Funcionamiento de los motores de ciclo Wankel

Objetivos 

1.-Historia

2.-Funcionamiento

3.-Determinar las ventajas 

Introducción

El motor Wankel es un tipo de motor de combustión interna, inventado por Felix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de losmotores alternativos.

Wankel concibió su motor rotativo en 1924 y recibió su patente en 1929. Durante los años 1940 se dedicó a mejorar el diseño. Se hizo un considerable esfuerzo en el desarrollo de motores rotativos en los 1950 y los 1960. Eran particularmente interesantes por funcionar de un modo suave, silencioso y fiable, gracias a la simplicidad de su diseño. 

Historia

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-5. DKW Hercules puso en venta una motocicleta con motor Sachs refrigerado por aire y mezcla; John Deere Inc., en 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. Ingersoll-Rand tuvo en venta un motor para usos industriales que quemaba gas y tenía una cilindrada de 41 litros y un sólo rotor. Curtiss-Wright ha fabricado diversos prototipos de motor para aviación general, en donde tendría la ventaja del menor peso y mejor conducta frente a las averías. Rolls-Royce desarrolló un motor de encendido por compresión (Diésel), con etapas de compresión y combustión independientes. Graupner vendió un mini-motor para aeromodelos. La japonesa Yanmar Diésel fabricó varios motores pequeños, incluso una motosierra Wankel.

Tras un uso ocasional en automóviles, por ejemplo NSU con sus modelos Spider y Ro 80 o Citroën con el M 35 y GS Birrotor, e intentos fracasados llevados a cabo por General Motors que anunció haber resuelto el problema del consumo pero no poder con el de las emisiones en los gases de escape, o Mercedes-Benz.

Después de muchos años de desarrollo, Mazda lanzó sus primeros coches con motores Wankel en los primeros años 1970. Aunque la mayoría de los clientes adoraban estos coches, especialmente por su suavidad, tuvieron la mala suerte de ser puestos a la venta en una época de grandes esfuerzos para reducir las emisiones y aumentar el ahorro de combustible. Mazda abandonó el Wankel casi totalmente en el diseño de sus coches generalistas, pero continuó usando una versión biturbo de dos rotores en su mítico deportivo RX-7 hasta el final de su producción en agosto de 2002. En 2003, la marca japonesa, relanzó el motor Wankel con el RX-8 que contaba con una nueva versión atmosférica birrotor, teóricamente más fiable y con menores consumos tanto de combustible como de lubricante.

En el mundo de las carreras, Mazda ha tenido un éxito sustancial con sus coches de dos y cuatro rotores, y corredores privados han cosechado también un considerable éxito con coches Mazda propulsados por motores Wankel, tanto originales como modificados. En 1991 el motor Wankel llegó a uno de los mejores momentos en competición, al conseguir Mazda la victoria en las 24 horas de Le Mans con su prototipo 787B que montaba un motor de cuatro rotores y 2622 cc de cilindrada, con lumbrera de admisión periférica y conductos de admisión de geometría variable. Este automóvil fue el que menos consumo de combustible tuvo en la carrera de ese año.

Ventajas

Las ventajas a mencionar son las siguientes: 

• Menos piezas móviles: el motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor convencional, tan solo 4 piezas; bloque, rotor (que a su vez está formado por segmentos y regletas), árbol motriz y sistema de refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón). Esto redunda en una mayor fiabilidad.
• Suavidad de marcha: todos los componentes de un motor rotativo giran en el mismo sentido (apuntando al sol), en lugar de sufrir las constantes variaciones de sentido a las que está sometido un pistón. Están equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración. Incluso la entrega de potencia se desarrolla en forma más progresiva, dado que cada etapa de combustión dura 90° de giro del rotor y a su vez como cada vuelta del rotor representa 3 vueltas del eje, cada combustión dura 270° de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta; compárenlo con un motor monocilíndrico, donde cada combustión transcurre durante 180° de cada 2 revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta del cigüeñal. Se produce una combustión cada 120º del rotor y 360º del eje.
• Menor velocidad de rotación: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje y al tocar el freno, las piezas principales del motor se mueven más lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad.
• Menores vibraciones: dado que las inercias internas del motor son muy pequeñas (no hay bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de pistones, ni movimiento), solo se producen pequeñas vibraciones en la excéntrica.
• Menor 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 600 cc o 700 cc cada uno, ayuda a conseguir un menor peso final del mismo.

