Cómo funcionan los motores rotativos

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Los motores rotativos se encuentran en algunos coches deportivos potentes. ¿Querer aprender más? Mira estas imágenes de motores de automóviles. HSW

Un motor rotativo es un motor de combustión interna, como el motor de su automóvil, pero funciona de una manera completamente diferente al motor de pistón convencional..

En un motor de pistón, el mismo volumen de espacio (el cilindro) realiza alternativamente cuatro trabajos diferentes: admisión, compresión, combustión y escape. Un motor rotativo hace estos mismos cuatro trabajos, pero cada uno ocurre en su propia parte de la carcasa. Es como tener un cilindro dedicado para cada uno de los cuatro trabajos, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro..

El motor rotativo (originalmente concebido y desarrollado por el Dr. Felix Wankel) a veces se denomina Motor Wankel, o Motor rotativo Wankel.

En este artículo, aprenderemos cómo funciona un motor rotativo. Comencemos con los principios básicos en acción..-

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Contenido
  1. Principios de un motor rotativo
  2. Las partes de un motor rotativo
  3. Conjunto de motor rotativo
  4. Potencia del motor rotativo
  5. Diferencias y desafíos
El rotor y la carcasa de un motor rotativo de un Mazda RX-7: estas piezas reemplazan los pistones, cilindros, válvulas, bielas y árboles de levas que se encuentran en los motores de pistón..

Como un motor de pistón, el motor rotativo utiliza la presión creada cuando se quema una combinación de aire y combustible. En un motor de pistón, esa presión está contenida en los cilindros y obliga a los pistones a moverse hacia adelante y hacia atrás. Las bielas y el cigüeñal convierten el movimiento alternativo de los pistones en un movimiento de rotación que se puede utilizar para impulsar un automóvil..

En un motor rotativo, la presión de combustión está contenida en una cámara formada por parte de la carcasa y sellada por una cara del rotor triangular, que es lo que utiliza el motor en lugar de pistones..

El rotor sigue un camino que parece algo que crearías con un espirógrafo. Este camino mantiene cada uno de los tres picos del rotor en contacto con la carcasa, creando tres volúmenes separados de gas. A medida que el rotor se mueve alrededor de la cámara, cada uno de los tres volúmenes de gas se expande y contrae alternativamente. Es esta expansión y contracción lo que atrae aire y combustible al motor, lo comprime y genera energía útil a medida que los gases se expanden, y luego expulsa el escape..

Echaremos un vistazo al interior de un motor rotativo para comprobar las piezas, pero primero echemos un vistazo a un nuevo modelo de automóvil con un motor rotativo completamente nuevo..

-Mazda RX-8

-Mazda ha sido un pionero en el desarrollo de automóviles de producción que utilizan motores rotativos. El RX-7, que salió a la venta en 1978, fue probablemente el automóvil con motor rotativo de mayor éxito. Pero fue precedido por una serie de automóviles, camiones e incluso autobuses con motor rotativo, comenzando con el Cosmo Sport de 1967. El último año que se vendió el RX-7 en los Estados Unidos fue en 1995, pero el motor rotativo está listo para regresar en un futuro cercano..

El Mazda RX-8, un automóvil nuevo de Mazda, tiene un motor rotativo nuevo y galardonado llamado RENESIS. Nombrado Motor Internacional del Año 2003, este motor de dos rotores de aspiración natural producirá aproximadamente 250 caballos de fuerza. Para obtener más información, visite el sitio web de Mazda RX-8.

-Un motor rotativo tiene un sistema de encendido y un sistema de suministro de combustible que son similares a los de los motores de pistón. Si nunca ha visto el interior de un motor rotativo, esté preparado para una sorpresa, porque no reconocerá mucho.

Rotor

El rotor tiene tres caras convexas, cada una de las cuales actúa como un pistón. Cada cara del rotor tiene un bolsillo, lo que aumenta el desplazamiento del motor, lo que permite más espacio para la mezcla de aire / combustible..

En el vértice de cada cara hay una cuchilla de metal que forma un sello con el exterior de la cámara de combustión. También hay anillos de metal a cada lado del rotor que sellan los lados de la cámara de combustión..

El rotor tiene un juego de dientes de engranaje internos cortados en el centro de un lado. Estos dientes se acoplan a un engranaje que se fija a la carcasa. Este acoplamiento de engranajes determina la ruta y la dirección que toma el rotor a través de la carcasa..

