Wankelmotor

Der Wankelmotor ( / ˈ v ʌ ŋ k əl / , VAHN -kəl ) ist ein Verbrennungsmotor, der Druck durch eine exzentrische Rotationskonstruktion in Drehbewegung umwandelt. Das Konzept wurde vom deutschen Ingenieur Felix Wankel bewiesen , später entwickelte der deutsche Ingenieur Hanns-Dieter Paschke einen kommerziell realisierbaren Motor. ^{[ 1 ]} Der Rotor des Wankelmotors ähnelt in seiner Form einem Reuleaux-Dreieck , wobei die Seiten weniger stark gekrümmt sind. Er dreht sich in einem achtförmigen Epitrochoidgehäuse um ein feststehendes Zahnrad. Der Mittelpunkt des Rotors bewegt sich kreisförmig um die Abtriebswelle und treibt diese über eine Nocke an .

In seiner benzinbetriebenen Grundausführung weist der Wankelmotor im Vergleich zum Viertakt-Hubkolbenmotor einen geringeren thermischen Wirkungsgrad und höhere Abgasemissionen auf . Dieser geringere thermische Wirkungsgrad beschränkte den Einsatz des Wankelmotors seit seiner Einführung in den 1960er Jahren. Viele dieser Nachteile konnten jedoch in den darauffolgenden Jahrzehnten mit der Entwicklung und Produktion von Straßenfahrzeugen weitgehend überwunden werden. Die Vorteile des kompakten Designs, des ruhigen Laufs, des geringeren Gewichts und der geringeren Bauteilanzahl gegenüber Hubkolben-Verbrennungsmotoren machen Wankelmotoren geeignet für Anwendungen wie Kettensägen , Hilfsaggregate (APUs), Loitering Munitions , Flugzeuge , Jetskis , Schneemobile , Motorräder , Rennwagen und Reichweitenverlängerer für Kraftfahrzeuge .

Rotationsmotorentypen

Der erste von Felix Wankel konstruierte Wankelmotor , der DKM 54 ( Drehkolbenmotor ), befindet sich im Deutschen Museum in Bonn.

Moderner KKM-Wankelmotor mit Rotor und Zahnradabtriebswelle

Der erste KKM-Wankelmotor nach einer Konstruktion von Hanns-Dieter Paschke, der NSU KKM 57P ( Kreiskolbenmotor ), bei Autovision und Forum

Der erste serienmäßige Wankelmotor, wie er in einem NSU Spider verbaut wurde.

Der Wankelmotor ist ein Rotationskolbenmotor und existiert in zwei Hauptformen: dem Drehkolbenmotor (DKM), entwickelt von Felix Wankel, und dem Kreiskolbenmotor (KKM), entwickelt von Hanns-Dieter Paschke ^{[ 2 ].} Von letzterem hat nur der KKM das Prototypenstadium verlassen. Daher sind alle in Serie gefertigten Wankelmotoren vom Typ KKM.

• In einem DKM-Motor gibt es zwei Rotoren: den inneren dreieckigen Rotor und den äußeren Rotor, der außen kreisförmig und innen achtförmig ist. Die zentrale Welle ist feststehend, und das Drehmoment wird vom äußeren Rotor abgenommen, der über ein Getriebe mit dem inneren Rotor verbunden ist. ^{[ 3 ]}
• Bei einem KKM-Motor ist der Außenrotor fest mit dem Gehäuse verbunden und somit kein bewegliches Teil. Die innere Welle ist ein bewegliches Teil mit einem Exzenter, um den sich der Innenrotor dreht. Der Rotor rotiert hula-hoop um den Mittelpunkt des Exzenters und um die Achse der Exzenterwelle. Dadurch vollführt der Rotor eine vollständige Umdrehung für jeweils drei Umdrehungen der Exzenterwelle. Das Drehmoment wird von der Exzenterwelle abgenommen ^{[ 4 ]} , wodurch sich die Konstruktion deutlich einfacher an konventionelle Antriebsstränge anpassen lässt ^{[ 5 ] .}

Felix Wankel entwarf in den 1920er Jahren einen Rotationsverdichter und erhielt 1934 sein erstes Patent für einen Rotationsmotor. ^{[ 6 ]} Er erkannte, dass der dreieckige Rotor des Rotationsverdichters mit zusätzlichen Ein- und Auslasskanälen versehen werden konnte, wodurch ein Verbrennungsmotor entstand. Schließlich begann Wankel 1951 bei der deutschen Firma NSU Motorenwerke mit der Entwicklung eines Rotationsverdichters als Lader für NSU-Motorradmotoren. Wankel entwarf die Konstruktion eines dreieckigen Rotors für den Verdichter. ^{[ 7 ]} Mit Unterstützung von Professor Othmar Baier von der Hochschule Stuttgart wurde das Konzept mathematisch definiert. ^{[ 8 ]} Der von ihm entwickelte Lader wurde für einen der 50-cm³- Zweitakt -Einzylindermotoren von NSU verwendet . Der Motor leistete 13,5 PS (10 kW) bei 12.000  U/min. ^{[ 9 ]}

1954 vereinbarte NSU mit Wankel die Entwicklung eines Rotationsverbrennungsmotors auf Basis seines Kompressordesigns. Da Wankel als schwieriger Kollege galt, wurden die Entwicklungsarbeiten für den DKM in seinem privaten Konstruktionsbüro in Lindau durchgeführt. Laut John B. Hege erhielt Wankel Unterstützung von seinem Freund Ernst Höppner, einem brillanten Ingenieur. ^{[ 10 ]} Der erste funktionsfähige Prototyp, DKM 54, lief am 1. Februar 1957 in der Versuchsabteilung TX der NSU. Er leistete 21 PS (15 kW). ^{[ 11 ] [ 12 ]} Kurz darauf wurde ein zweiter Prototyp des DKM gebaut. Dieser hatte ein Brennraumvolumen V _{_k} von 125 cm³ und leistete ebenfalls 21 kW (29 PS) bei 17.000  U/min. ^{[ 13 ]} Er erreichte sogar Drehzahlen von bis zu 25.000  U/min. Diese hohen Motordrehzahlen führten jedoch zu einer Verformung des Außenrotors und erwiesen sich somit als unpraktisch. ^{[ 14 ]} Laut Mazda -Ingenieuren und -Historikern wurden vier Exemplare des DKM-Motors gebaut. Die Konstruktion wird mit einem Hubraum V_{_h} von 250 cm³ ⁽ entsprechend einem Brennraumvolumen V_{_k von 125 cm³) beschrieben. Das vierte Exemplar soll mehrere Konstruktionsänderungen erfahren haben und schließlich 29 PS (21 kW) bei 17.000 U/min geleistet haben; es konnte Drehzahlen von bis zu 22.000 U/min erreichen. Einer der vier gebauten Motoren war im} Deutschen Museum Bonn ausgestellt . ^{[ 15 ]}

Aufgrund seiner komplizierten Konstruktion mit feststehender Mittelwelle galt der DKM-Motor als unpraktisch. ^{[ 4 ]} Wolf-Dieter Bensinger erwähnt ausdrücklich, dass eine ausreichende Motorkühlung beim DKM-Motor nicht möglich sei, und argumentiert, dass dies der Grund für die Aufgabe der DKM-Konstruktion gewesen sei. ^{[ 16 ]} NSU-Entwicklungschef Walter Froede löste dieses Problem, indem er Hanns-Dieter Paschkes Konstruktion nutzte und den DKM in den später als KKM bekannten Motor umwandelte. ^{[ 4 ]} Der KKM erwies sich als deutlich praktischerer Motor, da er leicht zugängliche Zündkerzen, eine einfachere Kühlung und eine konventionelle Nebenabtriebswelle besaß. ^{[ 5 ]} Wankel missbilligte Froedes KKM-Motor wegen der exzentrischen Bewegung des Innenrotors, die keine reine Kreisbewegung im Sinne seiner ursprünglichen Absicht darstellte. Er bemerkte, sein „Rennpferd“ sei zu einem „Pflugpferd“ geworden. Wankel bemängelte außerdem, dass die exzentrische Rotorbewegung zu höheren Belastungen der Apex-Dichtungen des KKM führen würde. NSU konnte die Entwicklung sowohl des DKM als auch des KKM nicht finanzieren und entschied sich schließlich, den DKM zugunsten des KKM aufzugeben, da letzterer die praktischere Konstruktion zu sein schien. ^{[ 17 ]}

Wankel erhielt am 13. Juni 1961 das US-Patent 2.988.065 für den KKM-Motor. ^{[ 18 ]} Während der Entwicklungsphase des KKM musste das Ingenieurteam von Froede Probleme wie wiederholtes Festfressen der Lager, Probleme mit dem Ölfluss und der Kühlung lösen. ^{[ 19 ]} Der erste voll funktionsfähige KKM-Motor, der KKM 125, wog nur 17 kg, hatte einen Hubraum von 125 cm³ und leistete 26 PS (19 kW) bei 11.000  U/min. ^{[ 20 ]} Sein erster Lauf fand am 1. Juli 1958 statt. ^{[ 21 ]}

1963 produzierte NSU mit dem KKM 502 den ersten Serien-Wankelmotor für ein Auto. Er kam im NSU Spider zum Einsatz , von dem rund 2.000 Exemplare gefertigt wurden. Trotz anfänglicher Schwierigkeiten war der KKM 502 ein leistungsstarker Motor mit ordentlichem Potenzial, ruhigem Lauf und geringen Geräuschemissionen bei hohen Drehzahlen. Es handelte sich um einen Einscheiben-Ventilmotor mit peripherer Einlasssteuerung, einem Hubraum von 996 cm³ , ^einer Nennleistung von 40 kW (54 PS) bei 6.000 ^{U / min}  und einem mittleren effektiven Bremsdruck (BMEP) von 1 MPa . ^{[ 22 ]}

Frühe Rotationsmotoren

Mazdas erster Wankelmotor, Vorläufer des 10A, im Mazda-Museum in Hiroshima, Japan

1972 von General Motors entwickelte Wankelmotor-Schnittzeichnung mit zwei Rotoren

Dichtungs- und Kühlungsdesigns

• Links: NSU Ro 80 Apex-Dichtung
• Rechts: Mazda 12A und 13B Apex-Dichtung

• Links : Mazda L10A Sturz, axiale Wasserkühlung
• Mitte : Audi NSU EA871 axial wassergekühlt, nur Heißbug
• Rechts : Diamond Engines Wankel-Radialmotor mit Wasserkühlung, nur für heiße Bugmotoren

Felix Wankel gelang es, die meisten Probleme zu überwinden, die frühere Versuche zur Perfektionierung des Wankelmotors behindert hatten. Er konstruierte die Apex-Dichtungen mit einem Spitzenradius, der dem Übermaß der Rotorgehäuseform im Verhältnis zum theoretischen Epitrochoid entsprach, um die radiale Bewegung der Apex-Dichtungen zu minimieren, und verwendete zylindrische, gasbelastete Apex-Stifte, die die Dichtungen verstärkten. ^{[ 23 ]}

In der Anfangszeit mussten für unterschiedliche Gehäuseabmessungen spezielle Produktionsmaschinen angefertigt werden. Patentierte Konstruktionen wie beispielsweise das US-Patent 3,824,746 von G. J. Watt aus dem Jahr 1974 für eine „Maschine zur Herstellung von Wankelmotorzylindern“, das US-Patent 3,916,738 für eine „Vorrichtung zur Bearbeitung und/oder Behandlung von Trochoidalflächen“ und das US-Patent 3,964,367 für eine „Vorrichtung zur Bearbeitung von Trochoidalinnenwänden“ sowie weitere Patente lösten diese Produktionsprobleme.

