Motor Wankel: el dispositiu i el principi de funcionament del cotxe RPD

Al llarg de la història de la indústria de l'automòbil, hi ha hagut moltes solucions avançades, els dissenys de components i conjunts han canviat. Fa més de 30 anys, van començar els intents actius de desplaçar el motor de pistó cap al lateral, donant l'avantatge al motor de pistons rotatius de Wankel. No obstant això, a causa de moltes circumstàncies, els motors rotatius no van rebre el seu dret a la vida. Llegiu tot això a continuació.

Com funciona?

El rotor té una forma triangular, a cada costat té una forma convexa que fa de pistó. Cada costat del rotor té recintes especials que proporcionen més espai per a la barreja combustible-aire, augmentant així la velocitat de funcionament del motor. La part superior de les vores està equipada amb un petit deflector de tancament que facilita l'execució de cada cop. El rotor està equipat a banda i banda amb anells de segellat que formen la paret de les cambres. El centre del rotor està equipat amb dents, amb l'ajuda de les quals gira el mecanisme.

El principi de funcionament del motor de Wankel és completament diferent del clàssic, però, estan units per un únic procés, format per 4 carreres (admissió-compressió-carrera de treball-escapament). El combustible entra a la primera cambra formada, es comprimeix a la segona, després el rotor gira i la mescla comprimida s’encén per la bugia, després la barreja de treball fa girar el rotor i surt al col·lector d’escapament. El principal principi distintiu és que en un motor de pistó rotatiu, la cambra de treball no és estàtica, sinó que està formada pel moviment del rotor.

Dispositiu

Abans d’entendre el dispositiu, heu de conèixer els components principals d’un motor de pistó giratori. El motor Wankel consta de:

• habitatge d'estator;
• rotor;
• un conjunt d’engranatges;
• eix excèntric;
• bugies (enceses i postcombustió).

Un motor rotatiu és una unitat de combustió interna. En aquest motor, els quatre cicles de treball es produeixen íntegrament, però, per a cada fase hi ha la seva pròpia cambra, que està formada pel rotor mitjançant el moviment de rotació. 

Quan l’encès s’encén, l’arrencador gira el volant d'inici i el motor arrenca. Girant, el rotor, a través de la corona d'engranatges, transmet el parell motor a l'eix excèntric (per a un motor de pistó, es tracta d'un arbre de lleves). 

El resultat del treball del motor Wankel hauria de ser la formació de pressió de la mescla de treball, obligant els moviments de rotació del rotor a repetir-se una i altra vegada, transmetent el parell a la transmissió. 

En aquest motor, els cilindres, els pistons, el cigonyal amb bieles substitueixen tota la carcassa de l’estator per un rotor. Gràcies a això, el volum del motor s'ha reduït significativament, mentre que la potència és moltes vegades superior a la del motor clàssic amb mecanisme de manovella, amb el mateix volum. Aquest disseny té una caixa de canvis elevada també a causa de les baixes pèrdues per fricció.

Per cert, la velocitat de funcionament del motor pot superar les 7000 rpm, mentre que els motors Mazda Wankel (per a esdeveniments esportius) tenen revolucions superiors a 10000 rpm. 

Disseny

Un dels principals avantatges d'aquesta unitat és la seva compacitat i menor pes en comparació amb els motors clàssics d'igual mida. El disseny us permet reduir significativament el centre de gravetat, i això afecta favorablement l'estabilitat i la nitidesa del control. Els avions petits, els cotxes esportius i els vehicles de motor han utilitzat i segueixen utilitzant aquest avantatge. 

Història

La història de l’origen i la difusió del motor Wankel us permetrà entendre millor per què era el millor motor del seu temps i per què es va abandonar avui.

Principis desenvolupaments

El 1951, l'empresa alemanya NSU Motorenwerke va desenvolupar dos motors: el primer, de Felix Wankel, amb el nom de DKM, i el segon, el KKM de Hans Paschke (basat en el desenvolupament de Wankel). 

