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El motor rotativo, o mejor dicho Wankel, ya que en la categoría de rotativos podemos meter otros tipos, tiene una gran legión de seguidores, sobre todo gracias a aquel mítico Mazda RX-7, aunque a día de hoy está en desuso en la industria del automóvil. Con estas líneas pretendemos explicar su funcionamiento general, sin entrar en tecnicismos, además de las ventajas e inconvenientes que presenta, sin pasar de alto su historia.
Un poco de historia del motor rotativo…
El motor Wankel fue ideado por el ingeniero alemán Felix Heinrich Wankel en 1924, cuando tan solo tenía 22 años. Este primer diseño lo fue perfeccionando de forma que en 1929 obtuvo la primera patente del mismo, pero no sería hasta 1957 cuando construyera el primer prototipo completamente funcional y depurado, momento en el que se encontraba trabajando para NSU Motorenwerke AG, un fabricante alemán de bicicletas, motocicletas y pequeños automóviles.
En el mundo de la motocicleta hubo cierto interés por este motor en la década de los 70, ya que a igualdad de potencia, es más ligero y compacto que uno tradicional (de movimiento alternativo). Así, Yamaha y Kawasaki trabajaron para desarrollar motocicletas de producción movidas por un Wankel, asegurando que llegaron a resolver varios de los problemas técnicos iniciales, pero nunca vieron la luz los prototipos que presentaron. Sin embargo, Sachs sí que tuvo un éxito relativo con su motor KC-27, de 600 cc (cilindrada equivalente) y 27 cv, que fue comercializado en la DKW-Hercules W-2000 entre 1970 y 1975, y posteriormente evolucionado por el ingeniero David W. Garside para ser montado en varias motocicletas Norton.
Pero también han existido aplicaciones “más extremas” de un motor Wankel, como el fabricado por Ingersoll-Roll de 41 litros y 1.000 cv, el patentado por la mismísima Rolls-Royce de encendido por compresión, o los minúsculos Graupner 4,5 cc para aeromodelismo. De hecho, a día de hoy las principales aplicaciones del motor Wankel las encontramos en productos ligeros, como karts, aviones ultraligeros o motoplaneadores.
En cuanto a los fabricantes de coches, los primeros modelos en móntalo fueron los NSU Spider y NSU Ro 80, seguido del Audi 200 KKM, el cual no era más que un Audi 100 equipado con un motor Wankel de 170 cv, sin olvidar los Citroën M35 y GS Birotor; estando todos estos coches motorizados por NSU. Fuera de NSU, General Motors viendo el potencial que podrían tener estos motores invirtió un gran esfuerzo en desarrollarlos, logrando resolver el problema del consumo elevado, pero no el de los gases de escape. Por su parte, Mercedes-Benz también coqueteó con el tema en el prototipo Mercedes C111.
Pero hablar de motores rotativos en coches es sinónimo de hablar de Mazda, que desde 1970 empezó a comercializar una gama de utilitarios equipados con este tipo de motor, peor que debieron abandonar debido a la tendencia del mercado y la industria hacia una reducción del consumo y las emisiones. Sin embargo, Mazda no se dio por vencida, empleándolos en su gama de deportivos, como en las distintas generaciones del RX-7, o en su sucesor, el RX-8. De hecho, en 1991 Mazda ganó las 24 horas de Le Mans con su prototipo el 787B.
Funcionamiento del motor rotativo
El motor Wankel está formado por un estator, el cual posee una cavidad interior en formada de ocho tumbado, pero muy amplio, casi elíptico, y cerrado por ambas caras. Podríamos decir que el estator equivale al cilindro de un motor convencional. En su interior se encuentra el rotor (que sería el equivalente a los pistones), con forma triangular, el cual tiene tallado en su interior unos dientes de engranaje, además del eje motor, en cuyo extremo hay otro engranaje tres veces más pequeño que el del rotor. De esta forma se consigue que el rotor se mueva excéntrico al eje motor (que está situado en el centro del estator), y que por cada vuelta del estator, eje motor de tres vueltas.
Al girar excéntricamente el rotor, cada uno de los vértices del triángulo describen una curva (llamada hipotrocoide) que coincide con la pared interior del estator. De hecho, en cada vértice hay unos segmentos, consiguiéndose así tres espacios o lóbulos (teóricamente herméticos unos de otros) que aumentan y disminuyen su volumen dos veces por vuelta. En el estator, se localiza la lumbrera de escape (L.E.) (a las once), la lumbrera de admisión (L.A.) (a las una) y la bujía (B) (a las siete).
De esta forma, cuando el vértice 1 supera la L.A. comienza la admisión, que termina cuando el vértice 2 llega a la L.A., aumentando en todo este recorrido el volumen del lóbulo en cuestión. A continuación el lóbulo comienza a comprimirse, de forma que cuando el primer vértice está situado sobre las ocho se alcanza el mínimo volumen y salta la chispa, dando lugar entonces al tiempo de expansión y aumento del volumen del lóbulo. Finalmente, cuando el vértice 1 supera la L.E. comienza el tiempo de escape, saliendo los gases a medida que el rotor gira y disminuye el volumen del lóbulo.
