Der Wankelmotor ist ein Rotationskolbenmotor (RKM), der nach seinem Erfinder Felix Wankel benannt worden ist. Bei einem
Wankelmotor wird die Verbrennungsenergie ohne den Umweg einer Hubbewegung, wie es bei Hubkolbenmotoren (HKM) der Fall
ist, direkt in eine Drehbewegung umgesetzt. Es existieren prinzipiell zwei kinematische Versionen: Der Drehkolben-Wankelmotor
(DKM 54) und der Kreiskolben-Wankelmotor (KKM 57), wobei die Zahl für das Jahr der Entstehung steht. Wirtschaftliche
Bedeutung konnte nur der von Hanns Dieter Paschke konzipierte Kreiskolben-Wankelmotor erlangen, der allgemein als Wankelmotor
bezeichnet wird.
Beim KKM 57P (konstruiert 1957 von Hanns Dieter Paschke) übernimmt der bogig-dreieckige Rotationskolben, als Läufer
bezeichnet, gleichzeitig die Funktionen der Kraftabgabe und der Steuerung der Gaswechselvorgänge. Der Kreiskolben-Wankelmotor
hat eine Exzenterwelle und damit eine geringe Unwucht, die durch Ausgleichsgewichte vollkommen ausgeglichen werden
kann. Der Drehkolben-Wankelmotor DKM 54 hat keine Exzenterwelle. Hier drehen sich der Läufer und die oval-bogige Hüllfigur
(Trochoïde) unwuchtfrei um ihre eigenen Schwerpunkte. Die Achsen sind somit exzentrisch zueinander gelagert. Beim DKM 54
ist der Außenläufer das kraftabgebende Element, der Innenläufer dient nur als Absperrteil zur Steuerung des Gaswechsels.
Beschreibung des Arbeitsablaufs: Der Kreiskolbenmotor arbeitet nach dem Viertaktprinzip. Läuft der Kolben
am Einlassschlitz vorbei, wird durch Volumenzunahme des Arbeitsraumes eine dem Kammervolumen entsprechende Menge
Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugt. Durch den bei der weiteren Drehung des Kreiskolbens immer kleiner werdenden
Arbeitsraum wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im zweiten Arbeitstakt verdichtet. Nach dem Gasgesetz erwärmt es sich
bereits durch die Verdichtung. Wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch seine höchste Dichte erreicht und die Zündkerze passiert
hat, wird das Gemisch gezündet. Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme führt zu einer Druckzunahme, wodurch am
Kreiskolben nutzbare Arbeit verrichtet wird. Bei dieser Drehung des Arbeitsraumes vergrößert sich das Brennraumvolumen
wieder. Man spricht dabei vom Arbeitstakt.
Autor der Animation: Y_tambe
/CC
Im Gegensatz zu einem Hubkolbenmotor geht die bei der Verbrennung freiwerdende Energie direkt in eine Drehbewegung der
Exzenterwelle über. Nach Erreichen des Auslassschlitzes wird das Abgas durch diesen ausgestoßen. Dieser Zyklus wird von
jeder der drei Läuferflanken durchlaufen, was bedeutet, dass bei einer Läuferumdrehung drei Zündungen stattfinden. Der
Verbrennungsraum wird aus der Läuferflanke und dem entsprechenden Teilstück der Kammer gebildet.
Ein Kreisprozess beträgt beim Wankelmotor genau 1080°, auf die Exzenterwelle bezogen. Das bedeutet, es dauert drei
Exzenterwellenumdrehungen, bis eine Flanke des Läufers alle vier Takte durchlaufen hat. Wegen der an allen drei Flanken
gleichzeitig ablaufenden Takte findet bei jeder Exzenterwellenumdrehung ein Arbeitstakt statt, der über 270° dauert.
Zum Vergleich: ein Viertakt-Hubkolbenmotor benötigt für einen Kreisprozess 720° pro Zylinder und arbeitet damit nur bei
jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung, weil zum Ladungswechsel ein Leerhub notwendig ist. Deshalb setzt der Wankelmotor
das doppelte Verdrängungsvolumen gegenüber einem hubraumgleichen Viertakt-Hubkolbenmotor durch. Steuerzeiten und
Arbeitsabläufe werden grundsätzlich nur auf die Exzenterwelle oder Kurbelwelle bezogen.
Ein Wasserstoffantrieb nutzt Wasserstoff als Treibstoff oder Kraftstoff. Im Wesentlichen lassen sich folgende Konzepte
unterscheiden:
• die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor – siehe Wasserstoffverbrennungsmotor;
• die Verbrennung in einer Gasturbine;
• die Umsetzung in einer Brennstoffzelle mit nachgeschaltetem Elektromotor – siehe Brennstoffzellenfahrzeug;
• die Nutzung als Treibstoffkomponente in Raketen – siehe Raketentreibstoff.
