Motor Rotativo Wankel

Motor Rotativo Wankel

Edgar Acevedo – Susana Franco

•Historia

•Aplicaciones

•Fundamentos del diseño.

•Funcionamiento y partes del mecanismo

•Ventajas y desventajas

Motor Rotativo Wankel

Historia

•Desde 1588 ya se propusieron diseños de motores rotatorios (Ramelli)•En 1876 se desarrollo el motor del ciclo Otto•la invención del automóvil en el año 1896. •en 1759 Vatio de James fabricó un motor de vapor de pistón rotatorioEn 1936 Félix Wankel obtuvo una patente para su motor rotatorio. - Durante la Segunda Guerra mundial (1939-1945) recibe el apoyo del ministerio de aviación alemán para la investigación y evolución de su motor. •Caída del tercer Reich paraliza los trabajos. •La empresa N.S.U. de motocicletas y pequeños vehículos de la extinguida R.D.A. se interesa por el motor. •En 1957 Wankel y NSU completan el primer prototipo de motor rotativo tipo DKM •En 1958 Wankel y NSU lanzan el motor rotativo KKM que tenia ya muchas similitudes con el que conocemos hoy en día. •1969 NSU es comprada por el grupo Audi- Volkswagen. La política de este grupo frena la evolución de este tipo de motor.

Historia

•1977 NSU fabrica su ultimo vehículo con motor rotativo. • 1984 desaparece NSU •Varias empresas se interesan a principios de los años sesenta (Mazda, Mercedes, Citroen) Prototipo Mercedes C-111 280 CV 260 km/h (1969).•1961 El presidente de Mazda Tsuneje Matsuda firma un contrato con NSU de cooperación técnica para poder desarrollar el motor rotativo. •Mazda crea un grupo de investigación para mejorar el motor. •30 mayo de 1967 Mazda comienza a vender el primer motor rotativo verdaderamente competitivo (Mazda Cosmo Sports 998 cc 111CV 7000 rpm) •El primer modelo con una repercusión importante fue el Mazda RX-7 Este modelo acabo siendo retirado de los mercados europeo y norteamericano debido a su problema con la emisión de hidrocarburos sin quemar. •Mazda no se rinde frente a estos contratiempos y en 1991 logra ganar las 24 horas de Le Mans con su prototipo 787B que equipa un motor rotativo.•La última evolución del motor rotativo realizada por Mazda fue el Rénesis, el cual fue elegido mejor motor internacional en los años 2003-2004. Este motor con solo 1.3 litros genera una potencia de 238 cv

Aplicaciones

Sus principales aplicaciones son en el área automotriz, pero también en aeromodelismo y de aplicaciones marítimas e industriales.

En la rama automotriz:En Gran Bretaña, Norton Motorcycles desarrolló un motor Wankel para motocicletas, que fue incluido en la Norton Commander; Suzuki también fabricó una moto con motor Wankel, la RE-6. John Deere Inc.Tras un uso ocasional en automóviles, por ejemplo NSU con su modelo Ro 80 o Citroën con el GS Birrotor, e intentos fracasados llevados a cabo por General Motors o Mercedes-Benz (véase el prototipo Mercedes Benz C-111), la compañía japonesa Mazda ha sido la que ha hecho un mayor uso de motores Wankel en automóviles. En la rama industrial:Ingersoll-Rand tuvo en venta un motor para usos industriales que quemaba gas y tenía una cilindrada de 41 litros y un sólo rotor

Aplicaciones

En la rama marítima:EEUU invirtió un gran esfuerzo en la investigación de motores rotativos y diseñó una versión que era capaz de usar varios tipos de combustible sin tener que cambiar el motor. El diseño fue propuesto como sistema motriz para varios vehículos de combate de la marina estadounidense en los últimos años de la década de 1980.

En aeromodelismo:Compacto, silencioso, y casi sin vibraciones. Este modelo de motor es ideal para potenciar aviones de pequeña escala; reduciendo peso en aparatos de tamaño mediano siendo muy practico por su servicio y aplicaciones. Tiene dos rulemanes a rodillos, y uno a bolillas, brindando en su diseño rotativo potencia sin vibración. El venturi ofrece mayor poder, incrementando el flujo de aire en el carburador. Su posicionamiento en los aeromodelos es muy versátil. Tienen una potencia de [email protected].

Un motor rotativo, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores convencionales, entiéndase con pistones.En un motor rotativo se realizan los mismos procesos de un motor convencional, en un cilindro se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos: admisión, compresión, combustión y escape. En un motor rotativo se desarrollan los mismos cuatro tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque.

Al igual que los motores de pistones, el rotativo utiliza la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica es que esta presión está encerrada en la cámara formada por una parte del espacio y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones.Cada lado del triangulo repetitivamente realiza un trabajo en los cuales se encuentra la admisión, compresión y explosión y el escape

Funcionamiento y componentes del mecanismo

El motor Wankel pertenece a los motores de combustión interna y funciona según el ciclo de cuatro tiempos. El movimiento de rotación se obtiene directamente en el pistón (también llamado rotor) que tiene forma triangular y gira impulsado por la combustión que se produce sucesivamente en sus tres cámaras radiales.

Los procesos de admisión y escape se realizan mediante lumbreras (como los motores de dos tiempos) que son controladas por el giro del motor (no se necesita por tanto distribución).

El rotor de forma triangular gira sobre una excéntrica situada en el árbol motriz. Durante su rotación, los tres vértices del rotor están en permanente contacto con la superficie interna de la camisa.


El dentado interno del motor engrana con un piñón describiendo órbitas alrededor de el. El giro del rotor es trasmitido al árbol motriz a través de la excéntrica, de manera que por cada revolución del rotor del árbol motriz gira tres vuelta (el dentado interno describe tres órbitas alrededor del piñón estacionario).