Wankelmotoren weisen ein Problem auf, das bei Hubkolben-Viertaktmotoren nicht auftritt: Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen erfolgen an festen Stellen, was zu einer sehr ungleichmäßigen thermischen Belastung des Rotorgehäuses führt. ^{[ 24 ]} Im Gegensatz dazu führen Hubkolben-Viertaktmotoren diese vier Takte in einer einzigen Brennkammer aus, sodass die extremen Temperaturunterschiede zwischen kaltem Ansaug- und heißem Abgasstrom ausgeglichen und durch eine Grenzschicht von den beweglichen Teilen abgeschirmt werden. Die University of Florida schlug den Einsatz von Wärmerohren in einem luftgekühlten Wankelmotor vor, um diese ungleichmäßige Erwärmung des Gehäuses zu beheben. ^{[ 25 ]} Die Vorwärmung bestimmter Gehäuseabschnitte mit Abgas verbesserte Leistung und Kraftstoffverbrauch und reduzierte zudem Verschleiß und Emissionen. ^{[ 26 ]} Grenzschichtabschirmung und Schmierfilm wirken als Wärmedämmung, was zu einer niedrigeren Temperatur des Schmierfilms (maximal ca. 200 °C bei einem wassergekühlten Wankelmotor) und einer konstanteren Oberflächentemperatur führt. Die Temperatur um die Zündkerze herum entspricht in etwa der Temperatur im Brennraum eines Hubkolbenmotors. Bei Umfangs- oder Axialkühlung bleibt der Temperaturunterschied tolerierbar. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}

In den 1950er und 1960er Jahren traten bei Forschungsarbeiten Probleme auf, da Ingenieure mit sogenannten „Rattermarken“ und „Teufelskratzern“ an der inneren Epitrochoidoberfläche konfrontiert waren, die zu Abplatzungen der Chrombeschichtung an den Trochoidalflächen führten. Sie entdeckten, dass die Ursache in Resonanzschwingungen der Apex-Dichtungen lag. Das Problem wurde durch die Reduzierung der Dicke und des Gewichts der Apex-Dichtungen sowie durch die Verwendung geeigneterer Materialien gelöst. Nach der Einführung kompatiblerer Materialien für Dichtungen und Gehäusebeschichtungen verschwanden die Kratzer. Kenichi Yamamoto erleichterte experimentell Apex-Dichtungen durch Löcher und identifizierte das Gewicht als Hauptursache. Dies veranlasste Mazda, in seinen frühen Serienmotoren aluminiumimprägnierte Kohlenstoff-Apex-Dichtungen einzusetzen. NSU verwendete mit Kohlenstoff-Antimon imprägnierte Apex-Dichtungen auf einer verchromten Gehäuseoberfläche. Nach der Entwicklung einer serienreifen „Elnisil“-Beschichtung kehrte man beim Ro 80 zu einem Metalldichtungsstreifen zurück . Mazda verwendete weiterhin eine Chromoberfläche, die jedoch auf einen Stahlmantel im Aluminiumgehäuse aufgebracht wurde. Dies ermöglichte es Mazda, wieder 3 mm und später sogar 2 mm dicke Metall-Dichtungen an der Zylinderkopfdichtung zu verwenden. ^{[ 30 ]} Ein weiteres frühes Problem war die Rissbildung an der Statoroberfläche in der Nähe der Zündkerzenbohrung. Dieses Problem wurde durch den Einbau der Zündkerzen in einen separaten leitfähigen Kupfereinsatz anstatt durch direktes Einschrauben in das Motorgehäuse behoben. ^{[ 31 ]}

Toyota stellte fest, dass der Austausch der Zündkerzen durch Glühkerzen den spezifischen Kraftstoffverbrauch im Teillastbereich bei niedrigen Drehzahlen um 7 % verbesserte und auch die Emissionen und das Leerlaufverhalten optimierte. ^{[ 32 ]} Eine spätere Alternative zur Kühlung der Zündkerzenbohrungen war ein System mit variabler Kühlmittelgeschwindigkeit für wassergekühlte Wankelmotoren, das von Curtiss-Wright patentiert wurde und weite Verbreitung fand. ^{[ 33 ]} Diese Ansätze benötigten keinen Kupfereinsatz, schlossen dessen Verwendung aber nicht aus. Ford testete einen Wankelmotor, bei dem die Zündkerzen in den Seitenplatten anstatt auf der Gehäusearbeitsfläche platziert waren ( CA 1036073  , 1978).

Der Wankelmotor besitzt eine rotierende, exzentrische Abtriebswelle mit einem exzentrischen Nocken, um den der Rotor rotiert. Das Kronenrad des Rotors hat die eineinhalbfache Zähnezahl des am Gehäuse befestigten Zahnrads (Übersetzungsverhältnis 2:3). ^{[ 36 ]} Rotor und Gehäuse bilden permanent drei bewegliche Arbeitskammern. ^{[ 37 ]} Da der Rotor das Gehäuse nicht berührt, drücken Dichtungen an den Rotorspitzen gegen den Gehäuseumfang, um Druckverluste zu verhindern. ^{[ 38 ]} Der durch die Verbrennung entstehende Druckanstieg drückt gegen die Rotorfläche und überträgt die Kraft auf den exzentrischen Teil der Abtriebswelle.

Alle praktischen Wankelmotoren sind Ottomotoren (d. h. Viertaktmotoren), bei denen jede der drei Rotorflächen ihren eigenen Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions- und Abgaszyklus durchläuft. ^{[ 39 ]} Die Form des Rotors zwischen den festen Spitzen minimiert das Volumen des geometrischen Brennraums und maximiert das Verdichtungsverhältnis . ^{[ 38 ] [ 40 ]} Theoretisch sind Zweitaktmotoren möglich, jedoch unpraktisch, da Ansaug- und Abgas nicht ausreichend getrennt werden können. ^{[ 16 ]} Da der Dieselzyklus mit seiner Kompressionszündung in einem praktischen Wankelmotor nicht angewendet werden kann, ^{[ 41 ]} verfügen Wankelmotoren typischerweise über eine Hochspannungs- Funkenzündung . ^{[ 42 ]}

Wankelmotoren weisen im Vergleich zu Hubkolbenmotoren eine deutlich geringere Laufruhe auf, was zu einem wesentlich ruhigeren Lauf führt. Dies liegt an ihrem geringeren Trägheitsmoment und der gleichmäßigeren Drehmomentabgabe. Beispielsweise läuft ein Zweischeiben-Wankelmotor mehr als doppelt so ruhig wie ein Vierzylinder-Kolbenmotor. ^{[ 43 ]} Die exzentrische Abtriebswelle eines Wankelmotors weist zudem nicht die spannungsbedingten Konturen der Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors auf . Die maximale Drehzahl eines Wankelmotors wird daher hauptsächlich durch die Belastung der Synchronzahnräder begrenzt. ^{[ 44 ]} Für den Betrieb mit Drehzahlen über 7.000 oder 8.000 U/min werden gehärtete Stahlzahnräder verwendet  . In der Praxis werden Wankelmotoren in Kraftfahrzeugen jedoch nicht mit wesentlich höheren Abtriebswellendrehzahlen als Hubkolbenmotoren mit vergleichbarer Leistung betrieben. Wankelmotoren im Motorsport erreichen Drehzahlen von bis zu 10.000  U/min, ebenso wie Viertakt-Kolbenmotoren mit relativ kleinem Hubraum pro Zylinder. In Flugzeugen werden sie eher konservativ eingesetzt und erreichen Drehzahlen von 6500 oder 7500  U/min.

Wankelmotoren sind für hohe Drehzahlen geeignet, d. h. sie benötigen nicht unbedingt ein hohes Drehmoment, um eine hohe Leistung zu erzeugen. Die Position und der Schließzeitpunkt des Einlasskanals beeinflussen die Drehmomententwicklung des Motors maßgeblich. Ein frühes Schließen des Einlasskanals erhöht das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, reduziert aber das Drehmoment im oberen Drehzahlbereich (und damit die Leistung). Im Gegensatz dazu verringert ein spätes Schließen des Einlasskanals das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, erhöht aber das Drehmoment bei hohen Drehzahlen, was zu einer höheren Leistung bei höheren Drehzahlen führt. ^{[ 45 ]}

Ein peripherer Einlasskanal führt über den gesamten Drehzahlbereich zum höchsten mittleren effektiven Druck (insbesondere bei hohen Drehzahlen und vor allem bei rechteckiger Form ^{[ 46 ] [ 47 ]} ). Seitliche Einlasskanäle hingegen sorgen für einen ruhigeren Leerlauf ^{[ 48 ]} , da sie den Rückfluss verbrannter Abgase in die Ansaugkanäle verhindern. Dieser Rückfluss verursacht Fehlzündungen, die sich in abwechselnden Zyklen erfolgreicher und erfolgloser Gemischzündung äußern. Periphere Einlasskanäle sind zudem mit einem schlechteren Teillastverhalten verbunden. Frühe Arbeiten von Toyota ^{[ 49 ]} führten zur Ergänzung des Auslasskanals um eine Frischluftzufuhr. Dabei wurde auch nachgewiesen, dass ein Membranventil im Einlasskanal ^{[ 50 ]} das Teillastverhalten von Wankelmotoren bei niedrigen Drehzahlen verbessert, indem es den Rückfluss von Abgasen in den Ansaugtrakt verhindert. Dies geht jedoch mit einem geringen Leistungsverlust im oberen Drehzahlbereich einher. Eine größere Rotorexzentrizität verbessert die Elastizität, analog zu einem längeren Hub bei einem Hubkolbenmotor.

Wankelmotoren arbeiten mit einem Niederdruck-Abgassystem effizienter. Ein höherer Abgasgegendruck reduziert den mittleren effektiven Druck, insbesondere bei Motoren mit peripheren Einlasskanälen. Der Renesis -Motor des Mazda RX-8 verbesserte seine Leistung durch die Verdopplung der Auslasskanalfläche im Vergleich zu früheren Konstruktionen. Es gibt Studien zum Einfluss der Ansaug- und Abgasrohrkonfiguration auf die Leistung von Wankelmotoren. ^{[ 51 ]} Seitliche Einlasskanäle, wie sie im Renesis verwendet werden, wurden erstmals Ende der 1950er-Jahre von Hanns-Dieter Paschke vorgeschlagen. Paschke sagte voraus, dass präzise berechnete Einlasskanäle und Ansaugkrümmer einen Motor mit seitlichen Einlasskanälen so leistungsstark wie einen Motor mit peripheren Einlasskanälen machen könnten. ^{[ 52 ]}

Wie bereits beschrieben, unterliegt der Wankelmotor aufgrund der vier in festen Bereichen stattfindenden Zyklen einer ungleichen Wärmeausdehnung . Dies stellt zwar hohe Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe, doch die Einfachheit des Wankelmotors ermöglicht den Einsatz von Materialien wie exotischen Legierungen und Keramiken . Ein gängiges Verfahren ist die Beschichtung von Motorgehäusen aus Aluminium mit einer aufgespritzten Molybdänschicht im Brennraumbereich und einer aufgespritzten Stahlschicht im übrigen Bereich. Motorgehäuse aus Gusseisen können induktionsgelötet werden, um das Material widerstandsfähiger gegen Verbrennungshitze zu machen. ^{[ 53 ]}

Zu den für Wankelgehäuse verwendeten Legierungen zählen A-132, Inconel 625 und 356, gehärtet auf die Härte T6. Für die Beschichtung der Gehäuselauffläche wurden verschiedene Materialien eingesetzt, darunter Nikasil . Citroën, Daimler-Benz, Ford, AP Grazen und andere Unternehmen haben in diesem Bereich Patente angemeldet. Die Materialauswahl für die Wellendichtringe hat sich mit zunehmender Erfahrung weiterentwickelt – von Kohlenstofflegierungen über Stahl, ferritischen Edelstahl und Ferrotitan mit Kohlenstoffanteil bis hin zu anderen Werkstoffen. ^{[ 54 ]} Die optimale Kombination aus Beschichtungs- und Dichtungsmaterialien wurde experimentell ermittelt, um die maximale Lebensdauer von Dichtungen und Gehäuse zu gewährleisten. Für die Welle werden Stahllegierungen mit geringer Verformung unter Last, wie beispielsweise Maraging-Stahl , bevorzugt .

