"Die Probleme des Rotations-kolbenmotors sind heute gelöst"

Bei Gewicht, Größe und Schwingungsverhalten spielt der Rotationskolbenmotor seine Stärken aus. Wie es in der neuesten Generation um seine Schwächen steht, zum Beispiel den spezifischen Kraftstoffverbrauch, beantwortet im Gespräch mit der MTZ Noboru Katabuchi, RX-8-Program Manager bei Mazda.

Herr Katabuchi, wofür steht der Name Renesis?
Die Bezeichnung "Renesis" leitet sich von "Genesis" ab und soll symbolisch andeuten, dass hier ein neuartiger Kreiskolbenmotor entstand. Renesis ist eine verbesserte Version des Kreiskolbenmotors MSP-RE, der im Konzept-Sportwagen RX-01 eingebaut war, den wir 1995 auf der Tokyo Motor Show vorgestellt haben. Eine weiter entwickelte Version befand sich im viersitzigen Sportwagen RX-EVOLV, der 1999 auf der Tokyo Motor Show zu sehen war. Das Entwicklungsziel für den Renesis war klar definiert: gleiche Leistung wie der aufgeladene 13B-REW im RX-7, aber geringerer Verbrauch und niedrigere Emissionen.

Warum hält Mazda als einziger Hersteller dem Rotationskolbenmotor die Treue?
Weil Rotationskolbenmotoren im Vergleich zu Hubkolbenmotoren wesentlich kompakter bauen und gerade im Sportwageneinsatz von Vorteil sind. Wir haben mit dem Mazda 787B, der einen Vierscheiben-Wankel mit 700 PS unter der Haube hatte, 1991 die 24 Stunden von Le Mans gewonnen. Wir besitzen die Lizenz schon seit 40 Jahren. 1961 haben wir die Lizenzvereinbarung für den Bau eines Rotationskolbenmotors mit Felix Wankel unterschrieben. 1963 haben wir bereits einen Prototyp getestet, und wir haben die technische Machbarkeit des Prinzips Wankel in der Großserie bewiesen. Mazda hat bis März 2002 1.800.637 Fahrzeuge mit Rotationskolbenmotoren hergestellt und verkauft – darunter allein 810.000 Fahrzeuge der Baureihe RX-7. Wir blicken also auf eine langjährige Erfahrung beim Bau von Rotationskolbenmotoren zurück.

Warum hat sich der Rotationskolbenmotor bisher nicht allgemein durchgesetzt?
Verantwortlich sind dafür mehrere Faktoren. Zum einen ist es die mangelnde Visionskraft der Automobilindustrie, zum anderen sind es die Vorurteile hinsichtlich Effizienz und Sauberkeit der Motoren. Außerdem hatte der Rotationskolbenmotor in der Vergangenheit einige Nachteile. Der spezifische Kraftstoffverbrauch war deutlich höher als beim Hubkolbenmotor, und es gab Probleme mit den Emissionen. Anfangs gab es auch Probleme mit der Dichtigkeit und Langlebigkeit der Motoren. Das alles machte den Rotationskolbenmotor für die breite Masse der Kunden unattraktiv.

Sind diese Probleme heute gelöst?
Ja, der Renesis hat diese Probleme nicht. Er verfügt über zwei Auslassöffnungen und drei Einlassöffnungen pro Kammer. Durch den Seitenauslass im Renesis wird der Austritt unverbrannter Kohlenwasserstoffe aus dem Verbrennungsraum in die Auslassöffnungen verhindert. Das unverbrannte Gemisch im Zwickel gelangt beim Umfangsauslass direkt in den Auslass. Beim Seitenauslass verbleibt das unverbrannte Restgas in der Kammer. Wegen der hohen Kompression und neuartiger Zerstäuber zur Gemischaufbereitung wird eine nahezu vollständige Verbrennung über den gesamten Drehzahlbereich erzielt. Daraus ergibt sich die für einen Sportwagen nötige Leistung bei deutlich verringertem Kraftstoffverbrauch.

