfilm wirken als thermische Isolierung, was zu einer niedrigen Temperatur des Schmierfilms führt (ungefähr maximal 200 ° C oder 392 ° F an einem wassergekühlten Wankel-Motor. Dies ergibt eine konstantere Oberflächentemperatur. Die Temperatur Rund um die Zündkerze entspricht ungefähr der Temperatur in der Brennkammer eines Hubkolbenmotors. Mit Umfangs- oder axialer Durchflusskühlung bleibt die Temperaturdifferenz erträglich.[42][43][44][45]

Probleme traten während der Forschung in den 1950er und 1960er Jahren auf. Für eine Weile standen die Ingenieure mit dem, was sie "Chatter Marks" und "Devil's Scratch" auf der inneren Epitrochoidoberfläche nannten. Sie stellten fest, dass die Ursache die Apex -Dichtungen waren, die eine Resonanzvibration erreichten, und das Problem wurde gelöst, indem die Dicke und das Gewicht von Apex -Dichtungen reduziert wurden. Kratzer verschwanden nach Einführung kompatiblerer Materialien für Dichtungen und Gehäusebeschichtungen. Ein weiteres frühes Problem war das Aufbau von Rissen in der Statoroberfläche in der Nähe des Steckerlochs, das durch Installieren der Zündkerzen in einer separaten Metalleinsatz-/ Kupferhülle im Gehäuse eliminiert wurde, anstatt dass die Stecker direkt in das Blockgehäuse geschraubt wurde.[46] Toyota stellte fest, dass das Ersetzen einer Glühenklemme durch die führende Zündkerze mit niedriger Drehzahl, Teillast, spezifischem Kraftstoffverbrauch um 7%sowie Emissionen und Leerlauf verbesserte.[47] Eine spätere alternative Lösung zur Abkühlung des Zündkerzens wurde mit einem variablen Kühlmittelgeschwindigkeitsschema für wassergekühlte Rotaries ausgestattet, das weit verbreitet wurde und von Curtiss-Wright patentiert wurde.[48] Mit dem letzten gelisteten für eine bessere luftgekühlte Motor-Zündkerzen-Boss-Kühlung. Diese Ansätze erfordern keine hohe Leitfähigkeit Kupfereinsatz, aber ihre Verwendung nicht ausgeschlossen. Ford testete einen Rotationsmotor mit den in den Seitenplatten platzierten Steckern anstelle der üblichen Platzierung in der Arbeitsfläche im Gehäuse (CA 1036073 , 1978).

Kürzliche Entwicklungen

Erhöhen Sie die Verschiebung und Leistung eines Drehmotors, indem Sie mehr Rotoren zu einem grundlegenden Design hinzufügen, ist einfach, aber es kann eine Grenze in der Anzahl der Rotoren vorhanden sein, da die Leistung durch die letzte Rotorwelle mit allen Spannungen des gesamten Motors geleitet wird an diesem Punkt anwesend. Für Motoren mit mehr als zwei Rotoren, die zwei Bi-Rotor-Sätze durch eine Serrate-Kopplung (wie a Hirth Joint) zwischen den beiden Rotor -Sets wurde erfolgreich getestet.

Untersuchungen im Vereinigten Königreich unter dem Projekt SPARCS (Selfurising-Air-Rotorkühlsystem) ergaben, dass die Leerlaufstabilität und -wirtschaft durch die Versorgung eines Zeltmixes an nur einen Rotor in einem Multi-Rotor-Motor in einem erzwungenen Luftkühlungsrotor erhalten wurden Ähnlich wie bei den Norton Air Cooled Designs.

Die Nachteile des Wankel -Motors von unzureichender Schmierung und Kühlung bei Umgebungstemperaturen, kurzer Motorlebensdauer, hohen Emissionen und niedrigen Kraftstoffeffizienz wurden vom Norton -Rotationsmotorspezialisten angegriffen David Garside, der 2016 drei patentierte Systeme entwickelte.[49][50]

  • Sparcs
  • Kompakt-Sparcs
  • Creev (zusammengesetzter Rotationsmotor für Elektrofahrzeuge)

SPARCs und Kompaktsparcs bieten eine überlegene Wärmeabstoßung und ein effizientes Wärmeleitausgleich, um die Schmierung zu optimieren. Ein Problem mit Rotationsmotoren ist, dass das Motorgehäuse beim Laufen dauerhaft kühl und heiße Oberflächen hat. Es erzeugt auch übermäßige Wärme im Motor, die das Schmieröl schnell abbaut. Das SPARCS -System reduziert diese weite Differenz bei Wärmetemperaturen im Metall des Motorgehäuses und kühlt auch den Rotor vom Inneren des Motorkörpers ab. Dies führt zu einer verringerten Lebensdauer der Motorverschleiß. Wie im unbemannten Systemmagazin für Systeme Technology beschrieben, verwendet Sparcs einen versiegelten Rotorkühlkreis, der aus einem zirkulierenden Zentrifugalventilator und einem Wärmetauscher besteht, um die Wärme abzulehnen. Dies wird selbstbedruckt, indem die Blow-by-by-by-by-by-by-by der Rotor-Seitengasdichtungen von den erfasst wird Arbeitskammern. "[51][52]Creev ist ein „Auspuffreaktor“, der einen Wellen und einen Rotor im Inneren von einer anderen Form als Wankel -Rotor enthält. Der Reaktor, der sich im Abgasstrom außerhalb der Brennkammer des Motors befindet, verbraucht unverbrannte Abgasprodukte, ohne ein zweites Zündsystem zu verwenden, bevor verbrannte Gase in das Auspuffrohr leitet. Der Reaktorenwelle wird Pferdestärke gegeben. Niedrigere Emissionen und verbessert Kraftstoffeffizienz sind erreicht. Alle drei Patente sind derzeit an die in Großbritannien ansässige Ingenieure AIE (UK) Ltd. lizenziert.[53][54][55][56][57]

Materialien

Im Gegensatz zu einem Kolbenmotor, bei dem der Zylinder durch den Verbrennungsprozess erhitzt und dann durch die eingehende Ladung abgekühlt wird Wärmeausdehnung. Während dies große Anforderungen an die verwendeten Materialien stellt, erleichtert die Einfachheit des Wankels die Verwendung alternativer Materialien wie exotische Legierungen und erleichtert die Verwendung Keramik. Mit der Wasserkühlung in einer radialen oder axialen Strömungsrichtung und dem heißen Wasser aus dem heißen Bogen, der den kalten Bogen erhitzt, bleibt die thermische Ausdehnung tolerierbar. Die obere Motortemperatur wurde auf 129 ° C (264 ° F) reduziert, wobei eine maximale Temperaturdifferenz zwischen Motorteilen von 18 ° C (32 ° F) unter Verwendung von Wärmerohren um das Gehäuse und in Seitenplatten als Abkühlmittel verwendet wurde .[40]

Zu den Legierungen, die für die Verwendung von Wankel-Wohnungen zitiert sind, gehören A-132, Inconel 625 und 356, die mit T6-Härte behandelt wurden. Für die Überplatte der Arbeitsfläche von Gehäuse wurden mehrere Materialien verwendet, Nikasil eins sein. Citroën, Mercedes-Benz, Ford, ein P. Grazen und andere beantragten Patente auf diesem Gebiet. Für die Apex -Dichtungen hat sich die Auswahl der Materialien zusammen mit der gewonnenen Erfahrung entwickelt, von Kohlenstofflegierungen bis hin zu Stahl, Ferrotik und anderen Materialien. Die Kombination zwischen Unterkünften und Apex- und Seitendichtungsmaterialien wurde experimentell bestimmt, um die beste Dauer sowohl der Dichtungen als auch der Gehäuseabdeckung zu erhalten. Für die Welle werden Stahllegierungen mit geringer Verformung bei der Last bevorzugt. Dafür wurde die Verwendung von Maraging -Stahl vorgeschlagen.

Blei Benzinbrennstoff war der vorherrschende Typ in den ersten Jahren der Entwicklung des Wankel -Motors. Blei ist ein solides Schmiermittel und Blei Benzin ist entwickelt, um das Tragen von Dichtungen und Gehäusen zu verringern. Die ersten Motoren hatten die Ölversorgung unter Berücksichtigung der Schmiereigenschaften von Benzin berechnet. Als Bleibenzin ausgeschaltet wurde, benötigten Wankel -Motoren eine erhöhte Ölmischung im Benzin, um kritische Motorteile zu schmieren. Erfahrene Benutzer raten selbst bei Motoren mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung und fügen mindestens 1% Öl direkt in Benzin als Sicherheitsmaßnahme hinzu, falls die Pumpe mit Öl an Teile der Brennkammer versorgt oder in der Luft saugte. Blei Tetraethyl (tel) verbrennt im Motor, um Kohlendioxid, Bleioxid und Wasser zu bilden. Da sich das Bleioxid in der Brennkammer ablegen würde, wird Tel zusammen mit Ethylbromid oder Ethylenchlorid verwendet, das das Bleioxid in Bleibromid oder Bleichlorid umwandelt, das leichter verdampft. [58] Ein SAE -Papier von David Garside Die Auswahl an Materialien und Kühlflossen ausgiebig beschrieben.

Es wurden mehrere Ansätze mit festen Schmiermitteln getestet, und sogar die Zugabe von Liquimoly (enthalten MOS2) wird mit 1 ccm (1 ml) pro Liter Kraftstoff empfohlen. Viele Ingenieure[wer?] Stimmen Sie zu, dass die Zugabe von Öl zu Benzin wie bei alten Zweitaktmotoren ein sichererer Ansatz für die Motorzuverlässigkeit ist als eine Ölpumpe, die in das Ansaugsystem injiziert wird, oder direkt zu den Teilen, die Schmierung benötigen. Eine kombinierte Öl-in-Brenn-Plus-Ölmessungspumpe ist immer möglich.[59][Fehlgeschlagene Überprüfung]

Abdichtung

Frühe Motorkonstruktionen hatten eine hohe Inzidenz von Versiegelungsverlust, sowohl zwischen Rotor als auch dem Gehäuse und auch zwischen den verschiedenen Teilen, die das Gehäuse ausmachten. Auch in früheren Modell -Wankel -Motoren konnten Kohlenstoffpartikel zwischen dem Siegel und dem Gehäuse eingeschlossen werden, wobei der Motor klagt und einen teilweisen Wiederaufbau erfordert. Es war üblich, dass sehr frühe Mazda -Motoren nach 50.000 km wieder aufgebaut wurden. Weitere Versiegelungsprobleme entstanden aus der ungleichmäßigen Wärmeverteilung innerhalb der Gehäuse, was zu Verzerrungen und Verlust der Versiegelung und Kompression führte. Diese thermische Verzerrung verursachte auch einen ungleichmäßigen Verschleiß zwischen dem Apex -Siegel und dem Rotorgehäuse, was auf höheren Kilometermotoren erkennbar war. Das Problem wurde verschärft, als der Motor vor dem Erreichen gestresst wurde Betriebstemperatur. Mazda -Rotationsmotoren lösten diese anfänglichen Probleme jedoch. Aktuelle Motoren haben fast 100 dichtungsbezogene Teile.[1]

Das Problem der Freigabe für Hot-Rotor-Apexes, die zwischen den axial engeren Seitengehäusen in den Kühler-Einlass-Lappenflächen fließen US 3261542 , C. Jones, 08.05.63, US 3176915 , M. Bentele, C. Jones. A. H. Raye. 7/2/62) und leicht "gekrönte" Apex -Dichtungen (unterschiedliche Höhe in der Mitte und in den Extremen des Siegels).

