Técnicamente un motor Wankel, que debe su nombre a su inventor, Felix Wankel en 1957, es un híbrido entre un propulsor de pistones convencional y una turbina. Su similitud con el de pistones radica en que el rotor delimita tres cámaras de combustión en las que se dan las mismas fases que ocurren en un motor de gasolina convencional: admisión, compresión, encendido, expansión y escape.
En 1957, NSU y Wankel completaron el desarrollo de la primera aplicación de este motor, el llamado DKM(Drehkolbenmotor).
Pero… ¿en qué consiste este tipo de motor?
FUNCIONAMIENTO
En un motor Wankel se desarrollan los 4 tiempos en lugares distintos de la carcasa o bloque; es decir, viene a ser como tener un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad epicicloide con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un pistón triangular que realiza un giro de centro variable.
Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único.
1er Tiempo: Admisión
La fase de admisión del ciclo empieza cuando el vértice del rotor descubre la lumbrera de admisión. En este momento el volumen de la cámara de combustión es mínimo. A medida que el rotor avanza, el volumen de la cámara de combustión aumenta absorbiendo la mezcla de aire-combustible. Cuando el otro vértice de la cara del rotor ha pasado por la lumbrera de admisión el volumen contenido queda aislado y empieza la compresión.
2do Tiempo: Compresión
A medida que el rotor continúa su movimiento dentro del bloque, el volumen contenido en la cámara de combustión se hace cada vez más pequeño y la mezcla airecombustible se comprime. En el momento en que la cara del rotor queda enfrente de las bujías, el volumen de la cámara es mínimo. En este punto se produce el salto de la chispa y la consiguiente combustión de la mezcla. Ya que en la fase de compresión la cara del rotor se ciñe a la pared del estator, la compresión sería excesiva si no se practicasen unas hendiduras sobre las caras del rotor. Estas hendiduras forman las cámaras de combustión del rotor.
No obstante, estas cavidades presentan un inconveniente: se produce una comunicación de los conductos de admisión y escape (semejante al de los motores de dos tiempos alternativos). A pesar de todo, las relaciones de compresión con las que se trabaja habitualmente van desde 8:1 hasta 9,5:1. Para esta última parece obtenerse el consumo mínimo.
3er Tiempo: Combustión y Expansión
La mayoría de los motores rotativos tienen dos bujías. La cámara de combustión es larga, así que la llama se inflamaría demasiado lentamente si hubiera solamente una bujía. Cuando las chispas encienden la mezcla de aire-combustible, la presión aumenta rápidamente, forzando el rotor a moverse en la dirección en la que el volumen del compartimiento crece. Los gases de combustión continúan expandiéndose, moviendo el rotor y transformando energía, hasta que el vértice del rotor descubre la lumbrera de escape.
4to Tiempo: Escape
Una vez el vértice del rotor descubre la lumbrera de escape, los gases de la combustión pueden escapar. A medida que el rotor se mueve, el volumen va disminuyendo forzando así la salida de los gases. En el momento en que el volumen del compartimiento es mínimo, el vértice del rotor vuelve a descubrir la lumbrera de admisión repitiéndose otra vez el ciclo. Es en este momento en el que se produce el cortocircuito de gases que ya hemos comentado ya que se produce una comunicación de los conductos de admisión y escape a través de la cámara de combustión labrada en las caras de los rotores (ver figura anterior).
De esta manera se puede ver como cada una de las tres caras del rotor está siempre trabajando en una etapa del ciclo. En una revolución completa del rotor se producen tres combustiones. El eje de salida gira tres veces por cada revolución del rotor o lo que es lo mismo, hay una combustión por cada revolución del eje de salida. El mismo proceso se ha realizado paralelamente en las otras dos cámaras de combustión.
PARTES Y PIEZAS
ensamblaje completo de un motor rotativo
El material a emplear en la fabricación del rotor debe cumplir los siguientes requisitos:
– Gran resistencia a la fatiga a altas temperaturas.
– Bajo coeficiente de dilatación térmica.
– Gran resistencia al desgaste.
– Buenas características de maleabilidad.
