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4. Weitere Motorarten
Felix Wankel, der am 13.August 1902 in gebohren wurde, befasste
sich ab 1926 mit der Konstruktion von Rotationskolbenmotoren (ab 1936 in den,
vom Reichluftfahrtministerium eingerichteten, Wankelversuchswerkstätten
in Lindau), die zu der ab 1953 von der NSU-Motorwerke AG geförderten Entwicklung
seines 1957 erprobten und ab 1964 produzierten Wankelmotors führten.
Bei den Motoren muss jeweils eine Auf- und Abbewegung des Kolbens
in eine Dreh- bewegung der Kurbelwelle umgesetzt werden. Hierzu benötigt
man mehrere, in ver- schiedener Weise bewegte, Maschinenelemente. Dies ist jedoch
von sehr grossen Nachteil und so versuchte man einen Motor zu entwickeln, der
die Welle nicht unmittelbar antreibt. Diese Entwicklung gelang 1957 Felix Wankel.
Dessen Motor wurde erstmals 1964 von den NSU-Motorwerken in Autos eingebaut
und wird seither in einigen Autotypen verwendet.
Der Wankelmotor weist einen dreieckförmigen Kolben auf
, der sich in einem mit ellipsenähnlichen Querschnitt dreht (Bild 4.1).
Dieser besitzt drei Kammern (1,2,3). Bei der im Bild 4.1a festgehaltenen Phase
wird in Kammer 1 über das Einlassventil E ein Luft-Kraftstoff- Gemisch
gesaugt. Beim Weiterdrehen des Kolbens wird diese Kammer vom Einlassventil wegbewegt
und das Volumen der Kammer gleichzeitig verkleinert. Im Bild 4.1b wird das Gemisch
in Kammer 1 entzündet. Die Aus- dehnung der Verbrennungsgase übt eine
Kraft auf den Kolben aus , so dass er sich weiter im Uhrzeigersinn bewegt ,
auch weil Kammer 1 bei dieser Drehung ihr Volumen vergrössert. Schliesslich
erreicht diese Kammer das Auslassventil A , und die Verbrennungsgase werden
ausgestossen , wie man es bei Bild 4.1c sehen kann. Der Prozess in der Kammer
beginnt daraufhin von neuem. Die gleichen Vorgänge finden in entsprechender
zeitlicher Verschiebung auch in den Kammern 2 und 3 statt. So wird beispielsweise
in im Bild 4.1c die Kammer 2 mit Kraftstoff gefühlt , während das
Gemisch in Kammer 3 entzündet wird und in Kammer 1 das Ausstossen der Verbrennungsgase
beginnt. Vorteile des Wankelmotors sind zum einen sein geringer Raumbedarf ,
dann sein schwingungsfreier Lauf , was durch die nur vorhandenen rotierenden
Teile kommt. Und es ist keine Ventilsteuerung nötig. Nachteile des Wankelmotors
sind hingegen sein hoher Kraftstoffverbrauch , schlechte Abgaswerte und ausserdem
ist die Abdichtung der Kammern sehr aufwendig (sehr teuer).
Bild 4.1: Der Wankelmotor
Mit der Entwicklung des Magermotors verfolgt man das Ziel ,
Motoren zu bauen, die weniger verbrauchen , saubere Abgase haben und dabei die
gleiche Leistung eines Motors der gegenwärtigen Generation bringen. Hiebei
bemüht man die aus dem Bau des geregelten Dreiwegekatalysator bekante Lambdasonde.
Die Lambdasonde hat die Aufgabe , einen Lambdawert von 1 ( 14,7 Kilogramm Luft
auf 1 Kilogramm Kraftstoff) über entsprechende elektronische Regelungen
im Prozess der Verbrennung nahezu konstant zu halten. Mit dem Magerkonzept will
mann nun deutlich über den Wert "Lambda 1" gehen, d.h. die Erhöhung
des Luftanteiles an der Gemischbildung. Die damit auftretenden Symptome , wie
Aussetzer , Schieberuckeln u.a. müssen aber durch aufwendige konstruktive
Massnahmen beseitigt werden:
Diese Modifikation mussten miteinander koordiniert werden. Die
entsprechenden Hilfsmittel für eine solche Abstimmung sind fast allen Experimentalmotoren
der Fahrzeughersteller gleich. Es geht im wesentlichen um abgewandelte Zündanlagen,
Motorelektronik , Magersonde und Klopfsonde.
Warum das notwendig ist , klärt eine kurze technisch-physikalische
Betrachtung. Zunächst ist davon auszugehen , dass abgemagerte Gemische
ausgesprochen zündunwillig sind. Um den Motor trotz der Schonkost zu rascher
und gleichmässiger Verbrennung zu bewegen , bedarf es in Einlasskanal ,
Brennraum und Zündanlage einiger konstruktiver Lösungen , die teilweise
erheblich vom gewohnten Standard abweichen. So erzeugt etwa ein Drall-Einlasskanal
durch seine spezielle Formgebung im Bereich des Ventilsitzes eine spiralförmige
Strömung , die sich im Brennraum fortsetzt. Ein Gemisch , das derart in
Bewegung gebracht wurde , zündet leichter. Um die Verwirbelung noch zu
steigern , sind im Brennraum meist zusätzliche Quetschkanten vorgesehen.
Wird dazu der Zündzeit in Richtung spät verstellt , sinkt auf jeden
Fall der Ausstoss schädlicher Stickstoffoxide. Nach dieser Drall-Methode
in Verbindung mit einer komplexen Motorelektronik , mit speziellen Einspritzsystemen
und der Mehrventiltechnik arbeiten alle derzeit aktuellen Magermischmotoren.
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