En motores rotativos de combustión interna
Mazda tiene un deportivo que utiliza esta tecnología.
Introducción a los motores rotativos
Actualmente, los motores de pistón alternativo son muy utilizados en vehículos comerciales. Otro motor muy conocido pero poco utilizado es el motor rotativo de pistón triangular. Los motores rotativos también se conocen como motores de ciclo Miller. Utiliza el movimiento de rotación de un rotor triangular para controlar la compresión y las emisiones, que es muy diferente del movimiento lineal de un motor alternativo de pistón tradicional. Este motor fue inventado por el alemán Figas Wankel. A partir del resumen de los resultados de investigaciones anteriores, se resolvieron algunos problemas técnicos clave y se desarrolló con éxito el primer motor rotativo. El motor general es un motor alternativo. Cuando está trabajando, el pistón realiza un movimiento lineal alternativo en el cilindro. Para convertir el movimiento lineal del pistón en movimiento rotacional, se debe utilizar un mecanismo de biela de manivela. El motor rotativo es diferente. Convierte directamente la fuerza de expansión de la combustión del gas combustible en par motor. En comparación con los motores alternativos, los motores rotativos eliminan el movimiento lineal inútil, por lo que los motores rotativos con la misma potencia son más pequeños, más livianos y tienen menos vibración y ruido, lo que tiene grandes ventajas. La característica de movimiento de un motor rotativo es que cuando el centro del rotor triangular gira alrededor del centro del eje de salida, el propio rotor triangular también gira alrededor de su centro. Cuando el rotor triangular gira, la corona interna centrada en el rotor triangular engrana con el engranaje centrado en el eje de salida. El engranaje está fijo en el cilindro y no gira. el número de engranajes es 3:2. La relación de movimiento anterior hace que la trayectoria de movimiento del vértice triangular del rotor (es decir, la forma de la pared del cilindro) parezca un "8". El rotor triangular divide el cilindro en tres espacios independientes, y cada uno de los tres espacios completa la admisión, la compresión, la potencia y el escape en secuencia. El rotor triangular gira una vez y el motor se enciende y realiza trabajo tres veces. Debido a la relación de movimiento anterior, la velocidad de rotación del eje de salida es tres veces la velocidad de rotación del rotor, lo cual es completamente diferente de la relación de movimiento 1:1 entre el pistón y el cigüeñal de un motor alternativo.
[Editar este párrafo] La historia del desarrollo del motor rotativo
El motor rotativo (motor Wankel) también se llama motor de ciclo Miller. Utiliza el movimiento de rotación de un rotor triangular para controlar la compresión y las emisiones, que es muy diferente del movimiento lineal de un motor alternativo de pistón tradicional. Este motor fue inventado por el alemán Philly Wankel (1902-1988). Sobre la base de los resultados de investigaciones anteriores, se resolvieron algunos problemas técnicos clave y se desarrolló con éxito el primer motor rotativo.
Wankel nació en Alemania en 1902. De 1921 a 1926 trabajó en el departamento de ventas de una editorial científica y tecnológica en Heidelberg. En 1924, Wankel fundó su propia empresa en Heidelberg, donde dedicó gran parte de su tiempo a desarrollar motores rotativos. Del 65438 al 0927 finalmente se superaron una serie de problemas técnicos como la estanqueidad y la lubricación. Durante la Segunda Guerra Mundial, Wankel sirvió en la Luftwaffe.
En 1951, Figas Wankel firmó un contrato con la empresa alemana NSU para desarrollar conjuntamente motores rotativos. El 3 de abril de 1954, NSU desarrolló con éxito el primer motor rotativo y realizó una serie de pruebas con este motor en junio 5438+0958. En 1960, el motor rotativo Wankel se discutió públicamente por primera vez en un simposio de la Sociedad Alemana de Ingenieros. Tres años más tarde, NSU presentó en el Salón del Automóvil de Frankfurt un nuevo modelo equipado con un motor rotativo Wankel. En 1964, NSU y Citroën fundaron la empresa conjunta COMOBIL en Ginebra y el motor rotativo se instaló por primera vez en un automóvil y se convirtió en un producto oficial. En 1967, la japonesa Toyo Industrial Co., Ltd. también instaló un motor rotativo en los automóviles Mazda y comenzó la producción en masa. En ese momento, los conocedores de la industria creían que este motor era compacto, liviano, silencioso y de funcionamiento suave, y tenía el potencial de reemplazar los motores de pistón tradicionales.
