Motor Wankel - o dispositivo e principio de funcionamento do coche RPD

Ao longo da historia da industria do automóbil, houbo moitas solucións avanzadas, os deseños de compoñentes e conxuntos cambiaron. Hai máis de 30 anos, comezaron os intentos activos de desprazar o motor de pistón cara ao lateral, dando a vantaxe ao motor de pistón rotativo Wankel. Non obstante, debido a moitas circunstancias, os motores rotativos non recibiron o seu dereito á vida. Lea todo isto a continuación.

Principio de funcionamento

O rotor ten unha forma triangular, a cada lado ten unha forma convexa que actúa como un pistón. Cada lado do rotor ten ocos especiais que proporcionan máis espazo á mestura de combustible-aire, aumentando así a velocidade de funcionamento do motor. A parte superior dos bordos está equipada cun pequeno deflector de selado que facilita a execución de cada golpe. A ambos lados o rotor está equipado con aneis de estanqueidade que forman a parede das cámaras. O medio do rotor está equipado con dentes, coa axuda dos cales xira o mecanismo.

O principio de funcionamento do motor Wankel é completamente diferente ao clásico, pero están unidos por un único proceso composto por 4 tempos (admisión-compresión-trazo de traballo-escape). O combustible entra na primeira cámara formada, comprímese na segunda, despois xira o rotor e a bujía acende a mestura comprimida, despois de que a mestura de traballo xire o rotor e saia ao colector de escape. O principal principio distintivo é que nun motor de pistón rotativo, a cámara de traballo non é estática, senón que está formada polo movemento do rotor.

Dispositivo

Antes de comprender o dispositivo, debes coñecer os compoñentes principais dun motor de pistón rotativo. O motor Wankel consta de:

• vivenda estator;
• rotor;
• un conxunto de engrenaxes;
• eixe excéntrico;
• bujías (acendendo e postcandendo).

Un motor rotativo é unha unidade de combustión interna. Neste motor, os 4 tempos de traballo ocorren na súa totalidade, con todo, para cada fase hai a súa propia cámara, que está formada polo rotor mediante un movemento de rotación. 

Cando o contacto está acendido, o arrancador xira o volante e arranca o motor. Xirando, o rotor, a través da coroa de engrenaxes, transmite o torque ao eixe excéntrico (para un motor de pistón, este é un eixe de levas). 

O resultado do traballo do motor Wankel debe ser a formación de presión da mestura de traballo, forzando os movementos de rotación do rotor a repetirse unha e outra vez, transmitindo o par á transmisión. 

Neste motor, os cilindros, os pistóns, o cigüeñal con bielas substitúen a carcasa enteira do estator por un rotor. Grazas a isto, o volume do motor reduciuse significativamente, mentres que a potencia é moitas veces maior que a do motor clásico cun mecanismo de manivela, co mesmo volume. Este deseño ten unha caixa de cambios elevada tamén debido ás baixas perdas de fricción.

Por certo, a velocidade de funcionamento do motor pode superar as 7000 rpm, mentres que os motores Mazda Wankel (para competicións deportivas) superan as 10000 rpm. 

Proxecto

Unha das principais vantaxes desta unidade é a súa compacidade e menor peso en comparación cos motores clásicos de igual tamaño. O deseño permítelle reducir significativamente o centro de gravidade, e isto afecta favorablemente a estabilidade e a nitidez do control. Os pequenos avións, os coches deportivos e os vehículos a motor utilizaron e seguen utilizando esta vantaxe. 

Historia

A historia da orixe e difusión do motor Wankel permitiralle entender mellor por que era o mellor motor no seu día e por que se abandonou hoxe.

Primeiros desenvolvementos

En 1951, a empresa alemá NSU Motorenwerke desenvolveu dous motores: o primeiro - de Felix Wankel, baixo o nome DKM, e o segundo - KKM de Hans Paschke (baseado no desenvolvemento de Wankel). 

