El motor rotativo ( RD , RDVS, motor Wankel ) es un motor rotativo de combustión interna , cuyo diseño fue desarrollado en 1957 por el ingeniero de NSU Walter Freude . También se le ocurrió la idea de este diseño. El motor fue desarrollado conjuntamente con Felix Wankel , quien estaba trabajando en un diseño diferente para un motor de pistón rotativo [1] .
Una característica del motor es el uso de un rotor triédrico (pistón), que tiene la forma de un triángulo de Reuleaux , que gira dentro de un cilindro de un perfil especial, cuya superficie está hecha a lo largo de un epitrocoide (otras formas del rotor y cilindro también son posibles [2] ).
El rotor montado en el eje está rígidamente conectado a la rueda dentada, que se acopla con el engranaje fijo: el estator. El diámetro del rotor es mucho mayor que el diámetro del estator, a pesar de esto, el rotor con la rueda dentada gira alrededor del engranaje. Cada uno de los vértices del rotor triédrico se mueve a lo largo de la superficie epitrocoidal del cilindro y corta los volúmenes variables de las cámaras en el cilindro usando tres sellos radiales.
Este diseño permite realizar cualquier ciclo de 4 tiempos Diesel , Stirling u Otto sin el uso de un mecanismo especial de distribución de gas. El sellado de las cámaras lo proporcionan placas de sellado radiales y de extremos presionadas contra el cilindro por fuerzas centrífugas, presión de gas y resortes de banda. La ausencia de un mecanismo de distribución de gas hace que el motor sea mucho más simple que un motor de pistón de cuatro tiempos, y la ausencia de interfaz (espacio del cárter, cigüeñal y bielas ) entre las cámaras de trabajo individuales garantiza una compacidad extraordinaria y una alta densidad de potencia. Por una revolución del eje excéntrico, el motor realiza un ciclo de trabajo, lo que equivale al funcionamiento de un motor de pistón de dos tiempos. En una revolución del rotor, el eje excéntrico realiza 3 revoluciones y 3 carreras de potencia, lo que lleva a comparaciones erróneas entre un motor rotativo y un motor de pistón de seis cilindros.
La formación de la mezcla, el encendido , la lubricación, el enfriamiento y el arranque son fundamentalmente los mismos que los de un motor de combustión interna de pistón convencional.
La aplicación práctica fue recibida por motores con rotores triédricos, con la relación de engranajes y radios de engranajes: R: r = 2: 3, que se instalan en automóviles, barcos , etc.
Los automóviles con RPD consumen de 7 a 20 litros de combustible cada 100 km, según el modo de conducción, aceite: de 0,4 litros a 1 litro cada 1000 km.
El motor Wankel utiliza un ciclo de cuatro tiempos :
A pesar de la similitud del ciclo, la dinámica de combustión de la mezcla aire-combustible en un motor de pistones rotativos (RPD) es muy diferente a la de un motor de pistones tradicional.
En un motor de pistón (PD), la carga de combustible y aire, que pasa al cilindro a través de la válvula en la etapa de admisión, adquiere una alta turbulencia , que aumenta con el aumento de la velocidad del cigüeñal , lo que afecta favorablemente la integridad de la combustión de la mezcla. En RPD, la turbulencia es menor y en el momento del encendido, la carga principal de la mezcla anterior a la rotación del rotor se quema rápidamente, mientras que la parte trasera de la cavidad de trabajo permanece sin quemar y se libera a la atmósfera. Esto explica el porcentaje 6-8 veces mayor de emisiones de hidrocarburos no quemados a la atmósfera en comparación con los motores de pistón.
Otra diferencia entre el ciclo de trabajo RPD y el ciclo de trabajo PD es el desplazamiento del momento de máxima liberación de calor en la cámara de combustión a la línea de expansión después de pasar por el punto muerto superior . Por lo tanto, las temperaturas máximas del ciclo, a la misma relación de compresión, son más bajas para los RPD y, en la fase de escape, la temperatura de los gases de escape es 200-250 ° C más alta que para los motores de pistón. Esto es termodinámicamente desfavorable y conduce a una reducción adicional de la eficiencia , pero al mismo tiempo, por esta razón, la emisión de óxido de nitrógeno del RPD es un 20% menor y, con las mismas relaciones de compresión, el RPD puede funcionar sin detonación en combustible con un octanaje de 15 unidades menos que un motor de pistón.