La base del funcionament de la unitat de Wankel era la rotació separada del cos i del rotor, a causa de la qual les revolucions de funcionament arribaven a les 17000 per minut. L’inconvenient era que s’havia de desmuntar el motor per substituir les bugies. Però el motor KKM tenia una carrosseria fixa i el seu disseny era molt més senzill que el prototip principal.

Llicències emeses

El 1960, NSU Motorenwerke va signar un acord amb l'empresa fabricant nord-americana Curtiss-Wright Corporation. L'acord consistia en què els enginyers alemanys se centressin en el desenvolupament de petits motors de pistó rotatiu per a vehicles lleugers, mentre que el nord-americà Curtis-Wright es dedicava al desenvolupament de motors d'avions. L'enginyer mecànic alemany Max Bentele també va ser contractat com a dissenyador. 

La gran majoria de fabricants mundials de vehicles, inclosos Citroën, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda i molts altres. El 1959, la companyia nord-americana va introduir una versió millorada del motor Wankel i, un any després, el britànic Rolls Royce va mostrar el seu motor dièsel de pistó rotatiu de dues etapes.

Mentrestant, alguns fabricants d'automòbils europeus van començar a intentar equipar els vehicles amb motors nous, però no tots van trobar la seva aplicació: GM es va negar, Citroen es va fixar en desenvolupar un motor amb contra-pistons per a avions i Mercedes-Benz va instal·lar un motor de pistó rotatiu en el model experimental C 111. 

El 1961, a la Unió Soviètica, NAMI, juntament amb altres instituts de recerca, va iniciar el desenvolupament del motor Wankel. Es van dissenyar moltes opcions, una d'elles va trobar la seva aplicació al cotxe VAZ-2105 per al KGB. Es desconeix el nombre exacte de motors muntats, però no supera diverses desenes. 

Per cert, anys més tard, només l'empresa d'automòbils Mazda ha trobat realment un ús per a un motor de pistons rotatius. Un exemple sorprenent d'això és el model RX-8.

Desenvolupaments de motocicletes

A Gran Bretanya, el fabricant de motocicletes Norton Motorcycles ha desenvolupat el motor de pistó rotatiu refrigerat per aire Sachs per a vehicles de motor. Podeu obtenir més informació sobre el desenvolupament llegint sobre la moto Hercules W-2000.

Suzuki no es va deixar de banda i també va llançar la seva pròpia motocicleta. No obstant això, els enginyers van treballar acuradament el disseny del motor, van utilitzar un ferroaliatge, cosa que va augmentar significativament la fiabilitat i la vida útil de la unitat.

Promocions per a cotxes

Després d’haver signat un contracte d’investigació entre Mazda i NSU, les empreses van començar a competir pel campionat en la producció del primer cotxe amb una unitat Wankel. Com a resultat, el 1964, NSU va presentar el seu primer cotxe, el NSU Spider, en resposta, Mazda va presentar un prototip de motors de 2 i 4 rotors. Després de 3 anys, NSU Motorenwerke va llançar el model Ro 80, però va rebre moltes crítiques negatives a causa de nombrosos fracassos en el context d'un disseny imperfecte. Aquest problema no es va resoldre fins al 1972, i la companyia va ser absorbida per Audi set anys després, i els motors Wankel ja havien esdevingut notoris.

El fabricant japonès Mazda va anunciar que els seus enginyers havien resolt el problema de segellar la part superior (per tenir hermètica entre les cambres), van començar a utilitzar motors no només en cotxes esportius, sinó també en vehicles comercials. Per cert, els propietaris de cotxes Mazda amb motor rotatiu van observar l’elevada resposta de l’accelerador i l’elasticitat del motor.

Més tard, Mazda va abandonar la massiva introducció del motor avançat, instal·lant-lo només als models RX-7 i RX-8. Per al RX-8, es va dissenyar el motor Renesis, que s'ha millorat de moltes maneres, a saber:

• reixetes d’escapament desplaçades per millorar el bufat, que augmenten significativament la potència;
• va afegir algunes peces ceràmiques per evitar distorsions tèrmiques;
• sistema de gestió de motors electrònics ben pensat;
• la presència de dues bugies (principal i per a postcombustió);
• afegint una jaqueta d’aigua per eliminar els dipòsits de carboni a la sortida.