En cada una de las tres cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo un ciclo de cuatro tiempos en una vuelta del rotor, es decir, tres ciclos completos por revolución, esto significa que le rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz).


Fases del motor:1º Admisión: La admisión de la mezcla aire-combustible comienza cuando el vértice A descubre la lumbrera de admisión, el desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara que va llenándose de aires frescos, hasta que el vértice C cierra al lumbrera.

2º Compresión: La mezcla admitida queda encerrada en la cámara de lado AC, que ahora disminuye su volumen produciéndose la compresión de los gases, Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de la chispa en la o las bujías, iniciándose la combustión.

3º Explosión: El aumento de presión que produce la combustión, impulsa al rotor mientras se realiza la expansión de los gases, que se prolonga hasta que el vértice A abre la lumbrera de escape.

4º Escape: Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso cuando el vértice C rebasa la lumbrera de escape. La eficacia del intercambio de gases depende de la posición de las lumbreras.



Componentes Fundamentales del mecanismo:

Epitrocoide: carcasa de forma parecida a una elipse que constituye el cilindro, con los huecos y cámaras por donde circula el liquido de refrigeración. Se encuentra cerrada herméticamente por ambos lados, donde van instalados los cojinetes de apoyo.

Lumbreras de admisión y escape: situadas a uno de los lados de la carcasa, realizan el llenado de gases frescos y expulsión de gases quemados.

Bujías: se encuentran en el lado opuesto de las lumbreras y son las encargadas de generar la chispa.

Patines: son una especie de segmentos dispuestos en los vértices del rotor, que mantienen la estanqueidad radial entre sus lados.

Laminas en forma de vector: alojadas en canales laterales a ambos lados del rotor, aseguran la estanqueidad axial.

Componentes Fundamentales del mecanismo:

Piñón de árbol motriz: piñón que engrana con una corona dentada que se dispone en el hueco interior del rotor.

Cámara de combustión: lo constituye el vaciado realizado en cada lado del rotor. Cada cámara constituye un cilindro independiente, puesto que realiza el ciclo completo por cada revolución del rotor.


Ventajas y Desventajas

Por ser el Motor Rotativo Wankel un mecanismo relativamente desconocido comenzaremos analizando sus características comparándolo con un motor convencional de pistones para luego concluir sus ventajas y desventajas

•Realiza las transformación energéticas en tres fases que corresponden a los tres ciclos de trabajo que se dan en cada vuelta completa del rotor, pero esto lo ejecuta en un ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, expansión y escape).

•La transmisión del movimiento rotativo del rotor cigüeñal se efectúa mediante el engranaje interior del rotor con una relación de transmisión tal que por cada vuelta del rotor el cigueñal da tres.

•La entrada y salida de gases del cilindro no se controla con válvulas, sino que es el propio rotor, en su giro, el que efectúa esta función destapando y tapando las lumbreras.

•Comparte las ventajas del motor de dos tiempos, puesto que también carece de distribución y realiza la admisión y el escape a trabes de lumbreras: alto rendimiento mecánico, más económico, etc.

•Como consecuencia de lo anterior, el motor es más compacto y ligero: eso hace que pueda girar más rápido, más silencioso y con menos vibraciones (menos inercia de masas oscilantes).

•La estanqueidad ha de ser prefecta para evitar que unos tiempos interfieran en otros, pero resulta muy difícil de conseguir. Este sistema sufre gran desgaste, lo que obliga a unos intervalos de mantenimiento más cortos.

•Son motores muy suaves, ya que todos los componentes de un motor rotativo giran en el mismo sentido, en lugar de sufrir las constantes variaciones de sentido a las que está sometido un pistón.

•La entrega de potencia es mas progresiva y la velocidad de rotación menor, puesto que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje. Consecuentemente, las piezas principales del motor se mueven más lentamente que las de un motor convencional, aumentado la fiabilidad etc.



Ventajas

•Menos piezas móviles, y por tanto, mayor fiabilidad: tiene un 40% menos de piezas y la mitad del volumen y peso de un motor de pistones.•Suavidad de marcha: todos los componentes giran en el mismo sentido, cada etapa de combustión dura 90º de rotor, cada vuelta de rotor son tres del eje, la combustión dura 270º frente a los 180º de los motores de pistón, lo que hace que la potencia se desarrolle de forma más progresiva•Elevado número de revoluciones pero menor velocidad de rotación (por lo descrito anteriormente)•Menos vibraciones: al no haber bielas, ni volante de inercia ni recorrido de los pistones, las inercias son menores.•El motor exhibe una curva excepcionalmente alta de relación de transformación de potencia-peso y una buena curva del esfuerzo de torsión a toda la velocidad del motor.•La mayor ventaja es que dentro del compartimiento del rotor están ocurriendo los 4 ciclos simultáneamente dando un empuje constante.

Desventajas

•Es más complicado controlar el nivel de emisiones contaminantes•Alto consumo de combustible.•Sustitución de sellos cada seis-siete años para conservar la estanqueidad del motor: cada uno de los tres lóbulos giratorios debe ser impermeable respecto a los otros 2 para que no se perturben las fases del ciclo.• Mantenimiento costoso por ser un sistema no muy comercial.•La sincronización de los distintos elementos debe ser muy buena: la punta de la combustión del rotor es muy exacta, si el motor esta desincronizado la combustión puede llegar a ocurrir antes de que el rotor este en su posición adecuada lo que podría producir que la ignición empuje el rotor en contra del sentido del motor dañándolo.• La relación termodinámica (relación consumo-potencia) se ve reducida por la forma alargadas de las cámaras de combustión y la baja relación de compresión.


Ilustraciones y video

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