miniaturadeimagen|Motor Wankel en el Deutsches Museum en Múnich (Alemania)
El motor Wankel (también conocido como motor rotativo) es un tipo de motor de combustión interna, ideado por Félix Wankel, y convertido en algo práctico por Walter Froede; que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores alternativos.
Wankel concibió su motor rotativo en 1924 y obtuvo la patente en 1926 (CA360492; FR1133762; FR1166192; FR888513). Durante los años 1940 se dedicó a mejorar el diseño, y también ideó un motor para torpedo con válvulas rotativas en cabeza, Jumo KM 8. En los años 1950 y los 1960 se hicieron grandes esfuerzos en desarrollar los motores rotativos Wankel. Eran especialmente interesantes por funcionar de forma suave y silenciosa, y con escasas averías, gracias a la simplicidad de su diseño.
Funcionamiento miniaturadeimagen|Animación de un motor Wankel
miniaturadeimagen|Elementos de un motor Wankel 1. Lumbrera de admisión 2. Lumbrera de escape 3. Trocoide (estator) 4. Cámaras 5. Piñón 6. rotor 7. Corona 8. Eje excéntrico (cigüeñal) 9. Bujías
Un motor rotativo o Wankel es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente a los motores alternativos.
Es un motor rotativo de cuatro tiempos, pero en zonas distintas del estator o bloque, con el pistón moviéndose sin detenciones de un tiempo a otro. Más concretamente, la envolvente es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un rotor triangular o triángulo-lobular que realiza un giro de centro variable (rotor excéntrico). Este pistón transmite su movimiento rotatorio a un eje cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único.
Al igual que un motor de pistones, el rotativo utiliza la presión producida por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una parte de la envolvente o estator y cerrada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motor reemplaza a los pistones. Estos motores, en su mayoría, desarrollan una mayor potencia que los cilíndricos debido a una mayor compresión aero-explosiva, por ejemplo un 2 rotores equivale en potencia a un 6 cilindros de motor convencional.
El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el "estator" o "epitrocoide", delimitando así tres compartimentos separados de mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expande y contrae alternativamente; es esta expansión-contracción la que aspira el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energía expansiva y luego expulsa los gases quemados hacia el escape. Motores Rotativos - Tipologías Y Combustibles Alternativos . Universidad Politécnica de Cataluña. Consultado el 2011-03-01
Ventajas e inconvenientes
Ventajas Menos piezas móviles: el motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor convencional, tan solo cuatro piezas: bloque, rotor (que a su vez está formado por segmentos y regletas), árbol motor y sistema de refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón). Esto contribuye a una mayor fiabilidad. Suavidad de marcha: todos los componentes de un motor rotativo giran en el mismo sentido, 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 tres vueltas del eje, cada combustión dura 270° de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta; se compara con un motor monocilíndrico, en el que cada combustión transcurre durante 180° de cada dos revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta del cigüeñal: se produce una combustión cada 120° del rotor y 360° del eje. Un motor Wankel de dos rotores equivale en uniformidad de par a un motor de seis cilindros alternativo. Menor velocidad de rotación: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje y al tocar el estator, las piezas principales del motor se mueven más lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad. Una vez resueltos los problemas iniciales para la elección de los materiales más adecuados, los segmentos siempre están en movimiento respecto a las partes fijas, no hay puntos muertos como en los motores alternativos. Precisamente los mayores desgastes se producen en esos puntos muertos, donde al no haber velocidad relativa de una pieza respecto a otra no hay lubricación (ver tribología). 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 motor.
Inconvenientes Emisiones: es más complicado (aunque no imposible) ajustarse a las normas de emisiones contaminantes, ya que trabaja igual que un motor de dos tiempos, consumiendo aire, combustible y aceite. Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta más complejo por la dificultad en encontrar personal con formación adecuada en este tipo de motor. Consumo: la eficiencia termodinámica (relación energía disponible en el combustible / potencia efectiva) se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión, con una alta relación superficie/volumen. Difícil estanqueidad: resulta muy difícil aislar cada una de las tres secciones del rotor, que deben ser estancas unas respecto a otras para un buen funcionamiento. Además, en los primeros modelos se hacía necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada seis años aproximadamente, por su desgaste, que puede reducirse manteniendo una pequeña proporción de aceite mezclado directamente en el combustible +1%, las bombas fallan, con lubricantes sólidos tipo MoS2, y redondeando las aristas de las lumbreras y huecos de las bujías, para evitar choques bruscos entre los segmentos de estanqueidad y el estator. Sincronización: la sincronización de los distintos componentes del motor debe ser muy buena para evitar que el encendido de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se encuentre en la posición adecuada. Si el encendido es precoz, empujará en sentido contrario al deseado, pudiendo averiar el motor. Encendido: El número y la situación de las bujías influían en el rendimiento del motor y en su complejidad: han evolucionado a una única bujía por cámara para la mayoría de aplicaciones, como en los motores alternativos, Toyota obtuvo una mejora de 9% en la economía con una bujía de incandescencia y válvulas de láminas en la lumbrera periférica de admisión (SAE paper 790435, T Kohno y col). Mantenimiento: Los segmentos que garantizan la estanqueidad debían cambiarse en plazos determinados debido al desgaste producido por el constante rozamiento de los vértices del rotor con la superficie de revestimiento de la epitrocoide, asunto solucionado desde los años 70. Freno motor El motor rotativo Wankel, como los motores de 2T, tiene menos freno motor que los motores alternativos de 4T, por lo que los vehículos que lo usan precisan unos frenos de mayores dimensiones.