A base do funcionamento da unidade de Wankel foi a rotación separada do corpo e do rotor, debido a que as revolucións de funcionamento alcanzaron os 17000 por minuto. O inconveniente era que había que desmontar o motor para substituír as bujías. Pero o motor KKM tiña un corpo fixo e o seu deseño era moito máis sinxelo que o prototipo principal.

Licenzas expedidas

En 1960, NSU Motorenwerke asinou un acordo coa empresa fabricante estadounidense Curtiss-Wright Corporation. O contrato consistía en enxeñeiros alemáns para concentrarse no desenvolvemento de pequenos motores de pistón rotativo para vehículos lixeiros, mentres que o estadounidense Curtis-Wright dedicábase ao desenvolvemento de motores de avións. O enxeñeiro mecánico alemán Max Bentele tamén foi contratado como deseñador. 

A gran maioría dos fabricantes mundiais de automóbiles, incluídos Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda e moitos outros. En 1959, a compañía estadounidense presentou unha versión mellorada do motor Wankel e un ano despois o británico Rolls Royce mostrou o seu motor diésel de pistón rotativo de dúas etapas.

Mentres tanto, algúns fabricantes de automóbiles europeos comezaron a intentar equipar os coches con novos motores, pero non todos atoparon a súa aplicación: GM rexeitou, Citroen decidiuse a desenvolver un motor con contra-pistóns para avións e Mercedes-Benz instalou un motor de pistón rotativo no modelo experimental C 111. 

En 1961, na Unión Soviética, NAMI, xunto con outros institutos de investigación, iniciou o desenvolvemento do motor Wankel. Deseñáronse moitas opcións, unha delas atopou a súa aplicación no coche VAZ-2105 para o KGB. Descoñécese o número exacto de motores ensamblados, pero non supera as ducias. 

Por certo, anos despois, só a empresa de automóbiles Mazda atopou realmente un uso para un motor de pistóns rotativos. Un exemplo sorprendente disto é o modelo RX-8.

Desenvolvementos de motocicletas

En Gran Bretaña, o fabricante de motocicletas Norton Motorcycles desenvolveu o motor de pistón rotativo refrixerado por aire Sachs para vehículos a motor. Podes aprender máis sobre o desenvolvemento lendo sobre a motocicleta Hércules W-2000.

Suzuki non se apartou e tamén lanzou a súa propia motocicleta. Non obstante, os enxeñeiros traballaron coidadosamente o deseño do motor, empregaron unha ferroaleación, o que aumentou significativamente a fiabilidade e a vida útil da unidade.

Desenvolvementos para coches

Asinando un contrato de investigación entre Mazda e NSU, as empresas comezaron a competir polo campionato na produción do primeiro coche cunha unidade Wankel. Como resultado, en 1964, NSU presentou o seu primeiro coche, o NSU Spider, como resposta, Mazda presentou un prototipo de motores de 2 e 4 rotores. Despois de 3 anos, NSU Motorenwerke lanzou o modelo Ro 80, pero recibiu moitas críticas negativas debido a numerosos fallos no contexto dun deseño imperfecto. Este problema non se resolveu ata 1972 e Audi foi absorbida pola compañía 7 anos despois e os motores Wankel xa se fixeron notorios.

O fabricante xaponés Mazda anunciou que os seus enxeñeiros solucionaron o problema de selar a parte superior (para a estanquidade entre as cámaras), comezaron a usar motores non só en coches deportivos, senón tamén en vehículos comerciais. Por certo, os propietarios de coches Mazda cun motor rotativo notaron a alta resposta do acelerador e a elasticidade do motor.

Máis tarde Mazda abandonou a masiva introdución do motor avanzado, instalándoo só nos modelos RX-7 e RX-8. Para o RX-8 deseñouse o motor Renesis, que foi mellorado en moitos aspectos, a saber:

• ventilacións de escape desprazadas para mellorar a descarga, o que aumentou significativamente a potencia;
• engadiu algunhas pezas cerámicas para evitar a distorsión térmica;
• sistema electrónico de xestión de motores ben pensado;
• a presenza de dúas bujías (principal e para postcombustión);
• engadindo unha chaqueta de auga para eliminar a acumulación de carbono na saída.