Mazda, que siempre ha sido aficionado a las nuevas tecnologías, gastó enormes sumas de dinero para comprar esta tecnología a Wankel. Como se trata de una tecnología de alta tecnología que pocas personas conocen, nadie puede reparar el motor si se avería y consume mucho combustible. Algunos en la industria automovilística han expresado dudas sobre las perspectivas de mercado del motor. Cuando estalló la crisis del petróleo en la década de 1970, los países estaban ocupados lidiando con diversas dificultades y no pudieron desarrollar motores rotativos. Sólo Mazda todavía cree en el potencial de los motores rotativos e investiga y produce motores rotativos de forma independiente, pagando un precio considerable por ello. Poco a poco superaron las deficiencias del motor rotativo, transfirieron con éxito de la producción experimental a la producción comercial y entraron al mercado estadounidense con el automóvil deportivo RX-7 equipado con un motor rotativo, que fue impresionante.
Con la creciente conciencia sobre la protección del medio ambiente global y el agotamiento de los recursos petroleros, la investigación sobre el hidrógeno como fuente de energía se ha convertido en un tema importante. El motor rotativo en el que insistió Mazda en su momento era estructuralmente el más adecuado para quemar hidrógeno y el más "limpio" porque el hidrógeno que se emite tras la combustión es vapor de agua y no contaminará el medio ambiente. Mazda ha modificado el motor rotativo del deportivo RX-7 para que pueda funcionar con hidrógeno. Este motor está instalado en el Mazda HR-X. El tanque de combustible de 1 metro cúbico almacena el equivalente a 43 metros cúbicos de hidrógeno comprimido y puede recorrer 230 kilómetros a una velocidad de 60 kilómetros por hora. Ha llamado la atención de todo el mundo. profesión. Debido a que el motor rotativo es muy diferente del motor tradicional desde la producción y el ensamblaje hasta el mantenimiento y la reparación, el costo de desarrollo es alto.
Además, la potencia, el peso, las emisiones y el consumo de energía de los motores de pistón alternativo han mejorado significativamente en comparación con el pasado, mientras que los motores rotativos no muestran ventajas obvias. Por lo tanto, las principales empresas automovilísticas no tienen entusiasmo por desarrollarlo y utilizarlo, y sólo Mazda se esfuerza por apoyarlo.
Los motores generales son motores alternativos. Cuando está trabajando, el pistón realiza un movimiento lineal alternativo en el cilindro. Para convertir el movimiento lineal del pistón en movimiento rotacional, se debe utilizar un mecanismo de biela de manivela. El motor rotativo es diferente. Convierte directamente la fuerza de expansión de la combustión del gas combustible en par motor. En comparación con los motores alternativos, los motores rotativos eliminan el movimiento lineal inútil, por lo que los motores rotativos con la misma potencia son más pequeños, más livianos y tienen menos vibración y ruido, lo que tiene grandes ventajas.
La característica de movimiento de un motor rotativo es que el centro del rotor triangular gira alrededor del centro del eje de salida, y el propio rotor triangular gira alrededor de su centro. Cuando el rotor triangular gira, la corona dentada interna centrada en el rotor triangular engrana con el engranaje centrado en el eje de salida, y el engranaje se fija en el cuerpo del cilindro y no gira. La relación entre el número de dientes de la corona interna y el número de dientes del engranaje es 3:2. La relación de movimiento anterior hace que la trayectoria de movimiento del vértice del rotor triangular (es decir, la forma de la pared del cilindro) parezca un "8". El rotor triangular divide el cilindro en tres espacios independientes, y cada uno de los tres espacios completa la admisión, la compresión, la potencia y el escape en secuencia. El rotor triangular gira una vez y el motor se enciende y realiza trabajo tres veces. Debido a la relación de movimiento anterior, la velocidad de rotación del eje de salida es tres veces la velocidad de rotación del rotor, lo cual es completamente diferente de la relación de movimiento 1:1 entre el pistón y el cigüeñal de un motor alternativo.