– Buenas propiedades para la mecanización.
En general, se usa fundición nodular de grafito esferoidal (tiene un precio superior a la fundición gris, pero mejora sensiblemente sus propiedades mecánicas y mantiene las demás). Posteriormente, basta acabar de mecanizar los flancos mediante máquinas de control numérico. No obstante, es un material con una densidad muy elevada y el peso final del rotor es demasiado grande.
Por esta razón, se están empezando a utilizar aleaciones de aluminio
VENTAJAS
- Menos piezas móviles: solo 4 piezas; bloque, rotor (que a su vez esta 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. Están equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración.
- Menor velocidad de rotación: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje, 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.
- Menores vibraciones: solo las pequeñas vibraciones en la excéntrica se ven manifestadas
- Menor peso.
DESVENTAJAS
- Emisiones: es complicado ajustarse a las normas de emisiones.
- Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta costoso
- Difícil estanqueidad: Difícil aislar las 3 secciones del cilindro en rotación, que deben ser impermeables unas de otras para un buen funcionamiento.
- Consumo: la eficiencia termodinámica (relación consumo-potencia) se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión y de una disminuida Relacion de Compresión.
- Sincronización: Evitar que la explosión de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se encuentre en la posición adecuada.
- Emisiones contaminantes: CO2 y Nox
MAZDA Y SU USO EN VEHICULOS DE VENTA MASIVA
Si hay una marca de automóviles conocida por su firme apuesta por los motores rotativos o Wankel, esa es precisamente Mazda, que llevó este tipo de motor no sólo a sus modelos de producción, sino también al mundo de la competición. Hoy se cumplen cincuenta años del primer vehículo Mazda con motor rotativo.
Desde finales de los años sesenta la firma de Hiroshima ha fabricado casi dos millones de automóviles con esta tecnología y, aunque desde 2012 no tiene en su oferta ningún modelo con motor rotativo, Mazda aún no se ha dado por vencida en lo que respecta a este tipo de motores y, de hecho, espera poder escribir un nuevo capítulo en un futuro no muy lejano.
50 años del motor rotativo Mazda
El 30 de mayo de 1967 el fabricante japonés lanzaba el Cosmo Sport, conocido fuera de su mercado local como Mazda 110S, aunque la marca ya había empezado a investigar sobre el motor rotativo en 1961 -como casi todos los grandes fabricantes de la época-, un tipo de propulsor que por entonces se veía como uno de los avances más importantes del mundo del automóvil por su suavidad, su ligereza y su compacto tamaño con respecto a los motores convencionales.
Muchas marcas coquetearon con el motor Wankel pero, a mediados de la década de los setenta, el único fabricante que mantenía su apuesta por este tipo de propulsor era Mazda, ya que otros fueron perdiendo interés en la tecnología y decidieron no seguir con el desarrollo. La determinación de Mazda en este sentido fue uno de los puntos clave para que la pequeña marca, por entonces poco notable fuera de Japón, se diera a conocer en todo el mundo.
El primer automovil con motor rotativo no fue un Mazda, sino el NSU Spider de 1964, pero los japoneses sí fueron los primeros en poner a la venta un modelo (el Cosmos Sport) con doble rotor, tras investigar sobre aplicaciones de tres o cuatro rotores y decantarse finalmente por el de dos. A diferencia del motor del NSU, el de dos rotores tenía más torque a bajas rpm y era más refinado, sin tantas vibraciones en la zona baja de las rpm.
El desarrollo del motor de dos rotores continuó, impulsado por la necesidad de mejorar las emisiones de cara a su comercialización en el mercado estadounidense (a partir de 1970) y también debido a la primera crisis del petróleo (1973) -que empujó a Mazda a crear un plan para reducir consumo y emisiones de sus motores Wankel-. Nacía así el proyecto Fénix o Phoenix Project. Para la supervivencia de estos motores se marcaron como objetivo reducir el consumo en un 20% primero y finalmente en un 40%.
Mercedes-Benz trabajó el desarrollo de motores rotativos, el de los vehículos experimentales C-111.