Kraftstoffverbrauch und Emissionen

Der Wankel -Motor hat Probleme bei der Kraftstoffeffizienz und Emissionen beim Verbrennen von Benzin. Benzinmischungen zünden langsam, haben eine langsame Flamme -Ausbreitungsgeschwindigkeit und einen höheren Abstand im Kompressionszyklus von 2 mm im Vergleich zu Wasserstoff 0,6 mm. Zusammen verschwenden diese Faktoren Kraftstoff, die Strom verursacht hätten und die Effizienz verringern. Die Lücke zwischen Rotor und Motorgehäuse ist für Benzin im Kompressionszyklus zu eng, aber für Wasserstoff ausreichend weit. Die schmale Lücke ist erforderlich, um Komprimierung zu erstellen. Wenn der Motor Benzin verwendet, wird übrig gebliebenes Benzin durch den Auspuff in die Atmosphäre ausgeworfen. Dies ist kein Problem bei der Verwendung von Wasserstoffbrennstoff, da das gesamte Kraftstoffgemisch in der Brennkammer verbrannt wird, was nahezu keine Emissionen verleiht und die Kraftstoffeffizienz um 23%erhöht.[60][61]

Die Form der Wankel -Verbrennungskammer ist widerstandsfähiger gegen Vorinformation operieren auf niedriger-Oktanzahl Benzin als ein vergleichbarer Kolbenmotor.[62] Die Verbrennungskammerform kann auch zu einer unvollständigen Verbrennung der Luftkraftstoffladung mit Benzinbrennstoff führen. Dies würde zu einer größeren Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe führen, die in den Auspuff freigesetzt werden. Der Auspuff ist jedoch relativ niedrig in Nox Emissionen, weil die Verbrennungstemperaturen niedriger sind als in anderen Motoren und auch wegen von Abgasrezirkulation (EGR) in frühen Motoren. Sir Harry Ricardo zeigte in den 1920er Jahren, dass für jeden 1% igen Zunahme des Abgasanteils im Zulassungsmix eine 7 gibt ° C Reduktion der Flammentemperatur. Dies ermöglichte es Mazda, die Vereinigten Staaten zu treffen Clean Air Act von 1970 1973 mit einem einfachen und kostengünstigen "thermischen Reaktor", der eine vergrößerte Kammer in der war Auspuffkrümmer. Durch Verringern des Luftstoffverhältnis, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) im Auspuff würden die Verbrennung im thermischen Reaktor unterstützen. Piston-Engine-Autos benötigten teuer Katalysatoren um sowohl unverbrannte Kohlenwasserstoffe als auch mit NOx -Emissionen umzugehen.

Diese kostengünstige Lösung erhöhte den Kraftstoffverbrauch. Der Verkauf von Rotationsmotorenwagen litt der Ölkrise von 1973 Erhöhung des Benzinpreises, der zur Senkung des Umsatzes führt. Toyota entdeckte, dass die Injektion von Luft in die Abgasanschlusszone den Kraftstoffverbrauch verbesserte, was die Emissionen reduzierte. Die besten Ergebnisse wurden mit Löchern in den Seitenplatten erzielt; Es hatte keinen merklichen Einfluss im Auspuffkanal.[47] Die Verwendung einer dreistufigen Katalysatoren, bei der die Luft in der Mitte geliefert wurde, wie bei zwei Takt-Kolbenmotoren, erwies sich ebenfalls als vorteilhafte Besprechungsemissionsvorschriften.[63]

Mazda hatte die Kraftstoffeffizienz des thermischen Reaktorsystems um 40% mit dem verbessert RX-7 Einführung im Jahr 1978. Mazda verlagerte sich jedoch schließlich zum Katalysatorsystem.[6] Gemäß der Curtiss-Wright-Forschung ist der Faktor, der die Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoff im Abgas steuert, die Rotoroberflächentemperatur, wobei höhere Temperaturen weniger Kohlenwasserstoff erzeugen.[64] Curtiss-Wright zeigte auch, dass der Rotor erweitert werden kann, wodurch der Rest der Motorarchitektur unverändert bleibt, wodurch die Reibungsverluste verringert und die Verschiebung und die Leistung erhöht werden. Der begrenzende Faktor für diese Erweiterung war mechanisch, insbesondere die Schachtauslenkung bei hohen rotativen Geschwindigkeiten.[65] Das Löschen ist die dominierende Kohlenwasserstoffquelle bei hohen Geschwindigkeiten und Leckagen bei niedrigen Geschwindigkeiten.[66]

Automobile-Wankel-Rotationsmotoren können einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der Lage sind. Es wurde jedoch gezeigt, dass eine frühzeitige Öffnung des Einlassports, längere Einlasskanäle und eine größere Rotor -Exzentrizität das Drehmoment bei niedrigeren Drehzahl erhöhen können. Die Form und Positionierung der Aussparung im Rotor, die den größten Teil der Brennkammer bildet, beeinflusst die Emissionen und den Kraftstoffverbrauch. Die Ergebnisse in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen variieren je nach Form der Verbrennungspause, die durch die Platzierung von Zündkerzen pro Kammer eines einzelnen Motors bestimmt wird.[67]

Mazda RX-8 Auto mit dem Renesis Motor getroffen Kalifornien Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch, einschließlich der kalifornischen Niedrigemissionen -Fahrzeugstandards (Low Emissions Vehicle). Dies wurde durch eine Reihe von Innovationen erreicht. Die Auspuffanschlüsse, die sich in früheren Mazda -Rotaries in den Rotorgehäusen befanden, wurden zu den Seiten der Brennkammer verlegt. Dies löste das Problem des früheren Aschenaufbaus im Motor und die thermischen Verzerrungsprobleme der Seitenaufnahme- und Abgasanschlüsse. In den Rotorseiten wurde ein Schabersiegel hinzugefügt, und einige Keramik Teile wurden im Motor verwendet. Dieser Ansatz ermöglichte es Mazda, die Überlappung zwischen Aufnahme- und Abgasanschlussöffnungen zu beseitigen und gleichzeitig den Abgasanschlussbereich zu erhöhen. Der Seitenback floss den unverbrannten Kraftstoff in der Kammer, verringerte den Ölverbrauch und verbesserte die Verbrennungsstabilität im niedrigen Geschwindigkeits- und Lichtlastbereich. Die HC -Emissionen aus dem Seitungsabgasanschluss -Wankel -Motor sind 35–50% geringer als die aus dem Wankel -Motor des peripheren Abgasanschlusses, da sich die Überlappung von nahezu nuller Einlass- und Abgasanschluss öffnet. Periphere portierte Rotationsmotoren haben eine bessere mittlerer wirksamer Druckbesonders bei hoher Drehzahl und mit einem rechteckigen Einlassanschluss.[68][69][70] Der RX-8 wurde jedoch nicht verbessert, um sich zu treffen Euro 5 Emissionsvorschriften und wurde 2012 eingestellt.[71]

Mazda wird immer noch die Entwicklung der nächsten Generation von Wankel-Motoren fortsetzen. Das Unternehmen recherchiert Motor Laserzündung, was herkömmliche Zündkerzen eliminiert, Direkte Kraftstoffeinspritzung, funkellos HCCI Zündung und SPCCI -Zündung. Diese führen zu einer größeren Rotor-Exzentrizität (gleichzeitig mit einem längeren Schlaganfall in einem Hilfsmotor) mit verbesserter Elastizität und niedrigem Drehmoment pro Minute. Untersuchungen von T. Kohno haben gezeigt, dass die Installation eines Glühbaums in der Brennkammer die Teilbelastung und niedrige Revolutionen pro Minute den Kraftstoffverbrauch um 7%verbesserte.[72] Diese Innovationen versprechen, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu verbessern.[73]

Um die Kraftstoffeffizienz weiter zu verbessern, versucht Mazda die Verwendung des Wankel als Range-Extender in Serienhybrid Autos, die einen Prototyp, den Mazda2 EV, für die Pressebewertung im November 2013 ankündigen. Diese Konfiguration verbessert die Kraftstoffeffizienz und die Emissionen. Als weiterer Vorteil bietet der Betrieb eines Wankel -Motors mit konstanter Geschwindigkeit eine größere Lebensdauer des Motors. Das Auftreten eines nahezu konstanten oder engen Bandes von Revolutionen beseitigt oder reduziert sich erheblich viele der Nachteile des Wankel -Motors.[74]

Im Jahr 2015 wurde ein neues System zur Reduzierung der Emissionen und zur Steigerung der Kraftstoffeffizienz mit Wankel -Motoren entwickelt Vereinigtes Königreich-Basierte Ingenieure AIE (UK) Ltd, nach einer Lizenzvereinbarung zur Verwendung von Patenten von Norton Rotary Engine Creator. David Garside. Das Creev -System (Compound -Drehmotor für Elektrofahrzeuge) verwendet einen Sekundärrotor, um Energie aus dem Abgas zu extrahieren, wobei unverbrannte Auspuffprodukte konsumiert werden, während die Ausdehnung in der sekundären Rotorstufe auftritt, wodurch die Gesamtkosten und Kraftstoffkosten gesenkt werden, indem die Abgasergie wiedergegeben wird, die sonst verloren gehen würden.[51] Durch die Erweiterung des Abgases auf nahezu atmosphärischem Druck stellte Garside auch sicher, dass der Motorabgas kühler und leiser bleibt. AIE (UK) Ltd nutzt dieses Patent jetzt, um Hybrid -Leistungseinheiten für Automobile zu entwickeln[53] und unbemannte Luftfahrzeuge.[75]

Laserzündung

Herkömmliche Zündkerzen müssen in die Wände der Brennkammer eingewiesen werden, damit der Scheitelpunkt des Rotors vorbeifährt. Wenn die Apex -Dichtungen des Rotors über das Zündkerzenloch gehen, kann eine kleine Menge Druckladung von der Ladungskammer in die Abgaskammer verloren gehen, was den Kraftstoff im Abgassometer verringert und die Effizienz verringert und zu höheren Emissionen führt. Diese Punkte wurden durch die Verwendung von Laserzündungen, die Beseitigung herkömmlicher Zündkerzen und das Entfernen des schmalen Schlitzes im Motorgehäuse überwunden, damit die Rotorspitze -Dichtungen ohne Komprimierungsverlust aus benachbarten Kammern vollständig fegen können. Dieses Konzept hat einen Präzedenzfall in der Glühkerze Wird von Toyota (SAE Paper 790435) und dem SAE -Papier 930680 von D. Hixon et al. Der Laserstopfen kann durch den schmalen Schlitz abfeuern. Laserstopfen können auch tief in die Brennkammer mit mehreren Lasern abfeuern. Daher ist ein höheres Kompressionsverhältnis zulässig. Direkte KraftstoffeinspritzungEs hat sich gezeigt, dass der Wankel -Motor in Kombination mit Laserzündung in einzelnen oder mehreren Laserstopfen geeignet ist, um den Motor noch weiter zu verbessern.[73][76][77]

Homogene Ladungskompressionszündung (HCCI)

Homogene Ladungskompressionszündung (HCCI) beinhaltet die Verwendung eines vorgefertigten mageren Luftstoffmischs, der auf die Auto-Anzeichnung komprimiert wird, sodass elektronische Funkenzündung beseitigt wird. Benzinmotoren kombinieren die homogene Ladung (HC) mit Funkenzündung (SI), die als HCSI abgekürzt wird. Dieselmotoren kombinieren geschichtete Ladung (SC) mit Kompressionszündung (CI), die als SCCI abgekürzt wird. HCCI-Motoren erreichen Benzinmotor-ähnliche Emissionen mit Kompressionszündungsmotor-ähnlicher Effizienz und niedrige Stickoxid-Emissionen (Nr.x) ohne einen Katalysator. Die unverbrannte Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemissionen müssen jedoch noch eine Behandlung erfordern, um den Vorschriften der Automobilemissionen zu entsprechen.