Treibstoffe und Abgase: Der als Treibstoff dienende Wasserstoff ist keine Primärenergie, sondern muss
analog zur Stromerzeugung, aus Primärenergie hergestellt werden. Zu seiner Herstellung ist Energie erforderlich. Diese
wird bei der chemischen Reaktion in einem Wasserstoffverbrennungsmotor oder in der Brennstoffzelle teilweise wieder
freigesetzt. Wasserstoffgas enthält aufgrund seiner geringen Dichte massebezogen mehr Energie pro Gewichtseinheit als
jeder andere chemische Brennstoff. Allerdings ist die Energiedichte volumenbezogen sehr gering. Daher muss Wasserstoff
als Treibstoff entweder stark komprimiert (bis etwa 700 bar) oder verflüssigt (-253 °C) werden. Beides ist mit
zusätzlichem Energieeinsatz verbunden.
Die Abgase einer Brennstoffzelle bestehen aus reinem Wasserdampf.
Die bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Luft entstehenden Abgase enthalten zusätzlich Stickoxide, die bei den hohen
Temperaturen im Brennraum aus dem Luftstickstoff entstehen. Bei hohem Luftüberschuss (λ>>1) entstehen weniger Stickoxide,
allerdings sinkt dann auch der Wirkungsgrad. Bei Kolbenmotoren gelangen weiterhin Spuren von CO und CH in das Abgas.
Sie stammen vom Schmieröl zwischen Zylinderwand und Kolben und von der Kurbelgehäuseentlüftung.
Brennstoffzellen-PKW: Schon um 1995 beschäftigten sich Autobauer intensiv mit Brennstoffzellen-Pkw.
Daimler-Benz stellte mit dem Necar II (New Electric Car)ein Forschungsfahrzeug vor und rühmte es als das "mit Abstand
umweltfreundlichstes Auto der Welt".
Die in der Schweiz ansässige Firma ESORO stellte 2008 unter dem Namen „HyCar“ ein Konzeptfahrzeug vor.
Die Fahrzeughersteller Toyota, Nissan und Honda haben angegeben, die Produktionskosten für wasserstoffgetriebene
Fahrzeuge inzwischen stark reduziert zu haben. Es sei beabsichtigt, in Japan ab 2015 Großserien zu fertigen und
zahlreiche Wasserstofftankstellen in den japanischen Metropolregionen zu errichten.
Daimler wollte 2014 mit der Großserienfertigung von Wasserstofffahrzeugen beginnen. Um die Alltagstauglichkeit des
Wasserstoffantriebes nachzuweisen, startete Daimler eine Weltumrundung mit mehreren Brennstoffzellenfahrzeugen der
Mercedes-Benz B-Klasse. Bereits 200 Serienfahrzeuge dieses Typs wurden 2010 auf Leasingbasis an Kunden ausgeliefert.
Ende 2012 wurde bekannt, dass sich die Serienproduktion bezahlbarer BSZ-PKW bei Daimler um mehrere Jahre verschiebt.
Opel hatte im April 2011 angekündigt, ab 2015 erste Serienmodelle mit Brennstoffzellenantrieb in Serie zu fertigen
und den Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur für Wasserstofftankstellen parallel zur Markteinführung
voranzutreiben. Im Zusammenhang mit dem Kernkraftausstieg würde erwogen, überschüssige Energie aus Wind- und
Solarkraftwerken zur ökologischen Wasserstofferzeugung zu verwenden. Ein erstes Pilotprojekt sei mit dem
Windkrafterzeuger Enertrag geplant. Ende 2012 wurde bekannt, dass die Brennstoffzellenentwicklung bei Opel aufgegeben
wurde.
WHIPS ist die Abkürzung für Whiplash-Protection-System: Das Schleudertrauma-Schutzsystem ist eine Sitzlehne, die sich
bei einem Heckaufprall erst nach vorn und dann wieder nach hinten bewegt. Entwickelt wurde es von Volvo und 1998 zum
ersten Mal im S80 präsentiert.
Bei einem Unfall mit einem Auto, das mit WHIPS ausgerüstet ist, sollen so die Beschleunigungskräfte im Nacken um 50
Prozent reduziert werden.
Funktionsweise: Der Vordersitz kann bei einem Heckaufprall um einige Zentimeter nach hinten fahren und
sich um ca. 15° nach unten neigen. Durch diese Bewegung wird der Körper aufgefangen und seine Bewegung sanft abgebremst.
Volvo empfiehlt bei einem Fahrzeug mit WHIPS keine großen Gegenstände in den Fußraum des Fonds zu stellen, da sonst die
Schutzwirkung dieses Systems beeinträchtigt werden könnte. Laut Volvo besteht aber bei einem Heckaufprall keine Gefahr
für die Beine von Personen, die im Fond eines mit WHIPS ausgestatteten Volvo sitzen.