Mercedes desarrolló varios prototipos que servían como banco de pruebas para desarrollar diversas tecnologías y, por el camino, batir diferentes récords.
Los Mercedes C-111 sirvieron para probar motores rotativos de tres y cuatro rotores, motores sobrealimentados diésel y gasolina e incluso un diésel capaz de superar los 300 km/h.
El objetivo se cumplió, gracias a mejoras en el proceso de combustión y en los carburadores, pero también al primer catalizador para este tipo de motores. En 1978, con esta tecnología, salía al mercado el Mazda RX-7.
Muchas evoluciones posteriores consiguieron mejorar aún más el consumo del Wankel, hasta que en 1982 llegó el primer rotativo turboalimentado para el Cosmo RE Turbo -el vehiculo de producción más rápido de Japón por entonces-, y también fue el primero en incorporar inyección electrónica.
MAZDA Parkway Rotary 26-1974
Mazda RX-7 1991 – 2002 –255 CV a 6500 rpm
Quizá la mayor evolución llegó con el llamado Renesis, el motor que daría vida al Mazda RX-8. Basado en el motor del prototipo RX-01 del Salón de Tokio de 1995 (cuya segunda evolución se lanzó en 1999), se trata de un birotor atmosférico de 1.308 cc. (654 cc. por rotor) que estuvo disponible en dos variantes: una de 192 CV a 7.000 RPM y otra de 231 CV a 8.200 RPM (y que llegaba a las 9.000 vueltas).
A principios de los años 2000 Mazda llegó incluso a desarrollar el primer motor rotativo de hidrógeno, utilizado en un RX-8 (RX-8 Hydrogen RE), que se probó a partir de 2004 en carreteras japonesas y después, en 2006, varias unidades fueron cedidas a organismos públicos y empresas relacionadas con la energía. Lo mismo ocurrió unos años después con el Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid, esta vez equipado también con un motor eléctrico.
TRIUNFO EN EL AUTOMOVILISMO
Tras una disputada carrera frente a los Jaguar XJR12 y Mercedes-Benz C11, entre otros, a las 16:00 horas del 23 de junio de 1991 el Mazda 787B número #55 cruzó la línea de meta en primera posición, consiguiendo así la primera victoria de Mazda en las 24 Horas de Le Mans, que fue también la primera de un coche con motor rotativo (y la última) y la primera de un fabricante japonés ya que la federacion internacional de automovilismo prohibio el motor rotativo para la competicion.
Prohibido
El 787B era una maravillosa pieza de ingeniería sobre ruedas, pero no la razón de la prohibición. Los motores rotativos se prohibieron cuando los automóviles empezaron a compartir la normativa de motores con la Fórmula 1 a partir de 1992.
Eso significaba un motor atmosférico de combustión interna de 3,5 litros con pistones tradicionales.
GANADOR EN DAYTONA Y SU DESPEDIDA
EL MAZDA RX-8 GANA LAS 24 HORAS DE DAYTONA.El Mazda RX-8 se ha proclamado vencedor de las 24 Horas de Daytona (Estados Unidos) dentro de la categoría GT.
Mazda abandona el RX-9, el regreso del motor rotativo se complica
Con el fin de producción del Mazda RX-8, la marca japonesa abandonó su motor rotativo, un tipo de motor muy popular entre los amantes del mundo del automovilismo.
Las esperanzas de los más entusiastas se avivaron en el pasado Salón de Tokio, cuando se presento el RX-Vision, un concept car con el que Masamichi Kogai, CEO de Mazda, dejaba caer la posibilidad de que volviera a haber un deportivo derivado de ese concept en la gama y con motor rotativo. Pero esta semana esa esperanza era fulminada por el propio CEO, afirmando que no habrá un deportivo superior al MX-5.
Masamichi Kogai argumentó en una entrevista a Automotive News que para ellos el Mazda MX-5 es más gratificante en términos de conducción de lo que podría haber sido un posible RX-9, así que un motor rotativo está más lejos que cerca.
y es asi como terminados de presentar este paseo por una gran Propulsion alternativa del mundo automotriz el Motor Rotativo o wankel.
Saludos Rodrigo Salas Moyano.
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