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Der Wankel-Kreiskolbenmotor ist für viele Besitzer und Betreiber kleiner, propellergetriebener Flugzeuge eine ideale Wahl. Im Vergleich zu herkömmlichen Kolbenmotoren sind Wankelmotoren klein, leicht und haben ein hohes Leistungsgewicht. Sie sind nahezu vibrationsfrei, können sich nicht festfressen oder klopfen und haben weniger bewegliche Teile (die kaputt gehen können). Zum jetzigen Zeitpunkt ist es schwierig, das Wankel-Design zu verbessern, es sei denn, man erwägt, die Form des Rotors zu ändern… in eine andere Form.
Eine neue Konfiguration eines Kreiskolbenmotors – der Szorenyi-Kreiskolbenmotor – wurde von der in Melbourne ansässigen Rotary Engine Development Agency (REDA) entwickelt. Während der Stator, also der stationäre Teil des Szorenyi-Motors, dem eines Wankelmotors ähnelt, ist die geometrische Form des Motorrotors eine Raute, die sich bei der Drehung innerhalb der Kontur des Stators verformt.

Szorenyi-Kreiskolbenmotor-Zyklus

Diese Geometrie führt zu einem Kreiskolbenmotor mit vier Brennkammern im Gegensatz zu den drei Brennkammern eines traditionellen Wankelmotors. Jede Umdrehung der Kurbelwelle erzeugt eine Umdrehung des Rotors und einen vollständigen Motorzyklus in jeder der vier Kammern, also vier Arbeitstakte. Im Gegensatz dazu erzeugt der Wankelmotor einen Arbeitstakt pro Kurbelwellenumdrehung.

Wankelmotor-Zyklus

Ein typischer Wankelmotor verwendet einen dreiseitigen Rotor, der im Stator Hohlräume für einen nahtlosen Ansaug-, Verdichtungs-, Zünd- und Auspuffzyklus schafft. Punkt A markiert einen der drei Scheitelpunkte des Rotors, Punkt B markiert die Exzenterwelle, und der weiße Teil ist der Lappen der Exzenterwelle. (Bildquelle: Y tambe)
Nach Angaben von REDA entspricht jedes Viertakt-Szorenyi-Rotationsmodul einem Achtzylinder-Hubkolbenmotor oder einem Gegenkolbenmotor.
Der Szorenyi-Motor ist auch für die Konfiguration mit mehreren Rotoren besser geeignet als ein Wankelmotor, da er nur periphere Öffnungen hat, während der Wankelmotor komplexe seitliche Öffnungen verwendet. Die Möglichkeit, Vier-Takt-Motoren mit mehreren Rotoren einfach zu konfigurieren, könnte zu Rotationsantrieben führen, die eine Leistung erzeugen, die der von 8-, 16- oder 24-Zylinder-Hubkolbenmotoren entspricht. Darüber hinaus könnten durch die Entwicklung standardisierter Module die Herstellungs- und Lebenszyklus-Wartungskosten gesenkt werden.

Frei auf Drehzahl

Typischerweise sind Wankelmotoren auf eine Rotordrehzahl von 3.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) begrenzt, da sich die Kurbelwelle aufgrund der Fliehkräfte des exzentrischen Rotors stark durchbiegt. Der Szorenyi-Motor ist in dieser Hinsicht nicht drehzahlbegrenzt, da er einen ausgewuchteten Rotor verwendet.
Höhere potenzielle Drehzahlgrenzen bedeuten, dass der Szorenyi-Motor eine höhere Leistungsdichte hat als der Wankelmotor, was sich in einer größeren Reichweite, Ausdauer und Nutzlastkapazität des Flugzeugs niederschlagen könnte. Darüber hinaus bietet der Szorenyi-Motor mehr Platz für die interne Kühlung des Rotors und macht ein Untersetzungsgetriebe in Flugzeugen und unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) mit großen Propellern überflüssig.
Der Szorenyi-Motor könnte mit Benzin, Flugbenzin (Avgas), Butan oder Wasserstoff betrieben werden (da die Einlass- und Auslassöffnungen gut voneinander getrennt sind).
REDA merkte auch an, dass der Motor mit Dieselkraftstoff betrieben werden könnte, wenn eine Vorkompressionsphase eingeführt würde, was dem „Ein-Kraftstoff-Konzept“ des US-Militärs entspräche.
Ausführliche Informationen über die Konstruktion und Erprobung des neuen REDA-Motors finden sich in dem technischen Dokument von SAE International, The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine.
Eine Kurzfassung von The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine und andere technische Dokumente von SAE über Kleinflugzeuge und UAV-Motoren sind im neuesten Buch der SAE International-Reihe So You Want to Design Engines: UAV Propulsion Systems
Das Buch behandelt verschiedene UAV-Antriebstechnologien wie herkömmliche Schwerölmotoren, hybridelektrische Architekturen, verteilte wasserstoffbetriebene Ventilatoren, den bereits erwähnten Szorenyi-Rotationsmotor und experimentelle Plasma-Antriebe – oder dielektrische Barriereentladung.

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William Kucinski ist Redakteur bei SAE International, Aerospace Products Group in Warrendale, PA. Zuvor arbeitete er als Autor beim NASA Safety Center in Cleveland, OH, und war für die Erstellung der System Failure Case Studies der Behörde verantwortlich. Zu seinen Interessen gehört buchstäblich alles, was mit dem Weltraum, früheren und heutigen Militärflugzeugen und der Antriebstechnologie zu tun hat.
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