Motor Wankel: dispositivo, principio de funcionamiento

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Última modificación: 2024-02-19 14:12

El motor de combustión interna es un invento brillante de la humanidad. Gracias al motor de combustión interna, el progreso técnico comenzó a desarrollarse significativamente. Hay varios tipos de estos ajustes. Pero los más famosos son la biela y el pistón y el pistón rotativo. Este último fue inventado por el ingeniero alemán Wankel en colaboración con W alter Freude. Esta unidad de potencia tiene un dispositivo y un principio de funcionamiento diferentes, en comparación con el clásico motor de combustión interna de biela y pistón. ¿Cuál es el principio de funcionamiento del motor Wankel y por qué este motor de combustión interna no se ha vuelto tan popular? Consideraremos todo esto en nuestro artículo de hoy.

Característica

Entonces, ¿qué es este motor? Este es un motor de combustión interna que fue desarrollado por Felix Wankel en 1957. La función del pistón en esta unidad fue realizada por un rotor de tres vértices. Giraba dentro de una cavidad de forma especial.

Después de una serie de modelos experimentales de motocicletas y automóviles que ocurrieron en los años 70 del siglo pasado, la demanda del motor Wankel ha disminuido significativamente. Aunque hoy en día varias empresas siguen trabajando enmejora de este motor. Entonces, puede conocer el motor Wankel en la serie Mazda PX. Además, esta unidad ha encontrado su aplicación en el modelado.

Dispositivo de motor Wankel

Esta unidad de potencia consta de varios componentes:

• Cajas (estatores).
• Cámaras de combustión.
• Puertos de entrada y salida.
• Equipo estacionario.
• Rueda dentada.
• Rotor.
• Vala.
• Bujías.

¿Cuál es el principio de funcionamiento del motor Wankel? Veremos esto a continuación.

Principio de funcionamiento

Este ICE opera de la siguiente manera. El rotor, montado sobre un eje excéntrico a través de cojinetes, es impulsado por la fuerza de la presión del gas, que se formó como resultado de la combustión de la mezcla de aire y combustible. El rotor del motor en relación con el estator a través de un par de engranajes. Uno de ellos (grande) se encuentra en la superficie interna del rotor. El segundo (soporte) es más pequeño y está firmemente sujeto a la cubierta lateral del motor. A través de la interacción de los engranajes, el rotor produce movimientos circulares excéntricos. Por lo tanto, sus bordes están en contacto con la superficie interna de la cámara de combustión.

Como resultado, se forman varias cámaras aisladas de volumen variable entre la carcasa del motor y el rotor. Su número es siempre 3. En estas cámaras tiene lugar el proceso de compresión de la mezcla, su combustión, la expansión de los gases (que posteriormente ejercen presión sobre la superficie de trabajo del rotor) y su eliminación. Como resultadoencendido del combustible, el rotor es accionado, transfiriendo el par al eje excéntrico. Este último está montado sobre cojinetes y luego transfiere energía a las unidades de transmisión. Y solo entonces, el momento de las fuerzas del motor Wankel va a las ruedas de acuerdo con el esquema clásico: a través de un cardán y ejes de eje a los cubos. Así, varios pares mecánicos trabajan simultáneamente en un motor rotativo. El primero es responsable del movimiento del rotor y consta de varios engranajes. El segundo convierte el movimiento del rotor en revoluciones del eje excéntrico.

La relación de transmisión del estator (carcasa) y los engranajes siempre es estable y es 3:2. Por lo tanto, el rotor tiene tiempo para girar una revolución completa del eje de 120 grados. A su vez, para una revolución completa del rotor, se realiza un ciclo de operación de cuatro tiempos del motor de combustión interna en cada una de las tres cámaras formadas por las caras.

Beneficios

¿Cuáles son las ventajas de este motor de combustión interna? El motor de pistón rotativo Wankel tiene un diseño más simple que el motor de vástago de pistón. Por lo tanto, la cantidad de piezas que contiene es un 40 por ciento menor que en un motor de combustión interna de cuatro tiempos y pistón. Pero aún así, no es posible crear un motor Wankel con sus propias manos sin un equipo sofisticado. Después de todo, el rotor tiene una forma muy compleja. Quienes han intentado fabricar con sus propias manos un motor Wankel casero han sufrido numerosos fracasos.

Pero sigamos con los beneficios. En el diseño de la unidad rotativa no hay cigüeñal, mecanismo de distribución de gas. Tampoco hay bielas ypistones La mezcla combustible ingresa a la cámara a través de la ventana de entrada, que se abre por el borde del rotor. Y los gases de escape al final del ciclo de trabajo se liberan del cuerpo a través del puerto de escape. Nuevamente, el papel de la válvula aquí lo realiza el borde del rotor mismo. Además, no hay árbol de levas en el diseño (de los cuales varios ahora se usan en unidades de biela). El motor de pistón rotativo Wankel es similar a uno de dos tiempos en cuanto al principio de funcionamiento del mecanismo de distribución de gas.

