Wankelmotoren

Wankelmotoren
INGENIØRFAGLIG INNFØRING
Gulland, Jørgen Emil | | 19. juni 2015
Innholdsfortegnelse
Innhold
Innholdsfortegnelse ........................................................................................................................................ 1
Innledning ........................................................................................................................................................2
Historie ............................................................................................................................................................. 3
Virkemåte ........................................................................................................................................................ 4
Fordeler og Ulemper ...................................................................................................................................... 6
Wankelmotoren i dag .................................................................................................................................... 8
Kilder .............................................................................................................................................................. 10
SIDE 1
Innledning
En wankelmotor som også kan kalles for en rotasjonsmotor, er en bensindrevet
motor konstruert av den tyske ingeniøren Felix Wankel. Det som er unikt med
denne motoren er at den ikke er drevet av et stempel og sylindre slik som vanlige to
og firetaktsmotorer, i stedet har den en trekantet rotor som går rundt i et
ovalformet hus formet også kalt en «epitrocoide». Inne i det ovalformede huset
danner denne rotoren tre kamre, hvor volumet på de tre varierer mens rotoren går
rundt. Rotoren går rundt et fast tannhjul som sitter i veivhuset ved hjelp av en
eksentrisk aksel som kan sammenlignes med veivakselen på vanlige motorer.
SIDE 2
Historie
Allerede i en alder av 17 år fant den unge ingeniøren Felix Wankel ut at han hadde
lyst til å lage en ny type bensinmotor. Dette var i en periode hvor den vanlige
stempelmotoren regjerte under panseret på de aller fleste bilene. I sitt eget lille
laboratorium satte Wankel seg ned og begynte å tegne geometrien til denne
motoren. Det tok ikke lang tid før bilselskapene fikk høre om Wankel sitt lille
prosjekt. Det ble stor oppslutning rundt dette og Wankel selv skrev en avtale med
bilselskapet NSU rundt 1950.
Allerede i 1957, ble prototypen av wankelmotoren gitt ut. Med ett prinsipp om færre
bevegelige deler, lettere og en mer kompakt motor ble oppslutningen stor. Med
færre bevegelige deler skapte motoren mindre vedlikehold og med mindre
vedlikehold førte til billigere opplevelser for eierne.
Syv år senere, i 1964 ble verdens første bil produsert med en wankelmotor. NSU
Wankel Spider kom på markedet med en 0.5 l wankelmotor med 50 Hk.
Med wankelmotorens store potensiale, ble dette et «hot» objekt for andre
bilselskaper. Alfa Romeo, American Motors, Citroen, Ford, General Motors, Mazda,
Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki, og Toyota var blant annet
noen av bilmerkene som ønsket og videreutvikle denne motoren. Det var tilslutt
Mazda som kjøpte lisensen på motoren og fortsatte med utviklingen av motoren.
Fram til i dag har Mazda produsert en rekke biler med wankelmotor blant annet
R100, RX-2, RX-3. RX-4. RX-5, RX-7 og til slutt RX-8 som er det nyeste medlemmet
av wankelmotor familien. Det ryktes at Wankelmotoren har sett lyset for siste gang,
men man skal ikke si det for sikkert at Mazda har gitt opp håpet.
SIDE 3
Virkemåte
Rotoren i en Wankelmotor er et trekantet prisme med buede kanter. Dette
triangelet roterer inne i et hulrom som er formet som en strukket/ovalformet sirkel.
Inne i rotoren ligger en støtteaksling med tenner. Denne holdes i ro når triangelet
roterer.
Virkemåten er ganske enkelt og inneholder de samme momentene som i en
stempel-motor. Først suges bensingassen inn i kammeret øverst, deretter lukkes
inngangen for drivstoff idet trekanten roterer og komprimerer gassen. Når gassen er
komprimert pressen den mot tennpluggene og vi får en tenning/eksplosjon som
presser rotoren videre ned, før gassen utvider seg og går ut som eksos. Eksosrøret
ligger under inngangen til drivstoffet. Disse to skilles ved kantene på trekanten. På
like linje som at alle de tre kamrene skille ved kantene på trekanten. Denne
prosessen gjentar seg.
Se figur.