Mazda hat Forschungsarbeiten zur HCCI-Zündung für sein SkyActiv-R-Rotary Engine-Projekt durchgeführt, wobei die Forschung von ITS untersucht wurde SkyActiv Generation 2 Programm. Eine Einschränkung der Rotationsmotoren ist die Notwendigkeit, die Zündkerze außerhalb der Brennkammer zu lokalisieren, damit der Rotor vorbeifährt. Mazda bestätigte, dass das Problem im SkyActiv-R-Projekt gelöst worden war. Rotaries haben im Allgemeinen hohe Kompressionsverhältnisse, was sie besonders für die Verwendung von HCCI geeignet ist.[78][79][80]

Funkenkontrollierte Komprimierungszündung (SPCCI)

SPCCI Integriert Funken- und Komprimierungszündung. Es wird immer ein Funken verwendet, um genau zu steuern, wann Verbrennung auftritt. Abhängig von der Last kann es sich nur um eine Funkenzündung handeln, zu anderen Zeiten SPCCI.

Der Funke entzündet einen kleinen Impuls aus reichhaltigerer Mischung, der in die Brennkammer injiziert wurde. Es entsteht ein Feuerball, der sich wie ein Luftkolben verhält und den Druck und die Temperatur erhöht. Die Kompressionsneugung der sehr mageren Mischung tritt mit einer schnellen und gleichmäßigen Verbrennung auf, die zu einem stärkeren Zyklus führt. Der Kompressions-Anmut-Aspekt macht das Lean-Brennen möglich und verbessert die Motoreffizienz von bis zu 20–30%. Es gibt einem Rotary die Fähigkeit, vom idealen stöchiometrischen, 14,7: 1-Luft-Brennstoff-Gemisch eines herkömmlichen Benzinbrennmotors an die Melbrennmischung von über 29,4: 1 zu wechseln. Der Motor befindet sich im Lean-Burn-Modus etwa 80% der Laufzeit. Das Verbrennungszeitpunkt wird durch die Flamme der Zündkerze gesteuert.

Laut Mazda kombiniert SPCCI die Vorteile sowohl von Benzin- als auch von Dieselmotoren und bietet eine hohe Effizienz über eine Vielzahl von Drehzahl und Motorlasten. In Kombination mit einem Supercharger liefert die Kompressionszündung einen Anstieg des Drehmoments von 20–30%.[81][82]

Kompressionsneugung Rotation

Rolls Royce R6 Zweistufige Rotary -Kompressionszündung Motor
Rolls-Royce R1C-Komprimierungszündungsprototyp.

Die Forschung wurde in Rotationskompressionszündungsmotoren und das Verbrennen von Diesel schweren Brennstoff unter Verwendung von Funkenzündung durchgeführt. Die grundlegenden Konstruktionsparameter des Wankel-Motors schließen aus, ein Kompressionsverhältnis über 15: 1 oder 17: 1 in einem praktischen Motor zu erhalten. Versuche werden jedoch kontinuierlich unternommen, um eine Kompressionsneutzündungs-Wankel zu erzeugen. Der Rolls-Royce[83] und Yanmar-Kompressionsneugung[84] Der Ansatz bestand darin, eine zweistufige Einheit zu verwenden, wobei ein Rotor als Kompressor fungierte, während die Verbrennung in der anderen stattfindet.[85] Die Umwandlung einer Standardeinheit mit 294-ccm-Kammer-Spark-Anmut zur Verwendung schwerer Kraftstoff wurde in SAE Paper 930682 von L. Louthan beschrieben. SAE -Papier 930683 (BSFC 330 g/kwhr) von D. Eiermann führte zu der Wankel -Supertec -Linie von Funkenzündungsmotoren (BSFC 270-310 g/kwhr),[86] nicht viel weniger als Motor 250/400 von Rudolf Diesel des Jahres 1897. Aber der Curtiss-Wright RC2-47 mit geschichteter Ladungsinjektion erreicht die Verbrauchswerte um 226 g/kWh, die dem gemeinsamen Schienendieselmotor MTU MB 873-KA 501 entspricht.[87][88]

Die Forschung zur Kompressionsneutzogung wird von durchgeführt Pratt & Whitney Rocketdyne, was in Auftrag gegeben wurde von DARPA Entwicklung einer Kompressionsneutzusu-Wankel-Engine zur Verwendung in einem Prototyp Vtol fliegendes Auto genannt "Transformator".[89][90][91][92] Der Motor, basierend auf einem früheren Konzept mit einem unbemannten Luftfahrzeug namens "Endurocore", das von einem Wankel -Diesel angetrieben wird.[93] Pläne zur Verwendung von Wankel -Rotoren unterschiedlicher Größen für eine gemeinsame exzentrische Welle, um die Effizienz zu steigern.[94] Der Motor wird als "Vollkompressions-, Voll-Expansions-, Komprimierungszyklus-Motor" bezeichnet. Ein Patent vom 28. Oktober 2010 von Pratt & Whitney Rocketdyne beschreibt einen Wankel-Motor, der oberflächlich dem früheren Prototyp von Rolls-Royce ähnlich ist, der einen externen Luftkompressor erforderte, um eine ausreichende Komprimierung für die Verbrennung von Kompressionszyklus zu erreichen.[95][96] Das Design unterscheidet sich von Rolls-Royces Kompressionsneutzog-Rotary, hauptsächlich durch Vorschläge eines Injektors sowohl in der Abgaspassage zwischen den Stadien des Brennkämpferrotors und des Expansionsrotors als auch in einem Injektor in der Expansionskammer des Expansionsrotors für „Nachbrennungen“.

Die britische Firma Rotron, die sich auf spezialisiertes spezialisiert hat unbemanntes Fluggerät (UAV) Anwendungen von Wankel -Motoren, haben ein Gerät für den Betrieb schwerer Kraftstoff für den Betrieb von Kraftstoff entworfen und gebaut NATO Zwecke. Die Motoren verwenden Funkenzündung. Die Hauptinnovation ist die Flammenausbreitung und sorgt dafür, dass die Flamme reibungslos über die gesamte Verbrennungskammer brennt. Der Kraftstoff wird auf 98 Grad Celsius vorgeheizt, bevor er in die Brennkammer injiziert wird. Vier Zündkerzen werden verwendet, die in zwei Paaren ausgerichtet sind. Zwei Zündkerzen entzünden die Kraftstoffladung an der Vorderseite des Rotors, wenn sie sich in den Verbrennungsabschnitt des Gehäuses bewegt. Wenn der Rotor die Kraftstoffladung bewegt, feuern die zweiten zwei einen Bruchteil des zweiten hinter dem ersten Steckerpaar und zündeten in der Nähe des Rotors an der Rückseite der Kraftstoffladung. Die Antriebswelle ist wassergekühlt, was auch eine Kühlung auf die Interna des Rotors hat. Das Kühlwasser fließt auch durch eine Lücke im Gehäuse um das Außenbereich des Motors, wodurch die Wärme des Motors von außen und innen verringert wird.[97]

Wasserstoffbrennstoff

Mazda RX-8 Wasserstoff Re Autostoff angetrieben, was mit wasserhaltigem Rotationsmotor angesiedelt ist

Die Verwendung von Wasserstoffbrennstoff in Wankelmotoren verbesserte die Effizienz um 23% gegenüber Benzinbrennstoff bei nahezu Nullemissionen.[60] Vier-Takt-Hubkolben-Otto-Fahrradmotoren rezipieren Umwandlung auf Wasserstoffbrennstoff. Der Wasserstoff/Luft -Brennstoffmisch kann an heißen Teilen des Motors wie dem Auspuffventil und der Zündkerzen falsch fördern, da alle vier Huboperationen in derselben Kammer auftreten.[98]

Da ein Wasserstoff/Luft-Brennstoffgemisch mit einer schnelleren Brennrate als Benzin schneller zündet, besteht ein wichtiges Problem der Wasserstoff-Innenverbrennungsmotoren darin, Vorabneuungen und Hintergänge zu verhindern. In einem Rotationsmotor tritt jeder Impuls des Otto -Zyklus in verschiedenen Kammern auf. Der Rotary hat keine Abgasventile, die heiß bleiben und den Rückfall erzeugen, der bei rezipierenden Kolbenmotoren auftritt. Wichtig ist, dass die Einlasskammer von der Brennkammer getrennt ist und die Luft/Kraftstoffmischung von lokalisierten Hotspots fernhält. Diese strukturellen Merkmale des Rotationsmotors ermöglichen die Verwendung von Wasserstoff ohne Vorn und Hinterkopf.

Ein Wankel-Motor verfügt über eine stärkere Luftstoffmischung und einen längeren Betriebszyklus als ein Hubkolbenmotor, wodurch eine gründliche Mischung aus Wasserstoff und Luft erreicht wird. Das Ergebnis ist eine homogene Mischung ohne Hot Flecken im Motor, was für die Wasserstoffverbrennung von entscheidender Bedeutung ist.[99] Wasserstoff/Luftbrennstoffmischungen sind schneller zu entzünden als Benzinmischungen mit einer hohen Verbrennungsrate, was dazu führt, dass der gesamte Brennstoff verbrannt wird, ohne dass ein unverbrannter Brennstoff in den Abgasstrom ausgeworfen wird, wie es unter Verwendung von Benzinbrennstoff in Rotationsmotoren der Fall ist. Die Emissionen liegen in der Nähe von Null, selbst bei Ölschmierung von Apex -Dichtungen.

Ein weiteres Problem betrifft den Wasserstoffangriff auf den Schmierfilm in revanchierenden Motoren. In einem Wankel -Motor wird das Problem eines Hydrogenatangriffs durch die Verwendung von Keramikspitze -Dichtungen umgangen.[100][101]

Alle diese Punkte verleihen dem Wankel -Motor als ideal für das Brennen von Wasserstoffbrennstoffen. Mazda baute und verkaufte ein Fahrzeug, das die Eignung des Rotary an Wasserstoffbrennstoff ausnutzte, ein Dual-Brennstoff Mazda RX-8 Wasserstoff Re Dies könnte die Fliege von Benzin auf Wasserstoff und Rücken einschalten.[102][61]

Vorteile

NSU Wankel SpiderDie erste Autos, die mit einem Rotor -Wankel -Motor verkauft wurde
Mazda Cosmo, die erste Serie Two Rotor Wankel Motor Sportwagen

Hauptvorteile des Wankel -Motors sind:[20]

  • Ein weitaus höheres Verhältnis von Leistung zu Gewicht als ein Kolbenmotor
  • Einfacher zu verpacken in kleinen Motorräumen als ein äquivalenter Kolbenmotor
  • Keine Hubkolbenteile
  • In der Lage, höhere Revolutionen pro Minute zu erreichen als ein Kolbenmotor
  • Betrieb mit fast ohne Vibration
  • Nicht anfällig für Motorknock
  • Billiger bis zur Massenproduktion, da der Motor weniger Teile enthält
  • Überlegene Atmung, Füllung der Verbrennungsladung in 270 Grad Hauptwellenrotation anstelle von 180 Grad in einem Kolbenmotor
  • Lieferung des Drehmoments für etwa zwei Drittel des Verbrennungszyklus anstelle eines Viertels für einen Kolbenmotor
  • Breiterer Geschwindigkeitsbereich verleiht einer größeren Anpassungsfähigkeit
  • Kann Kraftstoffe mit breiteren Oktanzahl verwenden
  • Leidet nicht unter "Skaleneffekt", um seine Größe zu begrenzen.
  • Leicht angepasst und sehr geeignet für den Wasserstoffbrennstoff.
  • Bei einigen Wankel -Motoren bleibt das Sumpföl vom Verbrennungsprozess nicht kontaminiert, sodass keine Ölwechsel erforderlich sind. Das Öl in der Hauptwelle ist vollständig aus dem Verbrennungsprozess versiegelt. Das Öl für Apex -Dichtungen und Kurbelgehäuseschmierung ist getrennt. In Kolbenmotoren wird das Kurbelgehäuseöl durch Verbrennung durch die Kolbenringe kontaminiert.[103]

Wankel -Motoren sind erheblich leichter und einfacher und enthalten weitaus weniger bewegliche Teile als Kolbenmotoren mit gleichwertiger Leistung. Ventile oder komplexe Ventilzüge werden beseitigt, indem einfache Ports in die Wände des Rotorgehäuses geschnitten werden. Da der Rotor direkt auf einem großen Lager auf der Ausgangswelle fährt, gibt es keine Stäbe verbinden und nein Kurbelwelle. Die Eliminierung der gegenseitigen Masse und die Beseitigung der am stärksten gestressten und fehlgezogenen Teile von Kolbenmotoren, gibt dem Wankel -Motor eine hohe Zuverlässigkeit, einen glatteren Stromfluss und einen Hoch Power-to-Gewicht-Verhältnis.