Por separado, vale la pena mencionar el sistema de lubricación. De hecho, está ausente en el motor rotativo Wankel. Pero, ¿cómo funcionan entonces los pares de fricción? Es simple: el aceite se agrega a la mezcla combustible en sí (como en los motores de motocicleta primitivos). Por lo tanto, la lubricación de las piezas en fricción la realiza la propia mezcla de aire y combustible. El diseño carece de la bomba de aceite familiar para todos, que toma el lubricante del cárter y lo rocía bajo una presión especial.

Otra ventaja del motor Wankel es su peso y tamaño ligeros. Dado que aquí f altan casi la mitad de las piezas que son obligatorias en los motores de pistón, la unidad rotativa es más compacta y puede caber en cualquier compartimiento del motor. las dimensiones compactas le permiten usar el espacio del compartimiento del motor de manera más racional, así como proporcionar una carga más uniforme en los ejes delantero y trasero (después de todo, en automóviles con motores convencionales, más del 70 por ciento de la carga cae en la parte delantera parte). Y debido al bajo peso, se logra una alta estabilidad. si, el motor tienenivel mínimo de vibración, lo que tiene un efecto positivo en la comodidad de la máquina.

La siguiente ventaja de esta unidad es la alta potencia específica, que se logra a altas velocidades del eje. Esta característica le permite lograr buenas características técnicas. Es por eso que el motor Wankel se usa en los autos deportivos Mazda. El motor gira fácilmente hasta siete o más mil revoluciones. Al mismo tiempo, proporciona mucho más par y potencia en un volumen pequeño. Todo esto tiene un efecto positivo en la dinámica de aceleración del automóvil. Por ejemplo, puede tomar el automóvil "Mazda RX-8". Con un volumen de 1,3 litros, el motor produce 210 caballos de fuerza.

Defectos de diseño

Teniendo en cuenta el dispositivo y el principio de funcionamiento del motor rotativo Wankel, vale la pena señalar el principal defecto de diseño. Esta es la baja eficiencia de los sellos de espacio entre la cámara de combustión y el rotor. Este último tiene una forma bastante compleja, que requiere un sellado confiable no solo a lo largo de los bordes (de los cuales hay cuatro en total), sino también a lo largo de la superficie lateral (que está en contacto con la cubierta del motor). Al mismo tiempo, están fabricados en forma de tiras de acero con resorte con un procesamiento particularmente preciso tanto desde los extremos como desde las superficies de trabajo. Todas las concesiones para la expansión durante el calentamiento, incorporadas en el diseño, degradan estas características. Debido a esto, es imposible evitar la penetración de gases en los lugares extremos de las placas de sellado. En los motores de pistones se aplica el efecto laberinto. Por lo tanto, el diseño utiliza tres anillos de sellado con huecos en diferentes direcciones.

Pero cabe señalar que en los últimos años ha aumentado la calidad de las focas. Los diseñadores han mejorado el motor Wankel, usando nuevos materiales para los sellos. Pero aún así, el avance del gas se considera el punto más débil en un motor rotativo de combustión interna.

Consumo de aceite

Como dijimos anteriormente, no hay un sistema de lubricación como tal en este motor. Debido a que el aceite ingresa junto con la mezcla combustible, su consumo aumenta significativamente. Y si en los motores de biela se excluye la pérdida natural de lubricante o no supera los 100 gramos por mil kilómetros, en los motores rotativos este parámetro varía de 0,4 a 1 litro por mil kilómetros. Esto se debe a que el complejo sistema de sellado requiere una lubricación más eficaz de las superficies. Además, debido al alto consumo de aceite, estos motores no pueden cumplir con los estándares ambientales modernos. Los gases de escape de los automóviles con motor Wankel contienen muchas sustancias peligrosas para el cuerpo y el medio ambiente.

Además, el motor rotativo solo podía funcionar con aceites caros y de alta calidad. Esto se debe a varios factores:

• Tendencia a un alto desgaste de las piezas en contacto de la cámara del motor y el rotor.
• La tendencia de los pares de fricción a sobrecalentarse.

Otros problemas

Los cambios de aceite irregulares amenazaban con reducir la vida útil del motor de combustión interna, ya que las partículas del lubricante antiguo actuaban como un abrasivo, aumentando los espacios y la probabilidad de penetración de los gases de escape en la cámara. Esta unidad también se atasca cuando se sobrecalienta. Y al conducir en clima frío,el enfriamiento puede haber sido excesivo.

El propio RPD tiene una temperatura de funcionamiento más alta que cualquier motor de pistón. La cámara de combustión se considera la más cargada. tiene un volumen pequeño. Y debido a la forma extendida, la cámara es propensa a la detonación. Además del aceite, el motor Wankel exige la calidad de las velas. Se instalan en pares y se cambian estrictamente de acuerdo con las normas técnicas. Entre otros puntos, cabe destacar la insuficiente elasticidad del motor rotativo. Por lo tanto, estos motores de combustión interna pueden producir excelentes características de velocidad y potencia solo a altas velocidades del rotor, de 6 a 10 o más mil por minuto. Esta característica obliga a los diseñadores a refinar el diseño de las cajas de engranajes, haciéndolas de varias etapas.