SIDE 4
Legg merke til at de tre kamrene er tydelig skilt fra hverandre. Og at når tannhjulet
i midten rekker å gå en runde rundt sin egen akse har trekanten flyttet seg en
tredjedel. Flere slike roterende triangler er så koblet etter hverandre med en felles
aksling, som i sin tur er koblet til motorens drivsystem
Det som er mye av essensen i denne motoren er at disse 4 fasene skjer samtidig
med hverandre. Når det ene kammeret tar inn bensingass, komprimeres gassen som
ble tatt inn i kammer to, og gassen som allerede har eksplodert og utvidet seg,
slippes ut i kammer tre, samtidig. Dette er hoved grunnen til at motoren klarer og
operere med høyere turtall en mange andre motorer.
Se gjerne animasjonen til dette her:
https://www.youtube.com/watch?v=K6oQqN0fpk8
Geomentrien bak wankelmotoren er enkel. Felix Wankel satte opp to sirkler over
hverandre. Den øverste og minste har halvparten av radien til den nederste og store
sirklen. Dersom du ruller den lille sirkelen rundt aksen til den store, med en akse ut
fra midten til toppen av sirkelen, vil du se at ved å tegne en linje rundt den store
SIDE 5
sirkelen får vi den ovalformede fasongen rundt trekanten i motoren.
Se video av forklaringen her:
https://www.youtube.com/watch?v=lyItjvs8nvI
Etter 1.50 vises geometri forklaringen.
Fordeler og Ulemper
Fordeler:











Langt høyere effekt i forhold til vekt enn en stempelmotor
Motoren veier omtrent en tredjedel av vekten til en stempelmotor, av
tilsvarende utgangseffekt
Motoren har omtrent en tredjedel av størrelsen på en stempelmotor av
tilsvarende utgangseffekt
Kan nå høyere omdreininger per minutt enn en stempelmotor
Fungerer med nesten ingen vibrasjoner
Billigere å masseprodusere som motor siden den inneholder færre deler
Kraftmomentet tilsvarer omtrent to tredjedeler av forbrenningssyklus, en
stempelmotor tilsvarer en fjerdedel
Bredere turtallsområdet gir større tilpasningsevne
Den kan bruke drivstoff for bredere oktantall
Motoren lider ikke av "skala-effekt" til å begrense sin størrelse
På noen Wankelmotorer forblir oljen uberørt av forbrenningsprosessen dette
gjør at motoren ikke krever oljeskift. Oljen er da fullstendig forseglet fra
forbrenningsprosessen. I stempelmotorer blir oljen forurenset av
forbrenningen gjennom stempelringene.
Ulemper:




Lav Kompresjon
Lavere dreiemoment og dette fører til lavere virkningsgrad. Virkningsgraden
er lavere enn en vanlig bensinmotor, som ligger på 25 til 30 %
Høyere CO2-utslipp
Motoren bruker også mer drivstoff enn en stempelmotor av samme effekt
SIDE 6




Rotor tetting. Dette er fortsatt et problem som gjør at motorhuset har veldig
forskjellige temperaturer i hvert av de tre kamrene.
De ulike ekspansjonskoeffisienter for materialene gir en langt fra perfekt
tetning. I tillegg er begge sider av selene blitt eksponert for drivstoff, og
designet tillater ikke et dedikert smøresystem, som i to-takts motorer
Til sammenligning har en stempelmotor alle funksjonene i en syklus i
samme kammer, den blir da utsatt for en stabil temperatur. I en
wankelmotor foregår de ulike prosessene i det samme kammeret hver gang.
Dette fører til at temperaturforskjellene ikke er like stabile som i en
stempelmotor. Den maksimale motortemperaturen fra 231 ° C til 129 ° C, og
den maksimale forskjell fra en varmere til et kaldere område av motoren, fra
159 ° C til 18 ° C.
Apex pakningene er blir utsatt for mye friksjon fra kantene på trekanten til
huset rundt. Dette fører til at trekanten ikke klarer å tette og skille de tre
kamrene like godt som ønsket. Samtidig fører dette til at deler må byttes ut
oftere.
SIDE 7
Wankelmotoren i dag
Det er hovedsakelig Mazda som produserer biler med wankelmotor, motoren dør
mer og mer ut men Mazda har ikke lagt den vekk for alltid ennå. Mazda er den
produsenten som har produsert flest biler med wankelmotor, kanskje den mest
kjente av den er Mazda RX-8. her har Mazda puttet inn wankelmotoren i en av sine
mest kjente sportsbiler. Denne har blitt testet på blant annet tv-serien Top-Gir og
fått mye gode omtaler.