Frühe Motorenkonstruktionen wiesen häufig Dichtungsverluste auf, sowohl zwischen Rotor und Gehäuse als auch zwischen den einzelnen Gehäuseteilen. Bei früheren Wankelmotoren konnten sich zudem Kohlenstoffpartikel zwischen Dichtung und Gehäuse festsetzen, was zu Blockaden und einer Teilüberholung des Motors führte. Bei sehr frühen Mazda-Motoren war eine Überholung bereits nach 80.000 km (50.000 Meilen) üblich. Weitere Dichtungsprobleme entstanden durch die ungleichmäßige Wärmeverteilung im Gehäuse. Dies verursachte Verformungen, Dichtungsverluste, Kompressionsverluste und ungleichmäßigen Verschleiß zwischen der Apex-Dichtung und dem Rotorgehäuse, was sich insbesondere bei Motoren mit höherer Laufleistung bemerkbar machte. Eine Belastung des Motors vor Erreichen der Betriebstemperatur verschärfte diese Probleme, die schließlich von Mazda gelöst wurden. Moderne Motoren verfügen über fast 100 dichtungsrelevante Bauteile. ^{[ 11 ]}

Das Problem des Freiraums für heiße Rotorspitzen zwischen den axial näher beieinander liegenden Seitengehäusen in den kühleren Einlassnockenbereichen wurde durch den Einsatz eines axialen Rotorführungsrings radial innerhalb der Öldichtungen, eine verbesserte Trägheitsölkühlung des Rotorinneren (CW US 3261542 , C. Jones, 08.05.1963, US 3176915 , M. Bentele, C. Jones, A. H. Raye, 02.07.1962) und leicht gewölbte Spitzendichtungen (mit unterschiedlicher Höhe in der Mitte und an den Enden) gelöst. ^{[ 55 ]}  

Frühe Wankelmotoren wiesen aufgrund der Form und der großen Oberfläche ihres Brennraums einen hohen Kraftstoffverbrauch auf. Andererseits ist der Wankelmotor deutlich weniger anfällig für Motorklopfen [ ^{41 ] ,} was den Einsatz von Kraftstoffen mit niedriger Oktanzahl ohne Reduzierung der Kompression ermöglicht. Auf Anregung von Felix Wankel testete NSU Benzin mit niedriger Oktanzahl. BV Aral produzierte versuchsweise 40-Oktan-Benzin, das im Testmotor DKM 54 mit einem Verdichtungsverhältnis von 8:1 eingesetzt wurde; der Motor lief einwandfrei. Dies verärgerte die petrochemische Industrie in Europa, die erhebliche Summen in neue Anlagen zur Herstellung von höherwertigem Benzin investiert hatte. ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}

Direkteinspritzende Schichtladungsmotoren können mit Kraftstoffen mit besonders niedrigen Oktanzahlen, wie beispielsweise Dieselkraftstoff mit einer Oktanzahl von nur etwa 25, betrieben werden. ^{[ 61 ] [ 62 ]} Aufgrund des geringeren Wirkungsgrades emittiert ein Wankelmotor mit peripherer Auslasskanalführung mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) in den Abgasstrom. ^{[ 63 ] [ 64 ]} Die Stickoxidemissionen (NOx) sind jedoch relativ gering , da die Verbrennung langsam und die Temperaturen niedriger als bei anderen Motoren sind und der Wankelmotor zudem über eine gute Abgasrückführung (AGR) verfügt. Die Kohlenmonoxidemissionen (CO) von Wankel- und Ottomotoren sind vergleichbar. ^{[ 41 ]}

Der Wankelmotor weist im Vergleich zum Ottomotor eine deutlich höhere Abgastemperatur (Δt _K > 100 K) auf, insbesondere bei niedriger und mittlerer Last. Dies ist auf die höhere Verbrennungsfrequenz und die langsamere Verbrennung zurückzuführen. Unter Volllast und bei Motordrehzahlen von 6000 U/min können die Abgastemperaturen 1300 K (1030 °C; 1880 °F) überschreiten. Zur Verbesserung des Abgasverhaltens des Wankelmotors kann ein Abgaskrümmerreaktor oder ein Katalysator eingesetzt werden, um die Emissionen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zu reduzieren. ^{[ 63 ]}

Mazda verwendet ein Doppelzündsystem mit zwei Zündkerzen pro Brennraum. Dies erhöht sowohl die Leistung als auch die HC-Emissionen. Gleichzeitig lassen sich die HC-Emissionen senken, indem die Vorzündung der T-Zündkerze im Verhältnis zur L-Zündkerze verringert wird. Dies führt zu einer internen Nachverbrennung und reduziert die HC-Emissionen. Andererseits führt der gleiche Zündzeitpunkt beider Zündkerzen zu einer höheren Energieumwandlung. An der Brennraumwand haftende Kohlenwasserstoffe werden über den peripheren Auslass in den Abgasstrom ausgestoßen. ^{[ 65 ] [ 66 ]} Mazda verwendete in seinem Rennmotor R26B drei Zündkerzen pro Brennraum. Die dritte Zündkerze zündet das Gemisch auf der Nachlaufseite, bevor die Quetschung entsteht. Dadurch verbrennt das Gemisch vollständig, die Flammenausbreitung wird beschleunigt und der Kraftstoffverbrauch verbessert. ^{[ 67 ]}

Laut Untersuchungen von Curtiss-Wright bestimmt die Rotoroberflächentemperatur die Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas. Höhere Temperaturen führen zu weniger Kohlenwasserstoffen im Abgas. ^{[ 68 ]} Curtiss-Wright verbreiterte den Rotor, wobei die übrige Motorarchitektur unverändert blieb. Dadurch wurden Reibungsverluste reduziert und Hubraum sowie Leistung erhöht. Der begrenzende Faktor für diese Verbreiterung war mechanischer Natur, insbesondere die Wellendurchbiegung bei hohen Motordrehzahlen. ^{[ 69 ]} Bei hohen Drehzahlen ist die Abschreckung die Hauptquelle für Kohlenwasserstoffe, bei niedrigen Drehzahlen die Leckage. ^{[ 70 ]} Durch die Verwendung von Seitenkanälen, die es ermöglichen, dass sich der Auslasskanal um den oberen Totpunkt schließt , wird die Ventilüberschneidung zwischen Einlass und Auslass reduziert und somit der Kraftstoffverbrauch verbessert. ^{[ 64 ]}

Der Mazda RX-8 mit Renesis-Motor erfüllte 2004 die US-amerikanische Abgasnorm LEV-II. ^{[ 71 ]} Dies wurde hauptsächlich durch die seitliche Kanalführung erreicht: Der Auslasskanal, der bei früheren Mazda-Wankelmotoren im Rotorgehäuse lag, wurde seitlich in den Brennraum verlegt. Dadurch konnte Mazda die Überlappung zwischen Einlass- und Auslasskanal eliminieren und gleichzeitig die Auslasskanalfläche vergrößern. Diese Konstruktion verbesserte die Verbrennungsstabilität im niedrigen Drehzahl- und Teillastbereich und reduzierte die HC-Emissionen um 35–50 % im Vergleich zu einem Wankelmotor mit peripherem Auslasskanal. Der RX-8 wurde jedoch nicht für die Euro-5-Abgasnorm weiterentwickelt und 2012 eingestellt. ^{[ 72 ]} Der neue 8C-Motor im Mazda MX-30 R-EV erfüllt die Abgasnorm Euro 6d-ISC-FCM. ^{[ 73 ]}

In einem Wankelmotor entspricht das Brennraumvolumen dem Produkt aus Rotoroberfläche und Rotorbahn . Die Rotoroberfläche ergibt sich aus der Bahn der Rotorspitzen im Gehäuse und wird durch den Erzeugerradius , die Rotorbreite und die parallelen Übertragungswinkel von Rotor und Innengehäuse bestimmt . Da der Rotor eine trochoidale (dreieckige) Form aufweist, beschreibt der Sinus von 60 Grad den Winkel, in dem die Rotorspitzen dem Gehäuse am nächsten kommen. ${\displaystyle V_{k}}$${\displaystyle A_{k}}$${\displaystyle s}$${\displaystyle A_{k}}$${\displaystyle R}$${\displaystyle B}$${\displaystyle a}$

${\displaystyle A_{k}=2\cdot B\cdot (R+a)\cdot \sin(60^{\circ })={\sqrt {3}}\cdot B\cdot (R+a)}$^{[ 74 ]}

Die Rotorbahn kann über die Exzentrizität wie folgt integriert werden: ${\displaystyle s}$${\displaystyle e}$

${\displaystyle \sum \,ds=\int _{\alpha =0^{\circ }}^{\alpha =270^{\circ }}e\cdot \sin {\frac {2}{3}}\alpha \,d\alpha =3e}$

Daher,

${\displaystyle V_{k}=A_{k}\cdot s={\sqrt {3}}\cdot B\cdot (R+a)\cdot 3e}$^{[ 75 ]}

Aus Gründen der Übersichtlichkeit kann sie weggelassen werden, da sie schwer zu bestimmen und klein ist: ^{[ 76 ]}${\displaystyle a}$

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot B\cdot R\cdot 3e}$^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]}

Ein anderer Ansatz besteht darin , als die größte und als die kürzeste parallele Übertragung des Rotors und des Innengehäuses einzuführen und anzunehmen, dass und . Dann gilt: ${\displaystyle a'}$${\displaystyle a}$${\displaystyle R_{1}=R+a}$${\displaystyle R_{2}=R+a'}$

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot B\cdot (2\cdot R_{1}+R_{2})\cdot e}$

Die Berücksichtigung der parallelen Übertragungen des Rotors und des Innengehäuses gewährleistet eine ausreichende Genauigkeit für die Bestimmung des Kammervolumens. ^{[ 76 ] [ 75 ]}

Im Laufe der Zeit wurden unterschiedliche Ansätze verwendet, um den Hubraum eines Wankelmotors im Verhältnis zu einem Hubkolbenmotor zu bewerten, wobei nur eine, zwei oder alle drei Brennräume berücksichtigt wurden. ^{[ 81 ]} Ein Grund für diese Kontroverse war, dass die europäische Fahrzeugbesteuerung vom Hubraum des Motors abhing, wie Karl Ludvigsen berichtete . ^{[ 82 ]}

Wenn die Anzahl der Kammern pro Rotor und die Anzahl der Rotoren berücksichtigt werden, dann ergibt sich die Gesamtverdrängung zu: ${\displaystyle y}$${\displaystyle i}$

${\displaystyle V_{h}=y\cdot V_{k}\cdot i.}$

Wenn der mittlere effektive Druck , die Drehzahl der Welle und die Anzahl der Wellenumdrehungen, die für einen vollständigen Zyklus erforderlich sind ( ist die Frequenz des thermodynamischen Zyklus), dann ist die gesamte Leistungsabgabe: ${\displaystyle p_{me}}$${\displaystyle N}$${\displaystyle n_{c}}$${\displaystyle N/n_{c}}$

${\displaystyle P=p_{me}\cdot V_{h}\cdot {N \over n_{c}}=p_{me}\cdot y\cdot V_{k}\cdot i\cdot {N \over n_{c}}.}$

Kenichi Yamamoto und Walter G. Froede belegten die Plätze und : ^{[ 83 ] [ 84 ]}${\displaystyle y=1}$${\displaystyle n_{c}=1}$

${\displaystyle P=p_{me}\cdot 1\cdot V_{k}\cdot i\cdot {N \over 1}.}$

Mit diesen Werten erzeugt ein Einrotor-Wankelmotor die gleiche durchschnittliche Leistung wie ein Einzylinder- Zweitaktmotor , bei gleichem durchschnittlichen Drehmoment und gleicher Wellendrehzahl, wobei der Otto-Kreisprozess mit dreifacher Frequenz abläuft. ${\displaystyle V_{h}}$