Das Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis in der sich bewegenden Brennkammer ist so komplex, dass ein direkter Vergleich zwischen einem rezipierenden Kolbenmotor und einem Wankelmotor nicht durchgeführt werden kann. Die Strömungsgeschwindigkeit und die Wärmeverluste sind sehr unterschiedlich. Die Oberflächentemperatureigenschaften sind völlig unterschiedlich; Der Ölfilm im Wankel -Motor wirkt als Isolierung. Motoren mit einem höheren Kompressionsverhältnis haben ein schlechteres Verhältnis von Oberflächen zu Volumen. Das Oberflächen-Volumen-Verhältnis eines Hubkolbenkolben-Dieselmotors ist viel ärmer als ein Hubkolben-Benzinmotor, aber Dieselmotoren haben einen höheren Effizienzfaktor. Der Vergleich von Leistungsausgängen ist daher eine realistische Metrik. Ein Hubkolbenmotor mit gleicher Leistung mit einem Wankel ist ungefähr doppelt so hoch wie die Verschiebung. Beim Vergleich des Power-to-Gewicht-Verhältnisses, der physischen Größe oder des physischen Gewichts mit einem ähnlichen Power-Kolbenmotor ist das Wankel überlegen.

Ein Vier-Takt-Zylinder erzeugt nur jede andere Drehung der Kurbelwelle, wobei drei Striche die Verluste pumpen. Dies verdoppelt das reale Verhältnis von Oberflächen zu Volumen für den Vier-Takt-Hubkolbenmotor und die Verschiebung stieg.[104][105] Das Wankel hat daher eine höhere volumetrische Effizienz und niedrigere Pumpverluste durch das Fehlen von Erstickventilen.[106] Aufgrund der Quasi-Überlücke der Leistungsstriche, die die Glätte des Motors und die Vermeidung des Vier-Takt-Zyklus in einem Hubkolbenmotor verursachen, reagiert der Wankel-Motor sehr schnell auf Leistungssteigerungen, was eine schnelle Stromversorgung ergibt Wenn die Nachfrage entsteht, insbesondere bei höheren Drehzahlen. Dieser Unterschied ist im Vergleich zu Vierzylinder-Huwenmotoren stärker und im Vergleich zu höheren Zylinderzahlen weniger ausgeprägt.

Zusätzlich zur Entfernung interner gegenseitiger Spannungen durch vollständige Entfernung von wechselseitigen Innenteilen, die typischerweise in einem Kolbenmotor enthalten sind, wird der Wankel -Motor mit einem gebaut Eisen Rotor innerhalb eines Gehäuses aus Aluminium, was eine größere hat der Wärmeausdehnungskoeffizient. Dies stellt sicher, dass selbst ein stark überhitzter Wankel -Motor nicht ergreifen kann, wie es wahrscheinlich in einem überhitzten Kolbenmotor auftritt. Dies ist ein wesentlicher Sicherheitsvorteil bei der Verwendung in Flugzeugen. Darüber hinaus erhöht das Fehlen von Ventilen und Ventilzügen die Sicherheit. GM testete einen Eisenrotor- und Eisengehäuse in ihren Prototypen -Wankel -Motoren, die bei höheren Temperaturen mit niedrigem spezifischem Kraftstoffverbrauch funktionierten.

Ein weiterer Vorteil des Wankel -Motors für den Einsatz in Flugzeugen besteht darin, dass er im Allgemeinen einen kleineren Frontalbereich hat als einen Kolbenmotor mit gleichwertigem Strom, was ein mehr ermöglicht aerodynamisch Nase um den Motor gestaltet werden. Ein kaskadierender Vorteil besteht darin, dass die geringere Größe und das geringere Gewicht des Wankel -Motors im Vergleich zu Kolbenmotoren mit vergleichbarer Leistung Einsparungen bei Flugzeugzellen -Baukosten ermöglichen.

Wankel -Motoren, die innerhalb ihrer ursprünglichen Designparameter arbeiten, sind fast immun gegen katastrophales Versagen. Ein Wankel -Motor, der Kompression oder Kühl- oder Öldruck verliert, verliert eine große Menge an Strom und scheitert über einen kurzen Zeitraum. Es wird jedoch in dieser Zeit in der Regel weiterhin Strom erzeugt und eine sicherere Landung ermöglicht, wenn sie in Flugzeugen verwendet werden. Kolbenmotoren unter den gleichen Umständen neigen dazu, Teile zu beschlagnahmen oder zu brechen, was mit ziemlicher Sicherheit zu katastrophalem Versagen des Motors und zum sofortigen Verlust aller Macht führen wird. Aus diesem Grund sind Wankel-Motoren sehr gut geeignet für Schneemobile, die häufig Benutzer in abgelegene Orte führen, an denen ein Versagen zu Erfrierungen oder zum Tod führen kann, und in Flugzeugen, an denen ein abruptes Versagen wahrscheinlich zu einem Absturz oder einer erzwungenen Landung in einem führen wird Abgelegener Ort.

Aus der Form und den Merkmalen der Brennkammer, dem Kraftstoff Oktan Die Anforderungen an Wankel -Motoren sind niedriger als bei Hubkropenzmotoren. Die maximalen Anforderungen an die Oktanzahl der Straße betrugen 82 für einen Wankel-Motor peripherer Intake-Hafen und weniger als 70 für einen Seitenhafenanschlussmotor.[107] Aus Sicht der Ölraffinerien kann dies bei der Kraftstoffproduktionskosten von Vorteil sein.[108][109]

Aufgrund einer 50% längeren Schlaganfalldauer als einer Huwen-Vier-Zyklus-Motor ist mehr Zeit, um die Verbrennung abzuschließen. Dies führt zu einer größeren Eignung für Direkte Kraftstoffeinspritzung und geschichtete Gebühr Betrieb.

Nachteile

Obwohl viele der Nachteile Gegenstand laufender Forschung sind, sind die aktuellen Nachteile des Wankel -Motors in der Produktion die folgenden:[110]

Rotorversiegelung
Dies ist immer noch ein kleines Problem, da das Motorgehäuse in jedem separaten Kammerabschnitt sehr unterschiedliche Temperaturen aufweist. Die unterschiedlichen Expansionskoeffizienten der Materialien führen zu unvollständiger Versiegelung. Darüber hinaus sind beide Seiten der Dichtungen Kraftstoff ausgesetzt, und das Design ermöglicht nicht, die Schmierung der Rotoren genau und genau zu steuern. Rotationsmotoren werden bei allen Motorgeschwindigkeiten und -belastungen tendenziell überluberiert und weisen einen relativ hohen Ölverbrauch und andere Probleme auf, die sich aus überschüssigem Öl in den Verbrennungsbereichen des Motors ergeben, wie z. B. Kohlenstoffbildung und übermäßige Emissionen durch Verbrennung von Öl. Im Vergleich dazu hat ein Kolbenmotor alle Funktionen eines Zyklus in derselben Kammer, gegen die Kolbenringe eine stabilere Temperatur entsprechen. Zusätzlich nur eine Seite des Kolbens in a (vier Takt-) Kolbenmotor wird Kraftstoff ausgesetzt, sodass Öl die Zylinder von der anderen Seite schmieren kann. Kolbenmotorkomponenten können auch so ausgelegt sein, dass die Ringverdichtung und die Ölregelung mit zunehmender Zylinderdrücke und Leistungsniveaus erhöht werden. Um die Probleme in einem Wankel -Motor mit Temperaturunterschieden zwischen verschiedenen Regionen mit Gehäuse und Seiten- und Zwischenplatten sowie den damit verbundenen thermischen Dilatationsungleichheiten zu überwinden, wurde ein Wärmerohr verwendet, um Wärme von den heißen Teilen des Motors zu transportieren. Die "Wärmerohre" leiten heiße Abgas effektiv an die kühleren Teile des Motors, wobei sich die Effizienz und Leistung ergibt. In kleinen Ladungs-Kühl-Rotor- und luftgekühlten Wankel-Motoren, die gezeigt wurde C bis 18 ° C.[111]
Apex -Siegelheben
Die Zentrifugalkraft drückt die Apex -Dichtung auf die Gehäuseoberfläche, die eine feste Siegel bildet. Lücken können sich zwischen dem Apex-Siegel und dem Trochoidengehäuse im Lichtlastbetrieb entwickeln, wenn Ungleichgewichte in der Zentrifugalkraft und Gasdruck auftreten. Bei niedrigen Motor-RPM-Bereichen oder unter niedrigen Lastbedingungen kann der Gasdruck in der Brennkammer dazu führen, dass die Dichtung die Oberfläche abhebt, was zu einem Verbrennungsgas in die nächste Kammer führt. Mazda entwickelte eine Lösung, die die Form des Trochoidengehäuses veränderte, was bedeutete, dass die Dichtungen zum Gehäuse bündig bleiben. Die Verwendung des Wankel -Motors bei anhaltenden höheren Revolutionen trägt dazu bei, die Apex -Versiegelungslift zu beseitigen, und macht ihn bei Anwendungen wie der Stromerzeugung sehr lebensfähig. In Kraftfahrzeugen ist der Motor für Serien-Hybrid-Anwendungen geeignet.[112]
Langsame Verbrennung
Die Brennstoffverbrennung ist mit Benzinbrennstoff langsam, da die Brennkammer lang, dünn und bewegt ist. Flammenreisen treten fast ausschließlich in der Rotorbewegungsrichtung auf, was das schlechte Ablösen eines Benzin/Luft -Mischung aus 2 mm erhöht, was die Hauptquelle für unverbrannte Kohlenwasserstoffe bei hoher Drehzahl ist. Die hintere Seite der Brennkammer erzeugt natürlich einen "Squeeze -Bach", der verhindert, dass die Flamme die Kammer -Hinterkante in Kombination mit dem schlechten Ablösen eines Benzin/Luft -Gemisches erreicht. Dieses Problem tritt nicht unter Verwendung von Wasserstoffbrennstoff auf, da das Quenching 0,6 mm beträgt. Die Kraftstoffeinspritzung, in die Kraftstoff in Richtung Vorderkante der Brennkammer injiziert wird, kann die Menge an unverbranntem Brennstoff im Abgas minimieren. Wenn Kolbenmotoren eine expandierende Brennkammer für den brennenden Kraftstoff haben, während sein oxidierter und abnehmender Druck während des Stromhubs in der ersten Hälfte dieses Reisens auf die Kurbelwelle auf den Boden des Zylinders in Richtung des Stromversorgungshubs gelangt Es gibt keine zusätzliche "Hebelwirkung" eines Rotors auf der Hauptwelle während der Verbrennung, und die Hauptwelle hat keinen erhöhten Hebel, um den Rotor durch die Aufnahme, Kompression und Abgasphasen seines Zyklus zu versorgen.
Schlechter Kraftstoffverbrauch mit Benzinbrennstoff
Dies ist auf die Form der sich bewegenden Brennkammer zurückzuführen, die zu einem schlechten Verbrennungsverhalten und dem mittleren effektiven Druck bei Teilbelastung und niedriger Drehzahl führt. Dies führt dazu, dass der unverbrannte Kraftstoff in den Abgasstrom eintritt. Kraftstoff, der nicht verwendet wird, um Strom zu erzeugen. Die Erfüllung der Anforderungen an die Emissionsvorschriften schreibt manchmal ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit Benzinbrennstoff vor, das nicht für einen guten Kraftstoffverbrauch förderlich ist. Beschleunigung und Verzögerung der durchschnittlichen Fahrbedingungen beeinflussen auch den Kraftstoffverbrauch. Der Betrieb des Motors mit konstanter Geschwindigkeit und Last beseitigt jedoch einen übermäßigen Kraftstoffverbrauch.[74][113] Das kleine luftgekühlte Gehäuse, ladungsgekühlte Rotor -Wankel -Motoren sind speziell gut an Alkohol in Benzinmischungen angepasst, da E5 und E10 in Europa verkauft werden. "Die Auswirkung von Alkoholmischungen auf die Leistung eines luftgekühlten trochoiden Motors", SAE Technical Paper 840237, Marcel Gutman, Izu Iuster.
Hohe Emissionen
Da der unverbrannte Kraftstoff bei der Verwendung von Benzinbrennstoff im Abgasstrom liegt, sind die Emissionsanforderungen schwer zu erfüllen. Dieses Problem kann durch die Umsetzung einer direkten Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer überwunden werden. Der Freedom Motors Rotapower Wankel Engine, der noch nicht in der Produktion ist, erfüllten die ultra niedrigen kalifornischen Emissionsstandards.[114] Der Mazda Renesis -Motor mit Aufnahme- und Auspuffanschlüssen unterdrückte den Verlust eines unverbrannten Mixes, um früher durch die Überlappung der Hafen induziert zu werden.[115]