Com a resultat, es va obtenir un motor compacte amb un volum d’1.3 litres i una potència d’aproximadament 231 CV.

Avantatges

Els principals avantatges d’un motor de pistó rotatiu:

1. El seu baix pes i dimensions, que afecten directament la base del disseny del vehicle. Aquest factor és important a l’hora de dissenyar un cotxe esportiu amb un centre de gravetat baix.
2. Menys detalls. Això no només permet reduir el cost de manteniment del motor, sinó també reduir les pèrdues de potència per moviment o rotació de parts relacionades. Aquest factor va influir directament en l’alta eficiència.
3. Amb el mateix volum que un motor de pistó clàssic, la potència d’un motor de pistó rotatiu és 2-3 vegades superior.
4. Suavitat i elasticitat del treball, absència de vibracions tangibles pel fet que no hi ha moviments alternatius de les unitats principals.
5. El motor es pot alimentar amb gasolina de baix octanatge.
6. L'àmplia gamma de velocitats de funcionament permet l'ús d'una transmissió amb engranatges més curts, que és extremadament convenient per a les condicions urbanes.
7. El "prestatge" de parell es proporciona durant ⅔ del cicle, i no durant un quart, com al motor Otto.
8. L’oli del motor pràcticament no està contaminat, l’interval de drenatge és moltes vegades més ampli. Aquí, l'oli no està sotmès a combustió, com en els motors de pistons, aquest procés es produeix a través dels anells.
9. No hi ha detonació.

Per cert, s’ha comprovat que, fins i tot si aquest motor està a la vora d’un recurs, consumeix molt petroli, funciona a baixa compressió, la seva potència disminuirà lleugerament. Va ser aquest avantatge el que em va subornar la instal·lació d’un motor de pistó rotatiu a l’avió.

Juntament amb els impressionants avantatges, també hi ha desavantatges que van evitar que el motor de pistó rotatiu avançat arribés a les masses.

 Limitacions

1. El procés de combustió no és prou eficient, a causa del qual augmenta el consum de combustible i es deterioren els estàndards de toxicitat. El problema es resol parcialment amb la presència d’una segona bugia, que crema la barreja de treball.
2. Alt consum de petroli. L'inconvenient s'explica pel fet que els motors Wankel estan excessivament lubricats i, en determinats llocs, de vegades, es pot cremar oli. Hi ha un excés de petroli a les zones de combustió que produeix una acumulació de carboni. Van intentar fer front a aquest problema instal·lant canonades de "calor" que milloren la transferència de calor i igualen la temperatura de l'oli a tot el motor.
3. Dificultat en la reparació. No tots els especialistes estan preparats per afrontar professionalment la reparació d’un motor Wankel. Estructuralment, la unitat no és més complicada que un motor clàssic, però hi ha molts matisos, la inobservància dels quals provocarà una avaria primerenca del motor. A això, sumem l’elevat cost de les reparacions.
4. Recurs baix. Per als propietaris de Mazda RX-8, un recorregut de 80 km significa que és hora de fer una revisió important. Malauradament, aquesta compacitat i alta eficiència s’han de pagar amb reparacions costoses i complexes cada 000-80 mil quilòmetres.

Preguntes i respostes:

Quina diferència hi ha entre un motor rotatiu i un motor de pistó? No hi ha pistons en un motor rotatiu, la qual cosa significa que no s'utilitzen moviments alternatius per fer girar l'eix del motor de combustió interna: el rotor gira immediatament en ell.

Què és un motor rotatiu en un cotxe? Es tracta d'una unitat tèrmica (funciona per la combustió d'una mescla aire-combustible), només utilitza un rotor giratori, sobre el qual es fixa un eix, que va a la caixa de canvis.

Per què un motor rotatiu és tan dolent? El principal desavantatge d'un motor rotatiu és un recurs de treball molt petit a causa del ràpid desgast dels segells entre les cambres de combustió de la unitat (l'angle de treball canvia constantment i la temperatura baixa constantment).