Wankelmotor

Wankelmotoren er en forbrenningsmotor på lik linje med stempelmotorene men har en helt annen konstruksjon.
I en stempelmotor, gjør sylinderene, fire forskjellige jobber etter hverandre; innsug, kompresjon, forbrenning og utblåsning. I en wankelmotor skjer alle disse jobbene samtidig på hver rotor.
Wankelmotoren ble først konstruert og utviklet av Dr. Felix Wankel.

Lik en stempelmotor bruker wankelmotoren trykket, som oppstår under forbrenning av en luft/drivstoff blanding.
I stempelmotorene skjer dette i sylinderene og trykket tvinger stempelene til å bevege seg frem og tilbake. Veivstenger og veivakselen omgjør disse frem og tilbake bevegelsene til rotasjonskraft som igjen driver bilen.

Rotorene følger en bevegelse som gjør at alle tre hjørnene er i kontakt med rotorhuset samtidig. Dette danner tre separate kammer. Disse vil når rotorene roterer, alternativt ekspandere eller minisere. Det er dette som gjør at luft/drivstoff blandingen blir sugd inn, komprimert og antent og gir kraft når blandingen ekspanderer. Og som til slutt presser ut eksosen.

En Wankelmotor har tenning- og drivstoffsystem som er svært lik det vi finner hos stempelmotorene.
Hver side av rotorene har en fordypning som utvider volumet til luft/drivstoff blandingen.

På hvert hjørne av rotorene sitter det metallblader(apexer) som danner tetningene mellom kammerene som rotorene danner. Det er også metalltetninger på sidene av rotorene.

Rotorene har et sett tannhjul innvendig mot senter som går mot et tilsvarende utvendig tannsett på et sidehus. De er disse tannsettene som bestemmer bevegelsene til rotorene i rotorhusene.

Rotorhusene.
Rotorhusene har innvendig en nøyaktig oval form som tillater alle tre hjørnene til rotorene å være i kontakt med huset samtidig. Dette former tre separate kammer.
Eksosporter og innsugingskanalene er lokalisert i rotorhusene og sidehusene. Det er ingen ventiler.

Hver rotor er lagret eksentrisk på drivakselen, og eksenterene virker som en veiv (og veivtapp) på en vanlig veivaksel.
En omdreining av eksenterene som føres rundt av rotorene fører kun til en tredjedels omdreining av rotorene eller omvendt: en omdreining av rotorene fører til at eksenterene og dermed drivakselen roterer tre ganger.

Sammensetning.
En torotors wankelmotor er sammensatt av fem deler som er skrudd sammen med en ring av lange bolter. Delene har kjølekanaler som tillater kjølevæske å sirkulere.
Begge endehusene har lager og tetningsringer til drivakselen. Begge endehusene har også hver sin innsugingskanal.
Neste hus blir rotorhusene. Disse inneholder eksosportene. De er i disse husene rotorene roterer.

Forbrenningen.
Wankelmotoren bruker en fire-takts forbrenningssyklus, som er det samme som en fire-takts stempelmotor bruker. Men i en wakelmotor blir dette utført på en helt annen måte.
Rotorene er hjertet i wankelmotoren. De kan sammenlignes med stempelene i en stempelmotor.
Rotorene er forbundet med eksenter til drivakselen. Eksenterene fungerer som en veivaksel og overfører kraft fra rotorene til drivakselen.

Når rotorene roterer i rotorhusene, foranderer det tre forbrenningskammerene volum. Denne volumforanderingen danner en pumpeeffekt. La oss gå gjennom hver takt å se hvordan det hele fungerer.

Innsuging.
Innsugingstakten begynner når et rotorhjørne passerer innsugingsporten. Når dette skjer er volumet i kammeret på minimum. Når rotoren roterer, vil volumet ekspandere og suge luft/drivstoff blandingen inn i kammeret.
Når andre hjørnet av rotoren passerer innsugingskanalen er kammeret lukket og kompresjonstakten begynner.

