Durante décadas, el motor de pistón rotativo, en su forma más famosa como motor Wankel, no hizo ningún gran avance. Una nueva variante pretende cambiar eso.
El NSU Spider fue uno de los primeros autos con motor Wankel.
El motor con pistones giratorios ha sido un tema candente en la industria automotriz desde 1957 como el llamado motor Wankel. A diferencia del motor Otto con pistones que se mueven hacia arriba y hacia abajo, uno o más pistones giratorios giran en una carcasa en el Wankel. Las únicas otras partes móviles son un eje.
El pistón rotativo con las cámaras de combustión integradas controla el gas. Por lo tanto, no son necesarias ni válvulas ni árbol de levas. Y dado que la energía de la combustión se convierte directamente en un movimiento giratorio, no es necesario el movimiento de subida y bajada de los pistones, como ocurre con un motor de gasolina. El motor de pistón rotativo se puede equilibrar completamente para que funcione casi sin vibraciones. El motor Otto, también conocido como motor alternativo, siempre vibra.
Pero el motor Wankel tiene una cámara de combustión de forma desfavorable y muchas superficies disipadoras de calor, por lo que tiene una eficiencia térmica más baja en comparación con el motor alternativo. Además, las superficies de sellado del motor Wankel son considerablemente más largas que en el motor alternativo y conducen a mayores pérdidas de presión.
Por estas razones, el consumo de combustible del motor Wankel es mayor que el del motor Otto. El comportamiento de escape del motor de pistón rotativo también es problemático. Debido a la forma desfavorable de la cámara de combustión y la combustión incompleta resultante, emite una cantidad comparativamente grande de contaminantes, sobre todo hidrocarburos no quemados y monóxido de carbono (CO). Debido a las temperaturas de combustión más bajas, las emisiones de óxido de nitrógeno (NOX) por otro lado, significativamente menor.
Larga y colorida historia de desarrollo.
Aunque James Watt ya estaba trabajando en motores de vapor de pistón rotativo a fines del siglo XVIII, fue Felix Wankel quien desarrolló por primera vez un motor de pistón rotativo en funcionamiento junto con el entonces fabricante de automóviles NSU en la década de 1930.
Wankel luego estableció su propio taller de investigación y pruebas en Lindau. La Felix-Wankel-Haus, ubicada directamente en el lago de Constanza, fue adquirida recientemente por la empresa de desarrollo austriaca Obrist Engineering. Hoy sirve como un centro de desarrollo para unidades híbridas en serie eficientes con pequeños motores de combustión interna, que algún día funcionarán con combustibles electrónicos.
La empresa Obrist se hizo cargo de la casa Wankel y hoy se encarga de los accionamientos eficientes allí.
Como joven ingeniero en Felix Wankel en Lindau, el fundador y director general de la empresa, Frank Obrist, fue testigo de los avances y retrocesos del motor rotativo.
En julio de 1958, el motor rotativo 57P desarrollado por NSU funcionó por primera vez, una variante más simple pero más confiable del motor rotativo desarrollado por Wankel. Dos años más tarde, el NSU Prinz fue el primer automóvil con motor Wankel en salir a la carretera.
Después de NSU, Mazda, Daimler-Benz, MAN, Alfa Romeo, Rolls-Royce, Nissan, General Motors, Suzuki, Toyota y Ford también se unieron a los licenciatarios en los años siguientes. Los primeros automóviles producidos en masa con motor de pistón rotativo incluyen el NSU Spider, el Mazda 110 S Cosmo Sport y el vanguardista NSU Ro 80, que se fabricó entre 1967 y 1977.
Félix Wankel (1902-1988).
El sedán Ro 80, que era muy progresista en ese momento, todavía tiene una gran base de fanáticos en la actualidad, y los fanáticos de este modelo ahora se divierten un poco por la cantidad de fallas importantes en el motor.
Mazda se mantiene en la pelota
A partir de la década de 1970, solo Mazda siguió utilizando el motor Wankel. Con los modelos R100, R130, RX-2, RX-3, RX-4 y RX-8 se crearon vehículos deportivos compactos, ya que el motor Wankel es particularmente plano y permite un capó sin grandes abultamientos. En 2012, los japoneses se despidieron de la producción en serie del motor de pistones rotativos porque consumía más gasolina que el motor de gasolina.
En los últimos años de producción, el biplaza Wankel también funcionó con hidrógeno de forma experimental. Dominar la historia de Mazda Wankel es el éxito en las 24 Horas de Le Mans en 1991, cuando el Mazda 787B con un motor Wankel de 4 rotores cruzó la línea de meta como ganador.
Sorprendentemente, el tiempo posterior a la interrupción de la producción en 2012 resultó ser nada más que un sueño, ya que la máquina de pistón rotativo volvió a la vida recientemente. Es bastante eficiente a velocidades uniformes.