Problemática del motor rotativo
Este tipo de motores presenta principalmente tres problemas técnicos o dificultades. La primera de ellas y más importante es la lubricación, puesto que cada zona del rotor está rozando continuamente con el estátor, siendo el juego de los segmentos menor que en el de los motores alternativos, además de que la fuerza centrífuga que actúa sobre ellos (al girar el rotor de una manera circular los segmentos tiende a alejarse de él, es la misma fuerza que puedes experimentar, por ejemplo, al tomar una curva o subirte en un tiovivo) incrementa ese efecto. Por tanto, en los primeros motores se añadía aceite a la gasolina en una proporción del 1-2 %, que posteriormente se pasó a una inyección del mismo automática dentro del motor, para así asegurar la lubricación. Por lo tanto, es normal que un motor rotativo consuma aceite, de hecho, debe consumirlo.
En cuanto al tipo de aceite, en teoría se recomienda uno mineral, puesto que los sintéticos tienen compuestos que al combustionar dejan residuos en el interior del motor. De hecho, esta es la postura oficial de Mazda. Sin embargo, el aceite de referencia en el mundillo, el Indemitsu Rotary Engie Oil es de tipo sintético, aunque es de presuponer que ya han solucionado la problemática planteada.
El siguiente contratiempo son las elevadas temperaturas en la zona de escape, ocurriendo siempre la explosión y escape en la parte izquierda del estátor, y no en lugares alternativos como sucede en un motor convencional. Además, un motor Wankel, a igualdad de potencia, tiene un diseño mucho más compacto, por lo que la “misma cantidad de calor” debe ser absorbida por “menos material”. Para solucionar este problema, el estátor se fabrica con una serie de conducciones interiores por donde circula refrigerante, y el rotor se refrigera mediante aceite. Así, el sistema de refrigeración sobre todo el radiador, suele ser llamativo por sus dimensiones en comparación con las de propio motor.
Por último, se da una situación similar al cruce de válvulas de un motor alternativo, en la que la lumbrera de admisión y escape permanecen demasiado tiempo abiertas a la vez, intercomunicándose. Sin embargo, en los motores Wankel este “cruce de válvulas” carece de sentido, a diferencia de los de pistones, por lo que se evita colocando la lumbrera de admisión lateralmente.
Ventajas e inconvenientes del motor Wankel
Las principales ventajas que presentan este tipo de motores son:
• Menor número de piezas. Son motores con un menor número de piezas, tanto en total como móviles, los que una producción en serie masiva resulta mucho más económica, además de tener una mayor sencillez mecánica.
• Más ligeros y compactos. Como resultado de tener menos piezas, y por su propio diseño, son motores mucho más pequeños y livianos a igualdad de potencia. Así, es más fácil instalarlo en cualquier tipo de vehículo, además de poder conseguir un mejor reparto de masas y del momento podar de inercia al jugar con su posición.
• Mayor suavidad de funcionamiento. Estos motores, por su construcción y equilibrado (mediante unas contrapesas en el eje motor), apenas provocan vibraciones (en ellos el propio movimiento que se produce es rotativo, no existe la necesidad de convertir el movimiento lineal del pistón en el rotativo del cigüeñal), además de que tampoco dan tirones ni se suelen presentar los problemas de detonaciones ni autoencendido. De hecho, trabajan con una relación de compresión comprendida entre 8 y 9,5 (la de consumo mínimo), por lo que sería perfectamente viable que utilizaran gasolina de bajo octanaje (sobre los 85), la cual sería mucho más económica.
Pero también poseen varios inconvenientes, entre los que destacan:
• Mayores consumos y emisiones. Por un lado, estos motores tienen un mayor consumo de combustible, y por otro, al quemar aceite como si de un 2T se tratase, debido a la necesidad de lubricación en el contacto rotor-estátor, las emisiones son más contaminantes.
• Menor freno motor. Al igual que sucede con los motores de 2T frente a los 4T, tienen un menor freno motor, por lo que se debe recurrir más a la acción del freno de servicio.
• Mantenimiento. Estos motores, al no estar muy difundidos, es más difícil encontrar especialistas para realizar tareas de mantenimiento o reparaciones.
¿Cuál es la cilindrada de un motor Wankel?
En alguna que otra ocasión habrás escuchado eso de este motor rotativo de 600 cc equivale a un 1.800, pero, ¿qué es esto de las equivalencias?. Pues bien, tanto NSU (el primer fabricante del Wankel, y para quien trabajaba su inventor) como Mercedes, consideran que la cilindrada del Wankel es el volumen de uno de sus lóbulos, el cual es el volumen máximo menos el mínimo.
Sin embargo, la definición técnica de cilindrada es el volumen de gases frescos que entra en el motor en la realización de un ciclo. Así, el Wankel, para realizar un ciclo requiere una vuelta completa de su rotor, por lo que se ha introducido tres veces aire (recuerda que posee tres lóbulos). Así pues, su cilindrada es el triple. De hecho, como por cada vuelta del eje motor se da una explosión (la relación de transmisión del rotor al eje era de 3:1), se puede considerar un motor Wankel monorotor equivalente a un tricilíndrico, por lo que un birotor sería algo así como un seis en línea.
Por tanto, la Comisión Técnica Internacional de la FIA adoptó esta segunda definición como la cilindrada del motor Wankel, así como los diversos gobiernos y administraciones, evitando que tuvieran ventajas deportivas o fiscales respecto a los alternativos de pistones.
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