Otra desventaja es el alto consumo de combustible. Por ejemplo, si toma un motor de pistón rotativo Mazda RX-8 de 1.3 litros, según los datos del pasaporte, consume de 14 a 18 litros de combustible. Además, solo se recomienda el uso de gasolina de alto octanaje.

Sobre la aplicación de RPD en la industria automotriz

Este motor fue más popular a finales de los 60 y principios de los 70 del siglo pasado. La patente Wankel RPD ha sido adquirida por 11 fabricantes de automóviles líderes. Entonces, en el año 67, NSU desarrolló el primer automóvil de clase ejecutiva con un motor rotativo, que se llamó NSU RO 80. Este modelo se produjo en masa durante 10 años. En total, se lanzaron más de 37 mil copias. El automóvil era popular, pero las deficiencias del motor rotativo eventualmente empañaron la reputación de este automóvil. En el contexto de otrosModelos NSU, el sedán NSU RO 80 fue el menos confiable. El kilometraje antes de la revisión era de solo 50 mil con los 100 declarados.

Además, la empresa Peugeot-Citroen, la compañía Mazda y la planta VAZ experimentaron con motores rotativos (hablaremos de este caso por separado a continuación). Los japoneses lograron el mayor éxito al lanzar un automóvil de pasajeros con motor rotativo en el año 63. Por el momento, los japoneses todavía están equipando RPD en sus autos deportivos de la serie RX. Hasta el día de hoy, están libres de muchas de las "enfermedades infantiles" inherentes al RAP de esa época.

Wankel RPD y la industria de motocicletas

En los años 70 y 80 del siglo pasado, algunos fabricantes de motocicletas experimentaron con motores rotativos. Estos son Hércules y Suzuki. Ahora, la producción en masa de motocicletas rotativas se ha establecido solo en Norton. Esta marca produce motos deportivas NRV588 equipadas con motores de dos rotores con un volumen total de 588 centímetros cúbicos. La potencia de la bicicleta Norton es de 170 caballos de fuerza. Con un peso en vacío de 130 kilogramos, esta motocicleta tiene un excelente rendimiento dinámico. Además, estos RPD están equipados con un sistema electrónico de inyección de combustible y un tracto de admisión variable.

Datos interesantes

Estas unidades de potencia son ampliamente utilizadas entre los modelistas de aeronaves. Dado que no existen requisitos de eficiencia y confiabilidad en el modelo de motor de combustión interna, la producción de tales motores resultó ser económica. En tales motores de combustión interna, no hay sellos de rotor en absoluto, o tienen el diseño más primitivo. La principal ventaja de esteunidad de modelo de avión es que es fácil de instalar en un modelo a escala voladora. El ICE es ligero y compacto.

Un hecho más: Felix Wankel, que recibió una patente para RPD en 1936, se convirtió en el inventor no solo de los motores rotativos, sino también de los compresores, así como de las bombas que funcionaban según el mismo esquema. Tales unidades se pueden encontrar en talleres de reparación y en producción. Por cierto, las bombas de inflado de neumáticos eléctricas portátiles están diseñadas exactamente de acuerdo con este principio.

Coches RPD y VAZ

En la época soviética, también se dedicaron a la creación de un motor de pistón rotativo y su instalación en automóviles VAZ domésticos. Entonces, el primer RPD en la URSS fue el motor VAZ-311 con una capacidad de 70 caballos de fuerza. Fue creado sobre la base de la unidad japonesa 13V. Pero dado que la creación del motor se llevó a cabo de acuerdo con planes poco realistas, la unidad resultó ser poco confiable después de ser puesta en producción en masa. El primer automóvil con este motor fue el VAZ-21018.

Pero la historia de instalar el motor Wankel en el VAZ no termina ahí. La segunda consecutiva fue la unidad de potencia VAZ-415, que se usó en pequeños lotes en el G8 en los años 80. Esta unidad de potencia tenía mejores características técnicas. Potencia con un volumen de 1308 centímetros cúbicos aumentada a 150 caballos de fuerza. Gracias a esto, el VAZ-2108 soviético con motor rotativo aceleró a cientos en 9 segundos. Y la velocidad máxima estaba limitada a 190 kilómetros por hora. Pero este motor no estaba exento de defectos. En particular, es un recurso pequeño. Apenas llegó a los 80 milkilómetros. También entre las desventajas, vale la pena señalar el alto costo de crear un automóvil de este tipo. El consumo de aceite era de 700 gramos por cada mil kilómetros. El consumo de combustible es de unos 20 litros por cien. Por lo tanto, la unidad rotativa se usó solo en vehículos de servicios especiales, en lotes pequeños.

Conclusión

Entonces descubrimos qué es el motor Wankel. Esta unidad rotativa ahora se usa en serie solo en automóviles Mazda y solo en un modelo. A pesar de las numerosas mejoras e intentos de los ingenieros japoneses para mejorar el diseño del RPD, todavía tiene un recurso bastante pequeño y se caracteriza por un alto consumo de aceite. Además, los nuevos Mazda de 1.3 litros no difieren en eficiencia de combustible. Todas estas deficiencias del motor rotativo lo hacen poco práctico e infrautilizado en la industria automotriz.