Richard Franz Ansdale, Wolf-Dieter Bensinger und Felix Wankel begründeten ihre Analogie mit der Anzahl der kumulierten Expansionshübe pro Wellenumdrehung. In einem Wankelmotor muss die Exzenterwelle pro Brennkammer drei volle Umdrehungen (1080°) ausführen, um alle vier Phasen eines Viertaktmotors zu durchlaufen. Da ein Wankelmotor drei Brennkammern besitzt, sind alle vier Phasen eines Viertaktmotors innerhalb einer vollen Umdrehung der Exzenterwelle (360°) abgeschlossen, und bei jeder Wellenumdrehung wird ein Arbeitsimpuls erzeugt. ^{[ 75 ] [ 85 ]} Dies unterscheidet sich von einem Viertakt-Kolbenmotor, der zwei volle Umdrehungen pro Brennkammer benötigt, um alle vier Phasen eines Viertaktmotors zu durchlaufen. Demnach ergibt sich der Hubraum ( ) in einem Wankelmotor nach Bensinger wie folgt: ^{[ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]}${\displaystyle V_{h}}$

${\displaystyle V_{h}=2V_{k}\cdot i}$

Soll die Leistung aus dem mittleren effektiven Druck (BMEP) abgeleitet werden, gilt die Formel für Viertaktmotoren:

${\displaystyle P={p_{\text{me}}\cdot V_{\text{h}}\cdot {N \over 2}}}$

Mit diesen Werten erzeugt ein Einrotor-Wankelmotor die gleiche durchschnittliche Leistung wie ein Zweizylinder-Viertaktmotor, bei gleichem durchschnittlichen Drehmoment und gleicher Wellendrehzahl, wobei der Einheits-Otto-Zyklus mit der 3/2-fachen Frequenz arbeitet. ${\displaystyle V_{h}}$

Felix Heinrich Wankel zählte in seinem frühen Patent, Eugen Wilhelm Huber und Karl-Heinz Küttner alle Kammern, da jede ihren eigenen thermodynamischen Zyklus besitzt. So und : ^{[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]}${\displaystyle y=3}$${\displaystyle n_{c}=3}$

${\displaystyle P=p_{me}\cdot 3\cdot V_{k}\cdot i\cdot {N \over 3}.}$

Mit diesen Werten erzeugt ein Einrotor-Wankelmotor die gleiche durchschnittliche Leistung wie ein Dreizylinder-Viertaktmotor, jedoch mit 3/2 des durchschnittlichen Drehmoments und einer Wellendrehzahl von 2/3, wobei die Einheits-Otto-Zyklen mit der gleichen Frequenz ablaufen: ${\displaystyle V_{h}}$

${\displaystyle P=p_{me}\cdot 3\cdot V_{k}\cdot {{2 \over 3}N \over 2}.}$

Durch die Verwendung eines 2:3- Getriebes an der Abtriebswelle des Dreizylinders (oder eines 3:2-Getriebes an der Wankelwelle) sind die beiden Motoren hinsichtlich der thermodynamischen und mechanischen Leistung analog, wie Huber gezeigt hat. ^{[ 90 ]}

KKM 612 ( NSU Ro 80 )

• e=14 mm
• R=100 mm
• a=2 mm
• B=67 mm
• i=2

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot 67\,mm\cdot (100+2\,mm)\cdot 3\cdot \,14\,mm\approx 498,000\,mm^{3}=498\,cm^{3}}$

${\displaystyle V_{h}=2\cdot 498\,cm^{3}\cdot 2=1,992\ cm^{3}}$^{[ 92 ] [ 71 ]}

Mazda 13B-REW ( Mazda RX-7 )

• e=15 mm
• R=103 mm
• a=2 mm
• B=80 mm
• i=2

${\displaystyle V_{k}={\sqrt {3}}\cdot 80\,mm\cdot (103+2\,mm)\cdot 3\cdot \,15\,mm\approx 654,000\,mm^{3}=654\,cm^{3}}$

${\displaystyle V_{h}=2\cdot 654\,cm^{3}\cdot 2=2,616\ cm^{3}}$^{[ 71 ]}

Nationale Behörden, die Automobile nach Hubraum besteuern, und Regulierungsbehörden im Motorsport verwenden verschiedene Äquivalenzfaktoren, um Wankelmotoren mit Viertakt-Kolbenmotoren zu vergleichen. Griechenland beispielsweise besteuerte Autos auf Basis des Brennraumvolumens (der Fläche eines Rotors) , multipliziert mit der Anzahl der Rotoren, wodurch die Betriebskosten gesenkt wurden. Japan ging ähnlich vor, verwendete jedoch einen Äquivalenzfaktor von 1,5, wodurch Mazdas 13B-Motor gerade noch in die 2-Liter-Steuerklasse fiel. Die FIA ​​verwendete zunächst einen Äquivalenzfaktor von 1,8, erhöhte diesen später aber mithilfe der von Bensinger beschriebenen Hubraumformel auf 2,0. Der deutsche DMSB hingegen wendet im Motorsport einen Äquivalenzfaktor von 1,5 an. ^{[ 93 ]}

Die Laserzündung wurde erstmals 2011 vorgeschlagen ^{[ 94 ] [ 95 ]} , erste Studien dazu wurden jedoch erst 2021 durchgeführt. Es wird angenommen, dass die Laserzündung magerer Kraftstoffgemische in Wankelmotoren den Kraftstoffverbrauch und das Abgasverhalten verbessern kann. In einer Studie aus dem Jahr 2021 wurde ein Wankelmotormodell mit Laserzündung und verschiedenen gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen getestet. Die Laserzündung führt zu einer schnelleren Entwicklung des Verbrennungszentrums, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht und die NO_{_x} -Emissionen reduziert werden. Die für eine erfolgreiche Zündung benötigte Laserpulsenergie ist mit einem niedrigen einstelligen mJ-Bereich „angemessen“. Für die Laserzündung ist keine wesentliche Modifikation des Wankelmotors erforderlich. ^{[ 96 ]}

Es wurden zwar Untersuchungen an Wankelmotoren mit Selbstzündung durchgeführt, diese verliefen jedoch erfolglos. Die grundlegenden Konstruktionsparameter des Wankelmotors verhindern, dass in einem praktischen Motor ein für den Dieselbetrieb ausreichendes Verdichtungsverhältnis erreicht wird. ^{[ 97 ]} Rolls -Royce ^{[ 98 ]} und Yanmar ^{[ 99 ]} verfolgten den Ansatz, eine zweistufige Einheit zu verwenden, bei der ein Rotor als Verdichter und der andere als Verbrenner fungierte. ^{[ 100 ]} Keiner der beiden Motoren war funktionsfähig. ^{[ 97 ]}

Eine andere Bauweise als der Wankelmotor mit Kompressionszündung ist der Fremdzündungsmotor, der mit einer Vielzahl von Kraftstoffen betrieben werden kann: Diesel , Benzin , Kerosin , Methanol , Erdgas und Wasserstoff . ^{[ 101 ] [ 102 ]} Der deutsche Ingenieur Dankwart Eiermann entwickelte Anfang der 2000er-Jahre bei Wankel SuperTec (WST) einen solchen Motor. Er hat ein Brennraumvolumen von 500 cm³ und eine indizierte Leistung von 50 kW (67,1 PS) pro Rotor und ist für Konfigurationen mit einem bis vier Rotoren geeignet. ^{[ 103 ]}

Der WST-Motor verfügt über ein Common-Rail -Direkteinspritzsystem, das nach dem Prinzip der Schichtladung arbeitet. Ähnlich einem Dieselmotor und im Gegensatz zu einem herkömmlichen Wankelmotor verdichtet der WST-Motor Luft anstelle eines Luft-Kraftstoff-Gemisches wie im Verdichtungsvorgang eines Viertaktmotors. Der Kraftstoff wird erst kurz vor dem oberen Totpunkt in die verdichtete Luft eingespritzt, wodurch eine Schichtladung entsteht (d. h. kein homogenes Gemisch). Die Verbrennung wird mittels einer Zündkerze eingeleitet. ^{[ 104 ]} Der Druck am Ende der Verdichtungsphase und während der Verbrennung ist niedriger als bei einem herkömmlichen Dieselmotor, ^{[ 103 ]} und der Kraftstoffverbrauch entspricht dem eines kleinen Dieselmotors mit indirekter Einspritzung (d. h. > 250 g/(kW·h)). ^{[ 105 ]}

Dieselbetriebene Varianten des WST-Wankelmotors werden in 60 Diesellokomotiven der Deutschen Bahn als Hilfsaggregate (APUs) eingesetzt. Diese Motoren können bis zu 400 kW (536 PS) leisten. ^{[ 106 ] [ 101 ]}

Da sich ein Wasserstoff-Luft-Gemisch schneller entzündet und eine höhere Verbrennungsgeschwindigkeit aufweist als Benzin, besteht ein größeres Risiko von Frühzündung und Fehlzündungen. In einem Wankelmotor läuft jeder Zyklus des Otto-Zyklus in separaten Kammern ab. Wichtig ist, dass die Ansaugkammer von der Brennkammer getrennt ist, wodurch lokale Überhitzungsstellen im Luft-Kraftstoff-Gemisch vermieden werden. Wankelmotoren besitzen zudem keine heißen Auslassventile, was ihre Anpassung an den Wasserstoffbetrieb erleichtert. ^{[ 107 ]} Ein weiteres Problem ist der Angriff von Wasserstoff auf den Schmierfilm in Hubkolbenmotoren, der bei Wankelmotoren durch die Verwendung von Keramik-Dichtungen an den Ventilspitzen umgangen wird. ^{[ 108 ] [ 109 ]}

In einem Prototyp eines Wankelmotors, der in einem Mazda RX-8 zur Erforschung des Wasserstoffbetriebs eingebaut wurde, stellten Wakayama et al. fest, dass Wasserstoff den thermischen Wirkungsgrad gegenüber Benzin um 23 % verbesserte. Obwohl das magere Gemisch des Motors geringe Mengen an NOx emittiert, überschreitet die Gesamtmenge der NOx-Emissionen den japanischen SULEV-Standard. ^{[ 110 ]} Ein ergänzender stöchiometrischer Betrieb in Kombination mit einem Katalysator führt zu einer weiteren Reduzierung der NOx-Emissionen.