Obwohl in zwei Dimensionen das Dichtungssystem eines Wankels noch einfacher sein scheint als das eines entsprechenden Multi-Zylinder-Kolbenmotors, ist in drei Abmessungen das Gegenteil wahr. Neben der im konzeptionellen Diagramm offensichtlichen Rotorspitze muss der Rotor auch gegen die Kammerenden versiegeln.

Kolbenringe in revanchierenden Motoren sind keine perfekten Siegel. Jeder hat eine Lücke, um eine Expansion zu ermöglichen. Die Versiegelung an den Apexen des Wankel -Rotors ist weniger kritisch, da die Leckage zwischen benachbarten Kammern auf benachbarten Strichen des Zyklus und nicht zwischen dem Fall der Hauptwelle liegt. Obwohl sich die Versiegelung im Laufe der Jahre verbessert hat, bleibt die weniger als wirksame Versiegelung des Wankels, was hauptsächlich auf mangelnde Schmierung zurückzuführen ist, die Faktor, die seine Effizienz verringert.[116]

In einem Wankel-Motor kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht vorgeführt werden, da aufeinanderfolgende Ansaugzyklen vorhanden sind. Der Motor hat eine 50% längere Schlaganfalldauer als ein Hubkolbenmotor. Die vier Otto-Zyklen dauern 1080 ° für einen Wankel-Motor (drei Umdrehungen der Ausgangswelle) gegenüber 720 ° für einen Vier-Takt-Hubkrockenmotor, aber die vier Striche sind immer noch der gleiche Anteil der Gesamtmenge.

Es gibt verschiedene Methoden zur Berechnung der Motorverschiebung eines Wankel. Die japanischen Vorschriften für die Berechnung von Verschiebungen für Motorstufen verwenden die Volumenverschiebung nur eines Rotorflächens, und die Autoindustrie akzeptiert diese Methode üblicherweise als Standard zur Berechnung der Verschiebung eines Rotary. Im Vergleich zu spezifischer Leistung führte die Konvention jedoch zu großen Ungleichgewichten zugunsten des Wankelmotors. Ein früh überarbeiteter Ansatz bestand darin, die Verschiebung jedes Rotors als zweimal der Kammer zu bewerten.

Die Verschiebung des Wankel -Drehmotors und des Kolbenmotors und die entsprechende Leistung können genauer durch Verschiebung pro Revolution der exzentrischen Welle verglichen werden. Eine Berechnung dieser Form schreibt vor Liter nach zwei Revolutionen (insgesamt vier Gesichter, zwei Gesichter pro Rotor durch einen Hub mit voller Leistung). Die Ergebnisse sind direkt vergleichbar mit einem 2,6-Liter-Kolbenmotor mit einer gleichmäßigen Anzahl von Zylindern in einer herkömmlichen Feuerordnung, die ebenfalls 1,3 Liter durch seinen Stromschlag nach einer Revolution der Hauptwelle und 2,6 Liter durch seine Stromstriche nach zwei verdrängt wird Revolutionen der Hauptwelle. Ein Wankel-Rotationsmotor ist immer noch ein Vier-Zyklus Kolbenmotor. Die Messung eines Wankel -Drehmotors in dieser Weise wird seine spezifische Leistung genauer erläutert, da das Volumen seines Luftkraftstoffgemisches durch einen vollständigen Stromschlag pro Revolution direkt für das Drehmoment und damit die erzeugte Leistung verantwortlich ist.

Die hintere Seite der Brennkammer des Rotationsmotors entwickelt einen Squeeze -Strom, der die Flammenfront zurückdrückt. Mit dem herkömmlichen Ein- oder Zwei-6-Plug-System und dem homogenen Gemisch verhindert dieser Squeeze-Strom, dass sich die Flamme in den mittel- und hohen Motordrehzahlbereichen zur Verbrennungskammer ausbreitet.[117] Kawasaki befasste sich mit diesem Problem in seinem US -Patent US 3848574 ; Toyota erhielt eine 7% ige Wirtschaftsverbesserung, indem sie einen Glühen-Plug an der führenden Stelle stellte und Schilfdelag in Ansaugungskanälen verwendete. In 2-Takt-Motoren dauern Metall-Schilfroitten etwa 15'000 km, während Kohlefaser etwa 8'000 km.[72] Diese schlechte Verbrennung in der hinteren Seite der Kammer ist einer der Gründe, warum es in einem Wankel -Abgase mehr Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe gibt. Ein Nebenportauspuff, wie in der verwendet wird Mazda Renesis, vermeidet die Portüberlappung, eine der Ursachen dafür, da die unverbrannte Mischung nicht entkommen kann. Das Mazda 26b vermieden dieses Problem durch die Verwendung eines Drei-Funken-Plug-Zündsystems. (Bei der 24 Stunden Le Mans Das Ausdauerrennen im Jahr 1991 hatte der 26B den Kraftstoffverbrauch signifikant geringeren Kraftstoffverbrauch als die konkurrierenden Rohstoffkolbenmotoren. Alle Wettbewerber hatten die gleiche Menge an Kraftstoff, die aufgrund der LE MANS Limited Kraftstoffmenge Regel zur Verfügung steht.)[118] Mazda SAE Paper 930677 zeigt, dass die stromaufwärts gelegene Position für den Injektor eine zuverlässige Schichtung der Mischung über einen breiten Betriebsbereich ermöglicht. Dies liegt an der Tatsache, dass der injizierte Kraftstoff nur sehr spät mit der Rotorwand kollidiert, was zu einer besseren Verdunstung des Kraftstoffs führt. Infolgedessen befindet sich auf der stromabwärts gelegenen Seite der Brennkammer nur Luft, und die HC -Emissionen und der Kraftstoffverbrauch werden infolgedessen erheblich verringert.[119]

Ein peripherer Einlassport ergibt den höchsten mittlerer wirksamer Druck; Die Seitenaufnahmeportierung erzeugt jedoch einen stetigeren Leerlauf.[120] Weil es hilft, das Blow-Back von verbrannten Gasen in die Ansaugungskanäle zu verhindern, die "Missstände" verursachen, verursacht durch abwechselnde Zyklen, in denen sich die Mischung entzündet und sich nicht entzündet. Peripheral Porting (PP) liefert den besten mittleren effektiven Druck während des gesamten Drehzahlbereichs, aber PP war auch mit einer schlechteren Leerlaufstabilität und einer Teillastleistung verbunden. Frühe Arbeiten von Toyota[72] führte zur Hinzufügung einer frischen Luftversorgung des Auspuffanschluss[121] Verbesserte die niedrige Drehzahl und die teilweise Lastleistung von Wankel-Motoren, indem das Ausbruch von Abgas in den Einlassanschluss und die Kanäle verhindern und die durch Fehlzündung induzierten hohen EGR auf Kosten eines geringen Stromverlusts bei Top-Drehzahl verringert wurden. David W. Garside, der Entwickler des Norton Rotary Engine, der vorschlug, dass frühere Öffnung des Einlasshafens vor dem obersten Dead Center (TDC) und längere Einlasskanäle eine verbesserte niedrige Drehzahl und Elastizität von Wankel -Motoren mit geringer Drehzahl verbessert haben. Das wird auch in beschrieben Kenichi YamamotoBücher. Die Elastizität wird auch mit einer größeren Rotor -Exzentrizität verbessert, die zu einem längeren Schlaganfall in einem Hubkolbenmotor analog ist. Wankel-Motoren funktionieren besser mit einem Abgassystem mit niedrigem Druck. Ein höherer Abgasrückdruck verringert den mittleren effektiven Druck, der in peripheren Anschlusspflichten stärker stark ist. Die Mazda RX-8-Renesis-Engine verbesserte die Leistung durch Verdoppelung des Abgasanschlussbereichs im Vergleich zu früheren Konstruktionen, und es wurde spezifisch über die Auswirkung der Aufnahme- und Abgasrohrkonfiguration auf die Leistung von Wankel-Motoren untersucht.[122]

Alle von Mazda hergestellten Wankel-Rotaries, einschließlich der Renesis in der RX-8Verbrennen Sie eine kleine Menge Öl durch Konstruktion, in die Brennkammer, um die Apex -Dichtungen zu erhalten. Die Besitzer müssen regelmäßig kleine Mengen Öl hinzufügen und damit die Laufkosten erhöhen. Einige Quellen wie rotaryeng.net behaupten, dass bessere Ergebnisse mit der Verwendung eines Öl-in-Brennstoff-Gemisches als einer Ölmessungspumpe geliefert werden. Flüssiggekühlte Motoren benötigen ein mineralisches Multigrade-Öl für Kältestarts, und Wankel-Motoren benötigen eine Aufwärmzeit, bevor die Motoren mit Volllastbetrieb betrieben werden. Alle Motoren weisen einen Ölverlust auf, aber der Rotationsmotor ist mit einem versiegelten Motor konstruiert, im Gegensatz zu einem Kolbenmotor mit einem Ölfilm, der an den Wänden des Zylinders bespritzt, um sie zu schmieren, und daher ein Ölkontrollring. Es wurden keine Ölverlustmotoren entwickelt, die einen Großteil des Ölschmierproblems beseitigen.