Wie lassen sich die Verbesserungen quantifizieren?
Die Leistung des Rotationskolbenmotors beträgt 184 kW bei 8500/min, das maximale Drehmoment 220 Nm bei 7500/min. Die Kolben sind 14 Prozent leichter als beim RX-7. Dadurch verringert sich das Massen-Trägheitsmoment und verhilft dem Motor zu einer höheren Leistung, die einem aufgeladenen Kreiskolbenmotoren mit linearer Leistungskurve bei niedrigen und hohen Drehzahlen nahe kommt. Durch den Wegfall der überlappenden Freigabe von Einlass- und Auslassöffnungen läuft der Renesis mit einem sehr magereren Gemisch. Mit allen Nebenaggregaten ist der Renesis etwa so groß wie ein Vierzylinder-Reihenmotor. Der Motorblock selbst ist nur 338 Millimeter hoch und damit etwa ebenso hoch wie das Getriebe. Der komplette Renesis-Motor ist 30 Prozent leichter und kompakter als der aktuelle aufgeladene RX-7-Motor 13B-REW und verbraucht im Leerlauf 40 Prozent weniger Kraftstoff.

Wieso kommt die Technik der seitlichen Ein- und Auslässe erst jetzt zum Einsatz, obwohl sie schon seit den 50er Jahren bekannt ist?
Damals gab es einige Werkstoffe noch nicht. Die technisch längst bekannte Lösung des Seitenauslasses wurde in der Praxis erst jetzt möglich durch die Keramikportliner, die in den Auslass eingegossen sind. Die Lauffläche besteht aus einer Chrom-Molybdän-Legierung. Molybdän ist einer der wenigen Materialien bei denen keine Rattermarken auftreten.

Eignet sich der Rotationskolbenmotor für alternative Kraftstoffe?
Besonders der Wasserstoffbetrieb ist in Kombination mit dem Rotationskolbenmotor von Interesse. Das Hauptproblem bei Wasserstoff sind spontane Entzündungen an heißen Motorenteilen. Bei Hubkolbenmotoren sind dies die Auslassventile. Beim Rotationskolbenmotor sind Einlass- und Auslasstrakt räumlich getrennt und bei entsprechender Auslegung der Ein- und Auslässe in keiner Phase des Arbeitsspiels miteinander verbunden. Daher können die gefürchteten spontanen H2-Verbrennungen, die schon viele Hubkolben-Versuchsmotoren haben explodieren lassen, beim Wankel nicht stattfinden. Mazda hat bisher zwei Versuchsfahrzeuge mit Wasserstoffantrieb realisiert – den HRX-2 und den HRX-4. Die Leistung des HRX-2 beträgt 96 kW/130PS bei einem Kammervolumen von zwei mal 650 Kubikzentimetern Kammervolumen.

Wo hat der Rotationskolbenmotor künftig Chancen, sich durchzusetzen?
Wir sehen im Automobilbau gute Chancen. Da der thermische Wirkungsgrad des Rotationskolbenmotors mit steigender Drehzahl steigt und der Motor vibrationsfrei läuft, bietet er sich für den Sportwagenbau an. Das belegt auch der Renesis, der jetzt im Sportwagen RX-8 auf den Markt kommt, auf eindrucksvolle Weise. Die Serienausführung wird 184 kW leisten, das maximale Potenzial liegt bei etwa 206 kW bei 9000/min. Und er erfüllt die Schadstoffnorm Euro IV. Dieses Auto mit dem Freestyle-Türsystem mit Fondtüren, die nach hinten öffnen, und der Renesis sind eine revolutionäre Kombination. Vielleicht hat der Rotationskolbenmotor auch in der Fliegerei seine Bestimmung gefunden. Es existiert ein schmal bauendes Einscheiben-Aggregat mit 29 kW, das sich sogar in Segelflugzeuge einbauen ließe, die damit unabhängig starten können. Auch ein so genanntes "Luftmoped" wäre ein Zukunftsprojekt für den Rotationskolbenmotor, der seine Stärken überall dort ausspielt, wo geringes Gewicht, geringer Platzbedarf oder Vibrationsfreiheit wichtig sind, also Ultraleicht-Flugzeuge, Go-Karts und ähnliche Nischen-Anwendungen.

Herr Katabuchi, vielen Dank für das Gespräch.

Zur Person:
Noboru Katabuchi, 54, ist RX-8 Program Manager seit Oktober 1999. Er arbeitete seit den ersten Planungen an der Entwicklung des RX-EVOLV mit. Katabuchi kam 1973 zu Mazda und hat ein Maschinenbaustudium an der Waseda Universität absolviert.

Autor(en): Rolf-Peter Bleeker

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