Por lo tanto, el motor es muy adecuado como generador. Mazda lo utiliza como un motor rotativo de 1 rotor con una cilindrada de 0,83 litros y una potencia de 55 kW (74 hp) como extensor de rango. Esto se utiliza en el sistema de propulsión híbrido en serie del nuevo Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV, que se espera que llegue a las carreteras de Suiza a finales de este año.
Comparación de dos autos Wankel: el NSU Ro 80 a la derecha, el Mazda RX-8 a la izquierda.
La eficiencia del nuevo motor Wankel se ha incrementado a través de la inyección directa, sellos mejorados y un revestimiento optimizado para la fricción de la superficie dentro de la carcasa; gases de escape limpiados por un sistema de recirculación de gases de escape.
Fabricantes como Citroën con los modelos M35 y GS Birotor, Mercedes con el deportivo C 111 y Chevrolet con los prototipos XP-895 y XP-897 se quedaron con series pequeñas o ni siquiera dieron el paso a la producción en serie porque el motor Wankel era apareció demasiado caro para los fabricantes y en ese momento tenía una eficiencia insatisfactoria.
Los desarrollos Wankel de Nissan y Skoda, así como Trabant y Wartburg, también quedaron en nada. Incluso motocicletas, barcos y aviones pequeños recibieron motores Wankel experimentales en la década de 1970, sin ningún efecto duradero.
El Wankel inverso
Con la pequeña unidad XTS-210 del fabricante estadounidense Liquid Piston, ahora aparece en el escenario una construcción similar al motor Wankel. Significativos para el nuevo diseño, conocido como X-Engine, son los requisitos de espacio, que se reducen en aproximadamente una quinta parte en comparación con un motor diésel con un rendimiento comparable, y el peso mucho menor.
La empresa de ingeniería con sede en Bloomfield, Connecticut, anunció a principios de abril que su nuevo motor XTS-210, basado en un acuerdo con el Ejército de EE. UU., ya está listo para la producción en serie.
El motor de dos tiempos sobrealimentado y refrigerado por líquido tiene una cilindrada de solo 0,21 litros y entrega 26 CV y un par máximo de 28,4 Nm. El pistón giratorio de forma especial con puertos de admisión y escape integrados permite seis ciclos de combustión por revolución, lo que debería conducir a un funcionamiento con muy pocas vibraciones.
Comparado con el motor Wankel (derecha), el motor X ofrece ventajas en términos de sellado, refrigeración y lubricación, así como en eficiencia y emisiones contaminantes.
Debido a su bajo peso, el motor es especialmente adecuado para vehículos pequeños o para dispositivos móviles. Además, gracias a su resistencia a la torsión, puede girar hasta unas 7000 rpm. también se combinan bien con una máquina eléctrica como generador para formar un sistema híbrido. Puede funcionar tanto como motor de gasolina como diésel. El queroseno, el gas licuado y el hidrógeno también son posibles combustibles.
El pequeño motor podría servir como unidad de potencia auxiliar para una amplia variedad de vehículos y aeronaves. El plan es inicialmente suministrar al Ejército de los EE. UU. un motor prototipo el próximo año, probablemente como un motor de cuatro tiempos de aspiración natural con potencias entre 5 y 40 hp.
El cofundador y director ejecutivo de Liquid Piston, Alec Shkolnik, explica la diferencia con el conocido motor Wankel: “El Wankel tiene un rotor triangular y una carcasa en forma de maní. Tenemos un rotor en forma de maní y una carcasa de tres lóbulos».
Otra diferencia: el motor Wankel tiene una cámara de combustión larga y móvil, mientras que el motor de pistón líquido tiene una cámara de combustión fija. “Por lo tanto, podemos trabajar con mayor compresión e inyectar el combustible directamente. Estas son básicamente dos ventajas típicas del diésel y también de la eficiencia.»
Como otra diferencia importante, Shkolnik nombra las tiras de sellado, que están montadas en la carcasa del motor X y giran a alta velocidad en el pistón giratorio del motor Wankel, es decir, son particularmente difíciles de controlar en términos de sellado y lubricación.
Con estas importantes diferencias de diseño, también se han eliminado las áreas problemáticas centrales del motor de pistón rotativo Wankel. Pero el motor de pistón líquido no es un desarrollo a corto plazo. La compañía ha estado trabajando en esto durante unos veinte años. Los primeros prototipos se incorporaron en karts y pequeñas máquinas voladoras para realizar pruebas, con potencias de hasta 70 hp.
En los círculos de ingeniería, a menudo se criticaba la falta de avance del motor Wankel. Sin embargo, como extensor de alcance con requisitos de rendimiento constantes, ahora parece haber encontrado su verdadera vocación.