NSU lizenzierte die Wankelmotorkonstruktion in verschiedenen Ausführungen an Unternehmen weltweit, wobei viele Firmen kontinuierliche Verbesserungen vornahmen. In seinem 1973 erschienenen Buch „Rotationskolben-Verbrennungsmotoren“ beschreibt der deutsche Ingenieur Wolf-Dieter Bensinger die folgenden Lizenznehmer in chronologischer Reihenfolge, was von John B. Hege bestätigt wird: ^{[ 111 ] [ 112 ] [ 113 ]}

• Curtiss-Wright : Verschiedene Motoren, sowohl luft- als auch wassergekühlt, 100–1.000 PS (74–735 kW), ab 1958; ^{[ 114 ]} Lizenzverkauf an Deere & Company im Jahr 1984 ^{[ 115 ]}
• Fichtel & Sachs : Industrie- und Schiffsmotoren, 0,5–30 PS (0–22 kW), ab 1960
• Yanmar Diesel : Schiffsmotoren bis 100 PS (74 kW) und Dieselmotoren bis 300 PS (221 kW), ab 1961
• Toyo Kogyo (Mazda) : Kraftfahrzeugmotoren bis 200 PS (147 kW), ab 1961
• Perkins-Motoren : Verschiedene Motoren, bis zu 250 PS (184 kW), von 1961 bis vor 1972
• Klöckner-Humboldt-Deutz : Dieselmotoren; Entwicklung 1972 eingestellt
• Daimler-Benz : Verschiedene Motoren von 50 PS (37 kW) bis 350 PS (257 kW), von 1961 bis 1976.
• MAN : Motoren, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden; die Entwicklung wurde 1972 eingestellt.
• Krupp : Motoren, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden; die Entwicklung wurde 1972 eingestellt.
• Rheinstahl-Hanomag : Benzinmotoren, 40–200 PS (29–147 kW), ab 1963; bis 1972 in Daimler-Benz fusioniert
• Alfa Romeo : Kraftfahrzeugmotoren, 50–300 PS (37–221 kW), ab 1964
• Rolls-Royce : Motoren für Diesel- oder Mehrstoffbetrieb, 100–850 PS (74–625 kW), ab 1965
• VEB Automobilbau : Automobilmotoren von 0,25–25 PS (0–18 kW) und 50–100 PS (37–74 kW), ab 1965; Lizenz aufgegeben bis 1972
• Porsche : Sportwagenmotoren von 50–1.000 PS (37–735 kW), ab 1965
• Außenbordmotoren für Boote : Schiffsmotoren von 50–400 PS (37–294 kW), ab 1966
• Comotor ( NSU Motorenwerke und Citroën ): Benzinmotoren von 40–200 PS (29–147 kW), ab 1967
• Graupner : Modellmotoren von 0,1–3 PS (0–2 kW), ab 1967
• Savkel : Industriemotoren mit Benzinmotoren von 0,5–30 PS (0–22 kW), ab 1969
• Nissan : Pkw-Motoren von 80–120 PS (59–88 kW), ab 1970
• General Motors : Verschiedene Motoren (ausgenommen Flugzeugmotoren), bis hin zu Vierrotormotoren, ab 1970
• Suzuki : Motorradmotoren von 20–90 PS (15–66 kW), ab 1970
• Toyota : Pkw-Motoren von 75–150 PS (55–110 kW), ab 1971
• Ford Deutschland (einschließlich Ford Motor Company ): Pkw-Motoren von 80–200 PS (59–147 kW), ab 1971
• BSA Company : Benzinmotoren von 35–60 PS (26–44 kW), ab 1972 ^{[ 116 ]}
• Yamaha Motor Company : Benzinmotoren von 20–80 PS (15–59 kW), ab 1972
• Kawasaki Heavy Industries : Benzinmotoren von 20–80 PS (15–59 kW), ab 1972
• Motoren der Brunswick Corporation von 20–100 PS (15–74 kW), ab 1972
• Ingersoll Rand : Motoren von 350–4.500 PS (257–3.310 kW), ab 1972
• American Motors Company : Benzinmotoren von 80–200 PS (59–147 kW), ab 1973

1961 begannen die sowjetischen Forschungsorganisationen NATI, NAMI und VNIImotoprom mit der Entwicklung eines Wankelmotors. 1974 wurde die Entwicklung an ein spezielles Konstruktionsbüro im AvtoVAZ -Werk übertragen. ^{[ 117 ]} Hege argumentiert, dass keine Lizenz an einen sowjetischen Automobilhersteller vergeben wurde. ^{[ 118 ]}

Die Hauptvorteile eines Wankelmotors sind: ^{[ 119 ]}

• Ein weitaus höheres Leistungsgewicht als bei einem Kolbenmotor ^{[ 120 ]}
• Lässt sich leichter in kleinen Motorräumen unterbringen als ein gleichwertiger Kolbenmotor ^{[ 120 ]}
• Kann höhere Motordrehzahlen erreichen als ein vergleichbarer Kolbenmotor
• Betrieb mit nahezu keiner Vibration ^{[ 121 ]}
• Nicht anfällig für Motorklopfen ^{[ 41 ] [ 58 ] [ 59 ]}
• Die Massenproduktion ist günstiger, da der Motor weniger Teile enthält ^{[ 120 ].}
• Das Drehmoment wird für etwa zwei Drittel des Verbrennungszyklus bereitgestellt, im Gegensatz zu einem Viertel wie bei einem Viertakt-Kolbenmotor ^{[ 121 ].}
• Leicht anpassbar und bestens geeignet für Wasserstoffbrennstoff

Wankelmotoren sind deutlich leichter und einfacher aufgebaut und besitzen wesentlich weniger bewegliche Teile als Kolbenmotoren mit vergleichbarer Leistung. Ventile und komplexe Ventiltriebe werden durch einfache, in die Wände des Rotorgehäuses eingelassene Kanäle ersetzt. Da der Rotor direkt auf einem großen Lager der Abtriebswelle läuft, sind weder Pleuelstangen noch eine Kurbelwelle erforderlich. Durch den Wegfall der oszillierenden Masse weisen Wankelmotoren einen niedrigen Ungleichmäßigkeitskoeffizienten auf, wodurch sie wesentlich ruhiger laufen als vergleichbare Hubkolbenmotoren. Beispielsweise läuft ein Zwei-Rotor-Wankelmotor mehr als doppelt so ruhig wie ein Vierzylinder-Hubkolbenmotor. ^{[ 43 ]}

In einem Viertakt-Hubkolbenmotor erzeugt jeder Zylinder nur bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung einen Arbeitstakt; die drei Takte führen zu Pumpverlusten. Der Wankelmotor weist zudem einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad als ein Hubkolbenmotor auf. ^{[ 122 ]} Aufgrund der quasi-Überlappung der Arbeitstakte reagiert der Wankelmotor sehr spontan und liefert insbesondere bei höheren Drehzahlen schnell die benötigte Leistung. Dieser Unterschied ist im Vergleich zu Vierzylinder-Hubkolbenmotoren deutlicher ausgeprägt und im Vergleich zu Motoren mit höherer Zylinderzahl weniger.

Da Wankelmotoren keine heißen Auslassventile besitzen, ist ihr Kraftstoffoktanzahlbedarf geringer als bei Hubkolbenmotoren. ^{[ 123 ]} Als Faustregel gilt, dass ein Wankelmotor mit einem Brennraumvolumen V _{_k} ^von 500 cm³ und einer Verdichtung von ε = 9 auch mit Benzin mittlerer Qualität mit einer Oktanzahl von nur 91 ROZ gut läuft. ^{[ 41 ]} Muss bei einem Hubkolbenmotor die Verdichtung um eine Einheit reduziert werden, um Klopfen zu vermeiden, ist dies bei einem vergleichbaren Wankelmotor unter Umständen nicht erforderlich. ^{[ 124 ]}

Aufgrund der geringeren Anzahl an Einspritzdüsen sind Kraftstoffeinspritzsysteme in Wankelmotoren kostengünstiger als in Hubkolbenmotoren. Ein Einspritzsystem, das den Betrieb mit geschichteter Ladung ermöglicht , kann dazu beitragen, Bereiche mit fettem Gemisch in unerwünschten Motorteilen zu reduzieren und so die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. ^{[ 125 ]}

Wankelmotoren leiden hauptsächlich unter einer ungünstigen Thermodynamik, die durch ihre Bauweise, insbesondere die große Oberfläche und die ungünstige Brennraumform, bedingt ist. Dies führt zu einer langsamen und unvollständigen Verbrennung, was einen hohen Kraftstoffverbrauch und ein schlechtes Abgasverhalten zur Folge hat. ^{[ 123 ]} Wankelmotoren erreichen typischerweise einen maximalen thermischen Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent. ^{[ 126 ]}

In einem Wankelmotor verläuft die Verbrennung langsam, da der Brennraum lang, dünn und beweglich ist. Die Flamme breitet sich fast ausschließlich in Rotorrichtung aus, was die unzureichende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches weiter verschlechtert und die Hauptursache für unverbrannte Kohlenwasserstoffe bei hohen Motordrehzahlen ist. Die Hinterkante des Brennraums erzeugt naturgemäß einen Quetschstrahl, der die Flammenausbreitung bis zur Hinterkante des Brennraums bei mittleren und hohen Motordrehzahlen verhindert. ^{[ 127 ]} Diese unvollständige Verbrennung ist einer der Gründe für den Anstieg von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgasstrom eines Wankelmotors. Ein seitlicher Auslass, wie er beim Renesis verwendet wird, kann das Entweichen des unverbrannten Gemisches durch Vermeidung von Kanalüberlappungen verhindern. Die Direkteinspritzung, bei der der Kraftstoff in Richtung der Vorderkante des Brennraums eingespritzt wird, kann die Menge an unverbranntem Kraftstoff im Abgas minimieren. ^{[ 128 ] [ 129 ]}

Kawasaki behandelte dieses Problem in seinem US-Patent US 3848574 ; Toyota erzielte eine Kraftstoffersparnis von 7 %, indem eine Glühkerze an der Eintrittskante platziert und Membranventile in den Ansaugkanälen verwendet wurden. Bei Zweitaktmotoren halten Metallmembranen etwa 15.000 km, während Kohlefasermembranen etwa 8.000 km halten. ^{[ 49 ]} Der Mazda R26B verwendete drei Zündkerzen pro Rotor für eine vollständige Verbrennung des Ansauggemisches. Beim 26B zündet die dritte Zündkerze an der Austrittskante vor dem Einsetzen der Quetschströmung. ^{[ 130 ]} 

Obwohl viele der Nachteile des Wankelmotors Gegenstand laufender Forschung sind, sind die aktuellen Nachteile der in Produktion befindlichen Wankelmotoren folgende: ^{[ 131 ]}

Rotordichtung

Das Motorgehäuse weist in den einzelnen Brennkammern stark unterschiedliche Temperaturen auf. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien führen zu unvollkommener Abdichtung. Zudem sind beide Seiten der Apex-Dichtungen dem Kraftstoff ausgesetzt, und die Konstruktion erlaubt keine präzise Schmierung der Rotoren. Wankelmotoren neigen bei allen Drehzahlen und Lasten zu Überschmierung, was zu relativ hohem Ölverbrauch und weiteren Problemen durch überschüssiges Öl im Brennraum führt (z. B. Kohlenstoffablagerungen und erhöhte Emissionen durch Ölverbrennung). Im Vergleich dazu finden bei einem Kolbenmotor alle Takte in derselben Brennkammer statt, was zu einer stabileren Temperatur der Kolbenringe führt. Darüber hinaus ist bei einem Viertakt-Kolbenmotor nur ein Ende jedes Kolbens dem Kraftstoff ausgesetzt, sodass die Zylinder von der anderen Seite geschmiert werden können. Die Komponenten von Kolbenmotoren lassen sich zudem so konstruieren, dass die Ringabdichtung und die Ölkontrolle mit steigendem Zylinderdruck und steigender Leistung verbessert werden. Um die Probleme von Wankelmotoren aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen verschiedenen Bereichen des Gehäuses sowie der Seiten- und Zwischenplatten und den damit verbundenen thermischen Unregelmäßigkeiten zu beheben, werden Wärmerohre eingesetzt. Diese transportieren heißes Abgas zu kühleren Bereichen des Motors und führen so zu einer Steigerung von Wirkungsgrad und Leistung. Bei Wankelmotoren mit kleinem Hubraum, ladungsgekühltem Rotor und luftgekühltem Gehäuse konnte durch den Einsatz dieser Wärmerohre die maximale Motortemperatur von 231 auf 129 °C (448 auf 264 °F) und die maximale Temperaturdifferenz zwischen heißeren und kälteren Bereichen des Motors von 159 auf 18 °C (286 auf 32 °F) reduziert werden. ^{[ 132 ]}

Anheben der Apex-Dichtung

Die Zentrifugalkraft drückt die Apex-Dichtung gegen die Gehäuseoberfläche und bildet so eine feste Abdichtung. Bei Teillastbetrieb können sich jedoch Spalten zwischen Apex-Dichtung und Gehäuse bilden, wenn Ungleichgewichte zwischen Zentrifugalkraft und Gasdruck auftreten. Bei niedrigen Drehzahlen oder geringer Last kann der Gasdruck im Brennraum dazu führen, dass sich die Dichtung von der Gehäuseoberfläche abhebt und Verbrennungsgase in den angrenzenden Brennraum gelangen. NSU umging dieses Problem, indem Schlitze an einer Seite der Apex-Dichtungen angebracht wurden, wodurch der Gasdruck in den Apex-Fuß geleitet wurde. Dies verhinderte effektiv das Abheben der Apex-Dichtungen. ^{[ 133 ]} Mazdas Lösung bestand darin, die Form des Trochoidengehäuses zu verändern, um sicherzustellen, dass die Dichtungen bündig mit der Gehäuseoberfläche abschließen. Der Einsatz eines Wankelmotors mit dauerhaft hohen Drehzahlen trägt dazu bei, das Abheben der Apex-Dichtung zu vermeiden und macht ihn somit für Anwendungen wie die Stromerzeugung (oder speziell in Kraftfahrzeugen für serielle Hybridanwendungen) geeignet. ^{[ 134 ]}

Obwohl das Dichtungssystem eines Wankelmotors in zwei Dimensionen einfacher erscheint als das eines entsprechenden Mehrzylinder-Kolbenmotors, ist in drei Dimensionen das Gegenteil der Fall. Neben den im Konzeptdiagramm erkennbaren Rotorspitzendichtungen muss der Rotor auch gegen die Brennraumenden abdichten.