La eliminación de las deficiencias de RPD se logra complicando los sistemas de inyección, creando una estratificación de la mezcla de aire y combustible en la cámara de combustión, etc. [3]
Ventajas sobre los motores de pistón:
Debido a la falta de conversión del movimiento alternativo en movimiento de rotación, el motor Wankel puede soportar velocidades mucho más altas en comparación con los motores tradicionales. Los motores de pistón rotativo tienen mayor potencia con un volumen pequeño de la cámara de combustión, mientras que el diseño del motor en sí es relativamente pequeño y contiene menos piezas. El tamaño reducido mejora el manejo, facilita la ubicación óptima de la transmisión (distribución del peso) y permite hacer el coche más espacioso para el conductor y los pasajeros.
Desventajas :
El motor se desarrolló originalmente específicamente para su uso en vehículos. El primer automóvil de producción con motor rotativo fue el automóvil deportivo alemán NSU Spider .
La primera masa (37204 copias) es el sedán de clase ejecutiva alemán NSU Ro 80 . El automóvil tenía suficientes innovaciones además del motor, en particular, una carrocería con una resistencia aerodinámica récord, una caja de cambios semiautomática con convertidor de par, faros de bloque, etc. El Ro 80 presentaba no solo un diseño único, sino también un diseño avanzado que resultó incomprensible para el público de mediados de los años sesenta (ver NSU Ro 80 ); diez años después, fue él quien sirvió de base para el estilo de los modelos C2 de la generación 100 y 200 de Audi .
El recurso del motor resultó ser muy pequeño (se requirieron reparaciones después de una carrera de aproximadamente 50 mil km), por lo que el automóvil ganó mala reputación y se volvió infame. En muchos autos sobrevivientes, el motor original fue reemplazado por un motor de pistón Ford L4 "Essex" .
Citroën también ha experimentado con los RPD, el proyecto Citroën M35 .
Después de eso, la producción en serie y en pequeña escala de motores de pistón rotativo Wankel fue realizada solo por Mazda (Japón) y VAZ (URSS) [4] .
Los ingenieros de Mazda, que crearon el motor de pistón rotativo Renesis (derivado de las palabras ( ing. Motor rotativo: motor rotativo y Génesis: el proceso de formación , el nombre que habla de la aparición de una nueva clase de motores), lograron resolver el problema principal problemas de tales motores - toxicidad de escape y antieconómico En comparación con los motores predecesores, fue posible reducir el consumo de aceite en un 50%, gasolina en un 40% y llevar la emisión de óxidos nocivos a los estándares Euro IV. El motor Renesis de dos cámaras con un volumen de sólo 1,3 litros produce 250 CV y ocupa poco espacio en el compartimento del motor. El próximo modelo del motor Renesis 2 16X tiene un volumen de 1,6 litros, y con más potencia, se calienta menos.
Los automóviles de la marca Mazda con las letras RE en el nombre (las primeras letras del nombre "Renesis") pueden usar gasolina e hidrógeno como combustible (ya que es menos sensible a la detonación que un motor convencional que usa un pistón alternativo). Esta fue la segunda ronda de mayor atención al RPD por parte de los desarrolladores.
A pesar de varios intentos de instalar el motor Wankel en aviones (se han probado prototipos en diferentes países desde la década de 1950), no ha encontrado una amplia aplicación en la aviación. Actualmente (2011), el motor Wankel está instalado en algunos modelos de planeadores de motor Schleicher .
Hay un motor británico AR731 de 38 hp diseñado específicamente para drones kamikaze u otros drones de impacto o de corta duración. El motor tiene una copia china del MDR-208, que a su vez se copia en Irán con el nombre de Shahed-783. Este motor se utiliza en el dron Shahed-131, conocido en Rusia como "Geran-1".
En 2019, científicos rusos del Instituto Central de Motores de Aviación. P. I. Baranov y la Fundación para la Investigación Avanzada resolvieron el problema del desgaste rápido del motor mediante la creación de RPD basados en materiales de nueva generación: matriz intercerámica y compuestos de matriz metal -cerámica . Según los resultados de las pruebas, el desgaste de estos elementos es despreciable. Todos ellos mantuvieron su rendimiento, lo que confirma la posibilidad y las perspectivas de utilizar materiales compuestos para la fabricación de los elementos RPD más cargados y problemáticos. El nuevo motor doméstico también utiliza un sistema de turboalimentación con refrigeración por aire y un nuevo sistema de control especialmente desarrollado para el RPD. [5]
RPD URSS/Rusia