Anwendungen

Automobilrennen

In der Rennwelt, Mazda hat wesentliche Erfolge mit Zwei-Rotor-, Drei-Rotor- und Vier-Rotor-Autos erzielt. Private Rennfahrer hatten auch erhebliche Erfolge mit Aktien und modifizierten Mazda Wankel-Engine-Autos.[123]

Der von einem Mazda 12A -Motor angetriebene Sigma MC74 war der erste Motor und das einzige Team von außen Westeuropa oder die Vereinigten Staaten, um die gesamten 24 Stunden der zu beenden 24 Stunden Le Mans Rennen1974. Yojiro Terada war der Fahrer des MC74. Mazda war die erste Mannschaft außerhalb von Westeuropa oder den USA, die Le Mans direkt gewann. Es war auch das einzige mit nicht kolbenmotorischen Auto, das Le Mans gewann, das das Unternehmen 1991 mit seinem Vier-Rotor-Unternehmen erreichte 787b (2,622 l oder 160 Cu in - Wirkliche Verschiebung, bewertet mit FIA -Formel bei 4,708 l oder 287 Cu in). In der C2 -Klasse hatten alle Teilnehmer neben der nicht regulierten C1 -Kategorie 1 nur die gleiche Menge an Kraftstoff zur Verfügung. In der Kategorie wurde C1 nur natürlich abgesaugte Motoren zulässig. Die Mazdas wurden als natürlich abgesaugt mit 830 kg Gewicht, 170 kg weniger als die aufgeladenen Konkurrenten.[124] Die Autos der Gruppe C1 der Kategorie 1 der Gruppe 1 für 1991 durften weitere 80 kg leichter sein als die 787b.[125] Darüber hinaus hatte die Kategorie der Gruppe C1 die Kategorie 1 nur 3,5 -Liter -Motoren zugelassen und hatte keine Kraftstoffmengengrenzen.[126]

Formel Mazda Racing verfügt über Open-Wheel-Rennwagen mit Mazda Wankel -Motoren, anpassungsfähig an ovale Gleise und Straßenkurse, auf mehreren Wettbewerbsstufen. Seit 1991 die professionell organisierten Star Mazda -Serie war das beliebteste Format für Sponsoren, Zuschauer und Aufwärtsfahrer. Die Motoren werden alle von einem Motorbauer gebaut, zertifiziert, um die vorgeschriebene Leistung zu produzieren, und versiegelt, um Manipulationen zu entmutigen. Sie befinden sich in einem relativ milden Zustand der Rennstufe, so dass sie äußerst zuverlässig sind und Jahre zwischen dem Umbau des Motors gehen können.[127]

Das Malibu Grand Prix Kette, ähnlich im Konzept wie kommerzielle Erholung Kartrennen Tracks, betreibt mehrere Veranstaltungsorte in den USA, wo ein Kunde mehrere Runden um eine Strecke in einem Fahrzeug kaufen kann, das sehr ähnlich ist offenes Radrennen Fahrzeuge, aber von einem kleinen angetrieben Curtiss-Wright Wankelmotor.

In Motoren mit mehr als zwei Rotoren oder zwei Rotor-Rennmotoren, die für den Gebrauch mit hoher RPM bestimmt sind, kann eine mehrteilige exzentrische Welle verwendet werden, die zusätzliche Lager zwischen Rotoren ermöglicht. Während dieser Ansatz die Komplexität des exzentrischen Wellendesigns erhöht, wurde er erfolgreich in der Produktion von Mazda drei-Rotor verwendet 20b-brew Motor sowie viele Rennmotoren mit niedrigem Volumen. Der C-111-2 4 Rotor Mercedes-Benz Excentric Shaft für die Ke Serie 70, Typ DB M950 Ke409, wird in einem Stück hergestellt. Mercedes-Benz verwendete Split-Lager.

Motorradmotoren

Norton Interpol2 -Prototyp

Die geringe Größe und das attraktive Verhältnis von Leistung zu Gewicht des Wankel -Motors appellierten an Motorradhersteller. Das erste Wankel-Engined-Motorrad war der 1960 'IFA/MZ KKM 175W', der vom deutschen Motorradhersteller gebaut wurde MZ, lizenziert von NSU.[128]

1972,, Yamaha stellte den RZ201 am vor Tokyo Autosalon, ein Prototyp mit einem Wankel-Motor mit einem Gewicht von 220 kg und produziert 60 PS (45 kW) von einem Twin-rotor-660-ccm-Motor (US-Patent N3964448). 1972 präsentierte Kawasaki seinen Zwei-Rotor-Kawasaki X99-Rotationsmotorenprototyp (US-Patente N 3848574 & 3991722). Sowohl Yamaha als auch Kawasaki behaupteten, die Probleme des schlechten Kraftstoffverbrauchs, der hohen Abgasemissionen und der schlechten Motorlanglebigkeit in frühen Wankels gelöst zu haben, aber keiner der Prototypen erreichte die Produktion.

1974 produzierten Herkules W-2000 Wankel -Motorräder, aber niedrige Produktionszahlen bedeuteten, dass das Projekt unrentabel war und die Produktion 1977 einstellte.[129]

Von 1975 bis 1976,, Suzuki produzierte seine Re5 Ein-Rotor-Wankel-Motorrad. Es war ein komplexes Design mit beiden Flüssigkühlung und Ölkühlungund mehrere Schmierung und Vergaser Systeme. Es funktionierte gut und war reibungslos, aber als es ziemlich schwer war und eine bescheidene Leistung von 62 PS (46 kW) hatte, verkaufte es sich nicht gut.[130]

Niederländischer Motorradimporteur und Hersteller Van Veen Erzeugte kleine Mengen eines mit zwei Rotor-Wankel-Engined OCR-1000-Motorrads zwischen 1978 und 1980 unter Verwendung von Überschuss Comotor Motoren. Der Motor des OCR 1000 verwendete einen neu gepurpierten Motor, der ursprünglich für das Citroën GS Birotor-Auto bestimmt war.[131]

In den frühen 1980er Jahren frühere Arbeiten bei BSA, Norton produzierte den luftgekühlten Doppelrotor Klassisch, gefolgt von den flüssiggekühlten Kommandant und die Interpol2 (eine Polizeiversion).[132] Nachfolgende Norton Wankel -Bikes enthielten die Norton F1, F1 Sports, RC588, Norton RCW588und NRS588. Norton schlug ein neues 588-cc-Twin-Rotor-Modell namens "NRV588" und eine 700-cc-Version namens "NRV700" vor.[133] Ein ehemaliger Mechaniker in Norton, Brian Crighton, begann, seine eigene Motorräder mit rotary motorrädern mit dem Namen "Roton" zu entwickeln, die mehrere australische Rennen gewann.

Trotz Erfolgen im Rennsport,[134] Seit 1992 wurden keine Motorräder von Wankel -Motoren zur Verkaufsbefugnis für den Straßenverkehr zum Verkauf an die breite Öffentlichkeit hergestellt.

Die beiden verschiedenen Designansätze, die von Suzuki und BSA verfolgt werden, können sinnvoll verglichen werden. Noch bevor Suzuki den RE5 produzierte, in Birmingham BSAForschungsingenieur David Garsideentwickelte ein Twin-rotor-Wankel-Motorrad. Der Zusammenbruch von BSA stellte die Entwicklung ein, aber die Maschine von Garside erreichte schließlich die Produktion als die Norton Classic.

Wankel -Motoren laufen sehr heiß auf der Zünd- und Auspuffseite des Motors Trochoid Kammer, während die Einlass- und Kompressionsteile kühler sind. Suzuki entschied sich für ein kompliziertes Ölkühl- und Wasserkühlsystem, wobei Garside-Argumentation der Leistung von 60 kW nicht überschritt, und die Luftkühlung würde ausreichen. Garside kühlte den Innenraum der Rotoren mit gefilterten Ram-Air. Diese sehr heiße Luft wurde in einem abgekühlt Plenum im Semiin enthaltenMonocoque Rahmen und danach, einmal mit Kraftstoff gemischt und in den Motor eingespeist. Diese Luft war ziemlich ölig, nachdem er durch das Innere der Rotoren gelaufen war, und wurde daher verwendet, um die Rotorspitzen zu schmieren. Die Auspuffrohre werden sehr heiß, und Suzuki entscheidet sich für einen floßen Auspuffkrümmer, zweihauige, erschöpfte Rohre mit Kühlgrills, hitzebeständigen Rohrverpackungen und Schalldämpfer mit Hitzeschildern. Garside steckte die Rohre einfach aus dem Motor, wo sich die Wärme in der Brise der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs auflöste. Suzuki entschied sich für eine komplizierte mehrstufige Vergasung, während Garside einfache Vergaser wählen. Suzuki hatte drei Schmiersysteme, während Garside ein einzelnes Öl-Verlust-Öl-Injektionssystem hatte, das sowohl den Hauptlagern als auch den Ansaugkrümmern zugeführt wurde. Suzuki wählte einen einzelnen Rotor, der ziemlich glatt war, aber mit rauen Flecken bei 4.000 U / min; Garside entschied sich für einen Turbinen-glattem Twin-Rotor-Motor. Suzuki montierte den massiven Rotor hoch im Rahmen, aber Garside legte seine Rotoren so tief wie möglich, um den Schwerpunkt des Motorrads zu senken.[135]

Obwohl es sich um gut handhaben soll, war das Ergebnis, dass der Suzuki schwer, überkomprikativ und teuer bei der Herstellung und (bei 62 PS) ein wenig Strom in der Stromversorgung war. Das Design von Garside war einfacher, glatter, leichter und bei 80 kW (60 kW) deutlich stärker.[136]

Flugzeugmotoren

Wankel RC2-60 Luftfahrtmotor
ARV Super2 mit den Briten Midwest AE110 Twin-rotor-Wankel-Motor
Diamond DA20 mit einem Diamantmotoren Wankel
Sikorsky Cypher Unbemannte Luftfahrzeug (UAV) mit einem UEL AR801 -Wankel -Motor angetrieben

Prinzip sind Wankel-Motoren ideal für leichte Flugzeuge, sind leicht, kompakt, fast vibrationslos und mit einem hohen Leistungsgewicht. Weitere Luftfahrtvorteile eines Wankel -Motors umfassen:

  1. Rotoren können nicht erfassen, da sich die Rotorhüllen größer ausdehnen als Rotoren;
  2. Der Motor ist weniger anfällig für den schwerwiegenden Zustand, der als "Motorknock" bezeichnet wird und die die Kolbenmotoren eines Flugzeugs im Mittelflug zerstören kann.
  3. Der Motor ist während des Abstiegs nicht anfällig für "Schockkühlung";
  4. Der Motor benötigt keine angereicherte Mischung zum Abkühlen bei hoher Leistung.
  5. Wenn Sie keine Hubkolbenteile haben, gibt es weniger Anfälligkeit für Schäden, wenn sich der Motor mit einer höheren Geschwindigkeit dreht als das entworfene Maximum. Die Grenze für die Revolutionen ist die Stärke der Hauptlager.