[Editar este párrafo] Principio de funcionamiento del motor rotativo
Los motores generales son motores alternativos. Cuando está trabajando, el pistón realiza un movimiento lineal alternativo en el cilindro. Para convertir el movimiento lineal del pistón en movimiento rotacional, se debe utilizar un mecanismo de biela de manivela. El motor rotativo es diferente. Convierte directamente la fuerza de expansión de la combustión del gas combustible en par motor. En comparación con los motores alternativos, los motores rotativos eliminan el movimiento lineal inútil, por lo que los motores rotativos con la misma potencia son más pequeños, más livianos y tienen menos vibración y ruido, lo que tiene grandes ventajas.
La característica de movimiento de un motor rotativo es que el centro del rotor triangular gira alrededor del centro del eje de salida, y el propio rotor triangular gira alrededor de su centro. Cuando el rotor triangular gira, la corona dentada interna centrada en el rotor triangular engrana con el engranaje centrado en el eje de salida, y el engranaje se fija en el cuerpo del cilindro y no gira. La relación entre el número de dientes de la corona interna y el número de engranajes es 3:2. La relación de movimiento anterior hace que la trayectoria de movimiento del vértice del rotor triangular (es decir, la forma de la pared del cilindro) parezca un "8". El rotor triangular divide el cilindro en tres espacios independientes, y cada uno de los tres espacios completa la admisión, la compresión, la potencia y el escape en secuencia. El rotor triangular gira una vez y el motor se enciende y realiza trabajo tres veces. Debido a la relación de movimiento anterior, la velocidad de rotación del eje de salida es tres veces la velocidad de rotación del rotor, lo cual es completamente diferente de la relación de movimiento 1:1 del pistón y el cigüeñal del motor alternativo
Comparación de motores rotativos y motores alternativos tradicionales Tanto los motores convencionales como los rotativos dependen de la presión de expansión generada por la combustión de la mezcla de aire y combustible para obtener fuerza de rotación. La diferencia mecánica entre los dos motores radica en la forma en que se utiliza la presión de expansión. En un motor alternativo, la presión de expansión generada en la superficie superior del pistón empuja el pistón hacia abajo y la fuerza mecánica se transmite a la biela, lo que hace que el cigüeñal gire.
En un motor rotativo, la presión de expansión actúa en un lado del rotor. Para empujar una de las tres caras del rotor triangular hacia el centro del eje excéntrico (ver fuerza PG en la figura). Este movimiento se lleva a cabo bajo la acción de dos fuerzas componentes. Una es la fuerza centrípeta que apunta al centro del eje de salida (ver Pb en la figura) y la otra es la fuerza tangencial (pies) que hace que el eje de salida gire.
El espacio interior de la carcasa (o cámara de hilatura) siempre está dividido en tres salas de trabajo. Durante el movimiento del rotor, los volúmenes de estas tres cámaras de trabajo cambian constantemente y los cuatro procesos de entrada de aire, compresión, combustión y escape se completan en el cilindro oscilante. Cada proceso se lleva a cabo en una posición diferente del cilindro oscilante, que obviamente es diferente del motor alternativo. Los cuatro procesos de un motor alternativo se llevan a cabo en un solo cilindro.
La cilindrada de un motor rotativo suele expresarse por el volumen unitario de la cámara de trabajo y el número de rotores. Por ejemplo, el motor de doble rotor modelo 13B tiene una cilindrada de "654 cc × 2".
El volumen de estudio unitario se refiere a la diferencia entre el volumen máximo y el volumen mínimo del estudio; la relación de compresión es la relación entre el volumen máximo y el volumen mínimo. La misma definición se aplica a los motores alternativos.
Como se muestra en la figura siguiente, el cambio en el volumen de trabajo del motor rotativo y su comparación con el motor alternativo de cuatro tiempos. Aunque el volumen de la cámara de trabajo cambia suavemente en forma de ondas en ambos motores, existen diferencias obvias. El primero es el ángulo de rotación de cada proceso: un motor alternativo gira 180 grados, mientras que un motor rotativo gira 270 grados, que es 1,5 veces mayor que un motor alternativo. En otras palabras, en un motor alternativo, el cigüeñal (eje de salida) gira dos veces (720 grados) en cuatro ciclos de trabajo, sin embargo, en un motor rotativo, el eje excéntrico gira tres veces (1080 grados) y el rotor gira una vez bloqueado; . De esta manera, el motor rotativo puede obtener un tiempo de procesamiento más largo y formar fluctuaciones de par más pequeñas, lo que resulta en un funcionamiento suave y fluido.