Alojamiento

La carcasa tiene una forma aproximadamente ovalada (en realidad es una epitrocoide -- echa un vistazo a esta demostración de Java de cómo se deriva la forma). La forma de la cámara de combustión está diseñada para que las tres puntas del rotor permanezcan siempre en contacto con la pared de la cámara, formando tres volúmenes sellados de gas..

Cada parte de la carcasa está dedicada a una parte del proceso de combustión. Las cuatro secciones son:

  • Consumo
  • Compresión
  • Combustión
  • Cansada

Los puertos de admisión y escape están ubicados en la carcasa. No hay válvulas en estos puertos. El puerto de escape se conecta directamente al escape y el puerto de admisión se conecta directamente al acelerador.

El eje de salida (tenga en cuenta los lóbulos excéntricos).

Eje de salida

El eje de salida tiene lóbulos redondos montados excéntricamente, lo que significa que están desplazados de la línea central del eje. Cada rotor encaja sobre uno de estos lóbulos. El lóbulo actúa como el cigüeñal de un motor de pistón. A medida que el rotor sigue su camino alrededor de la carcasa, empuja los lóbulos. Dado que los lóbulos están montados excéntricos al eje de salida, la fuerza que el rotor aplica a los lóbulos crea un par en el eje, lo que hace que gire..

Ahora echemos un vistazo a cómo se ensamblan estas piezas y cómo producen energía..

-Un motor rotativo se ensambla en capas. El motor de dos rotores que desmontamos tiene cinco capas principales que se mantienen unidas por un anillo de pernos largos. El refrigerante fluye a través de los pasillos que rodean todas las piezas..

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Las dos capas finales contienen los sellos y cojinetes para el eje de salida. También sellan las dos secciones de la carcasa que contienen los rotores. Las superficies internas de estas piezas son muy lisas, lo que ayuda a que los sellos del rotor hagan su trabajo. Un puerto de entrada se encuentra en cada una de estas piezas terminales..

La parte de la carcasa del rotor que contiene los rotores. (Tenga en cuenta la ubicación del puerto de escape).

La siguiente capa desde el exterior es la carcasa del rotor de forma ovalada, que contiene los puertos de escape. Esta es la parte de la carcasa que contiene el rotor..

La pieza central contiene dos puertos de entrada, uno para cada rotor. También separa los dos rotores, por lo que sus superficies exteriores son muy lisas.

La pieza central contiene otro puerto de entrada para cada rotor..

En el centro de cada rotor hay un engranaje interno grande que gira alrededor de un engranaje más pequeño que se fija a la carcasa del motor. Esto es lo que determina la órbita del rotor. El rotor también se monta en el gran lóbulo circular del eje de salida..

A continuación, veremos cómo el motor genera energía..

Los motores rotativos utilizan el ciclo de combustión de cuatro tiempos, que es el mismo ciclo que utilizan los motores de pistón de cuatro tiempos. Pero en un motor rotativo, esto se logra de una manera completamente diferente..

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Si observa con atención, verá que el lóbulo de compensación en el eje de salida gira tres veces por cada revolución completa del rotor..

El corazón de un motor rotativo es el rotor. Esto es aproximadamente el equivalente a los pistones en un motor de pistones. El rotor está montado sobre un gran lóbulo circular en el eje de salida. Este lóbulo está desplazado de la línea central del eje y actúa como la manivela de un cabrestante, lo que le da al rotor la palanca que necesita para girar el eje de salida. A medida que el rotor orbita dentro de la carcasa, empuja el lóbulo en círculos cerrados, girando tres veces por cada revolución del rotor.

A medida que el rotor se mueve a través de la carcasa, las tres cámaras creadas por el rotor cambian de tamaño. Este cambio de tamaño produce una acción de bombeo. Repasemos cada uno de los cuatro tiempos del motor mirando una cara del rotor.

Consumo

La fase de admisión del ciclo comienza cuando la punta del rotor pasa por el puerto de admisión. En el momento en que el puerto de entrada está expuesto a la cámara, el volumen de esa cámara está cerca de su mínimo. A medida que el rotor pasa por el puerto de admisión, el volumen de la cámara se expande, atrayendo la mezcla de aire / combustible hacia la cámara.