Im Gegensatz zu Autos und Motorrädern ist ein Wankel-Aero-Engine ausreichend warm, bevor die volle Leistung aufgrund der Zeit für die Überprüfung vor dem Flug gebeten wird. Außerdem hat die Reise zur Landebahn eine minimale Kühlung, was es dem Motor weiter ermöglicht, die Betriebstemperatur für volle Leistung beim Start zu erreichen.[137] Ein Wankel Aero-Engine verbringt den größten Teil seiner operativen Zeit bei hohen Leistungen mit wenig im Leerlauf. Dies macht ideal für die Verwendung von peripheren Anschlüssen. Ein Vorteil ist, dass modulare Motoren mit mehr als zwei Rotoren machbar sind, ohne den Frontalbereich zu erhöhen. Sollte die Vereisung von Ansaugträden ein Problem sein, gibt es eine zahlreiche Wärme von Abfallmotoren, um die Vereisung zu verhindern.

Das erste Wankel-Dreh-Engine-Flugzeug war Ende der 1960er Jahre das experimentelle Lockheed Q-Star Civilian Version der Armee der Vereinigten Staaten's Aufklärung QT-2, im Wesentlichen ein angetriebener Schweizer Segelflugzeug. Das Flugzeug wurde von 138 kW (185 PS) angetrieben Curtiss-Wright RC2-60 Wankel Drehmotor. Das gleiche Motormodell wurde auch in einem Cessna -Kardinal und einem Hubschrauber sowie in anderen Flugzeugen verwendet.[20][138][139] In Deutschland Mitte der 1970er Jahre wurde in zivilen und militärischen Versionen, Fanliner und FanTrainer ein von einem modifizierter NSU-Multi-Rotor-Wankel-Motor angetriebener Pusher-Lüfter-Lüfterflugzeug angetrieben.

Etwa zur gleichen Zeit wie die ersten Experimente mit vollem Maßstab mit Wankel-Motoren, die mit Wankel-Motoren angetrieben werden, Modellflugzeug-Scharme Versionen wurden von einem Mähdrescher des bekannten Japaners Pionierarbeiter O.S. Motoren fest und der damals auszugste Deutsche Graupner Aeromodeling Products Firma unter Lizenz von NSU/Auto-Union. Bis 1968 wurde der erste luftgekühlte Prototyp mit Single-Rotor Glühkerze-Inition, methanol-betrieben 4,9 cm3 Die Wankel -Engine des Verschiebungs -OS/Graupner -Modells wurde ausgeführt und wurde in mindestens zwei unterschiedlichen Versionen von 1970 bis heute hergestellt.[140] ausschließlich durch den O.S. fest nach Graupners Tod im Jahr 2012.[141]

Flugzeug-Wankel-Motoren werden zunehmend in Rollen gefunden, in denen die kompakte Größe, das hohe Leistungsgewicht und den ruhigen Betrieb wichtig sind, insbesondere bei Drohnen und unbemannte Luftfahrzeuge. Viele Unternehmen und Hobbyisten passen Mazda -Rotary -Motoren an, die von Autos genommen wurden, an Flugzeuge. Andere, einschließlich Wankel GmbH selbst, stellen Wankel -Rotary -Motoren her, die zu diesem Zweck deditiert sind.[142][143] Eine solche Verwendung ist die "Rotapower" -Motoren in der Moller Skycar M400. Ein weiteres Beispiel für speziell gebaute Flugzeugrotaries sind Österreicher Motor's 55 PS (41 kW) AE50R (zertifiziert) und 75 PS (56 kW) AE75R (in der Entwicklung) beide Genehmigung. 2 PS/kg.[144]

Wankel -Motoren wurden in homeblauten experimentellen Flugzeugen wie dem eingebaut ARV Super2, ein paar davon wurden von den Briten angetrieben Mittlerer Westen Aero-Engine. Die meisten sind Mazda 12A- und 13B -Automobilmotoren, die in die Luftfahrtkonsum umgewandelt wurden. Dies ist eine sehr kostengünstige Alternative zu zertifizierten Flugzeugmotoren, die Motoren von 100 bis 300 PS (220 kW) zu einem Bruchteil der Kosten für traditionelle Kolbenmotoren bietet. Diese Umbauten waren zunächst in den frühen 1970er Jahren. Mit einigen dieser Motoren in Flugzeugen montiert, vom 10. Dezember 2006 der Nationaler Verkehrssicherheitsausschuss hat nur sieben Berichte über Vorfälle mit Flugzeugen mit Mazda -Motoren, und keiner davon war ein Fehler aufgrund von Design- oder Herstellungsfehlern.

Peter Garrison, der Redakteur für Fliegend Magazin hat gesagt, dass "meiner Meinung nach ... der vielversprechendste Motor für die Luftfahrtgebrauch der Mazda -Rotary ist".[145] Mazda -Rotaries haben gut funktioniert, wenn sie für den Einsatz in homeblauten Flugzeugen umgewandelt wurden. Die wirkliche Herausforderung in der Luftfahrt besteht jedoch darin, FAA-zertifizierte Alternativen zu den Standardmotoren zu produzieren, die die meisten kleinen allgemeinen Luftfahrtflugzeuge mit Strom versorgen. Mistral Engines mit Sitz in der Schweiz entwickelten speziell geeignete Rotaries für Fabrik- und Nachrüstanlagen für zertifizierte Produktionsflugzeuge. Die R-190- und G-230-Ts-Rotary-Motoren flogen bereits auf dem experimentellen Markt, und Mistral-Motoren hofften auf FAA und Jaa Zertifizierung bis 2011. Ab Juni 2010, G-300 Rotationsmotorenentwicklung stellte ein, wobei das Unternehmen Cashflow-Probleme anführte.[146]

Mistrale behauptet, die Herausforderungen des Kraftstoffverbrauchs, das der Drehung inhärent ist, zumindest in dem Maße, in dem die Motoren einen spezifischen Kraftstoffverbrauch innerhalb weniger Punkte nach revanchierenden Motoren ähnlicher Verschiebung aufweisen, überwunden zu haben. Während die Brennstoffverbrennung immer noch geringfügig höher ist als herkömmliche Motoren, wird sie durch andere vorteilhafte Faktoren überwogen.[147][148]

Zum Preis einer erhöhten Komplikation für ein Hochdruck-Diesel-Injektionssystem wurde der Kraftstoffverbrauch im gleichen Bereich wie die kleinen Dieselmotor-SEELSEL-Vorschriften vor dem Kammer und die Multi-Kraftstoffmotoren von Curtiss-Wright nachgewiesen, wobei Wankel-Rotarvorteile erhalten bleiben[149] Im Gegensatz zu einem Kolben- und Overhead -Ventilmotor gibt es keine Ventile, die bei höherer Drehzahl schweben können, was zu Leistungsverlust führt. Das Wankel ist ein effektiveres Design bei hohen Revolutionen ohne Hubkolben, weitaus weniger bewegliche Teile und ohne Zylinderkopf.[150]

Die französische Firma Citroën hatte Wankel betrieben RE2 entwickelt[FR] Hubschrauber in den 1970ern.[151]

Da arbeiten Wankel -Motoren relativ hoch Drehzahlbei 6.000 Drehzahl der Ausgangswelle, der Rotor macht nur 2.000 Kurven. Mit relativ geringem Drehmoment muss propellergetriebene Flugzeuge a verwenden Propellergeschwindigkeitsreduzierungseinheit Propeller im entworfenen Geschwindigkeitsbereich aufrechtzuerhalten. Experimentelle Flugzeuge mit Wankel -Motoren verwenden Propellergeschwindigkeitsreduzierungseinheiten, beispielsweise die Mittlerer Westen Der Twin-Rotor-Motor verfügt über ein 2,95: 1-Reduktionsgetriebe. Das Rotationswellengeschwindigkeit eines Wankel -Motors ist im Vergleich zu rezipierenden Kolbendesigns hoch. Nur die exzentrische Welle dreht sich schnell, während sich die Rotoren genau um ein Drittel der Wellengeschwindigkeit drehen. Wenn sich die Welle bei 7.500 dreht Drehzahl, die Rotoren drehen sich bei viel langsamer 2.500 Drehzahl.

Pratt & Whitney Rocketdyne wurde von beauftragt von DARPA Um einen Diesel -Wankel -Engine zur Verwendung in einem Prototyp zu entwickeln Vtol fliegendes Auto genannt "Transformator".[89][90][91][92] Der Motor, basierend auf einem früheren unbemannten Luftfahrzeug -Wankel -Dieselkonzept namens "Endurocore".[93]

Das Segelflugzeug Hersteller Schleicher Verwendet ein Österreichmotoren AE50R Wankel[152][153] in seinen selbst steuerlichen Modellen Ask-21 mi, ASH-26E,[154] Asche-25 m/mi, ASH-30 mi, ASH-31 mi, ASW-22 BLE, und ASG-32 mi.

Im Jahr 2013, Ego Flugzeuge mit Sitz in Cambridge, Großbritannien, kündigte an, dass sein neues Einsitzer-Canard-Flugzeug, der Gewinner eines Entwurfswettbewerbs zur Begegnung der neuen britischen einsitzigen Kategorie Unbemannte Aeronautical Vehicle (UAV) -Anwendungen (UAV). Der erste Verkauf war 2016. Das Flugzeug wird voraussichtlich 100 Knoten (190 km/h; 120 Meilen pro Stunde) von einem 22 kW (22 kW) Wankel -Motor mit einem Kraftstoffverbrauch von 75 MPG liefern- Imp (3,8 l/100 km; 62 mpg-UNS) unter Verwendung von Standardmotor -Benzin (Mogas), die 22 kW (30 PS) entwickeln.[155]

Der DA36 E-Star, ein Flugzeug, das von entworfen wurde von Siemens, Diamantflugzeuge und Eads, beschäftigt a Serie Hybrid Antriebsstrang, wobei der Propeller von einem 70 kW (94 PS) Elektromotor gedreht wird. Ziel ist es, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen um bis zu 25%zu senken. Ein Bord an Bord von 40 PS (30 kW) Austro -Motoren Wankel -Drehmotor und Generator liefert den Strom. Eine Propellergeschwindigkeitsreduzierungseinheit wird beseitigt. Der Elektromotor verwendet Strom, der in Batterien gespeichert ist, wobei der Generatormotor ausgeschaltet wird, um die Schallemissionen zu reduzieren. Der Serien-Hybrid-Antriebsstrang unter Verwendung des Wankel-Motors reduziert das Gewicht der Ebene im Vergleich zu seinem Vorgänger um 100 kg. Der DA36 E-Star flog erstmals im Juni 2013 und machte diesen ersten Flug eines Serien-Hybrid-Antriebsstrangs. Diamond Aircraft gibt an, dass die Technologie mit Wankel-Motoren zu einem Flugzeug mit 100 Sitzplätzen skalierbar ist.[156][157]

Fahrzeugbereich Extender

Struktur eines Serienhybridfahrzeugs. Das graue Quadrat repräsentiert ein Differentialgetriebe. Eine alternative Anordnung (nicht gezeigt) besteht darin, Elektromotoren auf zwei oder vier Rädern zu haben.
Mazda2 EV -Prototyp