Historia
miniaturadeimagen|225px|El NSU Spider fue el primer coche de producción en el mundo propulsado por un motor rotativo Wankel Hacia 1972 se presentaron algunos prototipos de motocicletas con motor Wankel de dos rotores: la Yamaha RZ-201 (Patente US N.º 396448) y la Kawasaki X-99 (Pat US 3848574), que aunque aseguraron haber resuelto los problemas técnicos planteados, no llegaron a fabricarse en serie. DKW-Hercules tuvo en venta entre 1970 y 1975 una motocicleta, la W-2000, con un motor Sachs KC-27 refrigerado por aire, de un desplazamiento equivalente a 600 cc y 27 CV. En Gran Bretaña, David W. Garside -SAE paper 821068- desarrolló a partir del motor de esa DKW un motor Wankel de dos rotores para motocicletas, en versiones con refrigeración por aire y por líquido, los rotores iban refrigerados por la mezcla que llegaba a la admisión, que fueron instalados en la Norton Commander, Norton Classic, y la Norton Interpol; Suzuki también fabricó una moto con motor Wankel, la RE-5. John Deere Inc., en EE.UU., invirtió un gran esfuerzo de investigación en motores rotativos y diseñó una versión multirotor que era capaz de usar varios tipos de combustible sin tener que cambiar el motor. El diseño fue propuesto como sistema motor para varios vehículos de combate de la Marina estadounidense en los últimos años de la década de 1980.
Ingersoll-Rand fabricó y vendió durante más de diez años un motor para usos industriales que quemaba gas, con un desplazamiento de 41 litros, 1000 CV y un solo rotor. Curtiss-Wright ha fabricado diversos prototipos de motor para automoción y aviación general, en ésta tendrían la ventaja del menor peso, ausencia de vibraciones y una mejor pauta de funcionamiento en caso de averías, que nunca serían instantáneas, totales y catastróficas como en un motor convencional de pistones alternativos, suministrando el Wankel algo de potencia durante un tiempo, lo que permite buscar una zona de aterrizaje más segura. Rolls-Royce (D W Garside) desarrolló un motor de encendido por compresión (Diesel), con etapas de compresión y combustión independientes. Graupner vendió un mini-motor para aeromodelos de 4'5 cc.
La japonesa Yanmar Diesel fabricó varios motores pequeños, incluso una motosierra Wankel, Sachs fabricó en serie varios motores refrigerados por aire y mezcla, uno de ellos equipó una motosierra, y otro una segadora de césped francesa: Outils Wolf Rotondor, que para reducir costes no llevaba segmentos en la parte inferior del rotor, que iba en posición horizontal. También Kawasaki patentó un motor con refrigeración por mezcla aire-combustible (Pat US 3991722), y un procedimiento para mejorar la combustión y con ello el consumo y la emisión de contaminantes (Pat. U.S. 3848574) y presentó un prototipo de motocicleta con un motor bi-rotor, la Kawasaki X-99, que no llegó a entrar en producción, como tampoco lo hizo un modelo similar de Yamaha, la RZ-201. La línea de rotativos para aviones ligeros desarrollados a partir de los modelos de Norton, fabricados con la marca Mid-West Aeroengines, pasó a la austriaca Diamond Engines, después Austro Engines; hoy Aixro ofrece un monorotor de 294 cc por cámara, basado en el mismo diseño de Sachs, para una potencia continua de 40 CV, destinado a aviación ultraligera.
Tras un uso ocasional en automóviles, por ejemplo NSU con sus modelos Spider y Ro 80The Wankel Engine History. Consultado el 2011-03-01 (en inglés) y el prototipo Audi 200, que hacia 1975 montaba en una carrocería de Audi 100 un motor Wankel KKM 871, con 3.000 cc, admisión por lumbreras laterales, 170 CV a 6500 rpm y un par motor de 220 Nm a 3500 rpm, 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 lograrlo en el mismo diseño el de las emisiones en los gases de escape, o Mercedes-Benz (véase el prototipo Mercedes-Benz C111); la compañía japonesa Mazda ha sido la que ha hecho un mayor uso de motores Wankel en automóviles. En China, el profesor Teluan Chen estuvo al frente de una amplia línea de investigación en motores Wankel, obteniendo resultados valiosos.