Cristóbal del Arco Martínez Motor Wankel
M OTOR OTOR WANKEL I NVENTOR NVENTOR DEL M OTOR OTOR WANKEL.
Su inventor, fue un talentoso ingeniero, en gran parte autodidacta. El concepto fundamental detrás de su motor rotativo le llegó muy temprano, ya que se dice que, con solo 17 años dijo a sus amigos que iba a construir un nuevo tipo de coche con “un nuevo tipo de motor alternativo, similar a una turbina”. El pasado de Wankel fue “accidentado”, con períodos en las Juventudes Hitlerianas y el partido nazi, del que fue expulsado en 1932. Consiguió su primera patente para su motor en 1929, pero el desarrollo en serio no empezó hasta después de la Segunda Guerra Mundial, gracias a un acuerdo de desarrollo con NSU en 1951. En 1957, un ingeniero de NSU construyó el primer motor. Wankel le hizo un comentario “Has cambiado mi caballo de carreras por un percherón para el arado”. M OTOR OTOR ROTATI ROTATI VO O WANKEL WANKEL .
El motor rotativo se define como: “Un motor de combustión interna que realiza los cuatro tiempos de succión, compresión, expansión y escape mientras que, la cámara de trabajo cambia su volumen, y además, las partes en movimiento siempre rotan en la misma dirección”. Los motores motores rotativos se pueden pueden agrupar en los siguientes tipos: 1. 2. 3.
Motores rotativos simples Motores rotativos oscilatorios Motores rotativos planetarios COM COM PONENTES PONENTES M OTOR OTOR WANKEL
Los componentes fundamentales que lo constituyen son: -Epitrocoide: carcasa de forma parecida a una elipse que constituye el cilindro, con los huecos y cámaras por donde circula el líquido 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. -Láminas en forma de vector: alojadas en canales laterales a ambos lados del rotor, aseguran la estanqueidad axial.
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-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.
FU NCIONAMI ENTO DE UN MOTOR WANKEL
En un motor alternativo un mismo volumen de mezcla efectúa sucesivamente cuatro fases diferentes: admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos cuatro tiempos, pero en lugares distintos, como si tuviéramos un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos y un único pistón que los recorriera todos. En este caso el cilindro tiene forma de ocho, concretamente de una figura denominada epitrocoide, dentro del cual se mueve un pistón geométricamente parecido a un triángulo que realiza un giro excéntrico. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior y que gira ya con un centro único. El rotor realiza un recorrido en el que mantiene sus tres vértices en contacto hermético con la carcasa, delimitando así tres compartimentos separados. A medida que el rotor gira, cada uno de los tres volúmenes va realizando sucesivamente las fases de trabajo: admisión, compresión, expansión y escape. 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.
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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.
CURVA DEL M OTOR WANKEL
El motor rotativo tiene una curva de par bastante constante en todo el rango de velocidades y de acuerdo a los resultados de la investigación, las fluctuaciones de par durante la operación están en el mismo nivel que un motor de seis cilindros en línea
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES WANKEL
Ventajas:
1- Menos piezas móviles, y por tanto, mayor fiabilidad. 2- 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. 3- Elevado número de revoluciones pero menor velocidad de rotación. 4- Menos vibraciones: al no haber bielas, ni volante de inercia ni recorrido de los pistones, las inercias son menores. 5- Menos peso: debido al menor número de piezas que forman el motor en comparación con los de pistones y dado que generalmente se construyen motores de dos o tres rotores de 600cc o 700cc cada uno, ayuda a conseguir un menor peso final del mismo. 6-Su sencillez arquitectónica. 7-Pueden alcanzar un régimen de revoluciones altísimo, por lo que se pueden estirar las marchas más que con un motor convencional, ya que requiere menos revoluciones por minuto para obtener la misma potencia que en un motor de pistones. 8-Dentro del rotor ocurren los cuatro ciclos (admisión, compresión, explosión y escape) simultáneamente, por lo que el empuje es constante .
I nconveni entes:
1- Es más complicado controlar el nivel de emisiones contaminantes. 2- Alto consumo de gasolina.
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3- Sustitución de sellos cada seis-siete años para conservar la estanqueidad del motor. 4- Mantenimiento costoso. 5- La sincronización de los distintos elementos debe ser muy buena. 6-Al ocurrir la admisión y compresión en la parte superior del motor, y la explosión – escape en la inferior, el motor alcanza temperaturas de 150 grados en una zona y puede superar los 1000 grados en otra, lo cual provoca problemas de refrigeración por desequilibrio térmico. 7-Freno motor: la capacidad de retención de este tipo de motor es menor, por lo que el uso del pedal del freno, y el consecuente gasto, se rá mayor. CARACTERI STI CAS ESPECIF I CAS M OTOR WANKE L
A continuación voy analizar las características específicas del motor Wankel, comparándolo con un motor convencional de pistón alternativo, para una mejor comprensión: -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 cigüeñal 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.
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-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 más 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.
Cr onol ogía
Félix Wankel (1902-1988) (Alemán) inventa el motor rotativo en el 1924 y recibe la patente en el 1929. 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. 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) 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 de 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. UN F UTURO I NCIERTO
Para un desplazamiento dado, produce mucha más potencia que un motor de pistón dado, además de ser mucho más ligero y ocupar menos espacio. Acelera más rápido y es mucho más suave, ya que la fuerza motriz de rotación es de principio a fin, no va hacia adelante y hacia atrás saltando, como en un motor de pistón. El lado negativo: además
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del aceite, consume más combustible motor de pistón, y casi siempre tienen un escape más sucio. La mala economía de combustible y que sea más contaminante, unido a las necesidades de nuestra época moderna, son las causantes de que el motor Wankel desaparezca. Es una verdadera lástima que nunca cumpliese con sus promesas y esperanzas. A lo largo de su historia se ha montado en más de 25 automóviles, motocicletas y tractores. Incluso compañías de aviones, desde Suzuki a Rolls-Royce, se dedicaron a la investigación, desarrollo y construcción de este motor sin pistones. Sin embargo, el motor Wankel no está totalmente desaparecido. La idea del motor es demasiado simple y elegante para desaparecer por completo, y está encontrando nichos para sobrevivir, como en los cinturones de seguridad : El pretensor de emergencia de los cinturones de seguridad de algunos Mercedes-Benz y Volkswagen es en realidad un pequeño motor Wankel, impulsado por una carga explosiva. Otro sector donde podría funcionar es en el de las motos de nieve, o los aviones sin piloto, donde se está experimentando con pequeños motores Wankels debido a su simplicidad y durabilidad, grandes ventajas en este campo.
BIBILIOGRAFIA:
http://noticias.coches.com/noticias-motor/hasta-luego-motor-rotativo-wankel/53462 http://www.frikidelmotor.com/2015/05/historia-motor-rotativo-wankel.html http://wankelrotativomiguel.blogspot.com.es/2009/04/4-funcionamiento-del-motorwankel.html http://www.ecured.cu/index.php/Motor_Wankel https://sites.google.com/site/mvwankel/generalidaes http://es.slideshare.net/scarMic1/motor-wankel?related=1
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http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/BUENOS_AIRES/1357/Documentos/mowankel.ht m https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Wankel
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