Die Kolbenringe in Hubkolbenmotoren sind keine perfekten Dichtungen; jeder weist einen Spalt zur Ausdehnung auf. Die Abdichtung an den Spitzen des Wankelrotors ist weniger kritisch, da Leckagen zwischen benachbarten Brennkammern bei aufeinanderfolgenden Takten des Zyklus auftreten und nicht zum Hauptwellengehäuse. Obwohl die Abdichtung im Laufe der Jahre verbessert wurde, bleibt die nicht optimale Abdichtung des Wankelmotors, hauptsächlich aufgrund mangelnder Schmierung, ein Faktor, der seinen Wirkungsgrad mindert. ^{[ 135 ]}

Autos mit Rotationsmotor

1964 NSU Spider , das erste Auto, das mit einem Wankelmotor verkauft wurde.

1967 NSU Ro 80

1967 Mazda Cosmo , der erste Zweischeiben-Sportwagen

Mercedes-Benz C111 , Baujahr 1970 , ausgestattet mit einem Vierscheiben-Wankelmotor

1973 Citroën GS Birotor

VAZ-2106

Mazda RX-8 Sportwagen, hergestellt bis 2012

Der Mazda MX-30 R-EV Hybrid des Modelljahrs 2023 war das erste Auto mit einem elektrischen Wankelmotorantrieb.

Das erste käufliche Auto mit Wankelmotor war der NSU Spider von 1964. Wankelmotoren wurden bis 2012 ununterbrochen in Autos verbaut, bis Mazda die Produktion des RX-8 einstellte. Mazda brachte 2023 mit dem MX-30 R-EV ein Hybrid-Elektroauto mit Wankelmotor auf den Markt. ^{[ 136 ]}

Mazda und NSU unterzeichneten 1961 einen Forschungsvertrag zur Entwicklung des Wankelmotors und wetteiferten darum, das erste Automobil mit Wankelmotor auf den Markt zu bringen. Obwohl Mazda in diesem Jahr einen experimentellen Motor produzierte, brachte NSU 1964 mit dem sportlichen NSU Spider als erster ein Automobil mit Wankelmotor zum Verkauf auf den Markt. Mazda konterte mit einer Präsentation von Zwei- und Vierscheiben-Wankelmotoren auf der Tokyo Motor Show desselben Jahres . ^{[ 11 ]} 1967 begann NSU mit der Produktion des Ro 80 , eines Luxuswagens mit Wankelmotor . ^{[ 137 ]} Im Gegensatz zu Mazda und Curtiss-Wright hatte NSU keine zuverlässigen Wellendichtringe entwickelt, was zu Verschleißproblemen, mangelhafter Wellenschmierung und hohem Kraftstoffverbrauch führte und schließlich häufige Motorausfälle zur Folge hatte. Diese Probleme wurden erst 1972 behoben, was hohe Garantiekosten verursachte und die Weiterentwicklung des Wankelmotors bei NSU einschränkte. Die verfrühte Markteinführung des neuen Wankelmotors schadete dem Ruf aller Hersteller, und selbst als diese Probleme bei den letzten von NSU in der zweiten Hälfte der 70er Jahre produzierten Motoren behoben wurden, erholten sich die Verkaufszahlen nicht. ^{[ 11 ]}

Anfang 1978 entwickelten die Audi-Ingenieure Richard van Basshuysen und Gottlieb Wilmers eine neue Generation des Audi-NSU-Wankelmotors, den KKM 871. Es handelte sich um einen Zweirotormotor mit einem Brennraumvolumen V _{_k} von 746,6 cm³ ^, das sich aus einer Exzentrizität von 17 mm, einem Generatorradius von 118,5 mm, einem Äquidistanzabstand von 4 mm und einer Gehäusebreite von 69 mm ergab. Er verfügte über zwei seitliche Einlasskanäle und einen peripheren Auslasskanal und war mit einer kontinuierlich einspritzenden Bosch K-Jetronic- Mehrpunkteinspritzanlage ausgestattet . Gemäß DIN 70020 leistete er 121 kW (162 PS) bei 6500 U/min und 210 Nm bei 3500 U/min. ^{[ 138 ]} Van Basshuysen und Wilmers konstruierten den Motor wahlweise mit einem Krümmer-Thermoreaktor oder einem Katalysator zur Abgasreinigung. ^{[ 138 ]} Der Motor hatte eine Masse von 142 kg (313 lb) ^{[ 138 ]} , einen spezifischen Kraftstoffverbrauch (BSFC) von ca. 315 g/(kW·h) bei 3000 U/min und einen mittleren effektiven Druck (BMEP) von 900 kPa. ^{[ 139 ]} Für die Tests wurden zwei KKM 871-Motoren in Audi 100 Typ 43- Testfahrzeuge eingebaut, eines mit einem Fünfgang-Schaltgetriebe und eines mit einem Dreigang-Automatikgetriebe. ^{[ 140 ]}

Mazda gab an, das Problem mit der Zylinderkopfdichtung gelöst zu haben und Testmotoren 300 Stunden lang ohne Ausfall bei hoher Drehzahl betrieben zu haben. ^{[ 11 ]} Nach jahrelanger Entwicklung präsentierte Mazda 1967 mit dem Cosmo 110S sein erstes Auto mit Wankelmotor . Es folgten mehrere Wankelfahrzeuge ( bei Mazda als „ Rotationsmotor “ bezeichnet), darunter ein Bus und ein Pickup . Kunden lobten häufig den ruhigen Lauf der Fahrzeuge. Mazda wählte jedoch ein Verfahren, um die Abgasnormen für Kohlenwasserstoffe zu erfüllen , das zwar kostengünstiger in der Produktion war, aber den Kraftstoffverbrauch erhöhte.

Mazda verzichtete später in den meisten seiner Automobilkonstruktionen auf den Wankelmotor und setzte ihn nur noch in seinen Sportwagen ein. Das Unternehmen verwendete üblicherweise Zweischeiben-Wankelmotoren, obwohl im Sportwagen Eunos Cosmo von 1990 ein fortschrittlicherer Biturbo - Dreischeiben-Wankelmotor verbaut wurde . 2003 führte Mazda den Renesis -Motor für den RX-8 ein . Beim Renesis-Motor wurden die Auslasskanäle von der Peripherie des Wankelgehäuses an die Seiten verlegt, was größere Kanäle und einen besseren Luftdurchsatz ermöglichte. ^{[ 141 ]} Der Renesis leistet 177 kW (238 PS) und bietet im Vergleich zu früheren Mazda-Wankelmotoren einen geringeren Kraftstoffverbrauch, höhere Zuverlässigkeit und niedrigere Emissionen. ^{[ 142 ]} All dies bei einem Hubraum von nominell 2,6 Litern. Dies reichte jedoch nicht aus, um die strengeren Abgasnormen zu erfüllen. Mazda stellte die Produktion seines Wankelmotors 2012 ein, nachdem dieser die Euro-5-Abgasnormen nicht erfüllte . Damit gab es bis 2023 kein Automobilunternehmen mehr, das ein straßentaugliches Fahrzeug mit Wankelmotor verkaufte. ^{[ 143 ]}

Mazda brachte im März 2023 den MX-30 R-EV Hybrid mit Wankelmotor als Reichweitenverlängerer auf den Markt. ^{[ 136 ]} Der Wankelmotor treibt die Räder nicht direkt an und dient ausschließlich dem Laden der Batterie. Es handelt sich um einen 830 cm³ (51 cu in) großen Einscheiben-Rotationsmotor mit einer Nennleistung von 55 kW (74 PS). Der Motor verfügt über Benzin-Direkteinspritzung , Abgasrückführung und eine Abgasreinigungsanlage mit Drei-Wege-Katalysator und Partikelfilter . Er erfüllt die Abgasnorm Euro 6d-ISC-FCM. ^{[ 144 ] [ 145 ]}

Citroën produzierte die Fahrzeuge M35 und GS Birotor sowie den Hubschrauber RE-2 mit Motoren von Comotor , einem Joint Venture von Citroën und NSU.

Mercedes-Benz verbaute in seinem Konzeptfahrzeug C111 einen Wankelmotor . Der Motor des C 111-II war ein Saugmotor mit Benzin-Direkteinspritzung und vier Rotoren. Der Hubraum betrug 4,8 Liter (290 Kubikzoll), das Verdichtungsverhältnis 9,3:1. Er lieferte ein maximales Drehmoment von 433 Nm (319 lb·ft) bei 5.000  U/min und eine Leistung von 257 kW (350 PS) bei 6.000  U/min. ^{[ 71 ]}

Die American Motors Corporation (AMC) war so überzeugt, „…dass der Wankelmotor als Antrieb für Pkw und Lkw der Zukunft eine wichtige Rolle spielen würde…“, dass der Vorstandsvorsitzende Roy D. Chapin Jr. nach einjährigen Verhandlungen im Februar 1973 einen Vertrag unterzeichnete. Dieser verpflichtete sich zur Produktion von Wankelmotoren für Pkw und Militärfahrzeuge und sicherte AMC das Recht zu, die produzierten Wankelmotoren an andere Unternehmen zu verkaufen. ^{[ 146 ] [ 147 ]} AMC-Präsident William Luneburg rechnete bis 1980 nicht mit einer rasanten Entwicklung. Gerald C. Meyers , Vizepräsident der Produktentwicklung bei AMC, schlug jedoch vor, dass AMC die Motoren zunächst von Curtiss-Wright beziehen sollte, bevor eigene Wankelmotoren entwickelt würden, und prognostizierte einen vollständigen Übergang zur Wankeltechnologie bis 1984. ^{[ 148 ]}

Ursprünglich war geplant, den Motor im AMC Pacer einzusetzen , doch die Entwicklung verzögerte sich. ^{[ 149 ] [ 150 ]} American Motors hatte den einzigartigen Pacer um diesen Motor herum konstruiert. 1974 entschied sich AMC, den Wankelmotor von General Motors (GM) zu kaufen, anstatt ihn selbst zu entwickeln. ^{[ 151 ]} Sowohl GM als auch AMC bestätigten, dass die Zusammenarbeit für die Vermarktung des neuen Motors vorteilhaft sein würde, wobei AMC die Kraftstoffeffizienz des GM-Wankelmotors hervorhob. ^{[ 152 ]} Die GM-Motoren befanden sich noch nicht in Serienproduktion, als der Pacer auf den Markt kam. Die Ölkrise von 1973 trug dazu bei, den Einsatz des Wankelmotors zu erschweren, und steigende Kraftstoffpreise sowie Spekulationen über geplante US-Abgasnormen verstärkten die Bedenken zusätzlich.