Análisis y Propuesta 

Se dice que el motor wankel fue creado en el año de 1924, cuando el alemán Felix Wankel comenzó a trabajar en su idea de un motor en el que los pistones eran sustituidos por un rotor, cerca de la decada de los 30. Pero el estallido de la II Guerra Mundial y la posterior derrota del III Reich, paralizaron los trabajos, que tras el fin del conflicto fueron reanudados por Wankel y el fabricante de motocicletas NSU, en la hoy extinta República Democrática Alemana.

El primer prototipo, un monorotor bautizado DKM, vio la luz en 1957. Sin embargo, el motor era demasiado complicado, por lo que un año más tarde NSU produjo el KKM, una mecánica de 400 cc. reconocido como el primer propulsor rotativo de la historia.

Dentro de las ventajas mencionadas podemos sacar las siguientes desventajas:

• Emisiones: es más complicado (aunque no imposible) ajustarse a las normas de emisiones contaminantes, ya que trabaja igual que un motor de 2 tiempos, consumiendo aire, combustible y aceite.
• Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta costoso.
• Consumo: la eficiencia termodinámica (relación consumo-potencia) se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión y la baja relación de compresión.
• Difícil estanqueidad: resulta muy difícil aislar cada una de las 3 secciones del rotor, que deben ser estancas unas de otras para un buen funcionamiento. Además se hace necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada 6 años aproximadamente, por su fuerte desgaste.
• Sincronización: la sincronización de los distintos componentes del motor debe ser muy buena para evitar que la explosión de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se encuentre en la posición adecuada. Si esto no ocurre, la ignición empujará en sentido contrario al deseado, pudiendo dañar el motor.
• Mantenimiento: Las pastillas de freno deben ser reemplazadas regularmente debido al constante rozamiento de los vértices del rotor con el freno.

Conclusión

Es un motor utilizado en la actualidad por MAZDA quienes sacaron al mercado la serie RX siendo de los mas rápidos de su época (esto se dio en los años de 2002 hasta el 2005).

Tambien podemos decir que en la actualidad estos motores solo los vemos en la serie RX-5/RX8 de MAZDA, siendo de los mas costosos de su marca y por ello van dirigido a otro tipo de target

Para su manufactura necesitamos los siguiente: 

Para el estátor o bloque motor se utilizan aleaciones de aluminio, aluminio/silicio o Al/Si/Cu como por ejemplo la aleación Alcoa A-132, ya que el aluminio tiene una mayor conductividad térmica y un coeficiente de dilatación más adecuado. En el interior del bloque se coloca una lámina de acero con la forma de la epitrocoide, con rugosidades en su cara externa para asegurar el anclado al bloque, y sobre esta lámina se aplica una capa de revestimiento antifricción, como por ejemplo el Nickasil de Citroen. Los rotores se fabrican en fundición de hierro. Suzuki resolvió el problema de la duración del motor, extendiéndola a más de 250.000 km, empleando segmentos de vértice hechos de la aleación ferrotic

BIBLIOGRAFIA

• Arnold E Biermann y Hermann H Ellerbrock, Jr: "The design of fins for air cooled cylinders", NACA Report Nº 726, 1939. (descarga gratis desde el sitio web de la NASA);
• R.F. Ansdale: "The Wankel RC Engine, Design and Performance" , Iliffe, 1968;
• Kenichi Yamamoto: "Rotary engine", Toyo Kogyo Co. Ltd., Mazda, Eds. 1969 y 1981;
• Dante Giacosa: "Motores endotérmicos", Ed. Omega, 2000
• http://mantenimientoagr.blogspot.com/2008_04_01_archive.html
• http://www.solomazda.es/foros/index.php?topic=1115.0