Aufgrund der kompakten Größe und des Verhältnisses eines Wankel -Motors mit hohem Strom zu Gewicht wurde er für Elektrofahrzeuge als vorgeschlagen Reichweiter Ergänzungsleistung bei niedriger Strombatteriespiegel bei niedriger Leistung. Es gab eine Reihe von Konzeptautos mit a Serie Hybrid Antriebsstranganordnung. Ein Wankel -Motor, der nur als Generator verwendet wird, verfügt bei der Verwendung in einem Fahrzeug über Verpackungen, Rauschen, Vibrationen und Gewichtsverteilung, wodurch der Innen- und Gepäckraum maximiert wird. Der Motor/Generator kann an einem Ende des Fahrzeugs mit den Elektromotoren am anderen sein und nur durch dünne Kabel verbunden sind. Mitsueo Hitomi Der globale Antriebsstrangkopf von Mazda erklärte: "Ein Rotationsmotor ist ideal als Range Extender, da er kompakt und leistungsstark ist und gleichzeitig eine niedrige Vibration erzeugt".[158]

In 2010, Audi enthüllte ein Prototyp-Serien-Hybrid-Elektroauto, das A1 e tronDies umfasste einen kleinen Wankel-Motor von 250 ccm, der bei 5.000 U / min lief, wodurch die Batterien des Autos nach Bedarf aufgeladen waren und direkt zum Elektromotor Strom lieferten.[159][160] Im Jahr 2010 sagte FEV Inc. Fiat 500Ein Wankel -Motor würde als Range Extender verwendet.[161] Im Jahr 2013, Valmet Automotive von Finnland enthüllte ein Prototyp-Auto namens EVA mit einem Wankel-Power-Serien-Hybrid-Antriebsstrang-Auto mit einem von der deutschen Firma Wankel Supertec hergestellten Motor.[162] Das britische Unternehmen Aixro Radial Engines bietet einen Range Extender an, der auf dem 294 ccm-Kammer basiert Go-Kart Motor.[163]

Mazda aus Japan stellte 2012 die Produktion von Direktantriebs -Wankel -Motoren in ihrer Modellpalette ein und ließ die Kraftindustrie weltweit ohne Produktionsautos mit dem Motor. Das Unternehmen entwickelt die nächste Generation ihrer Wankel-Motoren, der SkyActiv-R, fort. Mazda gibt an, dass die SkyActiv-R die drei wichtigsten Probleme mit früheren Rotary-Motoren löst: Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Zuverlässigkeit.[24][164][165] Takashi YamanouchiDer globale CEO von Mazda sagte: "Der Rotationsmotor hat eine sehr gute dynamische Leistung, aber es ist nicht so gut in der Wirtschaft, wenn Sie beschleunigen und verlangsamen Es ist am effizientesten. Es ist auch kompakt. "[74] In Produktionsfahrzeugen oder Flugzeugen wurde noch kein Wankel -Motor in dieser Arrangement verwendet. Im November 2013 kündigte Mazda jedoch dem Motoring Press ein Serien-Hybrid-Prototyp-Auto an, das Mazda2 evmit einem Wankel -Motor als Range Extender. Der Generatormotor, der sich unter dem hinteren Gepäckboden befindet, ist eine winzige, fast unhörbar Drehzahl und eine kontinuierliche elektrische Leistung von 20 kW.[166][167][168] Im Oktober 2017 gab Mazda bekannt, dass der Rotationsmotor mit 2019/20 in einem Hybridauto die gezielten Einführungsdaten verwendet werden würde.[169][158][170]

Mazda hat Forschungsarbeiten zur Zündung von Funkenkontrollierter Kompression durchgeführt (SPCCI) Zündung auf Rotationsmotoren, aus denen hervorgeht, dass neue Rotationsmotoren SPCCI enthalten. SPCCI enthält eine Spark- und Kompressionszündung, die die Vorteile von Benzin- und Dieselmotoren kombiniert, um Umwelt-, Strom- und Kraftstoffverbrauchsziele zu erreichen.[82]

Mazda bestätigte, dass ein ausgestattetes, ausgestattetes, ausgestattetes, ausgedehntes Auto ein Jahr spät im Jahr 2020 eingeführt wird. Möglicherweise gibt es eine Auswahl einer größeren Batteriebank, um das vollständige EV -Laufen mit Batterieladung aus dem Gitter zu ermöglichen. Der Motor erfüllt die Doppelfunktionen einer Reichweite aus. -Extender und Batterieladegerät, wenn die Batterieladung zu niedrig ist. Beim Laufen mit dem Motor wird der Elektromotor verwendet, um die Beschleunigung zu unterstützen und von stationärer Station abzuheben.[171][26]

Andere Verwendungen

UEL UAV-741 Wankel Motor für a Uav

Kleine Wankel -Motoren werden zunehmend in anderen Anwendungen gefunden, wie z. Go Karts,[172][173] persönliches Wasserfahrzeug, und Hilfskrafteinheiten für Flugzeuge.[174][175] Kawasaki patentierter Mischungsmotor (US-Patent 3991722). Hersteller von japanischen Dieselmotoren Yanmar und Dolmar-Sachs aus Deutschland hatte eine Kettensäge mit Rotationsmotor (SAE-Papier 760642) und Außenbord-Bootsmotoren, und der französische Outils Wolf machte einen Rasenmäher (Rotondor), der mit einem Wankel-Rotationsmotor angetrieben wurde. Um die Produktionskosten zu sparen, befand sich der Rotor in einer horizontalen Position und es gab keine Dichtungen in der Nacht. Das Graupner/O.S. 49-PI ist ein 5-ccm-Wankel-Motor von 1,27 PS für Modellflugzeug Die Verwendung, die seit 1970 im Wesentlichen unverändert ist. Auch bei einem großen Schalldämpfer wiegt das gesamte Paket nur 380 Gramm (13 Unzen).[176][177]

Die Einfachheit des Wankel-Motors macht ihn für Mini-, Mikro- und Mikro-Mini-Motorkonstruktionen gut geeignet. Das Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Rotationsmotorenlabor am Universität von Kalifornien, Berkeley, hat zuvor Forschungen zur Entwicklung von Wankel -Motoren mit einem Durchmesser von bis zu 1 mm durchgeführt, wobei Verschiebungen von weniger als 0,1 ccm. Zu den Materialien gehören Silizium und Motivleistung enthalten Druckluft. Das Ziel einer solchen Forschung war es, schließlich einen internen Verbrennungsmotor mit der Fähigkeit zu entwickeln, 100 Milliwatt elektrische Leistung zu liefern. wobei der Motor selbst als Rotor der dient Generator, mit Magnete in den Motorrotor selbst eingebaut.[178][179] Die Entwicklung des Miniatur -Wankel -Motors hielt am Ende des DARPA -Vertrags bei UC Berkeley an. Miniatur -Wankel -Motoren hatten Schwierigkeiten, die Kompression aufgrund von Versiegelungsproblemen aufrechtzuerhalten, ähnlich wie bei den in großen Versionen beobachteten Problemen. Darüber hinaus leiden Miniaturmotoren unter einem nachteiligen Verhältnis von Oberflächen zu Volumen, das zu übermäßigen Wärmeverlusten führt. Die relativ große Oberfläche der Brennkammerwände überträgt die geringe Wärme im kleinen Verbrennungsvolumen, was zu Quenching und geringem Effizienz führt.

Ingersoll-Rand Baute den größten Wankel-Motor mit zwei Rotoren, die zwischen 1975 und 1985 erhältlich waren und 1.100 PS (820 kW) produzierten. Eine One -Rotor -Version war erhältlich und produzierte 550 PS (410 kW). Die Verschiebung pro Rotor betrug 41 Liter, wobei jeder Rotor einen Durchmesser von ungefähr einem Meter hatte. Der Motor wurde von einem früheren, erfolglosen abgeleitet Curtiss-Wright Design, das aufgrund eines bekannten Problems mit allen fehlgeschlagen ist Verbrennungsmotoren: Die feste Geschwindigkeit, mit der die Flamme Front beschränkt, begrenzt die Entfernungsverbrennung kann in einer bestimmten Zeit vom Zündpunkt wandern, wodurch die maximale Größe der Zylinder- oder Rotorkammer eingeschränkt wird, die verwendet werden kann. Dieses Problem wurde gelöst, indem die Motordrehzahl auf nur 400 kW pro Rotor begrenzt wurde.[180] und die Verwendung von Erdgas als Kraftstoff. Das war besonders gut ausgewählt, da eine der Hauptnutzungen des Motors darin bestand, Kompressoren auf Erdgas zu fahren Pipelines.[181] Die Motoren verwendeten "homogene Ladung" und einige lief über 30.000 Stunden.[180]

John Deere erwarb die Curtiss-Wright Rotary Division im Februar 1984 und machte auch große Prototypen mit mehreren Brennstoffen, einige mit einem 11-Liter-Rotor für große Fahrzeuge.[180][150][182] Die Entwickler versuchten, die Flammenfront-Ausgabe (die Ingersoll-Rands homogene Verbrennung behinderten) zu lösen, indem sie den Kraftstoff in der Brennkammer beschleunigt.[180] Die Technologie wurde 1991 auf RPI übertragen.[183][184]

Yanmar Japans produzierte einige kleine, ladungsgekühlte Rotory-Motoren für Kettensägen und Außenbordmotoren.[185] Eines seiner Produkte ist der LDR-Motor (Rotorpause in der Vorderkante der Brennkammer), die bessere Abgasemissionsprofile aufweist, und die steuergesteuerten Aufnahmeanschlüsse mit Reed-Ventilen, die die Leistung der Teilladung und der geringen RPM-Leistung verbessern.[186]

1971 und 1972,, Arktische Katze Produzierte Schneemobile, die von Sachs KM 914 303-CC und KC-24 294-CC-Wankel-Motoren in Deutschland hergestellt wurden.

In den frühen 1970er Jahren, Außenbord Marine Corporation verkaufte Schneemobile unter Johnson und anderen Marken, die von 35 oder 45 PS (26 oder 34 kW) OMC -Motoren angetrieben wurden.

Aixro aus Deutschland produziert und verkauft einen Go-Kart-Motor mit einem 294-cma-Kammer-Ladungs-Rotor- und flüssiggekühlten Gehäusen. Andere Hersteller sind: Wankel AG, Cubewano, Rotron und Precision Technology USA.

Die Amerikaner M1A3 Abrams Tank kann eine Rotary Diesel -APU verwenden.[187] entwickelt vom TARDEC US Army Lab. Es verfügt über einen 330-cmon-Rotationsmotor mit hoher Leistung, der so modifiziert ist, dass er mit verschiedenen Brennstoffen wie Standard Militär betrieben wird JP-8 Kerosin.[188][Benötigt Update]

Nicht-interne Verbrennung

Ogura Wankel -Klimaanlage -Kompressor

Zusätzlich zur Verwendung als interne Verbrennungsmotor wurde das grundlegende Wankel -Design verwendet Gaskompressoren, und Supercharger Für interne Verbrennungsmotoren, aber in diesen Fällen, obwohl das Design immer noch Vorteile für die Zuverlässigkeit bietet, sind die grundlegenden Vorteile der Wachtelgröße und des Gewichts gegenüber dem Vier-Takt-Verbrennungsmotor irrelevant. In einem Design mit einem Wankel -Supercharger auf einem Wankel -Motor ist der Supercharger doppelt so groß wie der Motor.

Das Wankel -Design wird in der verwendet Sicherheitsgurt Vorspannungssystem[189] in einigen Mercedes Benz[190] und Volkswagen[191] Autos. Wenn der Verzögerung Sensoren Ein potenzieller Unfall erkennen, kleine Sprengpatronen werden elektrisch ausgelöst, und die daraus resultierenden Druckgas füttert in winzige Wankel -Motoren, die sich drehen, um das Locker in den Sicherheitsgurtsystemen aufzunehmen, und verankert den Fahrer und die Passagiere vor einer Kollision fest auf dem Sitz.[192]

Siehe auch

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Externe Links