Auf ihrer Jahrestagung im Mai 1973 präsentierte General Motors den Wankelmotor, der im Chevrolet Vega zum Einsatz kommen sollte . ^{[ 153 ]} Bis 1974 gelang es der GM-Forschungs- und Entwicklungsabteilung jedoch nicht, einen Wankelmotor zu entwickeln, der sowohl die Emissionsanforderungen als auch die Kraftstoffverbrauchsziele erfüllte, was zur Einstellung des Projekts führte. Aufgrund dieser Entscheidung veröffentlichte das Forschungs- und Entwicklungsteam die Ergebnisse seiner jüngsten Forschung, die angeblich das Kraftstoffverbrauchsproblem gelöst und zuverlässige Motoren mit einer Lebensdauer von über 850.000 km (530.000 Meilen) entwickelt hatte, nur teilweise. Diese Ergebnisse wurden bei der Entscheidung über die Einstellung des Projekts nicht berücksichtigt. Das Ende des Wankelmotorprojekts von GM zwang AMC, den geplanten Käufer des Motors, den Pacer für den Einbau seines AMC-Reihensechszylinders mit Hinterradantrieb umzubauen. ^{[ 154 ]}

1974 gründete die Sowjetunion ein spezielles Motorenkonstruktionsbüro, das 1978 den Motor VAZ-311 für den VAZ-2101 entwickelte . ^{[ 155 ]} 1980 begann das Unternehmen mit der Auslieferung des Zweischeiben-Wankelmotors VAZ-411 an den VAZ-2106 ; insgesamt wurden etwa 200 Fahrzeuge gefertigt. Der Großteil der Produktion ging an Sicherheitsdienste. ^{[ 156 ] [ 157 ]}

Ford forschte an Wankelmotoren und erhielt folgende Patente: GB 1460229 (1974), ein Verfahren zur Gehäuseherstellung; US 3833321 (1974), Beschichtung von Seitenplatten; US 3890069 (1975), Gehäusebeschichtung; CA 1030743 (1978), Gehäuseausrichtung; CA 1045553 (1979), Membranventilbaugruppe. 1972 erklärte Henry Ford II. , dass der Wankelmotor den Kolbenmotor zu seinen Lebzeiten wahrscheinlich nicht ersetzen werde. ^{[ 158 ]}     

Der Sigma MC74, gefahren von Yojiro Terada und angetrieben von einem Mazda 12A-Motor, war das erste Wankelmotor-betriebene Auto (und nicht- westeuropäisches oder amerikanisches Auto), das die 24 Stunden von Le Mans 1974 beendete .

Mazda war 1991 der erste japanische Automobilhersteller, der Le Mans als Gesamtsieger gewann . Sein Vierrotormotor 787B (5,24 l Hubraum, nach FIA-Formel 4,708 l) ist zudem das einzige Auto ohne Kolbenmotor, das in Le Mans siegte. Die Mazdas wurden zunächst als Saugmotoren mit einem Gewicht von 830 kg klassifiziert, 170 kg leichter als ihre aufgeladenen Konkurrenten in der Gruppe C2 . ^{[ 159 ]} Die Fahrzeuge der Gruppe C1 von 1991 durften weitere 80 kg leichter sein als der 787B ^{[ 160 ]} und unterlagen keinen Beschränkungen hinsichtlich der Kraftstoffmenge, waren aber nur mit 3,5-Liter-Saugmotoren zugelassen. ^{[ 161 ]}

Aufgrund seiner kompakten Bauweise und des hohen Leistungsgewichts wurde der Wankelmotor als Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge vorgeschlagen , um bei niedrigem Batteriestand zusätzliche Energie bereitzustellen. Ein als Generator eingesetzter Wankelmotor bietet Vorteile hinsichtlich Bauraum, Geräuschentwicklung, Vibrationen und Laufruhe in Pkw, da er den Innenraum für Passagiere und Gepäck maximiert und gleichzeitig ein gutes Geräusch- und Vibrationsemissionsprofil aufweist. Es ist jedoch fraglich, ob die systembedingten Nachteile des Wankelmotors seinen Einsatz als Reichweitenverlängerer für Pkw rechtfertigen. ^{[ 162 ]}

Im Jahr 2010 präsentierte Audi mit dem A1 e-tron einen Prototyp eines serienmäßigen Hybridfahrzeugs . Dieser war mit einem Wankelmotor mit einem Brennraumvolumen V _{_k} von 254 cm³ ^ausgestattet , der bei 5000 U/min eine Leistung von 18 kW erbrach. Er war mit einem Generator gekoppelt, der die Fahrzeugbatterien bei Bedarf auflud und den Elektromotor direkt mit Strom versorgte. Das System wog 70 kg und konnte eine elektrische Leistung von 15 kW erzeugen. ^{[ 163 ]}

Im November 2013 präsentierte Mazda der Fachpresse einen Prototyp eines seriellen Hybridfahrzeugs, den Mazda2 EV , der einen Wankelmotor als Reichweitenverlängerer nutzt. Der Generator, der sich unter dem Kofferraumboden befindet, ist ein winziger, nahezu geräuschloser Einrotormotor mit 330 cm³ Hubraum, der 22 kW (30 PS) bei 4.500  U/min erzeugt und eine kontinuierliche elektrische Leistung von 20 kW bereitstellt. ^{[ 164 ] [ 165 ] [ 166 ]}

Mazda stellte im März 2023 den MX-30 R-EV mit Wankelmotor als Reichweitenverlängerer vor. ^{[ 136 ]} Der Wankelmotor ist ein Saugmotor mit einer Scheibe, einem Brennraumvolumen V _{_k} von 830 cm³ ⁽ 50,6 in³ ⁾ , einer Verdichtung von 11,9:1 und einer Nennleistung von 55 kW (74 PS). Er verfügt über Benzin-Direkteinspritzung, Abgasrückführung und eine Abgasreinigungsanlage mit Drei-Wege-Katalysator und Partikelfilter . Laut auto motor und sport erfüllt der Motor die Abgasnorm Euro 6d-ISC-FCM. ^{[ 144 ] [ 145 ]}

Das erste Motorrad mit Wankelmotor war die von MZ gebaute MZ ES 250 , ausgestattet mit einem wassergekühlten KKM 175 W Wankelmotor. 1965 folgte eine luftgekühlte Version mit der Bezeichnung KKM 175 L. Der Motor leistete 24 PS (18 kW) bei 6.750  U/min, das Motorrad ging jedoch nie in Serie. ^{[ 167 ]}

Im Jahr 1974 produzierte Hercules Wankelmotorräder der Baureihe W-2000 , doch aufgrund der geringen Produktionszahlen war das Projekt unrentabel, und die Produktion wurde 1977 eingestellt. ^{[ 168 ]}

Motorräder mit Rotationsantrieb

Norton Classic luftgekühltes Zweischeiben-Motorrad

Norton Interpol2-Prototyp

In Großbritannien entwickelte Norton einen Wankelmotor für Motorräder, basierend auf dem luftgekühlten Sachs -Motor, der die DKW/Hercules W-2000 antrieb . Dieser Zweischeiben-Wankelmotor wurde in der Commander und der F1 verbaut . Norton verbesserte die Luftkühlung von Sachs durch die Einführung einer Plenumkammer.

Anfang der 1980er-Jahre entwickelte Norton , basierend auf früheren Arbeiten bei BSA , die luftgekühlte Zweischeiben-Wankelmaschine Classic , gefolgt von der flüssigkeitsgekühlten Commander und der Interpol2 (einer Polizeiversion). ^{[ 169 ]} Zu den späteren Norton-Wankelmotorrädern gehörten die Norton F1 , F1 Sports, RC588, Norton RCW588 und NRS588. Norton schlug ein neues 588-cm³-Zweischeiben-Wankelmotormodell namens „NRV588“ und eine 700-cm³-Version namens „NRV700“ vor. ^{[ 170 ]} Brian Crighton, ein ehemaliger Mechaniker bei Norton, begann mit der Entwicklung seiner eigenen Wankelmotorradreihe namens „Roton“, die mehrere australische Rennen gewann.

Trotz Erfolgen im Rennsport ^{[ 171 ]} wurden seit 1992 keine Motorräder mit Wankelmotoren mehr für den Straßenverkehr an die breite Öffentlichkeit verkauft.

1972 stellte Yamaha auf der Tokyo Motor Show die RZ201 vor , einen Prototyp mit Wankelmotor. Das 220 kg schwere Motorrad leistete 60 PS (45 kW) aus einem 660 cm³ großen Zweischeiben-Wankelmotor (US-Patent N3964448). Ebenfalls 1972 präsentierte Kawasaki seinen Zweischeiben-Wankelmotor-Prototyp Kawasaki X99 (US-Patente N 3848574 & 3991722). Sowohl Yamaha als auch Kawasaki behaupteten, die Probleme des hohen Kraftstoffverbrauchs, der hohen Abgasemissionen und der geringen Lebensdauer früher Wankelmotoren gelöst zu haben. Keiner der Prototypen ging jedoch in Serie.

Von 1975 bis 1976 produzierte Suzuki die RE5, ein Einscheiben-Wankelmotorrad. Es handelte sich um eine komplexe Konstruktion mit Flüssigkeits- und Ölkühlung sowie mehreren Schmier- und Vergasersystemen . Es lief gut und ruhig, verkaufte sich aber aufgrund seines hohen Gewichts und seiner geringen Leistung schlecht. ^{[ 172 ]} Um die hohen Abgastemperaturen zu senken, setzte Suzuki auf einen gerippten Auspuffkrümmer, doppelwandige Auspuffrohre mit Kühlgittern, hitzebeständige Rohrummantelungen und Schalldämpfer mit Hitzeschutzblechen. Suzuki verwendete drei Schmiersysteme, während Norton ein einziges Öleinspritzsystem mit Verlustschmierung einsetzte, das sowohl die Hauptlager als auch die Ansaugkrümmer versorgte. Hoch im Rahmen montiert war ein Einscheiben-Wankelmotor, der recht ruhig lief, jedoch bei 4.000 U/min unruhig wurde. ^{[ 173 ]} Obwohl es als gut zu handhaben beschrieben wurde, war das Ergebnis, dass der RE5 schwer, überkompliziert, teuer in der Herstellung und mit 62 PS (46 kW) leistungsschwach war.

Der niederländische Motorradimporteur und -hersteller Van Veen produzierte zwischen 1978 und 1980 in geringen Stückzahlen ein Motorrad vom Typ OCR-1000 mit Zweischeiben-Wankelmotor unter Verwendung überschüssiger Comotor KKM 624-Motoren, die ursprünglich für den Citroën GS Birotor vorgesehen waren . ^{[ 174 ]} Dabei wurde der Verteiler durch eine elektronische Zündanlage von Hartig ersetzt . ^{[ 175 ]}

Flugzeugrotationsmotoren

RC2-60 Flugzeug-Wankelmotor

ARV Super2 mit British MidWest AE110 Zweischeiben-Wankelmotor

Diamond DA20 mit Diamond Engines Wankelmotor

Sikorsky Cypher unbemanntes Luftfahrzeug (UAV), angetrieben von einem UEL AR801 Wankelmotor

Citroën RE-2 Hubschrauber im Jahr 1975

Wankelmotoren eignen sich hervorragend für Leichtflugzeuge , da sie leicht, kompakt, nahezu vibrationsfrei und mit einem hohen Leistungsgewicht ausgestattet sind . Weitere Vorteile für die Luftfahrt sind:

1. Der Motor ist während des Sinkflugs nicht anfällig für Schockkühlung ;
2. Der Motor benötigt bei hoher Leistung kein angereichertes Gemisch zur Kühlung;
3. Da der Motor keine sich hin- und herbewegenden Teile besitzt, ist er weniger anfällig für Beschädigungen, wenn er mit einer höheren Drehzahl als der maximal zulässigen Drehzahl läuft.