Como resultado, obtívose un motor compacto cun volume de 1.3 litros e unha potencia duns 231 CV.

Vantaxes

As principais vantaxes dun motor de pistón rotativo:

1. O seu baixo peso e dimensións, que afectan directamente á base do deseño do coche. Este factor é importante cando se proxecta un coche deportivo cun centro de gravidade baixo.
2. Menos detalles. Isto non só permite reducir o custo do mantemento do motor, senón tamén reducir as perdas de potencia por movemento ou rotación de pezas relacionadas. Este factor influíu directamente na alta eficiencia.
3. Co mesmo volume que un motor de pistón clásico, a potencia dun motor de pistón rotativo é 2-3 veces maior.
4. Suavidade e elasticidade do traballo, ausencia de vibracións tanxibles debido a que non hai movementos alternativos das unidades principais.
5. O motor pode alimentarse con gasolina de baixo octanaje.
6. O amplo rango de velocidades de funcionamento permite o uso da transmisión con marchas máis curtas, o que resulta moi cómodo para as condicións urbanas.
7. O "estante" de torque está previsto para ⅔ do ciclo, e non para un cuarto, como no motor Otto.
8. O aceite do motor practicamente non está contaminado, o intervalo de drenaxe é moitas veces máis amplo. Aquí, o aceite non está suxeito a combustión, como nos motores de pistón, este proceso prodúcese a través dos aneis.
9. Non hai detonación.

Por certo, comprobouse que aínda que este motor estea ao bordo dun recurso, consome moito petróleo, funcione a pouca compresión, a súa potencia diminuirá lixeiramente. Foi esta vantaxe a que me subornou á instalación dun motor de pistón rotativo nos avións.

Xunto con impresionantes vantaxes, tamén hai desvantaxes que impediron que o avanzado motor de pistón rotativo alcanzase as masas.

 Limitacións

1. O proceso de combustión non é o suficientemente eficiente, debido a que aumenta o consumo de combustible e deterioran os estándares de toxicidade. O problema resólvese parcialmente coa presenza dunha segunda bujía que queima a mestura de traballo.
2. Alto consumo de aceite. A desvantaxe débese a que os motores Wankel están excesivamente lubricados e, en determinados lugares, ás veces, o aceite pode queimar. Existe un exceso de petróleo nas zonas de combustión, provocando a acumulación de carbono. Trataron de solucionar este problema instalando tubos de "calor" que melloran a transferencia de calor e igualan a temperatura do aceite en todo o motor.
3. Dificultade na reparación. Non todos os especialistas están preparados para afrontar profesionalmente a reparación dun motor Wankel. Estruturalmente, a unidade non é máis complicada que un motor clásico, pero hai moitos matices, cuxo incumprimento levará a unha avaría temperá do motor. A isto engadimos o alto custo das reparacións.
4. Recurso baixo. Para os propietarios de Mazda RX-8, unha quilometraxe de 80 km significa que é hora de facer unha revisión importante. Por desgraza, esa compacidade e alta eficiencia deben pagarse con reparacións caras e complexas cada 000-80 mil quilómetros.

Preguntas e respostas:

Cal é a diferenza entre un motor rotativo e un motor de pistóns? Non hai pistóns nun motor rotativo, o que significa que non se usan movementos alternativos para xirar o eixe do motor de combustión interna: o rotor xira inmediatamente nel.

Que é un motor rotativo nun coche? Trátase dunha unidade térmica (funciona pola combustión dunha mestura aire-combustible), só utiliza un rotor xiratorio, no que se fixa o eixe, que vai á caixa de cambios.

Por que é tan malo un motor rotativo? A principal desvantaxe dun motor rotativo é un recurso de traballo moi pequeno debido ao rápido desgaste dos selos entre as cámaras de combustión da unidade (o ángulo de operación cambia constantemente e a temperatura baixa constantemente).