Wankelmotor: hoe werkt het en wat zijn de voordelen ervan?
Een wankelmotor, ook wel rotatiemotor genoemd, is een type verbrandingsmotor met een roterende zuiger die druk omzet in roterende beweging. Dit type motor brengt veel voordelen met zich mee.
In tegenstelling tot een klassieke verbrandingsmotor draaien alle onderdelen van de wankelmotor in één richting.
Inhoud
Hoe werkt een wankelmotor?
De viertaktcyclus (inlaat, compressie, verbranding, uitlaat) vindt plaats tussen de ovale binnenbehuizing en de roterende zuiger, die een driehoekige vorm heeft.
Deze motor is ontworpen door de Duitse ingenieur Felix Wankel, die in 1929 patent op deze motor kreeg. Wankelmotoren zijn uitsluitend benzinemotoren. Dieselmotoren van dit type werden alleen onder laboratoriumomstandigheden getest.
Paardenkracht: wat is het en waarom is het belangrijk?
Het vermogen van de wankelmotor in termen van vermogen is één pk per 0,45 kg gewicht. Met andere woorden: aangezien de motor 100 kg weegt, zou het vermogen ongeveer 222 pk bedragen. Deze cijfers zijn behoorlijk indrukwekkend.
De geschiedenis van de wankelmotor in een notendop
In 1951 startte de firma NSU Motorenwerke AG in Duitsland met de ontwikkeling van deze motor, terwijl er twee modellen werden gebouwd. De eerste motor is gemaakt door Felix Wankel en de tweede motor door Hanns Dieter Paschke.
De moderne wankelmotor was gebaseerd op een motor van Hanns Dieter Paschke, dus deze motor mag geen wankelmotor worden genoemd, maar een paschke-motor.
De motor van Hanns Dieter Paschke:
In 1960 tekenden de Duitse firma NSU en de Amerikaanse firma Curtiss-Wright een gezamenlijke overeenkomst. NSU concentreerde zich op de ontwikkeling van wankelmotoren met laag en middelhoog vermogen en Curtiss-Wright ontwikkelde motoren met hoog vermogen, waaronder vliegtuigmotoren.
Veel fabrikanten hebben licentieovereenkomsten getekend om de wankelmotor te ontwikkelen, voornamelijk vanwege de soepelheid, stille werking, het eenvoudige ontwerp en de hoge prestaties. Onder hen waren Alfa Romeo, American Motors, Ford, Citroen, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki en Toyota.
Curtiss-Wright verbeterde het basisontwerp van deze motor in de Verenigde Staten. In het Verenigd Koninkrijk daarentegen werd een tweetaktdieselversie van de wankelmotor ontwikkeld, en Deere & Company ontwierp een versie die verschillende brandstoffen kon gebruiken.
Wankelmotor constructie
Bij de wankelmotor vinden vier cycli van het verbrandingsproces plaats in de ruimte tussen de rotor en de binnenkant van de motorkap. Op de plaatsen waar de roterende zuiger de binnenschaal van het motordeksel raakt, zorgt een afdichting ervoor dat er drie geïsoleerde ruimtes ontstaan tussen de rotor en de schaal.
Terwijl de zuiger draait, bewegen deze ruimtes in de draairichting en nemen ze toe en af in volume. Een ovale behuizing omringt elke wankelmotorrotor. De rotor heeft de vorm van een driehoek met afgeronde randen met de vorm van een boog.
Motorzuigers: hoe werken ze?
De zuigers draaien rond de as, ook wel de excentrische as of E-as genoemd, en gaan door het midden van de rotor. Een groot tandwiel zorgt voor de cirkelvormige beweging van de zuiger, waarbij de binnentanden zich in het midden van de rotor bevinden.
Een klein tandwiel dat het rotortandwiel aangrijpt, is stevig aan de as bevestigd. Een mengsel van lucht en benzine wordt via een kanaal aangezogen en na compressie ontstoken door een vonk van een bougie. Na het uitzetten en werken worden de rookgassen in de uitlaatpijp afgevoerd. De binnenkant van de zuiger wordt gekoeld door olie en de behuizing en het motordeksel worden gekoeld door water.
In alle drie de kamers vindt achtereenvolgens een viertaktverbrandingscyclus plaats, namelijk:
- Lucht- en brandstofinlaat
- Compressie en ontsteking
- Expansie en uitlaat
Drie omwentelingen van de excentrische as zijn gelijk aan één omwenteling van de rotor. De omwentelingen worden gegeven als de omwentelingen van de as. Wankelmotoren hebben daarom een hoger maximumtoerental (ca. 9000 tpm) dan zuigermotoren met vergelijkbare prestaties.
Motorcompressietest: wat onthult deze over de motor?
Omdat de wankelmotor een heel ander concept gebruikt dan de klassieke zuigerverbrandingsmotor, is een directe vergelijking niet mogelijk. Debiet, warmteverlies en oppervlaktetemperatuurkarakteristieken zijn verschillend.
Voordelen van de wankelmotor
- Veel hogere vermogen-gewichtsverhouding dan een zuigermotor
- Compactheid (ongeveer een derde van de grootte van een zuigermotor)
- Geen retourneerbare onderdelen
- Hij kan hogere toerentallen per minuut halen dan een zuigermotor
- Er ontstaan vrijwel geen trillingen
- De motor bevat minder onderdelen, waardoor de productie goedkoper is
- Bij sommige wankelmotoren blijft de motorolie niet verontreinigd door het verbrandingsproces
- Wankelmotor is veel lichter en eenvoudiger omdat het bevat minder bewegende delen
- Het werk van de kleppen wordt uitgevoerd met behulp van eenvoudige leidingen ingebed in de wand van het rotorblok
De wankelmotor heeft de bovengenoemde voordelen die het gebruik ervan in auto's, motorfietsen, raceauto's, vliegtuigen, skelters, sneeuwscooters en dergelijke mogelijk hebben gemaakt.
Levensduur wankelmotor
Wankelrotorhuizen worden aan de ene kant voortdurend verwarmd en aan de andere kant gekoeld, wat resulteert in hoge lokale temperaturen en ongelijkmatige thermische uitzetting. Hoewel dit hoge eisen stelt aan de gebruikte materialen, vergemakkelijkt de eenvoud van de motoren het gebruik van alternatieve materialen zoals exotische legeringen en keramiek.
Bij vroege motoren was er veel lekkage tussen de rotor en de binnenschaal van het motorhuis. Deze motoren moesten vaak na 32.000 kilometer opnieuw worden afgedicht. De huidige wankelmotoren van Mazda moeten na 50.000 tot 160.000 kilometer opnieuw worden afgedicht.
Als de eigenaar de motor na een bepaalde kilometerstand niet opnieuw afdichtte, volgde compressieverlies, wat zich uitte in moeilijke koude starts. Uiteindelijk kon de motor helemaal niet meer gestart worden.
Mazda’s begonnen de wankelmotor al in 1957 te gebruiken, dat wil zeggen al 50 jaar geleden, maar met het einde van de productie van de Mazda RX-8 in 2012 had de wankelrotatiemotor in serieproductie zijn laatste uur – dat wil zeggen, totdat onlangs, toen Mazda de terugkeer van de wankelmotor aankondigde.