Anders als bei Autos und Motorrädern kann ein Wankel-Flugmotor aufgrund der Vorflugkontrollen bereits vor Volllast ausreichend warm sein. Auch die minimale Abkühlung während des Anflugs trägt dazu bei, dass der Motor beim Start die Betriebstemperatur für Volllast erreicht. ^{[ 176 ]} Ein Wankel-Flugmotor läuft die meiste Zeit mit hoher Leistung und nur wenig Leerlauf.

Da Wankelmotoren mit einer relativ hohen Drehzahl arbeiten – bei 6.000  U/min der Abtriebswelle dreht sich der Rotor nur mit etwa einem Drittel dieser Drehzahl. Aufgrund des relativ geringen Drehmoments benötigen propellergetriebene Flugzeuge ein Untersetzungsgetriebe, um die Propeller im vorgesehenen Drehzahlbereich zu halten. Experimentalflugzeuge mit Wankelmotoren verwenden solche Untersetzungsgetriebe; beispielsweise verfügt der MidWest -Zweirotormotor über ein Untersetzungsgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 2,95:1.

Das erste Flugzeug mit Wankelmotor war die experimentelle Lockheed Q-Star, eine zivile Version des Aufklärungsflugzeugs QT-2 der US-Armee aus den späten 1960er Jahren – im Wesentlichen ein motorisierter Schweizer Segelflieger . ^{[ 177 ]} Das Flugzeug wurde von einem 185 PS (138 kW) starken Curtiss-Wright RC2-60 Wankelmotor angetrieben. ^{[ 178 ]} Derselbe Motortyp wurde auch in einer Cessna Cardinal und einem Hubschrauber sowie in anderen Flugzeugen verwendet. ^{[ 119 ] [ 179 ] [ 180 ]} Das französische Unternehmen Citroën entwickelte in den 1970er Jahren einen Wankel-betriebenen Hubschrauber vom Typ RE-2 . ^{[ 181 ]} Mitte der 1970er Jahre wurde in Deutschland ein Druckpropellerflugzeug mit einem modifizierten NSU-Mehrrotormotor in zivilen und militärischen Versionen entwickelt: der Fanliner und der Fantrainer. ^{[ 182 ]}

Etwa zeitgleich mit den ersten Versuchen mit Wankelmotoren angetriebenen Flugzeugen in Originalgröße wurden in Lizenz von NSU von der bekannten japanischen Firma OS Engines und dem damals existierenden deutschen Modellflugzeughersteller Graupner Versionen in Modellflugzeuggröße entwickelt. Der OS-Graupner-Modell-Wankelmotor hat ein Brennraumvolumen V _{_k} ^von 4,9 cm³ und leistet 460 W bei 16.000 U/min ^; seine Masse beträgt 370 g. ^{[ 183 ]}

Wankelmotoren wurden in selbstgebauten Experimentalflugzeugen wie der ARV Super2 verbaut , von denen einige mit dem britischen MidWest -Flugmotor ausgestattet waren. Die meisten basierten auf Mazda-Pkw-Motoren der Typen 12A und 13B, die für die Luftfahrt umgerüstet wurden – eine sehr kostengünstige Alternative zu zugelassenen Flugzeugmotoren. Sie lieferten 100 bis 300 PS (220 kW) zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Kolbenmotoren. Diese Umbauten begannen Anfang der 1970er-Jahre. Peter Garrison, Redakteur der Zeitschrift „Flying“ , schrieb: „Meiner Meinung nach … ist der Mazda-Rotationsmotor der vielversprechendste Motor für die Luftfahrt.“ ^{[ 184 ]}

Der Segelflugzeughersteller Schleicher verwendet einen Austro Engine AE50R Motor ^{[ 185 ] [ 186 ]} in seinen selbststartenden Modellen ASK-21 Mi , ASH-26E , ^{[ 187 ]} ASH-25 M/Mi , ASH -30 Mi , ASH-31 Mi , ASW-22 BLE und ASG-32 Mi .

Im Jahr 2013 gab e-Go Airplanes mit Sitz in Cambridge , Großbritannien, bekannt, dass ein Wankelmotor von Rotron Power das neue einsitzige Canard-Flugzeug antreiben wird. ^{[ 188 ]}

Die DA36 E-Star, ein von Siemens , Diamond Aircraft und EADS entwickeltes Flugzeug , nutzt einen seriellen Hybridantrieb, bei dem der Propeller von einem 70 kW (94 PS) starken Elektromotor von Siemens angetrieben wird. Ziel ist es, den Treibstoffverbrauch und die Emissionen um bis zu 25 % zu reduzieren. Ein bordeigener 40 PS (30 kW) starker Austro-Motor und ein Generator liefern den Strom. Ein Propellerdrehzahlminderer entfällt. Der Elektromotor nutzt die in Batterien gespeicherte Energie, während der Generator abgeschaltet ist, um Start und Steigflug zu ermöglichen und so die Geräuschemissionen zu reduzieren. Der serielle Hybridantrieb mit Wankelmotor reduziert das Gewicht des Flugzeugs im Vergleich zum Vorgängermodell um 100 kg. Die DA36 E-Star absolvierte ihren Erstflug im Juni 2013 und markierte damit den ersten Flug eines seriellen Hybridantriebs überhaupt. Diamond Aircraft gibt an, dass die Wankelmotortechnologie auf ein 100-sitziges Flugzeug skalierbar ist. ^{[ 189 ] [ 190 ]}

Seit 2015 wurden in Deutschland insgesamt 60 Züge mit Wankelmotor-Hilfsantrieben ausgestattet, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden. Die Lokomotiven verwenden den Wankel-Dieselmotor WST KKM 351. ^{[ 101 ]}

Der Wankelmotor eignet sich gut für Geräte, bei denen sich der Bediener in unmittelbarer Nähe des Motors befindet, z. B. handgeführte Geräte wie Kettensägen . ^{[ 191 ]} Dank seines ausgezeichneten Anlaufverhaltens und seiner geringen Masse ist der Wankelmotor auch ein guter Antrieb für tragbare Feuerlöschpumpen und tragbare Generatoren . ^{[ 192 ]}

Kleine Wankelmotoren finden Anwendung in Fahrzeugen wie Go-Karts , Jetskis und Hilfsaggregaten für Flugzeuge. ^{[ 193 ]} Kawasaki patentierte einen gemischgekühlten Wankelmotor (US-Patent 3991722). Der japanische Dieselmotorenhersteller Yanmar und Dolmar-Sachs aus Deutschland boten eine Wankel-betriebene Kettensäge (SAE-Patent 760642) und Außenbordmotoren für Boote an, und der französische Hersteller Outils Wolf produzierte einen Rasenmäher (Rotondor) mit Wankelmotor. Der Rotor war aus Kostengründen horizontal angeordnet und besaß keine Dichtungen an der Unterseite.

Die Einfachheit des Wankelmotors prädestiniert ihn für miniaturisierte und mikroskopische Motorenkonstruktionen. Das Labor für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) und Rotationsmotoren an der University of California, Berkeley , forschte früher an der Entwicklung von Wankelmotoren mit Durchmessern bis zu 1 mm und Hubräumen unter 0,1 cm³. Als Material diente Silizium, als Antriebskraft Druckluft. Ziel dieser Forschung war die Entwicklung eines Verbrennungsmotors mit einer elektrischen Leistung von 100 Milliwatt, wobei der Motor als Rotor des Generators mit integrierten Magneten fungieren sollte. ^{[ 194 ] [ 195 ]} Die Entwicklung des Miniatur-Wankelmotors an der UC Berkeley wurde mit dem Auslaufen des DARPA-Vertrags eingestellt.

1976 berichtete Road & Track , dass Ingersoll-Rand einen Wankelmotor mit einem Brennraumvolumen V _{_k} von 1.500 in³ ⁽ 25 dm³ ⁾ und einer Nennleistung von 500 PS (373 kW) pro Rotor entwickeln würde. ^{[ 196 ]} Schließlich wurden 13 Einheiten des geplanten Motors gebaut, allerdings mit größerem Hubraum, und erreichten zusammen über 90.000 Betriebsstunden. Der Motor hatte ein Brennraumvolumen V_{_k} von 2.500 in³ ⁽ 41 dm³ ⁾ und eine Leistung von 550 PS (410 kW) pro Rotor. Es wurden sowohl Ein- als auch Zweirotormotoren gefertigt (mit Leistungen von 550 PS (410 kW) bzw. 1.100 PS (820 kW)). Die Motoren wurden mit Erdgas betrieben und hatten aufgrund des Einsatzbereichs eine relativ niedrige Drehzahl. ^{[ 197 ]}

Deere & Company erwarb im Februar 1984 die Rotationsmotorensparte von Curtiss-Wright, die große Mehrstoff-Prototypen herstellte, einige davon mit einem 11-Liter-Rotor für große Fahrzeuge. ^{[ 198 ] [ 199 ] [ 200 ]} Die Entwickler versuchten, ein Schichtladekonzept anzuwenden. ^{[ 198 ]} Die Technologie wurde 1991 an das RPI transferiert. ^{[ 201 ] [ 202 ]}

Yanmar aus Japan produzierte kleine, ladeluftgekühlte Wankelmotoren für Kettensägen und Außenbordmotoren. ^{[ 203 ]} Zu den Produkten gehört der LDR-Motor (Rotorvertiefung an der Vorderkante der Brennkammer), der sich durch ein besseres Abgasemissionsprofil und membrangesteuerte Einlasskanäle auszeichnet, was die Leistung im Teillast- und Niedrigdrehzahlbereich verbessert. ^{[ 204 ]}

In den Jahren 1971 und 1972 produzierte Arctic Cat Schneemobile, die von in Deutschland hergestellten Sachs KM 914 303-cm³- und KC-24 294-cm³-Wankelmotoren angetrieben wurden.

Anfang der 1970er Jahre verkaufte die Outboard Marine Corporation Schneemobile unter der Marke Johnson und anderen Marken, die von 35 oder 45 PS (26 oder 34 kW) starken OMC-Motoren angetrieben wurden.

Das deutsche Unternehmen Aixro produziert und vertreibt einen Go-Kart-Motor mit einem 294-cm³-Brennraum-Rotor mit Ladeluftkühlung und flüssigkeitsgekühltem Gehäuse. Weitere Hersteller sind Wankel AG, Cubewano, Rotron und Precision Technology.

Neben Anwendungen als Verbrennungsmotor wurde das Wankelprinzip auch für Gaskompressoren und Turbolader für Verbrennungsmotoren genutzt. In diesen Fällen spielen die Vorteile des Wankelmotors hinsichtlich Größe und Gewicht gegenüber dem Viertakt-Verbrennungsmotor keine Rolle mehr, obwohl er weiterhin Vorteile in puncto Zuverlässigkeit bietet. Bei einer Konstruktion mit Wankel-Turbolader an einem Wankelmotor ist der Turbolader doppelt so groß wie der Motor selbst.

Die Wankel-Technologie kommt im Gurtstraffersystem ^{[ 205 ]} einiger Mercedes-Benz ^{[ 206 ]} und Volkswagen ^{[ 207 ]} Fahrzeuge zum Einsatz. Sobald die Verzögerungssensoren einen drohenden Aufprall erkennen, werden kleine Sprengkapseln elektrisch gezündet. Das entstehende Druckgas leitet winzige Wankel - Luftmotoren in die Sitze, welche die Sicherheitsgurte straffen und Fahrer und Beifahrer vor einem Aufprall fest im Sitz fixieren. ^{[ 208 ]}

• Rotationsverbrennungsmotor von General Motors
• Gunderson Allzweckmaschine
• Mazda RX-8 Hydrogen RE
• Mazda-Wankelmotor
• Mercedes-Benz M 950
• Mercedes-Benz C111
• OS Engines , der einzige lizenzierte Hersteller von Wankelmotoren.
• Kolbenloser Rotationsmotor
• RKM-Motor
• Flüssigkeitskolben