Cuando el pico del rotor pasa por el puerto de admisión, esa cámara se sella y comienza la compresión..

Compresión

A medida que el rotor continúa su movimiento alrededor de la carcasa, el volumen de la cámara se hace más pequeño y la mezcla de aire / combustible se comprime. Para cuando la cara del rotor ha dado la vuelta a las bujías, el volumen de la cámara vuelve a estar cerca de su mínimo. Aquí es cuando comienza la combustión.

Combustión

La mayoría de los motores rotativos tienen dos bujías. La cámara de combustión es larga, por lo que la llama se propagaría demasiado lentamente si solo hubiera un enchufe. Cuando las bujías encienden la mezcla de aire / combustible, la presión aumenta rápidamente, lo que obliga al rotor a moverse..

La presión de combustión obliga al rotor a moverse en la dirección que hace que la cámara aumente de volumen. Los gases de combustión continúan expandiéndose, moviendo el rotor y creando energía, hasta que el pico del rotor pasa por el puerto de escape..

Cansada

Una vez que el pico del rotor pasa por el puerto de escape, los gases de combustión a alta presión pueden fluir libremente por el escape. A medida que el rotor continúa moviéndose, la cámara comienza a contraerse, obligando al escape restante a salir del puerto. Cuando el volumen de la cámara se acerca a su mínimo, el pico del rotor pasa por el puerto de entrada y el ciclo completo comienza de nuevo..

Lo bueno del motor rotativo es que cada una de las tres caras del rotor siempre está trabajando en una parte del ciclo: en una revolución completa del rotor, habrá tres carreras de combustión. Pero recuerde, el eje de salida gira tres veces por cada revolución completa del rotor, lo que significa que hay una carrera de combustión por cada revolución del eje de salida..

-Hay varias características definitorias que diferencian un motor rotativo de un motor de pistón típico..

Menos piezas móviles

El motor rotativo tiene muchas menos partes móviles que un motor de pistón de cuatro tiempos comparable. Un motor rotativo de dos rotores tiene tres partes móviles principales: los dos rotores y el eje de salida. Incluso el motor de pistón de cuatro cilindros más simple tiene al menos 40 partes móviles, incluidos pistones, bielas, árbol de levas, válvulas, resortes de válvula, balancines, correa de distribución, engranajes de distribución y cigüeñal..

Esta minimización de las partes móviles puede traducirse en una mayor confiabilidad de un motor rotativo. Es por eso que algunos fabricantes de aviones (incluido el fabricante de Skycar) prefieren los motores rotativos a los motores de pistón..

Más suave

Todas las piezas de un motor rotativo giran continuamente en una dirección, en lugar de cambiar de dirección violentamente como lo hacen los pistones de un motor convencional. Los motores rotativos están equilibrados internamente con contrapesos giratorios que se escalonan para cancelar cualquier vibración..

La entrega de potencia en un motor rotativo también es más suave. Debido a que cada evento de combustión dura 90 grados de rotación del rotor y el eje de salida gira tres revoluciones por cada revolución del rotor, cada evento de combustión dura 270 grados de rotación del eje de salida. Esto significa que un motor de un solo rotor proporciona potencia durante las tres cuartas partes de cada revolución del eje de salida. Compare esto con un motor de pistón de un solo cilindro, en el que la combustión se produce durante 180 grados de cada dos revoluciones, o solo un cuarto de cada revolución del cigüeñal (el eje de salida de un motor de pistón).

Más lento

Dado que los rotores giran a un tercio de la velocidad del eje de salida, las principales partes móviles del motor se mueven más lentamente que las partes de un motor de pistón. Esto también ayuda con la confiabilidad.

Desafíos

Existen algunos desafíos en el diseño de un motor rotativo:

  • Por lo general, es más difícil (pero no imposible) hacer que un motor rotativo cumpla con las regulaciones de emisiones de EE. UU..
  • Los costos de fabricación pueden ser más altos, principalmente porque la cantidad de estos motores producidos no es tan alta como la cantidad de motores de pistón..
  • Por lo general, consumen más combustible que un motor de pistón porque la eficiencia termodinámica del motor se reduce por la forma larga de la cámara de combustión y la baja relación de compresión..

Para obtener más información sobre motores rotativos y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.

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