Además, incluso a alta velocidad, la velocidad de rotación del rotor es bastante lenta, lo que hace que el tiempo de admisión y escape sea más relajado, lo que facilita el funcionamiento de sistemas que pueden obtener un mayor rendimiento energético.
[Editar este párrafo] Aplicación del motor rotativo
Ahora que el motor rotativo de Mazda ha pasado al RX-8, ¿qué avances se han realizado en RENESIS esta vez? En primer lugar, el área del orificio de entrada de aire aumenta en un 30%, de modo que la entrada de aire del motor sea suficiente para satisfacer la demanda de 10.000 rpm. Sin embargo, como todos sabemos, esta baja velocidad puede volverse muy mala, por lo que Mazda evolucionó el diseño original de tres entradas y dos etapas a un diseño de tres entradas y tres etapas para evitar las debilidades a baja velocidad tanto como sea posible. Para lograr una alta velocidad, el rotor se vació por primera vez, lo que redujo en gran medida el peso del rotor, lo que permitió que el RX-8 de aspiración natural alcanzara el nivel de 250 caballos de fuerza al aumentar la velocidad. Sin embargo, el aspecto más innovador del motor RENESIS es el puerto de escape. En el pasado, el puerto de escape del motor rotativo estaba hecho en la pared de la cámara de aire. Algunos vapores de aceite no quemados y algo de aceite lubricante eran arrastrados hacia el tubo de escape, causando problemas de contaminación.
En RENESIS, el puerto de escape y la entrada de aire están ubicados en las paredes laterales delantera y trasera, lo que resuelve el problema de la contaminación por HC en el pasado, y la entrada y el escape no se superponen en absoluto, por lo que no habrá entrada de aire. El problema de la fuga de aire en el tubo de escape. También puede abrir un orificio de escape en cada una de las paredes laterales delantera y trasera, de modo que el motor tenga dos orificios de escape, lo que mejora la eficiencia del escape y logra una alta velocidad. (Escuché que ya está en el RX-7 de 280 ps). Es por eso que el RX-8 puede producir 250 caballos de fuerza con una cilindrada de 1,3 litros y también está en un estado de aspiración natural. El logro del motor rotativo de Mazda no se logró de la noche a la mañana, sino a través de modificaciones continuas poco a poco para crear el RX-8 actual.
[Editar este párrafo] Ventajas y desventajas
El rotor del motor rotativo funciona una vez por revolución. En comparación con el motor general de cuatro tiempos que genera energía una vez cada dos revoluciones. tiene más caballos de fuerza. La ventaja de una relación de volumen alta (un volumen de motor más pequeño puede generar más potencia). Además, debido a las características de funcionamiento axial del motor rotativo, puede alcanzar velocidades de funcionamiento más altas sin un equilibrio preciso del cigüeñal. Todo el motor tiene sólo dos piezas giratorias. En comparación con un motor general de cuatro tiempos que tiene más de 20 piezas móviles, como válvulas de admisión y escape, la estructura se simplifica enormemente y la posibilidad de falla se reduce considerablemente. Además de las ventajas anteriores, las ventajas del motor rotativo incluyen tamaño pequeño, peso ligero y centro de gravedad bajo.
Por el contrario, dado que las tres cámaras de combustión del motor rotativo no están completamente aisladas, después de utilizar el motor durante un período de tiempo, es fácil provocar fugas de aire debido al desgaste del aceite. material de sellado, lo que aumenta enormemente el consumo de combustible y la contaminación. Su estructura mecánica única también hace que este motor sea difícil de mantener.
Aunque los motores rotativos tienen las características de producir un alto rendimiento con pequeña cilindrada y alta velocidad, debido a diferentes características operativas de los motores alternativos, cuando los países de todo el mundo formulan impuestos relacionados con la cilindrada del motor, la cilindrada real del El motor rotativo se multiplica por dos como punto de referencia para compararlo con el motor alternativo. Por ejemplo, el automóvil deportivo RX-8 equipado con un motor rotativo propiedad de Mazda en Japón tiene una cilindrada real de sólo 1,308 centímetros cúbicos, pero en Japón, la cilindrada de 261,6 centímetros cúbicos se utiliza como base para los cálculos de clasificación fiscal.