Med et så godt potensialet som wankelmotoren har var den veldig populær på 1960tallet, men da det viste seg at det var en god del som måtte utbedres mistet
bilselskapene litt troen på prosjektet. Allikevel har det blitt produsert en rekke
Mazda biler, også noen NSU biler, som riktig nok var først ute med denne motoren
i en bil. Det har også blitt laget motorsykler med wankelmotoren blant annet
Suzuki prøvde seg, men etter hva jeg har forstått ble heller ikke det noen stor
suksess.
Etter som tiden går blir det stadige nye oppfinnelser på bil-fronten. Utfordringer
som følger for wankelmotoren blir da desto større. Hvis bensinmotoren hadde blitt
oppfunnet i dag ville det nok ikke være mange som hadde vært interessert i dette.
Motoren har en virkningsgrad mellom 25-30%, samt er en stor trussel mot miljøet.
Etter som at el-bilene tar mer og mer over, gjør dette det enda vanskeligere for en
bensinmotor som Wankel og slå igjennom. Wankelmotoren har lavere
virkningsgrad enn en vanlig bensinmotor.
Til tross for dette har Mazda prøvd seg på et miljøvennlig variant av
Wankelmotoren. Mazda RX-8 Hydrogen. Bilen har en bryter som gjør at den kan
variere mellom å bruke Bensin eller Hydrogen. Problemet med Hydrogen er at det
ikke er så utbredt med påfyllings stasjoner rundt om i verden som man skulle
ønske. Se bildet:
SIDE 8
Så alt i alt sliter Wankelmotoren med å gjøre sitt store gjennombrudd. Mange sier
at Wankelmotoren sin tid er over, men vi får se hva Mazda gjør i fremtiden med en
motor som hadde stort potensial som man aldri helt fikk utnyttet seg av.
SIDE 9
Kilder
Litteratur:
https://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine
https://no.wikipedia.org/wiki/Wankelmotor
https://snl.no/wankelmotor
Bilder:
https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X&
ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgrc=SiFl74wCZi_E4M%253A%3BX9IQtn0
5IUMSHM%3Bhttps%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252F
thumb%252Fb%252Fba%252FWankel-1.jpg%252F220px-Wankel1.jpg%3Bhttps%253A%252F%252Fen.wikipedia.org%252F%253Ftitle%253DWankel_engine%3B220%3
B281
https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X&
ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgrc=Qm0qaKf0f_CxAM%253A%3BnBCW
h0CTyj6BOM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikibooks%252Fde%252Fthu
mb%252F1%252F19%252FWankelmotor.jpg%252F400pxWankelmotor.jpg%3Bhttps%253A%252F%252Fprezi.com%252Fmzffguw_1vyd%252Fderwankelmotor%252F%3B400%3B328
https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X&
ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#tbm=isch&q=wankel+engine&imgrc=GN6Mt
xM_pt0giM%253A%3BzSmRXmpxo-6U6M%3Bhttp%253A%252F%252Fpop.hcdn.co%252Fassets%252Fcm%252F15%252F05%252F54cad0a6e72ca_-_mazda-rotary-02-0911de.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.popularmechanics.com%252Fcars%252Fa7103%252Fhow-itworks-the-mazda-rotary-engine-with-video%252F%3B640%3B250
https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X&
ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgrc=h9JvYRrEK1LYJM%253A%3B0b4KPR9
N2wceyM%3Bhttp%253A%252F%252Fi.ytimg.com%252Fvi%252FK6oQqN0fpk8%252Fhqdefault.jpg
%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.youtube.com%252Fwatch%253Fv%253DK6oQqN0fpk8%3B480%3
B360
https://www.google.no/search?q=wankelmotor&biw=1184&bih=687&source=lnms&tbm=isch&sa=X&
ei=AmqFVYvoDKm3ygOwt6Yw&ved=0CAYQ_AUoAQ#tbm=isch&q=wankelmotor+rx8+hydrogen&imgrc=dhZ2nTr6KQUSdM%253A%3BO9b9i6LDheTgeM%3Bhttp%253A%252F%252Fre
ferentiel.nouvelobs.com%252Ffile%252F1333368-mazda-rx-8-hydrogen-rotary-engine-concept-
SIDE 10
wankel-carbure-a-lhydrogene.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fautomobile.challenges.fr%252Fdossiers%252F20040401.L
QA0238%252Fmazda-rx-8-hydrogen-rotary-engine-concept-wankel-carbure-a-lhydrogene.html%3B485%3B272
Video:
https://www.youtube.com/watch?v=K6oQqN0fpk8
https://www.youtube.com/watch?v=lyItjvs8nvI
SIDE 11