Kompresjon.
Når rotoren fortsetter sin rotasjon, blir volumet mindre og luft/drivstoff blandingen blir komprimert. Når kammeret har passert hvor pluggene er lokalisert, er volumet på sitt minimum og forbrenningstakten starter.

Forbrenning.
De aller fleste wankelmotorer har to tennplugger pr. rotor. Formen på forbrenningskammeret er langt, så antenningen ville blitt for sakte dersom det kun var en tennplugg. Når tennpluggene antenner luft/drivstoff blandingen, skjer en rask trykkøkning, som igjen får rotoren til å rotere.
Trykkøkingen frå forbrenningen tvinger rotoren til å rotere i den retningen som får volumet i forbrenningskammeret til å øke. Forbrenningen øker i volum, som tvinger rotoren i bevegelse, som igjen overfører kraft til drivakselen. Dette fortsetter til rotoren passerer eksosporten.

Utblåsning.
Når hjørnet av rotoren passerer eksosporten, vil trykket i kammeret strømme ut eksosporten.
Når rotoren forsetter sin rotasjon minsker volumet i kammeret og tvinger gjenværende eksos ut eksosporten. Når volumet i kammeret er på sitt minimum, passerer hjørnet av rotoren innsugingskanalen og det hele begynner på nytt igjen.
Det geniale med wankelmotoren er at alle tre av rotorens faser, alltid jobber med en del av fire-takts syklusen. Når en rotor har rotert en gang, har det vært tre forbrenninger. Men husk, drivakselen roterer tre ganger for hver rotorrotasjon, dvs.at hver rotor har en forbrenning pr. omdreining av drivakslen.

Færre bevegelige deler.
Wankelmotoren har betydelig mindre bevegelige deler enn en sammenlignbar fire-takts stempelmotor. En to-rotors motor har i hovedsak tre bevegelige deler: to rotorer og drivakselen. Selv de enkleste fire-sylinder stempelmotorer har minst 40 bevegelige deler inkludert, stempeler, veivstenger, kamaksel, ventiler, ventilfjærer, ventilløftere, registerkjede, registerdrev og veivaksel.
Denne store forskjellen betyr bedre driftssikkerhet for wankelmotoren. Dette er grunnen til at enkelte flyfabrikker foretrekker wankelmotorer fremfor stempelmotorer.

Vibrasjon.
Alle bevegelige deler i wankelmotoren roterer i samme retning, istedenfor i en stempelmotor, der stempelene skifter retning hele tiden. Wankelmotoren er dessuten nøye innvendig avbalansert som igjen gir en nærmest vibrasjonsfri gange.
Krafttilførselen fra en wankelmotor er også jevnere. Fordi hver forbrenningssyklus varer hele 90 grader av rotorens rotasjon, og drivakselen roterer tre ganger for hver rotorrotasjon, varer en forbrenningssyklus hele 270 grader av drivakslens rotsjon. Dette betyr at en enrotors motor gir kraft til hele 3/4 av drivakselens rotasjon. Sammenlignet med en ensylindret stempelmotor, der forbrenningen foregår i 180 grader pr. to omdreiniger. Eller bare under kun 90 graders rotasjon av veivakselen.
Siden rotorhastigheten kun er 1/3 av hastigheten til drivakselen, vil de bevegelige delene ha mindre hastighet en delene i en stempelmotor. Detter hjelper også på driftssikkerheten.

Utforderingen.
Å kunne klare nye strenge avgasskrav.
Drivstofføkonomi. Wankelmotoren bruker vanligvis mere drivstoff enn en stempelmotor. Dette på grunn av at den termodynamiske effekten er redusert som følge av et langt forbrenningskammer og forholdsvis lavt kompresjonsforhold.
Den nye Renesis wankelmotoren som står i den nye RX-8, skal i følge fabrikken ha ca. 250 hk.(184 kw). Dette uten bruk av turbolader.
Samtidig har Mazda klart å redusere bensinforbrukiet med ca. 40 %, og oljebehovet er redusert med 50 % sammenlignet med forrige generasjon rotasjonsmotor.
Utslippsnivået er også vesentlig lavere, og RENESIS tilfredsstiller alle de innskjerpede kravene i EURO-4 regulativet.